半導体工場は1日に数万トンの「究極の水」を消費する——抵抗率18MΩ・cm・イレブンナインの超純水とは何か

なぜ水道水では駄目なのか——不純物1μgが抵抗率を変える

半導体の回路幅は現在、数ナノメートル（nm）単位で刻まれている。1nmは1メートルの10億分の1だ。この微細な世界では、ごくわずかな不純物でも回路の動作に影響する。

水道水にはカルシウム・マグネシウム・鉄などのミネラルイオン、有機物、微生物、溶存酸素が含まれている。これを洗浄に使えば、乾燥後に残留物が回路上に析出し、歩留まり（正常品の比率）を直接下げる。

超純水の純度を示す指標は電気抵抗率だ。純水はイオンをほとんど含まないため電気をほとんど通さない——すなわち抵抗率が高い。栗田工業の解説によると、半導体工場で使われる超純水の抵抗率は18MΩ・cm以上。これは理論上の純水（18.2MΩ・cm）の極限に近い値だ。

鉄イオンが1μg（マイクログラム）混入するだけで抵抗率は約17MΩ・cmに下がる。数ppb（10億分の1）レベルの不純物でも検出できるほど精密な管理が求められる世界だ。

50mプール対耳かき1さじ——純度の実感

超純水の純粋さを直感的に示す例え話がある。

水道水1リットルに含まれる不純物の総量は、超純水ではドラム缶2〜数本分、別の表現では50mプール一杯分に相当する。逆に言えば、超純水には「耳かき1さじ分」ほどの不純物しか含まれていない。

この水準は「イレブンナイン（11N）」——純度99.999999999%——と表現されることもある。「「半導体は砂から始まっていた——純度99.999999999%の円盤「シリコンウェハー」ができるまで」」で触れた高純度シリコンのイレブンナインと同じ水準が、洗浄に使う水においても求められる。

超純水の3段製造——前処理・一次純水・サブシステム

超純水は一段階の処理では作れない。栗田工業の技術解説によると、製造は**前処理・一次純水システム・サブシステム（ポリッシャー）**の3段階で構成される。

① 前処理

水道水や工業用水から大きな不純物を取り除く。砂ろ過・活性炭処理・限外ろ過膜を組み合わせ、懸濁物質・塩素・有機物を除去する。

② 一次純水システム

逆浸透膜（RO膜）・イオン交換樹脂・脱気膜などを通して、溶解したイオン・有機物・溶存酸素を極限まで除く。電気抵抗率をMΩ・cmの水準まで引き上げる核心工程だ。

③ サブシステム（ポリッシャー）

使用場所の直前で行う最終処理。長い配管を通る間にわずかに混入した微粒子・有機物・生菌を除去し、18MΩ・cmを維持したままウェハー洗浄に届ける。配管材料には超純水に溶け出さないフッ素樹脂（PFA）が用いられる。配管そのものが汚染源にならないよう、素材の選定から設置まで厳密に管理される。

製造工程での役割——洗浄と薬品希釈の2用途

超純水の主な用途は2つだ。

洗浄（リンス）: エッチング・成膜・フォトレジストの除去の後など、各工程の合間にウェハーを超純水で洗い流す。残留薬液や微細なゴミ（パーティクル）を除去するためだ。「洗浄工程は全製造工程の約30%を占める」、最も頻度の高い工程の一つだ。

薬品希釈: フッ酸・アンモニア水など各種薬液を超純水で希釈して使用する。希釈に使う水に不純物があれば薬液の濃度や性能が変わってしまうため、超純水が使われる。

この2用途のために、大規模な300mmウェハーファブでは1棟あたり1日に数千〜数万トンの超純水を消費する。半導体工場は電力だけでなく水も大量に使うインフラであり、「AIデータセンターの水消費問題」と並んで、水資源の持続可能性という文脈でも語られるようになっている。

市場構造——栗田工業が世界シェア約2割で首位

超純水システムの設計・構築・保守は、高い専門知識を要する分野だ。

日経ビジネスの報道によると、栗田工業（日本）は半導体向け超純水システムの世界シェア約2割を持ち、世界首位とされる。TSMCやSamsung、インテルなど世界中のファブに超純水システムを納入している。

国内ではグループ会社のオルガノも同分野に強みを持つ。超純水製造から「洗浄装置」との連携まで、ウェハー洗浄工程全体を支えている。

参入障壁が高い理由の一つは「実績」だ。ファブ側は品質保証のために実績のあるサプライヤーを継続して使う傾向がある。一度採用されると、増設・新設でも同じサプライヤーが選ばれやすい。2020年代に入って世界各地でのファブ建設ラッシュが続くなか、超純水システム需要も増加が続いている。

まとめ

• 超純水は電気抵抗率18MΩ・cm以上、純度イレブンナイン（11N）という極限の水。鉄イオン1μgで抵抗率が低下するほど精密に管理される。
• 水道水との不純物差は「50mプール対耳かき1さじ」レベル。
• 製造は前処理→一次純水システム→サブシステムの3段構成。配管材にはフッ素樹脂（PFA）を使う。
• 洗浄と薬品希釈の2用途で使われ、大規模ファブ1棟で1日に数千〜数万トンを消費する。洗浄工程は全製造工程の約30%。
• 栗田工業が世界シェア約2割で首位。参入障壁が高く、ファブ建設ラッシュで需要は拡大傾向にある。