《電子技術(shù)應(yīng)用》
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從敗走光刻機(jī)到集體造假,什么才是日本半導(dǎo)體的隱疾

2019-08-17
關(guān)鍵詞: 半導(dǎo)體 光刻機(jī) DRAM

1984年,,一部名為《1984》的廣告片震撼世界,,蘋果公司通過這部廣告片為第一代Mac造足了勢(shì),個(gè)人電腦從此與人們的生活變得密不可分,。在大洋彼岸的另一邊,,日本半導(dǎo)體做的如火如荼,承包了藍(lán)色星球上80%的DRAM產(chǎn)量,,本土幾乎每家大公司大財(cái)閥都進(jìn)入了半導(dǎo)體業(yè),,半導(dǎo)體的騰飛,帶動(dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的崛起,,光刻機(jī)就是其中之一。

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(蘋果1984廣告片)

此前光刻機(jī)屬于小眾“玩具”,,從事這個(gè)行業(yè)的更是寥寥無(wú)幾,,日本的尼康和佳能是最早進(jìn)入這一領(lǐng)域的玩家。這一年,,尼康代表著日本光刻機(jī)的最高水平,,開始了碾壓美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,尼康在硅谷成立尼康精機(jī),,猶如一把尖刀刺入美國(guó)高科技行業(yè)的心臟,,尼康的美國(guó)對(duì)手PerkinElmer(鉑金埃爾默)受到?jīng)_擊,市場(chǎng)份額從超過30%跌到不足5%,,直到最后完全放棄半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)務(wù),,另一家競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手GCA的大客戶IBM、AMD,、TI和Intel等,,排著隊(duì)跑向尼康,從與GCA平分秋色,,再到占山為王,,成為絕對(duì)的巔峰,尼康只用了不到五年,。

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與此同時(shí),,遠(yuǎn)在荷蘭的一家名不見經(jīng)傳的的小公司ASML卻身世坎坷。當(dāng)時(shí)的飛利浦經(jīng)濟(jì)很糟糕,,想將不賺錢的業(yè)務(wù)賣出去,,光刻業(yè)務(wù)是其中之一,令飛利浦頭疼的是找了一圈也無(wú)人愿意接手這燙手山芋,。最后有家荷蘭小公司叫ASM International的老板Arthur Del Prado聽說(shuō)有這么回事,,主動(dòng)提出與飛利浦五五開設(shè)立合資公司,ASML這才算正式有了著落。

草創(chuàng)時(shí)期的ASML有著許多創(chuàng)業(yè)公司都經(jīng)歷過的辛酸,,員工只有31人,,工作場(chǎng)所是飛利浦大廈外邊的簡(jiǎn)易房,更為凄慘的是,,在成立的第一年只賣出去了一臺(tái)機(jī)器,,這種小角色的困苦對(duì)于ASML是往后十幾年的常態(tài)。韋尼克(Peter Wennink)回憶公司初創(chuàng)時(shí)的境況,,還忍不住說(shuō)“窮困”,,一句話:既沒錢,又受對(duì)手壓制,。

山巔上的日本半導(dǎo)體

推動(dòng)日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈大爆發(fā)的兩大引擎,,一個(gè)是DRAM,另一個(gè)是面板業(yè)務(wù),。80年代的日本在DRAM上不僅擁有最先進(jìn)的技術(shù),,還擁有最大的市場(chǎng)份額,面板業(yè)務(wù)也是如此,。

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日本廠商作為TFT-LCD產(chǎn)業(yè)的最早進(jìn)入者,,在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)扮演著領(lǐng)導(dǎo)者的角色,1988年,,夏普推出全球首臺(tái)14英寸液晶顯示器,,伴隨著TFT-LCD的工業(yè)在日本的建立,日本發(fā)展出一大批平板顯示的上下游企業(yè),,日本的平板制造供應(yīng)鏈體系要強(qiáng)于其他任何國(guó)家,,包括幾乎所有必要設(shè)備和材料的供應(yīng)鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié),都至少有一家企業(yè)參與,。

比如:

(1)日本旭硝子和電氣硝子為液晶平板提供玻璃基板,;(2)尼康和佳能提供掃描式光刻機(jī)和步進(jìn)式光刻機(jī);(3)NEC-安內(nèi)華制造干法刻蝕設(shè)備,;(4)日本電工制造彩色濾光片和偏光片,;(5)大日本印刷和日本凸版印刷株式會(huì)社提供先進(jìn)的平板印刷設(shè)備;(6)日本真空技術(shù)株式會(huì)社提供透明導(dǎo)體的ITO導(dǎo)電膜,;(7)佳能提供鏡像投影系統(tǒng)等等,;

