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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?

芯三板 2019-08-07 17:42 发文


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。


 

死于封闭的日本光刻机

日本一桥大学创新研究中心的教授中马宏之曾深入比较研究过阿斯麦和尼康两家公司,发现ASML的一台EUV光刻机有超过10万个零件,90%的零部件都依赖外购,光源来自于美国Cymer(2013年,ASML完成对Cymer的收购),光学模组来自德国蔡司,计量设备来自美国是德科技,传送带则来自荷兰VDL集团……

 

ASML则把主要的研发力量集中在确定客户需求和系统整合上,其成功的秘诀就是独特的开放式创新和知识产权管理制度。

 


当年ASML为了能够顺利收购SVG,答应美国不收购不收购SVG打磨镜片的子公司 Tinsley,以及保证各种技术和人才留在美国,这一看似强势的举措却让ASML成为半个美国公司,结果就是以美国为首的 EUV LLC阵营形成之后,允许ASML加入其中,而将封闭的尼康排除在外。


ASML的另一个开放心态表现在将供应商变成自己的股东,在研发极紫外光微影量产技术与设备时,阿斯麦邀请了Intel、台积电和三星等三家客户参与,三家分别投入41亿美元、14亿美元和9.75亿美元入股。客户入股可以保证最先拿到最新设备(在芯片行业,时间比钻石还贵重),同时可以卖出股票获取投资受益,对阿斯麦来说,则抢先占领了市场,降低了经营风险。

 

反观尼康,当“干式微影技术”在“浸入式光刻技术”面前已无成本和技术优势时,尼康依然拒绝了台积电的要求,继续拥抱“干式微影技术”。


当先进国家的半导体业开始转向水平分工,尼康依然坚持从头到尾自力而为的垂直整合,大量自研部件,事事包揽,最终结果是尼康的光刻机性能不稳定,每台的误差范围都不一样,故障排查时非要有特定经验的人才能凭第六感觉判断问题,还有一系列小问题时而在不同的尼康机型上发生,其中原因和日本企业所信奉的匠人精神有关。


盛极而衰,否极泰来

日本另一家企业索尼是一家对技术执着追求的企业,盛田昭夫曾经用简洁的一段话阐明索尼的理念:“索尼是先驱,绝对无意追随别人,索尼拥有尊敬和鼓励个人能力的原则,总是设法引导一个人最好的东西”。


索尼可以说是日本匠人精神的极致体现。索尼内部人士曾经多次表示,索尼不做市场研究,而是把产品做得尽量完美。因为这种匠人精神,索尼发布了多款惊艳世界的产品,全球第一台民用级影音器材,全世界第一台立体声磁带随身听Walkman TPS-L2,世界首部CD播放器CDP-101……


(TPS-L2)


为了贯彻匠人精神,日本企业在很长时间都实行“终身雇佣制”,有些人可以在一个岗位一呆就是20年,每个工匠对产品都精益求精。在这种匠人精神的驱使下,日本制造业在上世纪80年实现了飞跃式发展,全世界90%的数码相机是日本制造,日本持有全球37%的半导体生产设备,和66%的半导体原材料。


但是极致的匠人精神并不见得完全是好事,甚至有可能创造出许多无意义的差异化,当全世界都在用SD卡的时候,索尼还在坚持使用专有的记忆棒,为了在PC端专注于一个可以在广告中突出显示的独特方面,而忽略其余的用户体验,P系列笔记本电脑外观非常出色,但是功率不足,处理器和电池寿命几乎无法使用,这种差异化的技术使得产品跟不上市场的节奏,失去市场的还没有留下过好的口碑。

 

汤之上隆在其《失去的制造业:日本制造业的败北》医术中道出了日本制造业走向衰落的原因:日本过度依赖匠人精神与手工艺者的技艺,而忽视了产品的标准化与通用化与实用性,严重缺乏低成本量产能力;过于苛求于性能与指标的极致,而忽视了市场实际需求水平,投入不必要的成本,致使市场出现变化的时候在研发上不能及时调整产品,失去竞争活力。


日本的这种重技术,轻市场的风格致使生产出来的产品同市场需求脱节。为了让产品提高1%的性能,他们往往会不惜增加投入30%的成本,可是在市场经济环境下,占据主导地位的恰恰是市场的需求方而不是供给方。久而久之便导致日本制造的成本急剧提升,进而在价格上失去了国际竞争力。亚洲开发银行近日发布《2015年亚洲经济一体化报告》显示,日本的高端制造业所占份额从2000年的25.5%下降至2014年的7.7%,落后于韩国9.4%。

 

陷落的半导体王国

当初飞利浦样样都做,最后解体了,大型企业的巨人时代变得不合时宜,匠人精神导致日本产业供应链固化,一个堡垒失守,整个王国沦陷。在日本半导体经历了80年代的衰落之后,日本半导体产业链优势部分也随之逐渐瓦解,尼康已经无法跻身高端光刻机行列,日本占据优势垄断地位的有清洗、干燥设备和匀胶显影机三大项,但是,在整个半导体设备行业中,清洗、干燥设备和匀胶显影机的市场空间并不大,并且这些东西都是技术革新不频繁,依靠时间与经验积累的产业,那些技术迭代快,市场巨大的产业,日本已经被踢出局。


深陷财务造假丑闻

进入新世纪日本名企财务造假的新闻层次不穷。2011年奥林巴斯承认长达20年财务作假,掩盖约18亿美元的损失;东芝财务造假长达7年,共虚报了2248亿日元(118亿人民币)利润;三菱汽车2016年被爆出油耗测试造假,其62万辆汽车油耗数据高于实际水平,其造假行为甚至可以追溯至1991年;神户制钢长期私自篡改部分铝、铜钢制品强度参数,将不符合客户标准的产品变成“达标”供应市场;住友金属工业株式会社的钢铁质检不合格差点让三峡工程功亏一篑,看来崇尚技术第一的日本也有不可靠的时候。



— END —


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