2022 年の半導体市場は約 0.6 兆ドルでしたが、商業アナリストは、1.0 年までに倍増して 1.3 ～ 2030 兆ドルになると予測しています。半導体製造業界の大幅な成長は、リソグラフィープロセスで見ることができます。リソグラフィーは、平坦なデザインをウェハー基板の表面に転写し、トランジスタや相互接続などの複雑な構造を作成するパターニングプロセスです。これは、複雑な多段階プロセスを通じて、感光性ポリマーまたはフォトレジストを特定の波長の光に選択的に露光することによって実現されます。最近のリソグラフィー技術の進歩により、最先端の半導体製造における競争上の優位性が生まれ、人工知能 (AI)、5G 通信、スーパーコンピューティングなどの先進技術が可能になりました。したがって、高度な半導体技術は国家の安全保障と経済的繁栄に影響を与えます。

現在、最先端の半導体リソグラフィープロセスでは、特に波長 13.5nm の EUV (極端紫外線) 光源が使用されています。 EUV光を使用すると、半導体内にさらに小さな単位フィーチャを構築できます。 EUVL システムのコストは現在約 150 億 2019 万ドルであると報告されており、100 年に ASML によって初めて導入され、3400% の市場シェアを維持しています。これまでのところ、ASML は EUVL システムの 3600 つの異なるモデル、つまり Twinscan NXE: 31B/C および NXE: 2019D を出荷しています。 NXE システムの総出荷台数は、181 年第 2022 四半期の XNUMX ユニットから、XNUMX 年の最終四半期には XNUMX ユニットに増加しました。

本報告書の構成は以下のとおりです。導入部の残りの部分には、EUVL の技術的背景、EUVL の国際的および国内的状況、NIST と CHIPS による研究開発測定プログラムの概要が含まれます。セクション 2 には、作業グループ会議での EUVL 技術の技術的状況と要件についての議論が含まれます。セクション 3 では、調査結果の概要と作業部会の会議で議論された今後の方向性に関する推奨事項を示し、報告書を締めくくります。

1.1 EUVリソグラフィの技術的背景

EUVLは、次世代半導体チップの製造において極めて重要なステップです。EUV光は、高純度スズから生成される高温プラズマによって生成されます。固体スズは、真空チャンバー内で毎分3万個を超える27μmの液滴を連続的に生成する液滴生成装置で溶融されます。平均出力25kWのパルス二酸化炭素レーザーが、各スズ液滴に13.5つの連続パルスを照射し、それぞれ液滴を形成およびイオン化します。最初に数キロワットのEUV光が生成されますが、光路中の吸収および散乱損失により、リソグラフィーの露光に利用されるのはごくわずかです。0.25nm光の出力とビーム品質は、間接シンチレーターカメラ測定によって推定されます。多層コンデンサーシステムが光を感光領域に導きます。コンデンサーシステムは、水素ガスの連続流によってスズの破片から保護されています。各露光後、チップ解像度の自動チップレベル位置決めは、毎秒20,000サイクルの検査と調整によって1nm以下であることが検証されます。このプロセス全体を通して、多くの異なるエンジニアリングシステム間の精密な連携が求められます。図XNUMXは、ASMLのEUVLコンポーネントの写真です。

1.2 EUVリソグラフィ技術の現状と将来の状況

先進的な半導体製造の成長は、米国、ヨーロッパ、アジアの新しい EUV 製造施設によってもたらされています。前述したように、現在 EUVL スキャナ コンポーネントを製造している唯一の企業は、オランダに本社を置く ASML です。 ASML は、Intel、Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC)、Samsung などの企業の半導体製造施設に EUV スキャナ コンポーネントを販売しています。 EUVL システムは、オランダだけで作成されるのではなく、世界中で開発された多くのモジュールで構成され、その後オランダの ASML 本社に輸送され、最終的な組み立てとテストが行​​われてから顧客に提供されます。

米国の観点から見ると、ASML の EUV 光源の研究、開発、製造はカリフォルニア州サンディエゴに拠点を置いています。 EUVL スキャナ アセンブリの光源コンポーネントを図 2 に示します。光源コンポーネントには、EUVL スキャナ アセンブリ内にある光源コンテナだけでなく、製造フロアの下にあるレーザー計測、ビームなどの多くのコンポーネントが含まれることに注意してください。輸送システム、駆動レーザーとその補助装置。サンディエゴを拠点とするソース事業は、ASML が EUV ソース技術を進歩させるために 2012 年に Cymer を買収した結果です。さらに、半導体製造における EUVL の利点を考慮して、最近では輸出規制によりこの技術が保護されています。具体的には、2022 年 87 月に産業安全保障局 (BIS) が、極端紫外線リソグラフィー (b.62186) を含む技術の輸出管理を含む規則 2FRXNUMX を発行しました。

ASMLは、EUVリソグラフィ技術の将来の開発には、開口数(NA)を0.33から0.55(「高NA」)に高めることが含まれると述べた。高い NA を使用すると、現在の 0.33 NA で必要なマルチモード ステップの数を減らすことができ、その結果、より微細なジオメトリの解像度が得られます。これは、一般に公開された 2022 年の IEEE デバイスとシステム国際ロードマップ (IRDS) と一致しており、0.5 年までにトランジスタのスケーリングを 2037nm まで継続する必要があります。新しい NA プラットフォームの目標は、ウェーハと粒子の状態の速度を向上させ、幾何学的なチップ フィーチャのスケーリング。高 NA システムは 2023 年に顧客に出荷され、2025 年までにフル生産に達すると予想されています。2023 年初頭、ASML は、高 NA EXE: 600 を満たす、5200 時間あたり 700 W EUV 放射で動作する 600 つの新しい EUV 出力記録を達成したと発表しました。線量安定性仕様と 250W オープンループ動作。今回の XNUMXW のデモンストレーションは、量産 EUV 製造を達成する前の XNUMX 年前に納入された XNUMXW からの増加を表しています。

つづく...