產業技術評析

台積電在日合資成立之子公司JASM (Japan Advanced Semiconductor Manufacturing)，於今(2024)年2月舉行開幕儀式，隨之為當地帶來的變化如員工起薪、當地房價及物價、周邊旅館與計程車營收，以及當地學習外語的需求等，不僅成為日本評論節目及新聞的議題新寵，更誕生了「半導體Bubble」一詞，成為近年臺日產業合作的標竿案例之一。

一、迄今的臺日半導體設備產業合作模式

半導體產業的分工模式以效益考量的全球分工為主流，由美國、歐洲及日本等國家提供設計軟體、製造用設備及材料等，製造則以東亞國家（如臺灣、南韓及中國等地）為主。臺灣與日本過往於半導體產業當中的關係亦同，日本不僅半導體材料具全球指標性的市占率，設備市占更僅次於美國，占全球約四分之一市場；而臺灣則是在半導體的晶圓製造、封裝測試皆占有世界領先地位。故長年以來皆是以日本提供半導體製程設備及材料、臺灣進行半導體的生產，再將成品輸出至日本，用以製造車輛及電子裝置等最終產品的合作模式。

以2023年進出口數據顯示，日本出口至臺灣的半導體設備金額達46億美元，占日本總設備出口約24%，為第二大輸出國；而積體電路相關產品則占臺灣對日總出口過半比例，約52%(141億美元)，以特殊製程的半導體及車用電子相關製品為主。自1980年代後，日本逐漸不再將半導體發展重心放在先進製造，但仍在材料及設備方面與臺灣有緊密的合作。半導體先進製程技術的發展需仰賴製造端的技術、最先進的設備及材料，可說日系設備與臺灣製造在先進半導體的發展上相輔相成。日系半導體設備廠商於前段晶圓製程中，除了最先進的曝光設備被荷商ASML壟斷外，幾乎可以包辦所有關鍵製程，於塗布／顯影、蝕刻、洗淨、CMP、熱處理及搬運設備領域等更是占有至少3成以上的市占率，可見日本於半導體設備領域技術的優勢，參考【圖1】。
 

資料來源：TEL/SCREEN/住友重機械/EBARA/HITACHI官網/ 金屬中心MII(2024/07)
圖1 前段晶圓製程中日本代表性廠商
 

二、日本半導體設備產業布局趨勢

近年來全球半導體供應鏈產生明顯的變動，相較於過往，全球分工的形貌相對較為模糊，且更呈現小區域發展的傾向。日本身為半導體設備供應大國，在這股地緣政治動盪的浪潮下，產業布局的趨勢可歸納為兩大方向。

(一)國際合作，積極補強先進半導體製造的缺口

現有日本境內製造以28m以上功率半導體及Flash-3D NAND記憶體相關為主，有鑑於近年各國積極建構各自境內的半導體供應鏈，加上AI浪潮下帶來的相關需求，日本積極補強先進邏輯IC的製造能力。以現行先進製程分界的7nm為分水嶺，分成兩部分進行製造面的強化：於7nm以上至28nm以下這段國際主流製程產品部分，招攬了半導體製造大企業台積電前往日本熊本合資設廠，第一工廠以生產22/28nm及12/16nm產品為主，並已於今(2024)年2月舉辦啟用典禮，預期於年底正式開始量產。同時，緊接著宣布將於同年年底前動工興建第二工廠，以生產6~7nm產品為主，並預計於2027年開始量產；至於7nm以下製程，則由包含Denso、Kioxia等8家日本大公司聯合成立的Rapidus公司，進行2nm以下的最先進製程研發及量產工作。目前日本補強先進邏輯半導體製造規劃可參考【圖2】。
 

資料來源：日本經濟產業省／金屬中心MII整理(2024/05)
圖2 日本境內半導體製造補強規劃
 

(二)國家安全考量的半導體供應鏈韌性強化方針及出口管制

近年半導體技術被納入日本國家安全議題中的一部分，日本政府採取的主要措施可分為「強化現有關鍵製程弱項」以及「防止高科技技術流出」兩大主軸。「強化現有關鍵製程弱項」首要即是補強曝光製程的缺口，現有最先進曝光設備幾乎被荷蘭ASML公司所壟斷，但日本並非完全缺乏曝光設備製造能力，在DUV(Deep Ultraviolet，深紫外光)、i-line等非最先進製程的曝光設備市場，Nikon及Canon等廠商仍一席之地。根據日本經濟安保基金最新公告，Canon為唯一一家獲得該基金補助的半導體設備廠商，預計最高補助金額111億日圓，用於曝光設備的研發。同時，自2022年開始日本政府積極與其認定之可信任國家簽署半導體國際合作協定，包含美國、歐盟、英國、荷蘭及印度等，於技術研發、供應鏈韌性及人才交流方面建立合作管道。

