コンピューティング
Lace LithographyがEUVリソグラフィーを10倍小さな原子ビームで置き換える
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半導体リソグラフィーは現代社会を支える最も重要な技術であり、チップ、メモリ、AIハードウェア、そしてさまざまな電子部品の製造の基盤を形成しています。今日に至るまで、リソグラフィー、正確にはフォトリソグラフィーの原理は、発明された当初と変わっていません。
強力な光源が放射され、集光され、直接照射されることで、シリコンウェハ上にパターンをエッチングし、現代のエレクトロニクスを可能にするトランジスタやその他の微細部品を作り出します。
もちろん、これは単純化しすぎた説明で、実際の製造プロセスは材料の付加・除去、不純物の除去、完成品の安定化やパッケージングなど多くの工程を含みます。それでも、フォトリソグラフィーはしばしば最も重要な工程です。
これは、最先端のリソグラフィー形態であるEUV（極紫外線リソグラフィー）が、高出力の紫外線を利用してシリコンウェハをできるだけ小さく刻むことで最もよく示されています。この技術はオランダのASML社がほぼ独占しており(ASML )（詳細は当社の同社に関する投資レポートをご覧ください）、中国も独自のバージョンの開発に積極的に取り組んでいます。
「チップは世界を動かす。そしてそれらの製造はますます困難になっている。現在の最先端リソグラフィー装置は1台あたり3億8,000万ユーロ以上のコストがかかり、次世代は7億ユーロを超えると予想されている。これらは極めて複雑でエネルギー集約的であり、単一のサプライヤーから供給されている。」Lace Lithographyに投資するベンチャー企業Atomico
これまで、リソグラフィーは主に、ますます精密で強力な光源へと進化し、エネルギーの高い波長や複雑な制御システムへと移行してきました。
しかし、このプロセスはまもなく限界に達する可能性があります。フォトリソグラフィーは、使用する光の波長よりも高精度になることはできません。
出典: Allresist
このため、世界中の研究チームは、特にAIがますます高い計算能力を要求する時代に、より洗練された強力なコンピューティング部品を作り出す代替手段の開発に取り組んでいます。
これらの代替案の一つは、光の代わりに個々の原子を直接使用することであり、ノルウェーの企業Lace Lithographyが提唱しています。同社は2026年3月にシリーズAで4,000万ドルの資金調達を行い、Microsoftの支援を受けています。
光から原子へ
ムーアの法則がハードリミットに直面
フォトリソグラフィーは極めて高精度で、ナノメートルスケールでシリコンウェハにパターンを刻むことができます。しかし、根本的な物理的理由により、光は自らの波長よりも高精度になることはできません。
より技術的に言えば、主な問題は回折限界であり、異なる光ビームが相互に干渉し、目的のパターンがぼやけてしまいます。
出典: ResearchGate
したがって、ますます強力なEUV光は助けになるものの、物理的なハードリミットにすぐに（10年以内に）直面し、これにより半導体業界が2年ごとにトランジスタ密度を倍増させるという経験則であるムーアの法則が崩れる可能性があります。
「結果として、世界経済の中心部で製造ボトルネックが生じ、AIが計算需要の前例のない急増を引き起こすまさにその瞬間に直面しています。業界はこれが来ることを認識していましたが、これまで信頼できる解答はありませんでした。」Lace Lithographyに投資するベンチャー企業Atomico
原子でのエングレービング
回折限界は波である光の性質によるものです。しかし、個々の原子はこの限界に縛られません。正確には、すべての量子スケールの物体と同様に波として振る舞うことができますが、光よりもはるかに短い波長を持ちます。
「原子は波として振る舞いますが、はるかに短い波長を持ち、これによりはるかに細かい構造、より強力なチップ、そして劇的に低いエネルギー消費が可能になります。」
この原理に基づき、Lace Lithographyは光の代わりにヘリウム原子ビームを使用したリソグラフィー手法の開発を進めています。
Lace Lithographyがチップ製造に使用するビームは、単一の水素原子の幅、すなわち約0.1ナノメートルです。これに対し、ASMLのリソグラフィーツールは約13.5ナノメートルの光ビームを使用し、ヒトの髪の毛は約100,000ナノメートルの幅があります。
もちろん、これは新しい考えではありません。原子が光に比べて持つ固有の精度の利点から、何十年も前から検討されてきました。特に、EUVのように光を生成・制御することが、毎秒数千個の微小なスズ滴を超高温で加熱するほど困難であることを考えると、原子の利用は魅力的です。
しかし、主な課題はそのようなマスクの作成でした。従来のフォトマスクは、製造対象デバイスのパターンがエッチングされた不透明膜でコーティングされた石英またはガラス基板で構成されます。この膜はシリコンウェハ上に刻まれるチップのテンプレートとなりますが、エングレービング工程でさらに小さなスケールに縮小されます。
原子を使用したマスクを作成するためには、これまで問題の数学的側面が極めて複雑であると考えられ、原子ビームリソグラフィー用のマスク設計は実現できませんでした。
現在、Lace Lithographyはこの課題を解決したと主張しています。
レース・リソグラフィー
レース・リソグラフィー概要
同社は2023年に設立され、次の100年間のチップ生産のための画期的なチップパターン技術を開発することを目指しています。
