距2011年3月發生的東日本大地震已經過去了8個多月。因海嘯而遭受重創的巖手、宮城及福島3縣的東北地區怎樣才能實現復興？誰也沒能描繪出一個確切的藍圖，面對這種情況，半導體制造技術的全球權威、日本東北大學名譽教授大見忠弘一語道破，“讓太陽能電池產業成為東北地區新的骨干產業”。
大見教授之所以敢說這句話，是因為以他為核心開發了30年的半導體制造裝置的出現。據稱如果該裝置制作完成，則將有可能改寫全球的能源地圖。大見教授在1980年代，讓當時備受日本企業擠壓而業績低迷的美國英特爾公司大幅提高了制造設備的性能和生產效率，為英特爾的飛躍作出了很大貢獻，由此成為業界名人。其研究成果不僅受到了日本國內，海外企業也很關注。以下為大見教授的專訪。
面對前所未有的大地震，我們東北大學能做的，就是開發新技術、振興產業、創造利潤、造福日本的東北地區。如果能興起一個新產業，全球的優秀人才和資本也會聚集而來。另外，如果把新產業創造的利潤投入到新的技術開發中，還將有助于創造下一個新產業，產生良性循環。我認為，太陽能電池產業正是能使東北地區產生這種良性循環的起爆劑�，F在，希望找出能取代核電的自然能源的呼聲日益高漲，作為其主流，光伏發電收到了極大的關注。但遺憾的是，現在的光伏技術，“太陽能電池發出的電力”，還遠少于“用于制造太陽能電池消費的能源”�？梢哉f，使用太陽能電池不僅不能削減二氧化碳，而且還會增加二氧化碳。聽到這話，性急的人可能就會放棄對太陽能電池寄予的期待。不過我覺得沒有必要放棄希望。這是因為，我說的是“現在的技術水平”，可以通過技術革新解決這個問題。
太陽能電池成長為真正產業的兩大課題
太陽能電池是半導體的一種，為生產半導體而開發的新制造技術也能夠用于制造太陽能電池�？偠灾褪切枰鉀Q以下兩個課題。一是要開發遠遠超過現有水平的“超高性能”、“超高生產效率”的新式半導體制造裝置。另一個課題是要使用該裝置，能夠大量生產“高轉換效率”薄膜硅太陽能電池。如果能夠通過技術革新解決這兩大課題的話，便能夠生產并提供具有壓倒性低價、轉換效率較高的太陽能電池。
轉換效率 該數字表示射向太陽能電池的光能源中，有百分之幾能轉換成電力能源。薄膜硅 現在的太陽能電池可大致分為“結晶型”和“薄膜型”兩種。使用結晶硅的“結晶型”雖然原料成本較高，但轉換效率較高。主流的多晶硅型太陽能電池的轉換效率（電池單元）為15～18％。另一方面，“薄膜型”是通過使硅和化合物半導體等原料在玻璃基板上直接成膜制作而成。轉換效率與結晶型相比比較低，但如果能夠確立生產效率較高的大量生產技術，便可大幅減低制造成本。如果能夠以低價大量生產并提供轉換效率較高的太陽能電池，就有可能在完全不使用化石燃料的情況下，滿足全球的電力需求。根據我的推算，如果能把太陽能電池的轉換效率（從現在主流產品多晶硅型太陽能電池的15～18％）提高到30％，那么全球僅需設置面積為8萬平方公里（相當于日本國土的22.2％）的太陽能電池，就能夠夢想成真。
如果使用我們目前正在開發的“多層構造型”太陽能電池，就有可能實現30％的轉換效率。該電池是縱向重疊非晶硅（α-Si）和微晶硅（μc-Si），并用電極夾住。另外，材料所需的硅材料現在的年產量就能滿足需求。如果這種高轉換效率太陽能電池得到普及，那么地球上的沙漠便可通過海水淡化而變成綠洲，電動汽車往來的大都會將變得既安靜又清潔。全球或許會因此而發生巨大變化。從提出構想開始，到現在已經過了30年。一路走來，我們遇到并克服了許多困難。為了加工世界上并不存在的部件，我們甚至自己開發機床，主要技術全部都是獨自完成的。該項目目前已經有30多家研究開發型企業參與，將迎來最后階段。
