2 奈米新競賽，以及材料為何至關重要
全球晶片製造商朝 2 奈米邏輯晶片量產邁進之際，日本半導體材料業者正擴大布局。人工智慧、高效能運算與先進汽車系統的需求，推動晶片線寬持續縮小。材料是這場轉型的隱形支柱。每一片晶圓、光阻、溶劑、氣體、黏著劑和樹脂，都必須比先前製程節點符合更嚴格的公差、更高的純度標準，以及更嚴密的均勻性要求。日本供應商長期以品質與精密度著稱，正看好這波趨勢帶來的成長契機。
目錄
在 2 奈米製程中，領先晶片製造商正採用環繞閘極電晶體（GAA）及更複雜的晶片架構。GAA 能更精確地控制電流在電晶體內的流動，有助於在極小尺度下減少漏電和耗電。這些設計需要極紫外光微影（EUV）光阻化學品、高純度酸類與溶劑、超平坦矽晶圓，以及專用封裝材料。每個步驟的製程窗口都很窄，因此材料效能是否穩定，成為影響良率的關鍵因素。
日本供應商的投資瞄準這個關鍵轉折點。東京應化工業計畫在首爾附近興建新的光阻與高純度化學品廠區，支援亞洲領先的晶圓代工廠。ADEKA 正升級先進半導體化學品的生產設備。晶圓大廠信越化學工業與 SUMCO 合計供應全球大量 300 毫米矽晶圓，正調整基板，以符合 2 奈米微影所需的更高平坦度與更低缺陷密度。與此同時，隨著晶片製造商為 AI 系統採用密集配置，將處理器與高頻寬記憶體連接，封裝材料需求也持續攀升。這些布局配合產業發展時程：台積電、三星與英特爾正推進新製程節點，日本 Rapidus 則目標在本十年內於國內實現 2 奈米製造。
投資者與產能擴張地點
日本材料業者的資本支出正遍及晶片製造的前段與後段。短期目標是在海外晶圓代工廠首波 2 奈米量產時提供支援，同時為 Rapidus 等日本新計畫帶來的國內需求做準備。這些投資反映日本更廣泛的轉型方向：聚焦材料與設備等優勢領域，重新在先進半導體產業扮演核心角色。
光阻與高純度化學品
全球光阻領導業者東京應化工業計畫在首爾附近設立新據點，包含 EUV 光阻廠與高純度化學品工廠。EUV 曝光使用波長極短的光，因此光阻必須兼具高感度、低線邊粗糙度與極低污染。2 奈米製程的製程控制容錯空間極小，對光阻配方與塗布後處理提出更高要求。業者也正擴增顯影液、剝離液與清洗化學品的產能，因為每一次額外沖洗或微量金屬污染，都可能影響元件效能。
晶圓、研磨液與特用氣體
信越化學工業與 SUMCO 供應全球大量 300 毫米晶圓，其產品是先進製程節點微影精度的基礎。在 2 奈米製程中，無論是前段圖案化或仍在研究中的背面製程，晶圓平坦度、微粒控制與晶體完整性都必須再提升。化學機械研磨液等耗材也同步改良，以確保在更密集的圖案上均勻去除材料。用於薄膜沉積與蝕刻的特用氣體也需要更高純度，以避免發生干擾 GAA 結構的反應。
封裝材料躍居關鍵
隨著晶片功耗與記憶體頻寬提高，先進封裝成為提升效能的重要手段。味之素 Fine-Techno（以 ABF 增層薄膜聞名）、Resonac、日產化學、住友電木與 Namics 等日本企業，正擴大底部填充材料、封裝材料、暫時接合黏著劑與樹脂的布局，以控制翹曲。JOINT2 合作計畫結合材料專業業者、Rapidus 與日本尖端半導體技術中心，致力於開發能維持晶片對準與熱穩定性的 3D 封裝流程。日本設備業者的精密工具也支援這項轉變，使封裝同時成為材料挑戰與工程專業。
2 奈米的挑戰
從目前領先的製程節點跨入 2 奈米，並非只是縮小網格。GAA 透過閘極環繞奈米片或奈米線，改變電晶體的幾何結構。這能改善閘極控制，有助於在極小尺寸下維持效能，也要求精選高介電常數材料、金屬閘極與功函數調整金屬，並維持極嚴格的無塵室環境。任何微量污染都可能改變臨界電壓，或形成漏電路徑。
