「装置は動くがプロセスが成立しない」――He供給危機とナフサ不足の本質：湯之上隆のナノフォーカス（90-1） He／ナフサ供給危機と半導体（1）（4/4 ページ）

[湯之上隆（微細加工研究所），EE Times Japan]

第3章：ナフサ不足とPFAS危機――装置を「組み立てる」ための素材が消える

　He問題が「プロセスを動かすガス」の危機だとすれば、ナフサ不足は「装置を組み立てる素材」の危機である。両者は独立した事象に見えて、実は半導体製造の同じ基盤を、別の角度から崩しにかかっている。

3.1　なぜナフサが半導体の問題になるのか

　ナフサは原油精製の中間留分であり、石油化学の出発原料である。エチレン、プロピレン、ブタジエン、芳香族（BTX）などの基幹モノマーは全てナフサクラッカーから供給され、これらを起点にフッ素系樹脂、フッ素ゴム、エンジニアリングプラスチック、特殊潤滑油が製造される。

　半導体製造装置の内部構造は、これらの高機能ポリマーなしには成立しない。具体的には以下の四カテゴリーである。

1. フッ素樹脂：PTFE、PFA、PVDF（配管、バルブ、ウェットベンチ、ライナー）
2. フッ素ゴム：FKM、FFKM（真空シール、Oリング、ゲートバルブ）
3. エンジニアリングプラスチック：PEEK、PPS、PI（構造部材、ベアリング、絶縁部品）
4. PFPE潤滑油：真空ポンプ用、腐食性ガス環境用

　ナフサ供給が逼迫すれば、これらの素材のアップストリーム原料が細り、半導体装置の製造・保守に必要な部品が入手困難になる。

3.2　PFA配管：先端ファブの「血管」

　先端半導体工場では、超純水、薬液、ドライガス、スラリーなど、あらゆる流体がPFA（ペルフルオロアルコキシアルカン）配管を通る。PFAは耐薬品性、耐熱性、低溶出性、低パーティクル性を同時に満たす唯一に近い素材であり、先端ファブ1棟あたり100km以上のPFA配管が敷設される。

　PFAは単なる汎用樹脂ではなく、半導体グレードの低溶出・低パーティクル品として厳しく認定されている。主要メーカーはChemours（旧DuPont）、Daikin、AGC、Solvay（現Syensqo）に限られる（各社Annual Report、SEMI Fluoropolymer Market Report）。Chemoursは2023年、ノースカロライナ州Fayetteville工場のPFAS関連訴訟（GenX問題）で大規模和解に至り、生産体制に不確実性を抱えている。

　そして既に配管は敷設済みであっても、保守・更新・増設に必要な継手、バルブ、チューブが供給されなければ、半導体工場は徐々に機能を失う。配管1本の不良が、数日〜数週間のライン停止につながる例は現場では珍しくない。

3.3　FFKM／FKMシール：真空と腐食性ガスを止めるもの

　半導体装置の真空系、ガスライン、プロセスチャンバーには、膨大な数のOリング、ガスケット、シールが使われる。プロセスガスはNF₃、ClF₃、WF₆、HBr、BCl₃など強腐食性のものが多く、FFKM（パーフルオロエラストマー）でしか耐えられない環境が数多く存在する。

　そして、FFKMの主要グレードは、以下の4社に集約される。

1. DuPont「Kalrez」（デファクトスタンダード）
2. Daikin「DUPRA」「Daiel-Perfluor」
3. Solvay／Syensqo「Tecnoflon PFR」
4. Greene Tweed「Chemraz」

　FFKMは高価（Oリング1個数千〜数万円）かつ寿命が短い消耗品であり、半導体装置の定期メンテで大量に交換される。AMAT、Lam、TELをはじめとする全ての前工程装置メーカーにおけるサービス部門は、これらを安定確保することを前提にビジネスモデルを組んでいる。

　ここにPFAS規制が重なる。欧州化学品庁（ECHA）は2023年2月、PFAS（ペルフルオロアルキル・ポリフルオロアルキル化合物）の広範な使用制限提案を公表した（ECHA, "ANNEX XV Restriction Report: Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs)," 7 February 2023。提出はドイツ・オランダ・デンマーク・スウェーデン・ノルウェーの5カ国当局）。FFKM、PFA、PFPEはいずれもPFASに該当する。提案通りに規制が発効すれば、半導体産業はPFAS適用除外（derogation）を勝ち取るか、代替材料を開発するかの二択になる。

