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2021年6月,日本眾議召開了一場主題為“復興日本半導體產(chǎn)業(yè)”的研討會,時值在疫情中遭遇重創(chuàng)的鎧俠半導體(即東芝存儲芯片部門)四處尋找接盤俠,日本存儲芯片*后的火種奄奄一息,日本邀請了五位*學者暢所欲言,為產(chǎn)業(yè)復興出謀劃策,**發(fā)言的是一個名叫湯之上隆的人。
湯之上隆曾任職于日立、爾必達的一線研發(fā)部門,親歷了日本半導體產(chǎn)業(yè)從輝煌走向沒落的整個過程。
2015年,他將自己的經(jīng)歷與思考寫進了《失去的制造業(yè)》一書,拋開其中對老東家和老領導的冷嘲熱諷,《失去的制造業(yè)》堪稱研究日本芯片產(chǎn)業(yè)的必讀書目。
相比日本高舉復興大旗,湯之上隆在研討會上建議大家以*快的速度躺平,讓在場議員們大跌眼鏡:“失去的半導體產(chǎn)業(yè)已無法挽回,繼續(xù)投入就是浪費納稅人的錢。”
他認為,由于日本的半導體公司一直難以適應產(chǎn)業(yè)變化,早已錯失歷史機遇;如今與其瞎折騰,不如守護好*后一點家底:位于半導體產(chǎn)業(yè)鏈*上游的設備與材料[1]。
一塊芯片封裝前,會經(jīng)歷薄膜沉淀、光刻、蝕刻、清洗等多項工藝,每一步都需要特定的加工設備與原材料。過去數(shù)十年,日本企業(yè)一直是部分半導體設備的主要提供商。
而日本公司對半導體材料近乎壟斷的地位更是威名在外:前段工序常用的材料有19種,其中14種都由日本企業(yè)主導。
2019年7月,隨著日韓矛盾加劇,日本政府對韓國企業(yè)發(fā)起制裁,限制半導體核心材料的出口。鐵錘剛砸下三天,三星掌門李在镕如坐針氈,專程趕赴日本懇求松口。
后來眾議員的研討會結束不久,湯之上隆就寫了篇文章,標題叫“日本半導體設備和材料為何那么強?”,自豪之情溢于言表[2]。
結果文章發(fā)出去沒多久,日本就吃了一場敗仗。2021年,韓國的SEMES強勢崛起,越日本企業(yè)SCREEN成為全球第六大半導體設備公司,其母公司正是在材料上被卡的翻白眼的三星。同一時期,三星一口氣投資了十幾家材料公司,希望在材料環(huán)節(jié)繞開日本。
另一個有趣的現(xiàn)象是,相比輿論對日本半導體材料壟斷地位的艷羨,以及日本在化學、材料學等領域長期耕耘的贊譽,日本產(chǎn)業(yè)界卻對這一成就評價復雜:
湯之上隆一邊高度認可材料環(huán)節(jié)的強勢地位,但一邊稱日本對韓國的斷供“極其愚蠢”。另一位學者西村吉雄則在《日本電子產(chǎn)業(yè)興衰錄》中說,日本芯片產(chǎn)業(yè)衰落的原因,就是做了太多基礎研究,反而忽視了應用和模式層面的**。
日本的半導體材料常常是一個被輿論神化的產(chǎn)業(yè),它實際上并不復雜,但也沒有那么簡單。
卡脖子
對韓國芯片公司而言,日本的貿(mào)易制裁,其威力不亞于往京畿道工廠丟一顆炸彈。
被限制出口的半導體材料共有三種,首當其沖的是氟化聚酰亞胺。這個念起來有些費嘴的化學物質,是部分OLED面板的原材料。一旦掐斷供給,OLED電視等拳頭產(chǎn)品將面臨無貨可出的窘境。
但對三星等韓企來說,更棘手的其實是另外兩件“戰(zhàn)略核武器”。
**件是EUV光刻膠,打擊目標是韓國半導體的“未來”。
光刻膠是光刻工藝的關鍵材料,而光刻又是芯片制造的核心工藝。目前**的光刻工藝是EUV(極紫外線),用于生產(chǎn)7nm以及更*制程的芯片。
過去幾年,三星一直在努力迭代的手機處理器Exynos,即便三星自己擁有7nm和5nm制程工藝,但也繞不開光刻膠這一環(huán)。此時,作為原材料的光刻膠遭到制裁,本就不富裕的日子變得更加雪上加霜。
