EUVを吸収して二次電子を出す新しい下層膜を敷くと、ポジ型の化学増幅型レジストでは、膜を同じだけ薄くするのに要る露光量が20%以上少なくて済んだ。ただし数字は初期評価の結果で、回路の線を描いて確かめた結果はまだ示されていない。

半導体の回路は、感光材料のフォトレジストに光で模様を焼き付けて作る。最先端の工程では、波長13.5ナノメートルの極端紫外線（EUV）を使う。EUVは細かい線を描ける一方で、レジストに届く光子の数が少ない。このため材料には、わずかな光でも反応する高い感度が求められる。

日本曹達と関西大学は、EUVを吸収して二次電子を出す下層膜を開発した

日本曹達と関西大学は2026年11月13日、EUV用のフォトレジストの感度を高める下層膜の材料を共同で開発したと発表した。下層膜は、レジストとシリコンウエハーなどの基板の間に作る薄い膜だ。これまでは、レジストを均一に塗りやすくする、基板との密着をよくする、露光時の光の反射を抑える、といった目的で使われてきた。

開発品はポリマー（高分子）で、これらの働きに加えて、EUVを吸収して二次電子を出す機能を備える。二次電子は、EUVのようにエネルギーの高い光が物質に吸収されたときに飛び出す電子だ。発表によると、レジストの層を通り抜けたEUVを下層膜が吸収する。そこで生じた二次電子がレジストの中の光酸発生剤などに働きかけ、化学反応が進むと期待されている。光酸発生剤は、光や電子のエネルギーを受けて酸を出す化合物である。

発表は、ポリマーの組成や構造を明らかにしていない。マイナビニュースの11月13日の報道も、組成や特許、量産の時期には触れていない。

「20%以上」は、ポジ型レジストの膜の減り方で測った初期評価の値だ

評価には化学増幅型レジストを使った。露光で生じた酸を触媒にして、加熱の工程で樹脂の分解や架橋を連鎖的に進めるタイプのレジストである。使ったのは、光が当たった部分が現像液に溶けるポジ型だ。現像した後にレジストの膜がどれだけ薄くなったかを指標にした。下層膜を使わない場合と比べ、同じ程度に膜が減るのに要るEUVの露光量は20%以上少なかった。両者はこれを「20%以上の増感効果」と呼んでいる。

光が当たった部分が残るネガ型の化学増幅型レジストでも、反応が進みやすくなる傾向がみられた。発表はネガ型の数値を示していない。

発表は、結果が初期評価に基づくと断っている。今後は、レジストの種類や膜厚、下層膜の膜厚、露光と現像の条件によって効果がどう変わるかを確かめる。さらに、材料の組成と構造を詰め、微細なパターンを作れるか、製造工程に使えるか、量産できて品質が安定するか、供給の体制を整えられるかを検討するとしている。膜の減り方は感度を測る指標で、線の幅のそろい方や縁の粗さといった回路パターンとしての出来は、これから確かめる段階にある。

EUVは同じ露光量でも、当たる光子の数がフッ化アルゴンレーザーの約14分の1しかない

発表は、EUV露光の課題を2つ挙げた。1つは、露光装置の消費電力が従来の露光法の数倍以上と大きいことだ。その根拠として、ASMLの2025年の年次報告書を挙げている。もう1つは、照射したエネルギーあたりの光子の数が少ないうえ、EUVが空気や材料に吸収されやすく、レジストに届く光が限られることである。

光子の数は計算で確かめられる。光子1個のエネルギーは波長に反比例し、EUVでは91.8電子ボルトになる。波長193ナノメートルのフッ化アルゴンレーザーの光は6.42電子ボルトで、EUVはその約14倍だ。ASMLのEUV装置のうち、開口数0.33の最新機種NXE:3800Eは、1平方センチメートルあたり30ミリジュールの露光量で、毎時220枚以上のウエハーを処理する仕様である。この露光量は、1平方ナノメートルあたり1,872電子ボルトにあたる。光子の数に直すと、EUVは約20個、フッ化アルゴンレーザーは約291個で、同じエネルギーを当ててもEUVの光子は約14分の1しかない。

