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日韩贸易战对全球电子产业的意义

时间:2019-09-06 作者:汤之上隆 阅读:
日本限制关键化学材料出口韩国,已经对全球电子产业造成无法弥补的伤害,其自身亦付出无法估量且毫无必要的代价。这些材料包括氟化氢、含氟聚酰亚胺和光刻胶等,对芯片制造至关重要,这些限制在影响韩国电子企业的同时,也将影响全球电子供应链。可是到目前为止,日本政府还没有证据表明韩国将这些受限材料用于军事用途……
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日本限制关键化学材料出口韩国,已经对全球电子产业造成无法弥补的伤害,其自身亦付出无法估量且毫无必要的代价。

这些材料包括氟化氢、含氟聚酰亚胺和光刻胶等,对芯片制造至关重要,这些限制将影响韩国所有的电子企业。三星、海力士和LG都是全球电子供应链中的重要供应商。到目前为止,日本政府还没有证据表明韩国将这些受限材料用于军事用途。

编者按:日本首相安倍晋三 (Shinzo Abe)为日韩冲突辩解,并采用唐纳德·特朗普(Donald Trump)在与中国发动贸易战时使用的策略——谴责华为对美国国家构成安全风险。安倍同样以“国家安全”为由,限制日本制造的化学品出口韩国。

对于全球电子行业的多数人而言,日韩之间爆发的贸易战似乎是无端而起。大多数专家认为,这是一场源于积怨的虚假争论,而怨恨可追溯至二战时期。日本在占领韩国期间,大量使用强迫型劳动力和性奴隶,并委婉地称之为“慰安妇”。几十年来,韩国人一直在为日本这一战时行为争取赔偿。许多韩国人认为,日本人并不愿意完全承认这一战时行径。

下面这则故事最初发表在日本版《电子工程专辑》(EETimes Japan)刊物上,作者是汤之上隆(Takashi Yunogami);该则故事详细描述了日本的出口限制对全球电子行业的影响。

——吉田顺子(Junko Yoshida)

2019年7月4日,日本政府以保护国家安全为名,对电子设备生产所需原材料,包括含氟聚酰亚胺、光刻胶和氟化氢在内,发布了针对韩国的出口限制。

日本首相安倍晋三 (Shinzo Abe) 政府制定的新规则要求,日本原材料供应商必须获得出口许可后才能将这些原材料运往韩国。据称,新实行的官僚程序增加了约90天的“审查”期。

据韩国贸易协会(Korea Trade Association)2018年的数据显示,韩国84.5%的氟化聚酰亚胺 (进口值1972万美元)、 93.2%的光刻胶(进口值2.98亿美元)以及41.9%的氟化氢(进口值6685万美元) 来自日本。

这些数字似乎表明,日本方面削减氟化聚酰亚胺和光刻胶的出口,对韩国公司损害更大。

然而,鉴于韩国对日本氟化氢的进口依赖程度最低,我认为氟化氢的出口限制对韩国公司构成最大威胁。此外,我认为出口管制不仅会阻碍韩国企业,还会阻碍日本企业。最终伤害将会反弹到日本政府身上,并可能削弱日本竞争力。 简而言之,在我看来,日本政府是在自掘坟墓。日韩之间的关系不会再如从前那般了。

氟化聚酰亚胺和光刻胶被限制带来的影响

氟化聚酰亚胺是一种有机EL材料,用于制造有机发光二极管(OLED)显示器。 如果出口限制使原材料库存清零,两家韩国巨头——有机EL电视制造商LG电子(LG Electronics)和为智能手机生产OLED面板的三星电子(Samsung Electronics)——将遭受严重打击。

同时,据说受新出口限制管制的专用光刻胶,主要用于EUV光刻技术。EUV光刻是非常先进的半导体制造技术,今年才开始大规模用于芯片生产。

这可能会影响到三星生产的最先进7纳米节点逻辑半导体。它还可能影响16纳米工艺的动态存储器(DRAMs),其产能正处于拔高阶段,三星和海力士都将为之烦恼。

据专家称,三星正效法丰田的“及时(just-in-time)”生产体系来运营一家半导体工厂,将零部件和材料的库存控制在最低水平。三星的EUV光刻胶库存似乎只能维持大约一个月。氟化氢供应量亦是如此。

