【日本のメーカーはすごい】日本の化学材料が半導体を動かしている話

「食品メーカーがCPUを支え、トイレメーカーが最先端チップを作る」

はじめに｜あなたの仕事が、世界最先端の半導体を作っている

突然ですが、こんな事実を知っていますか？

味の素が作る材料なしに、最新のAIチップは存在できない。
TOTOが焼くセラミックなしに、半導体は製造できない。

「え、どういうこと？」と思いましたよね。
わたし（かなめ）も最初に聞いたとき、信じられませんでした😮

でも、これは紛れもない事実です。
食品メーカー・衛生設備メーカー・化学メーカー——一見まったく関係ないように見える会社の材料が、NVIDIAのGPUやIntelのCPUを支えている。

これが「化学材料と半導体」の世界の話です。

この記事では、半導体製造に欠かせない化学材料を、工程ごとにわかりやすく解説します。

化学・材料系の研究者であるわたしの視点から、「自分たちの仕事がどこにつながっているのか」を感じてもらえると嬉しいです。

読み終わると、こんなことがわかります。

• 半導体製造の各工程で、どんな化学材料が使われているか

• 味の素の「ABF」・TOTOのセラミックがなぜ世界シェアを独占できているのか

• フォトレジストの「30年に一度の技術革命」とは何か

• 研磨材（CMPスラリー）という日本が強い意外な材料のこと

• 化学・材料研究者として、この分野とどう関わっていけるか

こんな人におすすめ

化学・材料系の研究者や学生で、半導体との接点を知りたい人。「自分の専門が半導体業界とどうつながるのか？」を考え始めた人。

① 味の素のABF｜CPU・GPUの「土台」を支える層間絶縁材

食品メーカーがなぜ世界シェアほぼ100%？

最初に紹介するのが、**味の素グループが開発した「ABF（Ajinomoto Build-up Film：味の素ビルドアップフィルム）」**です。

ABFは、半導体パッケージ基板の層間絶縁材料として使われるエポキシ樹脂系フィルムです。CPUやGPUのチップを基板に実装するために使われる「FC-BGA（フリップチップBGA）基板」の絶縁層として、現在全世界の高性能パソコン向けでほぼ100%のシェアを誇っています（味の素ファインテクノ社資料より）。

「なぜ食品メーカーが？」という疑問はもっともです。答えは歴史にあります。

味の素のうま味調味料（グルタミン酸ナトリウム）は、かつて化学合成法で製造されており、その製造過程でエポキシ樹脂の硬化剤に使える中間体が生まれました。その技術を発展させ、1999年にフィルム状の層間絶縁材として誕生したのがABFです。

半導体業界の常識は「液状絶縁材を塗って乾かす」でした。でも液状では、気泡の混入、ムラ、片面ずつの加工工程、溶剤による作業環境の悪化など多くの課題がありました。

そこで味の素が食品会社らしい発想でやったのが、「液状ワニスを塗ったフィルムを冷凍して納品する」というアプローチです。フィルム化によって、両面同時の真空ラミネート加工が可能になり、工程数が大幅に減少しました。

ABFの技術的な強み

化学研究者の目線で見ると、ABFの強みはこの3点です。

高い絶縁性と表面平滑性　ABFの厚みは一層あたり10〜100μm。髪の毛の直径が約80μmですから、それと同等かそれ以下の薄さで、均一な絶縁膜を形成できます。表面平滑性が高いため、その上に微細な銅配線を積み上げることができます。

レーザー加工の容易さ　ABFの上にレーザーで穴（ビア）を開け、そこに銅メッキを施して層間接続を作る工程が標準になりました。東京大学・味の素ファインテクノ・三菱電機・スペクトロニクスの共同研究（2024年発表）では、DUVレーザーを使って直径3μm・ピッチ5μmという超微細な穴開け加工に成功しており、次世代実装技術への対応も着々と進んでいます。

エポキシ樹脂技術の秘密　ABFの競争力の源泉は「門外不出の原材料配合技術」（日本経済新聞）と言われています。過去20年以上、多くの電子材料メーカーがABFへの対抗材料開発に挑んできましたが、いまだにシェアを崩せていません。

