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來(lái)源：遠川研究所 作者：陳彬 2021年6月，日本眾議院召開(kāi)了一場(chǎng)主題為“復興日本半導體產(chǎn)業(yè)”的研討會(huì )，時(shí)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(mén)）四處尋找接盤(pán)俠，日本存儲芯片最后的火種奄奄一息，日本官方邀請了五位專(zhuān)家學(xué)者暢所欲言，為產(chǎn)業(yè)復興出謀劃策，壓軸發(fā)言的是一個(gè)名叫湯之上隆的人。 湯之上隆曾任職于日立、爾必達的一線(xiàn)研發(fā)部門(mén)，親歷了日本半導體產(chǎn)業(yè)從輝煌走向沒(méi)落的整個(gè)過(guò)程。2015年，他將自己的經(jīng)歷與思考寫(xiě)進(jìn)了《失去的制造業(yè)》一書(shū)，拋開(kāi)其中對老東家和老領(lǐng)導的冷嘲熱諷，《失去的制造業(yè)》堪稱(chēng)研究日本芯片產(chǎn)業(yè)的必讀書(shū)目。 相比日本官方高舉復興大旗，湯之上隆在研討會(huì )上建議大家以最快的速度躺平，讓在場(chǎng)議員們大跌眼鏡：“失去的半導體產(chǎn)業(yè)已無(wú)法挽回，繼續投入就是浪費納稅人的錢(qián)�！� 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，不如守護好最后一點(diǎn)家底：位于半導體產(chǎn)業(yè)鏈最上游的設備與材料[1]。 一塊芯片封裝前，會(huì )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(guò)去數十年，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(zhù)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(mén)李在镕如坐針氈，專(zhuān)程趕赴日本懇求松口。 后來(lái)眾議員的研討會(huì )結束不久，湯之上隆就寫(xiě)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]。 
極其夸張的市場(chǎng)份額 結果文章發(fā)出去沒(méi)多久，日本就吃了一場(chǎng)敗仗。2021年，韓國的SEMES強勢崛起，超越日本企業(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(shí)期，三星一口氣投資了十幾家材料公司，希望在材料環(huán)節繞開(kāi)日本。 另一個(gè)有趣的現象是，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(xué)、材料學(xué)等領(lǐng)域長(cháng)期耕耘的贊譽(yù)，日本產(chǎn)業(yè)界卻對這一成就評價(jià)復雜。 湯之上隆一邊高度認可材料環(huán)節的強勢地位，但一邊稱(chēng)日本對韓國的斷供“極其愚蠢”。另一位學(xué)者西村吉雄則在《日本電子產(chǎn)業(yè)興衰錄》中說(shuō)，日本芯片產(chǎn)業(yè)衰落的原因之一，就是做了太多基礎研究，反而忽視了應用和模式層面的創(chuàng )新。 日本的半導體材料常常是一個(gè)被輿論神化的產(chǎn)業(yè)，它實(shí)際上并不復雜，但也沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。 卡脖子 對韓國芯片公司而言，日本的貿易制裁，其威力不亞于往京畿道工廠(chǎng)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(gè)念起來(lái)有些費嘴的化學(xué)物質(zhì)，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(wú)貨可出的窘境。 但對三星等韓企來(lái)說(shuō)，更棘手的其實(shí)是另外兩件“戰略核武器”。 第一件是EUV光刻膠，打擊目標是韓國半導體的“未來(lái)”。 光刻膠是光刻工藝的關(guān)鍵材料，而光刻又是芯片制造的核心工藝。目前最先進(jìn)的光刻工藝是EUV（極紫外線(xiàn)），用于生產(chǎn)7nm以及更先進(jìn)制程的芯片。 