EUV光刻胶库存耗尽之时……

三星Galaxy智能手机采用的应用处理器(APs),被认为是当前最先进的逻辑半导体。2018年,三星智能手机出货量为2.923亿部,位居世界第一。

所有这些手机都必须配备由EUV设备制造的高端应用处理器。但由于EUV光刻胶只有一个月的库存,会直接导致高端应用处理器的生产放缓,从而限制智能手机的产量。

更重要的是,如果EUV已经被用于制造先进的DRAM芯片,其带来的破坏性将远远大于三星Galaxy减产,因为三星和海力士是DRAM市场的全球领导者。在2019年第一季度的全球DRAM销售中,三星占据了42.7%的市场份额,其次是海力士,占29.9%;二者总市场份额为72.6%,如下图1所示。

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全球DRAM供应商市场份额(资料来源:Takashi Yunogami,汇编自DRAMeXchange,IHS和TrendFocus的数据)

假设EUV已经用于制造高端DRAM,EUV光刻胶的库存短缺将限制其生产。反过来,这也将阻碍智能手机的生产。2018年,智能手机出货量约为14亿部,同时个人电脑、平板和服务器的出货量分别为3亿、1.5亿和大约1175万台。(援引IDC提供的市场数据)。

苹果、惠普、戴尔和其他终端制造商因供应中断而遭受的指责,我相信不会落到韩国DRAM供应商头上,而会落到日本政府头上。毕竟,是日本的出口限制引发了库存短缺。全球电子行业将对日本的行为感到愤怒。

氟化氢的影响

我原以为,在日本出口的三种化工原料中,EUV光刻胶的短缺会造成最严重的影响。这是因为EUV光刻胶的供应商仅限于日本公司,如信越化学工业集团(Shin-Etsu Chemical)、JSR株式会社、富士胶片(Fujifilm)和东京应化工业(Tokyo Ohka Kogyo)。

然而,对半导体制造过程开展进一步分析后,我得出结论: 限制氟化氢气体供应量——而非EUV光刻胶——将给芯片生产带来更严重的后果。

在深入讨论这个问题之前,我将首先解释一下,氟化氢(HF)或氢氟酸是如何用于制造半导体的。

1) 金属(包括多晶硅、绝缘膜)未经沉积工序之前的清洗工艺

氢氟酸被应用于批量清洗系统,该系统一次可处理数百个晶圆片。接着用一种纯度非常高的水,称为去离子水(DI Water),以一定的混合比例稀释该化学品。

2)完成化学机械抛光(CMP)后的清洗工艺

氢氟酸与氢氧化铵(NH4OH,即所谓的氨水)混合,用于批量清洗。

3)用于双重图案曝光中的牺牲膜湿法蚀刻工艺

该工艺使用氢氟酸的原液,主要采用间歇式湿蚀刻系统。

4)晶圆片背面清洗工艺

例如,要去除晶圆片背面附着的氮化硅,清除过程需使用混有氢氧化铵(或类似物)的氢氟酸。每个晶圆片都被喷涂干净。半导体制造工艺包括500到1000个步骤,其中涉及清洁和湿蚀刻的工艺就占了超过10%。

不使用氢氟酸的清洗工艺,仅占半导体制造流程的30-40%。这很好地说明了,随着节点越来越精细,清洗会变得越来越频繁。制造的关键就在于清洗、清洗再清洗晶圆片,以消除任何细微颗粒。

然后,每家晶圆厂都为清洗液的混合比例调配专有配方,每个配方都严格地按照每道流程来确定。 这决定了每家晶圆厂的最终良率。

如果氟化氢库存耗尽了会怎么样?

因此,氟化氢在半导体制造流程中的使用率超过10%。该类化学溶液适用于多种半导体,包括逻辑器件、DRAM、NAND Flash,甚至是OLED。简而言之,氟化氢是所有芯片批量生产不可或缺的一种酸。

对NAND Flash的损害

氟化氢出口禁令,除了对应用处理器和DRAM的生产造成潜在损害,限制三星智能手机的出货量之外,对NAND Flash的影响又如何呢?