　既に3Mは2022年12月、2025年末までにPFAS事業から撤退すると発表した（3M Press Release, "3M to Exit PFAS Manufacturing by the End of 2025," December 20, 2022）。3MはFFKM原料（特定フルオロエラストマー）、PFPE、フッ素系界面活性剤の主要サプライヤーであり、その撤退は供給ベースそのものを削る。

　本件については、拙著記事「3Mベルギー工場停止、驚愕のインパクト 〜世界の半導体工場停止の危機も（2022年4月11日）」「続報・3MのPFAS生産停止、今は「嵐の前の静けさ」なのか（2022年5月18日）」を参照されたい。

3.4　PFPE潤滑油――真空ポンプを回し続けるもの

　半導体装置の真空ポンプ、特にターボ分子ポンプとドライポンプは、腐食性プロセスガス、反応副生成物、微粒子に常に曝されている。この環境で潤滑性能を維持できる潤滑油は、PFPE（パーフルオロポリエーテル）以外に実用的な選択肢がない。

　主要製品は以下の2社に集約される。

1. Solvay／Syensqo「Fomblin」
2. Chemours「Krytox」

　PFPEは化学的に不活性で、酸素・塩素・フッ素系ガスと反応せず、高真空下でも蒸気圧が極めて低い。これらの特性は、分子構造に完全フッ素化エーテル結合を持つことに由来し、代替分子を設計することは理論的には可能でも、認定と量産化には数年〜10年を要する。

　真空ポンプの潤滑油が途絶すれば、ドライエッチング装置、CVD/ALD/PVD/エピ装置、それに加えて最先端露光装置EUVの保守・メンテナンスが成立しなくなる。これは新規装置の問題ではなく、既に稼働中の数万台規模の装置が、順次メンテナンス不能に陥ることを意味する。

　なお、EUVについては、真空槽内でレチクルを固定している静電チャックの裏面にHeを流している。従って、Heの供給途絶は何らかの影響を受けると筆者は推測している（van de Kerkhof et al., ASML, Proc. SPIE各巻）。これは、第1章で論ずるべき内容であるが、EUVの専門家からは「たとえHeが無くてもEUVの露光にはそれほど影響しない（かもしれない？）」と聞いており、事実が判明するまでは、この問題にはタッチしないことにしている。

3.5　PEEK・エンプラ―構造と絶縁を支える素材

　Victrex社を主要サプライヤーとするPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）は、高温・高純度環境での構造部材、絶縁部品、ベアリング、ウエハーハンドリング部品として多用される。ウエハーキャリア、エンドエフェクター、真空内部品のうち金属を使えない箇所のほとんどがPEEKまたはその類縁ポリマーで作られている。

　PEEKは特殊モノマー（4,4'-ジフルオロベンゾフェノンなど）を原料とし、その供給はナフサ→芳香族→特殊中間体というルートに依存する。ナフサ供給の下流逼迫は、PEEKのような特殊エンプラに最も遅れて、しかし確実に波及する。

3.6　規制・市場圧力の同時発生

　ナフサ／PFAS危機は図3に示すように、性質の異なる4つの圧力が同時期に重なって発生している点に特徴がある。

1. ナフサ供給の逼迫（中東情勢・製油所稼働・需給逼迫、進行中）、
2. 3MのPFAS事業からの完全撤退（2025年末）^[1]、
3. ECHAによるEU全域での広範なPFAS使用制限提案（2023年2月提案、発効未定）^[2]、
4. SolvayからのSyensqo（特殊化学部門）の分離（2023年12月）^[3][4]、の四点である。

　これら4つの圧力のうち、3と4は本危機の構造を特に象徴的に示している。

図3　4つの課題が同時期に重なるナフサ／PFAS危機［クリックで拡大］

　ここで、Syensqoとは、ベルギーの化学大手Solvayが2023年12月に事業を二分割し、高機能材料・特殊化学部門を切り出して独立させた新会社である^[3][4]。分社化後、半導体製造に不可欠なPFPE系熱媒体・潤滑油（Galdenブランド）、PVDF（Solef）、PFA（Hyflon）といった高機能フッ素材料は、すべてSyensqo側に移管された。一方、Solvay本体（新Solvay）にはソーダ灰、過酸化水素等のコモディティ化学品事業が残された。

　この分社化は、次のような構造的帰結をもたらす。Syensqoは、従来Solvay本体に存在していたコモディティ事業との内部補完（キャッシュフロー面および原料・ユーティリティ面）を失い、供給余力は構造的に低下した。