過(guò)去幾年，三星一直在努力迭代自研的手機處理器Exynos，即便三星自己擁有7nm和5nm制程工藝，但也繞不開(kāi)光刻膠這一環(huán)。此時(shí)，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(chǎng)上的DRAM產(chǎn)品仍在努力逼近10nm制程，尚且用不上EUV光刻這樣的先進(jìn)技術(shù)；但未來(lái)DRAM的制程大概率會(huì )提升至5nm，這便踏進(jìn)了EUV光刻的領(lǐng)域。 相比之下，第二把利器殺傷力更甚。這款名叫高純度氟化氫的材料，足以扼住韓國半導體的“現在”。 氟化氫是一種清洗用的化學(xué)材料。清洗工藝能夠去除芯片生產(chǎn)所帶來(lái)的雜質(zhì)，是影響芯片品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節。生產(chǎn)一款芯片大概需要500至1000個(gè)步驟，其中大約10%的步驟都得用到氟化氫進(jìn)行清洗，堪稱(chēng)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(wú)法生產(chǎn)，能否開(kāi)展日常業(yè)務(wù)都將打上一個(gè)問(wèn)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，先是跑去WTO伸冤打官司，與此同時(shí)，政府牽頭大搞國產(chǎn)替代，一口氣投入了6萬(wàn)億韓元的預算，三星也跟著(zhù)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)成功研發(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(diǎn)提及了上述成就。 然而，故事的走向卻沒(méi)有發(fā)生太多逆轉：直到如今，日本依舊高度壟斷著(zhù)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(zhì)有關(guān)：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(gè)制造商都有各自的理解和流程。因此，關(guān)于氟化氫的使用，實(shí)際上有稀釋、與氯化氫混合、與過(guò)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(zhuān)門(mén)定制。 另一方面，大多數產(chǎn)品的理論原理和工藝技術(shù)都是公開(kāi)的，但選材與配比的數值，甚至生產(chǎn)車(chē)間合適的溫度和濕度，都需要漫長(cháng)的實(shí)驗才能得到最佳結果。材料的非標特質(zhì)，會(huì )帶來(lái)兩方面影響： 一，企業(yè)難以輕易更換解決方案以及相關(guān)供應商，一旦合作就是長(cháng)期綁定。 在這方面，日本自己就吃過(guò)虧。1999年，日立和NEC兩家龍頭企業(yè)合資成立了存儲企業(yè)爾必達，準備向領(lǐng)跑的三星發(fā)起進(jìn)攻。但在公司成立的頭兩年，卻爆發(fā)了嚴重的生產(chǎn)問(wèn)題，市場(chǎng)份額也迅速下跌，而“罪魁禍首”之一正是日立和NEC的清洗方案不兼容。 因此，哪怕韓國企業(yè)自研出了高純度氟化氫，依舊不能立刻擺脫日企的壟斷，最快也需要至少1年時(shí)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(xiàn)。 “有國產(chǎn)材料”和“用國產(chǎn)材料”，實(shí)際上是兩件事。 二，非標材料的制造工藝多且繁雜，甚至存在部分只可意會(huì )不可言傳的隱性知識，需要企業(yè)有長(cháng)期相關(guān)的積累。在這方面，向來(lái)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(shū)中寫(xiě)道：日本半導體材料的競爭力核心，正是日本獨特的匠人文化。 不可否認，這種“一生做好一件事”的匠人文化，確實(shí)在氟化氫這類(lèi)具備延續性的領(lǐng)域頗有成效。氟化氫技術(shù)的迭代，本質(zhì)是不斷提升純度，將小數點(diǎn)后面的9越做越多的過(guò)程，主打一個(gè)精益求精。 韓國雖實(shí)現了氟化氫的國產(chǎn)化，但其純度只有99.99999999%（小數點(diǎn)后8個(gè)9），日本企業(yè)卻能做到小數點(diǎn)后10個(gè)9�？