成長する市場とAIの恩恵

ABFの世界市場は2023年時点で約6,760億円、2030年には約1兆1,800億円に達すると予測されています（CAGR約7.8%、Exactitude Consultancy調べ）。生成AI・データセンター需要の急拡大を背景に、高性能AI向けGPUやCPUの需要が爆発的に伸びており、ABFの出荷量はさらに増加が続く見通しです。

味の素（2025年3月期）のABFを含む機能性材料事業の利益率は50%超という驚異的な水準です（TechnoProducer社分析）。これはABFが「なくてはならないキーマテリアル」として高い価格競争力を持つことの証明でもあります。

現在、米スタートアップのThintronicsなどが対抗材料開発に取り組んでいますが、ABFのデファクトスタンダード（業界標準）の地位は当面揺るぎないとみられています。

② TOTOのファインセラミックス｜トイレ技術が世界の半導体を支える

「利益率40%超」を生む意外な事業

続いて紹介するのが、TOTOです。

ウォシュレットで知られるトイレ最大手のTOTOが、現在「半導体銘柄」として市場から注目を集めています。2025年3月期決算では、半導体製造装置向けセラミックス事業の売上高503億円、営業利益204億円（全社営業利益の42%）、営業利益率40%超という、住宅設備事業をはるかに上回る収益性を実現しています（TOTOファインセラミックス事業データより）。

この事業の歴史は1984年にさかのぼります。衛生陶器の技術を活かして「ファインセラミックス事業部」を設立したものの、30年近く大きな利益が出ない時期が続きました。それが2020年代に入って一気に花開いたのです。

TOTOが半導体製造装置に供給する3つの製品

① 静電チャック（ESC）

半導体製造の前工程で、シリコンウェハをエッチング・成膜装置に固定するための部品です。静電気の力でウェハを吸着させることで、μm単位の精度で保持します。

この部品には高純度・高強度・高熱伝導性・高絶縁性というあらゆる特性が同時に求められます。TOTOは衛生陶器での「均一に焼き上げる」ノウハウを活かし、酸化アルミニウム（アルミナ）の純度を極限まで高めることでこれを実現しました。2023年度実績では、静電チャックがセラミックス事業売上の約70%を占めています。

最先端のメモリ半導体では記憶素子を100層以上積み上げる「積層化」が進んでおり、プロセスの過酷化に伴い静電チャックへの耐久性要件はますます高まっています（名古屋大学・関根誠特任教授コメントより）。

② AD（エアロゾルデポジション）部材

エアロゾルデポジション法という独自技術でセラミックス膜を形成し、半導体製造装置の内壁などに適用する部材です。プラズマによる腐食を抑制し、ナノレベルの異物（パーティクル）の発生を防ぐ役割を担います。セラミックス事業売上の約30%を占めます。

③ 大型構造部材

祖業の衛生陶器製造で培った「鋳込み成形」技術を使い、最大4メートルの薄肉・中空構造の超大型セラミックス部材を一体成型で実現できます。フラットパネルディスプレイ製造装置向けなど、幅広い用途があります。

次の一手：SiSiCセラミックと後工程への進出

2024年10月に開催された「高機能セラミックス展」で、TOTOはケイ素（Si）と炭化ケイ素（SiC）を混合させた**「SiSiCセラミックス」**を参考出展しました。SiCの比率を95%以上に高めることに成功しており、用途に応じて強度重視・熱伝導率重視など特性をカスタマイズできる素材として、半導体製造装置以外の用途への展開も視野に入れています。

さらにTOTOは現在、半導体の「後工程」（チップレットのパッケージング工程）へのセラミックス展開も進めており、2026年度までの中期経営計画で290億円を投資する方針です。担当者は「中期的に数十倍の受注が見込める」と期待を語っています（日刊工業新聞より）。

化学研究者として注目すべき点は、陶器の成形・焼成という伝統的な技術が、半導体という最先端産業の基盤を支えているという事実です。「純度制御」「焼きムラの抑制」「均質な組成の実現」——これらは陶器の世界でも半導体でも、求められる技術の本質は同じです。

