日本の装置メーカー、ASMLのEUVフォトリソグラフィよりはるかに低コストで5nm以上の高解像度を主張
Scott Foster
Asia Times
November 7, 2023
キヤノンは、5nmのEUVフォトリソグラフィーと同等の回路パターンを転写できる新しいナノインプリント露光装置を発表した。さらに、マスク技術の向上が見込まれれば、2nm相当の回路パターンの転写も可能になるとしている。
これが経済的に実現すれば、アップル、エヌビディア、インテルが設計した最先端の集積回路（IC）を製造する台湾積体電路製造（TSMC）が使用しているEUV（極端紫外線）フォトリソグラフィ装置を独占しているASMLへの直接的な挑戦となる。
スキャナーからの光がフォトマスクを通過し、感光性レジストが塗布されたウェハーに回路パターンを転写するフォトリソグラフィーとは対照的に、ナノインプリント・リソグラフィーは小型の金型とスタンピング・プロセスである。ナノインプリントリソグラフィーでは、マスクは金型である。
キヤノンのナノインプリント装置「FPA-1200NZ2C」は、製造工程で発生する微粒子による欠陥を大幅に低減する新環境制御技術を搭載している。キヤノンがナノインプリントICリソグラフィの実用化に取り組む上で、欠陥低減は大きな課題だった。
モールドとウェハーの位置合わせをいかに正確に行うかというのも難しい問題だったが、キヤノンの発表は、少なくとも位置合わせが必要な層数がそれほど多くない比較的単純なデバイスについては、それが解決されつつあることを示している。ナノインプリント技術の物理的限界がどこにあるのかは不明だが、2ナノメートルは今後数年以内に実用化される可能性のある最小の半導体製造プロセスである。
高価な光源やレンズ・アレイを必要としないため、ナノインプリント・リソグラフィーは理論上、消費電力を90％削減し、全体的な処理コストを40％削減することが可能で、装置の価格はASMLのEUVスキャナーの数分の一、キヤノンの御手洗冨士夫会長兼最高経営責任者（CEO）によれば1桁安い、という。
EUV露光装置の価格は1億5000万ドル以上することもあり、インテルはASMLの次世代高NA（開口数）モデル1台に3億4000万ドル以上を支払ったとも報じられている。これらの価格は非常に高く、EUVを使用できるのは最大手の半導体メーカーだけである。価格差と技術への好奇心から、キヤノンには潜在顧客からナノインプリント・リソグラフィーに関する問い合わせが数多く寄せられている。
実際には、ナノインプリント・リソグラフィーにはスループットの問題もある。キヤノンは「複雑な2次元または3次元の回路パターンを1回のインプリントで形成できるため、所有コストを削減できる可能性がある」と言うが、フォトリソグラフィがウェハ全体またはウェハの大部分をスキャンして同じデザインのコピーを複数作成できるのに対し、ナノインプリントは基本的にスタンプと繰り返しのプロセスである。
このため、一部の業界専門家は、ナノインプリントはTSMCが製造する複雑なロジックチップではなく、比較的単純なメモリーチップの製造に最初に使用されると考えている。このことは、キヤノンがサムスン電子に次ぐNANDフラッシュ・メモリの第2位メーカーであるキオクシアと長年パートナーシップを結んでいることの説明にもなるかもしれない。キオクシアは以前は東芝の一部門だった。
中国販売の可能性は低い
キヤノンは東京の北、栃木県に新工場を建設中で、2025年にナノインプリント露光装置の生産を開始する予定だ。10年近くの開発期間を経て、キオクシアは同年、NANDフラッシュメモリーの量産にナノインプリント・リソグラフィーを使い始める予定だと報じられている。
キヤノンがナノリソグラフィー装置を中国に輸出するのではないかという憶測もあるが、その可能性は低そうだ。
ナノインプリント・リソグラフィーは、日本の研究者である藤森進氏が電電公社（NTT、日本の国営通信会社）に勤務していた1979年に発明し、特許を取得した。キヤノンは2014年、テキサス大学からスピンアウトしたモレキュラー・インプリント社を買収し、ナノインプリント事業に参入した。
モレキュラー・インプリント社（現在はキヤノンナノテクノロジーズ）は、インプリントツール、材料、マスク、プロセス技術、インプリント固有のデバイス設計をカバーする170以上の特許を取得している。米国政府も日本政府も、この技術を中国に販売することは認めないだろう。
一方、キヤノンは旧式のKrFやi線タイプのIC露光装置、フラットパネルディスプレイ露光装置を、カメラやプリンターなどとともに中国の顧客に販売している。もしそれが許されるなら、中国のNANDフラッシュ・メモリー・メーカーであるYangtze Memory Technologies Corporation（YMTC）は、同社のナノリソグラフィー・システムを購入するかもしれない。
しかし現状では、最も可能性の高い第二の顧客は、同じくNANDフラッシュ・メモリーを製造している韓国のSKハイニックスのようだ。東芝/キオクシアと同様、SKハイニックスもキヤノンからナノリソグラフィー・テスト装置を買収している。
キヤノンは、米国、オランダ、日本が最近中国の半導体産業に科した制裁措置に含まれている、より高度なArF DUV（深紫外）リソグラフィ装置を製造していない。ニコンは、生産能力でも市場シェアでもASMLに遠く及ばない。中国へのEUV露光装置の輸出は2019年に禁止された。
ほとんど余談だが、キヤノンのプレスリリースは、同社のナノインプリント・リソグラフィー装置は、メタレンズ（シリコン上にエッチングされた平面レンズ）やその他の光学部品の製造にも使用できると指摘している。実際、現在のナノインプリント・リソグラフィーの主な用途は光学部品の製造である。この分野での主な競争相手は、EVG、SUSS MicroTec、Obducatで、いずれも欧州企業である。
EVGのナノインプリント装置は、ディスプレイ、3Dセンシング、バイオメトリクス、フォトニクスに使用される光導波路、ワイヤグリッド偏光板、その他の光学素子を少なくとも40nmの精度で製造するために使用される。同社によると、マスターテンプレートの寿命は、フォトリソグラフィーで使用されるフォトマスクに匹敵するという。
SUSS MicroTec社のマイクロ・ナノインプリントマスクアライナー装置は、光学素子やMEMS/NEMS（マイクロ・ナノ電子機械システム）、高輝度LED（発光ダイオード）、レーザープリンターやコンピューターマウス、光ファイバーに使用されるVCELS（垂直共振器面発光レーザー）の製造用に設計されている。
Obducat社のナノインプリント技術は、バイオ医療機器、半導体レーザー、パワーエレクトロニクス用GaN（窒化ガリウム）基板など、さまざまな製品の製造に使用されている。
中国では、Suzhou Guangduo Micro Nano Devices (GDNANO)社が半導体、フォトニクス、MEMS、その他の用途向けのマイクロインプリント・ナノインプリント装置を開発・製造している。2011年に設立された同社の最新装置は、LED用のパターン化されたサファイア基板の大量生産用に設計されている。GDNANOはまだ技術リーダーではないが、注目すべき企業である。
キヤノンのナノインプリント技術は、ASMLが5nm以下のプロセスノードのリソグラフィーを絶対的に独占していることを脅かすものだが、現在、ASMLの事業にとって深刻な脅威ではなく、おそらく少なくともあと数年は脅威にはならないだろう。
しかし、半導体を製造する方法は1つではないことを示し、少数の主要サプライヤーの次世代装置によって実現される設計ルールがますます小さくなるという予測可能なサイクルが崩れ始めている可能性を示唆している。
