所謂「摩爾定律」，是指半導體芯片的性能每隔大約2年就會提高2倍。這個定律已經應驗了半個世紀，但現在正在迎來極限。在微細化技術日趨成熟的背景下，構成電路的晶體管（元件）和集成電路（IC）芯片縱向集聚的2種「三維化」技術正在取得進展。為了確立新制程，設備企業(yè)的重要性再次提高，日本企業(yè)受到的關注也隨之加強。

5月上旬訪美的日本經濟產業(yè)相萩生田光一造訪了位于紐約州的半導體研究設施「奧爾巴尼奈米技術中心(Albany Nanotech Complex)」。正如名稱所示，這里正在研發(fā)奈米級的芯片微細化技術。元件結構是新一代半導體的關鍵，該中心將推進以此前設計無法實現的尖端領域研究。

以在奧爾巴尼設有研發(fā)工廠的美國IBM為代表，東京電子等日本企業(yè)也將參與研發(fā)?！笧榱舜_保最尖端領域的研發(fā)和制造能力，希望日美能加深合作，推進相關研究」，萩生田在與IBM高管的意見交流會上如此表示。

IBM此前出售了半導體部門，但留下了研發(fā)部門繼續(xù)推進尖端技術開發(fā)，2021年宣布開發(fā)出了「2奈米」半導體。據其介紹，這是「能在指甲大小的芯片上搭載500億個元件」的尖端產品。

半導體將晶體管電流的「開關」轉變?yōu)椤?.0」這種數位信號。如果使電路變得微細，同樣面積的基板能集成更多元件，性能也將得到提高。作為英特爾創(chuàng)始人的戈登·摩爾(Gordon Moore)于1965年提出，「晶體管的集成度約每2年翻一番」。這些年來，半導體以這種速度提高集成度，不斷推出高速且耗電量少的產品。

性能的提高存在極限

不過，人們意識到這種性能提高也存在極限。其一是電力的問題。隨著微細化的不斷發(fā)展，芯片容易發(fā)生各種「漏電」，無法像原來一樣抑制耗電量。由于受電力和發(fā)熱的制約，一些半導體無法驅動增加的全部晶體管，越來越多的電路不能充分運行。

此外還存在成本的問題。電路的尺寸已極度縮小至病毒的10分之1以下。由于存在原子尺度這一制約，微細化的阻礙將逐年提高。開發(fā)和量產花費的成本也明顯增加，相對于提高的性能，芯片的價格變得過高。

在此背景下，在水平和縱向兩方向增加集成度的方法受到關注。目前正在以2個方向推進開發(fā)。

其一是改變半導體元件的結構。目前，一種被稱為鰭式場效應晶體管（FinFET）正在不斷改良，還有一種使晶體管縱向集成的結構技術（環(huán)繞式柵極技術、gate-all-around，簡稱GAA)。制程的難度會更高，但元件的集成度也會更高。與此前相比，「漏電」更容易得到控制。IBM的尖端芯片也采用了GAA結構。

另一個則是集成IC芯片的方法，而不是集成元件。通過將大量芯片結合起來的「芯?！梗–hiplet）形式，可以獲得高于縱向堆棧的性能。只要克服熱控制等課題，今后芯片的核心部分可以采用尖端技術，周邊部分采用落后技術等。能以更廉價的成本實現與此前相同的性能。

量產面臨阻礙

由于屬于新技術，兩者為實現量產而必須跨越的技術阻礙都很高。在此情況下，對支撐制程的設備企業(yè)的期待也隨之提高。臺積電（TSMC）在日本茨城縣筑波市新建了「TSMC日本3DIC研究開發(fā)中心」，原因之一就是日本匯聚了半導體制造設備和原材料企業(yè)。

有能力量產尖端半導體的企業(yè)已從此前的歐美和日本轉移至臺積電和三星電子等所在的東亞。不過，實現量產工序的制造設備仍處于由日美歐壟斷的狀態(tài)。美國的安全和新興技術研究中心(CSET)的統(tǒng)計顯示，從設備市場的份額（按金額計算）來看，日美歐的企業(yè)掌握88％。日本企業(yè)掌握29％。

新制程的確立離不開設備企業(yè)。典型的是荷蘭的阿斯麥（ASML）。阿斯麥實現了超微細加工不可或缺的「極紫外（EUV）」光刻的實用化?？偸兄到刂?022年4月底超過了2300億美元，10年時間增至10倍以上。

極紫外光刻機對于日本的半導體產業(yè)來說曾是慘痛的回憶。率先提出該技術的是1986年任職于NTT的木下博雄。雖然日本有佳能和尼康等光刻機廠商，但技術依然處于下風。

困境和良機是互為表里的關系。2種三維集成技術已在各個階段推進開發(fā)和采用。為了確立新制程，此前附加值相對較低的后制程的重要性提高，同時成熟的設備和技術重新涌現商機。在新技術之下，日本企業(yè)能否提高存在感，影響「后摩爾時代」的技術開發(fā)已經拉開競爭大幕。

日本企業(yè)的新商機

在元件的結構變化和芯片堆棧等新技術上，制程的復雜性變得更高，要求精度也隨之提高。對于在制造設備領域掌握近3成份額的日本企業(yè)來說，出現了很多存在新商機的領域。

「環(huán)繞式柵極技術（GAA）結構需要先進的制程技術」，東京電子企業(yè)創(chuàng)新本部的本部長助理關口章久如此表示。成膜和蝕刻不斷增加復雜性和制程數量，東京電子在各種設備領域掌握著3～4成市占率，將迎來商機。

除了奧爾巴尼之外，東京電子還與阿斯麥等企業(yè)合作，將在與新一代光刻相關研發(fā)等領域展開活動。東京電子的競爭對手包括美國泛林研發(fā)公司(Lam Research)等大型企業(yè)，尖端技術開發(fā)的成敗將影響未來的商機。

對于芯片堆棧來說，后制程的技術成為關鍵。在使半導體背面變薄的「研削機(Grinder)」領域，日本迪思科(DISCO)占全球份額的一半，而在尖端半導體的封裝基板領域，揖斐電和新光電氣工業(yè)壟斷了市占率。

成熟的技術領域也將出現新商機。在芯片堆棧時用于連接的零部件領域，布線的形成需使用與硅基板不同的特殊光刻設備。佳能在尖端封裝的布線光刻設備領域掌握著市占率的大部分。