Pada Maret 2026, Iran menyerang sebuah fasilitas gas alam cair (LNG) di Ras Laffan, Qatar. Hal ini memicu kekhawatiran luas akan potensi gangguan signifikan pada pasokan helium (He), produk sampingan dari produksi LNG.
Hampir bersamaan, Iran memblokir Selat Hormuz, menyebabkan kekacauan pada logistik energi. Pada April 2026, dilaporkan lebih dari 600 kapal, termasuk 325 kapal tanker, tertahan di sekitar selat; kemudian, sekitar 2000 kapal tertahan di Teluk Persia. Diyakini banyak dari kapal tanker ini membawa helium dan nafta. Nafta adalah bahan habis pakai untuk berbagai peralatan manufaktur semikonduktor dan juga bahan baku untuk fotoresist.
Mempertimbangkan situasi di atas, skenario di mana pabrik semikonduktor global terpaksa menghentikan produksi akibat pukulan tiga kali lipat "kelangkaan helium", "kelangkaan nafta", dan "kelangkaan fotoresist" telah menjadi perhatian tinggi. Artikel ini menelusuri penyebabnya dengan melacak rantai pasokan helium, nafta, dan fotoresist, serta membahas prospek ke depan.
Gambaran Umum Krisis yang Melibatkan Penghentian Pabrik Pemrosesan Depan
Pertama, mari kita uraikan penggunaan helium dalam proses depan semikonduktor dan penggunaan komponen serta material turunan nafta (Gambar 1).
Gambar 1: Pada alur proses di atas, di mana helium digunakan? Di mana komponen dan material turunan nafta digunakan?
Dalam proses depan, serangkaian langkah, termasuk pembersihan, deposisi film, fotolitografi, etsa kering, pembersihan, dan inspeksi, diulang 50 hingga 100 kali atau lebih pada wafer silikon (Si), sehingga membentuk puluhan hingga ratusan chip secara bersamaan. Bergantung pada chipnya, jumlah langkah total bisa melebihi 1000 kali. Ini berlaku tidak hanya untuk sirkuit logika mutakhir, tetapi juga untuk semua perangkat semikonduktor, termasuk sirkuit logika matang, DRAM, NAND flash, daya, dan sirkuit analog.
Dua poin berikut sangat penting.
Pertama, jika pasokan helium terputus, beberapa proses deposisi film dan etsa kering menjadi tidak mungkin, "gagal instan", dan fotolitografi ultraviolet ekstrem (EUV) juga bisa menghadapi risiko.
Kedua, semua peralatan, mulai dari pembersihan dan deposisi film hingga fotolitografi, etsa kering, dan inspeksi, menggunakan komponen habis pakai turunan nafta. Bahan baku bahan kimia seperti fotoresist dan isopropil alkohol juga berasal dari turunan nafta.
Dengan kata lain, helium (He) dan nafta dapat dianggap sebagai "tumit Achilles" dari proses depan semikonduktor.
Proses Depan yang Bergantung pada Helium, Terutama Etsa Kering
Gambar 2 menunjukkan tingkat dampak gangguan pasokan helium pada berbagai proses. Etsa kering adalah yang paling terpengaruh, dengan tingkat risiko "sangat tinggi", yang berarti proses itu sendiri tidak dapat dilakukan ("gagal instan"). Selanjutnya, deposisi uap kimia (CVD) presisi tinggi wafer tunggal, deposisi lapisan atom (ALD) tepi jendela suhu sempit, penepisan kontrol suhu ketat, dan pertumbuhan epitaksial tepi berada dalam status risiko "tinggi", menyebabkan penurunan ketebalan film, kualitas film, stres, dan kristalinitas. Di sisi lain, CVD tungku batch dan ALD umum hanya memerlukan sedikit penyesuaian kondisi untuk dapat dilanjutkan.
Gambar 2: Tingkat dampak gangguan pasokan helium pada berbagai alur proses depan.
