第5世代通信(5G)スマートフォンの普及やデータセンター(DC)の増設、自動車の電動化などを背景に活況が続く半導体露光装置市場。蘭ASML、キヤノン、ニコンの大手3社のうち、唯一極端紫外線(EUV)露光装置の開発に成功しているASMLが市場トップを独走する。一方、キヤノン、ニコンも独自路線で差別化を図り、多様化する半導体メーカーのニーズに応える。三者三様の開発戦略を追った。(張谷京子)

半導体はこれまで、回路線幅を細くすることで性能を高め、進化を遂げてきた。半導体回路の集積密度が1年半から2年で2倍になるという「ムーアの法則」はその象徴で、半導体露光装置メーカーも長年、微細化の実現に向けた装置の開発に主眼を置いていた。

ただ近年は、3次元積層など、微細化以外の方法で性能を高めようという開発の方向性も生まれており、半導体の製造プロセスが複雑化。微細化は引き続き半導体技術の革新をけん引するものの、半導体メーカーが装置に求めるニーズは多様化しつつある。

そんな市場ニーズの変化を背景に、露光装置各社は独自の開発戦略を描いている。

ASML、EUV供給を独占

「ムーアの法則は、今後10年以降も続いていく見通しで、それを中心的に支えるのが最先端のEUV露光装置だ」―。こう力を込めるのは、ASMLジャパン(東京都品川区)の藤原祥二郎社長。ASMLが供給を独占するEUVは、回路線幅7ナノメートル(ナノは10億分の1)以下のパターンを形成可能。5GスマホやDCなどで使われる先端半導体の製造では不可欠になっている。

現在、台湾積体電路製造(TSMC)など一部の半導体メーカーがEUV露光装置を用い、線幅5ナノメートルまでの半導体を量産。年内にも3ナノメートルの半導体量産に踏み切ると言われている。ASMLによると、2025年以降には、2ナノメートル以下のプロセスで使用されることを想定したEUV露光装置も実用化される見通し。

EUV露光は、演算処理などを行うロジック半導体での活用が主だが、最近では、パソコンなどのデータの一時記憶に使うDRAMでも活用が広がりつつあるようだ。

キヤノン、NILでコスト抑制

一方、キヤノンの目玉は、キオクシアホールディングス(旧東芝メモリホールディングス)、大日本印刷と共同で開発を進めている「ナノインプリント(NIL)半導体製造装置」。既存の露光技術が光で回路を焼き付けるのに対し、NILは型を半導体ウエハーに押しつけて回路パターンを形成する。既存の露光技術と比べてプロセスを単純化できるため、製造コストや消費電力の抑制につながる。

NILは、15ナノメートル以下の線幅の形成を目指している。NAND型フラッシュメモリー大手のキオクシアによるプロセスの確立が先決とみられるが、低コスト、低消費電力を強みに既存の露光技術の代替装置としてロジック半導体メーカーへの供給も視野に入りそうだ。

気になるのが実用化の時期。開発を始めて現在約10年経つというが、まだ実用化の時期は明らかになっていない。武石洋明キヤノン専務執行役員は「ほぼ量産レベルの装置性能は出ている」ものの「光の露光装置とは条件出しやセットアップが異なり、工夫が必要。使い勝手の向上が課題になっている」と話す。こうした問題を解決し、実用化に向けて前進したいところだ。

ニコン、ArF液浸に磨き

ニコンは、半導体デバイス構造の3次元化に対応した露光装置の開発に力を注ぐ。3次元化ニーズに対応した、フッ化アルゴン(ArF)液浸スキャナー「NSR―S636E」を23年に発売する予定だ。

同社は、かつてArF液浸露光装置の販売台数増加による売上高拡大を目指していたものの、ASMLとの技術差が埋まらず、収益が悪化した。16年から始めた構造改革以降、ArF液浸の開発を縮小。特定の顧客へ露光装置を販売する方針に改め、案件を絞りこんできた経緯がある。現在、販売先の大半を米インテルが占めると言われている。

そこで今後は新たな顧客の確保に向けた取り組みも強化する。浜谷正人ニコン常務執行役員は「ArF液浸が先端露光装置として使用される回路寸法が主戦場」と断言。最先端のロジック半導体製造では、EUV露光装置の導入が進んでいるものの「3次元NAND型フラッシュメモリーや相補型金属酸化膜半導体(CMOS)センサーは今後も、基本的にArF液浸の領域だ」と強調する。

ただ、ASMLはArF液浸露光装置のシェアでもニコンを上回っているとみられる。その中で浜谷常務執行役員は「競合にない特徴を出すということが大事」と認識。3次元化に特化したArF液浸装置の投入により、競合と差別化を図りたい考えだ。

半導体製造装置、販売最高 昨年44%増13兆円

半導体露光は、半導体製造において核となる工程。フォトマスク(原版)に描かれた電子回路のパターンを半導体ウエハーに転写する。光源として、EUV(波長は13・5ナノメートル)、ArF液浸(同193ナノメートル)、ArFドライ(同193ナノメートル)、KrF(248ナノメートル)、i線(同365ナノメートル)などが使用されており、波長が短いほど、微細な線幅の半導体回路を描くことができる。

キヤノンはKrFとi線を、ニコンはArF液浸、ArFドライ、KrF、i線を使った製品をラインアップしている。ASMLはそれら全ての種類の装置を手がけるほか、EUVを独占する。

5Gの普及やコロナ禍による巣ごもり消費、自動車の電動化などを背景に20年以降右肩上がりの成長が続く半導体製造装置市場。半導体業界の国際団体SEMIによると、21年の半導体製造装置の世界販売額は前年比44%増の1026億ドル(約13兆1000億円)で過去最高額を更新した。経済安全保障上の理由から、各国が半導体工場の誘致を進めていることも装置の需要拡大を後押しする。

一方、課題として残るのは、部材不足。半導体製造装置に使うための半導体が逼迫する事態も発生しており、装置各社は「鶏が先か、卵が先か」のジレンマを抱える。特に、露光装置は製造装置の中でも、製造リードタイムが長いのが特徴。「来年、再来年の商談の話を考えていかないと間に合わない」と先を見据える業界関係者は多い。


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