另外,三星、SK海力士對下一代DRAM的研發(fā)也將被迫暫停。當前,市場上的DRAM產(chǎn)品仍在努力逼近10nm制程,尚且用不上EUV光刻這樣的*技術;但未來DRAM的制程大概率會提升至5nm,這便踏進了EUV光刻的領域。
相比之下,**把利器殺傷力更甚。這款名叫高純度氟化氫的材料,足以扼住韓國半導體的“現(xiàn)在”。
氟化氫是一種清洗用的化學材料。清洗工藝能夠去除芯片生產(chǎn)所帶來的雜質,是影響芯片品質的關鍵環(huán)節(jié)。生產(chǎn)一款芯片大概需要500至1000個步驟,其中大約10%的步驟都得用到氟化氫進行清洗,堪稱是半導體的“血液”。
一旦氟化氫庫存告急,邏輯半導體(如CPU)、DRAM等主流半導體芯片均無法生產(chǎn),能否開展日常業(yè)務都將打上一個問號[7]。
面對日本的咄咄逼人,危機感爆棚的韓國人使出了渾身解數(shù),先是跑去WTO伸冤打官司,與此同時,政府牽頭大搞國產(chǎn)替代,一口氣投入了6萬億韓元的預算,三星也跟著投資了一批韓國本土的半導體材料企業(yè)。
在“打倒日本帝國主義”的號召下,同仇敵愾的韓國企業(yè)*研發(fā)出了國產(chǎn)版本的高純度氟化氫和EUV光刻膠。文在寅卸任前的新年致辭中,曾重點提及了上述成就。
然而,故事的走向卻沒有發(fā)生太多逆轉:直到如今,日本依舊高度壟斷著高純度氟化氫和EUV光刻膠。
其地位之所以屹立不倒,和上述半導體材料的一大特質有關:日本壟斷的材料,多是不能即插即用的非標準化產(chǎn)品。
其中氟化氫尤為典型——清洗并不是一項標準化的工藝,每個制造商都有各自的理解和流程。因此,關于氟化氫的使用,實際上有稀釋、與氯化氫混合、與過氧化氫混合等多種完全不同的方案。而每種方案對氟化氫產(chǎn)品的要求又不太一樣,均需要專門定制。
另一方面,大多數(shù)產(chǎn)品的理論原理和工藝技術都是公開的,但選材與配比的數(shù)值,甚至生產(chǎn)車間合適的溫度和濕度,都需要漫長的實驗才能得到*佳結果。材料的非標特質,會帶來兩方面影響:
(1)企業(yè)難以輕易更換解決方案以及相關供應商,一旦合作就是長期綁定。
在這方面,日本自己就吃過虧。1999年,日立和NEC兩家企業(yè)合資成立了存儲企業(yè)爾必達,準備向領跑的三星發(fā)起進攻。但在公司成立的頭兩年,卻爆發(fā)了嚴重的生產(chǎn)問題,市場份額也迅速下跌,而“罪魁禍首”正是日立和NEC的清洗方案不兼容。
因此,哪怕韓國企業(yè)出了高純度氟化氫,依舊不能立刻擺脫日企的壟斷,*快也需要至少1年時間做測試;而EUV光刻膠的更換周期則更久,通常需要測試2-3年才能搬上產(chǎn)線。
“有國產(chǎn)材料”和“用國產(chǎn)材料”,實際上是兩件事。
(2)非標材料的制造工藝多且繁雜,甚至存在部分只可意會不可言傳的隱性知識,需要企業(yè)有長期相關的積累。在這方面,向來以“匠人精神”自居、發(fā)力較早的日本同樣有先天優(yōu)勢。
正如湯之上隆在書中寫道:日本半導體材料的競爭力核心,正是日本的匠人文化。
不可否認,這種“一生做好一件事”的匠人文化,確實在氟化氫這類具備延續(xù)性的領域頗有成效。氟化氫技術的迭代,本質是不斷提升純度,將小數(shù)點后面的9越做越多的過程,主打一個精益求精。
韓國雖實現(xiàn)了氟化氫的國產(chǎn)化,但其純度只有99.99999999%(小數(shù)點后8個9),日本企業(yè)卻能做到小數(shù)點后10個9??瓷先ハ嗖顭o幾,但如果乘上幾十上百道工序,*終結果會千差萬別。
但問題是,難道隔了個日本海,匠人文化就失傳了嗎?日本半導體材料的強勢,顯然不能只用文化來解釋。
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