半導体製造装置にブレークスルー 世界初の結晶体で電子ビームを精密制御

半導体は近年、“産業のコメ”のみならず、石油と並ぶ国際戦略物資としての色合いを強めている。これに伴い半導体の製造技術やそのサプライチェーンを維持・拡充する重要性も、かつてなく高まっている。こうした中、「神奈川県発日本版シリコンバレーの構築」を目標に掲げるTNPパートナーズ（横浜市港北区新横浜）は、半導体に関わるスタートアップや研究者たちへの支援活動を続けている。今回は、半導体回路の微細化に欠かせない電子ビーム装置の性能を飛躍的にアップさせる基礎技術を見いだし、ノーベル賞受賞の期待もかかる国立研究開発法人物質・材料研究機構（NIMS）の主任研究員を務める達博博士に、この革新的技術が半導体製造に与えるインパクトなどについて聞いた。

——博士の研究分野を教えてください。

「私は大学時代、理論物理学を専 攻していました。2010年のことですが、 単結晶でも準結晶でもない“第3の結 晶構造”があるのではとのアイデアが生 まれました。しかし、それを実証するのは 当時の中国では難しく、材料研究の最 先端を走っていた物質・材料研究機構 （NIMS）に留学し、その後研究員となり ました」

「NIMSで発見した酸化インジウム薄 膜の『円柱対称回転結晶』は、従来の 結晶学の体系では説明ができないまっ たく新しい結晶構造をしており、この円柱 対称回転結晶のさらなる原理の解明と、 この結晶を使った半導体分野への応用 研究を進めているところです」

——半導体分野ではどのような応用を考えているのですか。

「電子回路の微細化が進む半導体 チップを作るのに欠かせない電子ビーム 装置への応用です。現在、半導体チッ プ上に回路パターンを描く時に使われる 電子ビーム装置は、電子銃から放出した 電子を複数の電磁レンズを使って制御 し、チップの表面に焦点を合わせていま す。しかし、電磁レンズはかさばる上に磁 場の相互干渉を避けるため、ある程度間 隔を保って配置せざるを得ず、結果として 半導体露光装置は部屋1つ分に相当す るような巨大な機械になっています。また、 技術的にも電磁レンズを使った電子の精 密制御にも限界点が見えてきました」

「一方、私が発見した酸化インジウム 薄膜の円柱対称回転結晶には、電子に 作用するという特性がありました。そこ で、この性質をさまざまな分野に応用し ていく『電子回析光学』という領域を 立ち上げるとともに、電磁レンズを使わ ず、酸化インジウム薄膜という材料と電 子回析光学を組み合わせて電子を 制御できる新たな電子ビーム装置を 開発しようという方向になったのです」

——実用化された場合、どのような インパクトがありますか。

「現在、オランダのASML社が製造 している極端紫外線（EUV）を使った世 界最先端のEUV露光装置以上の性能 が得られると考えています。電子ビームの 制御精度が飛躍的に向上するため、より 細密な回路パターンを描けるようになりま す」

「また半導体業界では生産効率をさら に上げるため、現在の単一電子ビーム露 光から並列電子ビーム露光（MEBL）へ の転換が有力なソリューションとして提唱 されていますが、このMEBLの実用化の 上でも、電子回析光学と電磁レンズレス 電子ビーム装置は最も重要なキーデバイ スになるものと想定しています。まずは電 子ビーム装置の回折レンズシステムを完 成させると同時に、電子回析光学の理論 フレームの構築を急いでいきます。この技 術は半導体製造分野にとどまらず、材料 分析や量子計算といった多岐にわたる分 野に応用できる可能性があります」

——TNPパートナーズは長年、神奈川 を「日本のシリコンバレー」にしたいと 取り組んでいます。

「私の目標は、円柱対称回転結晶の 発見という科学的ブレークスルーを、世 界の科学技術と産業の発展に貢献さ せることです。この信念に基づいて、『材 料改変世界、我々創造材料（材料が世 界を変える、私たちが材料を創る）』とい うスローガンをNIMSに提唱したところ、 NIMSの公式プロモーションに採択されま した」

「電磁レンズを使わない電子ビーム装 置の開発を巡っては、最近、米の半導体 製造装置メーカーの経営幹部から直々 に接触がありました。これに比べると日本 のメーカーのスタンスは、皆、開発が出来 上がってからアプローチしてくるという印象 です。ぜひとも神奈川の会社には、横並 びではなく、リスクを取ってでも挑戦していく 姿勢を貫き、日本版シリコンバレーを実現 していってほしいと願っています」

横浜のTNPパートナーズがサポート