　そこにPFAS規制強化（ECHA提案）と、フッ素ポリマー・フッ素ケミカルでトップシェアを有していた3Mの撤退^[1]が重なった結果、半導体製造に使われる高機能フッ素材料（例えばドライエッチング装置のチラー用冷媒、真空ポンプ用潤滑油、FFKMシール等）は、「規制圧力下で増産できない状態で、需要だけが逼迫する」という逆説的な需給構造に陥っている。

　これら4つの要因は、単独でも供給ベースを削るが、同時に作用することにより供給バッファを完全に消失させる。半導体産業が備蓄していたのは「特定メーカーの特定グレードのシール」「特定メーカーの特定粘度のPFPE」であり、そのうち一社でも欠ければ、装置認定（QVL: Qualified Vendor List）を通過した部品が物理的に入手不能となる^[5]。これが、本稿が繰り返し強調する「品番レベルの依存性」の実体である。

注）本節の参考文献は、多岐にわたるので、文末に「3.6　規制・市場圧力の同時発生」の文献としてまとめて掲載する。なお、本稿前文の文献も、文末に掲載する。

3.7　本章の結論

　ナフサ／PFAS危機は、He危機と対照的な現れ方をする。

　He危機において典型例となるドライエッチング装置では、真空チャンバー内の気相プロセスが成立せず、製造が「即死」する。一方、ナフサ／PFAS供給逼迫の危機は、ナフサを起点とする部品・配管・シール材・潤滑油などの液相・固相の材料に関わるため、まず前工程装置の保守・メンテナンスが成立しなくなり、これを放置すれば、余命数ヶ月から半年を宣告された末期患者のごとく、工場は緩やかに、しかし確実に停止に向かう。

　発現様式は異なるが、両者は同じ構造を共有している。すなわち、「代替不可能な特殊素材が、少数の寡占サプライヤーに依存し、かつ備蓄では吸収できない」という構造である。

　この構造から導かれる警告は明確である。PFAS規制（ECHA提案）と3Mの撤退という組み合わせは、半導体産業にとって従来存在しなかった 「規制による供給遮断」 という新しいリスクカテゴリーを生み出した。これは市場原理では解決できない。政策的対応なしには、認定済み（QVL通過済み）素材が市場から単に消滅する。

　そして、今般のナフサ供給逼迫は、まさにこのカテゴリーに分類される問題である。その上、問題のスケールがあまりに大きく、一企業・一産業・一業界団体では到底対処できない。従って、関係する各国政府が連携し、協調して対処しなければ、世界の半導体産業は機能停止に至る。

⇒第4章〜第6章に続く

注記：フォトレジストに関する別稿予告

ナフサを原料とする半導体材料のうち、感光性材料であるフォトレジストは特に深刻な問題を抱えている。本問題の重大性に筆者が気づいたのは本稿執筆の後半であり、その内容と深刻さは、本章に数行を追加する形では到底論じきれない。そこで、別稿（仮題）「フォトレジストとナフサ起因材料の供給リスクに関する調査 ? その深刻度」として改めて論じることとする。

ここでは予告として、最小限の警告のみ記す。フォトレジストは、先端ノード／成熟ノードの別なく、ロジック／メモリの別なく、あらゆる半導体製造のリソグラフィ工程に使用される。そのフォトレジストの出荷がナフサ供給逼迫によって停止すれば、リソグラフィ工程が成立しなくなり、世界中のすべての半導体工場が停止することになる。

参考文献・出典一覧

一次資料（特許）

US5624582A - Applied Materials, ドライエッチにおける裏面He冷却

US6159299A - Applied Materials, ESC温度制御

US6562128B1 - ASM America, エピタキシャル成長工程

US6905079B2 - CVD背面ガス熱制御

US7674636B2 - Applied Materials, CVD背面ガス

US9576811B2 - ALDプロセス関連

WO2020214732A1 - Lam Research, ALDキャリアガス

規制・政府文書

ECHA, "ANNEX XV Restriction Report: Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs)," 7 February 2023

U.S. Bureau of Land Management, "BLM Completes Sale of Federal Helium System," 2024年6月

Helium Stewardship Act of 2013 (U.S. Public Law 113-40)

USGS Mineral Commodity Summaries 2024 ? Helium

DPAS (Defense Priorities and Allocations System), 15 CFR Part 700

DoD, "Securing Defense-Critical Supply Chains: Report to the President," 2022

企業発表

3M Press Release, "3M to Exit PFAS Manufacturing by the End of 2025," December 20, 2022

