次世代X線リソグラフィのSubstrate、垂直統合型ファウンドリ構想で米国の先端半導体製造の覇権奪還を狙う

Substrateは、半導体産業の基盤技術の多くを発明した米国が、過去10年で先端製造とサプライチェーンの中核を失ってきたという問題意識を示し、米国の半導体製造を再び主導することを目的に掲げました。AIとロボティクスの普及でチップ需要が年々急増する一方、供給はファブの数に制約されており、先端ファブの建設・設備投資コストの高騰と国内サプライチェーンのギャップが、米国内での製造回帰の障壁になっていると主張しています。さらに、中国の半導体技術の急速な進展が、AI競争の文脈で地政学的リスクを増幅させているという見立てを提示しています。こうした状況を踏まえ、Substrateは、従来より垂直統合度の高い新しいタイプのファウンドリを構築し、性能だけでなくコスト面でもムーアの法則を継続させることが米国が再び優位に立つための唯一の道だと位置づけています。その中核技術として、粒子加速器を用いた新しい高度X線リソグラフィを開発し、次世代の半導体ファブを支えるとしています。同社の成果は、業界で進むHigh NA EUVリソグラフィと比較でき、2nm世代と同等の解像度に到達し、さらに先まで拡張できる可能性があると述べています。高精細なパターン形成例として、12nmのクリティカル寸法や13nmのチップ間隔、30nmピッチのビアなどを挙げ、従来手法より低コストで複雑性が低く、より高性能で建設も速い技術体系を構築したとしています。

Substrateは、RFキャビティで電子を加速し、強い交番磁場の中を通過させて強烈な光パルスを発生させることで、太陽よりも何十億倍も明るい光をリソグラフィ装置へ供給するという構成を説明しています。その光を高精度に研磨された光学系で整形し、シリコンウェハに届けることで微細構造を形成するとしています。同社は、光学系、化学材料、機械加工と組立までを自社で手がけ、量産向けにゼロから設計した新しいリソグラフィをスタートアップが構築した点を強調しています。直近では、先端ファブのスループットに必要な極端なG負荷で動作する、300mmウェハ対応の自社製造の量産品質リソグラフィ装置を完成させたと述べています。同社は、半導体製造ではムーアの法則に加え、先端ファブの建設費が約4年で倍増するというRock’s lawが経済面の大きな制約になっていると指摘し、2030年には先端ファブが1施設あたり500億ドル超、ウェハ1枚が10万ドルに達し得るという見通しを提示しています。このままでは最先端シリコンを活用できる企業が一部に限られ、スケーリングのボトルネックは物理より経済にあると主張しています。Substrateは、現状のコスト上昇トレンドに対して、先端シリコンのコストを桁違いに下げる道筋があり、10年の終わりまでにウェハ単価を10万ドルではなく1万ドル程度へ近づけることを目標に掲げています。

また、AIがチップ設計を急速に自動化し、設計と検証のコストが将来的にほぼゼロに近づくと見立てる一方で、その先には製造が最大のボトルネックになると整理しています。Substrateは、GPUやTPUを用いたシミュレーションで装置の物理やトランジスタ、最終設計までをエンドツーエンドでモデル化し、従来は数年かかった課題を数日へ圧縮していると述べ、AI設計された次世代ファウンドリを構築して米国のAI産業を長期的に支える構想を示しています。さらに、中国が10年の終わりまでに先端リソグラフィを含む主要な製造装置の自給に近づく可能性を挙げ、半導体覇権が米国か中国かで大きく分かれる分岐点にあるという危機感を訴えています。

Substrateについて
Substrateは、米国の先端半導体製造の覇権奪還を目標に、粒子加速器を活用した高度X線リソグラフィと、垂直統合型の次世代半導体ファウンドリを構築するスタートアップです。EUV以後の微細化と量産性、コストの同時解決を狙い、光学、材料、装置、製造プロセスまでを統合した技術体系で、AI時代に必要な先端チップ供給の拡大と米国内サプライチェーンの強靭化を目指しています。