ここ二三年の半導体製造装置の動向

2017年3月16日の私のブログ「最近の半導体露光装置とEUV・ナノインプリントの補足」の続きです。装置の出荷状況や回路線幅の微細化を新聞から拾ってきました。これ以前の半導体露光装置関係のブログは、前記ブログの始めにリストを掲載しているので、そちらをご覧ください。

なお、EUVと書いているのは、極紫外線露光を使った半導体製造装置で、オランダのASMLが唯一のメーカーです。サムスンもTSMC もEUVを導入済みです。回路線幅10nm以下はこのEUV装置を使用するとみられていますが、量産は未だのようです。

 TSMCは台湾の半導体製造の会社で、サムスンと競り合っています。

 

「従来技術」と書いているのは、光源にArF（フッ化アルゴン）レーザーを使い、これを液浸技術でさらに微細化した半導体製造装置と、この装置で「マルチ・パターニング」と呼ばれる繰り返し露光を行って回路線幅をさらに微細化した半導体製造技術です。この「従来技術」の半導体製造装置は、ASMLの他にニコンとキヤノンが作っていますが、ASMLが圧倒的なシェアを持っています。

  

下記は、日本経済新聞と日経産業新聞に掲載された、ここ二三年の半導体製造装置の動向記事をピックアップしました。

 

----------------------------------------------------

（2016年4月6日　日本経済新聞）

サムスン

回路線幅10nm台後半のDRAM量産開始。それまでは20nm品。記事では、10nm台後半とは18nmと推測。「4重露光」を採用。

 

（2016年10月4日　日本経済新聞）

TSMC

・回路線幅10nm品は2016年末～2017年前半

・回路線幅7nm品は2018年前半に量産開始とみられる

・回路線幅5nm品の量産開始は2020年前後

・回路線幅3nmの開発に本格的に着手する。量産は2020年以降。

 

（2016年10月18日　日本経済新聞）

サムスン

回路線幅10nmのLSIの量産を今月から開始したと発表。それまでは14nm品。 TSMCに2カ月先行したもよう。

 

（2017年4月15日　日本経済新聞）

TSMC

回路線幅3nmの半導体製造工場建設を2016年12月に発表。ただし建設時期は記事に無い。

 

（2017年6月14日　日経産業新聞）

TSMC

・回路線幅7nmの12製品について2018年から量産。

・2018年からの7nm品は、従来技術で

・2019年からの7nm品は、EUV技術で量産する予定。

 

サムスン

・回路線幅10nm品は、TSMCと同時期に投入し、受注を競っている。

・回路線幅7nm品は、2018年に量産とみられる。

 

（2017年7月12日　日本経済新聞）

サムスン

EUV装置で作ったLSIの

・回路線幅7nm品は2018年

・回路線幅5nm品は2019年

・回路線幅4nm品は2020年

から量産予定。TSMC（EUVは2019年に導入する計画）に先行する。

 

（2017年7月21日　日本経済新聞）

キヤノン

「ナノインプリント」方式の半導体製造装置を東芝メモリー四日市工場に納入。

 

（2017年9月5日　日本経済新聞）

オランダASML

EUV装置の量産開始へ。EUV装置の生産性の問題を克服し、2000枚／日のウェハ―が加工できるようになった。2017年は12台、2018年は24台の出荷見込み。

 

（2017年12月21日　日本経済新聞）

サムスン

回路線幅10nm級のDRAMの量産開始。記事によると、今回の量産開始した回路線幅は15～16nmと推測。2016年2月からここまでの従来品は18nmと推測。

 

＜2016年10月18日の記事では、回路線幅10nm品を既に量産しているのに？＞

----------------------------------------------------

 

上記記事を読んでいると、線幅の数値が前後で合わず混乱します。どれを信用して良いのやら。サムスンとTSMCの担当者で線幅の定義が違うのか、記者が誤解したか？　

 

以前は、回路線幅10nm品にはEUVを使うと思っていましたが、上記の記事が正しいとすると、回路線幅10nmも従来技術の液浸+「マルチ・パターニング」技術を使うようです。TSMCは回路線幅７nmも当初はEUVを使わずに従来技術で実現すると言っている。すごい！

 

サムスンの回路線幅18nm品は「4重露光」で作ると記事に出ています。そうするとサムスンの回路線幅18nm以下の製品は、「5重露光」やそれ以上の露光回数となるのでしょうか？こうなると、さすがに手間が増えますが、それでもEUVよりもメリットがあるのでしょう。

