你不一定知道的日本半导体设备实力

来源：内容由公众号半导体行业观察（ID:icbank）

随着东芝存储被美国贝恩资本收购，松下宣布退出半导体业务，日本在半导体芯片领域可以说基本上全盘失败。虽然日本半导体业市占呈下滑趋势，但其在设备领域对全球影响力仍不容小觑。你知道在2004年前，尼康曾占据光刻机市场超过50%的市场份额，被誉为“设备业界王者”吗？在全球市占超过50%的半导体设备种类当中，日本就有10种之多。在电子束描画设备、涂布/显影设备、清洗设备、氧化炉、减压CVD设备等重要前端设备、以划片机为代表的重要后道封装设备和以探针器为代表的重要测试设备环节，日本的设备企业几乎处于垄断地位。半导体设备可分为晶圆处理设备、封装设备、测试设备和其他设备，在整个半导体设备市场中，晶圆制造设备大约占整体的80% ，封装及组装设备大约占7% ，测试设备大约占9% ，其他设备大约占4% 。而日本的大大小小不同的半导体设备厂商为全球提供了大约37%的半导体设备。广为人知的巨头根据美国半导体产业研究公司VLSI Research发布的2018年全球半导体出产设备厂商的排名中，在排名前15位的公司中，按地区划分，美国制造商有四家，欧洲制造商两家，韩国和中国各一家。日本制造商是东京电子（TEL）第三， Advantest第六， SCREEN第七， KOKUSAI ELECTRIC位居第9位，日立高新科技位居第10位， Daifuku位居第14位， Canon位居第15位。可以说日本企业在半导体出产设备业界的实力是有目共睹的。

2018年全球15大半导体制造设备制造商。销售单位为百万美元（来源：VLS IResearch） 1963年以代理贸易起家的东京电子（简称东电），可谓是日本半导体设备国产化的见证者。东电曾先后作为Fairchild、英特尔、KLA、AMD等半导体厂商在日本的设备代理商。其实东电正是进军半导体设备领域是在1968年，这一年，东电与美国Thermco Products Corp合资成为TEL-Thermco Engineering ，并开始在国内生产扩散炉，东电也成为了日本第一家半导体设备制造商。在合资取得美国的先进技术之后，东电于1976年开发出了世界上第一台高压氧化炉， 1986年其生产的第一台立式扩散炉发货，根据VLSI Research公司数据， 1989年东电的半导体制造设备营收额突破6亿美元，登顶第一的宝座，并连续三年蝉联冠军。此后的十几年，东电不断扩充产品线。 1993年东电开始销售FPD生产设备涂布机/显影机， 1994年首批单晶片CVD系统问世， 2000年交付了1000台涂布机/显影机“ CLEAN TRACK ACT 8” ， 2006年第1万台立式热处理设备开始发货， 2007年晶圆探测器的出货量达到2万台， 2009年东电收购瑞士欧瑞康太阳能，进入光伏（PV）生产设备业务（不过2014年退出该项业务）。东电的产品几乎覆盖了半导体制造流程中的所有工序，主要产品包括：涂胶/显影设备、热处理成膜设备、干法刻蚀设备、沉积设备、清洗设备，封测设备。其中涂胶/显影设备在全球占有率达到87% ，在FPD制造设备中，刻蚀机占有率达到七成。从 2015财年开始，半导体制造已经成为东电发展的核心业务，占公司总营收90%以上。爱德万测试也是一家老牌设备企业。 1954年武田郁夫在东京的板桥区成立了爱德万测试Advantes ，当时称为武田Riken Industries 。爱德万测试的主要产品包括自动化测试设备、SoC测试系统、内存测试系统、机电一体化测试系统等。爱德万测试可以说开创了日本测试界的的先河，研发出了多个“第一款”测试设备：日本第一款电子计数器TR-124B、第一台振动电容超低电流静电计TR-81、第一台计算机控制的IC测试设备、第一台测试仪LSI测试系统T-320/20 ，其1976年推出的T310 / 31作为全球唯一的生产DRAM测试仪而在全球获得成功。新产品的全面开花，使得爱德万测试踏进了多个领域。 1979年爱德万测试推出了数字频谱分析仪TR-9305 ，标志着该公司进入了音频/振动分析市场；1983年TR-4511的推出助其打入了信号源市场；1986年推出了包括TQ8345频谱分析仪在内的16款光学测量仪器，爱德万测试成功进驻光学通信市场；1992年，通过推出业界最高分辨率的LCD驱动器测试系统G4350（用于研发）和G4310（用于批量生产），进入LCD测试市场；2000年发布用于数码相机的CCD传感器的T8531图像传感器测试系统，重新进入图像传感器测试市场；2003年推出T7721先进的混合信号测试系统，进入汽车设备市场；2005年进入掩模CD-SEM业务；2013年收购美国公司W2BI.COM ，进入无线系统级测试市场。