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產業技術評析

日本半導體設備市場現況及布局
發表日期:2023-12-13
作者:陳怡樺(金屬中心)
摘要:
日本自1970年代以來傾國家之力大力發展半導體產業,在當時號稱「日本半導體之父」的垂井康夫大力推動下,日本半導體製造產業全球市占率曾一度超過50%、記憶體則超過80%。

全文:

一、前言

日本自1970年代以來傾國家之力大力發展半導體產業,在當時號稱「日本半導體之父」的垂井康夫大力推動下,日本半導體製造產業全球市占率曾一度超過50%、記憶體則超過80%。且不僅在半導體製造,於材料、製程設備到終端產品,日本皆具有一席之地,具有完整的產業鏈。而於1986年《美日半導體協議》後,日本半導體製造領域的市場地位逐漸被臺灣與韓國超越,如今全球市占率不足10%,以生產功率半導體及Flash-3D NAND記憶體相關為主。近年因經歷疫情衝擊,日本積極重建其半導體產業鏈,以半導體製造為始,如招攬台積電、聯電及美光等外商,而於國內則是在2022年由8家日本大企業共同投資設立Rapidus,由IBM授權技術,預計於北海道研發生產2奈米以下半導體,期能將日本半導體製造的全球市占率於2030年提升至20%,且具有先進製程自製能力。目前日本半導體製造產能概況參考【表1】。
 

表1 日本半導體製造產能概況
產品類別 敘述 日本產能占比
記憶體 以Flash-3D NAND最多,DRAM其次 27.0%
邏輯 以CMOS影像感測器為主 26.5%
離散 主要為功率半導體 25.0%
類比 主要為功率類比IC 11.9%
MEMS 微機電系統 6.1%
晶圓代工 如聯電、高塔半導體、JS Foundry K.K等 3.4%

※產能以約當8吋晶圓計。

資料來源:SEMI/金屬中心MII-ITIS研究團隊整理(2023/09)
 

而相較於製造面缺乏邏輯IC發展,日本的半導體材料及設備則持續穩據全球領先地位,材料市場全球市占近5成,而設備市場則占約3成左右,於全球前10大半導體設備供應商排名當中日商即占了4位,市占率僅次於美國。以下將主要針對日本半導體設備產業現況及布局進行分析。

二、日本半導體設備產業現況

日本於工業機械,特別是精密加工方面擁有雄厚的技術基礎,使日本半導體設備在過去近40年來的市場地位難以撼動,於特定製程階段更是具有高度市占率。

(一)日本半導體設備以出口為主,內需市場少

2022年日本半導體設備出口額為4.27兆日圓(約285億美元),與美國與荷蘭為前三大主要出口國。至於日本國內半導體設備需求額,依據SEMI國際半導體產業協會統計,2022年日本市場為83.5億美元,僅占全球半導體設備市場需求額1,076.5億美元的7.8%,日本生產的半導體設備以出口為主。

觀察近年來,日本半導體設備出口值皆呈正成長,自2019年的2.3兆日圓成長至2022年的4.3兆日圓,占日本總出口值亦從3%成長至4.3%。當中以半導體及IC製造設備為最大宗,占近6成,其次為零組件占27%,其餘如檢量測設備及晶圓製造設備等則在4~6%左右,參考【表2】。
 

表2 2019年-2022年日本半導體設備出口狀況
項目 2019年 2020年 2021年 2022年 占比
半導體裝置或積體電路製造設備 12,643 12,832 20,171 24,826 58.1%
其他製程設備及零組件 7,035 8,048 8,944 11,521 27.0%
半導體晶圓或半導體裝置檢查設備(包括積體電路)和光罩或網格檢查設備。 1,169 1,288 1,829 2,523 5.9%
半導體晶圓或半導體裝置檢測設備(包括積體電路) 1,227 1,537 1,896 2,123 5.0%
半導體晶圓製造設備 1,033 979 1,470 1,706 4.0%
半導體設備總出口值 23,109 24,684 34,311 42,700 100.0%
占日本總出口值比率 3.0% 3.6% 4.1% 4.3%  

資料來源:日本財務省/金屬中心MII-ITIS研究團隊整理(2023/09)
 

(二)日本半導體設備居全球領先地位

日本企業於半導體設備領域中仍具有領先地位,以近2年相關產業營收來看,於全球前10大半導體設備供應商中,日系廠商即占了4位,約占前十大半導體設備廠商營收的3成,僅次於美國,可參考【表3】。若以製程類別觀察,日系企業於塗布/顯影、蝕刻、洗淨、CMP、熱處理及搬運設備領域皆占有至少3成以上的市占率,至於幾乎由ASML壟斷的曝光設備領域當中,日本的Canon與Nikon亦包攬下剩餘市場,可見日本半導體設備領域技術的優勢。
 