瓷先ハ嗖顭o(wú)幾，但如果乘上幾十上百道工序，最終結果會(huì )千差萬(wàn)別。 但問(wèn)題是，難道隔了個(gè)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(lái)解釋。 日本式的勝利 和半導體產(chǎn)業(yè)很多環(huán)節一樣，光刻膠誕生于美國，柯達、IBM曾是該市場(chǎng)的領(lǐng)跑者，但最終被日本產(chǎn)業(yè)化。 從上世紀80年代開(kāi)始，日本光刻膠產(chǎn)業(yè)突然火力全開(kāi)，最終將IBM斬于馬下。這一切的起點(diǎn)，始于一個(gè)至今仍被全球反復研究的項目——VLSI。 1976年，IBM研發(fā)新一代計算機的消息傳來(lái)，日本業(yè)界意識到1μm或更小工藝日趨臨近，深感時(shí)不我待的通產(chǎn)省集結了富士通、日立、三菱、東芝、NEC五家半導體公司，以及日本工業(yè)技術(shù)研究院、 電子綜合研究所和計算機綜合研究所三家機構，開(kāi)展了一個(gè)名為VSLI（超大規模集成電路）的追趕計劃。 VLSI最大的成就是DRAM芯片的突破，直接開(kāi)創(chuàng )了日本半導體的黃金年代。但實(shí)際上，VLSI項目共設有六個(gè)實(shí)驗室，除了三個(gè)搞產(chǎn)品研發(fā)的，還有專(zhuān)門(mén)負責攻堅半導體材料、光刻工藝以及封裝測試技術(shù)的團隊。其中第四實(shí)驗室的科研成果，就是負性光刻膠。 當時(shí)，隔壁的第五實(shí)驗室成功生產(chǎn)出了縮小投影型光刻裝置。由于材料和設備兩者互相強綁定，需要一同配套研發(fā)，這讓第四實(shí)驗室的光刻膠研發(fā)掃除了最大的障礙。 VLSI最大的成果，實(shí)際上是通過(guò)市場(chǎng)規模巨大的DRAM的突破，創(chuàng )造了一套國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈，擺脫了對美國的設備依賴(lài)。包括做材料的京瓷和住友，做光罩的TOPPAN，做封測的東京電子，和做光刻機的尼康。 1990年代，KrF開(kāi)始成為光刻膠的主流路線(xiàn)。此時(shí)，尼康推出了全球首個(gè)實(shí)現商業(yè)化應用的KrF光刻機系統，隔壁的光刻膠企業(yè)趁勢追趕。從2000年開(kāi)始，隨著(zhù)光刻膠路線(xiàn)開(kāi)始往ArF和EUV轉向，日本又迅速和新任光刻機龍頭ASML建立了深度綁定，雙方配套研發(fā)、共同迭代。 由于和產(chǎn)業(yè)鏈的深度綁定，不論技術(shù)路線(xiàn)如何變化，日本光刻膠都有機會(huì )領(lǐng)跑[11]。 另一個(gè)推手則是日本產(chǎn)業(yè)界對基礎科研的極端重視。雖然大多數新技術(shù)都在日本產(chǎn)業(yè)化，但日本社會(huì )普遍不滿(mǎn)足于生產(chǎn)制造環(huán)節的成功，尤其是以貝爾實(shí)驗室為代表的大公司研究院模式，更是被日本反復學(xué)習效仿。 彼時(shí)，日本主流思潮認為：如果能在基礎科學(xué)上也保持領(lǐng)先，日本將長(cháng)期立于不敗之地[12]。 1990年代后，日本經(jīng)濟陷入長(cháng)期衰退，日本官方再次下場(chǎng)，希望通過(guò)對基礎研究的投入復蘇半導體產(chǎn)業(yè)。1995年，日本出臺了《科學(xué)技術(shù)基本法》，并計劃此后每年往科學(xué)領(lǐng)域投入4萬(wàn)億至5萬(wàn)億日元。 2001年，日本政府提出，希望到2050年，日本能誕生30個(gè)諾貝爾獎。此后20年，日本足足有16人獲得了三大自然科學(xué)類(lèi)諾貝爾獎，位居全球第三，其中6個(gè)屬于和半導體材料強相關(guān)的化學(xué)領(lǐng)域。 依靠在基礎科研上的長(cháng)期投入，日本一直維持著(zhù)半導體材料市場(chǎng)的霸主地位，并且將領(lǐng)先蔓延到了動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)。2019年，吉野彰獲得了諾貝爾化學(xué)獎，他的一大成就是發(fā)現了鋰電池負極材料，日本企業(yè)則是該領(lǐng)域的領(lǐng)跑者之一。另外，松下也是動(dòng)力電池最主要的生產(chǎn)商之一。 