世界の半導体産業が依存する唯一の場所

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スプルースパインには世界で最も純粋な石英鉱山があり、シベルコは半導体業界向けに最高の石英を精製する会社です。

アパラチア山脈とスプルースパイン。この土地は恵まれた土地とは言えず、中心街には鉄道駅と数軒の2階建てのレンガ造りの家、そして長い間閉館していた映画館があるだけです。しかし、周囲の山々は貴重な鉱物資源に恵まれており、その中には工業用途に価値のあるものもあり、特に石英が有名です。

しかし、地球上の他のどのクォーツとも異なり、スプルースパインは最も純粋な天然クォーツを含有しています。この極めて優れた二酸化ケイ素粒子の堆積は、半導体チップの製造に使用されるシリコンの製造において重要な役割を果たしています。

アパラチア山脈とスプルースパイン山脈の丘陵地帯や渓谷で貴重な鉱物を探し求める生活に数十年を費やしてきた引退した地質学者、グローバー氏は、 Wired誌に笑いながらこう語った。「ここは数十億ドル規模の産業なんです」。「ここを車で通っても、そのことには気づかないでしょうし、おそらくこれからも気づかないでしょう」

スプルースパインにあるシベルコの工場群。写真：シベルコ — スプルースパインにあるシベルコの工場群。写真：*シベルコ*

21世紀において、砂はかつてないほど重要になっています。特に半導体産業においては顕著です。世界の砂の大部分は、シリカとも呼ばれる二酸化ケイ素の一種である石英でできています。高純度の二酸化ケイ素粒子は、コンピューターチップ、光ファイバーケーブル、その他のハイテクハードウェアの製造に不可欠な原料です。これらの製品に使用される石英の量は、コンクリートや土壌の改良に使用される膨大な量の石英に比べればごくわずかです。しかし、デジタル時代においてその影響は計り知れません。

純粋な石英を精製するのは困難ですが、スプルースパインには世界最高純度と言われる膨大な石英鉱床が眠っています。これは、約3億8000万年前、アフリカ大陸とアメリカ大陸の間の地質学的変動によって摩擦が生じ、2000度を超える高温でペグマタイトと呼ばれる岩石層が溶融したという、特異な地質学的歴史の結果です。100年後、地中深くに埋もれていたこの溶融岩石は冷えて再結晶化し、地質学的活動によって地表に現れ始めました。

長年にわたり、地元の人々はペグマタイトを掘り出し、手工具や原始的な機械で砕き、長石と雲母を分離して利用してきました。一方、石英は「ゴミ」とみなされ、建築用砂としてしか使えないか、捨てられていました。しかし1950年代半ば、数千マイル離れたノースカロライナ州で、カリフォルニア州のエンジニアグループが半導体用の純粋な石英の研究を始めました。

当時、トランジスタ市場は急速に活況を呈していました。テキサス・インスツルメンツ、モトローラをはじめとする各社は、コンピュータ用として、より小型で高効率なトランジスタの開発に競い合いました。トランジスタに使用された材料には、ゲルマニウムとシリコンが含まれていました。

シベルコ社はスプルースパインで石英鉱石を採掘している。写真：シベルコ — シベルコ社はスプルースパインで石英鉱石を採掘している。写真：*シベルコ*

画期的な進歩は1959年に訪れました。フェアチャイルドセミコンダクター社のロバート・ノイスと彼の同僚たちが、爪ほどの大きさの高純度シリコンに複数のトランジスタを詰め込む方法を考案したのです。NASAはフェアチャイルドのマイクロチップを宇宙計画に採用し、同社のチップ販売は急成長を遂げました。

これらのチップの製造は非常に複雑な工程です。わずかな不純物でも全てを台無しにしてしまうため、基本的に純粋なシリコンが必要です。シリコンは地球上で最も豊富な元素の一つであるため、簡単に見つけることができます。しかし、大量の抽出が必要です。純粋な石英を使用すれば、時間と費用を節約できます。

通常、砂は電気炉で高温で焼成され、化学反応を起こして酸素の大部分を分離し、純度99%のシリコンが残ります。しかし、それだけでは十分ではありません。太陽光パネル用のシリコンは99.999999%の純度が求められ、コンピューターチップはさらに高い99.9999999999%の純度が求められます。しかし、スプルースパインクォーツは純度を99.998%、さらには99.9992%まで高めることができ、不純物の分離コストを大幅に削減できます。

しかし、純粋な石英を持っていても、誰もが純粋なシリコンを精製できるわけではない。「現代経済は、スプルースパインにあるシベルコ・ノースアメリカ社の施設に通じる一本の道路に支えられている。同社は超高純度石英を採掘・精製している」と、ペンシルベニア大学ウォートン校でAIと半導体を研究するイーサン・モリック教授はトムズ・ハードウェア誌に語った。

シベルコは自社のウェブサイトで、「半導体製造におけるシリコンウエハーの精製に使用される石英の唯一のサプライヤー」であると主張しています。しかし、同社の存在は、半導体分野においてTSMC、インテル、ASML、サムスンほど広く知られていません。

一部の専門家は、シベルコ社の独自性は、同社が生産する溶融石英が半導体製造、ソーラーパネルの太陽電池、通信ケーブルの光ファイバーなどにおいて「優れた」光学的、機械的、熱的特性を備えているという事実によって実証されていると述べている。

モリック氏は、シベルコ、そしてスプルースパイン全体の重要性は計り知れないと述べた。3月24日にX誌に掲載されたコンウェイ氏の著書『The Material World』を引用し、スプルースパイン、あるいはその上空で何か悪いことが起これば、「コンピューターチップ製造の終焉」は「コンピューターチップ製造の終焉」を意味すると主張した。

「理由の如何を問わず、スプルースパインにおける石英採掘作業の突然の停止や中断は、半導体製造を何年も遅らせるような『極めて壊滅的な』事故を引き起こす可能性がある」とモリック氏は付け加えた。

バオ・ラム

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