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業界トレンド - 半導体

半導体製造装置とは|日本国内の業界動向と工程別世界シェアランキング

半導体製造装置とは|日本国内の業界動向と工程別世界シェアランキング

半導体業界は新型コロナウイルス感染拡大の影響が比較的軽微で、スマートフォンやパソコン、データセンター向けの需要は引き続き好調、さらに5GやIoTの普及によるデジタル化を受けた市場拡大も見込まれている注目業界です。

そうした半導体の製造に欠かせないのが、半導体製造装置です。半導体製造装置とは何か、また、半導体製造装置市場の動向やシェアについて解説していきます。

半導体製造装置(SPE)とは

半導体製造装置(SPE)とは文字通り、半導体デバイスの製造をするための装置のことです。半導体はマイクロメートルやナノメートルといったレベルでの精度を要求されることから、手作業による製造は難しく、製造装置が用いられています。

半導体製造装置は大きくわけて、半導体設計用装置やマスク製造用装置、ウェハ製造用装置、ウェハプロセス用処理装置、組立用装置、検査用装置、半導体製造装置用関連装置に分類できます。

半導体の製造工程

半導体の製造工程は、下記の流れとなっています。

  1. 設計:回路を設計してフォトマスクを作成する工程
  2. 前工程:ウェハに電子回路を形成するまでの工程
  3. 後工程:ウェハをチップ状に切り出して、パッケージングをして検査を行う工程

設計

半導体の配線は非常に細かいため、コンピュータで回路を描いたフォトマスクをウェハ表面に転写して、回路を形成する方法をとっています。

  • 回路・パターン設計
    要求されている性能を満たす回路を設計する工程です。回路を効率よくレイアウトするために回路パターンを作成して検討を重ね、動作シミュレーションも行います。
  • フォトマスク作成
    コンピュータを用いて、透明なガラス板に実際よりも大きく回路パターンを描いて、フォトマスクを作成します。フォトマスクはウェハに回路を転写するための原版(マスター)となるものです。

前工程

前工程はウェハプロセスとも呼ばれ、ウェハ上に電子回路を製作する工程です。

  • ウェハ表面の酸化
    ウェハ表面を高温の酸素で酸化させることで、絶縁層となる酸化膜を形成します。
  • 薄膜形成
    ウェハの酸化膜の上に配線となる金属薄膜を形成します。
  • パターン転写
    ウェハの表面にフォトレジストといわれる感光剤を均一に塗布し、縮小レンズを通してフォトマスクに光を照射することで、回路パターンを焼きつけます。そして、現像液で不要なフォトレジストを除去します。
  • エッジング
    フォトレジストに覆われている部分以外の酸化膜と薄膜を削り取ることで、配線の形状に加工します。
  • レジスト剥離・洗浄
    残っているフォトレジストを剥離した後、薬液に浸して洗浄することで不純物を取り除きます。
  • イオン注入・活性化
    不純物イオンを注入し、フラッシュランプやレーザーを照射するなど熱処理を行うことで活性化させます。
  • 平坦化
    ウェハ表面の凹凸をなくすため、研磨します。

ここまでのパターン転写~平坦化までの工程を繰り返すことで、ウェハ上に設計通りの回路を形成していきます。

  • 電極形成
    ウェハ上のチップの内部回路に外部の電気を通すために、電極用の金属を埋め込みます。
  • プローブ検査
    ウェハ上に形成されたチップに異常がないか、プローブという針を接触させて検査を行います。

後工程

後工程は前工程でウェハ上に製作されたチップを切り出して、パッケージ化した後、最終検査を行う工程です。

  • ダイシング
    ウェハから電子回路をチップ状に切り出します。
  • パッケージング
    リードフレームという金属の枠にチップを固定して、ワイヤと接続した後、セラミックやエポキシ樹脂などでパッケージングします。
  • 最終検査
    電気的特性試験や外観構造検査などの品質検査を行い、不良品を取り除きます。

半導体製造装置の業界動向とシェア

今後も市場規模の拡大が見込まれている半導体製造装置。現在、国内メーカーのシェアは3割程度ですが、製造工程によっては9割を超える製造装置のシェアを有し、日本企業が強い分野です。

半導体製造装置市場は2020年に過去最高額を更新

2020年、新型コロナウイルスの感染拡大の影響を大きく受けた業種もある中、半導体製造装置市場への影響は軽微でした。なかでもウェハファブ製造装置市場は好調で、2020年の市場規模は過去最高額を更新することが見込まれています。

半導体製造装置市場の世界シェアに食い込む日本国内メーカー

日本半導体製造装置協会のデータによると、半導体製造装置市場の日本国内メーカーのシェアは、2008年は40%を超えていましたが、以降は下落に転じました。しかし、2013年以降は30%前後を維持するなど、堅調な状況です。

半導体製造装置市場の工程別シェア

半導体製造装置市場では、日本国内メーカーは前工程のコータ・デベロッパやウェハプローバ、後工程のダイサで高いシェアを持っています。

前工程

コータ・デベロッパのうち、コータはフォレストレジスタを塗布する装置、デベロッパは露光した部分のフォトレジストを溶かす装置です。日本国内メーカーの東京エレクトロンが90%近いシェアを持っています。ウェハプローバは電気的検査のための装置で、東京エレクトロンと東京精密がシェアを分け合う形です。

後工程

ウェハをチップ状に切り出すダイシングに関連する装置は日本国内メーカーが強い分野で、ダイサではディスコが80%のシェアを持っています。また、完成後の検査に用いられるテイスティング装置のひとつのメモリテスタでは、アドバンステストのシェアが60%となっています。

成長分野の競争を勝ち抜き日本国内メーカーはシェアをキープする

参考:公益社団法人日本経済研究センター「研究報告」

5Gの普及により、IoTやAIを活用したデジタル化がますます加速していくことや、脱炭素社会へのメガトレンドによる電気自動車の急激な需要増から、半導体の需要は今後も拡大していくことが見込まれています。これによって半導体製造装置市場も大きく成長することが推測されます。

中国で半導体や半導体製造装置の内製化を推進していることが脅威とはなるものの、半導体は高度な先端技術が必要とされる分野です。参入障壁が高く、中国が追いつくには時間がかかると考えられるため、国内メーカーは技術競争を勝ち抜き、30%のシェアを引き続き維持することが見込まれています。

まとめ

半導体製造装置は、種類によっては国内メーカーが圧倒的なシェアを確保しています。また、世界の半導体製造装置市場において、国内メーカーは今後も一定のシェアを維持できることが見込まれています。

半導体製造装置は、モノづくり大国日本の高度な技術力を活かせる分野として今後も期待されるでしょう。

プロフィール

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監修:細原 敏之(ほそはら としゆき)

高分子材料を利用した自動車電装部品の設計、製造、生産技術(設備設計、レイアウト検討)及び品質保証業務などを歴任し、トヨタ自動車関連のティア1サプライヤーであるデンソー、アイシン精機及び三菱電機株などを主要顧客とした業務の責任者を担当。その後、タイ・バンコックでの工場建設の代表取締役、発電所などの金属ガスケットやシール材などの開発・マーケティング担当を経て独立。工場の品質管理、生産管理及び労務管理の業務や、ISO審査員及び経営コンサルティング業務を開始し、現在に至る。