Solvay spin-off announcement → Syensqo launch (2023年12月)

Chemours Fayetteville GenX settlement (2023)

各社Annual Report / IR資料 FY2023: Applied Materials, Lam Research, Tokyo Electron, ASML, KLA

学術・業界資料

NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database 69

Donnelly, V. M. & Kornblit, A., "Plasma etching: Yesterday, today, and tomorrow," J. Vac. Sci. Technol. A 31, 050825 (2013)

George, S. M., "Atomic Layer Deposition: An Overview," Chem. Rev. 110, 111-131 (2010)

Kornbluth, P., "Helium market review," CryoGas International / Gasworld各号 (2022-2024)

van de Kerkhof et al. (ASML), "Enabling sub-10nm node lithography," Proc. SPIE各巻

SEMI, "Helium Supply in the Semiconductor Industry" 業界白書

SEMI Fluoropolymer Market Report

筆者関連記事

湯之上隆『3Mベルギー工場停止、驚愕のインパクト 〜世界の半導体工場停止の危機も』、EE Times Japan, 2022年4月11日

湯之上隆『続報・3MのPFAS生産停止、今は「嵐の前の静けさ」なのか』、EE Times Japan、2022年5月18日

EE Times Japan、2026年4月9日、コラム「湯之上隆のナノフォーカス（89‐1）」に『ヘリウム調達停止――AIブームを崩壊させる「見えない臨界点」（前編）』、EE Times Japan、2026年04月09日

EE Times Japanに近日中に、コラム「湯之上隆のナノフォーカス（89-2）」に、『ヘリウム調達停止――AIブームを崩壊させる「見えない臨界点」（後編）』、EE Times Japan、2026年04月10日

特に複雑な「3.6　規制・市場圧力の同時発生」の引用文献

[1] 3M Company, "3M to Exit PFAS Manufacturing by the End of 2025," Press Release, December 20, 2022. https://news.3m.com/2022-12-20-3M-to-Exit-PFAS-Manufacturing-by-the-End-of-2025

[2] European Chemicals Agency (ECHA), "Annex XV Restriction Report ? Proposal for a Restriction: Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs)," submitted by the authorities of Denmark, Germany, the Netherlands, Norway and Sweden, 22 March 2023. https://echa.europa.eu/restrictions-under-consideration/-/substance-rev/72301/term

[3] Solvay SA, "Solvay successfully completes the separation into two independent publicly listed companies," Press Release, December 11, 2023. https://www.solvay.com/en/press-release/solvay-successfully-completes-separation

[4] Syensqo SA, "Syensqo Starts Trading on Euronext Brussels and Paris as a New Independent Global Specialty Company," Press Release, December 11, 2023. https://www.syensqo.com/en/news

[5] SEMI, "Position Paper on the Universal PFAS Restriction Proposal (ECHA)," SEMI Europe, 2023. https://www.semi.org/en/industry-groups/semi-europe

（補助文献）

[6] Gluge, J., Scheringer, M., Cousins, I. T., DeWitt, J. C., Goldenman, G., Herzke, D., Lohmann, R., Ng, C. A., Trier, X., Wang, Z., "An overview of the uses of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS)," Environmental Science: Processes & Impacts, 22, 2345?2373 (2020). DOI: 10.1039/D0EM00291G ? PFASの産業用途全体像を示すレビュー論文。半導体用途を含む。

[7] Techcet LLC, "Critical Materials Report: Fluoropolymers & Fluorinated Specialty Materials for Semiconductor Manufacturing," 2023. ? PFPE、FFKM、PFAの市場構造・サプライヤーシェアに関する業界レポート（有償）。

⇒連載「湯之上隆のナノフォーカス」バックナンバー

筆者プロフィール

湯之上隆（ゆのがみ たかし）微細加工研究所 所長

1961年生まれ。静岡県出身。京都大学大学院（原子核工学専攻）を修了後、日立製作所入社。以降16年にわたり、中央研究所、半導体事業部、エルピーダメモリ（出向）、半導体先端テクノロジーズ（出向）にて半導体の微細加工技術開発に従事。2000年に京都大学より工学博士取得。現在、微細加工研究所の所長として、半導体・電機産業関係企業のコンサルタントおよびジャーナリストの仕事に従事。著書に『日本「半導体」敗戦』（光文社）、『「電機・半導体」大崩壊の教訓』（日本文芸社）、『日本型モノづくりの敗北　零戦・半導体・テレビ』（文春新書）。2023年4月には『半導体有事』（文春新書）を上梓。