2311
最近有個新聞吸引了不少吃瓜群眾——佳能，一家造相機(jī)的，竟然也造光刻機(jī)。背后的事情是這樣的，佳能要在自己的新工廠增產(chǎn)光刻機(jī)設(shè)備，將半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)能翻番，這是他們的光刻設(shè)備時隔21年擴(kuò)產(chǎn)。
佳能還計劃開發(fā)以低成本制成尖端微細(xì)電路的新一代設(shè)備。大家更關(guān)心，佳能能頂住壓力賣給中國嗎？
懂行的可能知道，日本的佳能、尼康的光刻機(jī)市場份額曾遙遙領(lǐng)先荷蘭ASML，在上次佳能擴(kuò)產(chǎn)光刻設(shè)備的2000年左右，ASML因為和臺積電的一次觸電式合作，從無名小卒一騎絕塵，反觀佳能、尼康已經(jīng)逐漸走下坡路。
尼康、佳能在半導(dǎo)體的風(fēng)光雖不及當(dāng)年，但在今天家喻戶曉的相機(jī)廠商里，索尼、富士、徠卡……它們當(dāng)中不乏有在半導(dǎo)體領(lǐng)域混得風(fēng)生水起的品牌。閱讀本文，你會了解：
1、 攻入半導(dǎo)體的相機(jī)大廠
2、 向光刻機(jī)內(nèi)卷
3、 日本相機(jī)廠與半導(dǎo)體興衰史
01、攻入半導(dǎo)體的相機(jī)大廠
"感動常在"、"市場的佳能"、"技術(shù)的索尼"，“穩(wěn)”字當(dāng)頭的尼康，文青最愛的富士，特點(diǎn)不明顯的松下……你會發(fā)現(xiàn)在眾多全球相機(jī)品牌中，日本品牌一家獨(dú)大。（當(dāng)然德國還有相機(jī)界的“勞斯萊斯”徠卡，值得我思考自己為什么這么窮）
攻入半導(dǎo)體領(lǐng)域，它們也是認(rèn)真的，從近期各廠商的表現(xiàn)和布局可以看出：
索尼的圖像傳感器長期雄踞高端市場。2022年上半年，智能手機(jī)圖像傳感器市場索尼半導(dǎo)體解決方案以44%的收入份額位居榜首（索尼、三星和OMNIVISION占比近83%）。2021年索尼影像及傳感解決方案業(yè)務(wù)（I&SS）全年銷售收入同比增長6%至10764億日元，占2021財年銷售收入（99215億日元）的10.8％左右。早在上世紀(jì)50年代，索尼的前身東京通信工業(yè)就發(fā)布了全球首個商用的半導(dǎo)體晶體管收音機(jī)TR-1。
富士膠片2021財年營收25258億日元，該公司目標(biāo)在2030年度半導(dǎo)體材料部門的營收要達(dá)到4000億日元，這個數(shù)字是目前的2.7倍，可以推算出目前其半導(dǎo)體材料營收約為1481億日元，占其總營收的5.8％左右。從2006年至2020年，富士膠片在半導(dǎo)體工藝材料等高性能材料領(lǐng)域的投入由來已久，自2020年開始還對半導(dǎo)體材料業(yè)務(wù)不斷加碼，以為5納米或更先進(jìn)工藝制程的芯片生產(chǎn)提供材料支持。
尼康在2021年財年的財報顯示，截至2022年3月的全年財年（2021年4月1日－2022年3月31日），尼康集團(tuán)全年銷售收入達(dá)5396億日元。在其各項業(yè)務(wù)中，包括半導(dǎo)體制造等業(yè)務(wù)的銷售額占比不斷提升，2021年尼康集成電路用光刻機(jī)出貨29臺，光刻機(jī)業(yè)務(wù)營收約112億元人民幣（約合2280億日元），占其2021年財年約42％，是尼康第二大支柱業(yè)務(wù)。尼康在1980年就出貨了分辨率達(dá)到1.0 µm（當(dāng)時算高精度）的半導(dǎo)體光刻機(jī)NSR-1010G。
2021年佳能的半導(dǎo)體用光刻機(jī)是i-line、KrF兩類機(jī)臺出貨，出貨量達(dá)140臺，光刻機(jī)營收約為110億元人民幣（約合15億美元），占其2021年總營收（319.76億美元）約4.69％。早在1970年佳能就發(fā)售了日本首臺半導(dǎo)體光刻機(jī)。
