製造装置メーカーの世界 — ASML・AMAT・TEL・Lamは何を作っているか

チップ製造は「積む・写す・削る・洗う」の反復で、その1動作ずつに専用の機械と専門メーカーがいる。工程と装置の対応を整理したうえで、必要台数の式と開発費の式から「なぜ装置産業は数社に固まるのか」を導き、ASMLのEUV独占が単独ではなく部品メーカーの束として成立している構造まで解説する。

印刷所ではなく、印刷機を作る側の話

チップは彫るのではなく印刷されます。ならば工場（ファウンドリ）は印刷所です。ではその印刷機は誰が作っているのか——これがこの記事の主題です。

普通の産業なら、工場のほうが機械より目立ちます。半導体は逆で、機械のほうが高く、機械のほうが技術の限界を決めています。最先端の露光装置は1台で1億ドルを超え、ジャンボジェット数機分の部品点数を持ち、輸送に専用の貨物便が要る。工場が「どこまで細かく作れるか」は、その年に手に入る装置の性能で頭打ちになります。設計図が先にあっても、それを写せる機械がなければ何も生まれない。 半導体産業の主導権が装置メーカーに集まっているのは、この一点に尽きます。

チェーン全体のどこに誰がいるかは半導体サプライチェーン全体地図で描いたので、ここではその一段だけを拡大します。

ウェハが受けるのは、たった4種類の動作

数百工程と聞くと数百種類の作業がありそうですが、実際に起きているのは4動作の反復です。

• 積む（成膜） — ウェハの表面に薄い膜を一様に載せる。金属、絶縁体、半導体、いずれも数ナノメートルから数百ナノメートルの厚みで
• 写す（リソグラフィ） — 感光材（レジスト）を塗り、原版の図形を光で焼き付け、現像して「削る場所／残す場所」の型紙を作る
• 削る（エッチング） — 型紙のない場所だけをプラズマで削り落とす
• 整える（洗浄・平坦化） — 削りかすと汚れを落とし、表面を鏡のように平らに戻す

この4つを一巡すると、回路の層が1枚できます。それを配線の階数だけ、数十回から百回近く繰り返す。工程そのものの中身はチップはこう作られるにありますが、ここで押さえるべきは1動作ごとに専用の機械があり、その機械ごとに別の会社がいるということです。

工程と装置メーカーの対応

代表的な対応を並べると、産業の地図はこうなります。

各社が複数の欄にまたがっている点に注目してください。特に成膜とエッチングは、真空チャンバ・プラズマ・ガス供給という土台を共有するので、片方が強い会社はもう片方にも出ています。逆に露光だけは土台がまったく別（超精密光学と機械）で、ここだけ顔ぶれが入れ替わります。

何台要るのか、という現場の算数

ファブの設備計画は、工程ごとに次の割り算を解くことから始まります。

$M$ は必要な装置台数、$W$ は月に流すウェハ枚数、$n$ はその工程を1枚のウェハが通る回数（層の数だけ繰り返すので1より大きい）、$H$ は月の稼働時間、$\mathrm{WPH}$ は装置1台が1時間に処理できる枚数、$U$ は稼働率です。要するに「こなすべき延べ枚数 ÷ 1台がこなせる枚数」でしかありません。

この式が装置産業の形を説明します。洗浄は $n$ が極端に大きい——ほぼすべての工程の前後に挟まるので、台数が最も多くなる。露光は $n$ が中程度でも $\mathrm{WPH}$ が低く単価が桁違いなので、台数は少ないのに投資額では最大になり、そしてボトルネックになる。工場の生産能力が「EUVを何台持っているか」で語られるのは、この割り算の結果です。