市場調査レポート

半導体露光装置市場規模と展望 2025-2033年

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世界の半導体露光装置市場は、2024年に190億3,000万米ドルの評価額に達し、2025年には206億5,000万米ドル、2033年には396億6,000万米ドルに成長すると予測されており、2025年から2033年までの予測期間において年平均成長率(CAGR)8.5%で拡大する見込みです。半導体露光装置は、メモリチップやコンピューターマイクロプロセッサーを含む多くの電気部品やデバイスに搭載されるナノメートルスケールの電気回路をパターン形成するために不可欠な技術であり、半導体回路を統合する新しいテクノロジー製品の製造において極めて重要な役割を担っています。この装置は、大型のガラスプレートから作られたフォトマスク上の高複雑性回路パターンを、超高性能レンズを使用して縮小し、シリコン基板であるウェハー上に露光することで、微細な回路を形成します。

**市場概要**

半導体露光装置市場は、デジタル化の加速、高度なエレクトロニクスに対する需要の増加、そして半導体技術の絶え間ない革新によって力強く牽引されています。市場規模の着実な拡大は、世界経済の成長と、自動車、モバイルデバイス、データセンター、産業用IoTなど、幅広いエンドユーザー産業での半導体集積回路(IC)の採用拡大に直接関連しています。特に、回路パターンの微細化とデバイスの多機能化への要求は、半導体露光装置の技術革新を促す主要な要因となっています。これらの装置は、現代社会を支えるあらゆる電子機器の基盤となる半導体チップの製造において、その性能とコスト効率を決定づける中核的な役割を担っており、その重要性は今後も増大していくと見られています。

**市場の牽引要因**

1. **自動車産業の急速な進化と半導体需要の増加:**
現代の自動車産業における革新の約80%は電子部品によって推進されており、これらの部品は安全性に不可欠であり、高電圧や過酷な環境条件下に晒されます。より安全で、環境に優しく、インテリジェントな車両の設計における複雑性の増大に対応するため、インテリジェンス、コネクティビティ、センシング、制御アプリケーションが急速に発展しています。例えば、自動運転、先進運転支援システム(ADAS)、インフォテインメントシステム、電気自動車(EV)のパワートレイン管理など、あらゆる機能が高度な半導体チップに依存しています。これらの新しいアプリケーションは、半導体チップ製造におけるパターニングプロセスのさらなる発展を必要とし、今日のハイテク自動車における半導体の全体的な展開を促進しています。このため、自動車アプリケーション向けの新しいライン半導体の開発がメーカーに義務付けられており、半導体露光装置市場の成長を強力に後押ししています。

2. **専門機器ベンダーによる革新的な露光ツールの提供:**
Veeco、SUSS MicroTec、EV Group (EVG)、SMEEなどの専門機器ベンダーは、従来の半導体微細化とは異なるアプローチでデバイスの機能向上を図る「More than Moore」(MtM)産業向けに、革新的な半導体露光装置を積極的に提供しています。MtMは、センサー、アクチュエーター、RFデバイス、パワーデバイスなど、異なる機能を持つコンポーネントを統合することで、デバイスの性能と機能を向上させることを目指します。電気自動車や先進モバイルデバイスにおける小型化と追加機能への需要の高まりが、これらの新しい露光ツールの開発を強く推進しており、市場の多様なニーズに応える形で成長を加速させています。

3. **主要半導体露光装置メーカーによる開発促進:**
ASML、Nikon、Canonといった世界をリードする半導体露光装置メーカーは、常に新しい露光ツールの開発を強力に奨励し、技術革新を牽引しています。例えば、Canon USA Inc.は2020年12月、親会社であるキヤノン株式会社が2021年3月にFPA-3030i5aの販売を開始する可能性があると発表しました。このFPA-3030i5aは、化合物半導体を含むデバイスの製造をサポートする同社のi線半導体露光装置のラインアップに追加され、半導体製造に関連する総費用を示す所有コスト(CoO)の削減にも貢献するように設計されています。このようなメーカーによる迅速な技術革新と製品投入は、顧客の注目を集め、半導体製造プロセスの効率化とコスト削減に貢献することで、予測期間中の市場拡大を加速させると期待されています。

