沖縄科学技術大学院大学、先端チップ製造装置におけるASMLの独占を破るブレークスルーを主張
Scott Foster
Asia Times
August 7, 2024
沖縄科学技術大学院大学は、7nm以下の半導体の製造コストを大幅に削減し、チップ製造サプライチェーンに革命をもたらす可能性のある新しいタイプの極端紫外線（EUV）リソグラフィ装置を設計した。
報道によると、EUV装置の光学系は大幅に簡素化され、消費電力は10分の1に削減される。
もしそうであれば、ASMLによるEUVリソグラフィーの独占に終止符が打たれることになり、半導体メーカー、投資家、政府に深刻な影響を与えることになる。
米国の制裁措置が中国へのEUVリソグラフィ装置の販売を禁じているため、中国企業が7nmおよび5nmの半導体を製造するのははるかに困難で高価になり、台湾のTSMCで現在生産中の3nmノードや現在開発中の2nmおよびそれ以下のノードでは不可能になっていることを思い出してほしい。
AIプロセッサー、スマートフォンに使われる低消費電力の半導体デバイス、最新の高密度メモリーチップは、維持費が高く、膨大な電力を消費する非常に複雑なEUVリソグラフィ装置を使って作られている。
沖縄科学技術大学院大学の新竹積教授は、本発明はこれらの問題をほぼ完全に解決できる画期的な技術であると述べている。
沖縄科学技術大学院大学の新竹積教授。画像：沖縄科学技術大学院大学
沖縄科学技術大学院大学の言葉を借りれば、こういうことだ： カメラや望遠鏡、旧式のリソグラフィ装置などの伝統的な光学システムでは、開口部とレンズは中心軸に対して対称である。この構成により、収差を最小限に抑えた高い光学性能を実現し、高品質の画像を得ることができる。
しかし、極短波長のEUV光はほとんどの物質に吸収され、透明なレンズを通過することができない。そのため、EUV露光装置では、光線を非対称のジグザグパターンで反射する三日月型のミラーを使って光を照射している。
沖縄科学技術大学院大学によれば、この方法は「重要な光学特性を犠牲にし、システム全体の性能を低下させる。」
この問題を解消するため、新竹教授は2枚の軸対称ミラーを一直線上に並べ、合計10枚のミラーの代わりにわずか4枚のミラーを使用した。
吸収率の高いEUV光は反射するたびに40％弱まるため、10枚のミラーで反射した場合、光源からのエネルギーの1％程度しかウェーハに到達しないが、4枚のミラーでは10％以上到達する。
これにより、10分の1の出力でより小さなEUV光源を使用することが可能になる。
20年以上前、日本のキヤノンに勤務していた米国人エンジニアのフィル・ウェア氏は、サンフランシスコで開催された業界展示会「セミコン・ウェスト」の技術セミナーで、EUVリソグラフィーの問題点は消費電力が「HDE（フーバー・ダム等価）」で測定されることだと語った。
新竹教授の設計が意図したとおりに機能すれば、この問題は最終的に解決されるかもしれない。「コロンブスの卵のように、一見不可能に見えるかもしれませんが、一度解決してしまえば、非常にシンプルになります」と新竹教授はEUVの消費電力問題について語った。
フォトマスク上の回路パターンをシリコンウエハーに転写するプロジェクターについては、沖縄科学技術大学院大学の設計では、天体望遠鏡のように2枚の反射ミラーだけで構成されている。
「従来のプロジェクターでは少なくとも6枚の反射ミラーが必要だったことを考えると、この構成は想像を絶するシンプルさです。これは、光学の収差補正理論を注意深く見直すことで可能になったのです」と新竹氏は言う。
さらに、「その性能は光学シミュレーションソフトで検証されており、先端半導体の生産に十分な性能が保証されている」と新竹氏は述べる。
グラフィック：OIST、新竹積
OISTはこの技術を特許出願しており、まずはハーフスケールのモデルで実証する予定である。コンセプトを実証した後、2026年に日本の企業パートナー1社以上と共同で実用的なEUVリソグラフィシステムを構築するために使用される予定だ。
すべてが計画通りに進めば、地政学的に重要な半導体産業における日本の世界的地位は大きく向上する。
最も可能性の高いパートナーはニコンであろう。ニコンでは、技術的な困難と高コストのために15年ほど前にEUV露光を断念したが、現在でも旧世代の深紫外（DUV）露光装置を製造している。
キヤノンもパートナー候補だが、光学系の代わりに回路パターンの金型を使用する全く異なる技術であるナノインプリント・リソグラフィーの商業化に奔走している。