即使在日本企業(yè)不是很強(qiáng)的地方,比如液晶化學(xué)品,,化學(xué)氣相沉設(shè)備(CVD),、液晶驅(qū)動(dòng)芯片和高性能玻璃等,外國(guó)企業(yè)也把他們的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)設(shè)在日本或者和日本企業(yè)結(jié)成聯(lián)盟,,以管理他們的半導(dǎo)體業(yè)務(wù),,日本儼然已經(jīng)成為新工業(yè)的溫床,。

關(guān)鍵一役

從80年代起,20世紀(jì)的后20年都是日本半導(dǎo)體的天下,,日本的光刻機(jī)牢牢占據(jù)光刻市場(chǎng)的天王山,,在各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中ASML只能被歸為other,尼康代表了當(dāng)時(shí)最高的光刻技術(shù),。然而,,這一最高光刻技術(shù)卻卡在一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)長(zhǎng)達(dá)20年,也是這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)讓尼康與ASML來(lái)了個(gè)大翻轉(zhuǎn),。

光刻機(jī)的分辨率決定了IC的最小線寬,,想要提高光刻機(jī)的成像分辨率,通常采用縮短曝光光源波長(zhǎng)和增大投影物鏡數(shù)值孔徑兩種方法,。在光源的改進(jìn)方面,,光刻機(jī)經(jīng)歷了第一代是436nm g-line;第二代是365nm i-line,;第三代是248nm KrF,;第四代193nm ArF,但誰(shuí)也沒想到瓶頸出現(xiàn)了,,始終無(wú)法將光刻光源193nm波長(zhǎng)縮短到157nm。

當(dāng)時(shí)為了突破193nm方案,,包括英特爾,,英飛凌等各方勢(shì)力都在各個(gè)方向?qū)で笸黄疲峥笛鹤⒓夹g(shù)難度更高的157nm F2,,英特爾攜一眾美國(guó)企業(yè)押注13.5nm EUV LLC,,此時(shí)ASML依然是個(gè)小配角,不過,,它通過一個(gè)特殊的途徑搭上了英特爾陣營(yíng)的列車,。

ASML以16億美金收購(gòu)了只有10億市值的硅谷集團(tuán)(SVG),當(dāng)時(shí)的SVG可謂是奄奄一息,,年?duì)I業(yè)額只有2.7億美元,,光刻制程還不如ASML,市場(chǎng)一片不看好這次收購(gòu),。他們沒看到的是ASML只是想買一張船票,,一張登上英特爾陣營(yíng)的船票,一張足以威脅到尼康的船票,,SVG擁有最成熟的157nm光學(xué)技術(shù),,并且當(dāng)時(shí)是英特爾的供應(yīng)商,收購(gòu)SVG之后,,ASML就可以擁有等同于尼康的技術(shù),,順勢(shì)加入英特爾的陣營(yíng),。

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福無(wú)雙至今日至,ASML加入英特爾陣營(yíng)之后,,又迎來(lái)一件改變命運(yùn)的喜事,,193nm方案被臺(tái)積電的研發(fā)副總林本堅(jiān)以一種相當(dāng)巧妙的方式突破了,林本堅(jiān)找遍了各大企業(yè),,卻都無(wú)人看好,,包括尼康,尼康始終沉浸在自己的世界,。林本堅(jiān)來(lái)到ASML后一拍即合,,后來(lái)又與英特爾和臺(tái)積電組成最強(qiáng)陣營(yíng)。尼康也宣布自己的157nm產(chǎn)品以及EPL產(chǎn)品樣機(jī)完成,,然而,,林本堅(jiān)的方案屬于小改進(jìn)大效果,產(chǎn)品成熟度非常高,,所以幾乎沒有人去訂尼康的新品,。尼康被迫隨后也宣布去做浸入式光刻機(jī),但是為時(shí)已晚,,ASML已經(jīng)占據(jù)先行優(yōu)勢(shì),,又拿下英特爾這家最大的客戶,英特爾在新制程中停止采購(gòu)尼康的光刻機(jī)給了尼康致命一擊,。

死于封閉的日本光刻機(jī)