4. **エンドユーザー産業における半導体の指数関数的成長:**
半導体集積回路(IC)市場の拡大は、グローバル市場全体の成長を強力に牽引しています。特に、極端紫外線(EUV)リソグラフィの普及は、最先端ノードの製造を可能にする一方で、深紫外線(DUV)リソグラフィに対する需要も刺激しています。ASML社のEUVシステムは、メモリおよびロジックの大量生産をサポートしており、2020年にはその販売台数が60%増加しました。また、DUVシステムからの収益は、2020年にEUVマシンを約10億ドル上回る規模でした。これは、EUVが最先端ノードに焦点を当てる一方で、DUVが成熟ノードや「More than Moore」アプリケーション、あるいはコスト効率が重視される分野において依然として重要な役割を果たしていることを示しています。スマートフォン、PC、データセンター、5Gインフラ、人工知能(AI)など、多岐にわたるエンドユーザー産業での半導体需要の増加が、露光装置市場の拡大に直接的に寄与しています。

5. **回路パターンの微細化と先進パッケージング技術の進展:**
グローバル市場は、半導体チップの性能向上と小型化のため、回路パターンの微細化に向けて拡大しており、これには多大な設備投資が必要です。一部のベンダーは、回路パターンの微細化と製造コストの削減を目的とした次世代半導体製造装置の開発を進めています。さらに、FO/FI WLP(Fan-Out/Fan-In Wafer Level Packaging)、フリップチップ、3Dスタッキング、インターポーザー、埋め込みダイといった先進パッケージング技術が半導体市場で急速に成長しています。これらの技術は、モバイルおよび自動車アプリケーションにおける高性能化、低消費電力化、小型化の需要に応えるために不可欠です。先進パッケージングは、個々のチップの微細化だけでなく、複数のチップを効率的に統合することで、システム全体の性能向上とサイズ削減を実現するため、半導体露光装置の需要をさらに高めています。

**市場の抑制要因**

1. **ムーアの法則の限界と設計の複雑性:**
ムーアの法則は、半導体チップの密度、すなわち特定の2D空間に詰め込まれる半導体チップの数を定義しますが、一部の専門家は、半導体をこれ以上小さくすることは物理的に限界に近づいていると考えています。このような急速なサイズ縮小は、処理速度の向上とコスト効率の高い電力効率を可能にする一方で、設計の複雑性を増大させ、いくつかの製造上の課題を引き起こします。特に、原子レベルでの複雑性への対処は、半導体露光プロセスにおける主要な課題の一つです。露光プロセスでは、ウェハー表面はエッチング(材料の除去)または層の堆積が行われた後、フォトレジストからウェハーにパターンが転写されますが、この段階で、形成された微細なパターンを下のウェハーに損傷を与えることなく除去することは、非常に困難になります。これにより、製造歩留まりの低下やコスト増加のリスクが生じます。

2. **高額な設備投資:**
回路パターンの微細化には、最先端の半導体露光装置が不可欠であり、これには莫大な設備投資が伴います。特にEUV露光装置のような最先端技術は、開発コストが非常に高く、導入コストも数億ドルに達するため、すべての企業が容易にアクセスできるわけではありません。この高額な初期投資は、新規参入企業や中小企業にとっては市場参入への大きな障壁となり得ます。また、装置の維持管理やアップグレードにも多大な費用がかかるため、半導体製造企業の財務的な負担も大きくなります。

**市場機会**

1. **EUVリソグラフィ技術のさらなる進展:**
半導体産業におけるEUVリソグラフィ技術は、半導体製造における最も重要なステップの一つであるフォトリソグラフィを大幅に進歩させると期待されています。EUV技術の進歩により、「極端紫外線」波長の光源を使用するEUVシステムによってフォトリソグラフィステップが実現できるようになりました。これにより、従来のDUVでは困難だった10nm以下の微細な回路パターンの形成が可能となり、より微細な回路の実現は、チップ製造において不可欠であり、チップ内により多くのコンポーネントを統合することが可能になります。結果として、より高速でエネルギー効率の高いチップの構築につながり、AI、高性能コンピューティング、次世代モバイル通信などの分野での需要を喚起します。

2. **先進パッケージング技術の多様化と需要拡大:**
過去10年間で、多くの半導体企業にとって先進パッケージングの重要性が増しています。これらの半導体企業は、最先端のパッケージング関連プロセスの改善に注力しており、現代のパッケージング技術は、コスト削減とICの全体的なスループットおよびパフォーマンスの向上を目指して発展してきました。フリップチップ、2.5D/3Dパッケージング、ファンアウトウェハーレベルパッケージング(FO-WLP)、ファンインウェハーレベルチップスケールパッケージング(WLCSP)など、最先端のICを収容する先進的なパターニングパッケージには、半導体露光装置が使用されます。システムインパッケージ(SiP)やファンアウトパッケージ(FOWLP、FOPLP)などの先進パッケージング技術の開発は、自動車、モバイル、高電力コンピューティング産業からの需要によって推進されています。新しいJetStepシステムは、大幅な視野内変動に対応し、超微細SiP相互接続や50mmの大型パッケージサイズといった重要な顧客ロードマップ要件に、サブミクロンレンズオプションで対応できます。この実証済みレンズのレシピ制御された可変開口数(NA)により、顧客はより幅広いアプリケーションで視野サイズと解像度のバランスを取ることができます。

