高純度二酸化炭素の需給が逼迫、先端半導体プロセスの「アキレス腱」に

世界の半導体市場の注目がHBM（高帯域幅メモリ）・フォトレジスト・ネオンガスといった材料や部品に向けられている中、中東情勢などの状況を受け、韓国サムスンとSKハイニックスでは工業用ガスの高純度二酸化炭素（CO₂、HPCD）の供給が逼迫している。

EE TIMES CHINAが伝えたところによると、韓国の業界ではこのところ、上流の石化工場の稼働率低下と中東の地政学的リスクによる混乱を受け、電子向け高純度CO₂の供給が急速に逼迫している。データによると、サムスン電子とSKハイニックスの月間平均消費量はそれぞれ1800〜2000トンおよび600〜700トンに達しているが、現在両社とサプライヤーの合計在庫は「1カ月分」という安全基準（通常は双方それぞれ2週間分の備蓄）を割り込んでいる。現時点では生産ラインはまだ停止していないものの、「割増価格を払っても増量できない」という状況はすでに既成事実となっている。

これは通常の周期的な変動ではなく、複数のマクロ的な力が絡み合った構造的な断絶である。AIの先端プロセスによる硬直的な生産能力拡大・石化産業の稼働率低下・中東の地政学的混乱という複数の要因が共鳴し、「CO₂は石化の副産物」というサプライチェーン最大の弱点を直撃している。

先端プロセスに不可欠なCO₂

HPCDは、現代の半導体製造における精密プロセスにおいて、絶対に代替不可能な中核的役割を担っている。特に5ナノメートル（nm）・3nmさらにはより先端のプロセスノードの生産能力が大規模拡大期に入って以降、1枚のウエハー当たりのHPCD消費量は急激に増加している。とりわけ12インチウェハーの化学気相堆積（CVD）および超臨界洗浄プロセスにおいて、この需要は特に顕著かつ硬直的である。

純度6N（99.9999%以上）が求められる高純度CO₂は、半導体製造において主に2つの重要プロセスに深く関与している。第一は超臨界洗浄プロセスだ。CO₂が加圧・加温によって「超臨界状態」に達すると、液体の溶解能力とガスの浸透能力を同時に兼ね備えるという極めて特異な物理特性を示す。液体に近い密度でウェハー表面の各種残留物を効率的に溶解しながら、ガスのような特性で先端プロセスの極めて狭い線幅・高アスペクト比構造の底部に入り込み、微細な粒子を完全に除去する。チップの製造プロセスが5nm・3nm・さらには2nmノードへと進化するにつれ、パターン間隔はより密になり、溝はより深くなっており、従来の湿式洗浄では底部に届かなくなっている。この状況において、超臨界CO₂はほぼ唯一の経済的かつ実現可能な洗浄手段となっている。

第二は、フォトリソグラフィーおよびCVD補助プロセスだ。一部のフォトリソグラフィプロセスにおける現像雰囲気の調整、および12インチウェハーのCVD工程における不活性・反応雰囲気の形成においても、大量のHPCDが消費される。また、先端プロセスが全体の生産能力に占める割合が高まるにつれ、1枚のウェハー当たりの消費量も増加している。

さらに重要なのは、現在の成熟した経済的なプロセス体系においてHPCDの代替可能性が極めて低いという点である。ウェハー工場はCO₂の価格が上昇したからといって他のガスに切り替えることはない。これはすなわち、供給途絶の危機に直面した場合、産業チェーン全体に「プランB」が存在せず、巨大な生産圧力に耐えるか、最悪の場合は直接ラインを停止するしかないことを意味する。

供給が途絶える高純度CO₂

世界の電子向けHPCDの調達構造には隠れた弱点があり、その大部分は専門的に採掘されたものではなく、製油・石化・水素製造の副産物であるためだ。

具体的には、製油所の水素製造装置や石化企業のエチレンオキシド・エチレングリコール装置が主製品を生産する過程で、高濃度のCO₂が副産物として生成される。これらのガスはガス会社によって捕集・精製・圧縮され、最終的に液体の高純度または電子グレードCO₂に転換される。

供給構造の面では、韓国国内の主要サプライヤーとしてテギョン化学・善都化学・東光化学・SK Airplusが挙げられ、テギョン化学が首位を占めている。中国本土では、金宏気体（Jinhong Gas）が現在国内最大の電子グレードCO₂生産能力（年産能力約2万6000トン）を持ち、凱美特気（Kaimite Gas）なども積極的に増産計画を進めている。

