半導体産業のジレンマ、半導体不足で半導体製造装置がつくれない

半導体産業のジレンマ、半導体不足で半導体製造装置がつくれない

 

 

湯之上 隆 (技術経営コンサルタント、微細加工研究所所長） 

JB Press

6/6(月) 11:01配信

 

 

 

                                    半導体産業のジレンマ、半導体不足で半導体製造装置がつくれない

 

 

　半導体不足が解消する兆しが一向に見えない。それどころか、より深刻化していると思われる。前回の記事で、トヨタ自動車などクルマメーカーが減産を余儀なくされていることを報じた（『トヨタ・ダイハツ生産停止の裏側、世界のクルマメーカー受難の時代』）。しかし、クルマメーカーの減産はその後も続いている。

 

【グラフ】半導体と半導体製造装置の市場規模の推移。過去最高を更新し続けている。

 

　加えて、日立製作所、パナソニック、三菱電機、シャープ、ソニーなど、電機メーカー各社が、半導体不足などの影響で、洗濯機、炊飯器、エアコン、テレビなどの家電製品をつくれない状態にあることが報じられた（日本経済新聞2022年5月31日）。

 

　本稿では、このような半導体不足を解消するために、世界各国の半導体メーカーが増産していること、その生産能力を増強するために各種の製造装置メーカーも装置を増産していることを詳述する。一方で、各種の製造装置に搭載される半導体が不足しており、今後思うように半導体の生産能力が向上できない問題が起きていることも指摘する。要するに、半導体産業においては、半導体不足で各種製造装置が生産できないジレンマに陥っているのである。

 

■　半導体も製造装置も、増産に次ぐ増産

 

　世界各国の半導体メーカーは、長引く半導体不足を解消すべく、増産に次ぐ増産を行っている。また、半導体メーカーが生産能力を増強するため、各種の製造装置メーカーも、これまた増産を行っている（図1）。

 

　【本記事は多数の図版を掲載しています。配信先のサイトでご覧になっていて図版が表示されていない場合は、JBpressのサイト（https://jbpress.ismedia.jp/articles/gallery/70397）でご覧ください。】

 

　その結果、世界半導体市場は2021年に過去最高の5530億ドルを記録したが、今年2022年は6000億ドルを大きく超えると予測されている。その予測値は、世界半導体市場統計（WSTS）が6015憶ドル、米調査会社ガートナーが6386憶ドル、米調査会社IC Insightsが6806憶ドルとなっている（図1には3社の中央値であるガートナーの予測値を記入した）。 　

 

一方、半導体製造装置市場も、2021年に過去最高の1026億ドルを記録した。そして、半導体業界団体SEMIによれば、2022年に1140憶ドルになると予測されている。

 

　ここ最近の半導体市場や製造装置市場の成長がどれだけ凄まじいかということを、以下に示そう。

 

 

■　ITバブル以降の半導体・製造装置市場

 

　半導体市場も製造装置市場も、2000年のITバブルの時に大きなピークがある。そこで、それぞれの市場をITバブルの時を「1」と規格化して、その後の推移をグラフにしてみた（図2）。 　まず半導体市場の推移を見ると、2000年でピークアウトした後、すぐに回復し、2004年に「1」を超えた。しかし、半導体市場が「2」を超えたのは、今から5年前の2017年のことである。つまり、半導体市場は、2000年の2倍になるのに18年を要したことになる。

 

その半導体市場は、ガートナーの予測によると、2022年に「3」を超える。つまり、半導体市場が2倍になるのに18年もかかったが、2倍から3倍になるのはわずか5年ということになる。

　一方、製造装置市場に目を向けると、2000年にピークアウトした後、2007年と2011年に限りなく「1」に近づいたがそれを超えることができなかった。製造装置市場が「1」を超えたのは、今から5年前の2017年のことである。そして、その4年後の2021年に「2」を超えて2.3倍になった。

　要するに、製造装置市場は、半導体市場以上に、ここ5年間の成長が著しいと言える。SEMIの予測では、2022年はITバブルの時の2.6倍の1140憶ドルということになっているが、今後上方修正されるかもしれない。

■　各種製造装置の出荷額

　次に、シリコンウエハ上に半導体集積回路を形成する、いわゆる前工程の各種製造装置の出荷額の推移を見てみよう（図3）。

　2021年において、出荷額の大きい順に、ドライエッチング装置が189.2億ドル、露光装置が164.2億ドル、パーティクル検査と欠陥検査の合計の検査装置が138.9億ドル、成膜装置の1つであるCVD装置が99.7億ドル、などとなっている。