 

EUV装置は、従来の半導体露光装置のプロセスと全く違うので、EUV装置の技術の習得に時間がかかるのは仕方ないかも知れません。また上記記事の内容から、EUV装置を使った半導体の量産は未だに出来ていないと推測します。

 

キヤノンの「ナノインプリント」方式の半導体製造装置は2017年の夏に東芝メモリーに納入されたが、量産開始などその後の情報は出ていません。（日経新聞・日経産業新聞はチェック済み。日刊工業新聞など他紙はチェックしていません）

 

2018.01.08

 

 

最近の半導体露光装置とEUV・ナノインプリントの補足

初めにお断りしますが、半導体露光装置の業界は特殊です。メーカーはASML、ニコン、キヤノンの3社しか存在しないし、現在EUV露光装置を提供しているのはASMLのみ。顧客も限られており、液浸露光装置（一台数十億円）に比べて高価なEUV露光装置（一台100億円とか？）を導入できるメーカーは、アメリカのIntel、台湾のTSMC、韓国のサムスン（Intel・TSMCは記事あり。サムスンの記事は見ていないが多分導入している）くらいにあと二・三社と少数。こういう商売をしているので、EUV露光装置に関する情報を敢えて一般に公表するメリットはほとんど無く、これらの会社の関係者が外部に発表するわずかな情報だけです。したがって本当のところはなかなかわかりません。というわけで、初めに言い訳です。

 

今回は3月初旬にブログに来たコメントへの回答と補足です。本日もコメントが来ていますがその通りです。

 

前の記事は以下参照。

2016年5月11日の「半導体露光装置のどんでん返し－その１ お家芸からの転落－」

2016年5月14日の「半導体露光装置のどんでん返し－その２　思わぬ伏兵「液浸」－」

2016年5月26日の「半導体露光装置のどんでん返し―その３　次世代のEUVは悪戦苦闘中―」

 

2016年08月16日の「半導体露光装置のどんでん返し～番外編その１ 「リープル」～」、

2016年08月19日の「半導体露光装置のどんでん返し～番外編その2「ナノインプリント」～」

 

• 最近の半導体露光装置

 

・EUV露光装置で量産は？

ASMLのEUV露光装置を使って、台湾のTSMCが本格的に量産しているという記事は（私が見た限り）出ていないようです。

 

・ニコンがリストラ

ニコンが半導体露光装置部門の人員削減を発表したので、ニコンはEUV露光装置をやらないことがはっきりしました。そうすると、EUV露光装置をやっているのはASMLだけです。ニコンは液浸露光装置でASMLに負けたままです。

 

・液浸露光装置で10㌨㍍クラスの線幅を実現

ArFレーザー+液浸の露光装置で、マスクをずらして複数回露光するマルチ・パターニングという改良技術で、既に10㌨㍍クラスの線幅を実現しています。ただし、工程が増加して複雑になり、コストアップ要因になっている。

 

・キヤノンの「ナノインプリント」

上記2016年08月19日のブログ「番外編その2「ナノインプリント」」では、「出荷は今年中の予定」と新聞報道を引用して書きましたが、（私が見た限り）出荷したという記事は未だ出ていません。

 

• EUV露光装置は何が難しいか

 

ある資料を見ていると、EUV（極端紫外線）は本来「軟X線」と言うべき波長領域だそうです。なぜEUVという名前にしたかというと、アメリカでEUVの研究補助金を申請する時に、X線関連の補助金申請が既に多数出ていたので、「軟X線」と言うよりはEUVと言った方が補助金を通し易いと考えたからだそうです。この話は確かめようが無いですが。

 

「軟X線（X線でも波長の長い方、すなわちエネルギーの小さい方）」というとX線という文字のイメージがあり何でも透過すると思いますが、「軟X線」は空気にも吸収されて減衰し、遠くに届きません。EUVは水にもガラスにも吸収されます。

 

EUV露光装置が、従来の露光装置と大きく異なるのは次の３項目です。

 

1.       光学系が異なる

ミラーで反射させる光学系です

2.       露光装置全体を真空にする必要がある

EUVは空気でも吸収されるため

3.       EUVを発生させるレーザーの出力不足

 

1. 光学系が異なる

ArF（波長193㌨㍍）液浸まではレンズ光学系が使えましたが、EUV（13.5㌨㍍）になるとガラス材に吸収されて透過しないので、光学系は反射型のミラーを組み合わせて作る。例えば、凸レンズの機能は凹面鏡を使います。原版となるマスクも従来の透過型ではEUVが減衰するので反射型です。