EUV 微影是另一項支柱。2 奈米圖案需要更複雜的多重圖案化步驟，而即將推出的高數值孔徑 EUV 設備將進一步提升解析度。這使光阻化學配方、曝光後烘烤程序與缺陷檢測的要求提高。光阻必須在感度、解析度與粗糙度之間取得平衡，同時將隨機缺陷降至最低。光阻周邊使用的溶劑與沖洗化學品則不得腐蝕或使精細結構膨潤。
封裝如今已是設計初期就必須考量的關鍵決策。AI 加速器運用 2.5D 與 3D 技術，將運算晶粒與堆疊式高頻寬記憶體結合。中介層、微凸塊、銅柱與矽穿孔，對黏著劑、晶粒接合薄膜與熱介面材料提出新的要求。這些化合物能控制應力、減少翹曲，並將密集組裝中的熱量導出。若沒有能承受熱循環並維持長期可靠性的封裝材料，就無法達成 2 奈米的效能目標。
Rapidus、政府支持與國內產業生態系
Rapidus 是日本在國內生產 2 奈米晶片計畫的核心。該公司於 2025 年 4 月在北海道千歲啟動試產，並與合作夥伴展示 2 奈米 GAA 元件的核心技術。公司目標是在原型試作後提供客戶樣品，並於 2027 年邁入量產。政府承諾提供逾 1.7 兆日圓支援，並建立新的投資與貸款保證機制。政策制定者也尋求設置防護措施，包括將公共資金與保障關鍵技術及公司治理的條件掛鉤。
Rapidus 社長小池淳義曾以直白的方式說明這項任務的規模。他指出，良率提升與可靠度是邁向穩定大量產出的關鍵障礙。
開發量產技術極為困難，確認良率並確保可靠度是主要障礙。
這項計畫的影響不只關乎一家企業。若日本無法成為先進邏輯晶片生產的據點，設備與材料供應商為了跟隨客戶，將產能移往海外的風險便會升高。因此，Rapidus 計畫旨在成為整體產業生態系的平台，推動材料、量測、微影與封裝領域的共同開發。公司正試驗單晶圓或批次處理流程，以加快回饋並縮短學習週期，也採取整合前段與後段的方式，目標是在利基市場更快交付客戶產品。
人才仍是限制因素。Rapidus 已派工程師前往合作夥伴的實驗室學習先進製程，並在國內外招募人才。材料公司也採取類似做法，在日本與韓國的客戶晶圓廠附近組建團隊，支援快速試產與現場製程調整。
國際業者在日布局，帶動當地供應商需求
日本材料產業的擴張，與國內新增的生產據點密切相關。台積電熊本子公司正擴建第二座廠，帶動當地對晶圓、化學品與光阻的需求。當地採購可縮短交期並改善品質控管，對新製程節點的產能爬升尤其重要。
三星也正加深在日本的布局。公司計畫在橫濱設立先進封裝研究中心，目標是改善處理器與記憶體的連接，以支援 AI 工作負載。該研究中心將與日本材料及設備供應商和大學合作，進一步串連研究、試產線與商業化製程。對 Namics 與 Resonac 等封裝業者而言，靠近大型客戶的研發計畫，將有助於直接共同開發新一代底部填充材料、晶粒接合薄膜與低翹曲樹脂。
這些投資使日本成為更具實力的先進材料重鎮，即使 2 奈米晶圓的主要生產仍分布於多個地區。全球晶圓代工廠仍將仰賴日本的晶圓、光阻與耗材。海外需求與國內新據點相結合，將為當地供應商帶來更廣大的客戶群。
2 奈米對 AI、汽車與能源使用的意義
AI 訓練與推論工作負載正將資料中心的電力與冷卻能力推向極限。2 奈米晶片搭配先進封裝與高頻寬記憶體，目標是提高每瓦可執行的運算量。這可能降低雲端業者的電費與碳足跡，同時讓使用者能運用更大型的模型，並享有更快速的推論。在邊緣裝置中，更高的能源效率則讓機器人、工業系統、穿戴裝置與家用電子產品能搭載更多端側智慧功能。
汽車業需要可靠的運算能力，以支援駕駛輔助與未來的自動駕駛功能，也需要能承受溫度變化並具備長使用年限的晶片。封裝與互連材料對可靠度至關重要。包括汽車製造商與電子業者在內的日本整體產業，正密切關注 2 奈米的進展，因為國內能取得領先邏輯晶片，有助於加快共同設計並縮短供應鏈。