しかし、電子向けCO₂の供給危機の根本的な原因はまさに「副産物」という3文字にある——副産物の生産量は主製品の稼働率に完全に左右される。2025年以降、中東情勢の影響を受けた製油・石化企業の稼働率低下が、副産物である電子グレードCO₂の産出を大幅に減少させ、半導体製造の重要工程において深刻な供給危機を引き起こした。これが電子グレードCO₂供給危機の核心的な引き金である。

現在、中東の地政学的緊張が続いており、原油供給の見通しが不透明で、原油価格は高止まりしながら激しく変動している。これが直接的に韓国および一部のアジア地域の製油所・石化装置の稼働率引き下げを迫っている。その結果、水素製造やエチレンオキシドなどの工程で副産されるCO₂も大幅に減産され、ガス会社は原料ガスの深刻な不足により、最終的に精製後の電子グレードCO₂が全面的に不足する事態に至っている。

今回の危機が過去のいかなるCO₂不足とも異なる最大の特徴は、半導体業界による超高純度CO₂（通常99.9999%、すなわち6N以上）への爆発的な需要にある。

2025〜26年、世界のAI産業は高速発展期に入り、高性能演算チップ（GPU・AIアクセラレーターなど）への需要は指数関数的に増大している。サムスン・SKハイニックスなどのメモリ・ロジックチップ大手はフル稼働で生産能力を拡大しており、毎月数千トンの高純度CO₂を消費している。特に先端プロセスの1枚のウェハー当たりのHPCD消費量は成熟プロセスより1桁多く、超臨界洗浄は先端ノードではほぼ必須となっている。

統計によると、サムスン電子の月間需要量は約1800〜2000トンで、主に最先端の3D NAND（V9世代以降のプロセス）の高アスペクト比微細構造の洗浄に消費されている。SKハイニックスの月間需要量は約600〜700トンで、HBM4という多層積層メモリチップの生産能力が急増するにつれ、超臨界洗浄の需要増加が最も急迫している。

上記のデータによると、韓国の2大メモリ大手の月間消費量合計は2400〜2700トンに達し、年間需要量は約2万8800〜3万2400トンとなる。しかもこの電子グレードCO₂の需要は韓国1か国分に過ぎない。AIが牽引するこの「チップ」需要は巨大なポンプのように、市場に元来希少なHPCDを急速に吸い上げている。

これについて、ある業界関係者は「以前のヘリウム・無水フッ化水素・PGMEAの供給途絶に続き、中東発の地政学的リスクが再び半導体材料に影響を与えている。今回の最新のCO₂不足は、半導体材料のサプライチェーンと製油・石化産業の副産物との複雑な関係を改めて浮き彫りにした」と述べた。

さらに致命的なのは、電子グレード精製の技術的ハードルとウェハー工場の厳格なガス認証サイクルにより、たとえ十分な資金で新たな生産能力を建設したとしても、有効な供給に転換されるまでには少なくとも12〜18カ月を要するという点だ。これにより、現在のサプライチェーンの逼迫状態は短期的にはほぼ解消不可能となっている。

現在、凱美特気など国内メーカーの計画的な新規生産能力は2026年の稼働開始が見込まれているが、試験生産→顧客認証（ウェハー工場のガス認証は極めて厳格）→安定供給という流れには通常数カ月から1年を要するため、26年下半期に放出できる有効な増産量は限られる。これは、中東の地政学的緊張が緩和されて製油所の稼働率が回復し副産物のCO₂が復活しない限り続く。26年下半期から27年上半期にかけてHPCDは「需給均衡ギリギリ→段階的な逼迫」という状態が常態化する可能性が高いことを意味する。

データによると、韓国の液体CO₂現物価格は年初来で約20%上昇している。韓国国内では大量の液体CO₂が全面的に逼迫し価格が全般的に上昇しているが、サムスンとSKハイニックスは超長期の「長期契約価格（LTA）」を締結していることが多いため、現物価格の上昇は韓国大手の決算にはまだ完全には反映されていない。6月30日時点で、サムスンとSKハイニックスはいずれもHPCD不足による生産停止を確認しておらず、在庫は1か月を割り込んでいるものの、まだ一定のバッファーが残っている。

一方、中国本土では金宏気体の電子グレードCO₂が年初の3万〜3万2000元/トンから4万5000〜5万2000元/トンへと40%超の急騰を見せており、金宏の2万6000トンの生産能力はほぼフル稼働・フル販売の状態となっている。中国のウエハー工場（中芯国際・華虹・長鑫存儲など）が現在、生産能力の猛烈な拡大期にあり、電子向け特殊ガスへの「新規増分需要」が世界で突出している。供給が固定（年産能力2万6000トンが上限）されている状況で、増分の買い手は現物市場で高値を争うしかなく、限界価格を直接40%も押し上げている。

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