2nmを巡る新たな競争と、材料が重要な理由
世界の半導体メーカーが2nmロジックチップの量産を目指すなか、日本の半導体材料メーカーは事業拡大を進めている。微細化競争を後押ししているのは、人工知能（AI）、高性能コンピューティング、先進的な自動車システムからの需要だ。材料は、この移行を支える見えにくい基盤である。ウエハー、レジスト、溶剤、ガス、接着剤、樹脂のすべてに、従来の世代よりも厳しい公差、高い純度、より厳密な均一性が求められる。品質と精密さで長く信頼されてきた日本のサプライヤーは、ここに成長の機会を見いだしている。
目次
2nmでは、主要半導体メーカーが全周ゲート（GAA）トランジスタや、より複雑なチップアーキテクチャを採用している。GAAはトランジスタ内の電流をより精密に制御し、極めて微細な寸法で漏れ電流と消費電力を抑えるのに役立つ。こうした設計には、極端紫外線（EUV）リソグラフィー用レジストの化学組成、高純度の酸や溶剤、超平坦なシリコンウエハー、専用のパッケージング材料が必要となる。各工程のプロセスウィンドウは狭く、材料性能の安定性が歩留まりを左右する要因となる。
日本のサプライヤーによる投資は、この転換点を見据えたものだ。東京応化工業は、アジアの主要ファウンドリーを支援するため、ソウル近郊にフォトレジストと高純度化学品の新拠点を計画している。アデカは先端半導体用化学品の設備を増強中だ。300mmシリコンウエハーの大きな供給シェアを占める信越化学工業とSUMCOは、2nmのパターニングに必要な、より高い平坦度と低い欠陥密度を実現する基板の調整を進めている。同時に、AIシステム向けにプロセッサーと広帯域メモリーを高密度に接続する動きから、パッケージング材料の需要も高まっている。これらの取り組みは、TSMC、サムスン、インテルが新世代プロセスを推進し、日本のRapidusが今後10年以内の国内2nm製造を目指すという業界の時間軸に沿ったものだ。
投資企業と生産能力の拡大地域
日本の材料メーカーによる設備投資は、半導体製造の前工程と後工程の双方に広がっている。当面の目標は、海外ファウンドリーで始まる初期の2nm生産を支えながら、Rapidusなど日本国内の新プロジェクトによる需要にも備えることだ。こうした投資は、特に材料や装置といった強みのある分野に注力し、先端半導体で中心的な役割を取り戻そうとする日本の広範な動きを反映している。
フォトレジストと高純度化学品
フォトレジストの世界的な大手である東京応化工業は、EUVレジスト工場と高純度化学品工場を含む新拠点をソウル近郊に計画している。EUV露光では極めて短い波長の光を使うため、レジストには高い感度と低いラインエッジラフネス、最小限の汚染を両立させる必要がある。2nmではプロセス制御に妥協が許されず、レジストの配合や塗布後処理に求められる水準が高まる。各工程で追加のリンスや微量金属がデバイス性能に影響しかねないため、現像液、剥離液、洗浄用薬液の生産能力も増強されている。
ウエハー、スラリー、特殊ガス
信越化学工業とSUMCOは世界の300mmウエハーの大きなシェアを供給しており、その製品は先端プロセスにおけるリソグラフィーの精度を支えている。2nmでは、前工程のパターニングに加え、検討が進む裏面工程でも、ウエハーの平坦度、粒子制御、結晶の完全性をさらに高める必要がある。化学機械研磨（CMP）用スラリーなどの消耗材も、高密度化したパターン全体で均一な研磨速度を実現するため、並行して進化している。成膜やエッチングに使う特殊ガスも、GAA構造を乱す反応を避けるため、より高い純度が求められる。
主役に躍り出るパッケージング材料
チップの消費電力とメモリー帯域幅が増すにつれ、先端パッケージングが性能を左右する要素になっている。味の素ファインテクノ（ABFビルドアップフィルムで知られる）、レゾナック、日産化学、住友ベークライト、ナミックスなどの日本企業は、反りを抑えるアンダーフィル材、封止材、仮接合用接着剤、樹脂の生産を拡大している。材料メーカーとRapidus、最先端半導体技術センターを結ぶJOINT2の共同研究では、チップの位置合わせと熱安定性を保つ3Dパッケージング工程に取り組んでいる。日本の装置メーカーが提供する精密機器もこの転換を支えており、パッケージングは材料面の課題であると同時に、工学的な取り組みでもある。
2nmの課題を読み解く
現在の最先端プロセスから2nmへの移行は、単に回路パターンを小さくすることではない。GAAは、ナノシートやナノワイヤの周囲をゲートで囲むことで、トランジスタの形状を変える。これによりゲート制御が改善され、極めて微細な寸法でも性能を維持しやすくなる。一方で、高誘電率（high-k）材料、メタルゲート、仕事関数調整用金属を慎重に選定し、厳格なクリーンルーム環境を整える必要もある。微量の汚染でも、しきい値電圧が変化したり、漏れ電流の経路が生じたりする可能性がある。
