從專利看日本半導體光刻技術有多強

評析：近來日經新聞發了一系列「自慰」的文章，不斷「催眠」自己(以及日本國民)說自己的半導體產業有多強大，日本的產業供應鏈有多重要！

日本若真這麼強，為何全球市佔率直直落？還要急著拉攏台積電！若真這麼強，日本政府何必急著編預算，獎勵相關業者？

看專利數多寡一點意義也沒，重點是有沒有關鍵技術、專利！日本民眾花了太多力氣發明無用小物。

當然不說日本半導體產業一無是處，日本在特用化學部分確實有過人之處，在半導體技術、設備方面確實也曾領先全球，但那都是幾十年前的事了。現在想要急起直追，可能還要好些年的光景...

從專利看日本半導體光刻技術有多強
日經新聞網 2021/09/28在半導體晶圓（基板）上燒製出電路的光刻工序是半導體製造過程中最為重要的工序之一。光刻設備由以荷蘭為大本營的ASML掌握壓倒性份額，而如果沒有光刻工序相關的前後處理技術，半導體製造也無法完成。日本經濟新聞（中文版：日經中文網）根據日本特許廳（專利廳）4月發佈的申請動向調查「半導體光刻的前後處理技術」，匯總了光刻周邊技術的動向。

半導體的製造工序分為在圓形基板上製造大量電路的前製程和把基板上形成的電路一個個切割為片狀後進行組裝的後製程。前製程當中的核心是光刻工序。根據以光刻設備燒製的電路圖切削基板、進行佈線，完成半導體晶片製造。日本特許廳的調查以光刻設備的前後製程所必需的光刻膠（感光樹脂）的塗佈、顯影和剝離等工序為對象。


光刻的前後處理領域的申請最多

在光刻的前後處理領域，日本的半導體製造設備企業發揮了穩定的優勢。從2006～2018年申請的專利來看，每年都是日本國籍的申請者佔4成左右，數量最多。從2006～2018年累計數據來看，在4萬2646項申請中有1萬8531項（佔比43.5％）的申請者為日本國籍，大幅超過7000多項的韓國和美國。


另一方面，按申請者進行申請的國家和地區來看，2009～2011年在日本進行的申請最多，之後逐漸減少，2012年在美國進行的申請超過日本，之後美國一直維持首位寶座。從2018年進行的申請來看，美國之後是中國大陸、韓國和台灣，在日本的申請數量低於這些國家和地區。有分析認為，這體現出日本佔世界半導體生産的份額下降等問題。



從2006～2018年累計數據來看，美國的申請為1萬678項，佔整體的25.0％，不過從在美國申請者的構成來看，來自日本的申請為32.1％，比例最高。在韓國的申請當中，韓國籍佔50.1％，而在中國大陸和台灣的申請則是來自日本的申請最多，可見日本企業在主要市場仍具備優勢。

東京電子廣泛涉足多個領域

從單個申請者來看，東京電子每年穩定申請400項左右，2006～2018年累計達到5196項，佔整體的12.1％。東京電子在向半導體基板上塗佈光刻膠、利用光刻設備燒製電路之後顯影的塗佈顯影設備領域，掌握超過80％的全球份額。累計申請數排在第2位的日本SCREEN控股也強於塗佈顯影設備，這兩家企業佔全球份額的90％以上。

尤其是東京電子，不僅是塗佈顯影設備，還廣泛涉足在基板上刻製電路的蝕刻設備等光刻工序以外的其他前製程設備。在最先進的半導體工廠，不僅僅是光刻設備，在前後製程，為防止微細垃圾混入而保持清潔環境的清潔軌跡（Clean track）和蝕刻設備等一體化運行的體制受到重視。「全面擁有光刻設備以外的設備，能應對希望從頭到尾保證工序運行的要求」，東京電子Corporate Innovation本部副本部長北野淳一這樣解釋該公司的優勢。

據悉不僅是被稱為EUV（極紫外）的最尖端光刻設備，東京電子還大力推進與傳統型光刻設備相關的前後處理的技術開發。應對半導體的三維化而採用高黏度的光刻膠，需要解決清除時容易留下污漬等問題。北野表示，「申請專利正在兼顧（最尖端和傳統型）」，這也推動著專利數量的增加。

台灣和美國也迅速追趕

在日本企業優勢突出的光刻前後處理技術領域，台灣和美國等也在加速追趕。最大半導體代工企業台積電（TSMC）的專利申請數量近年來出現激增。2006年台積電的申請僅為21項，2017年增加到466項，超過東京電子，作為單獨申請者達到最多。台積電首次在生産線引進最尖端光刻設備EUV，體現出這種生産技術的先進。

台積電的工廠內部

從最近一個5年（2014～2018年）的申請數量來看，美國企業佔前10家企業的近半數。而在前一個5年（2009～2013年），只有世界最大的半導體製造設備企業美國應用材料公司1家，可以看出近期出現增加。IBM和英特爾等老牌半導體廠商也躋身前10的情況引人關注。




日本需要培育設備和原材料産業

在中國大陸企業中，半導體代工企業中芯國際積體電路製造（SMIC）最近5年的申請數量為250項，闖入前10位，受到關注。韓國三星電子的5年累計申請數量從2009～2013年的403項大幅增加至2014～2018年的714項，排名從第6位躍居第4位。另一方面，在日本半導體廠商中，2009～2013年累計為539項、排在第4位的東芝大幅後退，2018年僅為7項。




世界半導體製造設備協會（SEMI）的預測顯示，2021年的半導體製造設備市場規模將比2020年增長34％，增至953億美元，到2022年有望超過1000億美元。

日本在光刻設備領域落後於ASML，但擁有前後處理技術的日本半導體製造設備企業在世界上保持著較高存在感。不僅是製造設備，在光刻膠等原材料領域，日本也具備優勢。出於安全保障等觀點，日本討論強化半導體産業，但不應單純地復甦半導體工廠，而需要採取行動，進一步培育具備傲視世界的優勢的設備和原材料領域。