日本半导体发展史:日本半导体设备如何由弱变

 新闻资讯     |      2020-06-20 14:02

在之前的文章当中,我们从终端产品的变迁,讨论了日本半导体产业的发展。从最开始的真空管开始,到晶体管,再到闪存,这一路走来是日本人对半导体领域的探索与发现。想要生产产品,就必须要有生产产品的设备,而日本并非一开始就有设备。索尼最初生产晶体管时,也是岩间和夫亲自到美国,通过一封封信来告诉日本的技术员如何自己生产设备。

当时日本的半导体设备大多都是靠进口,但是对于索尼这样的小公司(当时还是很小的公司),没有钱来购买设备,只能自己研发。日本半导体设备也经历了和半导体一样的发展,从无到有,再走向世界。这篇文章,就重点讨论一下日本半导体设备是如何一步一步走向世界的。

半导体产品在最初开始生产时,专用设备很少,因此产量有限,可以认为黎明时期的半导体仅限于“实验室”产品。为了实现大规模量产化,人们开发了相关“具有量产性”的半导体设备,也就是专用的半导体制造设备。半导体产业兴起于美国,最初半导体厂家也是以美国为主。1980年代,半导体设备厂家的TOP10如下:

其中虽然有些公司被兼并或者改名,但是我们可以看出,几乎都是美国公司。因此,日本当时有很多商社,代理这些美国半导体设备公司的装置。日本上榜的只有武田理研公司,是一家成立于1954年的半导体检测设备的公司,现在已经改名为Advantest(爱德万)。

之后日本半导体装置进入大发展时期,进入1990年代,半导体设备厂家的排名就发生了巨大变化。

从排名的转变可以看出日本半导体设备厂家地位愈发的重要,在光刻技术方面,尼康与佳能崭露头角。在1990年代,日本设备厂家与美国设备厂家的地位实际上已经逆转。但是在这个时代,还不能称作半导体设备全球化,因为无论在日本还是在美国,本国生产的设备都占据了本国使用量的75%以上。

1950年代~1970年代前半段,日本主要靠着进口外国半导体设备而发展本国半导体产业的。如之前文章的介绍,日本半导体起源于美国的技术。1948年10月份,日本东北大学电气通信研究所所长渡边宁教授与通产省工业技术院电气实验所的驹形作次为中心,联合大学教授、东芝、日本电气以及日立制作所的技术人员,开始了关于半导体相关的讨论会。1951年,日本电气通信省(后来的NTT)武藏野通信研究所研发成功最初的点接触型晶体管。之后,许多研究者开始改善晶体管性能,当时的设备几乎都是自己生产。

之后,各个企业都为了晶体管工业化进行准备,其中也包括东京通信工业(后来的索尼)。日本公司想要生产,必须与美国公司签订专利合同,于是就出现了各家公司抢占签订专利的事情(之前的文章有描述)。日立制作所与RCA,日本电气与GE,三菱电机与WHE签订技术合作协议。但是东京通信工业仅仅与贝尔研究所签订专利合约,却在1954年抢先量产了晶体管。东京通信工业的生产装置,几乎都是自己生产的,其实在当时,不仅仅是东京通信工业,上述的许多厂家也都着手了自己研发半导体生产设备的生产。

进入1950年后半段,日本半导体厂家开始偏向于进口美国设备,因为美国设备的技术成熟,主要设备进口以丸红、日商岩井、兼松、住友商事等综合商社等为主体进行。

比如日商岩井,从1960年开始就着手进口Kulicke and Soffa Industries(库力索法工业,美国公司)的焊线机以及掩模板制造设备等;兼松在1965年成为GCA的掩模版设备总代理,之后又取得PerkinElmer以及Applied Materials的总代理资格;日立制作所一直与RCA合作进口最先进的生产设备。除此之外,Fairchild以及TI等半导体设备企业,也会主动的将设备出口到日本销售。

美国设备大量进入日本以后,就面临着一个重要的问题:售后服务。而美国企业并未在日本建立完善的售后服务体系,并且设备本身的使用寿命比较长,日本的半导体企业购买数量有限。在整体权衡之下,日本的许多公司开始着手自社开发半导体生产设备。

