中国は粒子加速器を備えた巨大チップ製造工場を計画している

中国の研究者たちは、アメリカの制裁を回避し、マイクロチップの生産を国内で行うために、様々な研究を行っている。South China Morning Postの報道によると、清華大学の研究者らは、中国独自のEUVリソグラフィ装置を開発するために、粒子加速器を用いる方法を研究しているようだ。

研究チームは、定常状態マイクロバンチング（steady-state microbunching: SSMB）と呼ばれる新しい手法を用いることで、高品質のマイクロチップを大量生産し、ASML（Advanced Semiconductor Materials Lithography）のような業界大手のリソグラフィシステムに対する中国の依存度を下げることができると考えている。

独占を打ち破る

「リソグラフィ（フォトリソグラフィ）は、コンピューター・チップ製造の重要なステップである。この工程では、ウェハーに感光材料をコーティングし、ASMLのリソグラフィ装置で光を照射します。これは、超短波長の極端紫外線（EUV）を使って実現され、7nm以下のチップを製造します」とASMLは説明する。

現在、この技術を独占的に所有しているのはASMLだけであり、したがって市場で支配的な地位を占めている。2022年末時点で、ASMLは180台のEUVシステムの納入に成功しており、4月に発表されたBloombergのレポートによると、今年さらに60台のEUVリソグラフィ装置を出荷する予定である。

このため、中国のような一部の国々は、EUVリソグラフィ装置が手に入らない場合、これに対抗しなければならない。そこで、清華大学の研究者たちの出番となる。「私たちの研究が応用される可能性のひとつは、将来のEUVリソグラフィ装置の光源です。これが、国際社会が注目している理由だと思います」と、プロジェクト・リーダーである清華大学のTang Chuanxiang教授は説明した。

ASMLの現在の方法では、レーザー生成プラズマ技術を用いて生成したEUV光源を使用している。この強力なレーザーパルスをスズの微小な液滴に照射すると、液滴が崩壊し、衝撃によってEUVパルス光が放出される。その結果、EUV光源は、厳密な濾過と集光プロセスを経て、約250Wのパワーを発生する。

EUVビームがチップに到達するときには、すでに11枚のミラーで反射されており、各ポイントで約30％のエネルギーロスが生じている。その結果、ビームが最終的にウェーハに到達するときのパワーは5W以下となる。これは、製造が3nmや2nmに進むにつれて問題となる可能性がある。

一方、Chuanxiang氏と彼のチームの革新的なSSMB技術は、帯域幅が狭いため、必要なミラーの数が少なく、高い終端出力を生成する。これは、荷電粒子によって放出されるエネルギーを利用して、散乱角の小さい連続した純粋なEUV光の狭い帯域幅を生成することによって達成される。加速された荷電粒子は発光するため、加速器は最も明るい人工光源のひとつとなっている。

「主な課題は、加速器の蓄積リング内で電子の分布を誘導し、集団同期放射を達成させることにある。この装置は、波長0.3mmのテラヘルツ波から波長13.5nmのEUV波まで、高品質の放射線を生成することができます。ピークパワーの高いパルスレーザーを生成する自由電子レーザーとは異なり、SSMB光源は平均パワーの高い連続光を生成します」と、Chuanxiang氏は2022年10月に清華大学で行われた学術報告で述べている。