③ フォトレジスト｜30年に一度の革命が今始まっている

半導体の「設計図を焼き付ける」化学材料

フォトレジストは、シリコンウェハに回路パターンを転写するための感光性材料です。ウェハ表面にレジストを塗布し、マスク越しに光を当てると、光が当たった部分と当たっていない部分で溶解性が変化。現像液で洗浄することで微細なパターンが浮かび上がります。

この材料は、**日本の化学メーカー5社（JSR・東京応化工業・信越化学・住友化学・富士フイルムHD）が世界シェア約90%**を握っています（Omdia調べ）。「日本のフォトレジストなしに、世界の半導体は作れない」という状態です。

EUV露光が変える材料の世界

半導体の微細化をけん引してきた技術がEUV（極端紫外線）露光です。波長13.5nmという極めて短い光を使うことで、2ナノメートル以下のプロセスノードを実現できます。

従来の主流は**化学増幅型レジスト（CAR：Chemically Amplified Resist）**と呼ばれる有機高分子系材料でした。約30年にわたり業界標準として君臨してきたこの材料が、いま転換点を迎えています。

30年ぶりの技術革命「金属酸化物レジスト（MOR）」

次世代EUV露光向けの新材料として急浮上しているのが**MOR（Metal Oxide Resist：金属酸化物レジスト）**です。

EUV光に対して金属は非常に高い吸収率を持ちます。そのため、感度・解像度・ラフネスのバランスを改善できると期待されています。従来の考え方では「金属は半導体の不良原因になるから絶対に混入させてはいけない」というのが常識でしたが、金属を「積極的に活用する」という逆転の発想で生まれたのがMORです。

技術的な先行者は米Inpriaで、JSRが2021年に全株式を取得して完全子会社化。現在、2025〜2026年の収益貢献を目指してMOR生産体制（韓国清州市の新工場、2026年立ち上げ予定）の整備を進めています。

東京応化工業（TOK）も開発を表明しており、同社の福島県郡山工場に国内最大のフォトレジスト製造棟を2024年度下期着工・2026年度下期稼働予定で建設中です。

さらにADEKAは、2025年10月に鹿島化学品工場へのMOR向け金属化合物プラント新設を発表（投資額32億円、2028年4月稼働予定）。化学メーカー各社が一斉に動き始めています。

信越化学も、群馬県伊勢崎市に半導体露光材料の新工場を約830億円で建設（2026年稼働予定）。これは56年ぶりの国内新生産拠点とされています。

EUVレジスト市場は2024年の約2,700億円から、2029年には約8,000億円に拡大すると予測されています（Verified Market Reports調べ）。2030年には約6.5億ドルに達し、予測期間中のCAGRは23.6%（QY Research調べ）というハイグロース市場です。

レジスト材料の化学研究者への示唆

フォトレジストはポリマー設計・光酸発生剤（PAG）の合成・溶媒・界面活性剤・現像液……と、多数の化学材料の組み合わせで成立しています。特にMORは無機材料と有機材料の境界領域であり、有機合成・無機化学・高分子化学・表面化学の知識を横断的に活かせる分野です。

「ガラスを溶かすフッ化水素を超高純度で作れる日本企業3社（ステラケミファ・ダイキン・森田化学）が世界市場の80〜90%を握っている」（半導体Job調べ）という事実も、日本の化学産業が半導体サプライチェーンの根幹を支えていることを示しています。

④ CMP研磨材料｜ナノレベルの平坦化を支える「磨く化学」

チップの層を磨き上げるCMP工程

半導体の製造工程では、配線や絶縁膜を積み重ねるたびに表面に凹凸が生じます。この凹凸を除去して次の層を正確に形成するために行うのが**CMP（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）**工程です。

CMPはその名の通り、化学的作用と機械的作用を組み合わせた研磨技術です。ウェハを研磨パッドに押し当て、CMPスラリー（液体研磨剤）を供給しながら回転させることで、ナノメートルオーダーの超精密平坦化を実現します。