从1960年代开始,日本公司就没有放弃设备国产化的任务。1957年~1960年,三池理化以及高桥精机开始着手将美国的设备国产化。但是这些设备并未取得量产,日本最早取得量产化的设备是组装设备,是1958年~1963年由东京精密、海上电机以及新川等公司开发的。

日本所采取的方法是成立合资公司,讨论在日本生产的可能性。比如TEL公司,1963年以商社为起点,1964年开始进口美国Thermco公司的扩散炉,1968年与Thermco公司成立合资公司,开始在日本生产扩散炉;1967年,日本电气与Varian Associates公司成立合资企业,开始在日本开发生产自动铝线真空镀膜设备以及溅射装置等;1974年日本真空技术也与外国公司合作开发离子注入机。

在美国企业与日本企业大范围合并潮流当中,使得日本半导体设备开发急速发展,而其中也少不了日本政府的大力支持。日本在1961年成立了“新技术开发事业团”的机构,其目的是以公有资金投资企业开发项目,是具有浓厚政府色彩的特殊法人。日立制作所在1968年研究开发离子注入设备时,就是受到了该机构的研发资金支持;日本真空技术,也是在日本通产省的补助金的支持下,于1962年成功研发出超高真空镀膜装置,1976年完成等离子CVD设备的开发。

1970年代,日本半导体设备国产化进程加快,许多企业相互之间也存在着竞争。同时随着日本半导体设备在国际市场上的地位愈发的凸显,就需要有一个能够整合资源应对国际市场的机构,应运而生的就是超LSI技术研究组合共同研究所。1976年,在川崎的NEC中央研究所内成立了一个官民结合的结构,名字为超LSI技术研究组合共同研究所。很多人几乎没有听说过该机构,因为这个机构只存在了4年而已。但是这种方式,却被日本很好的保留下来。

在日本半导体发展历史当中,个人觉得这种合作开发的理念,是日本能够发展强大的精髓所在。所以我想着重的对超LSI技术研究组合共同研究所进行介绍,希望能够借他国发展历史,对国内现状产生一些思考。

1975年~1979年成立超LSI技术研究组合共同研究所,花费的700亿日元当中,有290亿日元是来自日本通产省的补助金;

其实日本当时的主要目的是对标IBM的下一代计算机开发计划,想要在未来占据市场以及技术的主导地位。

超LSI技术研究组合共同研究所的参加企业有东芝、日本电气、日立制作所、富士通以及三菱电机5家公司。这5家公司设置共同研究所,总共派出大约100名技术人员,进行共同课题研究。

微细加工技术;结晶技术;设计技术;工程技术;试验评价技术;硬件技术;但是每家公司都有着不想外泄的信息资料,因此该机构主要主导的是在技术应用当中需要碰到基础问题,选择共同的领域进行共同开发。比如如何减少超LSI硅结晶的缺陷、如何生产大口径且不会出现翘曲的晶圆等。将相互存在着竞争关系的公司聚集在一起,共同克服技术难题一事,可以说是史无前例的举措。其实在半导体设备当中,当时能够生产相关零部件或者总成的公司有限,几乎采用的都是同样的供应商体系,只是在设备投入产线以后,如何进行调整与优化,这才是日本每个公司核心竞争力。

这个机构最初成立之时,日本通产省做了大量的工作,将半导体公司与日本的半导体设备公司进行整合,规划出研究方向。这样的举措,不仅仅强化了日本半导体产业的优势,也大幅度增加了日本半导体设备的竞争力。虽然我不想过大的评价该机构对日本半导体进程的贡献,但是可以说的是,这个机构的出现与1980年日本半导体产业站在世界之巅有着紧密的关系。

溅射装置:68%晶体管处理装置:69%SEM:80%以上切割装置:75%贴片装置:80%自动焊接机:81%树脂封止装置:65%原本是美国本土生产的设备占据主导地位的市场,被日本“撕开”了口子,上述的大部分设备都是来自日本一事已经毋庸置疑。

1980年代,随着日本半导体设备走向美国,许多日本公司也开始建立美国子公司。TEL与美国公司合并,在美国本土设置TEL据点;佳能与Lam Research公司合作,成立QTI公司;索尼购买了MRC公司等。至此,日本半导体设备以及半导体产业,走向了全盛时期