2nm及以下先进半导体的制造环境是什么。产业技术综合研究所 先端半导体研究中心 中心主任 昌原明植博士访谈

先端半导体研究中心的定位是建立2nm工艺节点及以下的试点生产线，并将其提供给产业界和学术界等。为了构建这个基础，该中心成立了。昌原氏在此之前担任产总研设备技术研究部门的部门长，于2023年10月1日成为先端半导体研究中心的主任。

回顾成立的经纬，从Rapidus公司2022年8月成立前的讨论开始。目前日本半导体的应用领域仅限于汽车产业等，不再像过去那样有电视或VTR等巨大需求。在半导体世界中，日本的制造设备制造商和材料制造商在全球范围内都很强大，海外销售比例很高。人们担心制造技术会流向海外。因此，东京电子与SCREEN、佳能和产总研联手，推进了一个项目，在产总研超级清洁室内部建立能够试制最先进三维逻辑器件的试点生产线。

迄今为止，这个超级清洁室由产总研的TIA（筑波创新竞技场）推进中心管理。因此，产总研的设备技术研究部门是在得到容许使用清洁室的情况下。这次，负责运营和利用超级清洁室进行研究开发的先端半导体研究中心成立，该中心成为主体，负责在超级清洁室内部构建2nm及以下工艺节点的设备试制试点生产线。

目前，Rapidus公司正专注于2nm工艺的生产。在2nm之后，即2nm及以下（超越2nm）的半导体设备研究开发，技术研究组合LSTC（最先进半导体技术中心）作为一个研究开发组织应运而生。Rapidus公司是LSTC的成员之一。LSTC负责制定2nm及以下先进半导体设计、制造所需的研究开发主题，并致力于创造新的使用案例。

LSTC不仅涉及设备设计，还包括材料开发和装置、元件的开发。产总研的设备技术研究部门也参与了LSTC，昌原氏同时兼任LSTC的技术管理部长。也就是说，产总研的先端半导体研究中心也承担着LSTC的实际作战部队的角色。

先端半导体研究中心计划在Rapidus公司开始量产2nm及以下设备之前，进行设备的试制，找出各种问题点，筛选后，将设备移交给正在构建量产线的Rapidus公司。

为了训练像生成AI这样的大规模软件，计算能力的需求将变得非常巨大，因此需要超高性能的半导体。此外，IoT传感器和汽车ECU中也将使用AI，对AI处理的需求将增加。

昌原氏提到：“如果举两个应用案例，一个是利用机器人的远程现实工作。在工厂或办公室等现场工作的机器人将能够通过远程操作。除了机器人眼睛位置的摄像头外，还需要配备其他摄像头的自由视角图像实时输出。这并不简单，但它可以作为应对劳动力不足的应用。”

昌原氏表示：“未来，二维通道的新装置将诞生。新装置将需要监视技术。在监测气体流动的同时，需要以较低的延迟准确切换气体。此外，制造设备本身也将需要降低环境影响。

先端半导体研究中心也正在进行半导体工艺的绿色化和脱碳化项目。这样，“新的环境和工厂指标将被需求。TSMC和Intel等制造先进半导体的公司也将提出新的环境指标。日本方面也需要提出新的指标。到目前为止，我们关注的是工厂整体消耗电力的二氧化碳排放量，但未来可能需要创造每个装置的指标。我们计划利用超级洁净室和最小化工厂等，继续推进。

TSMC在产总研内部拥有3D IC研究开发中心，但封装技术将如何变化？与传统的后工程不同，芯片板之间的连接线将变得更加精细，使用玻璃基板等材料制造，从而更接近前工程。产总研也加入了旨在标准化芯片板的UCIe（通用芯片板互连Express）组织，并与Intel、TSMC等海外快速决策企业保持合作，以保持同步。

产总研已经开始制作从20/28nm到40nm、65nm、90nm等各种芯片板，并开始尝试各种组合。如果提前准备好内存和CPU，日本企业可以只开发AI加速器，从而更快地制作SoC（系统级芯片）。这个芯片板型定制SoC设计基础技术正在构建中，昌原氏表示：这是我们希望从产总研提出的。

国际协作从拉皮达斯公司开始已经启动了。“我们正在学习日本没有的技术，希望将日本的技术输出到海外”，昌原先生满怀期待地说。然而，在国际协作中如何处理知识产权等问题，也是国立研究所特有的问题，虽然并不容易，但在VLSI Symposium等国际会议上，也在与海外研究者进行草根层面的交流。展示了尽可能推进协作的态度。