除此之外，爱德万测试的多款产品广受业界采用，为其攻占市场份额立下了很大功劳。 1981年爱德万测试推出的TR-4172多功能“智能频谱分析仪” ，被通信设备制造商广泛采用。 1983年其用于通信和消费类LSI测试的模拟测试系统T3700系列以及用于CCD图像传感器测试的T3155的推出，拓宽了爱德万测试在半导体测试设备市场的份额。到1985年，爱德万测试便成为全球领先的半导体测试设备提供商。目前，公司在存储器测试设备市场拥有50%以上的市场份额。迪恩士（SCREEN）是世界上唯一生产线图像制版器材、电子原件制造设备的综合制造厂商，创立于1943年，其根源可追溯到1868年。成立之初的SCREEN目的是建立他们原始的玻璃幕布业务，直到1974年开始扩展到电子领域。 1975年开发出晶圆刻蚀机， SCREEN正式开启半导体设备制造之路。从半导体生产设备开始，生产线不断向晶圆清洗设备、测量、晶圆图案检查以及直接成像系统蔓延。尤其是在晶圆清洗领域， 2009年SCREEN在单晶圆清洗系统中获得了全球60％以上的份额，在涂布机/显影机，湿法蚀刻机和抗蚀剂剥离剂的LCD制造设备市场上赢得了2008年全球最大的份额。在图案检查和液晶制造设备行业也拥有龙头地位。 KOKUSAI ELECTRIC的前身是日立国际电气，于2017年底作为非核心业务出售给了私募股权基金Kohlberg Kravis Roberts（KKR），从而离开了日立集团。 2019年7月，应用材料宣布将以22亿美元现金从KKR手中收购Kokusai 。制造半导体的最重要阶段是通过沉积和热处理形成薄膜。 KOKUSAI电气公司拥有一种新颖的下一代沉积技术——平衡控制沉积(BCD) ， BCD技术为先进的小型几何设备提供更低的温度处理和更严格的过程控制，同时保持非常高的生产力。 KOKUSAI电气公司生产的半导体制造设备利用了那些接近物理极限的世界一流的薄膜形成技术，例如10nm微制造技术，为快速发展的晶圆厂设备市场提供服务。日立高新科技的历史可追溯到1940年， 2001年日立仪器集团和半导体制造设备集团合并后，公司名称更改为日立高科技公司。在半导体设备领域，主要生产干蚀刻系统和CD-SEMI和缺陷检查系统。这些设备广泛应用于大规模集成电路、功率器件和声表面波滤波器、CMOS图像传感器、微机电系统和其他（硬盘和平板显示器）。大福集团创于1937年，最早生产气锤、锻压加工机，随着日本经济的复兴与发展，开始涉足物料运输及管理物流。大福的洁净室存储、搬运系统被广泛应用于半导体、液晶等平板显示器制造行业，在许多世界著名企业均有销售。佳能成立于1937年，原名为精机光学工业株式会社， 1984年，佳能推出首款步进式光刻机（stepper）， 2011年，佳能推出第一款用于后道的步进式光刻机FPA-5510iV ，正式进入先进封装领域的光刻市场。 2016年，佳能推出更高分辨率和高套刻精度步进式光刻机FPA-5520iV ，能满足扇出型晶圆级封装（FOWLP）工艺的严格要求， FPA-5520iV目前已投入FOWLP量产、下一代精细重布线层（fine-RDL）和FOWLP研发。佳能的FEOL（生产线前道工序）产品阵容强大，包括深紫外光（DUV）扫描式光刻机FPA-6300ES6a和I线步进式光刻机FPA-5550iZ2 ，得益于其高生产率和低成本的优势而受到存储器制造厂商的青睐。佳能的关键优势之一是产品覆盖半导体前道市场和半导体后道市场，产品组合广泛。加上在前道技术开发过程中积累了宝贵的经验，在开发后道产品时可借鉴早期平台研发的经验，并利用经过验证的专有光学制造技术，不断改进光刻系统的性能。尼康成立于1917年，最早通过相机和光学技术发家， 1980年开始半导体光刻设备研究， 1986年推出第一款FPD光刻设备，如今业务线覆盖范围广泛。 2004年之前，尼康占据光刻机市场超过50%的市场份额，被誉为“设备业界王者” 。但后来再关键技术路线上选择错误，使得一众客户倒戈AML ，尼康从光刻机王者宝座跌落。尼康虽然在芯片光刻技术上远不及ASML ，目前的产品还停留在ArF和KrF光源，且售价也远低于ASML ，和EUV更加难以相提并论。