Lalu, mengapa etsa kering menyebabkan kegagalan instan? Alasannya terletak pada prinsip pengendalian suhu wafer (Gambar 3). Dalam peralatan etsa kering, sejumlah besar panas ditransfer dari plasma ke wafer. Oleh karena itu, pendingin (misalnya -60°C) perlu disirkulasikan di dalam electrostatic chuck (pengambil elektrostatik) meja wafer untuk mendinginkan wafer (suhu pendingin ini bervariasi, mulai dari di bawah -100°C hingga di atas +100°C, dan dioptimalkan untuk setiap proses).
Gambar 3. Prinsip Pengendalian Suhu pada Perangkat Etsa Kering
Namun, pada tingkat mikroskopis, hanya ada satu titik kontak antara electrostatic chuck dan bagian belakang wafer, sehingga sirkulasi pendingin saja tidak cukup untuk mendinginkan wafer secara memadai. Oleh karena itu, helium (He) 1-2 kPa perlu disuntikkan ke celah antara electrostatic chuck dan wafer. Karena helium adalah molekul monoatomik ringan dan bergerak dengan sangat cepat, ia dapat secara efisien memindahkan panas dari wafer ke electrostatic chuck. Setelah itu, helium ini akan dikeluarkan oleh pompa vakum. Dengan kata lain, ini adalah penggunaan "sekali pakai".
Dengan kata lain, tanpa helium, pengendalian suhu wafer tidak dapat dicapai, dan proses etsa kering itu sendiri tidak dapat dilakukan. Tidak hanya proses etsa suhu rendah seperti pengeboran lubang dalam untuk 3D NAND yang tidak mungkin dilakukan, tetapi semua proses etsa kering tidak dapat diselesaikan. Inilah yang disebut "gagal instan".
Komponen Peralatan Terkait Nafta dan Fotoresist
Lalu bagaimana dengan nafta? Semua bahan habis pakai peralatan manufaktur semikonduktor menggunakan komponen dan material turunan nafta, termasuk: (1) resin performa tinggi; (2) karet dan elastomer, seperti O-ring; (3) material berbasis fluor tahan plasma dan tahan kimia; (4) komponen cairan, seperti pipa dan katup; serta (5) kabel dan bahan insulasi. Karena peralatan manufaktur memerlukan penggantian bahan habis pakai secara berkala untuk menjaga operasi yang stabil, habisnya stok komponen akan langsung menyebabkan peralatan berhenti, yang pada akhirnya menyebabkan seluruh pabrik menghentikan produksi.
Masalah serius lainnya adalah fotoresist. Proses produksi fotoresist adalah: Nafta → Propilena → Propilena Oksida (PO) → PGME → PGMEA → Fotoresist (catatan). Lima perusahaan Jepang (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., JSR, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Fujifilm, dan Sumitomo Chemical Co., Ltd.) memonopoli lebih dari 90% pasar fotoresist global, dan kelima perusahaan ini hampir seluruhnya membeli PGME dan PGMEA dari produsen Jepang, Daicel. Jika ada bagian mana pun dari rantai pasokan ini yang terputus, pabrik semikonduktor global akan berhenti berproduksi.
Lalu, mengapa pabrik semikonduktor tidak ditutup? Mari kita lihat produksi nafta terlebih dahulu. Gambar 4 menunjukkan produksi nafta di berbagai wilayah. Sekitar 1 miliar ton nafta diproduksi secara global setiap tahun, dengan sekitar 18% (sekitar 180 juta ton) berasal dari Timur Tengah. Dari 1 miliar ton nafta ini, sekitar 600 juta ton digunakan sebagai bahan baku etilena, sekitar 200 juta ton sebagai komponen pencampur bensin, dan sekitar 100 juta ton untuk BTX (benzena, toluena, xilena). Kurang dari 1 juta ton, yaitu kurang dari 0.1% dari total produksi nafta global, digunakan untuk memproduksi bahan semikonduktor seperti PGME, PGMEA, dan fotoresist.
Gambar 4 Produksi Nafta Regional dan Global (2025-2026) Sumber: Perkiraan penulis berdasarkan kapasitas penyulingan global, volume pengolahan minyak mentah, dan hasil nafta (sekitar 15-20%).