 

2. 露光装置全体を真空にする必要がある

EUVは空気中でも減衰するので、EUVの光路は真空にする必要がある。ということは、材料を入れて真空にし、露光した後再び大気圧に戻して取り出す必要がある。

 

3. EUVを発生させるレーザーの出力不足

現在のところレーザーの出力が不十分で、露光に使用する光量が少なくなり生産性が上がらない。（モノは作れても、コストが合わない）レーザーの出力を上げる検討が進められているが、未だに不十分。

 

光量はミラーの反射率のべき乗「（ミラーの反射率）^{ミラーの枚数}」に比例するので、ミラーの枚数が多くなると光量はガタンと下がる。例えば反射率を70％（これくらいの数値らしい）、ミラーの枚数を13枚（これくらいは必要らしい）とすると0.7¹³＝0.01なので元の1％に激減する）

 

EUVは従来の露光装置とかなり勝手が違うようです。

 

• ArF液浸露光装置は？

 

・純水より高屈折率の液体を使えば良いのでは？

液浸露光装置で現在使われているのは純水ですが、より高屈折率の液体を使用するアイデアは昔からあり試みられたようです。しかし、現在のところ実用化されていません。

 

・10㌨㍍代の線幅を実現

ArFレーザー+液浸の露光装置で、既に10㌨㍍クラスの線幅を実現しているが、工程が複雑になり、コストアップ要因になっている。EUV露光装置も上に書いたように技術の難しさと生産性に問題がある。結局、液浸露光装置にするか、EUV露光装置にするかは、技術の難易度の他に生産性（要はコスト）も考えた総合的な判断になります。ただし10㌨㍍以下の線幅になると、EUVだろうと言われています。

 

• ナノインプリントは何が難しいか

 

ナノインプリントの詳細は、下記のURLをご参照ください。削除されていたらご容赦ください。

 

・キヤノンのホームページの「ナノインプリント」の説明

http://web.canon.jp/technology/future/nanoimprint-lithography.html

「ナノインプリント」を開発しているキヤノンのサイト。プロセスが図入りで書かれています。

 

・日経テクノロジーの記事

http://techon.nikkeibp.co.jp/article/WORD/20060418/116307/?rt=nocnt

こちらの方が、キヤノンより詳しい

 

キヤノンの「ナノインプリント」もなかなか情報が出て来ませんが、一般的に考えて難しい点は

１）等倍のマスクの製作が難しい

10～20㌨㍍幅の回路ですから、難しくない訳が無い

 

２）ゴミ（異物）を少なくできるか

ウエハー上に塗布してあるレジストに、等倍のパターンが描かれているマスクを押し付けるので、ゴミ（異物）による欠陥が出易い。

 

３）マスクの耐久性

ウエハー上に塗布してあるレジストにマスク（等倍のパターンが描かれている）を押し付けたり剥がしたりするので、マスクにはその度に応力がかかる。これがマスクの寿命を縮めるはずなので、高価な等倍マスクを何回使えるかがコストに効いて来る。

 

と私は推測しますが、実際のところはわかりません。

 

ASMLが手間取っている今、日本勢が盛り返すチャンスですが、日本勢も思うように前に進めないようです。日本勢は再びの「どんでん返し」を起こすことが出来るのでしょうか？　世間は厳しそうです。

 

2017.03.16

 

2018年1月のブログはこちら。

 

トヨタザウルス、動きがトロい

トヨタは、トランプ大統領から“No way!”と言われていますし、他の自動車会社もメキシコでの生産が先行き不透明です。自動車会社の前途は多難ですが、今回はトランプやメキシコと別の話。

 

図体のデカい会社は潰れそうに見えないけど、時々起きる技術革新の大きな流れに乗れないと傾くこともある。図体がデカいということは、身体の末端にあるセンサーからの信号が脳に到達するまでに時間がかかるし、逆に脳の指令が神経を伝わり末端の筋肉を動かすのに時間がかかるので、動作が遅くなる。

 

昨年2016年12月初めの新聞に、トヨタが電気自動車EVを開発する4人のチームを立ち上げたという記事が載っていました。4人のうち、一人はトヨタ本体から、残りの3人はグループ会社からで、グループ会社の人が最初から開発チームに参加するのは異例とか。

 

