第43回研究会 生討論+TEAMS＋忘年会 開催録
２０２３年１２月１６日（土）午後２時半より （ベルギー時間午前7時３０分、上海時間午後１時３０分） 開場午後２時 APPEX社様会議室+TEAMS
午後二時半から午後五時まで
講師 林 直也 様 DNP
講演テーマ
「半導体業界動向と日本の立ち位置を2023年の国際学会から振り返る」
～半導体リソグラフィを中心に～
参加者（敬称略）
会議室 新井、林、原口、渡邊、国井、三重野
TEAMS 水島、辻村、小森、佐藤（泰）
1.リソグラフィ関連国際学会・セミナーのトピックス（今年参加した国際学会など）
➢ SPIE Advanced Lithography & Patterning (2/26~3/2, San Jose, Calf.)
➢ Photomask Japan (4/25~4/27, Digital Forum)
➢ Lithography Workshop (4/30~5/4, Sun Valley, Ida.)
➢ VLSI Workshop (6/11, 京都)
➢ EMLC (6/19-6/21, Dresden, Germ.)
➢ SEMICON West (7/11-7/13, San Francisco, Calf.)
➢ SEMICON Taiwan (9/5-9/7, 新竹、台湾)
➢ SPIE Photomask Technology + EUV Lithography (10/1~10/5, Monterey, Calf.)
➢ MNC (11/14~11/17, 札幌)
➢ SEMICON Japan (12/13~12/15, 東京ビッグサイト
2.日本の立ち位置
SPIE Advanced Lithography & Patterning 約２０００名の参加。スポンサーの１／３は日本企業であり、プレゼンスを保っている。
-DSAが復活している。EUVLのLER改善に役立つと目されている。先ず、EUVによりガイドパターンを形成し、BCP(Block Copolymer)の特性によってroughnessが改善される。実験による検証では、LWR≈√２LER。EUVLは、LWR≈LER.
-マルチピームマスク描画について。IMS社製は、２６万本のビームを多重露光することにより、ビーム個々の不具合を補填している。業界標準となりつつあり、DNPはこの技術を使ってEUVLマスクを作製している。自由曲線パターンも採用することにより、良いパターンFidelity, 解像度を得ている。コンセプトから実用化まで１５年が経過している。約５０台が出荷され、その多くはTSMCにある。３nmマスクまで対応している。今後、２６万ビームから５９万ビームへと進化させる予定である。
Photomask Japan ~ 2023 4/25-4/27, Digital Forum：４８件（キーノート２件、招待講演１３件、オーラル２６件、ポスター７件）であり、去年より２２件減少。特に、US, ヨーロッパからの投稿が減少した。また、参加者も６４名減少し、２５３名であった。
デジタルの為に、時差があり参加者が参加しにくかったようだ。２０２４年は、リアル会場で三日間開催する予定である。是非、参加を期待している。
Lithography Workshop ~ 2023 4/30-5/4, San Valley Idaho
会議概要：参加者、90名。発表件数、61件（全て招待講演）、全13セッションを4日間で。
テーマは、
①Advanced Materials and Processes(Univ. Chicago, Lam, LBNL(2), Fujifilm, Merck, Inpria)
②Advanced Packaging(Adeia, UCLA, AMAT(2), Canon, NHanced Semi)
③AI and Deep Learning(NIST, 東工大, Meta, Stanford, CDLe)
④Computational Lithography(Siemens EDA, Synopsys)
⑤Design Layout and Litho co-optimization(PDF)
⑥E-beam Mask Technology(Vistec, D2S, IMS)
⑦High NA EUV(Zeiss, ASML(2), Samsung, Panoramic Tech, imec)
⑧Metrology(Zeiss, Onto, EUV Tech, ASML, imec, NIST, PTB)
⑨Novel Devices and Technology(U.C.Sandiego, Aligned Carbon, Meta, Google, AMAT(2))
⑩Novel Pattern Transfer(Canon, PSI, imec, MultiBeam, DNP, Nikon, Lithoptek, IBM, Univ.