部件加工機械和主要技術都是獨自開發
除了太陽能電池之外，我們還積極開發了用于制造太陽能電池的半導體制造裝置，這是因為現在的半導體制造裝置性能低下、生產效率低且價格昂貴。例如，要建設一處45納米級LSI（大規模集成電路）設備，需要5000億～1萬億日元的龐大投資。需要巨額建設費的最大原因在于，必須設置大量（可在內部進行化學及物理反應的）反應容器。制造LSI需要約1000道工序。而現在的制造裝置中1個反應容器只能進行1道工序。
所以要準備與工序數量相當的反應容器，依次把基板從一個反應容器搬運到另一個反應容器，在基板表面形成層。制造太陽能電池也與之相同。原來每個反應容器只能進行1道工序的原因在于，如果無法使各種等離子氣體保持一定的種類和壓力狀態，便無法維持等離子的空間均一性，基板上的MOS（金屬氧化膜半導體）晶體管的柵極絕緣膜就會破損。
而且，由于會產生大量粉末狀反應生成物，這些裝置被認為“簡直就是制粉器”，必須多次花時間對反應容器內部進行清理。此時就需要停止生產。另外，搬運方面，直徑30厘米左右的硅基板倒還好說，如果是大型顯示器和太陽能電池的大型玻璃基板，就會非常麻煩。如果生產效率如此之低，太陽能電池的價格就會變得非常高，無法形成一個產業。必須使生產效率產生飛躍性提升。因此我開始致力于開發在1個反應容器中，通過依次切換氣體種類和工序條件來進行多道工序，可大幅減少基板搬運次數的制造裝置。我們通過采用新方式，在一個反應容器內陸續切換氣體種類，并對不同薄膜進行連續成膜及連續蝕刻。
另外，通過將反應容器內的氣體流通均勻控制為層流狀態，而非湍流狀態，反應容器內沒有形成反應生成物，反應生成物也不會完全吸附在反應容器表面及排氣管道。這樣一來，半導體及太陽能電池的生產效率極有可能提高到數十倍。為了推出采用這種新方式的制造裝置，我們花費30年的時間開發出了大量核心技術。其中之一便是具有極高排氣性能、采用不等傾斜角及不等間距螺旋槳構造的氣泵。此前，并不存在這種從數百分之一氣壓到數十萬分之一氣壓狀態下均可排氣的高性能氣泵。這種形狀特殊、傾斜角及間距均不等的螺旋槳很難加工，自1993年理論知識確立之后，從成形到性能驗證共花費了4年的時間。
最近，加工一個螺旋槳只需15個小時。不久以后，10個小時以內即可完成，加工時間縮短到這個程度之后，就可達到實用水平了。因此，開發此泵共花費了22年的時間。為了在吹氣孔內部，不讓可在反應容器內使層流狀氣體均勻流通的簇射極板產生異常放電，吹氣孔的直徑必須控制在0.1毫米左右，并且需要將反應容器內吹出氣體的流速控制在每秒數米左右。為此，必須增加吹氣孔的數量。具體為每平方厘米需要約1000個吹氣孔。
關于直徑30厘米的硅基板用半導體制造裝置，一個反應容器需要約100萬個吹氣孔，而基板尺寸為1.2米×1.65米的太陽能電池及2,88米×3.08米的大型顯示器分別需要3000萬個和12000萬個吹氣孔。因此，我們自主開發出了新型沖壓加工技術。這樣，工匠需要花費半年到幾年時間的工序，我們幾個小時就可完成，今后很可能實現產業化。
研究人員的目標并不是寫論文
“我是電子方面的研究人員，是門外漢”，如果如此畏手畏腳的話就毫無進步可言。我們并不為了寫論文，而是以開發出的技術及裝置實現實用化為絕對目標而展開研究的。因為由此為社會發展做出貢獻是一直受社會培養的研究人員的責任。在開發新制造裝置的同時，半導體本身的性能也需要實現飛躍性的提高。從英特爾制造CPU的進化史來看，在2005年之前其工作速度一直在順利提高，而到了2005年以后卻完全停止了進步。
