當時日本的半導體設備大多都是靠進口,但是對于索尼這樣的小公司(當時還是很小的公司),沒有錢來購買設備,只能自己研發。日本半導體設備也經歷了和半導體一樣的發展,從無到有,再走向世界。這篇文章,就重點討論一下日本半導體設備是如何一步一步走向世界的。
在詳細的了解日本半導體裝置發展史之前,我想先說一下世界范圍的發展。
半導體產品在最初開始生產時,專用設備很少,因此產量有限,可以認為黎明時期的半導體僅限于“實驗室”產品。為了實現大規模量產化,人們開發了相關“具有量產性”的半導體設備,也就是專用的半導體制造設備。半導體產業興起于美國,最初半導體廠家也是以美國為主。1980年代,半導體設備廠家的TOP10如下:
其中雖然有些公司被兼并或者改名,但是我們可以看出,幾乎都是美國公司。因此,日本當時有很多商社,代理這些美國半導體設備公司的裝置。日本上榜的只有武田理研公司,是一家成立于1954年的半導體檢測設備的公司,現在已經改名為Advantest(愛德萬)。
之后日本半導體裝置進入大發展時期,進入1990年代,半導體設備廠家的排名就發生了巨大變化。
從排名的轉變可以看出日本半導體設備廠家地位愈發的重要,在光刻技術方面,尼康與佳能嶄露頭角。在1990年代,日本設備廠家與美國設備廠家的地位實際上已經逆轉。但是在這個時代,還不能稱作半導體設備全球化,因為無論在日本還是在美國,本國生產的設備都占據了本國使用量的75%以上。
進口設備全盛時代
1950年代~1970年代前半段,日本主要靠著進口外國半導體設備而發展本國半導體產業的。如之前文章的介紹,日本半導體起源于美國的技術。1948年10月份,日本東北大學電氣通信研究所所長渡邊寧教授與通產省工業技術院電氣實驗所的駒形作次為中心,聯合大學教授、東芝、日本電氣以及日立制作所的技術人員,開始了關于半導體相關的討論會。1951年,日本電氣通信省(后來的NTT)武藏野通信研究所研發成功最初的點接觸型晶體管。之后,許多研究者開始改善晶體管性能,當時的設備幾乎都是自己生產。
之后,各個企業都為了晶體管工業化進行準備,其中也包括東京通信工業(后來的索尼)。日本公司想要生產,必須與美國公司簽訂專利合同,于是就出現了各家公司搶占簽訂專利的事情(之前的文章有描述)。日立制作所與RCA,日本電氣與GE,三菱電機與WHE簽訂技術合作協議。但是東京通信工業僅僅與貝爾研究所簽訂專利合約,卻在1954年搶先量產了晶體管。東京通信工業的生產裝置,幾乎都是自己生產的,其實在當時,不僅僅是東京通信工業,上述的許多廠家也都著手了自己研發半導體生產設備的生產。
進入1950年后半段,日本半導體廠家開始偏向于進口美國設備,因為美國設備的技術成熟,主要設備進口以丸紅、日商巖井、兼松、住友商事等綜合商社等為主體進行。
比如日商巖井,從1960年開始就著手進口Kulicke and Soffa Industries(庫力索法工業,美國公司)的焊線機以及掩模板制造設備等;兼松在1965年成為GCA的掩模版設備總代理,之后又取得PerkinElmer以及Applied Materials的總代理資格;日立制作所一直與RCA合作進口最先進的生產設備。除此之外,Fairchild以及TI等半導體設備企業,也會主動的將設備出口到日本銷售。
日本國產化的開始
美國設備大量進入日本以后,就面臨著一個重要的問題:售后服務。而美國企業并未在日本建立完善的售后服務體系,并且設備本身的使用壽命比較長,日本的半導體企業購買數量有限。在整體權衡之下,日本的許多公司開始著手自社開發半導體生產設備。
從1960年代開始,日本公司就沒有放棄設備國產化的任務。1957年~1960年,三池理化以及高橋精機開始著手將美國的設備國產化。但是這些設備并未取得量產,日本最早取得量產化的設備是組裝設備,是1958年~1963年由東京精密、海上電機以及新川等公司開發的。
晶圓處理工序的生產設備,在1965年以后急速國產化。