日本一橋大學(xué)創(chuàng)新研究中心的教授中馬宏之曾深入比較研究過阿斯麥和尼康兩家公司,,發(fā)現(xiàn)ASML的一臺(tái)EUV光刻機(jī)有超過10萬(wàn)個(gè)零件,90%的零部件都依賴外購(gòu),,光源來(lái)自于美國(guó)Cymer(2013年,,ASML完成對(duì)Cymer的收購(gòu)),光學(xué)模組來(lái)自德國(guó)蔡司,,計(jì)量設(shè)備來(lái)自美國(guó)是德科技,,傳送帶則來(lái)自荷蘭VDL集團(tuán)……

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ASML則把主要的研發(fā)力量集中在確定客戶需求和系統(tǒng)整合上,其成功的秘訣就是獨(dú)特的開放式創(chuàng)新和知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理制度,。

當(dāng)年ASML為了能夠順利收購(gòu)SVG,,答應(yīng)美國(guó)不收購(gòu)不收購(gòu)SVG打磨鏡片的子公司 Tinsley,以及保證各種技術(shù)和人才留在美國(guó),,這一看似強(qiáng)勢(shì)的舉措?yún)s讓ASML成為半個(gè)美國(guó)公司,,結(jié)果就是以美國(guó)為首的 EUV LLC陣營(yíng)形成之后,允許ASML加入其中,,而將封閉的尼康排除在外,。

ASML的另一個(gè)開放心態(tài)表現(xiàn)在將供應(yīng)商變成自己的股東,在研發(fā)極紫外光微影量產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備時(shí),,阿斯麥邀請(qǐng)了Intel,、臺(tái)積電和三星等三家客戶參與,,三家分別投入41億美元、14億美元和9.75億美元入股,??蛻羧牍煽梢员WC最先拿到最新設(shè)備(在芯片行業(yè),時(shí)間比鉆石還貴重),,同時(shí)可以賣出股票獲取投資受益,,對(duì)阿斯麥來(lái)說(shuō),則搶先占領(lǐng)了市場(chǎng),,降低了經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn),。

反觀尼康,當(dāng)“干式微影技術(shù)”在“浸入式光刻技術(shù)”面前已無(wú)成本和技術(shù)優(yōu)勢(shì)時(shí),,尼康依然拒絕了臺(tái)積電的要求,,繼續(xù)擁抱“干式微影技術(shù)”。

當(dāng)先進(jìn)國(guó)家的半導(dǎo)體業(yè)開始轉(zhuǎn)向水平分工,,尼康依然堅(jiān)持從頭到尾自力而為的垂直整合,,大量自研部件,事事包攬,,最終結(jié)果是尼康的光刻機(jī)性能不穩(wěn)定,,每臺(tái)的誤差范圍都不一樣,故障排查時(shí)非要有特定經(jīng)驗(yàn)的人才能憑第六感覺判斷問題,,還有一系列小問題時(shí)而在不同的尼康機(jī)型上發(fā)生,,其中原因和日本企業(yè)所信奉的匠人精神有關(guān)。

盛極而衰,,否極泰來(lái)

日本另一家企業(yè)索尼是一家對(duì)技術(shù)執(zhí)著追求的企業(yè),盛田昭夫曾經(jīng)用簡(jiǎn)潔的一段話闡明索尼的理念:“索尼是先驅(qū),,絕對(duì)無(wú)意追隨別人,,索尼擁有尊敬和鼓勵(lì)個(gè)人能力的原則,總是設(shè)法引導(dǎo)一個(gè)人最好的東西”,。

索尼可以說(shuō)是日本匠人精神的極致體現(xiàn),。索尼內(nèi)部人士曾經(jīng)多次表示,索尼不做市場(chǎng)研究,,而是把產(chǎn)品做得盡量完美,。因?yàn)檫@種匠人精神,索尼發(fā)布了多款驚艷世界的產(chǎn)品,,全球第一臺(tái)民用級(jí)影音器材,,全世界第一臺(tái)立體聲磁帶隨身聽Walkman TPS-L2,世界首部CD播放器CDP-101……

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(TPS-L2)

為了貫徹匠人精神,,日本企業(yè)在很長(zhǎng)時(shí)間都實(shí)行“終身雇傭制”,,有些人可以在一個(gè)崗位一呆就是20年,,每個(gè)工匠對(duì)產(chǎn)品都精益求精。在這種匠人精神的驅(qū)使下,,日本制造業(yè)在上世紀(jì)80年實(shí)現(xiàn)了飛躍式發(fā)展,,全世界90%的數(shù)碼相機(jī)是日本制造,日本持有全球37%的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備,,和66%的半導(dǎo)體原材料,。

