В марте 2026 года Иран атаковал объект по сжижению природного газа (СПГ) в Рас-Лаффане, Катар. Это вызвало широкую обеспокоенность по поводу возможного серьезного влияния на поставки гелия (He), побочного продукта производства СПГ.
Примерно в то же время Иран заблокировал Ормузский пролив, вызвав хаос в энергетической логистике. В апреле 2026 года сообщалось, что в районе пролива застряло более 600 судов, включая 325 танкеров; позже в Персидском заливе скопилось около 2000 судов. Считается, что многие из этих танкеров перевозили гелий и нафту. Нафта является расходным материалом для различного оборудования для производства полупроводников, а также сырьем для фоторезистов.
Учитывая вышесказанное, ситуация, когда глобальные полупроводниковые заводы останавливаются из-за тройного удара — «дефицита гелия», «дефицита нафты» и «дефицита фоторезистов», стала предметом пристального внимания. В этой статье исследуются причины путем отслеживания цепочек поставок гелия, нафты и фоторезистов, а также рассматриваются будущие перспективы.
Общая картина кризиса, связанного с остановкой заводов передней обработки
Во-первых, давайте рассмотрим, где в процессах передней обработки полупроводников используется гелий, а также где применяются компоненты и материалы, производные от нафты (Рис. 1).
Рис.1: На какой стадии технологического процесса используется гелий? Где используются компоненты и материалы, производные от нафты?
В переднем процессе серия этапов, включая очистку, нанесение тонких пленок, фотолитографию, сухое травление, очистку и контроль, повторяется на кремниевой пластине от 50 до 100 и более раз, одновременно формируя десятки или сотни чипов. В зависимости от чипа общее количество шагов может превышать 1000. Это относится не только к передовой логике, но и ко всем полупроводниковым устройствам, включая устаревшую логику, DRAM, NAND-флеш, силовые и аналоговые схемы.
Следующие два пункта имеют решающее значение.
Во-первых, если поставки гелия прерваны, некоторые процессы нанесения тонких пленок и сухое травление станут невозможными («мгновенный отказ»), а литография в крайнем ультрафиолете (EUV) также может оказаться под угрозой.
Во-вторых, все оборудование — от очистки и нанесения тонких пленок до фотолитографии, сухого травления и контроля — использует расходные компоненты, производные от нафты, а сырьем для химикатов, таких как фоторезисты и изопропиловый спирт, также являются производные нафты.
Другими словами, и гелий (He), и нафту можно рассматривать как «ахиллесову пяту» передних процессов в полупроводниковой промышленности.
Передние процессы, зависящие от гелия, особенно сухое травление
Рисунок 2 показывает степень влияния перебоев с поставками гелия на различные процессы. Сухое травление страдает больше всего, с уровнем риска «очень высокий», что означает, что сам процесс станет невозможным («мгновенный отказ»). Далее, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) на одной пластине с высокой точностью, атомно-слоевое осаждение (ALD) с узким температурным окном на краях, распыление со строгим контролем температуры и эпитаксиальный рост на краях находятся в состоянии «высокого» риска, что приводит к снижению толщины пленки, качества пленки, напряжений и кристалличности. С другой стороны, CVD в групповых печах и обычное ALD могут продолжаться с незначительными корректировками условий.
Рис.2: Степень влияния перебоев с поставками гелия на различные передние процессы.
Так почему же сухое травление приводит к мгновенному отказу? Причина кроется в принципе контроля температуры пластины (Рис. 3). В оборудовании для сухого травления большое количество тепла передается от плазмы на пластину. Поэтому необходимо циркулировать хладагент (например, -60°C) внутри электростатической присоски держателя пластины, чтобы охлаждать пластину (температура этого хладагента изменяется, от ниже -100°C до выше +100°C, и оптимизируется для каждого процесса).
Рис.3. Принцип контроля температуры в установке для сухого травления
Однако на микроскопическом уровне электростатическая присоска имеет лишь одну точку контакта с обратной стороной пластины, поэтому только циркуляции хладагента недостаточно для адекватного охлаждения пластины. Следовательно, необходимо вводить 1-2 кПа гелия (He) в зазор между электростатической присоской и пластиной. Поскольку гелий является легкой одноатомной молекулой и движется с чрезвычайно высокой скоростью, он может эффективно передавать тепло от пластины к электростатической присоске. Затем этот гелий откачивается вакуумным насосом. Другими словами, он «одноразовый».
То есть без гелия контроль температуры пластины невозможен, и сам процесс сухого травления не может быть выполнен. Невозможны не только такие процессы, как сверление глубоких отверстий для 3D NAND, требующие низкотемпературного травления, но и вообще все процессы сухого травления. Это и есть так называемый «мгновенный отказ».
