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半導體龍頭赴美投資不能沒有的化工台灣隊 揭密!台積電背後的隱形冠軍

2020-06-23
作者: 林宏達

▲(圖/陳俊松攝)

在台積電、美光等半導體廠投資帶動下,台灣半導體材料產業近年蓬勃發展,連續9年都是全球最大半導體材料市場。

本刊採訪發現,在這個新的千億商機下,有一群台灣的隱形冠軍,正靠半導體市場穩穩獲利。

今年上半年,台積電新廠推進的速度,愈來愈快,這將是台灣半導體材料的大商機。

3月6日,南科18廠四期FAB棟正式動工,南科30公頃的基地,比台北中正紀念堂還大,這裡將成為台積電3奈米製程的重要據點。5月12日,台積電董事會批准經費將在苗栗竹南設先進封測廠,總投資金額上看3000億元台幣。5月15日,台積電公告,有意在美國設立5奈米新廠,投資金額也上看3600億元台幣。

台積電董事長劉德音6月9日在股東會後的記者會透露,會找下游廠商一起赴美,例如製程化學品、特殊氣體等高精密材料,讓台廠產業可以往新市場發展。台積電還幫協力廠談好了條件,台積電享有的土地、補助等優惠,上游廠商也會有同樣待遇。

只待美國「半導體振興法案(CHIPS Act)」過關,美國補助款到位,不僅台積電在美國新廠能獲利,上游材料廠也能跟著到美國打「大聯盟」擴張版圖。

▲台積電股東會上,董事長劉德音表示會帶供應商赴美,讓台灣產業能朝新市場發展。(圖/彭世杰攝)

捍衛良率 上游廠商也赴美

過去,半導體材料被認為是歐美日商的天下,這一次,劉德音說要帶台灣材料供應鏈出國,這揭開了台積電布局多年的祕密:過去幾年,台積電不斷培養本土供應鏈,把台積電的know-how「藏」在材料裡;除了用這些材料提升良率,台積電還攜手台廠,用台灣供應鏈共同開發綠色製程,逐步換掉具有毒性的半導體材料,或是回收材料再利用,降低有毒材料用量。

這也就是為什麼,台積電到半導體龍頭英特爾廠區旁設廠,還要大費周章帶台灣供應鏈過去的原因之一。可以說,少了這些台灣半導體材料公司,台積電也難有這麼高的獲利,這裡面有許多早已是全亞洲知名的公司。

早在2019年1月台積電發生「光阻液事件」,損失數億美元後,已意識到先進製程不只靠台積電自己的技術才能完成,半導體材料品質的精進更為關鍵。

去年底,台積電品質暨可靠性組織長何軍在供應鏈論壇上,以「供應鏈合作的新紀元」為題演講。他打出一連串的投影片解析,「材料將是摩爾定律的推進者」,當微縮製程將線路愈做愈細,「舊的材料已變成新的風險」。(延伸閱讀:台灣最大電子級硫酸廠 廣明實業,台積電美國廠也要靠他

如果把線路寬度比喻成馬路,過去製造的線路寬度有如大馬路,一輛小汽車卡在路中間還不會塞車,但現在製造的線路寬度和過去相比,有如鄉間小道,甚至像水溝般大小,同樣一輛車,會讓路線完全堵住,材料裡過去尚能容忍的「雜質」,就像拋錨的汽車,成了必須嚴格管控的品質殺手,台積電對半導體材料的品質要求大幅提高。

頂級質譜儀 價格比超跑貴

就連水都要重新被檢視!台積電用於先進製程,是特殊處理過的超純水,水中金屬離子數量低到幾乎不導電,但何軍打出一張投影片顯示,在電子顯微鏡下,原本應該平整的晶圓表面上附著了一顆金屬粒子,「水的品質不確定,就意味著風險」。

一位產業人士觀察,「以前談材料的檢驗標準,單位是PPM(百萬分之1),現在是PPB(10億分之1),以後會是PPT(1兆分之1)」,為了確定送給台積電的材料符合要求,材料廠還要自掏腰包買最先進的檢驗設備,在關東鑫林雲林廠,關東鑫林一口氣就買了台5高階的電漿質譜儀,每一台要價都超過一輛超跑。