EUVリソグラフィーも重要な柱だ。2nmのパターン形成には、より複雑な多重パターニング工程が必要となり、今後登場する高開口数（High-NA）EUV装置によって解像度はさらに高まる。レジストの化学組成、露光後ベークの条件、欠陥検査への要求も厳しくなる。フォトレジストには、感度、解像度、粗さのバランスを取りながら、確率的な欠陥を最小限に抑えることが求められる。周辺で使う溶剤やリンス液も、微細な構造をエッチングしたり膨潤させたりしてはならない。
パッケージングは、設計の初期段階から重要な決定事項となっている。AIアクセラレーターでは、2.5Dや3Dの技術を使い、演算用ダイと積層した広帯域メモリーを組み合わせる。インターポーザー、マイクロバンプ、銅ピラー、シリコン貫通電極（TSV）により、接着剤、ダイアタッチフィルム、熱界面材料に新たな要求が生まれている。これらの材料は応力を制御し、反りを抑え、高密度実装から熱を逃がす。熱サイクルや長期使用に耐える信頼性の高いパッケージング材料がなければ、2nmの性能目標は達成できない。
Rapidus、政府支援、国内エコシステム
Rapidusは、日本国内で2nmチップを製造する計画の中核を担う。同社は2025年4月に北海道千歳市で試作生産を開始し、パートナーとともに2nm GAAデバイスの主要技術を実証した。試作を経て顧客向けサンプルを提供し、2027年の量産を目指している。政府は1兆7,000億円超の支援を表明し、投資や融資保証の新たな仕組みを設けた。政策当局はまた、公的資金に条件を付けて重要技術や企業統治を保護するなど、セーフガードの整備を進めている。
Rapidusの東哲郎社長は、この課題の大きさを率直に語っている。安定した大量生産に向けて、歩留まりの改善と信頼性の確保が決定的な壁になると指摘してきた。
量産技術の開発は極めて難しく、歩留まりの確認と信頼性の確保が大きな課題となる
影響は一企業にとどまらない。日本が先端ロジックの生産を国内に定着させられなければ、装置・材料サプライヤーが顧客を追って海外に生産能力を移すリスクが高まる。そのためRapidusの取り組みは、材料、計測、リソグラフィー、パッケージングにまたがる共同開発を通じ、より広いエコシステムを支える基盤として設計されている。同社はフィードバックを速め、学習サイクルを短縮するため、枚葉式またはバッチ式の工程を試している。また、ニッチ市場で顧客への納入を早めることを目指し、前工程と後工程を一体化したアプローチも進めている。
人材も制約要因だ。Rapidusは先端プロセスを学ぶため技術者をパートナー企業の研究施設に派遣する一方、国内外で採用を進めている。材料メーカーも同様に、日本や韓国の顧客工場の近くにチームを置き、迅速な試験や現場でのプロセス調整を支援している。
日本に進出する世界企業と国内サプライヤーへの波及
日本の材料産業の拡大は、国内における新たな生産拠点の整備と結び付いている。TSMCの子会社は熊本で第2工場を建設しており、地域でウエハー、化学品、レジストの需要が増える。地元調達は納期を短縮し、品質管理を改善できるため、新世代プロセスの立ち上げに有効だ。
サムスンも日本での事業基盤を強化している。同社は横浜に先端パッケージングの研究センターを開設し、AI向けのプロセッサーとメモリーの接続技術を改善する計画だ。同センターは日本の材料・装置サプライヤーや大学と連携し、研究、試作ライン、商業生産を結び付ける。ナミックスやレゾナックのようなパッケージング材料大手にとって、大口顧客の研究開発プログラムに近いことは、次世代のアンダーフィル材、ダイアタッチフィルム、低反り樹脂を共同開発する直接的な機会となる。
こうした投資により、2nmウエハーの生産が複数地域で続くなかでも、日本は先端材料の拠点として存在感を高めている。海外のファウンドリーも引き続き日本製のウエハー、レジスト、消耗材に依存する。海外需要と国内の新たな生産拠点が相まって、国内サプライヤーの顧客基盤は厚みを増す。
AI、自動車、エネルギー消費にとっての2nmの意味
AIの学習・推論処理は、データセンターの電力と冷却能力を限界まで押し上げている。先端パッケージングと広帯域メモリーを組み合わせた2nmチップは、消費電力当たりの演算量を増やすことを目指す。クラウド事業者の電気料金や炭素排出量を抑えながら、より大規模なモデルや高速な推論を実現できる可能性がある。エッジ機器では、効率の改善により、ロボット、産業システム、ウェアラブル機器、家電製品で端末上の高度な処理が可能になる。