Компоненты оборудования, связанные с нафтой, и фоторезисты
А как насчет нафты? Все расходные материалы для оборудования для производства полупроводников используют компоненты и материалы, производные от нафты, включая: (1) высокопроизводительные смолы; (2) резину и эластомеры, такие как уплотнительные кольца; (3) плазмостойкие и химически стойкие фторсодержащие материалы; (4) компоненты для жидкостей, такие как трубы и клапаны; и (5) кабели и изоляционные материалы. Поскольку производственное оборудование требует регулярной замены расходных материалов для стабильной работы, истощение запасов компонентов напрямую приводит к остановке оборудования, а затем и всего завода.
Другая серьезная проблема — фоторезисты. Процесс производства фоторезистов следующий: нафта → пропилен → пропиленоксид (PO) → PGME → PGMEA → фоторезист (прим.). Пять японских компаний (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., JSR, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Fujifilm и Sumitomo Chemical Co., Ltd.) контролируют более 90% мирового рынка фоторезистов, и эти пять компаний почти все закупают PGME и PGMEA у японского производителя Daicel. Если какое-либо звено в этой цепочке поставок будет нарушено, остановятся глобальные полупроводниковые заводы.
Так почему же полупроводниковые заводы не закрываются? Давайте сначала посмотрим на производство нафты. Рисунок 4 показывает производство нафты по регионам. В мире ежегодно производится около 1 миллиарда тонн нафты, из которых около 18% (примерно 180 миллионов тонн) приходится на Ближний Восток. Из этого 1 миллиарда тонн нафты около 600 миллионов тонн используется в качестве сырья для этилена, около 200 миллионов тонн — в качестве компонента бензина, и около 100 миллионов тонн — для производства BTX (бензол, толуол, ксилол). Менее 1 миллиона тонн, то есть менее 0,1% от мирового объема нафты, используется для производства полупроводниковых материалов, таких как PGME, PGMEA и фоторезисты.
Рис.4 Производство нафты по регионам и в мире (2025-2026 гг.) Источник: оценка автора на основе глобальных мощностей по переработке нефти, объемов переработки сырой нефти и выхода нафты (около 15-20%).
Таким образом, даже если блокада Ормузского пролива приведет к дефициту нафты, Daicel и производители фоторезистов смогут в приоритетном порядке обеспечить получение этого крошечного количества нафты для полупроводниковых материалов. Поскольку доля нафты, используемой для фоторезистов, чрезвычайно мала, такая структура облегчает обеспечение поставок полупроводниковых материалов.
Ситуация с гелием (He) совершенно иная. Как показано на Рис. 5, мировое производство гелия составляет 190 миллионов кубометров в год, из которых на США приходится 42,6%, а на Катар — 33,2%. Прекращение поставок гелия из Катара будет означать потерю трети мирового предложения. Кроме того, по оценкам, полупроводниковая отрасль потребляет около 21–24% мирового гелия, то есть 39–46 миллионов кубометров в год. Годовой объем поставок гелия из Катара — 63 миллиона кубометров — превышает общее годовое потребление всей мировой полупроводниковой отраслью. Даже простое количественное сравнение показывает масштаб воздействия.
Рис.5 Производство гелия по регионам и в мире (2025 г.). Источник: Геологическая служба США (USGS), данные 2026 г.
Однако есть три причины, по которым полупроводниковые заводы не закрылись.
Во-первых, ключевую роль играют «резервы»; такие производители газов, как Linde, Air Liquide, Air Products и Iwatani, имеют запасы определенного количества газа, что помогает смягчить первоначальный удар.
Во-вторых, что касается «запасов и рециркуляции», компании увеличили запасы, исходя из опыта предыдущих дефицитов гелия, а TSMC и Samsung Electronics уже внедрили системы рециркуляции гелия (хотя и не повсеместно).
В-третьих, согласно «правилу приоритетных поставок», приоритет следующий: медицина → аэрокосмическая/оборонная промышленность → полупроводниковая отрасль → общая промышленность → воздушные шары, и первыми сокращаются поставки для воздушных шаров и товаров общего промышленного назначения.
Однако гелий (He) нельзя хранить долго. Жидкий гелий необходимо хранить при сверхнизких температурах ниже -269°C, и ежедневно около 1% гелия теряется из-за испарения. Таким образом, без своевременного пополнения запасы гелия упадут ниже 75% за 30 дней, ниже 50% за 70 дней и ниже 10% за 230 дней. Кроме того, транспортировка жидкого гелия требует использования специализированных ISO-контейнеров, которых в мире всего несколько сотен.
