露光装置

米国が中国の半導体崛起を阻止するためオランダASMLのEUV露光装置 装置を輸出できないようにしたところ、中国 爱晟纳 电子科技がイマージョンDUV生産を開始し、世界中の株式市場が騒然となりました。 代替露光装置とは何なのか、なぜ米国が中国への輸出を阻止したのか、その理由が気になりませんか？ いわゆる露光装置と呼ばれるEUVは半導体を生産する核心装置で、一般にシリコンウェハーに超微細回路パターンを描く核心技術です。 極紫外線露光技術で半導体に回路を描くもので、7ナノメートル以下にも適用できる技術です。 ASMLのEUV装置がない中国では高性能半導体を生み出すことが容易ではなく、かつてファーウェイが開発しているという噂もありましたが、まだ成果が出ていない最先端技術のひとつです。 特にEUVは半導体製作の核心装置ですが技術が難しく、事実上ASMLがほぼ独占しており、たとえ機械があったとしても、設置するにも莫大なノウハウが必要な装置です。 EUV（極紫外線）技術の発展段階とDUV（深紫外線）との違いについて見ていきましょう。 極紫外線EUVリソグラフィ技術とは？ EUV（EXTREME ULTRAVIOLET Lightgraphy）は波長13.5ナノメートルの極紫外線を使用しますが、波長が短いほどより微細な回路パターンをウェハーに刻むことができます。EUVが登場する以前はフッ化アルゴン（ArF）露光装置を使用しており、193nmの波長の光を使用していました。 この技術の問題点は、13.5nm波長の光が自然界に存在しないため人為的に作らなければならないことで、スズ（Sn）の液滴に高出力CO2レーザーを2回照射してプラズマを発生させるLPP（Laser-Produced Plasma）方式が現在使用されている技術です。 （※スズ液滴とは、スズ金属を液体の滴にして毎秒約5万個ずつ真空チャンバー内に落下させるもので、この液滴にCO2レーザーを2回照射するとスズ原子がイオン化されながら13.5nmの極紫外線を放出します。この光を集めてウェハー露光に使用します。） ※露光（Exposure）とは、光を利用してウェハー上に回路パターンを刻む工程を指します。 ここでEUV技術が重要な理由は、露光を行う際に光の波長が長いほど回路線幅が大きくならざるを得ないためで、現代において最も先端的な技術です。参考までに、深紫外線DUVは190〜250nm波長の紫外線を使用するもので、ArF（193nm）、KrF（248nm）はいずれもDUV技術に属します。 中国ArFイマージョンDUV技術とは？ 193nmの光を水中で屈折させることで従来のフッ化アルゴン方式より解像度をさらに引き上げたもので、7nm工程までもDUVで実現できる技術です。もちろん技術的にはEUVより長い波長のため、いわゆるナノ単位の微細パターンを描くには限界があり、一度に描けない微細パターンをマルチパターニングなどで迂回して最大5nm工程まで実現した実績があります。 ※ここで気になる点。 それではDUV技術でEUVと同じ効果を出せるかというと、これは不可能です。サムスン電子、SKハイニックス、マイクロン、インテル、TSMCなどはすでに2〜4ナノメートルの技術を使用しており、まだDUVでは7ナノメートル以下の量産には成功していません。工程が微細化するほどマルチパターニングの段階が急増し、コストと時間の面で問題が生じます。 簡単に言えば、HBMなど最先端半導体は不可能ですが、DRAM、NANDフラッシュなどのチップを作るのには依然として使用されています。スマートフォンのAPやサーバー用CPU、GPUなどに使うには無理がありますが、一般的な汎用半導体を生産できる技術です。 ※ 露光装置 EUVとDUVの違い DUV EUV比較 DUVとEUVはリソグラフィの光の波長と工程能力において根本的に異なります。核心的な違いをまとめると以下の通りです。 波長（Wavelength）： DUVは193nm（ArFレーザー）または248nm（KrFレーザー）の紫外線領域で、比較的長い波長を使用します。一方EUVは13.5nmの極紫外線領域で、DUVより14倍短い波長です。 解像度（Resolution）： DUVは基本的に40nm以上の構造を作り、マルチパターニング（multiple patterning）で7nmまで可能ですが、複雑でコストが高くなります。EUVは単一露光（single exposure）で7nm以下（5nm、3nm）の構造を実現し、精密度がはるかに高いです。 光源（Light Source）： DUVはエキシマレーザー（excimer laser）で生成され、大気中で動作可能で透過レンズを使用します。EUVはレーザー生成プラズマ（LPP）でスズプラズマから放出されますが、大気に吸収されるため真空環境と反射ミラーが必要です。 生産効率性： DUVは成熟した技術で処理量が高く（1日2000枚以上）、コスト効率が良く10nm以上の工程に適しています。EUVは処理量が低く（1日1500枚水準）、装置と運用コストが高く、先端工程（7nm以下）に特化しています。 用途： DUVはメモリチップ（DRAM、NAND）、中低価格ロジックチップ（28nm〜7nm）の製作に主に使用されます。EUVは高性能CPU、GPU、AIチップなど先端ロジックと最新メモリ工程に必須です。 両技術に例えるなら、DUVは「熟練した画家の筆」であるとすれば、EUVは「超精密レーザー彫刻刀」です。DUVは汎用的ですが限界があり、EUVは精密ですが高価で扱いが難しいものです。 それでは中国が半導体崛起をめぐって最も苦しんでいるEUV露光技術について少し見ていきましょう。 極紫外線EUV露光装置の歴史 EUVリソグラフィは半導体工程において先端チップ（7nm以下）を作るための核心技術で、長い期間半導体の発達と歴史をともにしてきました。 初期研究（1980年代〜1990年代）： 極紫外線EUVの概念は1980年代から議論されており、米国のローレンス・リバモア国立研究所と日本のNTTが13.5nm波長の極紫外線を活用したリソグラフィを探求しました。当時は光源（プラズマ生成）と反射光学系技術が不足しており実用化には失敗しました。 技術開発（2000年代）： オランダASMLが2000年代初頭にEUV商用化を目標に本格的に取り組み始め、2001年にEUV LLC（インテル、モトローラなどと協力）を設立して資金と技術を集中させました。レーザー生成プラズマ（LPP）光源の開発（高出力CO2レーザーでスズ液滴をプラズマ化）と多層反射鏡（Mo/Siコーティングミラー）の設計などの革新を成し遂げ、2006年に最初のプロトタイプ（TWINSCAN NXE:3100）が登場しましたが、出力（10W）と安定性が低く量産には不十分でした。 （EUVは250W以上の高出力が必要です。） … 더 읽기