日本は UV 印刷チップ製造革命の真っ只中です

沖縄科学技術大学院大学（OIST）は、7nm以下の半導体の製造コストを大幅に削減できる新しいタイプの極端紫外線（EUV）印刷装置を設計し、チップ製造のサプライチェーンに革命をもたらしました。

報告によると、EUV装置の光学システムは大幅に簡素化され、消費電力は10分の1に削減され、より安価な先進的なチップ製造装置の可能性が高まっています。

もしそうなら、これはASMLによるEUV技術の独占の終焉を意味する可能性があり、半導体メーカー、投資家、政府にとって深刻な影響を与える可能性がある。

米国の制裁により中国へのEUV印刷装置の販売が禁止されているため、中国企業が7nmと5nmで半導体を製造することが困難かつ非常に高価になっており、現在台湾のTSMC社で製造されている3nmノードでは不可能であることは注目に値する。 2nm以下のノードは現在開発中です。

AI プロセッサー、スマートフォンに使用される低電力半導体デバイス、最新の高密度メモリー チップは、維持費が高く、莫大なエネルギーを消費する非常に複雑な UV 印刷装置を使用して製造されています。

沖縄先端技術大学の新武津室教授は、本発明はこれらの問題をほぼ完全に解決できる先駆的な技術であると述べています。

OIST の言葉を言い換えると、その仕組みは次のとおりです。カメラ、望遠鏡、初期のリソグラフィー機器などの従来の光学システムでは、絞りとレンズが中心軸に対して対称、つまり直線上に配置されています。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、高画質な画像を実現します。

ただし、ほとんどの物質に吸収され、透明なレンズを通過できない非常に短波の UV 光を使用してこれを達成することはできません。このため、UV リソグラフィ システムでは、光を非対称のジグザグ パターンで反射する三日月形のミラーを使用して光を方向付けます。

国立研究開発法人先端技術科学研究所によると、この方法は「重要な光学特性が犠牲になり、システム全体のパフォーマンスが低下する」という。

この問題を解決するために、新竹教授は軸対称のミラーを2枚一直線に並べ、ミラーを10枚ではなく合計4枚だけ使用しました。

吸収性の高い EUV 光は反射ごとに 40% 減衰するため、10 枚のミラーで反射した場合は光源のエネルギーの約 1% のみがチップに到達しますが、4 枚のミラーのみを使用した場合は 10% 以上がチップに到達します。

これにより、わずか10分の1の電力で小型のEUV光源を使用することが可能になります。

20年以上前、日本のキヤノン社に勤めるアメリカ人エンジニアのフィル・ウィアー氏は、サンフランシスコで開催されたセミコン・ウェスト業界見本市の技術シンポジウムで、エクストリームUV印刷の問題は、そのエネルギー消費量がHDE単位で測定されることだと語った。フーバーダムの「同等品」。

新竹教授の設計が意図通りに機能すれば、最終的にこの問題は解決されるかもしれない。 「コロンブスの卵のように、 [it] 一見不可能に思えるかもしれませんが、一度解決すれば非常に簡単です」と新竹氏は極端紫外線によるエネルギー消費の問題について語った。

画像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表示装置については、OISTの設計は天体望遠鏡と同様に2枚の反射鏡のみで構成されています。

「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であったため、この構成は想像を絶するほどシンプルです。これは、光学における収差補正の理論を注意深く再考することによって可能になりました。」と新竹氏は言います。

さらに、「性能は光学シミュレーションソフトウェアを使用して検証されており、高度な半導体製造に十分であることが保証されています。」

OISTはこの技術の特許を申請しており、まずは半分のスケールの模型を使って実証する予定だ。概念実証後、2026 年には 1 社以上の日本の企業パートナーと協力して効率的な EUV プリンティング システムを構築するために使用されます。

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な地位は大きく高まるだろう。

最も可能性の高いパートナーはニコンで、ニコンは技術的困難と高コストを理由に約15年前に深紫外（EUV）印刷システムの生産を放棄したが、依然として前世代の深紫外（DUV）印刷システムを製造している。

キヤノンも潜在的なパートナーとみなされているが、光学素子の代わりに回路パターンテンプレートを使用する全く異なる技術であるナノプリンティングの商業化に取り組んでいる。

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