日本所采取的方法是成立合資公司,討論在日本生產的可能性。比如TEL公司,1963年以商社為起點,1964年開始進口美國Thermco公司的擴散爐,1968年與Thermco公司成立合資公司,開始在日本生產擴散爐;1967年,日本電氣與Varian Associates公司成立合資企業,開始在日本開發生產自動鋁線真空鍍膜設備以及濺射裝置等;1974年日本真空技術也與外國公司合作開發離子注入機。
在美國企業與日本企業大范圍合并潮流當中,使得日本半導體設備開發急速發展,而其中也少不了日本政府的大力支持。日本在1961年成立了“新技術開發事業團”的機構,其目的是以公有資金投資企業開發項目,是具有濃厚政府色彩的特殊法人。日立制作所在1968年研究開發離子注入設備時,就是受到了該機構的研發資金支持;日本真空技術,也是在日本通產省的補助金的支持下,于1962年成功研發出超高真空鍍膜裝置,1976年完成等離子CVD設備的開發。
超LSI技術研究組合共同研究所
超LSI技術研究組合所
1970年代,日本半導體設備國產化進程加快,許多企業相互之間也存在著競爭。同時隨著日本半導體設備在國際市場上的地位愈發的凸顯,就需要有一個能夠整合資源應對國際市場的機構,應運而生的就是超LSI技術研究組合共同研究所。1976年,在川崎的NEC中央研究所內成立了一個官民結合的結構,名字為超LSI技術研究組合共同研究所。很多人幾乎沒有聽說過該機構,因為這個機構只存在了4年而已。但是這種方式,卻被日本很好的保留下來。
在日本半導體發展歷史當中,個人覺得這種合作開發的理念,是日本能夠發展強大的精髓所在。所以我想著重的對超LSI技術研究組合共同研究所進行介紹,希望能夠借他國發展歷史,對國內現狀產生一些思考。
在上個世紀,日本政府也對本國半導體產業有自己的考慮,大致總結如下:
1966年~1971年開始“超高性能電子計算機開發”項目,由工業技術院主導;
1972年~1975年總共支出500億日元,其中IC相關是200億日元;
1975年~1979年成立超LSI技術研究組合共同研究所,花費的700億日元當中,有290億日元是來自日本通產省的補助金;
其實日本當時的主要目的是對標IBM的下一代計算機開發計劃,想要在未來占據市場以及技術的主導地位。
超LSI技術研究組合共同研究所的參加企業有東芝、日本電氣、日立制作所、富士通以及三菱電機5家公司。這5家公司設置共同研究所,總共派出大約100名技術人員,進行共同課題研究。
該機構的研究題目主要有下面六項:
- 微細加工技術;
- 結晶技術;
- 設計技術;
- 工程技術;
- 試驗評價技術;
- 硬件技術;
但是每家公司都有著不想外泄的信息資料,因此該機構主要主導的是在技術應用當中需要碰到基礎問題,選擇共同的領域進行共同開發。比如如何減少超LSI硅結晶的缺陷、如何生產大口徑且不會出現翹曲的晶圓等。將相互存在著競爭關系的公司聚集在一起,共同克服技術難題一事,可以說是史無前例的舉措。其實在半導體設備當中,當時能夠生產相關零部件或者總成的公司有限,幾乎采用的都是同樣的供應商體系,只是在設備投入產線以后,如何進行調整與優化,這才是日本每個公司核心競爭力。
這個機構最初成立之時,日本通產省做了大量的工作,將半導體公司與日本的半導體設備公司進行整合,規劃出研究方向。這樣的舉措,不僅僅強化了日本半導體產業的優勢,也大幅度增加了日本半導體設備的競爭力。雖然我不想過大的評價該機構對日本半導體進程的貢獻,但是可以說的是,這個機構的出現與1980年日本半導體產業站在世界之巔有著緊密的關系。
走向世界的日本半導體設備
1988年美國做了一個調查,當時美國市場上的半導體進口比例如下:
- 濺射裝置:68%
- 晶體管處理裝置:69%
- SEM:80%以上
- 切割裝置:75%
- 貼片裝置:80%
- 自動焊接機:81%
- 樹脂封止裝置:65%
原本是美國本土生產的設備占據主導地位的市場,被日本“撕開”了口子,上述的大部分設備都是來自日本一事已經毋庸置疑。
1980年代,隨著日本半導體設備走向美國,許多日本公司也開始建立美國子公司。TEL與美國公司合并,在美國本土設置TEL據點;佳能與Lam Research公司合作,成立QTI公司;索尼購買了MRC公司等。至此,日本半導體設備以及半導體產業,走向了全盛時期。