但在FPD光刻方面，尼康优势凸显，尼康的机器范围广泛，从采用独特的多镜头投影光学系统处理大型面板到制造智能设备中的中小型面板，提供多样化的机器。 “小”公司实力超群除了上述大企业以外，日本在小企业的在半导体设备领域发展也很不错，光罩检测领域的laserTec、OLED真空蒸发设备的佳能Tokki、积极开发EUV光刻技术的Gigaphoton、专注半导体前后制程设备的Shibaura ，以及作半导体自动化设备的Muratec和电子光束光刻的JEOL在各自的领域都小有所成。 1960年内山靖（Yasushi Uchiyama）成立了东京ITV实验室，从事X射线电视开发。 1962年NJS公司成立并开始探索除X射线电视之外的广泛技术开发。 1976年NJS开发并发布了世界上第一个LSI光掩模检测系统。 1986年NJS公司更名为Lasertec公司， Lasertec核心业务的掩模检验系统和掩模坯料检验系统，还提供各种晶圆检验和测量设备，例如光刻工艺检验系统和涂层厚度不均匀检验系统。 Lasertec提供的最先进的掩模检测系统，可促进FPD技术的创新。佳能Tokki公司成立于1967年， 2010年，佳能收购Tokki Corporation ，以扩大其OLED制造设备业务。 OLED真空蒸发设备佳能Tokki主要为OLED市场和薄膜PV市场生产真空处理设备和工厂自动化系统。佳能Tokki于1999年开发了第一个OLED批量生产系统，该系统通过一个系统处理OLED /电极材料的沉积和封装。在OLED蒸镀机方面，佳能Tokki更是几乎垄断。 Gigaphoton成立于2000年， Gigaphoton一直在积极开发极紫外（EUV）光刻技术，其前身是小松公司，小松激光技术的历史可以追溯到1980年。小松公司于1985年推出了日本第一台准分子激光器单元KLE-630 ， 1987年推出了世界上第一台用于半导体光刻工艺的准分子激光器单元KLE-630S 。 2004年底， Gigaphoton推出了新的ArF准分子激光模型GT40A ，该模型具有注入锁定谐振器，可以满足沉浸式ArF光刻工艺的要求。如今， Gigaphoton的激光光源已被包括日本在内的亚洲大多数半导体制造商采用，并在欧洲和美国也得到了迅速的接受。 Shibaura历史可追溯到1939年，主要生产半导体前工程以及后工程制造设备、FPD前工程以及后工程制造设备、真空应用制造设备、激光设备等。不同于多数半导体设备厂，很难兼顾前、后段领域， SHIBAURA两大前后制程都可以兼顾，且都有很好的成绩。其Flip Chip Bonder更是全球最大品牌，市占率遥遥领先对手。美村（muratec）的前身是村田，村田机械创业于1935年，是日本具有代表性的机械厂商。从发明空气捻接器以来，以占有世界第一市场分额的自动络筒机等纤维机械为首，先后广泛涉入了机床、信息设备、物流设备、面向液晶工厂/半导体工厂的自动化设备等领域。 JEOL成立于1949年，前身是日本电子光学实验室有限公司。 JEOL已在三个领域开展业务：科学和计量仪器，工业设备，医疗设备。工业设备中，其半导体设备主要有电子束光刻系统（可变形状电子束光刻），电子束光刻系统（点束光刻）。 1967年其JEBX-2A电子束光刻系统完成， 1982年其JEPAS-1000电子束计量仪器完成。日本半导体设备何以崛起？日本半导体设备的崛起，离不开日本芯片产业的基石。从1955年索尼开始造半导体收音机开始，日本半导体产业起步。此后存储一度成为日本的第一产业，尤其是DRAM 。日美芯片大战后，日本半导体芯片奠定了在全球的江湖地位，配套的日本半导体材料和设备也得以快速崛起。日本芯片产业上演了“一人得道鸡犬升天”的大戏。另外，随着日本本土半导体企业不断更新设备，驱使设备厂商不断提升技术，再加上日本政府领导的“官产学”一体化研发，政策大力支持。技术和市场驱动两条腿走路，两者相辅相成使得日本得以在设备领域玩得风生水起。 1975年之前，日本的半导体制造装备基本从国外进口；但到了1980年代初， 70%以上的半导体制造装备日本已经实现国产化。总体来说，日本目前在半导体设备方面的竞争优势，既是全球半导体产业优胜劣汰的结果，也是日本的工匠精神与市场结合的产物，正如上文提到的诸多具有悠久历史的设备企业，经过了数十载岁月的打磨，未来在相当长的时间内，日本在设备领域仍会保持优势。