除此之外，松下的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)早期涉及黑色家電，目前正在往車載和產(chǎn)業(yè)用方向轉(zhuǎn)型。而徠卡的半導(dǎo)體顯微鏡一直走在技術(shù)前列。
這些大企業(yè)不少在上世紀(jì)就布局半導(dǎo)體，拓展業(yè)務(wù)，未雨綢繆，畢竟一直吃老本往往是會被淘汰的，僅靠2C的業(yè)務(wù)也是無法獲得長足發(fā)展的。
不可否認(rèn)的是，近幾年傳統(tǒng)相機(jī)廠商相機(jī)市場業(yè)務(wù)急劇萎縮，經(jīng)營也扛不住了，關(guān)停了不少重要的工廠，甚至直接退出相機(jī)市場。
尼康在2017年就宣布關(guān)停位于江蘇無錫的相機(jī)生產(chǎn)子公司“尼康光學(xué)儀器”，這家公司當(dāng)時的主要產(chǎn)品是數(shù)碼相機(jī)。
2020年，有著84年相機(jī)生產(chǎn)歷史的“百年企業(yè)”奧林巴斯宣布將其相機(jī)部門出售。奧林巴斯在日本成功地將顯微鏡商品化，曾是精密、光學(xué)技術(shù)的代表企業(yè)之一。而在奧林巴斯之前，柯達(dá)等早已經(jīng)宣布退出相機(jī)市場。
2022年1月，佳能這一老牌相機(jī)企業(yè)工廠在中國宣告落幕，關(guān)閉32年珠海工廠。1990年成立的佳能珠海廠是日資企業(yè)在珠海的龍頭老大哥，是最早進(jìn)入珠海的世界500強(qiáng)之一，其生產(chǎn)的卡片數(shù)碼相機(jī)曾占佳能全球卡片數(shù)碼相機(jī)銷售量的一半。
一直以來，傳統(tǒng)相機(jī)廠商轉(zhuǎn)型的重要方向是專業(yè)光學(xué)領(lǐng)域，但是這種專業(yè)領(lǐng)域的競爭比消費(fèi)領(lǐng)域更加激烈，如尼康、佳能與CGA、ASML的競爭。
02、向光刻機(jī)內(nèi)卷
對于傳統(tǒng)相機(jī)大廠甚至是光學(xué)鏡頭起家的相機(jī)大廠來說，開辟新事業(yè)的重要方向就是相近的專業(yè)光學(xué)領(lǐng)域，無需跨專業(yè)跨方向，精進(jìn)后可能就能開辟出新的業(yè)績增長爆發(fā)點(diǎn)。尼康、佳能就曾經(jīng)在半導(dǎo)體光刻機(jī)領(lǐng)域一鳴驚人。
光刻機(jī)曝光造芯片與相機(jī)曝光雷同
簡單來說，光刻機(jī)相當(dāng)于一臺照芯片（精細(xì)電路圖）的巨型照相機(jī)。光是鏡頭可能就占了一臺光刻機(jī)成本的40％。
好的相機(jī)可以去拍外太空，好的光刻機(jī)，可以刻出更精密的芯片。光刻機(jī)制造芯片的流程類似相機(jī)的“曝光”，得以把精細(xì)電路圖案曝光在晶圓的半導(dǎo)體基板上。
首先，光刻機(jī)將掩膜版上繪制的電路圖案通過投影透鏡縮小，將圖案曝光在晶圓上。接著，晶圓在晶圓臺上依次移動，電路圖案在一個晶圓上重復(fù)曝光。這是當(dāng)下主流的步進(jìn)式光刻機(jī)的制造方式。
隨著摩爾定律的延續(xù)，對晶體管的數(shù)量、密度要求越來越高，電路從微米到納米級別的超精細(xì)圖案經(jīng)過多層堆疊制成。因此半導(dǎo)體光刻機(jī)也需具備超高精密的技術(shù)，以滿足從微米到納米單位級別的性能。
來源：佳能中國
尼康、佳能何以造光刻機(jī)？
上世紀(jì)60-70年代日本舉國力發(fā)展半導(dǎo)體，半導(dǎo)體設(shè)備就是首要的制造工具。1978年CGA推出了具有劃時代意義的步進(jìn)式光刻機(jī)DSW4800，雖然當(dāng)時全球光刻機(jī)市場一直是美系的天下，但光刻機(jī)的迭代中仍藏著巨大的機(jī)會，隨著日本廠商尼康、佳能的崛起，光刻機(jī)邁入步進(jìn)式光刻機(jī)的縮放投影時期。