Oleh karena itu, bahkan jika blokade Selat Hormuz menyebabkan kelangkaan nafta, Daicel dan produsen fotoresist dapat diprioritaskan untuk mengamankan jumlah yang sangat kecil ini untuk bahan semikonduktor. Karena proporsi nafta yang digunakan untuk fotoresist sangat kecil, struktur ini membuat pasokan bahan semikonduktor lebih mudah dijamin.
Keadaan helium (He) sangat berbeda. Seperti ditunjukkan pada Gambar 5, produksi helium global adalah 190 juta meter kubik per tahun, dengan AS menyumbang 42.6% dan Qatar 33.2%. Gangguan pasokan helium Qatar berarti kehilangan sepertiga dari pasokan global. Selain itu, industri semikonduktor diperkirakan mengonsumsi sekitar 21% hingga 24% helium global, yaitu 39 hingga 46 juta meter kubik per tahun. Pasokan tahunan helium Qatar sebesar 63 juta meter kubik melebihi total konsumsi tahunan industri semikonduktor global. Bahkan dengan perbandingan kuantitatif sederhana, besarnya dampaknya terlihat jelas.
Gambar 5 Produksi Helium Regional dan Global (2025). Sumber: Data Survei Geologi Amerika Serikat (USGS) 2026
Namun, ada tiga alasan mengapa pabrik semikonduktor tidak ditutup.
Pertama, "cadangan" adalah kuncinya; produsen gas seperti Linde, Air Liquide, Air Products, dan Iwatani menyimpan sejumlah gas, yang membantu menyerap guncangan awal.
Kedua, mengenai "stok dan daur ulang", setiap perusahaan telah meningkatkan stok berdasarkan pengalaman kelangkaan helium sebelumnya. TSMC dan Samsung Electronics telah menerapkan sistem daur ulang helium (meskipun tidak semuanya).
Ketiga, berdasarkan "aturan prioritas pasokan", urutan prioritasnya adalah medis → dirgantara/pertahanan → industri semikonduktor → industri umum → balon, dengan yang pertama kali dipotong adalah untuk balon dan produk industri umum.
Namun, helium (He) tidak dapat disimpan dalam waktu lama. Helium cair harus disimpan pada suhu ultra-rendah di bawah -269°C, dan sekitar 1% helium hilang setiap hari karena penguapan. Jadi, jika tidak diisi ulang tepat waktu, cadangan helium akan turun di bawah 75% dalam 30 hari, di bawah 50% dalam 70 hari, dan di bawah 10% dalam 230 hari. Selain itu, transportasi helium cair memerlukan penggunaan kontainer ISO khusus, yang hanya berjumlah ratusan di seluruh dunia.
Selain itu, stok helium di pabrik semikonduktor hanya dapat bertahan beberapa hari hingga minggu, sementara stok di perusahaan gas dan pusat logistik dapat bertahan beberapa minggu hingga bulan. Ini berarti bahwa bahkan dengan menggunakan semua sumber daya yang tersedia, pasokan hanya dapat dipertahankan maksimal sekitar enam bulan. Dengan kata lain, gangguan pasokan helium jauh lebih berbahaya daripada kelangkaan fotoresist turunan nafta. Krisis helium saat ini belum terpecahkan, hanya ditunda sementara.
Dampak pada Semikonduktor Logika
Jika gangguan pasokan helium (He) berlangsung terlalu lama, yang paling terpengaruh adalah perangkat logika mutakhir. Pembentukan struktur GAA (nanosheet gate-all-around) untuk proses 2nm (N2) melibatkan banyak proses yang memerlukan kontrol suhu yang tepat, seperti pertumbuhan epitaksial multilayer Si dan SiGe, etsa plasma selektif lapisan pengorban SiGe, dan deposisi lapisan atom (ALD) spacer internal (Gambar 6). Di antaranya, etsa plasma SiGe adalah proses yang paling sulit dan tidak dapat dilakukan tanpa helium. Dengan kata lain, tanpa helium, proses GAA itu sendiri juga tidak dapat dilakukan.