而且,同一批材料,出廠前廠商自己檢驗一次,送進台積電之後,還有一組超過200人的團隊,重新對材料再做檢驗;換句話說,要能打進台積電先進製程供應鏈,不只要有生產技術,檢測服務、運送,缺一不可。如果把台積電比喻

成一家相片沖印店,台積電的工作,就是把IC設計公司設計出的電路「沖印」在矽晶圓上,再用蝕刻材料「拿掉」不要的部分,再利用沉積材料等各種物質,把電路「加」上去。工研院產業科技國際策略發展所經理張致吉解釋,半導體材料大致可分為矽晶圓、光罩、薄膜製程使用氣體、蝕刻製程使用氣體、製程用洗淨藥液和乾燥藥液、研磨墊、研磨液體等部分。

半導體材料的市場每年也穩定成長,張致吉引用《富士經濟報告》指出,以蝕刻用材料為例,市場規模在5年內仍會持續成長。

因為,蝕刻用材料的作用就像一把化學的鏟子,以前做記憶體,只要在晶圓上挖128層,「現在已經堆疊到500層。」人們使用的資料量愈來愈大,相關材料的需求也愈大。

▲隨著半導體製程愈來愈精密,對材料的要求標準也愈來愈高。(圖/取自台積電官網)

商機浮現 默克投資南台灣

關東鑫林科技董事長呂志鵬指出,製程化學品以前可以做到對A材料完全沒有損害,對B材料卻一口氣溶解10層、20層,「現在記憶體堆疊層數愈來愈高,材料一口氣就要吃30、40層,卻還是要求對旁邊的A材料一點都不能損害。這種讓化學品「指到哪裡就吃到哪裡」的特殊技術,靠的就是材料供應商手上的獨門配方。

20年前默克一度賣掉電子級化學基礎材料,過去幾年又重新投資半導體材料事業,就是看到機會。台灣默克董事長謝志宏更透露,在經濟部鼓勵和協助下,默克今年也計畫在南台灣投資先進的半導體沉積材料,「這些材料不是一車一車賣,而是以公克為單位供應」。

過去多年,台灣一直是全球最大的半導體材料市場;光是去年,台灣就採購超過113億美元的半導體材料,台幣價值超過3300億元。在以台積電為龍頭的帶動下,近年已有愈來愈多的半導體材料外商來台進駐。

站在雲林斗六工業區,就能感受到這個趨勢。在這裡,台日合資的半導體材料廠關東鑫林,去年雲林1廠2期工程、雲林2廠接連完工,總投資金額達100億元台幣。全球3大光阻液廠之一的日本信越,也在雲林設廠生產高階光阻液,是信越在日本之外的第一個光阻液廠。產品正等著通過台積電認證,從斗六到台南只要近1小時的車程,提早卡位南科即將爆發的材料商機。

氟化物領域 台灣躋身前三

目前,各材料領域都有台廠投資,其中以生產製程化學品最多。這類材料多半用於清洗晶圓,把多餘的物質拿掉。在氣體領域,過去幾乎都是外商天下,但中美晶投資的台灣特品化學,去年也拿到台積電優良供應商。黃光製程裡,如光阻液也大部分供應商是外商,但永光化學自主研發的光阻液,也已開始打入12吋半導體廠。

台灣半導體材料廠的實力,已足以出口打國際杯。「上一次日韓貿易戰,是我們救了三星。」一位業者透露,日本禁止對南韓出口的半導體等級氫氟酸,是重要製程化學品,全世界除了日本,台灣有兩家公司有能力生產。

這兩家公司,一家叫僑力化工,這家公司沒有上市,卻是全球氫氟酸產能第2大的公司。僑力化工原本是貿易公司,轉型自製產品時,想向日本買技術,日本人卻不願意技術合作;於是,僑力化工便自行研發,從牙膏用的氟化物開始,做到藥品級,最終做到最頂尖的半導體級氫氟酸。「氟化物的原料是螢石,全世界中國蘊藏量最大,但中國只能做出工業級氫氟酸,台灣卻能做到半導體級。」業者透露。