矢野経済研究所の調査によると、2024年のCMPスラリー世界市場は前年比110.1%の20.12億ドルで二桁成長を達成。生成AIやデータセンター向け半導体の需要拡大、先端ファウンドリーやHBM（高帯域幅メモリ）向けの需要増加が主要因で、2025年も前年比108.5%の21.83億ドルが予測されています。

CMPスラリーの化学：何でどう磨くのか

CMPスラリーは主に以下の3成分で構成されています。

砥粒（研磨粒子）：シリカ（SiO₂）・セリア（CeO₂）・アルミナ（Al₂O₃）などのナノ粒子。機械的に表面を削る役割を担います。シリカは酸化膜研磨向け、セリアは高精度な平坦化（シャロートレンチ分離など）向けに使われます。

化学成分（エッチング剤・酸化剤）：研磨対象の膜を化学的に溶解・変質させて削りやすくします。銅（Cu）配線の研磨には酸化剤+複合剤、タングステン（W）にはH₂O₂系、シリコン酸化膜にはアルカリ系といった具合に、材料ごとに処方が異なります。

分散剤・pH調整剤：砥粒を均一に分散させてスラリーを安定化させます。分散技術は各社の核心ノウハウです。

「磨く」は日本のお家芸：CMPの市場構造

CMPスラリー市場の世界シェアは、1位・4位が米国のCabot・Dow Dupont、2位・3位・5位に日本のレゾナック・フジミインコーポレーテッド・富士フイルムが並ぶ構造で、日系メーカーのシェアは約45%（化学業界ドットコム調べ）。

研磨パッドに至っては、日本のニッタとDuPontの合弁会社「ニッタデュポン」が**世界シェア約70%**を誇ります。

特に注目したいのが先端ロジック半導体（GAA構造）向けタングステン（W）スラリーの動向です。矢野経済研究所の報告書（2025年版）によると、FinFETやGAA（Gate All Around）などの先端ロジック分野でWスラリーの需要が拡大中。さらにTSMCなどのCu配線層が2024年以降に急増（今後16層→23層まで拡大予定）しており、Cuスラリーの需要も急増が続くとみられています。

また、コバルト（Co）・ルテニウム（Ru）・モリブデン（Mo）など新材料の配線への採用も一部で進んでおり、それに対応した新スラリーの開発が各社で始まっています。

レゾナックが実証した「AI×CMPスラリー研究」

材料研究者として見逃せないのが、2024年8月にレゾナックが発表した取り組みです。同社はニューラルネットワークポテンシャル（NNP）技術——機械学習で原子間相互作用エネルギーを計算する手法——をCMPスラリーの研磨メカニズム解明に初めて導入しました。従来の第一原理計算より10万倍以上高速でありながら精度を維持できるため、材料開発の加速が期待されています。

これはまさに材料インフォマティクス（MI）の実践例であり、わたしたちのような化学研究者がAIツールを使いこなす時代の象徴的な事例だと感じます。

⑤ その他の注目材料｜日本が誇る「見えない強み」

シリコンウェハ：世界の約56%は日本製

半導体製造の出発点となるシリコンウェハは、**信越化学（世界シェア約30%）とSUMCO（約26%）の2社で世界の約56%**を供給しています。直径300mmウェハの高純度化・大口径化は日本企業が技術的にリードし続けており、次世代の450mmウェハ開発も進行中です。

フォトマスクブランクス：HOYAが世界の80%を握る

フォトレジストと組み合わせて使う「フォトマスクブランクス」（回路パターンを転写するための原版）は、**HOYA（旧HOYAコーポレーション）が世界シェア約80%**を独占。AGCも子会社のAGCエレクトロニクスでEUV露光用マスクブランクスの増産投資を行い、2025年には400億円以上の売上高を目指しています。

高純度フッ化水素：世界の80〜90%は日本3社

半導体の洗浄・エッチング工程に不可欠な高純度フッ化水素（フッ酸）は、ステラケミファ・ダイキン工業・森田化学工業の3社が世界シェア80〜90%（2019年時点）を握っています。「Twelve Nine（99.9999999999%）」と呼ばれる極限純度の高純度フッ酸を製造できるのは、この3社のみとされています。