Meryland)
⑪Quantum Computing(PsiQuantum)
⑫半導体戦略に関わる講演も(NSF, NIST, MITRA)。
特に、半導体戦略について、NSF(National Science Foundation)、NIST、MITRAの報告は参考となろう。
NSFは、２０２３年度９．９BUSD規模で３５万人のサポートをしている。その中にFUSE(Future of Semiconductors)があり、２０２３年度50MUSDの投資を予定している。Ericson, IBM, Intel, Samsungが関与している。
Expanding and Diversifying the Semiconductor Workforce
・Advanced Technology Education (ATE)
・Research Experiences for Undergraduates (REU)
・Graduate Research Fellowships
・Postdoctoral Fellowships in engineering
・Experiential Learning for Emerging and Novel Technologies (ExLENT)
・Learning opportunities at facilities and centers
また、SRCとコラボレーションをしており、研究開発ターゲットが明確となっているようだ。
NSF-SRC Research Experiences for Undergraduates on Semiconductor-related Topics
First joint REU site awards under a five-year NSF-SRC partnership agreement:
・Chemistry Pathways to Building Functional Materials, University of Texas at
Dallas
・Materials for Future Computing, Carnegie Mellon University.
・ Nanophononics, Quantum Photonics, and Vision/Biomedical Optics, University of Rochester
・ Novel Techniques and Applications in Catalysis Research Development and Molecular Dynamics, University of Pennsylvania
・Semiconductor Electronics and Photonics, University of Dayton
・Semiconductor Hands-On Research Experience, University of Michigan
米国の施策は、「人を大事にする」。 (渡邊コメント：日本も見習って、特にエンジニア、リサーチャーに対して大事にすることが必要と感じている。半導体は、唯一創造によって付加価値を上げることができる。創造を司るのは人である。創造できるエンジニア、研究者を多く確保することが急務となっているだろう。）
MITRA EngenuityによるKeynote講演から
Topics to consider to meet the global market demand for semiconductor products
・ What is the best path for industry to align with government actions?
・ How to respond to the changes in the market?
・ How to attract the best technical and business talent to our industry?
MITRE Engenuity は、アメリカのイノベーションの絶え間なく変化する状況の現実と、それを導くインパクトドライバーに対処し、専門家、組織、投資家を非競争領域に招集し、公益のための世代への影響を推進している。
Five Seismic Shifts That Will Define The Future of Semiconductors and ICT
1. Fundamental breakthroughs in analog hardware are required to generate smarter world-machine interfaces that can sense, perceive, and reason. Annual investment need: S600M throughout this decade to pursue analog-to-information compression/reduction with a practical compression/reduction ratio of 10*:1 For practical use of information more analogous to the human brain.
2.The growth of memory demands will outstrip global silicon supply, presenting opportunities for radically new memory and storage solutions. Annual investment need: $750M throughout this decade to develop emerging memories/memory fabrics with >10-100X density and energy efficiency improvement for each level of the memory hierarchy. Discover new storage systems and storage technologies with >100x storage density capability.
3. Always-available communication requires new research directions that address the imbalance of communication capacity vs. data-generation rates. Annual investment need: $700M throughout this decade for communication enabling data movement of 100-1000 zettabyte/year at the peak rate of 1Tbps@ <0.1nJ/bit. Develop intelligent and agile networks that effectively utilize bandwidth to maximize network capacity.
4. Breakthroughs in hardware research are needed to address emerging security challenges in highly interconnected systems and AI. Annual investment need: $600M throughout this decade for privacy and security hardware advances that keep pace with new technology threats and use cases (e.g., trustworthy AI systems, secure hardware platforms, and emerging postquantum and distributed cryptographic algorithms).
5. Ever-rising energy demand for computing vs. global energy production is creating new risk, and new computing paradigms offer opportunities to dramatically improve energy efficiency. Annual investment need: S750M throughout this decade to discover computing paradigms/architectures with a radically new computing trajectory demonstrating >1,000,000x improvement in energy efficiency.
VLSI Symposium Workshop ~ 2023 6/11, Kyoto Japan
Topics: The workshop will cover the following topics:
• Development of current EUV tools and future high NA tools.
• Novel resists to achieve promised high NA EUV resolution.
• EUV and high NA EUV mask challenges.
• High NA EUV exposure tool implications to chip and mask layouts.
• Resolution capability and stitching of features across the high NA
exposure fields.
