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从败走光刻机到集体造假,什么才是日本半导体的隐疾?

2019-08-08 08:39
芯三板
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1984年,一部名为《1984》的广告片震撼世界,苹果公司通过这部广告片为第一代Mac造足了势,个人电脑从此与人们的生活变得密不可分。在大洋彼岸的另一边,日本半导体做的如火如荼,承包了蓝色星球上80%的DRAM产量,本土几乎每家大公司大财阀都进入了半导体业,半导体的腾飞,带动了整个产业链的崛起,光刻机就是其中之一。

(苹果1984广告片)

此前光刻机属于小众“玩具”,从事这个行业的更是寥寥无几,日本的尼康和佳能是最早进入这一领域的玩家。这一年,尼康代表着日本光刻机的最高水平,开始了碾压美国竞争对手,尼康在硅谷成立尼康精机,犹如一把尖刀刺入美国高科技行业的心脏,尼康的美国对手PerkinElmer(铂金埃尔默)受到冲击,市场份额从超过30%跌到不足5%,直到最后完全放弃半导体设备业务,另一家竞争对手GCA的大客户IBM、AMD、TI和Intel等,排着队跑向尼康,从与GCA平分秋色,再到占山为王,成为绝对的巅峰,尼康只用了不到五年。

与此同时,远在荷兰的一家名不见经传的的小公司ASML却身世坎坷。当时的飞利浦经济很糟糕,想将不赚钱的业务卖出去,光刻业务是其中之一,令飞利浦头疼的是找了一圈也无人愿意接手这烫手山芋。最后有家荷兰小公司叫ASM International的老板Arthur Del Prado听说有这么回事,主动提出与飞利浦五五开设立合资公司,ASML这才算正式有了着落。

草创时期的ASML有着许多创业公司都经历过的辛酸,员工只有31人,工作场所是飞利浦大厦外边的简易房,更为凄惨的是,在成立的第一年只卖出去了一台机器,这种小角色的困苦对于ASML是往后十几年的常态。韦尼克(Peter Wennink)回忆公司初创时的境况,还忍不住说“穷困”,一句话:既没钱,又受对手压制。

山巅上的日本半导体

推动日本半导体产业链大爆发的两大引擎,一个是DRAM,另一个是面板业务。80年代的日本在DRAM上不仅拥有最先进的技术,还拥有最大的市场份额,面板业务也是如此。

日本厂商作为TFT-LCD产业的最早进入者,在很长一段时间内扮演着领导者的角色,1988年,夏普推出全球首台14英寸液晶显示器,伴随着TFT-LCD的工业在日本的建立,日本发展出一大批平板显示的上下游企业,日本的平板制造供应链体系要强于其他任何国家,包括几乎所有必要设备和材料的供应链上的每一个环节,都至少有一家企业参与。

比如:

(1)日本旭硝子和电气硝子为液晶平板提供玻璃基板;(2)尼康和佳能提供扫描式光刻机和步进式光刻机;(3)NEC-安内华制造干法刻蚀设备;(4)日本电工制造彩色滤光片和偏光片;(5)大日本印刷和日本凸版印刷株式会社提供先进的平板印刷设备;(6)日本真空技术株式会社提供透明导体的ITO导电膜;(7)佳能提供镜像投影系统等等;

即使在日本企业不是很强的地方,比如液晶化学品,化学气相沉设备(CVD)、液晶驱动芯片和高性能玻璃等,外国企业也把他们的半导体业务设在日本或者和日本企业结成联盟,以管理他们的半导体业务,日本俨然已经成为新工业的温床。

关键一役

从80年代起,20世纪的后20年都是日本半导体的天下,日本的光刻机牢牢占据光刻市场的天王山,在各项数据统计中ASML只能被归为other,尼康代表了当时最高的光刻技术。然而,这一最高光刻技术却卡在一个关键环节长达20年,也是这一关键环节让尼康与ASML来了个大翻转。

光刻机的分辨率决定了IC的最小线宽,想要提高光刻机的成像分辨率,通常采用缩短曝光光源波长和增大投影物镜数值孔径两种方法。在光源的改进方面,光刻机经历了第一代是436nm g-line;第二代是365nm i-line;第三代是248nm KrF;第四代193nm ArF,但谁也没想到瓶颈出现了,始终无法将光刻光源193nm波长缩短到157nm。

当时为了突破193nm方案,包括英特尔,英飞凌等各方势力都在各个方向寻求突破,尼康押注技术难度更高的157nm F2,英特尔携一众美国企业押注13.5nm EUV LLC,此时ASML依然是个小配角,不过,它通过一个特殊的途径搭上了英特尔阵营的列车。

ASML以16亿美金收购了只有10亿市值的硅谷集团(SVG),当时的SVG可谓是奄奄一息,年营业额只有2.7亿美元,光刻制程还不如ASML,市场一片不看好这次收购。他们没看到的是ASML只是想买一张船票,一张登上英特尔阵营的船票,一张足以威胁到尼康的船票,SVG拥有最成熟的157nm光学技术,并且当时是英特尔的供应商,收购SVG之后,ASML就可以拥有等同于尼康的技术,顺势加入英特尔的阵营。

福无双至今日至,ASML加入英特尔阵营之后,又迎来一件改变命运的喜事,193nm方案被台积电的研发副总林本坚以一种相当巧妙的方式突破了,林本坚找遍了各大企业,却都无人看好,包括尼康,尼康始终沉浸在自己的世界。林本坚来到ASML后一拍即合,后来又与英特尔和台积电组成最强阵营。尼康也宣布自己的157nm产品以及EPL产品样机完成,然而,林本坚的方案属于小改进大效果,产品成熟度非常高,所以几乎没有人去订尼康的新品。尼康被迫随后也宣布去做浸入式光刻机,但是为时已晚,ASML已经占据先行优势,又拿下英特尔这家最大的客户,英特尔在新制程中停止采购尼康的光刻机给了尼康致命一击。

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