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「TSMC御用達」のうまみは? 国が半導体研究を支援

日経ビジネス
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科学&新技術
2021/6/8 2:00
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台湾TSMCは茨城県で日本企業20社超と研究開発を進める

台湾TSMCは茨城県で日本企業20社超と研究開発を進める

日経ビジネス電子版

経済産業省は5月31日、半導体受託製造(ファウンドリー)世界最大手の台湾積体電路製造(TSMC)が日本で国内の半導体材料や製造装置メーカーと共同で行う先端半導体の研究開発を支援すると発表した。

これに先駆けてTSMCは3月に「TSMCジャパン3DIC研究開発センター」を設立済み。この3DIC研究開発センターが茨城県つくば市の産業技術総合研究所の拠点にあるクリーンルームに検証ラインを設置し、高性能の演算処理半導体に求められる3次元実装技術の研究開発に取り組む。国は5年間で190億円を支援する。

注目は20社超の日本企業が「TSMCからのご指名」(材料メーカー)で参加予定となっている点だ。パートナー企業には、新光電気工業イビデン富士フイルム三井化学旭化成JSR日東電工などの材料メーカー、芝浦メカトロニクスやディスコ、島津製作所などの装置メーカーがずらりと顔をそろえた。秘密保持契約のため、どの企業にどの自社製品が採用されているかも話せない「縁の下の力持ち」企業の名前が出ること自体、異例だ。ではなぜ半導体受託製造で世界シェア5割を占めるジャイアント企業、TSMCが日本で研究開発に乗り出すのか。

それはTSMCにとって手薄だった「後工程」の分野を強化するためには、材料や加工方法を巧みに組み合わせる日本の技術が欠かせないと判断したからに他ならない。

助成が決まったのは、半導体製造の「後工程」と呼ばれる工程に関する技術の研究開発だ。半導体の製造工程は円盤状のシリコンウエハーに回路を形成する「前工程」と、ウエハーから多数の四角いチップを切り出して基板と配線でつなぐ「後工程」に分かれる。一昔前までは「ムーアの法則」が代表するように前工程の技術の進歩が半導体の性能向上を引っ張り、後工程の付加価値は小さいとみなされていた。しかしその価値観は覆りつつある。

「3次元実装」が進化を支える

なぜか。半導体の回路線幅を細くして素子の集積密度を高める微細化技術が物理的限界に迫るなか、異なる機能の半導体のチップを立体状にミルフィーユのように何層も積み上げる「3次元実装」が性能向上のカギになってくるためだ。

半導体産業に詳しい英オムディアの南川明シニアコンサルティングディレクターは、「5G以降の高速通信、AI(人工知能)を駆使するデジタル社会の成立にはデータセンターに使う高速コンピューティングの半導体が必要となる。その半導体の進化を支えるのが3次元実装技術」と指摘する。

その3次元実装に欠かせないのが、実装(パッケージング)技術。外部と電気信号の入出力でやり取りするため金属配線を施し、樹脂などで包んで保護する工程だ。むき出しの半導体素子はとても繊細で壊れやすい。小さなチップを精緻に積み上げる技術は難易度が高く、材料や加工、接合、計測など、あらゆる技術分野でブレークスルーが求められる。世界中のどんな半導体メーカーでも1社で究められるものではない。

経産省情報産業課の斎藤尚史課長補佐は「日本には封止材、放熱や研磨技術など必要な要素技術を持つ材料や装置メーカーが多い。国際連携によって価値を高めれば3次元実装のキープレーヤーとして世界をリードできる」と期待を寄せる。

TSMCから指名されたある装置メーカーは「日本は材料、装置の分野で基盤技術を分厚く蓄積している。TSMCにとっては共同開発で後工程の技術を囲い込めるメリットがある」とみる。その上で、日本企業にとっては「世界最大のファウンドリーの懐に研究開発段階から入り込むことでTSMCからの将来的な大規模発注が見込めるなど、相当なうまみがありそうだ」と期待を込める。

朗報だが懸念も

TSMCという先端半導体の製造でトップをひた走る企業との連携を深める今回の共同研究。材料や装置のメーカーにとって朗報だが、懸念もある。

世界では「OSAT」と呼ばれる半導体の後工程請負会社が多数存在する。世界最大手の台湾・日月光投資控股(ASE)は21年1~3月期の売上高が1194億台湾ドル(約4700億円)、純利益が85億台湾ドル(約340億円)と好調だ。TSMCと比べればまだ小さい金額だが、ASEは専業ゆえにコスト競争力と高品質の両立に定評がある。

微細化の限界が近づいていることを背景に、ファウンドリー事業でTSMCを追う韓国サムスン電子と米インテルも後工程の強化に乗り出している。変化のスピードが速い半導体産業。TSMC1社に事業の行く末を託す構造にならないよう注意を払わなければならない。

TSMCとの共同研究に名を連ねた材料メーカーは「名前が入るとは聞いていたが何をどこまでやるのかは聞かされていない。TSMCだけがお客さんではない。事業を伸び伸びできなくなったら経営判断がしにくくなる」と明かす。

「国産化」の夢と現実

経産省は技術研究開発にメドがついた後の「ベストケース」(斎藤氏)として、TSMCによる後工程量産拠点の誘致を視野に入れている。だが、日本は固定費やエネルギー費用の負担が重い。専業の海外OSATにコスト競争力やサービス力で勝てる拠点になるのか、という不安が残る。

また経済安全保障の視点から国外流出を防ぐ産業政策を進めると、他国を刺激し、材料や装置の国産化、内製化といった反動が海外で強まることも予想される。結果として海外企業のサプライチェーンから締め出されてしまったら、グローバルに事業を展開してきた材料や装置メーカーにとって大きな痛手になる。

米国ではバイデン大統領が半導体関連に5年で520億ドル(約5兆7000億円)を投資する方針を打ち出し、欧州連合(EU)も最大1450億ユーロ(約19兆円)を今後数年で半導体関連に投じると表明している。

経産省が直近で採択した半導体研究開発への支援は今回のTSMC案件を含めて1000億円に満たないが、これでも「過去に比べればかなり思い切った金額」(経産省)。量産に踏み込めばさらに多額の投資が必要となる。

国は後工程だけでなく前工程の量産工場誘致も検討しており、その場合は投資規模が兆円単位に膨らむ可能性もある。半導体争奪戦のレースに本格参戦し、材料や装置を含めた長期的な産業振興の旗を振り続けられるのか。国には「途中でリタイアしない覚悟」が求められる。

(日経ビジネス 岡田達也)

[日経ビジネス電子版 2021年6月4日の記事を再構成]

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