Gambar 6. Banyak langkah dalam pembentukan nanosheet GAA memerlukan kontrol suhu yang presisi. Sumber: Diadaptasi dan diberi anotasi oleh Takashi Yunogami berdasarkan diagram alur proses GAA nanosheet IBM Research (IEDM 2019-2021), dengan tambahan dari penulis.
Gambar 7 menunjukkan dampak gangguan pasokan helium pada node semikonduktor logika dan perkiraan waktu penghentian pabrik semikonduktor. Chip logika mutakhir generasi berikutnya A14 dan N2 yang diproduksi oleh perusahaan seperti TSMC, Samsung, Intel, dan Rapidus terkena dampak "sangat parah", menyebabkan pabrik berhenti berproduksi segera setelah gangguan pasokan helium, paling lama tiga bulan. Chip N3 juga akan berhenti dalam tiga bulan, sedangkan chip N5 dan N7 akan berhenti dalam enam bulan.
Gambar 7 Node Semikonduktor Logika, Aplikasi Utama, dan Perkiraan Waktu Penghentian Pabrik Semikonduktor (warna merah muda menunjukkan pabrik semikonduktor Jepang, aplikasi utamanya, dan hubungan dengan industri otomotif)
Yang patut diperhatikan terutama adalah node matang: 10-28nm (termasuk pabrik pertama TSMC Kumamoto) akan berhenti 6-12 bulan. Semikonduktor otomotif, analog, dan daya (40nm ke atas) dari perusahaan seperti Renesas dan Rohm juga akan berhenti setelah 12 bulan. Semua ini berpotensi menyebabkan "kehancuran industri otomotif".
Hal ini karena, bahkan pada node proses yang matang, standar sertifikasi semikonduktor otomotif sangat ketat. Produsen mobil tidak akan menerima chip yang tidak menggunakan etsa kering helium. Dengan kata lain, masalah gangguan pasokan helium bukan hanya risiko bagi teknologi mutakhir.
Jika pasokan helium Qatar terus nol, berapa lama industri semikonduktor dapat bertahan?
Dalam 0-3 bulan pertama, situasi dapat dikendalikan melalui stok, penyimpanan bawah tanah, peningkatan penerbangan dari AS, dan realokasi antar penggunaan. Meskipun harga akan melonjak, pabrik semikonduktor utama akan terus beroperasi.
Dalam 3 hingga 6 bulan, pemotongan kuota akan dimulai, pertama-tama dari pengguna non-kontrak, pabrik semikonduktor kecil, lembaga penelitian, proses belakang, dan produk umum.
Dalam 6 hingga 12 bulan ke depan, pembatasan operasional parsial (termasuk pada pabrik semikonduktor canggih) akan menjadi kenyataan, memberatkan negara-negara Asia seperti Korea Selatan, Cina, dan Jepang yang sangat bergantung pada impor jarak jauh helium cair.
Jika kekurangan berlangsung lebih dari setahun, kecuali peningkatan produksi di negara-negara seperti AS, Kanada, Aljazair, dan Rusia dapat mengisi kekosongan 33%, industri semikonduktor akan dipaksa untuk memprioritaskan produk mana yang akan diproduksi.
Ini menunjukkan bahwa krisis ini tidak akan menyebabkan semua pabrik semikonduktor tutup secara bersamaan, melainkan akan terjadi secara diam-diam dengan urutan sebagai berikut: alokasi → kenaikan harga drastis → pengurangan produksi produk lama dengan margin rendah → penghentian produksi parsial berdasarkan wilayah dan perusahaan.
*Pernyataan: Artikel ini adalah karya penulis asli. Isi artikel mewakili pandangan pribadinya. Reproduksi kami semata-mata untuk berbagi dan diskusi, dan tidak menunjukkan persetujuan atau dukungan kami. Jika ada keberatan, silakan hubungi admin.
Artikel ini dari akun WeChat "Semiconductor Industry Vertical" (ID: ICViews), penulis: Takashi Yunogami
