「チップ戦争に勝ちたいのなら、たくさんの水が必要です」
If you want to win the chip war, you need a lot of water.
半導体工場を建設するには、膨大な土地とエネルギーが必要であり、それに加えて地球上でもっとも精密な機械が必要です。チップ工場（ファブとも呼ばれる）の複雑さは、昨年米国議会が米国のチップ生産を促進するために500億ドル以上を投入し、国をより技術的に独立させるための理由の一つです。しかし、米国がより多くのファブを立ち上げるためには、もう1つのはっきりしない資源である水を供給する必要があります。例えば、インテルの20億ドルの巨大施設をオハイオ州コロンバスの外に建設するという野心的な計画があります。この地域にはすでに1日に1億4500万ガロンの飲料水を供給する3つの水処理施設がありますが、オフィシャルはインテルのために少なくとも部分的には第4の施設に多額の資金を投資する計画です。
水は電子機器製造の伝統的な材料ではないかもしれませんが、シリコンのシート（ウェハ）をクリーニングするために欠かせない役割を果たしています。シングルファブ（単一のファブ）では、ジョージタウンセンター（セキュリティと新興技術）によると、1日あたり数百万ガロンの水を使用することがあり、それは小さな都市の1年間の水使用量と同じです。
米国のチップ企業は、米国のチップ製造を促進するための昨年の連邦予算パッケージであるCHIPS and Science Actの恩恵を受けるために、現在、ファブと並行して新しい水処理施設を建設しています。また、この法案によって資金提供される新しい工場を誘致しようとする都市は、水供給への潜在的な影響を研究しています。特定の場所では、水供給を確保する必要があるかもしれません。他の場所では、ファブが使用する水を再利用するための新しいインフラが設置される必要があります。
アリゾナ州立大学のカイル水政策センターのディレクターであるサラ・ポーターは、「地元のリーダーは、市の水資源スタッフや経済開発スタッフと率直な対話を行う必要があり、新しい高容量ユーザーがコミュニティに適しているかどうかを確認する必要があります」と述べています。
一部の地域では、ファブによる水インフラのアップグレードがすでに進行中です。コロンバスは2028年に第4の水処理施設を開設する予定であり、インテルの施設が最初のチップの生産を開始する数年後になります。この施設は、近くのシャイオト川から水を供給するために必要であると市は述べており、この施設はインテルを含む地域の成長する人口を支えるために必要です。インテルはこの地域で最大の水の消費者になる予定です。
アリゾナ州の乾燥地帯から数州離れた場所で、世界最大の受託チップメーカーである台湾半導体製造（TSMC）は、フェニックスで建設中の新しいファブをサポートするために新しい水リサイクル施設を建設する予定です。また、近くの川や水のインフラからも水を供給するようです。ニューヨーク州北部でマイクロンというメモリチップメーカーが建設する1億ドルのファブに向けて、既に巨大な水貯蔵タンクがあり、各タンクは約1500万ガロンの水を保持することができます。
チップ産業の水への渇望は、微小な粒子やゴミの最小の汚染を防ぐためにシリコンウェハを清潔に保つ必要があるからです。
チップにその特徴的な回路を与えるために、ファブでは複雑なパターンをシリコンウェハにエッチングするための非常に強力なリソグラフィツールを使用します。最終的には、これらの処理されたシリコンの大型ディスクを、私たちの電話やコンピュータにパッケージングできるほど小さな個々のコンピュータチップにスライスする必要があります。これらのプロセスの間、チップには洗浄によって除去する必要のある残留物が蓄積されます。
必要な水の量は膨大です。米国のチップファブは農業や発電産業よりもはるかに少ない水を使用しており、半導体は水資源に関する国家規模の政治的な緊張を引き起こしていません。マサチューセッツ州のタフツ大学の歴史学教授であり、最近の書籍『Chip War』の著者であるクリス・ミラーによれば、それでも、台湾のTSMCの本拠地では水不足が問題となり、灌漑システムが閉鎖された地元の農家とチップメーカーとの間で対立が生じました。
