EUV露光装置とは|波長・仕組み・DUVとの違いをわかりやすく解説

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一言で言うと「EUVとは、光の波長を極限まで短くして、より細かい回路を描ける露光装置」です。波長13.5nmはArF液浸(193nm)の約1/14で、7nm以下の先端ノードで不可欠な技術です。DUVとの比較やHigh-NA EUVへの展開は下記の関連リンクもご覧ください。

EUV(極紫外線)露光装置とは、波長13.5nmの極端紫外線を光源として用いる最先端の半導体露光装置です。EUVはExtremeUltraviolet(極端紫外線)の略で、従来のDUV(ArF液浸、193nm)に対し約1/14の極めて短い波長を持ちます。この短波長により、7nm以下の先端プロセスノードにおけるパターン形成が単一露光で可能となり、現代の最先端チップ製造に不可欠な技術となっています。

EUV露光装置の最大の特徴は、短い波長により単一露光で微細なパターンを形成できる点です。従来のArF液浸では7nm以下の解像度を得るために複数回露光を重ねる「マルチパターニング」が必要でしたが、EUVは1回の露光でこれを置き換えられます。これにより製造工程を大幅に簡素化でき、ウェハあたりのコスト削減と歩留まり向上が期待できます。一方でEUV光は大気・ガラスレンズに吸収されるため、装置内部を高真空(10⁻⁶Pa以下)に保ち、光学素子はすべて多層膜コーティングを施した反射ミラーで構成する必要があります。この構造の複雑さが装置コストを極めて高くしている根本的な理由です。

EUV光源の仕組みは独特です。スズ(Sn)の微小液滴に高出力CO₂レーザーを照射してプラズマを発生させ、13.5nmの光を生成する「レーザー生成プラズマ(LPP)方式」を採用しています。発生した光を楕円形コレクターミラーで集光し、多層膜ミラーからなる照明光学系・投影光学系を経てウェハへ投影します。ArFエキシマレーザーを用いるDUVとは光源の原理が根本的に異なります。

反射光学系に用いる多層膜ミラーは、モリブデン(Mo)とシリコン(Si)を交互に数十層積層したもので、13.5nmの光に対し最大約70%の反射率を持ちます。この反射率を維持するために、ミラーの製造精度・表面粗さ・汚染管理が極めて重要となります。投影光学系には通常6枚のミラーが使われ、マスクパターンを1/4に縮小してウェハ上に転写します。

現在、EUV露光装置の量産サプライヤーは世界でASMLのみです。1台あたりの価格はNA0.33の標準機で約200〜350億円、次世代High-NA EUV(NA0.55)では500億円超とされています。High-NA EUVは解像度がさらに向上し、2nm・1.4nm世代の超微細パターン形成に対応します。ASMLのEXE:5000シリーズとして開発が進み、Intel・TSMC・Samsungが導入を進めています。

日本との関連では、2nm世代の先端半導体量産を目指すRapidus(ラピダス)が北海道千歳市のファブにEUV装置を導入する計画を進めています。また日本の素材・部品メーカーはEUV用フォトレジスト・マスクブランクス・ペリクルなどEUVエコシステムの重要部材を供給しており、EUVのサプライチェーンにおける日本の存在感は非常に大きいです。

EUVを取り巻く主な技術課題として、①フォトレジストの感度・解像度・ラインエッジラフネス(LER)のトレードオフ、②ペリクルの高透過率と耐熱・耐久性の両立、③光源のEUV変換効率と装置稼働率(UPH)の向上、④マスクのインスペクションとクリーニング技術の高度化、が挙げられます。これらの解決が先端ノードでのEUV活用コストと歩留まりを左右します。

EUV vs DUV 光源波長比較図。EUV 13.5nm・ArF液浸 193nm・KrF 248nm・i線 365nmを比例スケールで比較。
露光装置の光源波長比較(比例スケール)— 波長が短いほど微細な回路を描ける
EUV露光装置の適用プロセスノード対応表。7nm〜1.4nmのノードとEUV・High-NA EUVの使われ方を色分けで表示。
EUVが使われるプロセスノードの目安(7nm〜1.4nm)
EUV露光装置の光学系概念図。スズプラズマ光源・コレクターミラー・照明光学系・EUVマスク・投影光学系・ウェハの流れを示す。
EUV露光装置の光学系概念図 — すべて真空チャンバー内の反射ミラーで光を導く

よくある質問(FAQ)