3. **地域市場の成長機会:**
* **アジア太平洋地域:**
世界の半導体露光装置市場において最大のシェアを占めており、予測期間中に年平均成長率10.13%で成長すると予想されています。中国の半導体メーカーは、米中貿易摩擦に直面し、国内製品の生産を急ぐために古いチップ製造装置も使用しており、日本の二次市場における装置価格を押し上げています。中古装置の日本のディーラーは、価格が前年から20%上昇したと報告しています。米国による中国への制裁は古い機械には適用されないため、中国のプレーヤーは完全にアクセスできます。また、新型コロナウイルスのパンデミックによる在宅行動の増加も一因です。世界的にチップ需要が増加するにつれて、最新ではない装置でさえ急速に売れており、自動車用半導体の不足が続く可能性があります。しかし、2020年8月には、市場で最も著名なベンダーの一つであるASML Holding NVが、台湾の半導体製造会社(TSMC)の台南に新しい最先端トレーニング施設を開設しました。これにより、チップメーカーのエンジニアはオランダブランドのスタッフから極端紫外線(EUV)リソグラフィ装置の使用方法を学ぶことができます。この地域では、スマートフォン、PC、データセンターなど、様々な産業からの需要増加に対応するため、ファウンドリへの投資が増加しています。
* **北米:**
予測期間中に年平均成長率9.22%で成長し、97億7,000万米ドルの市場規模を生成すると予想されています。米国は強力な能力とR&Dの優位性により、すべての半導体セグメントで恩恵を受けています。しかし、特にフォトリソグラフィツール(最も高価で複雑な半導体製造装置)など、一部の重要なサブセクターでは企業が不足しています。このため、米国は半導体製造、設計、研究において革新を進めています。さらに、半導体パッケージング革新のリーダーであり、19の州に80のウェハー製造施設を擁しています。スマートフォン、タブレット、スマートホームデバイス、ウェアラブルなど、家電製品の技術開発により小型集積回路の需要が高まっており、これが半導体露光装置の需要増加につながっています。政府の補助金や投資も、国内での半導体製造能力強化を後押ししています。
* **ヨーロッパ:**
電気自動車、クリーンエネルギー、データセンターの拡大、5G、自動化された製造など、電子部品を必要とする分野での需要増加により、ヨーロッパにおける半導体シリコンウェハーの需要が高まると予想されています。近年、新しいエレクトロニクス、自動車、医療機器、スマートフォンに使用される最先端チップの需要が増加しています。クリーン輸送推進団体Transport & Environmentの予測データによると、欧州連合(EU)における電気自動車の生産は、2019年から2025年の間に6倍に増加すると予想されています。T&Eによると、EU地域では2025年に400万台の電気自動車とバンが生産され、これは同地域で製造される全自動車の約5分の1に相当します。様々な地域の企業が、市場での地位を維持・強化し、サプライチェーンを管理するためにヨーロッパのベンダーを買収しています。さらに、多くのプレーヤーが戦略的提携を結び、エンドユーザー産業からの高まる需要に応える最高の技術的に先進的な装置を提供することで、市場の競争激化に対応しています。
* **その他の地域 (中南米、中東・アフリカ):**
中南米および中東・アフリカのすべての発展途上国が含まれます。国際的なプレーヤーが地域市場の大部分を占めています。集積回路に使用されるシリコンウェハーの主要なアプリケーションはスマートフォンです。メキシコ人の約75%が電話を所有しているため、同国のスマートフォン市場は非常に競争が激しいです。過去には、企業はバッテリーを大量に消費する様々な新しいセンサーを追加してきました。メーカーは、短時間でデバイスを充電できるスマートフォン充電器を開発しています。メキシコの自動車製造施設の増加は、その産業部門に起因しています。メキシコ中央部では、日産、ホンダ、マツダの新しい施設が開設されました。これらの企業は電気自動車を生産すると予想されており、市場を拡大させるでしょう。