但是極致的匠人精神并不見得完全是好事,甚至有可能創(chuàng)造出許多無(wú)意義的差異化,,當(dāng)全世界都在用SD卡的時(shí)候,,索尼還在堅(jiān)持使用專有的記憶棒,為了在PC端專注于一個(gè)可以在廣告中突出顯示的獨(dú)特方面,,而忽略其余的用戶體驗(yàn),,P系列筆記本電腦外觀非常出色,但是功率不足,,處理器和電池壽命幾乎無(wú)法使用,,這種差異化的技術(shù)使得產(chǎn)品跟不上市場(chǎng)的節(jié)奏,失去市場(chǎng)的還沒有留下過好的口碑,。

湯之上隆在其《失去的制造業(yè):日本制造業(yè)的敗北》醫(yī)術(shù)中道出了日本制造業(yè)走向衰落的原因:日本過度依賴匠人精神與手工藝者的技藝,,而忽視了產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化與實(shí)用性,嚴(yán)重缺乏低成本量產(chǎn)能力,;過于苛求于性能與指標(biāo)的極致,,而忽視了市場(chǎng)實(shí)際需求水平,投入不必要的成本,,致使市場(chǎng)出現(xiàn)變化的時(shí)候在研發(fā)上不能及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品,,失去競(jìng)爭(zhēng)活力。

日本的這種重技術(shù),,輕市場(chǎng)的風(fēng)格致使生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品同市場(chǎng)需求脫節(jié),。為了讓產(chǎn)品提高1%的性能,他們往往會(huì)不惜增加投入30%的成本,,可是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下,,占據(jù)主導(dǎo)地位的恰恰是市場(chǎng)的需求方而不是供給方。久而久之便導(dǎo)致日本制造的成本急劇提升,,進(jìn)而在價(jià)格上失去了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,。亞洲開發(fā)銀行近日發(fā)布《2015年亞洲經(jīng)濟(jì)一體化報(bào)告》顯示,日本的高端制造業(yè)所占份額從2000年的25.5%下降至2014年的7.7%,,落后于韓國(guó)9.4%,。

陷落的半導(dǎo)體王國(guó)

當(dāng)初飛利浦樣樣都做,最后解體了,大型企業(yè)的巨人時(shí)代變得不合時(shí)宜,,匠人精神導(dǎo)致日本產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈固化,,一個(gè)堡壘失守,整個(gè)王國(guó)淪陷,。在日本半導(dǎo)體經(jīng)歷了80年代的衰落之后,,日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)部分也隨之逐漸瓦解,尼康已經(jīng)無(wú)法躋身高端光刻機(jī)行列,,日本占據(jù)優(yōu)勢(shì)壟斷地位的有清洗,、干燥設(shè)備和勻膠顯影機(jī)三大項(xiàng),但是,,在整個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)中,,清洗、干燥設(shè)備和勻膠顯影機(jī)的市場(chǎng)空間并不大,,并且這些東西都是技術(shù)革新不頻繁,,依靠時(shí)間與經(jīng)驗(yàn)積累的產(chǎn)業(yè),那些技術(shù)迭代快,,市場(chǎng)巨大的產(chǎn)業(yè),,日本已經(jīng)被踢出局。

深陷財(cái)務(wù)造假丑聞

進(jìn)入新世紀(jì)日本名企財(cái)務(wù)造假的新聞層次不窮,。2011年奧林巴斯承認(rèn)長(zhǎng)達(dá)20年財(cái)務(wù)作假,,掩蓋約18億美元的損失;東芝財(cái)務(wù)造假長(zhǎng)達(dá)7年,,共虛報(bào)了2248億日元(118億人民幣)利潤(rùn),;三菱汽車2016年被爆出油耗測(cè)試造假,其62萬(wàn)輛汽車油耗數(shù)據(jù)高于實(shí)際水平,,其造假行為甚至可以追溯至1991年,;神戶制鋼長(zhǎng)期私自篡改部分鋁、銅鋼制品強(qiáng)度參數(shù),,將不符合客戶標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品變成“達(dá)標(biāo)”供應(yīng)市場(chǎng),;住友金屬工業(yè)株式會(huì)社的鋼鐵質(zhì)檢不合格差點(diǎn)讓三峽工程功虧一簣,看來(lái)崇尚技術(shù)第一的日本也有不可靠的時(shí)候,。


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