日本の材料が中国の命運を握る。川上材料の供給がすべて、「接着剤」でさえ中国のチップ業界を悩ませることに。
中国のチップ産業でまた材料の供給の危機なのか？
先日、ある業界メディア「集微網」の報道によると、日本の信越化学のKrFフォトレジストが生産能力不足等の原因により、中国大陸の複数のウェハ工場でKrFフォトレジストの供給が逼迫しており、一部の中小ウェハ工場のKrFフォトレジストの供給が断たれた状態にある。これにより複数のウェハ工場が中国国内のKrFフォトレジスト導入の検証を加速している。
最近、国内チップ産業に相次いで影響を及ぼしているフォトレジスト不足の難題だが、実は韓国ではすでに同じ問題に直面している。2019年の日韓貿易摩擦を受けて、韓国は日本からフォトレジストを含むいくつかの重要材料の輸出に制限を受けた。サムスンやSKハイニックスなど韓国のチップメーカーへの影響力は極めて大きく、その影響が今も続いている。日本の半導体材料大手、東京応化(TOK)が両国の貿易紛争関連政策を迂回するため、韓国に生産工場を設置してフォトレジストの生産能力を拡大し、韓国のチップ産業の需要を満たすというニュースが流れている。
フォトレジストとは何か？フォトレジストはチップ製造プロセスにおいてどのような役割を果たしているのか。なぜ日本企業の生産能力不足が中国国内で緊張を招くのか。なぜ日本のフォトレジストの供給断絶は、韓国サムスンやSKハイニックスのようなチップ大手まで混乱させるだろうか。中国国内のフォトレジスト産業にとって、現在の発展状況はどのような段階に達しており、いつ中国国産フォトレジストでその代替ができるのか。
これらの問題は突然スポットライトを浴びた。
最終的に製造されたチップがメインディッシュであるとすれば、フォトレジストは最初の重要な原材料の1つであり、見た目は目立たないかもしれないが、料理の味を決定する重要な補助材料である。
フォトレジスト（photoresist）は、業界内では光抵抗又は光抵抗剤とも呼ばれ、紫外光、深紫外光、電子ビーム、イオンビーム、X線等の光照射又は放射線により溶解度が変化するエッチング耐性薄膜材料を指し、フォトリソグラフィプロセスにおける重要な材料である。
チップ生産のプロセスフローから言えば、フォトレジストの応用はチップ設計、製造、封止測定における製造段階にあり、チップ製造過程におけるリソグラフィプロセスに必要なコア材料の1つである。
コース料理における焼き物のように、フォトリソグラフィはプレーナ型トランジスタと集積回路の生産における主要なプロセスである。フォトリソグラフィは、不純物のドメイン拡散を行うために、半導体ウエハ表面のシリカなどのマスクに穴を開ける加工技術である。一般的なフォトリソグラフィ工程は、シリコンウェーハ表面の洗浄乾燥、下地塗布、フォトレジストのスピン塗布、ソフトベイク、アライメント露光、ポストベイク、現像、ハードベイク、エッチング、検査等の工程を経なければならない。
専門家の試算によると、フォトリソグラフィプロセスはチップ全体の製造コストの約35%を占め、消費される生産時間はチッププロセス全体の40~50%に達している。したがって、フォトリソグラフィ装置に加えて、シリコンウェーハ上に目立たないように見えるフォトレジストも非常に重要であり、チップフォトリソグラフィに不可欠な一環である。
具体的には、フォトリソグラフィ装置は写真現像印刷のような技術を採用して、マスク版上の微細パターンを光線の露光によってシリコンウェーハ上に印刷するが、フォトレジストはシリコンウェーハ上に塗布され、フォトリソグラフィ装置が回路をシリコンウェーハ上にエッチングするのを助ける重要な材料である。
出典天風証券研究所
フォトレジストは非常に重要であるが、チップ産業に占める割合は限られている。電子材料市場の研究に注力するTECHCETは今年3月、フォトレジストに関する統計と予測データを発表した。2021年、半導体製造に必要なフォトレジスト市場規模は前年比11%増の19億ドルに達する。
20億ドル未満の基本的なディスクの下では、フォトレジストのターゲット市場は限られており、プロセス上の理由から、チップ製造企業が1回に購入するフォトレジストの量は思ったほど大きくない。CCTV財経の報道によると、従来、企業が1回に購入するフォトレジストの量は約100kgであったが、最近は原材料不足のため、1回に10kg-20kgしか購入できない。
それほど大きくない市場構造もフォトレジスト業界が寡頭化する重要な原因である。現在、世界のフォトレジスト供給市場は非常に集中しており、主に日本と米国が独占しており、このうち日本が72%を占め、大陸企業のシェアは13%に満たず、このうち日本の東京応化(TOK)フォトレジストの販売シェアは世界第1位である。