其原因就在于器件及銅布線的過度微細化。當微細化推進到40納米以下時，銅布線中的電子的平均自由行程就會變得更細，因此會變得非常大，導致電流難以流過。盡管如此，他們還是執著地持續推進著微細化，32納米、22納米、16納米、11納米、7納米、5納米、3.5納米，甚至是1.8納米。我認為微細化要止步于45納米，再推進的話應該朝著三維立體構造的方向進行集成。另外，指出“硅存在極限”，繼而將方向轉向化合物半導體及鍺等其他材料的做法也是錯誤的。要想制造出超高速的集成電路，只有硅能做到。硅并未達到極限，人類尚未挖掘出硅結晶的全部性能。
因此，我們通過用所掌握的知識開發出真正的產業技術，正逐步實現“超高性能超高性能均衡CMOS（互補金屬氧化膜半導體）”、“電路設計的超短時間化”，以及“光掩膜制造的超短時間化和超低成本化”。未來的最終目的是將“全CMOS系統LSI”培育成“真正的產業”。系統LSI就是指軟件全部嵌入芯片中的LSI。這一目標得以實現的話，與利用軟件來驅動英特爾現有通用微處理器的系統相比，就有望實現提高數千倍乃至數萬倍之多的性能。
而且這樣一來還能夠降低耗電量。有觀點認為，在2010年代的北美大陸，信息通信設備的耗電量將占到總耗電量的50％以上。如果同一性能的系統也行的話，通過利用全CMOS的系統LSI，便可將這一耗電量驟減至數百分之一乃至數千分之一，從而為節能做出巨大貢獻。這對產業界的沖擊無法估量。如前所述，近來以日本東北大學為中心，在具備各種技術特點的企業協助下，為實現相關項目展開了行動。整個裝置的系統由日本東北大學、東電電子來負責。參與項目的企業眾多，僅代表性公司，比如為裝置提供各種原材料的廠商，負責加工這些原材料的企業、負責表面處理的企業、負責各種構件和部件的企業，以及負責計測和控制的企業等，就超過了30家。
參與開發的有大企業，也有銷售規模很小但擁有自主技術的中小企業。缺了哪一家，都無法實現產業化。這些企業聯起手來，為開辟基于超高性能制造裝置產業的新業務模式而付出了努力。日本缺乏能夠洞悉新事物價值所在的經營者我認為在技術實力上，日本目前仍高居世界之巔。但卻缺乏像曾在索尼的井深大氏、盛田昭夫那樣的、在新生事物出現時，能夠洞悉其價值所在，在世界上最快做出決斷，繼而加以充分利用的經營者。
只要看到介紹新技術開發成果的發布資料，第二天韓國三星電子及全球最大的半導體代工廠商臺積電的董事長就會飛到現場，當場拍板希望要多少臺。但日本企業既沒有這樣的速度，也沒有這樣的決策魄力。近20年，日本電子產業停滯不前的原因就在于缺乏這種有先見性并敢于發起挑戰的經營者。另外，企業之間的合作也大多因為經營者目光短淺而進展不順。
在這種情況下，能夠獲得如此多企業的參與，并形成適于使超高性能半導體制造裝置實現實用化的體制，實在是一件令人歡欣鼓舞之事。日本東北地區作為半導體及太陽能電池產業聚集的全球據點，蘊藏著能夠像鳳凰涅磐一樣的再生潛力。對于資源匱乏的日本來說，要想使1億2800萬人民過上并非只是溫飽的富足生活，只有“產業立國”這一條路。該項目不僅對東北這一個地區，對于整個日本都是巨大福音，身為半導體制造領域的研究人員，我將全身心投入其中。
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