ASMLは、スループット向上のため、照明系のミラーを減らしていく方向で4枚から2枚へと開発している。Logicデバイスの2次元スケーリングは、メタルピッチ14nm前後、Edge placement error 3.5nm前後で2030年以降止まると予測している。
EMLC (European Mask & Lithography Conference)
~ 2023 6/19-6/21, Dresden Germany
ASMLによる露光装置開発の歴史； High-NAツールを 8nm half-pitch対応で開発中。
Multi-Beam Mask Writing; IMS社とレーザーテック社の二社供給。コンセプト、性能で差がある。EUVマスク製造に必須との業界認識にある。
Mask Laser writer； 90－200nm製品は、今後も増える。が、設備が老朽化している為、需給逼迫リスクが大きい。
Fraunhofer、量子デバイス用ゲート電極；CMOSプロセスにて作成。EB描画技術を利用。
SEMICON West ~ 2023 7/11-7/13, San Francisco California
Lam Research、Ben Eynon
EUV Dry Resistは、プロセス尤度が広いことと、欠陥密度が小さいことを強調。
Doseを下げても使えることを検討中。IMECとの協働。55mj/cm2くらいまでDoseを下げる事は可能かと。それ以下では、LWRや欠陥増加。
一方で、デスカムで実質45mj/cm2に到達。ADIとAEIを比較すると、エッチング後にBackgroundが綺麗になっていることを確認できる。CDUやLWRも良化。
High-NAでのMET-5での評価で、8nm解像＠15nm膜厚、13nmピラー＠25nm膜厚も。
コスト的にも、Dose下げられるし、従来の塗布・現像トラックを使うよりベター、とアピール。
CAR（Chemically Amplified Resist、化学増幅型レジスト）と比較しては、35nmPitch以下は有利。High-NAでのレジスト薄膜化対応も可能になる。
IMEC、Steven Scheer IMECは、ブライトフィールドを要求している。
• High-NAは、A14から適用、A10への延命も。
• High-NA LABについて。2024年H1に活動開始。IMECのPilot labと協働する（パートナーリストを提示）
• Stitchingについて。プロセス最適化はまだ必要だが可能性のあるオプション。
• レジストについて。CARとMORの比較から。MORのWetとDry現像の比較。Dry現像が有利。
• 欠陥検査は、光とEBでのギャップも。
• ぺリクルもp-SiかCNT(Carbon Nano Tube)か、などの課題もある。CNTに注目している。透過率や寿命から有利。
Intel、Richard Schenker
• Scalingに注目して、2030年とそれ以降を俯瞰。
• 裏面電力供給、デバイスアーキテクチャ、について。
• CFETにするとメタルピッチも狭める必要がある。4-5nm程度しかEPEが許されない。
Stochasticも＞7σに。
• AMATの楕円エッチング技術もVia Lineの接続性の改善に有効。
• Stochasticsのリソグラフィ間比較。レジスト自体の不均一性の影響も。
• DSAによるスムージング、Variability改善も。回路のFlexibilityも同時に得られる。
SEMICON Taiwan ~ 2023 9/5~9/7, Taipei Taiwan
＊ 「Auto IC」セッションを聴講、満席。予想通りの中国語ベース、誰もPCでもメモも取っていない。
＊ NXP、Matthias Feulner
➢ ADAS用の28nmプロセスでの1チップレーダー。
➢ ADASのマーケットトレンドから。Level-2, 2＋の2030年までの伸びが大きい。それ以上のレベルは4％と小さい。
➢ センサーの搭載数について。レーダーの搭載は、来年2台、2027年には3台、最終的には5台以上に。
➢ レーダーの機能ロードマップについて。フロント、リアから、各コーナー、サイド、イメージングレーダーも。ロングレンジ対応も。16FF/28nmRFCMOSで製造。
➢ センサー出荷数予測、217M＠2025（←126M＠2022）。
➢ ハイウェイと市街でのセンシングニーズの違いについて。
➢ 1チップレーダーについて。5cm角と小さいモジュール化が可能に。200m先のオートバイを認識可能。40nmデバイスから28nmプロセスにすることでの進化について。
➢ 4Dイメージングレーダーについて。複数の検出レンジを持つ。LiDARに近いマッピングが可能に。
＊ Win Semicon, Chuck Huang
➢ 化合物半導体について。