在通訊、醫療與國防等國家優先領域，2 奈米產能有助於提升韌性。若關鍵運算能力可由不只一個地區供應，系統製造商便能分散採購來源。日本在材料領域的專長，讓其在這種多區域布局中更具影響力。
風險、限制與供應商的應對
邁向 2 奈米伴隨著已知風險。新製程節點的產能爬升，往往面臨良率波動、關鍵設備供應受限與成本壓力。高數值孔徑 EUV 設備及其光阻材料組合必須建立穩定的量產配方。取得足夠的熟練工程師是全產業面臨的挑戰，人才競爭也十分激烈。資金同樣重要。建置完整的 2 奈米生產流程需要數兆日圓資本，因此未來數年必須結合公共支持與民間投資。
材料公司正採取幾項明確措施因應。他們在亞洲與日本的客戶晶圓廠附近設置產能，以支援快速試產與即時交貨。他們投資更環保的化學品、回收系統與水處理，以符合環境標準。許多公司也深化與大學及研發中心的合作，加快調整 EUV 光阻、低介電常數薄膜與高導熱封裝材料的配方。部分供應商正考慮成立合資企業，共同分擔昂貴廠房的風險。
全球競爭仍然激烈。中國晶圓代工廠正擴大成熟製程產能，可能影響材料價格與供應模式。在先進製程節點方面，台積電、三星與英特爾將訂出材料供應商必須符合的製程基準。能證明產品在大規模生產下品質穩定，並協助客戶降低缺陷與變異的公司，將能提高市占率。
日本材料產業領先地位展望
日本希望透過掌握自身最具優勢的關鍵技術環節，重建半導體產業地位；材料正是核心。隨著東京應化工業、ADEKA、信越化學、SUMCO、味之素 Fine-Techno、Resonac、Namics 等業者擴大布局，日本已具備條件支援海外首波 2 奈米晶圓廠及國內新增產能。政府設定的 2030 年國內半導體銷售額目標，預期兩方面都能取得進展，並由研究聯盟與補助計畫協助縮小差距。
值得關注的里程碑包括 Rapidus 原型成熟度與初期客戶合作進展、供應高數值孔徑設備使用的 EUV 光阻與高純度化學品，以及 JOINT2 推動的 3D 封裝樹脂與黏著劑突破，還有台積電熊本擴建案與三星橫濱封裝據點的建設進度。這些進展都代表日本材料需求將進一步增加。
日本在 2 奈米領域的角色，不會取決於單一工廠，而是仰賴涵蓋晶圓、化學品與封裝的材料生態系能否維持可靠。若供應商持續確保品質並與客戶共同創新，就能在晶片製造的下一階段成為不可或缺的一環。
重點摘要
- 日本材料供應商正增加資本支出，支援 2 奈米晶片生產，目標涵蓋海外晶圓代工廠與日本的新計畫。
- 東京應化工業計畫在首爾附近興建新的 EUV 光阻與高純度化學品廠區，ADEKA 則升級先進晶片化學品的生產設備。
- 信越化學工業與 SUMCO 合計占全球 300 毫米晶圓市場相當大的比重，正調整基板，以符合 2 奈米製程更嚴格的公差要求。
- 封裝材料是成長重點，味之素 Fine-Techno、Resonac、住友電木、Namics 等業者正投資底部填充材料、黏著劑與低翹曲樹脂。
- JOINT2 合作計畫串連材料業者、Rapidus 與尖端半導體技術中心，共同推進 AI 時代晶片所需的 3D 封裝。
- Rapidus 於 2025 年啟動試產，目標在 2027 年量產，並獲得逾 1.7 兆日圓公共資金支持，同時採取措施保障關鍵技術。
- 台積電正在熊本擴建，三星則計畫在橫濱設立封裝研發中心，這些布局將增加日本材料與設備的當地需求。
- 2 奈米製程需要 GAA 電晶體、EUV 光阻技術進步，以及每個步驟都達到極高純度，進一步提高材料一致性與缺陷控制的門檻。
- 風險包括良率學習、設備供應、人才短缺與資金需求；供應商則以擴大當地產能、採用更環保的製程及深化研發合作因應。