相機(jī)出身的佳能，光學(xué)廠出身的尼康曾經(jīng)為美國GCA公司的光刻機(jī)配套光學(xué)鏡頭，積累了一定的光刻機(jī)制作原理和技術(shù)。模仿不失為一種創(chuàng)新的開端。佳能缺乏精密技術(shù)，從低端的光刻機(jī)開始仿制，1970年日本首臺半導(dǎo)體光刻機(jī)PPC-1就是佳能發(fā)售的。
而尼康有天文望遠(yuǎn)鏡的加持，其高分辨率攝像頭、高分辨率精密測控技術(shù)被寄予厚望。尼康拿到GCA的一臺光刻機(jī)研究，造出了比GCA鏡頭穩(wěn)定性、自動化更強(qiáng)的“山寨光刻機(jī)”。尼康于1980年出貨NSR-1010G（分辨率為1.0 µm），從1984年開始，幾乎每年都會出貨至少1款光刻機(jī)。屬實(shí)是拿捏了天文望遠(yuǎn)鏡到十級開啟光刻機(jī)研發(fā)的技能樹。
上世紀(jì)80年代，日本光刻機(jī)開始登上半導(dǎo)體歷史舞臺，日本的尼康、佳能開始與美國GCA、Ultratech、Eaton，全球光刻機(jī)市場上演美日廠商的精彩對決。
實(shí)際上，上世紀(jì)80年代中美光刻機(jī)技術(shù)差距曾縮短至7年，1985年由中電科45所研制出的分步式投影光刻機(jī)被電子部技術(shù)鑒定為：達(dá)到GCA在1978年推出的4800DSW光刻機(jī)水平。
1984年，尼康已經(jīng)和GCA平起平坐，各占全球三成市場。同年，ASML成立了。80年代后期到2000年初，尼康光刻機(jī)市場占比超五成，成為上世紀(jì)末當(dāng)之無愧的光刻機(jī)巨頭。
2000年初，因為一場光刻機(jī)干濕路線之爭，光刻機(jī)市場格局被ASML打破。2004年，ASML和臺積電共同研發(fā)出全球首臺浸潤式微影機(jī)，憑借優(yōu)秀的性能和穩(wěn)定的技術(shù)，ASML一舉碾壓走“干法”路線的佳能和尼康，尼康、佳能從此淪為二三線半導(dǎo)體設(shè)備廠商。
尼康目前雖然主推ArF浸沒式技術(shù)，但多數(shù)精力限制于DUV領(lǐng)域的Arf和i－line光刻機(jī)，而DUV只能用于制造7nm及以上制程的芯片。
佳能目前出售的光刻機(jī)涉及i-line到KrF級別，沒有浸入式光刻機(jī)，在EUV領(lǐng)域幾乎不可能趕超ASML，正在研究“納米壓印光刻（NIL）”，嘗試以低成本來制造尖端半導(dǎo)體。
03、日本半導(dǎo)體的興衰
日本相機(jī)大廠背后，也伴隨著日本半導(dǎo)體的興衰。有一家企業(yè)緊跟時代，開啟了日本半導(dǎo)體篇章。
那是上世紀(jì)50年代，誕生于美國硅谷的半導(dǎo)體成為熊熊燃起的新星，光刻技術(shù)、光刻照相機(jī)、光刻機(jī)依次出現(xiàn)：
1955年貝爾實(shí)驗室研究員開始把制造印刷電路板的光刻技術(shù)應(yīng)用到硅片上；
1958年第一臺光刻照相機(jī)被仙童半導(dǎo)體的兩位工程師制造出來；
1961年美國GCA公司制造出了全球首臺光刻機(jī)，從此光刻成為芯片制造中最重要的環(huán)節(jié)。
這家日本企業(yè)就是索尼，彼時還叫“東京通信工業(yè)”。1953年，東京通信工業(yè)得到了美國西部電器公司授權(quán)，在1957年成功推出世界上首臺“可放在口袋里”的半導(dǎo)體收音機(jī)。兩年后的1959年，集成電路被發(fā)明。
1957年，日本政府頒布《電子工業(yè)振興臨時措施法（電振法）》，通過立法扶持電子產(chǎn)業(yè)，減少電子產(chǎn)業(yè)公司的征稅，支持日本企業(yè)積極學(xué)習(xí)美國先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展本國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。彼時索尼推出的小巧收音機(jī)在全球大賣，風(fēng)靡一時，大家都被半導(dǎo)體和集成電路在消費(fèi)電子領(lǐng)域的巨大潛力震撼了。