Кроме того, запасы гелия на полупроводниковых заводах могут длиться от нескольких дней до нескольких недель, а на складах газовых компаний и логистических центров — от нескольких недель до нескольких месяцев, что означает, что даже при использовании всех доступных ресурсов можно обеспечить поставки максимум на шесть месяцев. Другими словами, перерыв в поставках гелия гораздо опаснее, чем дефицит фоторезистов на основе нафты. Текущий кризис с гелием не решен, а лишь временно отложен.
Влияние на логические полупроводники
Если перерыв в поставках гелия (He) продлится слишком долго, больше всего пострадают передовые логические устройства. Формирование структур GAA (Gate-All-Around, нанолист) для 2-нм процесса (N2) включает множество этапов, требующих точного контроля температуры, таких как многослойный эпитаксиальный рост Si и SiGe, селективное плазменное травление слоя-заместителя SiGe и атомно-слоевое осаждение (ALD) внутренних изоляторов (Рис. 6). Среди них плазменное травление SiGe является наиболее сложным процессом и не может обойтись без гелия. Другими словами, без гелия процесс GAA также невозможен.
Рис.6. Многочисленные этапы формирования нанолиста GAA требуют точного контроля температуры. Источник: адаптировано и аннотировано Такаши Юногами на основе блок-схемы процесса нанолиста GAA исследовательского центра IBM (IEDM 2019-2021), с дополнениями автора.
На Рис. 7 показано влияние перебоев с поставками гелия на узлы логических полупроводников и предполагаемое время остановки полупроводниковых заводов. Следующее поколение передовых логических чипов A14 и N2, производимых такими компаниями, как TSMC, Samsung, Intel и Rapidus, подвержено «чрезвычайно серьезному» воздействию, что приводит к остановке заводов сразу после прерывания поставок гелия, максимум в течение трех месяцев. Чипы N3 также остановятся в течение трех месяцев, а чипы N5 и N7 — в течение шести месяцев.
Рис.7 Узлы логических полупроводников, основные области применения и прогнозируемое время остановки полупроводниковых заводов (розовым выделены японские полупроводниковые заводы, их основные области применения и связь с автомобильной отраслью)
Особого внимания заслуживают зрелые узлы: 10-28 нм (включая первый завод TSMC в Кумамото) остановятся на 6-12 месяцев, автомобильные, аналоговые и силовые полупроводники таких компаний, как Renesas и ROHM (40 нм и выше), также остановятся через 12 месяцев, и все это может привести к «разрушению автомобильной промышленности».
Это связано с тем, что даже на зрелых технологических узлах стандарты сертификации автомобильных полупроводников чрезвычайно строги, и автопроизводители не примут чипы, изготовленные без использования сухого травления с гелием. Другими словами, проблема перебоев с поставками гелия представляет собой риск не только для передовых технологий.
Если поставки гелия из Катара будут оставаться нулевыми, как долго сможет выжить полупроводниковая отрасль?
В первые 0-3 месяца ситуацию можно контролировать за счет запасов, подземного хранения, увеличения рейсов из США и перераспределения между различными сферами использования; хотя цены взлетят, основные полупроводниковые заводы продолжат работать.
В течение 3–6 месяцев начнутся сокращения квот, сначала для некотрактуемых пользователей, небольших полупроводниковых заводов, исследовательских институтов, процессов задней обработки и продуктов общего назначения.
В последующие 6–12 месяцев станут реальностью частичные операционные ограничения (включая ограничения для передовых полупроводниковых заводов), что создаст особенно тяжелое бремя для азиатских стран, таких как Южная Корея, Китай и Япония, которые зависят от импорта жидкого гелия на большие расстояния.
Если дефицит продлится более года, то полупроводниковая отрасль будет вынуждена расставить приоритеты в производстве, если только увеличение добычи в таких странах, как США, Канада, Алжир и Россия, не сможет заполнить 33-процентный пробел.
Это показывает, что кризис не приведет к одновременной остановке всех полупроводниковых заводов, а будет происходить незаметно в следующем порядке: распределение → резкий рост цен → сокращение производства устаревшей продукции с низкой маржой → частичные остановки по регионам и компаниям.
*Заявление: Эта статья является оригинальной работой автора. Содержание статьи отражает его личную точку зрения, наша публикация предназначена только для обмена информацией и обсуждения, не означает нашего согласия или одобрения. Если у вас есть возражения, свяжитесь с нами.
Эта статья взята с официального аккаунта WeChat «半导体产业纵横» (ID: ICViews), автор: Таканэ Уэно (汤之上隆).