表3 全球前十大半導體設備近兩年營收
  公司名稱 國家 2021年 2022年
1 Applied Materials 美國 232.1 261.3
2 ASML 荷蘭 202.7 230.8
3 Lam 美國 165.2 190.5
4 TEL 日本 139.0 163.9
5 KLA 美國 81.7 104.8
6 Advantest 日本 28.9 39.2
7 SCREEN 日本 29.2 33.7
8 Teradyne 美國 37.0 31.5
9 ASMI 荷蘭 18.8 26.3
10 Hitachi High-Tech 日本 5.3 5.1

(單位:億美元)

資料來源:各公司財報/金屬中心MII-ITIS研究團隊整理(2023/09)
 

日本最大的半導體設備商為TEL(東京威力科創,Tokyo Electron Limited),同時亦為全球前四大設備商,在塗布/顯影設備占有逾8成市占率,另外在蝕刻、熱處理、沉積(主要為CVD)及洗淨設備領域中,合計全球市場亦有超過20%以上的市占率。近年來因應半導體設備需求,目前穩定擴張塗佈/顯影(熊本廠)、占營收4成的蝕刻設備(宮城廠)及沉積設備(山梨廠)的研發能量及產能。而Advantest(愛德萬測試)則是為測試設備大廠,其檢量測設備市場營收僅次於KLA。SCREEN(迪恩士半導體)則為全球清洗設備標竿供應商,在濕式清洗中占據近5成市場。Hitachi High-Tech(日立先端科技)則主要提供晶圓檢查設備及蝕刻設備,其相關市場有5%以上全球市占率。

至於前十大以外,於全球市場具有一席之地的日系廠商,還有在DUV曝光機市場占有約2成市占率、僅次於ASML的日本光學大廠Nikon及Canon、於立式CVD及氧化擴散設備擁有近4成市占的KOKUSAI ELETRIC、濺鍍設備市占近10%的ULVAC、CMP設備全球市占38.5%僅次於Applied Materials的EBARA(荏原製造所)及幾乎由DAIFUKU(大福)及村田機械包攬100%市場的廠務搬運設備。

三、日本半導體設備產業未來布局

(一)《半導體與數位產業戰略》擘劃日本半導體產業未來發展藍圖

因COVID-19影響,使數位轉型日益重要,日本經濟產業省於2021年3月推出第一版《半導體與數位產業戰略》以因應數位轉型日漸重要的需求。內容包含對半導體技術及製造的迫切需求、數位相關的基礎建設推動及最新通訊技術如5G等相關產業技術的發展等,攸關未來貿易及經濟安全保障相關的先進技術,並於今年6月公布了新版。在《半導體與數位產業戰略》中,訂出了將日本國內生產半導體(含半導體元件、光電融合元件、積體電路等)的企業營收從2020年的5兆日圓(約360億美元),提升到2030年的15兆日圓,以確保日本國內穩定的半導體供給的目標。針對半導體產業戰略主要分為五大項目,包含先進邏輯IC、先進記憶體、工業用特殊半導體(含MCU、功率半導體、類比IC)、先進封裝,以及製造設備及零組件材料。預計至2030年,在先進半導體、關鍵半導體及相關供應鏈韌性部分預估官方及民間合計投資將超過5兆日圓;至於次世代半導體及光電融合的研究開發及後續應用之相關投資可能超過6兆日圓。

在半導體設備部分,首先將確保國內的設備製造供應鏈,強化供應鏈韌性,同時因半導體屬於戰略觀點中不可或缺的一環,在各國陸續強化境內供應鏈的壓力下,加強防止相關技術外流,確保日本於半導體設備產業的優勢地位。其次,預計至2030年前完成次世代技術的設備開發,包含用於曝光、沉積及蝕刻等製造先進半導體的設備,以及異質整合封裝的封裝設備等,並進入實用及量產化階段。第三步驟則是進行乾淨的綠色製造設備開發,追求可以製造更加有效率且更加節能的半導體之相關設備。根據日本經濟安全保障推進法,為確保供應鏈韌性、增強國內製造能力,將對設備投資規模達300億日圓(約2億美元)以上者進行補助。