图2 (见下图) 显示了NAND Flash供应商的季度市场份额。2019年第一季度,三星以39.4%的市场份额位居第一。海力士以9.5%的市场份额位居第五,这两家韩国公司在NAND Flash储存器市场占据近一半的份额。

这一数字大大低于韩国在全球DRAM市场72.6%的份额,但依旧很大。

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全球NAND Flash供应商市场份额(资料来源: Takashi Yunogami 基于DRAMeXchange 的数据)

此外,从NAND Flash的主要应用领域——固态硬盘(SSD)季度出货数据来看,三星的市场份额目前最高,为33.4%。海力士以9.9%的市场份额位居第三。如图3所示,韩国公司总共占据了43.3%的SSD市场份额。

三星不仅向个人电脑制造商,还向云计算公司(如亚马逊、微软和谷歌)所拥有的数据中心服务器供应大量SSD。鉴于近期数据中心投资的回升趋势,云服务供应商不会将任何SSD供应短缺归咎于三星,而将归咎于日本政府。

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全球SSD供应商市场份额(资料来源:Takashi Yunogami, 汇编自StorageNewsletter,TrendForcus,BusinessWire 的数据)

他们能否为日本制造的氢氟酸找到替代品?

一开始,我们提到韩国从日本采购了41.9%的所需氢氟酸。还有45%来自中国大陆,10%来自中国台湾。

若日本停止供应氢氟酸,韩国可能会转向中国采购。

但这种转变不会那么快发生。首先,中国的原材料制造商很难在一到两个月内将产量翻一番。

其次,由于氢氟酸的混合比例是各晶圆厂根据其工艺流程严格设计和确定的,因此,中国的耗材供应商很难立即向韩国公司提供符合其确切规格要求的氟化氢。

如果韩国公司跟化学品供应商说,“给我们带来你们所有的‘含水’的材料就行”,那么结果很可能就是:全球高级逻辑半导体、DRAM和3D NAND产量大幅下降。

因为任何给定的半导体制作流程,大都涉及氢氟酸的使用,所以不对耗材严格要求最坏的情况是,可能最终连一颗合格的器件都造不出来。

但对日本来说,坏消息是,在一两年内,他们给韩国制造的这些麻烦都将得到解决,芯片公司将能够利用主要由中国供应的氟化氢,生产所有类型的元器件。

日本终究是在自掘坟墓

据日经新闻7月4日报道,韩国政府7月3日宣布将每年拨出1万亿韩元 (约合8.5亿美元)的预算,用于支持国内半导体材料和设备的生产。

鉴于韩国不能依赖日本制造的原材料,这是一个合理的政策。

从长远来看,这一声明表明韩国将开始系统性地停止使用由日本制造的化学原料,以及由日本半导体生产设备供应商提供的原材料。

其结果将是,韩国自产的化学材料,如光刻胶、化学品、浆液和晶圆片,系统性地替代日本进口。而由东京电子(Tokyo Electron)、SCREEN和Disco等公司设计的日本半导体生产设备,也将被排除在交易之外。

届时,韩国公司将重复多年前的做法,招聘日本工程师。上世纪80年代,韩国大量地从日本挖角具有先进DRAM设计技术的工程师,在当时,日本曾占据了80%的全球DRAM市场份额。

最终,日本原材料和设备供应商都将失去目前与三星、海力士和LG电子之间的订单。

而且这不仅仅是失去订单这么简单。日本公司为韩国顶级芯片制造商提供服务,可以磨练自身技能,失去合作机会将削弱它们的长期竞争优势。

即使日本政府决定今后解除出口限制,这一解禁也可能来得太晚。伤害已成事实。一旦失信,就很难在商业关系中重获信任。日本政府的行为已经对全球电子产业造成了无法弥补的伤害——其自身也付出了无法估量且毫无必要的代价。

本文同步刊登于电子工程专辑杂志2019年9月刊

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