先端半導体の製造費を下げる「X線露光装置」を研究【Substrate｜米国発】

AI向けの先端半導体は需要が伸びる一方で、工場と製造装置の費用が膨らみ、製造できる企業が限られています。この課題に挑むのが、米国のスタートアップ、サブストレート（Substrate）です。粒子加速器で生むX線を光源に使い、半導体の回路をシリコンの板に焼き付ける「X線露光装置」を研究しています。同社は、2nm世代の半導体に相当する解像度を得たと公表しました。2025年10月には、約1億ドル（約150億円）の調達と、約10億ドル（約1,500億円）の企業評価額が報じられました。

先端半導体製造の課題

先端工場の建設費が高騰

先端半導体を製造する工場（ファブ）は、世代が進むごとに建設費が膨らんでいます。Substrateが公開した資料によると、1工場あたりの建設費は2010年代前半の約50億ドル（約7,500億円）から、現在は約250億ドル（約3.8兆円）に達しています。同じ資料は2030年に500億ドル（約7.5兆円）を超えると見込んでおり、先端工場を建てられる企業と国はさらに限られます。

露光装置の価格が上昇

回路を描く露光装置の価格上昇も、製造費を押し上げています。最先端の工程ではEUV（極端紫外線）の光で回路を焼き付けており、その最新型の装置は1台約4億ドル（約600億円）と報じられています。装置の価格が上がり続ければ、ウエハー1枚あたりの製造費も上がり、AI向け半導体の価格に跳ね返ります。

FrontJournalの解説

• 露光装置光を当てて、回路の図柄をウエハーの表面に写し取る装置。写真の焼き付けに近い仕組みで、光の波長が短いほど細かい回路を描ける。
• ウエハー半導体の材料となるシリコンの薄い円板。直径300ミリメートルが主流で、1枚から数百個のチップを切り出す。
• EUV（極端紫外線）紫外線の中でも特に波長の短い光（波長13.5nm）。最先端の半導体の露光に使われ、装置は1社がほぼ独占的に供給している。

Substrateが「X線露光装置」を研究

課題に挑むSubstrate

Substrateは、粒子加速器を光源にした「X線露光装置」と、それを使う半導体工場を研究する米国の企業です。2022年に、ジェームズ・プラウド氏とオリバー・プラウド氏の兄弟がサンフランシスコで創業しました。米国の国立研究所とサンフランシスコの自社拠点で技術を実証し、量産工場で使える品質の300ミリウエハー用露光装置を社内で完成させたと公表しています。

加速器の光で2nm級の解像度

「X線露光装置」は、EUVより波長の短い光を使うため、原理上はより細かな回路を描けます。同社の装置では、電子を高周波の電場でほぼ光の速さまで加速し、向きが交互に変わる磁石の列の中で蛇行させて強いX線を取り出します。磁石の列で電子を蛇行させて光を得る仕組みは、大型放射光施設SPring-8の後継となるSPring-8-ⅡやX線自由電子レーザーでも使われています。同社は、回路の最小寸法約12nm、配線をつなぐ穴の中心間隔約30nmの図柄を描き、2nm世代（製品の世代を表す呼び名で、実際の寸法ではない）に相当する解像度を得たと発表しています。

1回の露光で工程を短縮

同社によると、「X線露光装置」は細かな層を1回の露光で描けるため、製造工程を短くできます。現在の最先端の工程では、細かな層を描くために露光を複数回に分けて重ねるマルチパターニングが必要な場合があります。この重ね描きが不要になれば露光の回数が減り、1枚のウエハーを仕上げるまでの日数も短くなります。出資したGeneral Catalystは、EUVに代わる、より速く安い製造方法になり得ると評価しています。

FrontJournalの解説

• X線EUVよりさらに波長の短い光。病院のレントゲン撮影に使われるものと同じ仲間で、波長が短いぶん、露光ではより細かな図柄を描ける。
• 粒子加速器電子などの粒子を電場で加速する装置。高速の電子を磁石で曲げると強い光が出る。放射光施設では、この光を物質の分析に使っている。
• マルチパターニング1回の露光では描けない細かな図柄を、露光を複数回に分けて重ねて描く方法。工程の数が増えるぶん、製造の時間と費用がかかる。

X線露光装置の未来

米国で先端半導体の量産が可能に

Substrateは、自社の「X線露光装置」を備えた工場を米国内に建て、半導体の受託製造を担う計画です。2028年に大規模な量産を始めることを目標にしています。現在、米国の半導体設計企業の多くは、最先端品の製造を海外の工場に頼っています。計画が実現すれば、米国内で先端半導体を調達する選択肢が加わります。

AI半導体の低価格化を目指す

同社は、先端半導体の製造費を下げ、AI向け半導体を入手しやすくすることを目指しています。最先端のウエハー1枚の製造費は2030年に約10万ドル（約1,500万円）に達するとの見方がある中、同社は2020年代の終わりまでに約1万ドル（約150万円）で製造することを目標に掲げています。製造費が下がれば、データセンターで使うAI向け半導体の調達費も下がります。生成AIのサービスを提供する企業にとって、設備投資の負担が軽くなる可能性があります。

約150億円の資金を調達

2025年10月、Substrateによる約1億ドル（約150億円）の資金調達と、約10億ドル（約1,500億円）の企業評価額が報じられました。出資者にはFounders Fund、General Catalyst、Valor Equity Partnersのほか、米国の情報機関系の投資組織In-Q-Telも加わっています。大きなウエハー全体で同じ精度を高速で保てるかは未知数だとして、量産規模への拡大を疑問視する専門家の見方も報じられており、同社は実証を積み重ねる段階にあります。調達した資金で装置と工場の開発を進め、2028年の量産目標に向けた体制を整えます。

FrontJournalの解説

• 受託製造（ファウンドリ）他社が設計した半導体を、注文を受けて製造する事業。設計だけを行う企業は、この事業者に製造を任せる。
• 企業評価額投資家が見積もった会社全体の価値。未上場の企業では、資金調達のときの株価をもとに算出される。

まとめ

Substrateは、粒子加速器で生むX線を使い、先端半導体の製造費を下げる「X線露光装置」を研究しています。2nm世代に相当する解像度を得たと公表し、自社工場での量産に向けた準備を進めています。露光装置を含む半導体製造装置の動向は、国内でも12月に東京ビッグサイトで開かれるSEMICON Japan 2026で確かめられます。FrontJournal編集部は、実証を重ねた「X線露光装置」が、露光方式の新しい選択肢に加わることに期待しています。製造費が下がり、AI向け半導体がより多くの企業に行き渡る将来にも注目します。

※ 本記事は各社の公式発表・主要報道をもとに、FrontJournal編集部が再構成したものです。数値は各社・各媒体の公表値です。ドルの円換算は1ドル=約150円で概算しています。
主な出典：Substrate 公式（Our purpose）、General Catalyst「Our Investment in Substrate」、SiliconANGLE（2025年10月28日）、TechSpot、TrendForce。

この記事の作者

FrontJournal編集部

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