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從敗走光刻機到集體造假,什么才是日本半導體的隱疾

2019-08-17
關鍵詞: 半導體 光刻機 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,個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,日本半導體做的如火如荼,承包了藍色星球上80%的DRAM產量,本土幾乎每家大公司大財閥都進入了半導體業,半導體的騰飛,帶動了整個產業鏈的崛起,光刻機就是其中之一。

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(蘋果1984廣告片)

此前光刻機屬于小眾“玩具”,從事這個行業的更是寥寥無幾,日本的尼康和佳能是最早進入這一領域的玩家。這一年,尼康代表著日本光刻機的最高水平,開始了碾壓美國競爭對手,尼康在硅谷成立尼康精機,猶如一把尖刀刺入美國高科技行業的心臟,尼康的美國對手PerkinElmer(鉑金埃爾默)受到沖擊,市場份額從超過30%跌到不足5%,直到最后完全放棄半導體設備業務,另一家競爭對手GCA的大客戶IBM、AMD、TI和Intel等,排著隊跑向尼康,從與GCA平分秋色,再到占山為王,成為絕對的巔峰,尼康只用了不到五年。

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與此同時,遠在荷蘭的一家名不見經傳的的小公司ASML卻身世坎坷。當時的飛利浦經濟很糟糕,想將不賺錢的業務賣出去,光刻業務是其中之一,令飛利浦頭疼的是找了一圈也無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聽說有這么回事,主動提出與飛利浦五五開設立合資公司,ASML這才算正式有了著落。

草創時期的ASML有著許多創業公司都經歷過的辛酸,員工只有31人,工作場所是飛利浦大廈外邊的簡易房,更為凄慘的是,在成立的第一年只賣出去了一臺機器,這種小角色的困苦對于ASML是往后十幾年的常態。韋尼克(Peter Wennink)回憶公司初創時的境況,還忍不住說“窮困”,一句話:既沒錢,又受對手壓制。

山巔上的日本半導體

推動日本半導體產業鏈大爆發的兩大引擎,一個是DRAM,另一個是面板業務。80年代的日本在DRAM上不僅擁有最先進的技術,還擁有最大的市場份額,面板業務也是如此。

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日本廠商作為TFT-LCD產業的最早進入者,在很長一段時間內扮演著領導者的角色,1988年,夏普推出全球首臺14英寸液晶顯示器,伴隨著TFT-LCD的工業在日本的建立,日本發展出一大批平板顯示的上下游企業,日本的平板制造供應鏈體系要強于其他任何國家,包括幾乎所有必要設備和材料的供應鏈上的每一個環節,都至少有一家企業參與。

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和步進式光刻機;(3)NEC-安內華制造干法刻蝕設備;(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社提供先進的平板印刷設備;(6)日本真空技術株式會社提供透明導體的ITO導電膜;(7)佳能提供鏡像投影系統等等;

即使在日本企業不是很強的地方,比如液晶化學品,化學氣相沉設備(CVD)、液晶驅動芯片和高性能玻璃等,外國企業也把他們的半導體業務設在日本或者和日本企業結成聯盟,以管理他們的半導體業務,日本儼然已經成為新工業的溫床。

關鍵一役

從80年代起,20世紀的后20年都是日本半導體的天下,日本的光刻機牢牢占據光刻市場的天王山,在各項數據統計中ASML只能被歸為other,尼康代表了當時最高的光刻技術。然而,這一最高光刻技術卻卡在一個關鍵環節長達20年,也是這一關鍵環節讓尼康與ASML來了個大翻轉。

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

當時為了突破193nm方案,包括英特爾,英飛凌等各方勢力都在各個方向尋求突破,尼康押注技術難度更高的157nm F2,英特爾攜一眾美國企業押注13.5nm EUV LLC,此時ASML依然是個小配角,不過,它通過一個特殊的途徑搭上了英特爾陣營的列車。

ASML以16億美金收購了只有10億市值的硅谷集團(SVG),當時的SVG可謂是奄奄一息,年營業額只有2.7億美元,光刻制程還不如ASML,市場一片不看好這次收購。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光學技術,并且當時是英特爾的供應商,收購SVG之后,ASML就可以擁有等同于尼康的技術,順勢加入英特爾的陣營。

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福無雙至今日至,ASML加入英特爾陣營之后,又迎來一件改變命運的喜事,193nm方案被臺積電的研發副總林本堅以一種相當巧妙的方式突破了,林本堅找遍了各大企業,卻都無人看好,包括尼康,尼康始終沉浸在自己的世界。林本堅來到ASML后一拍即合,后來又與英特爾和臺積電組成最強陣營。尼康也宣布自己的157nm產品以及EPL產品樣機完成,然而,林本堅的方案屬于小改進大效果,產品成熟度非常高,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,但是為時已晚,ASML已經占據先行優勢,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尼康的光刻機給了尼康致命一擊。

死于封閉的日本光刻機

日本一橋大學創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,發現ASML的一臺EUV光刻機有超過10萬個零件,90%的零部件都依賴外購,光源來自于美國Cymer(2013年,ASML完成對Cymer的收購),光學模組來自德國蔡司,計量設備來自美國是德科技,傳送帶則來自荷蘭VDL集團……