　微細加工に使われるドライエッチング装置と露光装置が1位と2位である。最近の最先端のロジック半導体、DRAM、3次元NANDなどは、非常に複雑な構造をしており、微細加工が難しい。そのため、より高精度な装置を多数求められていることが、この結果になっていると思われる。

　また、露光装置では、2019年に登場した最先端のEUV露光装置の価格が、2018年まで先端装置だったArF液浸の2倍の180億円もする。したがって、装置市場では、露光装置がドライエッチング装置を抜くかもしれないと予想していた（事実、2019年は露光装置がドライエッチング装置を上回った）。

　しかし、実際は、ドライエッチング装置市場が露光装置市場を押さえて1位となった。EUVの価格は180億円とべらぼうに高額であるが、昨年の出荷台数は42台にとどまった。一方、ドライエッチング装置の出荷台数は、これより2桁多いと思う。つまり、出荷台数の多さがモノを言って、ドライエッチング装置市場がトップになったのだろう。

 

 

■　ドライエッチング装置、露光装置に次いで洗浄装置市場が成長

　

ここで、各種製造装置について、2000年のITバブルの時の出荷額を、それぞれ「1」と規格化したグラフを書いてみた（図4）。その結果、成長率が高い順に、ドライエッチング装置が4.3倍、露光装置が3.1倍、洗浄装置が2.94倍、検査装置が2.93倍（洗浄と検査はグラフが重なっている）、CVD装置が2.3倍となった。

 

　ドライエッチング装置が4.3倍に成長したことに、改めて驚いた。また、微細加工に使われるドライエッチング装置と露光装置が、規格化グラフにおいても1位と2位になっている。ドライエッチング装置の膨大な台数、露光装置の価格高騰などが大きく関係していると思われる。 　これに加えて、洗浄装置が2.94倍に成長していることに刮目した。今から6年前に、『半導体がこれほど普及したのは洗浄技術があったから』という記事を書いた。半導体の製造工程は500～1000工程以上になる。その30％～40％が洗浄工程である。

 

　半導体を生産する際に、成膜する前に洗い、成膜したら洗い、微細加工の前に洗い、微細加工の後にも洗う。つまり、洗って洗って洗いまくっているのである。その頻度は、半導体の微細化が進むほど、大きくなる。したがって、洗浄装置市場の成長が、ドライエッチング装置と露光装置に次ぐ3位にランクされるようになったのだろう。そして、この傾向は今後も続くと思われる。

 

 

■　過去最高を更新する設備投資額 　

 

図5に、世界半導体産業の設備投資の推移を示す。世界全体の設備投資額は、メモリバブルの2018年に初めて1000億ドルを超えた。2019年のメモリ不況でやや減少したが1000億ドルを割ることは無かった。そして、コロナ禍が発生した2020年に過去最高の1131憶ドルとなり、半導体不足が顕著となった2021年には1539億ドルに急増した。さらに今年2022年は2000億ドルに迫る1904憶ドルになると予想されている。

 

2022年5月2日のSEMIの発表によれば、2020年から2024年の間に86もの半導体工場が新増設されるという。これらの工場には、前節で分析した各種の製造装置がずらりと並べられることになるだろう。

　ところが、前掲SEMIの発表には、気になることが書かれている。各種製造装置に搭載される半導体が調達しにくくなっており、製造装置の生産に支障が出ているというのである。

■　半導体製造装置は半導体の塊

　半導体市場統計（WSTS）によれば、半導体製造装置は、Industry（産業用途）に分類される。そのIndustryに使われる半導体は、15種類もある（図6）。

　最先端の半導体製造装置には、膨大な数のセンサーが搭載されている。そのセンサーの信号を処理するアナログ半導体が必要である。その信号を、ロジック半導体に搭載した人工知能（AI）で解析し、半導体プロセスにフィードバックする。そのロジック半導体の周辺には、DRAMやNANDなどのメモリも必要である。

　また、シリコンウエハを搬送したりするために、アクチュエーターやパワーマネジメントIC（図6ではアナログに含まれる）が必要となる。加えて、製造装置全体の動作を制御するためのフィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）も必要不可欠になる（FPGAは図6ではロジックに含まれる）。