- EVの市場動向から。2025年までは45％近くのCAGR、車全体では＜5％だが。
➢ 化合物半導体は、RFとフォトニックスに展開。GaAs, GaN、など。
➢ 5GはEVのバックボーンに展開。V2Xの一環。
➢ フォトニックスに関しては、Direct bandgapで効率が高い。波長領域もIRからUVと広い。
➢ 車内の光通信への適用について。多くのカメラ、センサーを用いるADASでの帯域確保にはフォトニックスデバイスが必要になる。VCSEL光源の利点として、解像性、などが挙げられる。
➢ LiDARのFlash, 1D, 2Dのセンシングアルゴリズム。マーケットは2.1B$から6.3B$へ拡大（2021→2027）by YOLE。
＊ TI Taiwan, William Feng
➢ バッテリーマネージメントシステム。
➢ TIの紹介から。産業向け、車載、パーソナル、通信、エンタープライズ、の順のビジネス規模。産業と車で65％の売上。
➢ 新300mmFABとして、RAB2：Richardson、LFAB・LFAB”：Lehi、SM1-4：Sherman。45-130nmプロセス。今後、10-15年の成長にフォーカス。
➢ 車載システムのチャレンジについて。サイバーセキュリティが重要！
➢ EV化を促進するために必要な革新技術について。
➢ バッテリーモニターについて。航続距離の正確な把握にも必要。安全性、安定性の確保にも。
➢ セルモニター、パックモニター、などで構成される。
➢ バッテリーセルモニターはmVレベルまで計測。
SPIE Photomask Technology + EUV Lithography
~ 2023 10/1-10/5, Monterey California
投稿数は急速に回復し、アジアからの参加が増加している。
＊ Vincent Tang, LLNL、レーザー核融合！
➢ EUVLの開発歴史のレビューから。
➢ Nuclear deterrent without testing（核実験で穴だらけの実験場の写真）。1960年代からの原子力の歴史。
➢ National Ignition Facilityのビデオから。NISA。2022年12/5に最初の点火。130万度、2.05MJレーザー入力で、3.15MJエネルギー発生。出力が入力を越えた！
➢ 2023年7月30日に、3.88MJまで出力増加。192ビーム、500TW！
➢ 2重水素と3重水素からヘリウムとNeutronを発生。
➢ Inertial Confinement Fusionについて。Deuterium-tritiumが燃料。プラズマ爆発→爆縮→Fusion Burnへ。
➢ インプットは、322MJ電力→2.05MJレーザー。キャプセル 250kJ、Fusion Fuel 25kJ。出力は3.15MJ。（つまり、トータルではまだ1％の効率）
➢ キャプセルとは。Diamond Nanocrystalline Capsule- High Density Carbon。
➢ Next step。2028年までに数十MJへ、2040年までに＞100MJを。
➢ 発生した熱でタービン発電を行う。トリチウムFuel Cycleも。
➢ EUVと似通ったシステム。開発も公的機関からプライベート企業（EUVの場合はASML）へ。
➢ CO2レーザーは使えないのか？ 短波長が有利。長波長も検討はしているが。
➢ 光学系のメンテナンス？ モニターしていて取り出してメンテ。
➢ エネルギー効率は原爆と比較して？ まだ端緒なので比較にはならない。
➢ キャプセルを物理的に安定させるには？ 薄膜で覆われている。
＊ Google、Bernard Kress、（SPIE Presidentでもある）
➢ Combining Optical and NIL 2D photomask pattern for 3D nanostructures
➢ SPIEのAR/VR/MRの紹介。2024年1月29-31日。
➢ 2300→114Bトランジスターの歴史と比較して、OpticalではLawは別の形で。
➢ スマートグラスは残念ながらまだ流行っていない。未だに計画は遅れている。XRヘッドセットの計画はあるが。
➢ 薄い光学系がARサブシステムとして必要。Display, Sensing,,など。
➢ 1990年には構想はあった。2－12の素子をアライメントして1素子に。Light engineとしては、Digilensの構想も。
➢ Slanted waveguide gratingsへの開発歴史。30年以上！Digilens, Nokia, InPhase, Microsoftと各社が開発してきた。
➢ NILについて。EVGのシステムと、Canonのパターニング。マスタリングを行うプレイヤーとして(DNPの名前は無い！) Toppan、Photronics、HOYAなどはある。