EUV露光装置とは何ですか?
EUV(Extreme Ultraviolet)露光装置は、波長13.5nmの極端紫外線を使ってウェハ上に回路パターンを描く装置です。従来のDUV(ArF液浸、波長193nm)と比べて波長が約1/14と短く、より微細な回路を少ない露光回数で形成できます。7nm以下の先端ロジックプロセスで不可欠な装置です。
EUVとDUVの違いは何ですか?
最大の違いは光源の波長です。EUVは13.5nm、DUV(ArF液浸)は193nmです。EUVは波長が短い分、より細かいパターンを単一露光で形成できる一方、光が大気や水に吸収されるため真空環境が必須で、ミラーのみからなる反射光学系を用います。DUVは成熟した技術で装置コストが低く、成熟ノードから先端の一部層まで広く使われています。
EUV露光装置の価格はどのくらいですか?
標準的なEUV(NA 0.33)の最新機種は1台あたり約200〜350億円、High-NA EUV(NA 0.55)は500億円超とされています。半導体製造装置の中で最高価格帯に属します。ただし、EUVを使うことでマルチパターニングの工程数が減り、トータルのウェハコストは場合によって最適化できます。
EUV露光装置を製造しているメーカーはどこですか?
量産EUV露光装置を製造・供給できるのは、オランダのASMLのみです。EUV装置の開発には光源(Trumpf・Cymer)・光学系(Carl Zeiss)・精密制御など数百社のサプライチェーンが関わっており、ASMLが統合している形です。
High-NA EUVとは何ですか?
High-NA EUVは開口数(NA)を現行の0.33から0.55に引き上げた次世代EUV露光装置です。解像度がさらに向上し、2nm以下の先端プロセスへの適用が期待されます。ASMLがHigh-NA EUV(TWINSCAN EXE:5000)を開発中で、インテル・TSMC・Samsungへの導入が始まっています。
EUV露光装置はなぜ真空環境が必要なのですか?
EUVの波長13.5nmの光は、大気中の酸素・窒素・水蒸気にほぼ完全に吸収されてしまいます。そのため露光装置内部を高真空に保ち、光路全体を真空にする必要があります。これがEUV装置の設計・運用を複雑にしている主な理由の一つです。
EUVとは何の略ですか?
Extreme Ultraviolet(エクストリーム・ウルトラバイオレット)の略で、日本語では「極端紫外線」または「極紫外線」と訳されます。波長13.5nmの電磁波で、可視光(380〜780nm)よりはるかに短く、X線と紫外線の中間に位置します。
EUVはなぜASMLしか製造できないのですか?
EUV露光装置は光源(Trumpf・Cymer)、反射光学系(Carl Zeiss)、精密ステージ・制御技術など、世界中の数百社のサプライヤーが関与する超複合システムです。ASMLは20年以上かけてこれら全要素技術のシステム統合を確立した唯一のインテグレーターです。後発企業が同等のシステムを構築するには莫大な投資と長期間が必要なため、事実上の独占が続いています。
日本でEUVを使っている半導体メーカーはどこですか?
国内では、2nm世代の先端半導体量産を目指すRapidus(ラピダス)が北海道千歳市のファブにEUV装置を導入する計画です。キオクシアも3D NAND製造でEUVを活用しています。また日本製のEUV関連材料(レジスト・マスクブランクス・ペリクル等)は国内メーカーが世界向けに供給しており、EUVサプライチェーンにおける日本の存在感は大きいです。
EUV露光装置のスループット(処理能力)はどのくらいですか?
ASML最新機種TWINSCAN NXE:3800E(NA0.33)は約185枚/時(wph)のスループットを実現しています。DUV液浸(300wph超)より低いですが、1回のEUV露光が複数回のDUV多重露光を置き換えるため、工程全体では競争力のあるコストパフォーマンスです。High-NA EUV(EXE:5000)は初期150wph程度からスタートし、継続改善が予定されています。
EUVペリクルとは何ですか?
ペリクルはEUVマスク(レチクル)の表面を微細なパーティクル(異物)から守る薄膜カバーです。異物が焦点面から外れた位置にあれば、露光パターンへの影響を最小化できます。EUV用ペリクルはEUV光を高透過しながら耐熱・耐久性が必要で、多結晶シリコンやカーボンナノチューブ(CNT)素材が開発されています。三井化学・IMECなどが開発を進めています。
EUV露光装置の主な課題は何ですか?
主要課題として①装置コスト(1台数百億円)、②EUVフォトレジストの感度・解像度・ラインエッジラフネス(LER)のトレードオフ、③ペリクルの透過率・耐久性、④光源のEUV変換効率と稼働率(UPH維持)、⑤マスクのインスペクション・クリーニング技術、の5点が挙げられます。これらが先端ノードにおけるコストと歩留まりに直結します。

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