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●Samsungが先端DRAM量産ラインに導入した技術とは?
韓国の電子産業界業界紙Electronic Times電子版であるETNewsは2月27日付で「韓国半導体装置メーカーSEMESが最先端超微細半導体製造に特化した新概念の洗浄乾燥装置(量産機)を実用化に成功した」と報じた。同誌では、半導体製造装置大手のApplied Materials(AMAT)やLam Research、東京エレクトロン(TEL)などでも試作品さえ公表できていない中での快挙であると評しているが、どのような装置・技術を導入したのかを考察する。

○Samsungが10nm級の先端DRAM量産ラインに導入

SEMESが今回、先端プロセス用に開発した装置は、Samsung Electronicsの依頼による超臨二酸化炭素(Supercritical CO2)を使った洗浄装置。表面張力ゼロの状態で、超微細化により脆弱で倒壊しやすい半導体の3次元の柱状構造を倒壊や癒着などのダメージなく洗浄・乾燥することを可能とする(量産対応マルチチャンバーシステム)。

アスペクト比の大きな柱状構造は、水や液体の表面張力による毛管現象で、パターン倒壊癒着が起きやすく、プロセスの微細化に伴いますます半導体微細加工を阻害する現象として知られ、先端プロセスを活用したい半導体メーカーは解決策を長年にわたって模索してきていた。

超臨界技術はMEMS分野ではすでに微細パターンの乾燥用に導入されており、一般にもコーヒーからのカフェイン抽出やレース地の複雑な模様のある衣類の染色やドライクリーニングなどでも使われているが、高圧下でのプロセスであるため、減圧プロセスが中心の半導体業界では研究は長年にわたって進められてきたが実用化はされていなかった。日本では、高圧装置は高圧ガス保安法の厳しい規制を受けるため、半導体工場への導入は、経済産業省が規制緩和しない限り難しい。

ETNewsでは、「Samsungは、京畿道華城市にある最先端の10nm級(筆者としては他社に先行して量産化に成功した18nmと推測する)のDRAM量産ラインにおいて、ますますアスペクト比が大きくなる円柱状キャパシタ構造の洗浄乾燥に活用している」としているが、複数の韓国半導体関係者から確認をとったところ、同様の見方をするものが多く、どうやら従来からある洗浄・燥手法では、ソリューションが見いだせず、最終的に原理的に表面張力が発生しない超臨界流体にたどり着いた模様だ。Samsungでは新型メモリなどでも適用を検討しているともいわれている。

Samsungが先端半導体量産ラインで超臨界流体乾燥を活用していることは、洗浄関係者の間では公知の事実であったが、Samsung自身はこうした事実を公表しておらず学会でも発表してこなかった。そのため、韓国メディアがこの装置の商用化を具体的に報じるのは初めてであり、Samsungとしても、もはや超臨界流体洗浄乾燥技術の量産ラインでの活用を秘密にしておくことは難しい段階にあると考え、情報を公開した可能性もある。

○競合のSK Hynixは日米メーカーに開発を要請

ETNewsは、「SEMESはSamsungの子会社という関係のために過去に一度も同社から装置を購入していなかったSK Hynixも超臨界流体洗浄・乾燥装置の購入の打診を図っている」と伝えているが、韓国半導体業界関係者によると、「半導体メモリでSamsungと激しい競争を繰り広げるSK Hynixは、日米の主要半導体装置メーカーに超臨界流体洗浄乾燥装置の開発を要請している」ようだ。また、ETNnewsは、「SEMESが早期に開発できたのは、親会社のSamsungと密接に連携して協業した結果であり、AMATやTELはまだデモ機も供給できていない状態なので、商用化までかなりの時間がかかるものと見られる」と報じているが、関係者筋の情報では、「TELは、超臨界流体洗浄・乾燥機を試作済みで、SK HynixのDRAM研究開発ラインに持ち込んで評価を行っている」らしい。しかし、Samsung/SEMESは10年以上にわたりひそかに共同研究を続け、多数のデータを蓄積しており、すでに先端量産ラインで実績を出しているので、競合企業が追いつくのは至難の業だろう。

●韓国半導体製造装置は世界を席巻するのか?
○超臨界流体洗浄・乾燥の実現は10年以上前からの国家プロジェクト

韓国では、Samsungが21世紀初頭ころから超臨界流体(主に超臨界二酸化炭素)の半導体洗浄・乾燥への応用について研究を始めており、世界中の超臨界流体装置メーカーにコンタクトしていた。そして2000年代の半ばから、半導体向けに特化した超臨界流体洗浄乾燥装置開発が韓国半導体産業振興のために国策で設立されたCOSAR(Consortium Of Semiconductor Advanced Research)主管の国家プロジェクトに選定され、実験装置はSEMESが、プロセス適用はSamsungが担当してきた。