➢ Binary, Slanted, Blazedの比較。SRG Nanostructureについて。デザインについて。製造エラーはある。Dual slanted構造は角度バンド幅を得られることも。
➢ 屈折率、1.53のケースで、構造の差、1.80で効率アップも。
➢ 基板とグレーティングの屈折率の差について。小さい、同じ（Wave-）、大きい（AMAT）
➢ NILはウェハーレベルの制限も。12チップ/300㎜φでも、RGBで2セットのみ、など。
➢ Bragg grating exposure（VBGタイプ）でSlanted構造を。TIRホログラフィックリソグラフィもあるか。
➢ Lam ResearchのDry現像で倒れ防止も。
➢ Chalcogenideのグラスレジストもあった。グレースケール露光（EB）で使われた。
➢ Digilens のPDLCの例。酸素アッシングでNo RLTのSlanted構造を形成。インクジェットNILではRLTが20nmあるので形成は困難。
➢ 表面ラフネスはあるが、既存材料も内部はフィラーのラフネスがある。屈折率の差は小さいし。理想は、内部も外部もスムースだが。
➢ これらの技術は数十年前から知られていた。NILもNon contactになるか？！
➢ パネルレベルへ！
➢ 解像力？ 100nmレベル。
＊EUVL用のマスクサイズも重要問題であり、Large EUV Mask Format Workshopが併催された。昨年Intelから300mmφマスクフォーマットが提案された。現在は、6X12インチマスクフォーマットが検討されている。
MNC (Microprocess & Nanotechnology Conference)
~ 2023 11/14-11/17, Sapporo Japan
MNC2023の概要
1. 分野は半導体リソグラフィ ナノインプリント ナノデバイス、ナノマテリアルなどに関する国際会議、４つのパラレルセッションで進行
2. 論文 373報 採択率 80%。 内訳：日本 259、 韓国 51、 中国 12、 UK２、 USA ２、 オランダ ２。 昨年より80%増
3. 参加者 546。 内訳：日本 426、 韓国 55、 台湾 30、 USA 11、 ベルギー ７、 オランダ ５。 参加者数は過去最高 昨年より30%増
4. 姉妹会議の紹介（2024年）の開催予定紹介。 EIPBN カリフォルニア 5/28-31、
MNE フランスモンペリエ 9/16-19、 MNC 京都 11/12-15
＊ IMEC、Sri Samaedam（元GF, Malta）、Technologies that will propel compute systems scaling in the next decade
➢ ML（Machine Learning）によるComputing needsから。半年で2倍の処理量に。1.058T＄＠2030年の半導体市場。
GPUによるTraining, AR/VR、Autonomous、などのアプリケーションへ。
➢ 課題は、コスト、帯域（メモリとの）、パワー・熱制御、CO2排出（何もしないと2030年には4倍に。ターゲットからは8倍の開きに。これを最低でも2.5xに抑えたい。）
➢ DTCO（Design and Technology Co-Optimization）とSTCO（System and Technology Co-Optimization）の協調へ。
➢ Forksheet（A14, A10ノード）、CFET（A7、A5/A3ノード）構造について。
➢ EUV Lithographyについて。MP（Multiple Patterning, NA=0.33）とHigh-NA＠A14, 2026-2027年で量産へ。
➢ BEOL Interconnect scalingについて。A10からはSemi-damascene（Subtractive metallization）へ。配線材料はCuからRuへ。新材料としてはグラフェンも挙げる。
➢ SRAMセルのスケーリングの減速から、MRAM採用へ（STT-MRAM, SOT-MRAM）。IMECはSOT-MRAMに注目している。Cost, Maturityが課題。
➢ 2D SoCからChiplet、3D-SoCへのアプローチについて。
➢ Bumpは現状の55umピッチから20umピッチになれば、60％（帯域、エネルギー）の改善。
➢ W2W（Wafer-to-wafer接合）では400nmPitchをIMECで検証中。今後は更なるPitch scalingも。
➢ BPD（Backside Power Delivery）について。表面からの電源供給と比較して、Pitch裕度、RDLの裕度も上がる。更にスイッチなどの機能を追加することも可能に。