　ところが、これら多種類の半導体が調達できず、各種の製造装置のリードタイムが長期化している。そのリードタイムは、2020年に3～6カ月だったが、2021年第1四半期に平均10カ月となり、同年7月に14カ月に延長された。なかにはリードタイムが2年になった製造装置もあるという。事態は極めて深刻である。

■　半導体産業のジレンマ

　世界的に半導体不足が深刻化している。その半導体不足を解消するべく、世界中の半導体メーカーが新工場を増設し、半導体の増産を計画している。その新工場には、膨大な数の各種製造装置が必要となる。ところが、その製造装置に搭載する半導体が調達できず、製造装置のリードタイムが長期化している。現在は平均で14カ月以上、なかには2年も待たなければ導入できない装置もあるという。

　半導体の製造工程においては、1種類の製造装置が足りなくても、所望の半導体は生産できない。半導体不足を解消するために、半導体の大増産を行いたいのに、製造装置用の半導体が不足していて、計画通りに半導体が増産できない。

　このジレンマは、一体どうしたら解消できるのだろうか？　　半導体メーカーが製造装置メーカー向けに、優先的に半導体を生産するしか手段がないと思うのだが、サプライチェーンが複雑で、この問題は簡単に解決できないようである。何とかならないのか？　

 

 

半導体増強　エンジニア争奪過熱続く　各社、即戦力求め　９年で求人１０倍超に

 

高橋俊一

産經新聞

2022. 6/6(月) 12:58配信

 

 

半導体エンジニアの獲得競争が一段と激しくなっている。世界的な半導体需要の高まりを背景に、日本が強みを持つ「フラッシュメモリー」や「パワー半導体」などで国内工場の生産能力増強が計画されており、企業が増産対応や開発力強化で即戦力となる人材を確保しようと経験者の中途採用を急いでいるためだ。令和３年度の求人数は２年度に比べ７０％以上増加しており、こうした状況は今後も続くと予想されている。

 

フラッシュメモリー大手のキオクシアは、北上工場（岩手県北上市）で新製造棟の建設を進めている。スマートフォンなど電子機器の記録媒体として使われるフラッシュメモリーはデータセンターなどでも需要の拡大が見込まれており、約１兆円を投資して生産能力を約２倍に高める。５年に完成する計画だ。

 

こうした生産能力増強への対応に加え、開発力の強化を狙いにキオクシアは半導体エンジニアの中途採用を拡大している。

 

元年度に１１３人だった中途採用者は、２年度２７５人、３年度２８０人と増加。４年度はさらに３８０人の採用を計画、各年度とも採用者数の８割ほどがエンジニアという。

 

東芝グループの東芝デバイス＆ストレージは、電気自動車（ＥＶ）や産業機器などで電力制御に使われ、省エネでも重要な役割を果たすパワー半導体の生産能力を引き上げる。石川県能美市の工場に新製造棟を建設する計画で、第１期分として１０００億円を投じ６年度中の稼働を目指す。 これに伴い、経験者の中途採用も含めて３００人以上の新規雇用を計画。

 

さらに第２期分の能力増強が決まれば、同程度の採用を行う方針だ。 各社が経験者採用を積極的に進めていることで、半導体エンジニアの求人は急増している。

 

人材紹介サービスを提供するリクルートエージェントによると、半導体エンジニア求人数は３年度まで７年連続で増加。

 

特に半導体不足が顕在化したこの１年の増加は著しく、平成２４年度の１０倍以上に達した。 同社の井上和真コンサルタントによると、「令和４年度の求人は３年度よりさらに増えている」という。

 

３年度に募集したものの、予定採用者数まで達しなかった企業が募集を継続していることに加え、ここにきてパワー半導体各社の募集が本格化していることが背景にあると指摘する。 半導体企業からは「エンジニアの採用は難しさを増している」との声が漏れる。

 

こうした状況について、井上氏は「少なくとも今年いっぱい、場合によっては７年くらいまでは続く」とみる。 先に行われた日米首脳会談で、次世代半導体の開発に向けた作業部会を設置することで合意するなど半導体の重要性は一段と増している。

 

だが、国内メーカーは半導体事業からの撤退や縮小を繰り返し、多くの人材が流出し、技術を失った。各社とも新卒者の採用も増やしているが、育成には時間がかかるだけに、即戦力を期待できる半導体エンジニアの争奪戦はなお続きそうだ。（高橋俊一）