装置の処理能力は、決まった露光量を前提に示されている。開口数0.55の最新世代で量産向けのEXE:5200Bは、1平方センチメートルあたり50ミリジュールで毎時175枚以上とされる。発表は、少ない露光量で感光する材料で露光工程を効率化したいとしているが、処理できる枚数や消費電力がどれだけ変わるかは試算していない。ASMLは年次報告書で、ウエハー1枚を1回露光するのに使うエネルギーが、2018年に量産機を初めて出荷したときから57%減ったとしている。今後5〜10年で、さらに30〜40%減らす目標を掲げる。

下層膜で二次電子を出して感度を補う考え方には、先例がある

レジストで使われずに残ったEUVのエネルギーを下層膜で生かす発想は、今回が初めてではない。2009年に国際光工学会で発表された研究は、レジストを通り抜けたEUVのエネルギーを下層膜で回収し、光子や二次電子、酸の形でレジストに戻す設計を論じた。下層膜に光酸発生剤と増感剤を加える方式だった。

半導体製造装置の米ラム・リサーチが持つ米国特許11314168号も、ヨウ素を加えた炭素の膜を下層膜に使い、二次電子を多く出させる構成を記している。優先日は2020年1月15日、登録は2022年4月26日だ。特許は、炭素のハードマスクにこの特許の下層膜を重ねてレジストを塗ると、従来の塗布型の炭素膜の上に塗った場合と比べて、必要な露光量が10%以上減る場合があるとも記している。

二次電子は、狙った場所の外でも反応を起こしうる。米ローレンス・バークレー国立研究所のX線光学センターは、EUVの吸収で出る一次電子と二次電子が、衝突でエネルギーを失うまでに最大で数十ナノメートル進むと説明する。その距離が、解像できる線の細さの限界や、線の縁の粗さに関わるという。下層膜から出る電子でレジストの反応を増やしても、線がぼやければ微細な回路には使えない。感度の数字に続いて、パターンを形成する性能の評価が求められるのはこのためだ。

関西大学の工藤教授はEUVレジストの材料を、日本曹達はフォトレジストの原料を手がけてきた

関西大学化学生命工学部の工藤宏人教授は、EUVレジストの材料を研究してきた。研究室の業績一覧には、ヨウ素を含む高分子を高感度のEUVレジストに応用した総合論文（2026年）、環状の分子であるカリックスアレーンから作るEUVレジスト（2020年）、EUVを当てると極性が変わる分子レジスト（2021年）などが並ぶ。今回の下層膜とこれらの研究との関係は、発表からは分からない。工藤教授は「予想どおりの成果を目指した研究ではなく」と説明し、学術的に解明されていない部分も残ると述べた。

日本曹達は農薬や医薬品のほか、機能性化学品の事業で半導体のフォトレジストの原料「VPポリマー」（ポリパラヒドロキシスチレン）を製造している。同社はVPポリマーを2018年と2024年に増産した。2026年3月期の連結売上高は1,520億9,100万円、営業利益は149億7,000万円だった。

同社の化学品事業部で新規事業開発部長を務める橋本裕輝氏は、ここまでの開発には「いくつもの高いハードル」があったと述べた。増感を使う方式が半導体の露光システムを大きく変える可能性があるとして、社会実装に向けて開発を続ける考えを示した。

【訂正】2026年11月15日、記事の内容を一次資料（日本曹達と関西大学の11月13日の発表、日本曹達の決算短信、ASMLの年次報告書と製品仕様）で照合し、次の点を改めました。題の「露光量20%減で微細化の壁突破」は、ポジ型の化学増幅型レジストで膜の減り方を指標にした初期評価の結果だと分かる表現に改めました。副題の「ASML露光装置の電力消費と国家材料覇権の構図を一変」は、発表に根拠が無いため外しました。発表は、微細なパターンを形成する性能を今後検討するとしています。ネガ型で「増感効果を実証」とした点は、発表のとおり「傾向」に改めました。日本曹達の2025年3月期の連結売上高を1,490億円、営業利益を142億円としていましたが、決算短信ではそれぞれ1,551億9,900万円と160億6,300万円です。VPポリマーの世界シェアと供給先、二次電子の飛程を2〜3.5ナノメートルとした出典の無い数値、ASMLの装置の価格と消費電力、生産性と設備投資の試算、下層膜の市場シェア、輸出管理やラピダスへの波及は、一次資料で確かめられなかったため削除しました。これらを描いた図3点と立体表示も外しました。

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