SEMESの経営方針は、親会社であるSamsungの子会社担当役員が替わるたびに目まぐるしく変わり、2008年には超臨界流体戦況乾燥装置開発を主導していたSEMESの研究開発センター(天安市のSEMES本社内に設置)が「子会社に研究所は無用」と主張するSamsung役員の指示で突然閉鎖され、所長をはじめ、有能な技術者が次々と退社する"事件"が起き、技術開発が停滞した時期もあった。しかし、いまでは、SEMES研究開発センターは復活しただけではなく、Samsungの先端半導体研究センターや先端DRAM量産ラインのある京畿道華城市内に専用ビルを新築し、地理的にもSamsungと密接した協業がしやすい体制を構築している。

業界関係者によると、「SEMESのトップは、皆Samsung出身者で占められている」とのことで、秘密保持が容易な親会社との密接な協業により、今後とも他社に内緒にしておきたい最先端の革新的製造装置が頻繁に開発され実用化されるだろうものとみられる。

○世界の一流半導体製造装置メーカー目指すSEMES

韓国最大の半導体・FPD製造装置メーカーであるSEMESは、1993年に京都を本拠とする大日本スクリーン製造(DNS。現SCREENホールディングス)とSamsung Electronicsの合弁企業として、DNS Korea(通称:K-DNS)の社名で誕生した。「1993年当時、韓国には半導体製造装置メーカーはほとんど存在していなかったので、装置メーカーの草分け的存在となった」とSEMESの現CEOであるKim Yong Shik氏は、同社Webサイト上の会社案内にあるCEOメッセージにて述べている。

当時は、DNSから多数の日本人エンジニアが出向し技術移転を行うとともに韓国人社員のDNS野洲工場を中心とした技術研修などにより、半導体表面洗浄機やコータ・デベロッパの製造を開始。現地生産された洗浄装置の1号機は、設立翌年の1994年にSamsung器興工場に納入された。

2005年1月に社名を「SEMES」に変更し、2010年には、Samsungの強い意向でDNSとの資本契約を解消しSamsaungの子会社となった。このため、DNSは経営権を失っただけではなく、以降、SamsungはSEMES製の洗浄装置を優先的に使用しているため、SCREENはSamsungからの売り上げがほとんどなくなってしまう状況となっている。

SEMESは、2013年に、Samsungの意向によりSamsung傘下のSECRON(後工程組み立て装置メーカー)とGES(装置改造・保守サービス)を吸収合併しているが、そこにはSEMESをAMATやTEL並みの"Tatal Solusion Provider"にしようとする親会社の意向が見え隠れする。

SEMESの売り上げは、K-DNSからSEMES改名した2005年当時は100億円程度しかなかったが、いまでは10倍以上に急成長している。2013年の売上高は8970億ウォン、2014年は9140億ウォンと毎年売り上げを伸ばしてきたが、2015年に売上高は1兆1000億ウォンと長年の夢だった1兆ウォン(約1000億円)を突破し、2016年(2017年3月6日時点で未集計)はさらに増加する模様だ。現在は、取扱範囲を得意の洗浄、クリーントラック(コータ・デベロッパ)からエッチング、CVD プローバ、後工程装置にまでひろげ、AMATやTELとならぶ総合半導体・FPD製造装置メーカーを目指す方針を貫いている。

SEMESは、韓国のほか米国(SamsungのシステムLSI量産工場があるテキサス州とGLOBALFOUNDRIESのあるニューヨーク州)と中国(Samsungの半導体メモリ工場がある西安とFPDパネル製造工場がある蘇州)にセールスおよびフィールドサービスオフィスがある。半導体製造装置メーカーが圧倒的な強みを見せる日本でのビジネスは行っておらず、したがってオフィスはなく売り上げもまったく立っていない。

そのため、韓国の半導体・FPD業界では知らぬ者がいないほど有名な企業であっても日本での知名度は著しく低い。そういう企業が、日本人の知らない間に半導体製造装置産業のイノベーターになろうとしているのが世界の現状となりつつあることを注視する必要があるだろう。同社CEOであるKim Yong Shik氏は、自社Webサイト上にて、「私たちの目標は、世界半導体メーカー売上高ランキングで5位以内に入ることである」と宣言しているが、日本を始めとする半導体製造装置メーカーが、このままこれからの半導体を実現するイノベーションを生み出せないでいれば、その日が現実に来る可能性もでてくるだろう。

(服部毅)