(二)以九州為重心的新生日本矽島,帶動設備商機與投資

為彌補先進半導體製造的自給能力,日本以熊本(台積電的邏輯IC廠)、三重縣(Kioxia與Western Digital合資公司的Flash-3D NAND廠)及廣島縣(美光的1β世代DRAM廠)等三處為確保基盤的第一步。當中以台積電熊本廠投資最多,為86億美元,遠高於其他兩處(約18.5億及9.3億美元),而九州亦將成為日本發展工業用先進半導體的中心。過往日本國內發展先進邏輯IC甚少,且皆為40奈米以上屬成熟製程之產品,當2021年台積電決定將前往日本設廠後,將日本國內的可量產之半導體製程節點一口氣推進至28nm。根據九州金融集團推估將會帶動約80家公司前往熊本設點或建廠,提高在當地的投資金額及就業機會,預期十年內將會為當地帶來4.3兆日幣(約當285.9億美元)的經濟效益。

而自2021年底JASM(Japan Advanced Semiconductor Manufacturing, 台積電與索尼半導體製造合資之子公司)成立後,已有至少5家日本設備商確定於九州的新投資計畫。如TEL新建研發用廠房,主要用以生產塗佈顯影及表面處理設備、EBARA新建熊本CMP製造工廠、Shinwa Controls新設真空腔體的維修據點、Kanken Techno新建生產廢氣處理設備之工廠及JAPAN SEMICONDUCTOR擴產生產功率半導體製造設備的熊本大分廠。同時隨著台積電2023年宣布熊本二廠投資消息後,更是可能將日本可量產之製程推進至先進製程的6nm,預期將更穩固九州先進邏輯IC生產重心地位。

(三)與友好國家建立合作關係、共築供應鏈韌性,但對設備技術多有保留

近年日本為建立半導體供應鏈韌性、縮短國內與先進技術的落差,積極與各國政府及企業合作。以2022年美日首腦會談為首,訂立了半導體產業面的協力基本原則,將在基於公開透明的自由貿易市場,日美以及相關友好國家共同建立供應鏈韌性,並且於半導體製造、人力、技術及半導體不足時的緊急調度方面,承諾將會相互協助。其後亦有與英國的半導體夥伴關係建立,以及舉行了與世界半導體產業標竿公司的意見交流會,與會者包含美商Intel(英特爾)、IBM、Micron(美光)、Applied Materials(應用材料)、比利時的Imec(比利時微電子研究中心)、韓國的Samsung(三星電子)及臺灣的台積電。以及於2023年5月,日本經濟產業省宣布將重新將南韓納入出口白名單當中,半導體材料將恢復開放對韓出口,為歷時3年9個月的日韓貿易戰畫上句點。眾多舉措可見日本對美國、韓國及臺灣建立半導體合作關係的積極程度。

雖日本展現建立合作關係的積極態度,惟對國內半導體設備則多有保留。有別於明顯將部份產能挪往亞洲的美國公司,日本半導體設備商多僅在日本境內生產,產能並未移往海外。除了地理位置因素以外,更有防止技術外流的考量。由2023年3月公布的新出口限制辦法可見,與美國類似,日本亦將「有可能轉用於軍事用途」的23項貨品列入管制清單,主要為用於製造10~14nm以下先進半導體產品之設備,被列入管制清單之貨品於出口前皆須獲經濟產業省許可才得以出口。惟被列入日本友好國家的42個國家及地區不在此限,此友好國家清單內包含美國、臺灣、南韓以及新加坡等地。

四、結語

於COVID-19後,各國認知到半導體的重要性,以及製造高度集中於亞洲的問題,紛紛積極建立國內的半導體供應鏈,日本產半導體雖曾占全球一半市場,惟現今產能大不如前,僅於設備及材料方面仍居領先地位。故近年來日本自半導體製造開始,確保先進半導體及記憶體的自給外,亦積極與海外企業技術合作以縮短與主流製程節點差距。惟半導體與國家安全息息相關,且為防範相關技術外流,日本於合作夥伴選擇上多有考量,並且於2023年3月跟隨美國的腳步,針對部分先進半導體製造設備進行出口管制。

以往日本與臺灣於半導體產業多為國際分工相互合作的模式,由日本提供設備及材料、臺灣進行製造生產,即使在全球積極建立供應鏈韌性的情況下,觀察目前日本政府方針顯示,此專業分工的情境短期內應不會改變。由《半導體與數位產業戰略》中可知,臺灣在其中的定位為互補,將會朝著合作深化的方向發展。且此份戰略擘劃出之產業進展藍圖及方針亦可作為我國產業發展參考,進行國內產業現況與缺口盤點,於缺口進行補強,如積極與外商技術合作;持續保持產業優勢,如謹慎選擇合作夥伴避免技術流出等。另外由於臺日相近的地理位置及社會結構而產生的共通課題,如人力資源及永續經營等議題,亦可透過國際合作以尋找解決共通課題之方法。
 

(本文作者為金屬中心執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)


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更新日期:2020-04-08

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