2019年に日本政府が輸出管理を適正化する通達を出した際、外交問題に発展したことからもわかるように、この材料の重要性は半導体産業にとって死活的です。

次世代パワー半導体：SiCとGaNが本命

AIデータセンターや電気自動車（EV）向けのパワー半導体では、従来のシリコン（Si）ではなく**SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）**が次世代材料として急速に普及しています。耐熱性・耐電圧性・高周波特性で大きく優れており、2024年時点でSiCパワー半導体市場は急拡大中です。東芝マテリアルの窒化ケイ素（Si₃N₄）セラミックス基板もパワー半導体モジュール向けに採用が広がっています。

まとめ｜化学研究者は「半導体の設計者」になれる

この記事で紹介した材料と日本企業の強みを整理します。

ここで改めて感じるのは、半導体という最先端産業の強さは、材料・化学技術に支えられているという事実です。

AIチップの性能を決めるのは、設計や製造プロセスだけではありません。「絶縁材料の薄さ」「セラミックの純度」「レジストの感度と解像度」「スラリーの砥粒サイズと分散性」——これらすべての化学的な難題をクリアした先に、ようやくチップが動きます。

そして、そのいずれもが「化学・材料研究者の仕事」です。

化学研究者として、わたしたちが貢献できる場所はたくさんあります。

新材料の分子設計、高純度化・精製技術の向上、界面・薄膜の評価技術、材料インフォマティクスを使った材料探索——どれも、最先端の半導体産業が今まさに必要としていることです。

今日あなたにできる一つのこと。

自分が研究している材料を、半導体製造の工程図（前工程・後工程）に重ねてみてください。エッチング？成膜？研磨？絶縁？封止？どこかに自分の仕事との接点が必ずあるはずです🧪

その接点を見つけた先に、研究者としての新しいキャリアや共同研究のチャンスが待っているかもしれません。

次の記事では、材料インフォマティクス（MI）を半導体材料開発に応用する具体的なアプローチについて書く予定です。気になる方はぜひフォローしておいてください😊

最後まで読んでくれてありがとうございました！

参考文献・調査出典

本記事は以下の資料をもとにファクトチェックを行っています。

ABF（味の素ビルドアップフィルム）

• 味の素ファインテクノ株式会社「層間絶縁材料」製品ページ

• 日本経済新聞「味の素、半導体材料でもう一つの金メダル」（2021年9月）

• TechnoProducer「味の素の知財戦略」（2024年12月）

• 東京大学・味の素ファインテクノ・三菱電機・スペクトロニクス共同プレスリリース（2024年5月）

• Exactitude Consultancy「ABF市場調査レポート」

TOTOセラミックス

• 日経クロステック「TOTOが半導体分野を次の柱に」（2025年2月）

• ニュースイッチ「中期的に数十倍の受注が見込める…TOTOのセラミックス素材」

• TOTOファインセラミックス株式会社 製品ページ

• 高機能素材Week取材記事（2024年10月）

フォトレジスト

• 日経クロステック「次世代EUVで半導体レジストが30年ぶりに刷新」（2024年8月）

• Semicon.TODAY「JSR・信越化学・TOKが繰り広げるEUVレジスト覇権争い」（2025年12月）

• 電波新聞デジタル「先端半導体、回路微細化の決め手EUV」（2024年7月）

• Verified Market Reports「EUVレジスト市場規模・予測」

• QY Research「EUVフォトレジスト産業調査」

CMPスラリー・研磨材料

• 矢野経済研究所「CMPスラリー世界市場調査（2025年版）」

• 化学業界ドットコム「世界で戦う化学メーカー：半導体・前工程材料編」

• レゾナック「AI活用の最先端シミュレーション技術で半導体材料開発を加速」（2024年8月）

• 半導体Jobエージェント「半導体材料メーカーの市場シェア」

その他

• Omdia「半導体材料市場分析（2022年）」

• 東芝マテリアル「窒化ケイ素セラミックス基板」製品資料

かなめ｜化学メーカーで材料開発・MI・生成AI活用。研究現場のリアルな視点でわかりやすく、がモットー。