但讓日本產(chǎn)業(yè)界始終難以介懷的是，與半導體材料的凱歌高奏相反，日本的傳統優(yōu)勢項目存儲、面板、芯片制造等環(huán)節，卻始終止步不前，成為了電子產(chǎn)業(yè)黃金年代中尷尬的旁觀(guān)者。 得到的與失去的 2023年3月，韓國總統尹錫悅出訪(fǎng)日本，宣告自2019年開(kāi)始的日韓貿易戰結束。韓國不少聲音認為，尹錫悅已經(jīng)舉白旗投降——因為爭端源頭是歷史遺留問(wèn)題催生的民族矛盾，但他上臺后卻對這些問(wèn)題閉口不談，更主動(dòng)對日本示好，無(wú)疑是“滑跪”的體現。 然而湯之上隆并不這么認為。他公開(kāi)表示，制裁正在親手摧毀日本的氟化氫產(chǎn)業(yè)，堪稱(chēng)“歷史性的愚策”，因為日本同樣高度依賴(lài)韓國市場(chǎng)。 事實(shí)也是如此，日本財務(wù)省統計的出口數據顯示，2011年之后，韓國一直是日本氟化氫的最大出口國，并占據了總出口量的90%以上。由于氟化氫難以輕易替換，一旦合作便是長(cháng)期綁定；但反過(guò)來(lái)說(shuō)，一旦三星鐵了心要搞國產(chǎn)替代，日本氟化氫也會(huì )失去最主要的收入來(lái)源。 而這種影響已經(jīng)開(kāi)始出現。2019年之前，日本氟化氫的對韓出口量大約在每月3000噸左右。此后，日本雖然解除了出口限制，但直到2023年年初，這個(gè)數字依舊只有約500噸[15]。 這種“傷敵一千，自損一千二”的現象，反映了整個(gè)半導體材料行業(yè)的尷尬處境：戰略?xún)r(jià)值大，但戰術(shù)價(jià)值小。 材料雖是芯片生產(chǎn)的必需品，但市場(chǎng)規�！皟H有”643億美元（2021年），相比之下，日本人失去的存儲和面板市場(chǎng)，規模都高達1600億美元和1300億美元（2021年）。這還沒(méi)算上曾是日本傳統優(yōu)勢項目——被蘋(píng)果、高通、英偉達等公司占據的消費電子市場(chǎng)。 因此高情商的說(shuō)法是，幾百億規模的半導體材料，足以影響下游上萬(wàn)億規模的電子市場(chǎng)；但低情商的說(shuō)法是，市場(chǎng)規模也就這么大。 這也是日本產(chǎn)業(yè)界無(wú)法釋?xiě)训脑颍合啾人麄兪サ拇鎯�、面板、芯片制造和消費電子市場(chǎng)，材料領(lǐng)域的霸權實(shí)在是太微不足道了。 在《日本電子產(chǎn)業(yè)興衰錄》一書(shū)中，對于日本政府和企業(yè)在科研上的大手筆投入，作者西村吉雄非但不覺(jué)得驕傲，反而認為對科研的癡迷導致日本半導體公司錯過(guò)了1990年代電子產(chǎn)業(yè)的轉型大潮。他提出了一個(gè)很有代表性的觀(guān)點(diǎn)：日本公司很擅長(cháng)研究“怎么做”，卻疏于判斷“做什么”。 西村吉雄認為，基礎科學(xué)固然重要，但日本對此有些過(guò)度迷信，把“創(chuàng )新”與“技術(shù)突破”混為一談。在書(shū)中，他通過(guò)英特爾的例子來(lái)論證，其成功恰恰不是依賴(lài)于科學(xué)研究，而是打造了“技術(shù)封閉+標準開(kāi)放”的生態(tài)，任何開(kāi)發(fā)者都可以基于x86架構與Windows系統開(kāi)發(fā)軟件，最終成為了消費電子時(shí)代的霸主。 微處理器（CPU）等邏輯半導體的出現，其實(shí)和基礎科學(xué)的進(jìn)步無(wú)關(guān)，更多是受到了市場(chǎng)需求的推動(dòng)。日本對基礎科學(xué)的癡迷，最終導致它與一個(gè)千億美金的市場(chǎng)失之交臂。 后來(lái)，湯之上隆又在《失去的制造業(yè)》里補充了一個(gè)生動(dòng)鮮活的案例： 被三星打到破產(chǎn)的爾必達，其實(shí)在技術(shù)上遠遠超過(guò)三星。比如爾必達的512M DRAM的良品率可以達到98%，三星只有83%，但問(wèn)題是，把成品率從80%提高到95%需要付出巨大的成本。相比三星2005年30%的利潤率，爾必達只有3%。 2008年，行業(yè)進(jìn)入下行周期，三星故意擴產(chǎn)進(jìn)一步壓低價(jià)格，爾必達虧到親媽不認。在破產(chǎn)的發(fā)布會(huì )上，CEO坂本幸雄仍然念叨著(zhù)“爾必達技術(shù)世界第一”。 湯之上隆在《失去的制造業(yè)》中總結了日本強勢產(chǎn)業(yè)的幾個(gè)特點(diǎn)，其中最重要的一點(diǎn)是：日本公司擅長(cháng)在一條長(cháng)坡厚雪的賽道做持續的創(chuàng )新，而不善于面對頻繁的技術(shù)變化。 