どんな水でも使えるわけではありません。チップファブの内部の空気が人々が全身を覆うようなダストフリーである必要があるように、半導体産業は「超純水」という特別なカテゴリの水を製造プロセス全体でシリコンウェハを清掃するために使用します。一般的な飲料水は100〜800マイクロシーメンス/センチメートルの純度を持つ可能性がありますが、チップメーカーと協力するボストンを拠点とする水リサイクルスタートアップのGradiantによれば、超純水は0.055マイクロシーメンス/センチメートル以下でなければなりません。極めて低い導電度を持つ超純水は、問題となるイオン（帯電した原子）の数が非常に少ないことに対応しています。
コーネル大学の電気・コンピュータ工学教授であり、SUPREMEという新しいクロスユニバーシティの半導体研究センターも指導しているグレース・シンは、「材料の最高の性能を得るためには、非常に高い純度が必要な場合があります」と述べています。「それが半導体産業が多くの水を必要とする理由の一つです。」
超純水を生成するには、微生物やその他の微細な生物、さらには塩イオンを含むような、海や湖に存在する可能性のある様々な汚染物質を除去するための多段階のプロセスが必要です。逆浸透膜法という技術が使用され、これは海水淡水化プラントでも使用されており、塩を濾過するのに十分に小さい細孔を持つ膜を通して水を押し出すことを含みます。（チップ製造工場も、冷却用の製造設備に供給される家庭用蛇口から流れ出るような、より純度の低い水を使用します。）チップ製造における水の重要な役割を考えると、廃水の回収と再利用は産業界の優先事項となっています。ファブ内で再利用できる水の割合が多ければ多いほど、地元の水供給への依存が少なくなります。現在、再生できる廃水の割合は、製造プロセスや水処理への投資によって、企業やファブによって異なります。それでも、彼らはすべて同じ基本的な問題に直面しています。ウェハがクリーニングされると、超純水は汚染され、ファブで再利用する前に徹底的にクリーニングする必要があります。
汚染された水を浄化するのは複雑なプロセスです。ファブの廃水にはさまざまな汚染物質が含まれています。リソグラフィやエッチングは酸性の廃水を生成することがあり、強力なハイドロフルオリック酸でさえそれを汚染する可能性があります。ウェハが薄くなると、懸濁したシリコン粒子が現れることがあります。また、イソプロピルアルコールを含む溶剤の使用は有機炭素残留物を残すことがあります。
産業界は、廃水の異なる成分を分離する方法を開発してきました。これは一般の人々がリサイクルを分別するのと似ていると、Gradiantの共同創設者でCOOのPrakash Govindan氏は述べています。「半導体産業は、廃水処理に関して非常に先進的です」と彼は言います。「私たちが協力している先進企業、アメリカの多国籍企業だけでなく、韓国や台湾の企業も、最低でも10種類以上、一部では15～16種類の廃水を分別しています。」
そこから、その廃水は、例えば再利用のために処理されたり、下水道に転送されたり、クーリングタワーにクリーニングしてリダイレクトされたりすることがあります。
半導体メーカーは、フィルトレーションとクリーニングプロセスの改善に投資して、より多くの水を再利用できるようにしています。例えば、Intelは2030年までに世界的に正味の水使用量を目指しており、海水や雨水の淡水化と処理を計画に基づいています。一方、Micronは、再利用、リサイクル、復元を通じて「75%の水の保存」をこの10年の終わりまでに目指しています。Gradiantは、逆浸透プロセスを改良し、改良された専有膜を使用することで、水の回収率を98%にまで向上させることができました。
一方、産業の拡大期において、都市や地域はチップ工場の到来が彼らの水システムやコミュニティにどのような影響を与えるかに備える必要があります。その懸念は高いです。チップファブに供給される水の85%が最終的に施設から流出すると、アリゾナ州の水政策専門家であるPorter氏は説明しています。例えば、チップ工場の到来が州の水の供給に影響を与えていないとしても、フェニックス市は廃水を飲料水に再利用する計画を持っています。