另一家是台塑旗下的台塑大金,這家公司是1999年,由日本大金工業和台塑合資成立,由大金工業提供技術,台塑負責管理,專門生產台灣半導體產業需要的氫氟酸,20年持續擴廠,電子級氫氟酸產能也已達2萬6千噸,台灣半導體廠幾乎都是台塑大金的客戶,它們以內銷為主,當台灣半導體產業持續擴廠,台塑大金今年也積極擴產。根據台塑年報,台塑去年認列台塑大金獲利1億2千萬元。

這幾年,甚至已有部分台灣公司打進更高端的台積電五奈米供應鏈。本刊採訪得知,廣明實業的硫酸、長春石化的雙氧水、信紘科的機能水,都已得到認證採用。在7奈米部分,溶劑大廠勝一,因為有3項材料在台積電7奈米製程被採用,股價從2016年開始翻倍成長。關東鑫林的製程化學品,也是台積電先進製程的要角。(延伸閱讀:機能水技術讓製程變綠 信紘科,研發新材料取代汙染溶劑

▲台積電目前正在南科興建大型晶圓廠,這裡將成3奈米製程製造基地。(圖/陳俊松攝)

搶食大餅 老台廠攜手外商

此外,有不少本土工業老家族,透過與外商合資,悄悄賺半導體材料的錢。例如南紡旗下的南美特科技,就是化學氣相沉積材料的供應商。也有不少本土半導體周邊廠商想進一步跨入材料產業,例如廠務設備大廠帆宣,也代理銷售半導體材料。中美晶在培養出環球晶之後,現在也大力投資特品化學,轉攻半導體用氣體。還有不少公司,如新應材,正從面板產業材料切入,想逐步切入半導體封測,甚至半導體材料市場。不過,要打進半導體產業絕非一朝一夕就能達成。例如永光化學為了開發自有半導體光阻技術,投資23年時間才完成。

對台灣半導體材料產業的發展,關東鑫林董事長呂志鵬可說是開路先鋒。他回憶,他剛進默克時,主要工作就是把歐洲運來的半導體材料,一桶一桶運給工研院的客戶;後來,這個客戶從工研院獨立出來,變成了台積電。(延伸閱讀:靠回收力搶食綠色製造商機 三福化工,降低7成有毒顯影劑

呂志鵬說,當時默克看到台灣半導體產業將進入高速成長期,就和日本關東集團在台灣投資伊默克公司,由於硫酸等半導體材料體積大,重量重,默克改採授權模式,由台廠使用默克的技術在台生產,半導體材料產業因此從製程化學品開始發展。隨著竹科崛起,桃園也發展出一個電子化學品的聚落,中華化學、廣明實業、永光化學等大廠,都群聚在桃園觀音一帶。

這些數10年累積的產業知識,中國也覬覦許久。去年,刑事局就破獲中國江化微電子公司被控來台偷取德國巴斯夫電子材料部門的營業祕密,偷的就是生產半導體級硫酸的技術。

▲長春石化創辦人林書鴻一手打造的化工王國,讓長春成為台積電的關鍵材料供應商。(圖/陳俊松攝)

培養自有供應鏈 勢在必行

除了提高品質競爭力之外,環保也是半導體材料開發的新趨勢。永光化學總經理陳偉望認為,以前半導體廠與台灣廠商合作,多半是為了降低成本;但是歐盟提出新的環保要求後,半導體廠愈來愈有意願與台灣廠商合作研發無毒新材料,或是發展回收技術。

台積電也透過與台廠合作,把技術「埋」在材料裡,採訪中,廠商都避談台積電使用的化學品確切型號,「有些東西全世界半導體產業,只有台積電在用。」業者透露,台積電使用的材料早已與英特爾、三星不同。站上半導體龍頭之後,培養自己的供應鏈已是台積電必走的一條路。

現在,全世界都要爭奪最先進的半導體製程,是威脅也是機會。台灣有機會在半導體代工之後,再長出另一個千億元產業。如果台灣半導體材料產業能因此擴大影響力,未來台灣還會再多一座「護國神山」,成為台灣在全球半導體產業的新競爭門檻。

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