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ASML則把主要的研發力量集中在確定客戶需求和系統整合上,其成功的秘訣就是獨特的開放式創新和知識產權管理制度。

當年ASML為了能夠順利收購SVG,答應美國不收購不收購SVG打磨鏡片的子公司 Tinsley,以及保證各種技術和人才留在美國,這一看似強勢的舉措卻讓ASML成為半個美國公司,結果就是以美國為首的 EUV LLC陣營形成之后,允許ASML加入其中,而將封閉的尼康排除在外。

ASML的另一個開放心態表現在將供應商變成自己的股東,在研發極紫外光微影量產技術與設備時,阿斯麥邀請了Intel、臺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。客戶入股可以保證最先拿到最新設備(在芯片行業,時間比鉆石還貴重),同時可以賣出股票獲取投資受益,對阿斯麥來說,則搶先占領了市場,降低了經營風險。

反觀尼康,當“干式微影技術”在“浸入式光刻技術”面前已無成本和技術優勢時,尼康依然拒絕了臺積電的要求,繼續擁抱“干式微影技術”。

當先進國家的半導體業開始轉向水平分工,尼康依然堅持從頭到尾自力而為的垂直整合,大量自研部件,事事包攬,最終結果是尼康的光刻機性能不穩定,每臺的誤差范圍都不一樣,故障排查時非要有特定經驗的人才能憑第六感覺判斷問題,還有一系列小問題時而在不同的尼康機型上發生,其中原因和日本企業所信奉的匠人精神有關。

盛極而衰,否極泰來

日本另一家企業索尼是一家對技術執著追求的企業,盛田昭夫曾經用簡潔的一段話闡明索尼的理念:“索尼是先驅,絕對無意追隨別人,索尼擁有尊敬和鼓勵個人能力的原則,總是設法引導一個人最好的東西”。

索尼可以說是日本匠人精神的極致體現。索尼內部人士曾經多次表示,索尼不做市場研究,而是把產品做得盡量完美。因為這種匠人精神,索尼發布了多款驚艷世界的產品,全球第一臺民用級影音器材,全世界第一臺立體聲磁帶隨身聽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,日本企業在很長時間都實行“終身雇傭制”,有些人可以在一個崗位一呆就是20年,每個工匠對產品都精益求精。在這種匠人精神的驅使下,日本制造業在上世紀80年實現了飛躍式發展,全世界90%的數碼相機是日本制造,日本持有全球37%的半導體生產設備,和66%的半導體原材料。

但是極致的匠人精神并不見得完全是好事,甚至有可能創造出許多無意義的差異化,當全世界都在用SD卡的時候,索尼還在堅持使用專有的記憶棒,為了在PC端專注于一個可以在廣告中突出顯示的獨特方面,而忽略其余的用戶體驗,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法使用,這種差異化的技術使得產品跟不上市場的節奏,失去市場的還沒有留下過好的口碑。

湯之上隆在其《失去的制造業:日本制造業的敗北》醫術中道出了日本制造業走向衰落的原因:日本過度依賴匠人精神與手工藝者的技藝,而忽視了產品的標準化與通用化與實用性,嚴重缺乏低成本量產能力;過于苛求于性能與指標的極致,而忽視了市場實際需求水平,投入不必要的成本,致使市場出現變化的時候在研發上不能及時調整產品,失去競爭活力。

日本的這種重技術,輕市場的風格致使生產出來的產品同市場需求脫節。為了讓產品提高1%的性能,他們往往會不惜增加投入30%的成本,可是在市場經濟環境下,占據主導地位的恰恰是市場的需求方而不是供給方。久而久之便導致日本制造的成本急劇提升,進而在價格上失去了國際競爭力。亞洲開發銀行近日發布《2015年亞洲經濟一體化報告》顯示,日本的高端制造業所占份額從2000年的25.5%下降至2014年的7.7%,落后于韓國9.4%。

陷落的半導體王國

當初飛利浦樣樣都做,最后解體了,大型企業的巨人時代變得不合時宜,匠人精神導致日本產業供應鏈固化,一個堡壘失守,整個王國淪陷。在日本半導體經歷了80年代的衰落之后,日本半導體產業鏈優勢部分也隨之逐漸瓦解,尼康已經無法躋身高端光刻機行列,日本占據優勢壟斷地位的有清洗、干燥設備和勻膠顯影機三大項,但是,在整個半導體設備行業中,清洗、干燥設備和勻膠顯影機的市場空間并不大,并且這些東西都是技術革新不頻繁,依靠時間與經驗積累的產業,那些技術迭代快,市場巨大的產業,日本已經被踢出局。

深陷財務造假丑聞

進入新世紀日本名企財務造假的新聞層次不窮。2011年奧林巴斯承認長達20年財務作假,掩蓋約18億美元的損失;東芝財務造假長達7年,共虛報了2248億日元(118億人民幣)利潤;三菱汽車2016年被爆出油耗測試造假,其62萬輛汽車油耗數據高于實際水平,其造假行為甚至可以追溯至1991年;神戶制鋼長期私自篡改部分鋁、銅鋼制品強度參數,將不符合客戶標準的產品變成“達標”供應市場;住友金屬工業株式會社的鋼鐵質檢不合格差點讓三峽工程功虧一簣,看來崇尚技術第一的日本也有不可靠的時候。


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