《日本のゴム、中国の土、リバースエンジニアリングのEUV》

この数日間、中国のマンハッタン計画 — ASMLの光刻機の逆アセンブルについての議論が盛んです。皆さんも興奮しています。何しろ大きなブレークスルーですから。

しかし、工学技術の観点から、イデオロギーを排除して詳細に調べると、事実と理想の間には差があり、しかもそれは小さくないことがわかります。

なぜなら、問題を実際にエンジニアリングのレベルで分解すると、技術的なアプローチが長期的に持続できるかどうかを決定するのは、しばしば最も注目されているメディアのホットトピックではなく、一見目立たない細部であることがわかるからです。

本稿では、逆光刻機の進展などの詳細については議論しませんが、最近のあまり目立たないニュースについて触れたいと思います：日本による中国への（限定的な）フォトレジストの供給停止。

先進プロセスでは、フォトレジストがプロセスウィンドウの幅、ランダム欠陥が抑制できるかどうか、歩留まりの尾部が制御不能になるかどうかを決定します。
言い換えれば、euvはあるが、フォトレジストがないため、先進的なプロセスの歩留まりを上げることができず、歩留まりがなければコストも下がらず、コストが下がらなければ注文もなく、少なくとも国際的な注文はない。
これが、フォトレジストが機器よりもはるかに目立たないことが多い理由ですが、技術的にはより致命的である理由でもあります。

日本のフォトレジストの難しさを理解している一般の科学愛好家はほとんどいません。彼らは習慣的に、これは単なるフォトリソグラフィーの過程での消耗品だと考えています。しかし、現実はもっと複雑です。
日本の高級フォトレジストは非常に再現が難しいです。なぜなら、それは特定の化学構造に関わるだけでなく、全体の生産および制御プロセスに依存しているからです。このプロセスは線形であり、迅速に反復することができません。
超高純度の原料制御、ポリマー反応経路の選択、分子量分布の管理から、不純物の統計、バッチの一貫性、長期の老化挙動に至るまで、これは高度に工学化され、長期間にわたって進化してきたシステムです。

それは何十年もの失敗のサンプルを積み重ねて作り上げられたものです。
大量の特許を蓄積しましたが、より重要なのは、多くの重要な判断は論文に書くことができず、特許に完全に書き込むことも難しいということです。
それらは、エンジニアの「この材料は生産ラインに乗せられるか」という直感に存在し、生産ラインの異常に対する経験的判断に存在し、企業の数十年にわたるプロセスパラメータや失敗データに存在し、プロセスとコントロールの改善の蓄積の中に存在しています。

これが「日本の接着剤」の本当の意味です。
製品のボトルではなく、長期的に運用される材料産業能力の一式です。

中国にはこの点において非常に興味深い、しかししばしば見落とされる参照があります：
レアアースの精製処理能力。

この中で、本当に再現が難しいのは資源そのものではなく、複雑な鉱物を分離し、精製し、工業用の状態に安定させるプロセス体系です。
これは何千万回もの失敗と試行錯誤を経たプロセスであり、その過程で大量の資源が消費され、大量の汚染が生じます。

欧米には稀土資源がないわけではありませんが、「土」をスケール可能で制御可能、かつ長期的に供給できる産業材料に変えることが本当に難しいのです。
それは同様に、高度に工学化され、長期的に蓄積された能力のセットです。
これが、中国の「レアアース」が欧米を締め付けるために使用できる理由です。

さらに興味深いのは、日本のフォトレジストの主要サプライヤーの一つである信越化学が、欧米や日本で数少ない重希土類の精製能力を持つ生産者でもあることです。（信越化学がなぜフォトレジストと希土類の両方を製造できるのかについては、次回別の記事で詳述します）

同様に、日本のフォトレジストも中国の首を絞めることができる。
日本のフォトレジスト供給の停止は、安定性と歩留まりに影響を与えます。
日本のフォトレジストは、EUV露光装置の量産において絶対的な独占を持っています。つまり、EUVだけではなく、日本のフォトレジストがなければ、5nm以下のチップは生産できません。

現在の中国の7nmの生産プロセスにおいて、EUVを使用しているわけではなく、193nm ArF DUVを使用した多重露光であるにもかかわらず、依然として良率は日本の高性能フォトレジストに制約されています。
非重要層、国産ゴムはすでに安定して使用できる。
次の重要な層は、国産と輸入を混合して使用できます。
成功と失敗を決定づける重要な要素は、依然として日本の高性能ArFフォトレジストに大きく依存しています。
多重露光は、あらゆる微小な不安定さを拡大するからです。

一旦高端光刻膠の供給が途絶えると、7nmの本来あまり高くない歩留まりがさらに低下し、コストがさらに増加します。

なぜEUVは日本のフォトレジストに依存しているのか？それは、成熟したフォトレジストだけが光子統計ノイズとランダム欠陥を抑制できるからです。
7nmの重要な層は本当に制御可能な国産代替品を実現し、まだ複数の研究開発サイクルが必要になる可能性があり、5nmに必要なEUV光刻剤は言うまでもありません。

ある開発サイクルは通常3〜5年かかります。なぜなら、ほぼ並行して行うことができない非常に時間のかかる5つの段階を少なくとも含む必要があるからです。
基本レシピ探求
ラボ→パイロットスケールアップ
デバイス調整（スキャナー + トラック）
生産ライン検証（ウエハレベル）
長期安定性の検証

デバイスの部品は明示的かもしれませんが、材料とプロセスは暗黙的です。機械は分解され、複製されることができますが、材料と産業に必要な時間は、逆工学によって圧縮することができません。

日本の光感応材料は、中国の重稀土と同様に、産業ライン上で、歩留まり曲線の尾部で、数年にわたり事故がなく安定して稼働している中でのみ、真の価値を発揮する能力を持っています。

もし逆EUVが「扉を開く」ことができるとすれば、フォトレジストが決定するのは、この道をどれだけ長く歩けるかということだ。

半導体に関するこの件で、最も残酷な点は——
成功は一度だけでは意味がない。数年にわたって問題が出ないことこそが成功といえる。

そして時間は、AI時代であっても、唯一逆工学できないものです。