危机四伏的日本半导体设备

聚光灯开始照射到曾是日本衰落产业代表的半导体领域。「日本半导体产业将复兴」的舆论日益盛行。不过，我（汤之上隆）并不认同这种舆论，认为它会「复兴」的想法本身就是错误的（图 1）。

在 20 世纪 80 年代中期，日本曾经占据了半导体领域世界市场份额的 50%。当时，日本在半导体存储器 DRAM 领域几乎垄断了 80% 的全球市场份额。换句话说，80 年代中期的「世界市场份额 50%」主要来自 DRAM。

然而，在 90 年代，日本的 DRAM 市场份额迅速下降，到了 2000 年左右，除了日立制作所和 NEC 的合资公司尔必达外，日本退出了 DRAM 市场。而尔必达在 2012 年宣布破产，被美国美光收购。

日本半导体产业从 DRAM 撤退后，将焦点转向了逻辑半导体，用于计算等领域。然而，即使是逻辑半导体也遭受了严重打击。结果，日本半导体产业沦为了衰落产业。

在这种情况下，芯片代工公司台积电于 2021 年 10 月宣布在熊本设立工厂。此外，新公司 Lapidus 于 2022 年 11 月宣布计划在 2027 年之前量产 2 纳米的逻辑半导体，这些消息引起了日本半导体产业的广泛关注。

因此，形成了「日本半导体产业将复苏」的舆论。然而，台积电熊本工厂和 Lapidus 计划生产的不是在 20 世纪 80 年代中期曾经垄断 80% 市场份额的 DRAM，而是先进的逻辑半导体，这是过去并不强大的领域。

因此，当前在日本出现的热潮实际上不是「复苏」，而是对（迄今为止相对较弱的）逻辑半导体的新挑战。那么，这个挑战是否会成功呢？

半导体热潮的起源

2020 年，疫情在全球蔓延，2021 年全球半导体短缺，导致汽车和其他产品无法制造。因此，以汽车为核心产业的日本、美国、德国政府，要求台积电增加汽车用半导体产量。

半导体受到关注的契机就在这里。直到 2020 年一直忽视半导体的日本政府和经济产业省彻底改变了态度。经济产业省表示，危机感日益增强，如果照此发展下去，到 2030 年日本半导体产业的全球份额将降至 0%。结果，支持新建先进半导体工厂的修法于 2021 年 12 月 20 日在国会获得通过并成立。此后，基于这项修法，一系列半导体工厂的补助计划陆续公布（见图 2）。

那么，这一政策会增加日本半导体的市场份额吗？

日本半导体产业份额会增加吗？

首先，索尼和电装公司将对台积电进行资本参与。台积电的熊本工厂将承担 12/16 至 22/28 纳米逻辑半导体的代工生产，并获得日本政府提供的 4670 亿日元的补助。

然而，台积电熊本工厂并不会优先生产面向日本市场的半导体。此外，日本几乎没有专门从事设计的半导体制造商（通常称为「无晶圆厂」）。因此，即使台积电熊本工厂建成，日本的市场份额也不会显著增加。

接下来，美国 Micron 收购了陷入破产的尔必达，并为广岛工厂提供了总计 2465 亿日元的补助。然而，由于该工厂隶属于美国企业，即使在此生产 DRAM，对日本市场份额的贡献也可以说是严格意义上的 0％。

此外，铠侠和西部数据（WD）共同运营生产 NAND 闪存的四日市和北上工厂，将获得 929 亿日元。不过，西部数据似乎将收购 Kioxia。如果此次收购完成，四日市和北上工厂都将成为美国公民，因此那里生产的所有 NAND 都将在美国制造，对日本市场份额的贡献将为 0%。

最后，在 2022 年 11 月，Lapidus 宣布计划在 2027 年之前量产 2 纳米的逻辑半导体，并获得了总计 3300 亿日元的补助。然而，正如下文所述，Lapidus 要实现 2 纳米逻辑半导体的量产几乎是不可能的。因此，尽管对 Lapidus 提供了资金支持，但对日本市场份额的贡献仍然可以说是 0％。