国内KrFフォトレジストの欠品を招いた信越化学は日本最大の化学企業で、信越化学の工場生産設備は、2・13福島地震の影響により多少の影響を受け、特にKrFフォトレジスト生産ラインは大きな被害を受け、まだ完全に生産が再開されていない。東京応化(TOK)はKrFフォトレジストの一定の生産能力を埋めているものの、現在も不足している。
半導体業界協会の統計によると、現在、中国国内の半導体製造段階における国産材料の使用率は15%に満たず、KrFフォトレジストがその中に含まれている。KrFフォトレジストは多くのフォトレジスト製品の中で技術ルートが比較的成熟したものであり、チッププロセスが小型化、マイクロ化するにつれて、リソグラフィ装置は露光波長を短縮して限界分解能を高める必要があり、フォトレジストの波長も紫外スペクトルからg線（436nm）、i線（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、F2（157nm）などより小さい方向にシフトする。
現在、中国国内のg線、i線フォトレジストの自給率は約20%であり、KrFフォトレジストの自給率は5%未満であり、ArFフォトレジストは現在も研究開発・テスト中である。SEMIデータによると、日本合成ゴム(JSR)、東京応化(TOK)と信越化学のいくつかの大手メーカーはg線/i線、KrF、ArFゴム市場の中で市場占有率はそれぞれ61%、80%、93%に達した。
出典天風証券研究所
今回の欠品のニュースが伝わると、国内投資家は続々と国内フォトレジスト企業に殺到し、南大光電、晶瑞株式を含む国内フォトレジスト関連企業は続々と株価上昇を迎えている。注意すべきは、南大光電、晶瑞股份有限公司は画期的な進展を遂げたと通達を出したが、フォトレジストの実際の検証期間は2~3年であり、顧客検証の原動力は十分ではないということである。また、フォトレジストの賞味期限は限られており（通常は6~9ヶ月）、上流メーカーは検証を試みる下流の顧客を短時間で多く見つける必要があり、容易なことではない。これは、フォトレジスト業界の新規参入者が少なくとも3年以上の赤字を覚悟しなければならないことを意味する。
また、チップ素材は、日本のチップ素材産業の台頭を見ても分かるように、短期間に集中的に資金が入ってきても成果が出る産業ではない。1970年代、日本の家電産業の台頭に伴い、米国から日本のチップ産業への地域的な大移転があった。これにより、日本全体のチップ産業技術は急速に向上し、フォトリソグラフィを含む各段階で良好な基礎が築かれた。
例えば、フォトレジストを除いて、日本はシリコンウエハ、ボンディングワイヤ及びモールド樹脂等のチップ産業の基礎材料においていずれも世界トップの技術優位性を有しており、SEMIの統計によると、世界の半導体材料市場における日本企業のシェアは約52%に達している。
歴史の波の前進に伴い、日本はチップ産業の重心の何度かの移転を経験したが、過去のしっかりとした基礎、専門技術によって構築された比較的高い業界障壁及び比較的大きくない市場、比較的少ない競争者によって、日本の多くのチップ材料企業は業界の隠れたチャンピオンになった。
現在、世界的なチップ不足に伴い、ウエハ工場は数回の拡張を開始しており、この位置エネルギーは産業の上流に伝導し、フォトレジストなどの材料需要の増加である。かつて日本の数社の静かなチップ材料企業も、そのために公衆の注目を集め、寡占の様相を呈しつつある。
これらの材料企業は優位性を維持することができる今まで2つのキーポイントがあって、1は日本の合成ゴム(JSR)、東京応化(TOK)と信越化学のいくつかの大メーカーの前身はすべて化学工業材料企業で、設立時間は非常に早く、業界内の蓄積が比較的に深い。第二に、これらのフォトレジスト企業は業界の障壁を深めるために、通常、上流の原材料企業と共同で新技術を研究開発・製作しており、新技術の交代が加速すると同時に、下流のメーカーが簡単にサプライヤーを転換することを嫌うようになっている。フォトレジストは時間、資本ともに高い投資を必要とする業界であるといえる。
また、フォトレジスト自体の研究にもハードルがあり、リソグラフィ装置は、フォトレジストの開発と研究のための中核的な装置であり、フォトリソグラフィ装置なしではフォトレジストの生産検証の多くの手順を完了することができず、これは新規入局者が時間と資本の大量投入があっても、従事できるのは成熟したプロセスのフォトレジストの生産、製造だけであり、中国国内には先進的なプロセスのフォトリソグラフィ装置の製造実力がないので、EUV用の先進的なプロセスのフォトレジストを生産することが困難であることを意味する。
中国国内のチップ業界を困惑させているこの「接着剤」は、基礎科学に依存するすべてのチップ技術の一環と同様に、不足を発見した後すぐに代替を実現できるものではなく、同様に現実を認識し、忍耐強く、着実に技術の自主代替を完成する必要があることがわかる。
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