自動車メーカーには、運転支援や将来の自動運転機能を支える信頼性の高い演算能力が必要だ。また、温度変化や長い製品寿命に耐えるチップも求められる。パッケージングや相互接続に用いる材料は、その信頼性を支えるうえで中心的な役割を果たす。国内で先端ロジックを利用できれば、共同設計を加速し、供給経路を短縮できることから、自動車メーカーや電子機器メーカーを含む日本の幅広い産業が2nmの進展を注視している。
通信、医療、防衛にまたがる国家的な優先課題にとっても、2nmの生産能力は供給の強靱性を高める。重要な演算能力を複数地域から確保できれば、システムメーカーは調達先を分散できる。材料分野に強みを持つ日本は、そうした複数地域の供給体制で影響力を発揮できる。
リスク、制約、サプライヤーの対応
2nmへの微細化には、既知のリスクが伴う。新世代プロセスの立ち上げでは、歩留まりの変動、主要装置の供給制約、コスト圧力が生じやすい。High-NA EUV装置とレジストの工程構成では、安定した量産条件を確立する必要がある。熟練技術者の確保は業界全体の課題で、人材獲得競争も激しい。資金調達も重要な要因だ。2nmの生産体制を一式構築するには数兆円規模の資本が必要となるため、複数年にわたる公的支援と民間投資の組み合わせが欠かせない。
材料メーカーは、いくつかの明確な施策で対応している。迅速な試験とジャストインタイム納入を支えるため、アジアや日本の顧客工場の近くに生産能力を置いている。環境基準に対応し、環境負荷の低い薬液、再生システム、水処理への投資も進めている。多くの企業が大学や研究開発センターとの連携を深め、EUVレジスト、低誘電率膜、熱伝導性パッケージング材料の配合変更を加速させている。高額な工場のリスクを分担するため、合弁事業を検討するサプライヤーもある。
競争は世界規模で続いている。中国のファウンドリーは成熟プロセスで生産を拡大しており、材料の価格や供給パターンに影響を及ぼす可能性がある。先端プロセスでは、TSMC、サムスン、インテルが材料サプライヤーの満たすべき工程基準を定める。大規模生産でも一貫した品質を実証し、顧客の欠陥やばらつきの低減を支援できる企業がシェアを伸ばすだろう。
日本の材料分野の展望
日本は、強みを持つ重要な層を押さえることで、半導体産業での地位を取り戻そうとしている。その中核にあるのが材料だ。東京応化工業、アデカ、信越化学、SUMCO、味の素ファインテクノ、レゾナック、ナミックスなどが事業を拡大するなか、日本は海外の初期2nm工場と国内の新たな生産能力の双方を支える態勢を整えつつある。2030年までに国内の半導体売上高を拡大するという政府目標の達成には、研究連携や補助金で課題を埋めながら、両面で進展することが前提となる。
注目すべき節目には、Rapidusの試作成熟度と初期の顧客開拓、High-NA装置向けEUVレジストや高純度化学品の出荷開始、JOINT2の枠組みで進む3Dパッケージング用樹脂・接着剤の開発、TSMCの熊本拡張とサムスンの横浜パッケージング拠点の建設状況がある。いずれも日本製材料への需要拡大を示す動きとなる。
2nmにおける日本の役割は、単一の工場にかかっているわけではない。ウエハー、化学品、パッケージングにまたがる材料エコシステムの信頼性が鍵となる。サプライヤーが品質を維持し、顧客とともに革新を続ければ、半導体製造の次の段階で欠かせない存在になり得る。
要点
- 日本の材料サプライヤーは、海外ファウンドリーと国内の新規プロジェクトの双方を対象に、2nmチップ生産を支える設備投資を拡大している。
- 東京応化工業はソウル近郊にEUVレジストと高純度化学品の新拠点を計画し、アデカは先端半導体用化学品の設備を増強している。
- 世界の300mmウエハー市場で大きなシェアを占める信越化学工業とSUMCOは、2nmに必要なより厳しい公差に合わせて基板を調整している。
- パッケージング材料は成長分野となっており、味の素ファインテクノ、レゾナック、住友ベークライト、ナミックスなどがアンダーフィル材、接着剤、低反り樹脂に投資している。
- JOINT2は材料メーカーとRapidus、最先端半導体技術センターを結び、AI時代のチップに向けた3Dパッケージングを推進している。
- Rapidusは2025年に試作生産を開始し、1兆7,000億円超の公的支援と重要技術を保護する施策のもと、2027年の量産を目指している。
- TSMCは熊本で生産能力を拡大し、サムスンは横浜にパッケージングの研究開発拠点を計画している。これにより日本製の材料・装置への国内需要が高まる。
- 2nmではGAAトランジスタ、EUVレジストの進化、全工程での極めて高い純度が求められ、材料の安定性と欠陥制御の水準が上がる。
- 歩留まりの改善、装置の供給、人材不足、資金需要がリスクとなる一方、サプライヤーは現地生産、環境負荷の低い工程、研究開発連携の強化で対応している。