➢ 冷却方法としては、Liquid jet impingement cooling（強制液冷方式）を検討。
➢ Sustainabilityへのアプローチについて。Scope-1, 3のコスト分担の課題も。PFAS（Per-and polyfluoroalkyl substances）削減のテーマもある。
➢ ？Chipletでの接続におけるMetrology？ Cu直接ボンディングは課題。マイクロボイドの検出も不足。
➢ ？Computingの別のアプローチは？ アナログなども含め可能性があるがDTCOに含めて検討する。
➢ ？Foundryでの環境対応は？ F系ガスは課題。代替えやリユースもあるが、PFASの代替え含め検討していく
＊ IBM、Heike Riel, Quantum Computing, Path to Quantum Advantage
➢ Computingについて。
➢ ビットと回路の違いについて。
➢ 100Qubitsで地球上の原子数を越える。280で全宇宙原子数も越える。
➢ 逆計算や、暗号化など複雑な計算がQuantum Computingでは有利。シミュレーション、数学的データ構造解析、最適化・リスク評価、などに向いている。
➢ IBMのクラウドにある”System One”について。Superconducting Circuits方式に注力している。
➢ パフォーマンスは、Scale, Quality, Speedによる。2022年に433QubitsのOspreyをリリースした。
➢ 2023 年 は 1121Qubits の Condor 、 133Qubits x 3 の Heron 。 2024 年 に は 1386Qubits 、 2025 年 に は4158Qubits、100,000Qubitsを2030年に！
➢ エラーについて。パリティーチェック、Error mitigationが必要。ある時点で、既存コンピューティングよりコストダウンになる。
➢ 100Qubitsと100Depthの組み合わせで効率化。
➢ 日本の慶応や東大とのコラボも。
日本の立ち位置
マスク内製化率について：7割ぐらい。主に先端製品。残りの3割は、マチュアで凸版、DNPが引き受けている。
• 日本は得意な所を伸ばすのか、不得意を補完するのか？
QA（敬称略）
辻村：TSMCはいつぐらいからマルチビームを採用する？
林：自由曲線パターンで、部分的に使っている。
三重野：先ほど、コンセプトから１５年という話であったが、ナノインプリントは？
原口：２０年程度である。
小森：マスクサイズ大きいとミラーも大きくなる？
林：6×12”フォーマットであればスリット幅は同じなので現状で対応できる。
小森：PFAS（有機フッ素化合物）について？ 設備の冷却は油冷になっている。
三重野：「人を大事にする」点について、国内外で違いがある？
林：人種、性別、ダイバーシティなど、日本は遅れているように感じる。
原口：シリコンバレーにいた経験から、日本はなかなか変われない。NSFは言わば「投資家」の集まりであるが、「公益の為」に金を出す。見返りを求めていない。日本では見られない点だ。
日本の今後において、大事な点は「日本の得意技」を持って如何に周りと手を組めるかだ。
渡邊：ファンドについて。米国は「我が国が一番」である為に、軍事が一番となる。軍事の為の技術である真空管、半導体等の電子デバイス産業が発展した。エネルギー省が持つローレンスリバモア国立研究所（1952年に核兵器の研究開発を目的として設立）は、半導体人材の募集は米国籍のみとしている。「サイエンス」と「国防」は分かれる。
「自分の国を守る。」「文化を守る。」という意識は、大事である。日本は、多様性が有りすぎる。国に対しての貢献度が大事と思われ、米国と同じ事ができないかと考える。社会的風潮で守るのが日本人と感ずる。ヨーロッパのファンドは、国々の中でプロポーザルを書かせている。レフェリーも多国化している。文科省は、日韓中で協力関係をやりなさいとしている。IEDMに参加した際に、日本人のコンサルタントと話しをした。米国の議員は自分の利益の為にだが、根底には国の為がある。台湾にはNSFに相当するものがあり、金額も大きい。日本人もリクルートの対象となっている。
さて、ラピダス、LSTCはどうなのだろう？
今後の協会として、政治家、企業家、投資家等との関わりについて議論をした。この時の結論として、西村氏がよく半導体産業を理解しているようであり、且つ、重責を離れたので時間が取れるのではと候補として上がった。
忘年会
この日だけは、気温が20℃を超えとても穏やかでした。クリスマスの電飾が飾られた六本木ヒルズは、若いカップルや家族連れで賑わっていました。この活気がさらに、半導体産業によって十年も二十年ももっと盛り上がり続けるようにしたいものです。
（文責 三重野）