依靠低端的收音機(jī)領(lǐng)域，以索尼為代表的的日企開啟了半導(dǎo)體領(lǐng)域的新紀(jì)元。在日本，各家企業(yè)大展身手，以晶體管開發(fā)消費(fèi)電子產(chǎn)品為開端，在20世紀(jì)誕生了一家家電器巨人。
1962年，日本半導(dǎo)體霸主NEC從美國仙童半導(dǎo)體購買了平面光刻的生產(chǎn)工藝，擁有了集成電路的制造能力，同一時期日本的日立、東芝、和美國的RCA、通用電氣、達(dá)成了技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。60年代后半期開始，日本開始進(jìn)入大規(guī)模自主研發(fā)的階段。
槍打出頭鳥，美國不會眼睜睜看著日本超越自己。1972年日本半導(dǎo)體被美國以反傾銷理由實(shí)施制裁，而日本內(nèi)部半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑也暴露出問題。
強(qiáng)行精益求精的產(chǎn)品思路被追求物美價廉的韓國和中國臺灣打敗，早期無法接受芯片代工錯失整個行業(yè)垂直分工的大潮，數(shù)字時代的“閉關(guān)鎖國”，排斥技術(shù)革新等也讓日本在半導(dǎo)體道路上越走越窄。
結(jié)局是慘痛的，特別是日本曾引以為豪的半導(dǎo)體光刻機(jī)領(lǐng)域，2000年左右尼康和佳能終于被自己的對手ASML打?。ˋSML光刻機(jī)的光學(xué)元件曾被尼康和佳能壟斷）。現(xiàn)在日本唯二能拿得出手的，除了尼康、佳能全球銷售額占比不到10%的半導(dǎo)體設(shè)備，就是半導(dǎo)體材料高純度氟化氫、光刻膠和氟化聚酰胺（其他材料吃不了獨(dú)食）。
ASML顯然在全球光刻機(jī)市場大口吃肉，至于佳能為何時隔21年在自己非高端機(jī)型的小池子里擴(kuò)產(chǎn)，主要來自于未來半導(dǎo)體市場規(guī)模的擴(kuò)大，對半導(dǎo)體設(shè)備的需求增加。去年缺“芯”潮，佳能1995年推出的二手光刻機(jī)FPA3000i4 在市場漲價17倍。
圖片
2021年佳能的i-line、KrF兩類光刻機(jī)出貨量達(dá)140臺，較2020年出貨增加18臺，增幅15%，其中出貨主力i-line機(jī)臺出貨了102臺。佳能預(yù)測2022年半導(dǎo)體光刻設(shè)備的銷量比上年增長29％，增至180臺，最近10年內(nèi)激增至4倍。建設(shè)新工廠后，2個基地的總產(chǎn)能將增至約2倍，以此滿足暴增的半導(dǎo)體設(shè)備需求。
雖然高端光刻機(jī)攻不下，但中低端光刻機(jī)還有市場。比如佳能在2021年出貨的新式i線步進(jìn)式光刻機(jī)“FPA-3030i5a”，可以制造硅基以及SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）等化合物半導(dǎo)體晶圓。佳能還聯(lián)合鎧俠開發(fā)NIL工藝，號稱可以不使用EUV光刻機(jī)將芯片制程提升到5納米水平。
今年是佳能正式投入半導(dǎo)體光刻機(jī)領(lǐng)域的第52周年，我們不知道它能不能成功，但至少還值得再戰(zhàn)一戰(zhàn)。
參考資料：
光刻機(jī)三巨頭（ASML、佳能、尼康）的殊途同歸，半導(dǎo)體行業(yè)觀察
佳能產(chǎn)日本首臺半導(dǎo)體光刻機(jī)「PPC-1」發(fā)售50周年，佳能中國
光刻機(jī)戰(zhàn)爭（上）：芯片時代的開啟｜初代機(jī)的勝利，談三圈，bilibili
三井帝國在布局：揭開日本財團(tuán)的“一帶一路”，白益民
失落的帝國：日本芯片產(chǎn)業(yè)衰亡啟示錄，毛委員