**セグメント分析**

1. **技術別分析:**
* **深紫外線リソグラフィ(DUV):**
市場への最大の貢献者であり、予測期間中に年平均成長率8.84%で成長すると予想されています。半導体の多くのエンドユーザー産業における成長が、半導体露光装置市場を今後数年間で押し上げるでしょう。半導体IC市場が成長するにつれて、この市場セグメントも拡大します。ASMLのEUV販売は2020年に60%増加し、メモリおよびロジックの大量生産をサポートしましたが、2020年にはDUVシステムがEUVマシンよりも約10億ドル多く収益を上げています。これは、DUVが成熟したノードや特定のアプリケーションにおいて依然として強力な需要を享受していることを示しています。回路パターンサイズの縮小に向けて市場セグメントは成長しており、これには多大な投資が必要です。一部のベンダーは、回路パターンの微細化とコスト削減のための次世代半導体製造装置を開発しています。FO/FI WLP、フリップチップ、3Dスタッキング、インターポーザー、埋め込みダイといった先進パッケージング技術が、モバイルおよび自動車アプリケーションにおける高性能化、低消費電力化、小型化の需要を満たすために半導体市場で拡大しています。長年にわたり、半導体露光装置の進歩には、高開口数(NA)の大型レンズの採用や、短波長光を光源として使用することなどが含まれてきましたが、ゲート長が30nmを下回ると、現在の液浸ArFリソグラフィ装置のパターニング能力は限界に達します。
* **極端紫外線リソグラフィ(EUV):**
半導体産業におけるEUVリソグラフィ技術は、半導体製造における最も重要なステップの一つであるフォトリソグラフィを大幅に進歩させると期待されています。EUV技術の進歩により、「極端紫外線」波長の光源を使用するEUVシステムによってフォトリソグラフィステップが実現できるようになりました。これにより、より微細な回路の実現は、チップ製造において不可欠であり、チップ内により多くのコンポーネントを統合することが可能になり、結果としてより高速でエネルギー効率の高いチップの構築につながります。EUVは、特に最先端のロジックおよびメモリデバイスの製造において、微細化の限界を押し広げる主要な技術として注目されており、次世代半導体製品の実現に不可欠な存在となっています。

2. **アプリケーション別分析:**
* **MEMSデバイス:**
最大の市場シェアを占めており、予測期間中に年平均成長率9.03%で成長すると予想されています。このセグメントには、CMOSイメージセンサー、パワーおよびRFデバイス、そしてMEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)が含まれます。MEMSは、マイクロメカニカル部品、電気回路、センサー、アクチュエーターを単一の基板上に組み合わせるマイクロファブリケーションによって作成される高価値デバイスです。MEMS技術は、エッチング、フォトリソグラフィ、成膜に基づいており、自動車用MEMSデバイスには、圧力、ジャイロスコープ、加速度計のコンポーネントが含まれます。これらのデバイスは、様々な技術を使用して工場でバッチ製造されます。MEMSと先進パッケージングは、ユニークなリソグラフィ要件を持っています。パッケージング、MEMS、センサーデバイスは、オーバーレイ、解像度、サイドウォール角度、焦点深度(DOF)、ウェハーの反りに対するウェハーハンドリング、裏面アライメントに関して、より高い顧客採用要件を抱えています。
* **先進パッケージング:**
過去10年間で、多くの半導体企業にとって先進パッケージングの重要性が増しており、これらの半導体企業は最先端のパッケージング関連プロセスの改善に注力しています。現代のパッケージング技術は、コスト削減とICの全体的なスループットおよびパフォーマンスの向上を目指して発展してきました。フリップチップ、2.5D/3Dパッケージング、ファンアウトウェハーレベルパッケージング(FO-WLP)、ファンインウェハーレベルチップスケールパッケージング(WLCSP)など、最先端のICを収容する先進的なパターニングパッケージには、半導体露光装置が使用されます。システムインパッケージ(SiP)やファンアウトパッケージ(FOWLP、FOPLP)などの先進パッケージング技術の開発は、自動車、モバイル、高電力コンピューティング産業からの需要によって推進されています。新しいJetStepシステムは、大幅な視野内変動に対応し、超微細SiP相互接続や50mmの大型パッケージサイズといった重要な顧客ロードマップ要件に、サブミクロンレンズオプションで対応できます。この実証済みレンズのレシピ制御された可変開口数(NA)により、顧客はより幅広いアプリケーションで視野サイズと解像度のバランスを取ることができます。
* **LEDデバイス:**
市場の重要なアプリケーションセグメントの一つであり、照明、ディスプレイ、自動車、家電製品など、幅広い分野での需要拡大に支えられています。特に、高輝度・高効率LEDの需要増加は、これらのデバイス製造における半導体露光装置の採用を促進しています。

