小さな世界の大きさ：マイクロメートルとナノメートル

半導体の話に出てくる、マイクロメートルとナノメートルという長さの単位を説明する。単位の関係、身の回りのものとの大きさの比べ方、プロセスノードの名前の数字が実際の寸法とは限らないこと、小さな世界を見る道具を扱う。

小さな長さの単位

半導体の話では、とても小さな長さの単位が出てくる。マイクロメートルとナノメートルである。このページでは、その大きさの感覚をつかむことを目指す。

長さの単位は、千倍ずつ、あるいは千分の一ずつで変わる。一ミリメートルの千分の一が、一マイクロメートルである。一マイクロメートルの千分の一が、一ナノメートルである。つまり、ナノメートルは、ミリメートルの百万分の一である。

身の回りのものと比べる

大きさを、身近なものと比べてみる。

髪の毛の太さや、細かい砂ぼこりは、マイクロメートルの単位で数える大きさである。細菌も、マイクロメートルの単位で数える。ウイルスは、ナノメートルの単位で数える大きさである。そして、原子の大きさは、ナノメートルよりも、さらに小さい。

半導体のチップの回路は、このナノメートルの単位の世界に入っている。髪の毛の太さと比べると、回路の線は、はるかに細い。

ごみの大きさも、小さい

回路が小さいということは、問題になるごみも小さい、ということである。回路の線よりも大きなごみが付けば、線をふさいだり、つなげたりしてしまう。そのため、クリーンルームでは、ごく小さな粒子まで管理される。

また、小さな世界を扱うので、わずかな揺れや温度の変化も、位置のずれになる。環境の管理が、これまで学んだように、厳しくなる。

製造の名前の数字

半導体の製造の技術には、数字とナノメートルを組み合わせた名前が付けられることが多い。これは、プロセスノードと呼ばれる。ただし、この数字は、必ずしも、回路の特定の部分の実際の寸法を表しているわけではない。技術の世代を表す名前として、使われている面がある。

そのため、会社どうしで、同じ数字の名前でも、実際の回路の細かさが同じとは限らない。数字だけで、単純に比べないほうがよい。

小さな世界を見る道具

髪の毛の太さなら、拡大鏡で見られる。しかし、ナノメートルの単位の回路は、光の顕微鏡では見えにくい。そこで、電子線を使う顕微鏡が使われる。電子の波長は短いので、光よりも、はるかに細かいものを見られる。

製造の現場でも、回路の線の幅や、膜の厚さを、この種の顕微鏡で測って、確かめている。

このページのまとめ