前者的代表是燃油車(chē)、鋰電池和半導體材料這類(lèi)“干中學(xué)、學(xué)中干”色彩強烈的產(chǎn)業(yè)，后者則是他們失去的存儲和面板。無(wú)論是市場(chǎng)地位、公司營(yíng)收，還是創(chuàng )造的利稅、崗位與附加值，半導體材料都無(wú)法和后者相比擬。 尾聲 20世紀80年代，西方世界對東亞經(jīng)濟騰飛的解讀仍以新自由主義為底色，日本政府頗有微詞，豪擲120萬(wàn)美元考察費，邀請世界銀行專(zhuān)家“客觀(guān)分析”日本模式成功的原因。1993年，世行出版了針對東亞后發(fā)經(jīng)濟體的研究報告《東亞奇跡》，扭扭捏捏的承認了“政府主導產(chǎn)業(yè)升級”的益處。 報告發(fā)表一年后，美國經(jīng)濟學(xué)家保羅·克魯格曼(Paul Krugman)在《外交雜志》上潑了一盆冷水，稱(chēng)日本“并非經(jīng)濟奇跡的典型”，亞洲四小虎更是紙老虎：“亞洲的繁榮是高投入創(chuàng )造的數量增長(cháng)，而非效率提升，建立于浮沙之上，遲早會(huì )幻滅 �！� 1980年代也是日本產(chǎn)業(yè)界自我反省的高峰期，日本人認為，自己不應該滿(mǎn)足于將誕生于美國技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，而是應該效仿美國企業(yè)設立研究院，在基礎科研上百尺竿頭更進(jìn)一步，在下一次技術(shù)浪潮中拔得頭籌。 直到今天，日本企業(yè)的科研投入仍保持在全球一線(xiàn)梯隊：2019年，日本企業(yè)的研發(fā)投入占該年度GDP的3.51%，位居全球第三[13]。 陰差陽(yáng)錯的是，在長(cháng)久的經(jīng)濟衰退中，日本的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)被韓國、中國大陸和臺灣地區瓜分殆盡，在日本人眼里，產(chǎn)業(yè)上游的霸權地位，更像是某種體面的撤退。 日本在半導體材料上的霸權依然穩固，但他們更加在意的是，夏普的龜山屏、東芝的Dynabook和索尼的Walkman，曾一次又一次驚艷過(guò)世界。 基礎科研與所謂“應用創(chuàng )新”，本質(zhì)上并無(wú)高低優(yōu)劣之分，長(cháng)周期高投入的科研與商業(yè)利益的平衡從來(lái)都難以取舍。但歸根結底，創(chuàng )新的目的不是為了卡誰(shuí)的脖子，而是通過(guò)提高定價(jià)權獲得更高的產(chǎn)業(yè)附加值，繼而通過(guò)高收入崗位的創(chuàng )造與財富再分配，改善更多普通人的生活。 參考資料： [1] 衆議院 2021年06月01日 科學(xué)技術(shù)特別委員會(huì ) #04 湯之上�。▍⒖既� 微細加工研究所所長(cháng)），Youtube [2] 半導體製造裝置と材料、日本のシェアはなぜ高い？～「日本人特有の気質(zhì)」が生み出す競爭力，湯之上隆 [3] 日本の前工程裝置のシェアはなぜ低下？～歐米韓より劣る要素とは，湯之上隆 [4] 國產(chǎn)半導體光刻膠野望，半導體行業(yè)觀(guān)察 [5] 電子化學(xué)品系列報告之一：光刻膠國產(chǎn)替代迎來(lái)良機，太平洋證券 [6] 光刻膠：半導體產(chǎn)業(yè)核心卡脖子環(huán)節，國內廠(chǎng)商蓄勢待發(fā)，浙商證券 [7] 日韓経済戦爭の泥沼化、短期間でフッ化水素は代替できない，湯之上隆 [8] Dongjin Semichem localizes EUV photoresist，ET News [9] 失去的制造業(yè)：日本制造業(yè)的敗北，湯之上隆 [10] 韓國宣布國產(chǎn)高純度氟化氫成功，日本時(shí)隔半年重啟出口，快科技 [11] 大國產(chǎn)業(yè)鏈，中金公司研究部 [12] 日本電子產(chǎn)業(yè)興衰錄，西村吉雄 [13] 日本企業(yè)科技創(chuàng )新情況及相關(guān)案例研究，科情智庫 [14] 日本：被罵出來(lái)的諾貝爾獎，世界靈敏度 [15] 安倍內閣と経産省が半導體材料産業(yè)の一角を破壊した…韓國への輸出規制は歴史的愚策，湯之上隆 [16] Chip supplier says China will struggle to develop advanced technology，Financial Times |