同時，由於半導體設備技術攸關國家安全，且半導體製程設備長年以來都是日本企業的強項，對於相關技術流出之防範措施有強化傾向。於2023年7月，日本將23項半導體設備相關貨品列入其出口管制清單，須獲政府許可才得出口，相關貨品清單包含清洗、沉積、退火、微影、蝕刻、測試等製程設備。過往因日本在地理位置上鄰近主要市場（臺灣、韓國及中國等主要製造國），故主要設備商的製造基地幾乎都設立於日本境內，已在當地建立起長久穩固的供應鏈體系。惟經觀察，近年國際大廠如ASML、Applied Materials等皆陸續擴大在臺投資，部分日系廠商亦呈相同趨勢，如Tokyo Electron於2022年末南部營運中心暨12吋模組維修中心動土、日立先端在2023年成立半導體先端技術開發中心等，可見臺日已有一定的信賴合作基礎。

三、臺日半導體設備產業合作方向初探

JASM為彌補日本製造能力缺口的重要一步，於建設開始即能觀察到日本從政府到民間企業有全力支援的傾向。隨著熊本地區逐漸成形的半導體城市，及臺灣半導體供應鏈相繼前往日本投資的趨勢，可預見臺日於半導體產業的合作將更深一層。觀察臺日各自半導體設備產業現況，歸納出三大方向：

(一)合作研發提高生產自動化程度以因應勞動力不足問題

臺日兩國共同面臨高齡少子化困境，在近年半導體產業上下游供應鏈共同的投資成長下，在設計、製造等階段皆將面臨更明顯的勞動力缺口，如何更高效化地運用勞動力成為共通的重要課題。在半導體設備產業方面，有效提高製程及廠務自動化程度即是企業的首要目標，在設備廠端須提高智慧化工廠程度，而在製造廠端使用之設備，則將追求降低使用者人力操作的程度，提高生產效率及自動化程度。

(二)共創半導體設備產業淨零碳排目標

現下碳中和及永續經營議題為全球各行各業皆須列入考量的重要議題，特別是耗費大量資源的半導體產業，台積電亦將「供應鏈碳足跡」及「減碳績效」列入其採購基準之一。由於半導體產業製程繁複且牽涉眾多供應商，設備更是於生產過程中扮演重要的一部分，從節能化設計、製造過程的碳排、運送的碳足跡以及使用過程中產生的污染程度等，皆為未來技術研發過程中需考量的必要條件。日本的節能技術居全球領先地位，臺灣則為半導體製造的重要基地，在地理位置相近下，預期在淨零碳排技術及實證場域上能互補，進一步發展密切且良好的合作關係。

(三)以JASM為始，擴大深化企業合作

由JASM經驗，由臺灣提供半導體製造的經驗與場域，日本提供人力、補助款及在地資源的合作模式，為臺日半導體產業合作帶來良好範例。且不僅台積電，成熟製程的大廠力積電及聯電皆欲擴大在日布局，而半導體製造技術的發展與設備技術息息相關，故預期在技術的合作上可進一步擴大及深化，並將範圍擴散至供應鏈上下游。同時相較於歐美半導體設備廠企業規模龐大，可經常藉由併購擴大事業版圖，臺灣及日本的公司規模相對難以抗衡。惟半導體製程涉及多種領域學科，技術研發須投入龐大資金，臺灣及日本不論在地理位置及文化方面皆有一定程度的相近，期望可藉由跨企業甚至跨國合作來解決此困境，但現階段實現仍有難度。

四、結語

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，臺灣進行半導體生產後，再回到日本進行終端產品的製造。日本近年積極強化境內半導體供應鏈，與盟友國家合作鞏固現有優勢技術、招攬外資以補全缺乏的先進製造，同時進行先進技術出口的控管工作。透過觀察日本的產業布局方向，推測臺灣及日本現有合作模式短期內應不會有太大改變，國際合作在供應鏈韌性及技術研究開發考量下仍不可或缺。且基於JASM的成立帶來嶄新的臺日合作模式，預期可將此經驗擴散至供應鏈上下游，如面臨勞動力缺口問題，發展提升製程及設備的自動化程度之技術以降低人力需求；在永續經營上，結合節能技術及實證場域共同達成淨零碳排目標，都是在半導體設備產業面能有更進一步的合作之方向。
 

(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)