トヨタと言えば、ハイブリッド車HVで大きく先行し、水素を使った燃料電池車（FCV）を世界で初めて商品化して販売したことなど、最近は「技術のトヨタ」です。（我々の世代では、「販売のトヨタ」「技術の日産」だったのに・・）一方、トヨタは電気自動車EVを開発中と公式に言っていない（はずだ）けど、リスク回避のためHVやFCVと併行してEVも開発していると私は思っていました。しかし、上記のニュースを見ると、そうではなかったようです。それに、「グループ会社の人が最初から開発チームに参加するのは異例」とかがニュースになるようでは、どうしようもない。

 

電気自動車EVと燃料電池車FCVに関しては、

2014年の1月12日の「～電気自動車は、リチウムイオン電池、それとも燃料電池、どちらが勝つ？～」

2014年の1月12日の「～電気自動車と燃料電池車、どちらが勝つか？～その2」

で、電気自動車EVが有利と書いています。

 

2014年の1月のブログの繰り返しになりますが、燃料電池車FCVの長所は

・1回の水素の充填で走れる距離がガソリン車並み

・走行中はエコ

短所は下記のように、いずれもハードルが高そうです。

・現在のところ、水素は石油から作るので、製造時はエコではない

・水素と酸素を結合させるときの触媒に白金（プラチナ）を使うので高価になる

・設備に費用のかかる水素ステーションの設置が必要

 

一方、電気自動車EVの長所は

・エコ

・ランニングコストが安い

短所は

・一回の充電で走れる距離がガソリン車の1/3～半分と短い

　ただし、今後大きな技術の進展が期待できる

・電池の寿命がわからない（数年？）

 

現在でも、街乗りのような短距離の用途では、電気自動車EVはガソリンエンジン車と同じように運転できるし、近い将来は高性能電池の技術開発により、電気自動車EVの用途が近郊へのドライブなど中距離まで広がることが期待できる。

 

私は遠出が少ないので電気自動車EVでも十分な性能ですが、電池の寿命がわからないので、未だEVを買う気になれません。

 

一般的に考えると、将来の自動車として電気自動車EVは避けることのできない技術のはずで、トヨタでも電気自動車EVの試作車が既に完成していてもおかしくないのですが、トヨタはそう考えなかったようです。トヨタはハイブリッド車に多額の投資をしているので、新たな投資が必要になる電気自動車EVの開発は避けたかったのでしょう。「避けたい」のと「リスク回避」は別のはずですが、そうは考えなかったのかな。

 

しかし、それではソニーのテレビのように、ブラウン管から液晶への転換が遅れたのと同じことになる。またフィルム写真機からデジタル写真機への転換が遅れたコダックのようになる可能性もある。

 

大昔、地球に生息していた恐竜は、環境の変化で滅亡してしまった。図体のデカいトヨタザウルスも環境の変化についていけないと、いずれ滅亡する可能性も無いわけではない。

 

2017.02.13

アマゾンは無駄なことをしている

昨年末、佐川急便の配達員が不在で持ち帰る荷物を手荒に扱った映像が流れていました。それ以外にも、インターネット通販の利用が増えているので、宅配便の荷物も急増していることが話題になっています。

 

このブログでは、

2016年3月15日のブログ「宅急便との攻防」では、ヤマト運輸を

2016年12月20日のブログ「佐川急便は脱落したようだ」では、佐川急便を

書いています。

 

ここでは、インターネット通販の配達の問題点を書いてみようと思います。私が利用しているのは主にアマゾンです。

 

昨年後半、PC用の部品2個と車のワイパーの替えゴム（前右・前左・後ろ）3本をアマゾン経由で注文しました。

①PC用部品A：1個（数千円）

②PC用部品B：1個（数千円）

③ワイパー前右用：1本（数百円）

④ワイパー前左用：1本（数百円）

⑤ワイパー後ろ用：1本（数百円）

 

ところが、配達されたのは

(1) ある日に①、②、④がまとめて1箱

(2) その二三日後の12時頃に⑤が1箱

(3) 同じ日の3時頃に③が1箱

と一回の注文で3回ヤマト運輸が来ました。

 

これらの荷物は急がないので、私は出来るだけまとめて送るようチェックを入れておいたのですが、結果は3回に分けて来た。これじゃ、ヤマト運輸はかわいそうです。

（書き忘れましたが、送料は無料です）

 

なぜこういうことになったのか、推測すると

• ①、②、④はアマゾンの倉庫にあったので、まとめて来た
• ③と⑤は、アマゾンの倉庫ではなく、それぞれの業者の倉庫にあり、そこか ら直接来た

 