創業者はデンマーク・ノルウェー系物理学者で、ノルウェーのベルゲン大学物理技術学部に所属する教授でもあるBodil Holst氏と、彼女の元博士課程学生であるAdria Salvador Palau氏です。
同社はノルウェー、スペイン、オランダに拠点を持ち、本社はノルウェーのベルゲンにあります。
ビームリソグラフィー用マスク作成の課題を解決するため、チームはAIを活用してこれまで解決できなかった数学問題を解明しました。これは、AIが単に作業手法を変えるだけでなく、ハードサイエンスや工学に全く新しい可能性をもたらすことを示しています。
「残された難題はマスク設計であり、関わる数学は実質的に手に負えないと考えられていました。Laceは独自のAI駆動アルゴリズムで計算を15桁以上高速化し、これを解決しました。これは漸進的な改善ではなく、カテゴリの転換です。」Lace Lithographyに投資するベンチャー企業Atomico
理論的には、この技術は最先端の光ベースリソグラフィーよりも10倍小さなエングレービングを可能にします。
同社はカリフォルニア州サンノゼで開催されたSPIE主催のAdvanced Lithography + Patterning科学会議で、成果の科学的根拠を発表しました。
このプレゼンテーションの要旨では、要旨では、「メタ安定原子をリソグラフィーに使用する根本的な利点は、パターン解像度がパターンエネルギーから切り離されていることです」と説明されています。これは、光とは異なり、エネルギーレベルを上げるために波長をさらに短くする必要がないことを意味します。
「我々は、近接露光と回折露光という2つの異なる露光モードを実証しました。近接露光では、半ピッチ100nmで50nmのCDまでの穴パターンを示し、回折露光では半ピッチ50nmの規則的なラインパターンを示しました。」
このマスク技術は、業界で使用されている現在のシリコンウェハサイズにスケール可能で、さらに拡張することも可能です。
「さらに、原子用の初のAIベース逆リソグラフィー技術（ILT）回折マスク設計を提示します。これらのマスク設計は、シリコンの原子間隔まで理論的な解像度限界を持つ任意のパターンを生成でき、シミュレーションは現在のフルフィールドサイズやそれ以上にスケール可能であることを示しています。」
Atomicoに加えて、同社はMicrosoftのベンチャー部門M12(MSFT )、Linse Capital、スペイン技術変革協会、そしてNysnøから資金提供を受けています。Lace Lithographyの総評価額は公表されていません。
商業化への準備
もちろん、科学的ブレークスルーの発表からプロトタイプ、そして実際の大規模利用までには時間がかかります。
しかし、Lace Lithographyは比較的容易に半導体ファウンドリに統合できると考えられます。EUV光源をヘリウムビームに、従来のフォトマスクをAIによるビームマスク設計に置き換えるため、組立ラインや半導体製造業界の既存サプライチェーンを大幅に再設計する必要はありません。
すでにプロトタイプを備えている同社は、2029年頃にパイロットチップ製造工場（“fab”）で最初の商用グレードツールのテストを実施することを目指しています。
原子ビームリソグラフィーへの投資
Microsoft
MSFT 価格チャート
この技術は依然として極めて新しく、実際に商用チップが生産されるのは2030年以前ではなく、最良でも2035年以前に大規模展開されることはありません。
しかし、長期的にはゲームチェンジャーとなり得ます。リソグラフィーにおける独占的地位を占めるASMLを完全に排除できる可能性があります。ASMLは現在約4,500億ドルの評価額であり、Lace Lithographyへの小規模な参加でも将来的に大きなリターンが期待できます。
多くの投資家がこのような初期スタートアップに直接投資できないため、Microsoftの株式へのエクスポージャーが次善の選択肢となります。
オペレーティングシステムとソフトウェアの大手である同社は、AI、特にB2B用途や科学研究へのAI適用に重点を置き、革新的技術への多くの投資を行っています。過去10年間で、Microsoftは最も有望な技術の限界に挑戦し、過去の数十年よりもリスクを取る企業となっています。
- 量子コンピューティングチップ、全く新しい物質状態（トポコンダクタ）を発明
- 核融合、2028年にHelion EnergyからMicrosoftへ納入される予定のリアクター
- AIデータセンターに電力供給するため、原子力発電所の早期再稼働に向けた取り組み
- 材料科学、化学、生物学向けの科学AI
- B2BおよびPC向けAI（Copilot）
これらの活動に加えて、同社はオペレーティングソフトウェア、B2Bソフトウェア（Office）、B2Bソーシャルネットワーク（LinkedIn）、ビデオゲーム開発、ゲームコンソール（XBox）、クラウドコンピューティング、そしてAI開発のリーダーでもあります。
つまり、原子ビームリソグラフィー自体がMicrosoftの既に巨額な時価総額にさらに1兆ドルを加えることはないかもしれませんが、同社が早期に投資した非常に有望な分野の一つです。そのため、株式は破壊的な「ムーンショット」イノベーションからの上昇余地を提供すると同時に、企業のより安定で予測可能なコア事業へのエクスポージャーも提供します。
（Microsoft全体の事業については、当社の同社専用投資レポートで詳しく読むことができます。）
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