为什么 Lapidus 无法量产 2nm

首先，2 纳米技术的开发需要约 500 名非常出色的工程师，而 2 纳米技术的量产则需要大约 1,000 名经验丰富的生产技术人员。这些 1,500 名超级精英工程师在日本难以找到，因此不太可能被 Lapidus 吸引到。

其次，2 纳米技术的开发和量产需要荷兰的 ASML 公司提供的唯一最先进的曝光设备 EUV。然而，Lapidus 要到 2024 年底才会引入 EUV 技术，而且可能无法熟练掌握。以下是这一观点的依据（见图 3）。

首先，处于技术前沿的台积电在 2018 年进行了约一百万次的 EUV（极紫外线）曝光实践，然后于 2019 年首次将 EUV 技术应用于量产。而正试图赶超台积电的三星电子则租用了大型 DRAM 生产线进行了约 30 万次的 EUV 曝光实践，但由于实践不足，产量不升反降。此外，美国英特尔于 2021 年引入了 EUV 技术，但到 2023 年仍未能熟练掌握。

考虑到这些先进半导体制造商普遍面临 EUV 技术的困难，可以认为 Lapidus 要精通 EUV 技术将会面临巨大挑战。

其次，目前在委托生产方面，没有半导体代工厂（Foundry）与 Lapidus 合作。代工厂通常是建立在已有委托生产需求的基础上的业务。例如，台积电每年从美国苹果公司获得委托，生产超过 2 亿个新款 iPhone 处理器，价格每个 100 美元以上。台积电在与客户签订委托生产合同之前，会进行开发和设备投资，以确保能够盈利。

然而，Lapidus 宣称要在 2027 年量产 2 纳米的逻辑半导体，但目前没有任何委托生产的合同或计划。因此，可以说 Lapidus 并未理解代工厂的本质。

综上所述，由于上述原因，Lapidus 可能无法实现 2 纳米逻辑半导体的量产。因此，日本的逻辑半导体新挑战可能会以失败告终。那么，日本应该采取什么行动呢？

日本在全球半导体产业中的作用

在 2021 年 6 月 1 日向众议院发表的声明中，作者认为首要政策应该是「让强者变得更强」。「强的东西」是制造设备和材料。

在半导体材料领域，日本在制造半导体芯片所需的材料基板——硅晶圆、感光材料（光刻胶）、各种 CMP 研磨液、各种化学药剂等方面拥有非常高的市场份额（见图 4）。此外，在设备方面，虽然不是全部，但在光刻胶涂布显影设备、热处理设备、片式清洗设备、批量清洗设备和测长电子显微镜（CD-SEM）等领域，日本的市场份额也很高（见图 5）。

因此，日本在设备和材料领域拥有很高的市场份额，为全球半导体产业发挥着极其重要的作用（见图 6）。

韩国拥有三星电子和 SK Hynix，已经成为半导体存储大国。中国台湾拥有全球份额约 60% 的台积电，已经成为逻辑半导体领域的全球基础设施。此外，中国大陆吸收了全球三分之一以上的半导体，鸿海集团的大型工厂生产 PC、智能手机和各种家电产品。

在这种背景下，日本将设备和材料出口到韩国、中国台湾、大陆以及欧美。换句话说，全球半导体产业在没有日本的设备和材料的情况下无法维持运转。然而，日本的设备产业正面临着危机。

日本设备业危机

如图 7 所示，地区设备份额的情况表明，直到大约 2010 年，日本一直在与美国争夺设备市场份额的领先地位。然而，自 2012 年以来，日本的市场份额急剧下降，到 2022 年已降至不到美国市场份额的一半，仅为 24％。

分析这一情况的原因，发现在过去的 10 年中，几乎所有设备的市场份额都在下降。这是一个非常严重的问题，似乎不容易解决。

在这种情况下，已经很难再说「日本的制造设备很强大」。而且，如果市场份额持续下降，日本将很难继续向全球提供设备。目前的情况非常危机四伏。如果现在不采取行动，日本的设备产业可能会走上与半导体存储器产业相同的道路。因此，不应该将大量资金投入到无法带来成果的 Lapidus 这样的项目中。