AIを支えているのは、ソフトウエアだけではありません。あらゆるAIモデルは、シリコンウエハー上で極めて高い精度で製造される先端半導体チップをはじめとする、物理的なインフラに支えられています。

そこで重要な役割を果たすのが、3Mのマテリアルサイエンスに関する深い知見です。AIが求める高度なコンピューティング性能と、それを実現する物理的な技術をつないでいます。

3Mは25年以上にわたり、半導体業界をリードする企業とともに、ウエハーの研磨や保護から先端パッケージング、熱管理、部品の安全な搬送まで、半導体製造におけるさまざまな材料やプロセスの課題に取り組んできました。

3M半導体担当バイスプレジデントのカイル・ターナーは、「AIの進展により、半導体メーカーには、より高性能で、効率性と信頼性に優れたチップを提供することがこれまで以上に求められています。私たちの役割は、お客様と緊密に連携して課題を理解し、3Mの技術力を生かして、その解決を支援することです」と述べています。

AIを支えるハードウエア

AIの処理量が増大するにつれ、より多くのデータを処理・転送しながら、エネルギーをより効率的に使用できるチップが求められています。その性能を実現するため、チップはより小型化・複雑化し、製造のあらゆる工程に対する要求も高まっています。

こうした要求に応えるには、ソフトウエアだけでは十分ではありません。極めて精密な製造プロセスが必要であり、わずかなばらつきでも、信頼性や性能、歩留まりに影響を及ぼす可能性があります。メーカーに求められるのは、先端半導体チップの製造を可能にすることだけでなく、それを安定して効率よく、大量に生産することです。

ウエハー研磨に求められる精度

先端半導体チップの製造は、薄い円盤状のウエハーから始まります。ウエハーは、数十もの精密な製造工程を経た後、個々のチップに分割されます。

その重要な工程の一つが、化学機械平坦化（CMP）です。これは、後続の層を精密に形成できるよう、ウエハーの表面を極めて平坦に仕上げる研磨プロセスです。

半導体メーカーにとって、CMPの性能は生産性や品質の安定性、コストに直接影響する可能性があります。そのため3Mはお客様とともに、ウエハーの平坦化、パッドの性能と耐久性、プロセス制御、製造効率を支える材料やプロセスのソリューションに取り組んでいます。

お客様の課題を新たな視点で捉える

半導体メーカーが生産性と歩留まりのさらなる向上を目指す中、予定外のメンテナンスやプロセスのばらつき、消耗品の寿命の短さは、コストを伴う生産中断につながる可能性があります。そのためメーカーは、性能を損なうことなく、安定性を高め、ダウンタイムを減らし、スループットを向上させる方法を求めています。

従来のパッドコンディショニングでは硬質なダイヤモンドベースの材料が使われることが多く、こうした目標の達成が難しくなる場合があります。3Mはお客様と緊密に連携して課題を理解し、従来とは異なるアプローチを模索しました。

その結果生まれたのが、先端半導体製造で使用される研磨パッドを整えるために設計された「3M™ フレキシブルパッドコンディショナー（FPC）」です。従来の硬質なダイヤモンドベースの方式に代わり、3Mは社内のさまざまなマテリアルサイエンスの技術を組み合わせ、金属やダイヤモンドを使用しない柔軟な研磨面を開発しました。

実際のお客様の結果からも、その可能性が示されています。3MのFPC技術を使用したあるお客様からは、銅バリア工程で欠陥数が従来比で約7分の1、酸化膜バフ工程では従来の10分の1になったとの報告がありました。また、パッドとコンディショナーの寿命も延び、従来のプロセスと比べてコストオブオーナーシップの削減にもつながったと報告されています。

カイル・ターナーは、「お客様は、複雑さを増す製造プロセスに対応しながら、生産性と効率を高め続けることを求められています。私たちはお客様とともに、それぞれが抱える具体的な課題を理解し、3Mのマテリアルサイエンスを生かすことで、実際の生産上の制約の解決を支援し、ビジネスに意味のある成果をもたらすことができます」と話します。

AIによって半導体に求められる性能が変化し続ける中、そのチップを生み出す製造プロセスも進化し続ける必要があります。3Mは、社内の幅広い技術的知見と能力を生かしてこうした課題に取り組み、次世代の半導体技術に求められる精度と信頼性を支えています。

 

FAQ

半導体とは何ですか？

半導体は、チップの製造に使われる材料です。チップは、スマートフォンやコンピューター、自動車、医療機器、データセンターなどで、情報の処理、保存、転送を担う小型の電子デバイスです。

AIにとって半導体が重要なのはなぜですか？

AIには大きなコンピューティング能力が必要です。AIモデルの学習や実行を担うデータセンターでは、処理、メモリー、ストレージ、エネルギー効率に優れた性能を実現するために、先端半導体チップが必要です。

3Mは半導体業界で何をしていますか？

3Mは25年以上にわたり、半導体業界をリードする企業とともに、ウエハー研磨、プロセス保護、熱管理、先端パッケージング、電子部品の安全な搬送など、主要な製造工程における課題の解決を支援する材料やプロセスのソリューションに取り組んできました。

半導体製造でマテリアルサイエンスが重要なのはなぜですか？

先端半導体チップは、極めて精密な製造プロセスによって作られます。チップの小型化、複雑化、高性能化が進む中、マテリアルサイエンスは、生産の安定性を高め、精密な部品を保護し、熱を管理して、安定した生産を支えるために役立ちます。

3Mは半導体メーカーとどのように連携していますか？

3Mはお客様の製造上の課題を理解し、研磨材、接着剤、フィルム、先端材料、精密加工の専門知識を生かして、複雑な半導体製造のニーズに応える実用的なソリューションを開発しています。

 

当資料は、3M社（本社：米国ミネソタ州、NYSE:MMM）が発表した資料を抄訳したものです。