言い訳をすると、車のワイパーの替えゴムは、私がわざわざ異なる会社に注文したわけではなく、自分の車に適合するワイパーを捜したら、それぞれ別の業者に注文することになったということ。といっても、それぞれの業者の倉庫から一旦アマゾンの倉庫に送付し、まとめてアマゾンから送って来る手もあるが、結局同じことになる。

 

しかも、③と⑤は写真のような中身と比べると相当大きい段ボールの箱で来た。う～ん、無駄！　アマゾンが大きい箱を使うのは、自動読み取りで分別する時に、搬送用のローラ間を跨ぐため必要と以前のTVで放送していた記憶があるが、今でもそうなのかどうか？

 

 

どうすればよいか具体的な方策が思いつかないので、アマゾンに考えてもらうことにしよう。アマゾンの配送はまだまだ改善の余地があると思う。というか、改善しないとこのままでは宅配便がパンクする。

 

2017.01.03

佐川急便は脱落したようだ

2016年3月15日のブログ「宅急便との攻防」にヤマト運輸の話を書きましたが、今回は佐川急便です。伏字でも良かったのですが、宅配便は3社しかなく、すぐにわかるのでそのまま書きます。

 

私は京都の老舗（といっても個人商店の普通の店です）から、2カ月に1回くらいの割合で商品を購入し送ってもらっています。インターネットでの購入時に、配達の日時指定ができるので、翌日や翌々日の午前中を指定しています。ところが、これが時間通り来ない。だいたい指定した日の夕方に来る。「遅い」と言うと、「今配達店に届いたばかりなので、直ぐに持って来た」と毎回同じ言い訳をする。

 

私の住んでいる横浜の山間部（高級住宅地と言われてますが、金持ちはそれほどいない）では、ヤマト運輸のトラックが家の前を多い日には1日に3～4回行ったり来たりしている。ヤマト運輸はディーゼルエンジンなので、音で直ぐにわかる。京都から横浜に荷物を依頼すると、ヤマトなら翌日の午前中の指定でも時間通りに届く。若干の例外はあるけど。

 

一方、佐川急便は軽のバンでやって来る。この車、車体に佐川急便と書いてないけど、雰囲気でわかる。ところが、家の前で佐川急便の軽のバンはほとんど見かけない。時間指定の配達を謳っているけど、実際は時間指定の配達をやっていないのでは？と思う。このあたりだけ？

 

このあたりにヤマトの配達店は車で5分と10分くらいの場所に2か所あるのに、佐川は車で20分くらいの配達店から来る。

 

以前、佐川は住宅街の路側で2台のトラックのお尻を向き合わせて、荷物の整理をやっているのを見かけたが、配達店が少ないとそういうことになるのかもしれない。最近は全く見かけなくなったけど。

 

こういうことから推測すると、このあたりでは時間指定の配達ではなく、1日1回の配達しかしていないのでは？と推測しています。次回取り寄せの際は、何か工夫をして、このことを確かめたいと思っています。

 

三社のうちのもう一社JPは最近使っていないので、配達状況はわかりません。

 

2016.12.20

クリスマス・年末をひかえ、このところ佐川急便は混乱・遅配しているという噂ですが、上記の内容は平常時の話です。念のため。

2016.12.25

佐川急便の社員がマンションへ配達した後、不在のために荷物を持ち帰る時、荷物を投げつけたりしている動画が各TV局で放送されています。確かに乱暴な取り扱いです。荷物を配達に行ったのに、不在だったので頭に来たのでしょう。私も気が短い方なので、私が配達員だったら同じことをやりそうです。

 

ところでこのマンション、TVで見る限り台車やベビーカー用のスロープがないように見えます。下り階段でしかマンションの玄関に行けないようです。これは厳しいですね。欠陥マンションですよ。こういうマンションに配達する人に私は同情します。運送会社は、こういう欠陥マンションへの配達は拒否するべきです。

 2016.12.28

佐川急便の配達は一日一回か？

京都から取り寄せている商品の代金の支払は、以前は銀行振り込みでしたが、最近は代引き（配達時に商品の代金を支払う制度。手数料が400円前後かかる）にしているためか、それとも配達状況が改善したのか、ほぼこちらで指定した配達時間に届きます。ですので、佐川急便が一日に一回の配達かどうか、確認できていません。現在はキャンペーン中で代引き手数料が無料になっていますが、キャンペーンが終了して有料になったら、確認したいと思っています。

 2017.05.28