**結論**

世界の半導体露光装置市場は、技術革新、産業構造の変化、そして地政学的要因によって複雑かつダイナミックに進化しています。微細化の限界に挑戦し続けるEUVと、幅広いアプリケーションを支えるDUVが共存し、MEMSや先進パッケージングといった多様なアプリケーションが成長を牽引しています。特に自動車産業やモバイルデバイスの進化は、高性能かつ小型な半導体チップへの需要を絶えず高めており、これが半導体露光装置市場の将来的な成長を確固たるものにしています。市場の抑制要因は存在するものの、継続的なR&D投資と戦略的提携により、技術的課題は克服され、新たな市場機会が創出されるでしょう。


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[参考情報]
半導体露光装置は、半導体デバイス製造の中核を担う装置で、シリコンウェハー上に微細な回路パターンを転写します。光を用いてマスク(レチクル)に描かれた回路図を、感光材料(フォトレジスト)が塗布されたウェハーに縮小投影し、パターンを形成いたします。CPUやメモリなど現代電子機器に不可欠な高性能半導体の小型化・高集積化を支える根幹技術であり、その性能がデバイスの集積度と性能を直接決定するため、半導体製造装置の中でも最も高価で技術的難易度が高い装置として知られております。

この装置の基本原理は、光源からの光がマスクを透過し、投影レンズを通してウェハー上のフォトレジストに照射されることにあります。フォトレジストは光が当たった部分と当たらなかった部分で化学的性質が変化し、その後の現像処理によって回路パターンが形成されます。半導体デバイスの性能向上は、このパターンをどれだけ微細かつ正確に形成できるかにかかっており、露光装置には高い解像度と位置決め精度が求められます。

半導体露光装置は光源の種類で分類され、技術進化と共に短波長化しました。初期のi線(365nm)からKrF(248nm)、さらにArF(193nm)エキシマレーザーが主流となりました。ArF露光装置は、レンズとウェハー間に純水を満たす液浸技術を導入し、解像度向上を実現いたしました。現在、最も先端的な技術として、極端紫外線(EUV: 13.5nm)を用いるEUV露光装置が次世代半導体の量産に不可欠な存在となっております。

露光方式の違いとしては、ウェハー上の狭い領域に一括露光する「ステッパー」方式と、マスクとウェハーを同期して走査しながら露光する「スキャナー」方式がございます。現在の最先端露光装置は、より広い露光フィールドと高いスループットを実現できるスキャナー方式が主流です。これらの装置は、回路パターンの層ごとに繰り返し使用され、一つの半導体チップが完成するまでに数十回もの露光工程を経ます。

半導体露光装置の主な用途は、各種集積回路(IC)の製造でございます。具体的には、CPU、DRAMやNAND型メモリ、通信用LSI、イメージセンサーなど、あらゆるデジタル機器の心臓部を担う半導体デバイスの製造に不可欠です。これらのデバイスの性能やコストは露光技術の進歩に大きく依存しており、現代社会のデジタル化を牽引する基盤技術であると言えるでしょう。

この露光技術を支える関連技術は多岐にわたります。光源技術では、高出力かつ安定したレーザーの開発が重要であり、特にEUV露光ではレーザー生成プラズマ(LPP)方式による高輝度EUV光源の実現が課題です。投影レンズ技術は、高NA(開口数)化と収差補正が極限まで追求され、液浸技術やEUV露光における多層膜ミラーの精密加工技術も含まれます。また、マスク技術も重要で、位相シフトマスク(PSM)や光近接効果補正(OPC)といった解像度向上技術が不可欠です。

さらに、ウェハーの超精密ステージ制御やアライメント技術、フォトレジストの高性能化も継続的に進められております。微細化の限界に挑む計算リソグラフィ技術や、複数の露光工程で微細パターンを実現するマルチパターニング技術も不可欠です。これらの複合的な技術革新が、半導体露光装置の性能を向上させ、ムーアの法則を支え続けているのでございます。

このように、半導体露光装置は、光、精密機械、材料、情報科学など、様々な最先端技術の粋を集めた複合装置であり、その技術開発競争は世界のハイテク産業を牽引する重要な要素です。今後も、さらなる微細化と生産性向上のために、技術革新が絶え間なく続くことでしょう。