شركة Nikon اليابانية العريقة تعود بهدوء إلى مجال تصنيع الرقائق لتنافس ASML.

في تاريخ البصريات، كانت علامة نيكون تجسد سمعة عالمية في إنتاج العدسات الدقيقة والكاميرات الاحترافية؛ لكن في مجال معدات أشباه الموصلات، كانت هذه الشركة أيضًا قد وصلت إلى قمة العالم. فقط، خلال العشرين عامًا الماضية، احتكرت ASML سوق المعدات العالمية بأجهزة الضوء فوق البنفسجي الشديد (EUV) مما أجبر نيكون على الانسحاب من سباق العمليات المتقدمة، وترك فقط معدات DUV (الضوء فوق البنفسجي العميق) وسوق التطبيقات الخاصة. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، أعادت الجغرافيا السياسية العالمية تشكيل الموردين، حيث سعت الولايات المتحدة واليابان والاتحاد الأوروبي لتقليل اعتمادها على ASML، مما أدى إلى بدء تطورات جديدة في عملية الرقائق، مما أعطى نيكون بصيصًا من الأمل للعودة إلى السوق وفرصة جديدة للمشاركة في سباق تصنيع الرقائق. هذه العملاق الياباني القديم في مجال البصريات يعود بهدوء إلى الساحة العالمية. هذه المقالة مقتبسة من ملخص النقاط الرئيسية لفيلم “عودة نيكون: العودة الهادئة لليابان إلى صناعة الرقائق”.

من القمة إلى الصمت: نيكون被 ASML 擠掉的二十年

في أواخر القرن الماضي، كانت نيكون وكانون قد تقاسمتا العالم مع ASML، وتزعمتا معًا سوق ( الليثوغرافيا بالأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV). في ذلك الوقت، كانت تقنيات آلات خطوة نيكون (Stepper) وآلات المسح (Scanner) تُعتبر معيار العمليات المتقدمة، حيث كانت أنظمة البصريات لديها تتصدر السوق لسنوات عديدة. ولكن بعد ظهور EUV، أعادت كتابة مصير نيكون، حيث قامت ASML، التي استثمرت أموال بحث وتطوير ضخمة، بدعم من حكومات متعددة في أوروبا وقدرتها على دمج الصناعات، في النهاية بإنشاء الاتحاد الأوروبي الوحيد القابل للتسويق. أدت تكاليف الإنتاج، والقدرة الإنتاجية، والموردين، وتراكم حواجز براءات الاختراع، إلى أن تضطر نيكون إلى التخلي تمامًا عن تطوير EUV في أواخر العقد 2010، والتحول نحو العمليات الناضجة والتطبيقات الخاصة.

تحولت ASML من متعقب إلى رائدة في EUV

سوق الطباعة الضوئية اليوم يظهر تباينًا شديدًا: ASML تسيطر على أكثر من 60% من حصة سوق الطباعة الضوئية العالمية، وفي مجال EUV (الطباعة الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية المتطرفة) تحتل مكانة احتكارية بنسبة 100%.

في عملية تصنيع الشرائح، كانت تقنية الطباعة الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية العميقة باستخدام ضوء 248 نانومتر أو 193 نانومتر هي التقنية الرئيسية في الصناعة لعدة عقود. لا تزال تُستخدم على نطاق واسع في شرائح السيارات، وأجهزة إنترنت الأشياء، والمنتجات الإلكترونية اليومية، حيث تقدم الشركات مثل نيكون، وكانون وASM معداتها لخدمة النطاق من 28 إلى 90 نانومتر. ولكن من أجل تقليص حجم الترانزستورات إلى 7 نانومتر وما دون، تحولت الصناعة إلى الطباعة الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية المتطرفة (EUV). حوالي عام 2018، استخدمت EUV ضوءًا بطول موجي 13.5 نانومتر، مما يتطلب ليزرًا خاصًا ونظام فراغ لنقش ميزات دقيقة للغاية. لقد أصبحت EUV معيار الذهب لأحدث شرائح المنطق.

ASML هي الشركة الوحيدة القادرة على إنتاج معدات EUV على نطاق واسع، حيث قد تتجاوز تكلفة كل جهاز 150 مليون دولار إلى 350 مليون دولار، وهذه المعدات الضخمة تجعل قانون مور مستمرًا، حيث يتم دمج مليارات الترانزستورات على شريحة سيليكون صغيرة. اليوم، يتأثر المشهد العالمي للدوائر المتكاملة بشكل كبير بتقنية الطباعة الحجرية EUV. تُستخدم معدات الطباعة الحجرية EUV من ASML في تصنيع أسرع المعالجات من قبل TSMC وSamsung وIntel. كانت Nikon وCanon في السابق تهيمنان على السوق، ولكن اليوم تقدم أساسًا معدات DUV للطباعة الحجرية للأسواق القديمة والأسواق الخاصة. هذا يشبه إلى حد ما قفزة تكنولوجية. قامت Nikon بتحسين التقنية السابقة، بينما حققت ASML تقدمًا كبيرًا من خلال تقنية جديدة عالية المخاطر، وجنت عوائد كبيرة.

ASML سعر معدات مسح EUV يتراوح عادة بين 1.5 إلى 3.5 مليار دولار، واستهلاك الطاقة يكفي لاستخدام مجتمع صغير، ومع ذلك تواصل TSMC وسامسونغ وإن Intel التنافس على الشراء، لأن EUV هو الجوهر الذي لا غنى عنه في عمليات التصنيع تحت 7 نانومتر. من ناحية أخرى، توقفت نيكون عن تطوير معدات EUV التجريبية التي أطلقتها في عام 2008، ومنذ عام 2017 انخفضت أعمالها في الطباعة الضوئية عالية المستوى بشكل حاد، حيث تجاوزت حصة ASML في سوق DUV الغمر 90%.

عودة نيكون

يبدو أن الأمور قد حُسمت، ولكن مصير نايكون سيشهد تحولًا في عام 2025، حيث تعود نايكون بهدوء عبر طريق آخر. إن الطلب العالمي على الشرائح المتقدمة جعل تقنية الطباعة الضوئية EUV أمرًا لا غنى عنه. وهذا هو سبب ارتفاع أسهم ASML في السنوات الأخيرة. فماذا عن تقنية الطباعة النانوية الضوئية؟ تعتمد تقنية الطباعة النانوية الضوئية التقليدية، سواء كانت DUV أو EUV، على استخدام الضوء من خلال العدسات لإسقاط نمط الدائرة على الرقاقة.

لم تحاول نيكون تحدي احتكار ASML في EUV بشكل مباشر، بل تحولت إلى مجالين تم تجاهلهما من قبل السوق الرئيسي ولكنهما ينموان بسرعة:

التغليف المتقدم

طباعة النانو (Nanoimprint Lithography، اختصاراً NIL)

هذان المجالان هما ساحة المعركة التي لم تشكل فيها ASML ميزة مطلقة، كما أنهما المكانان اللذان يمكن فيهما لنظام الهندسة الدقيقة لشركة Nikon وتقنية التعرض على نطاق واسع أن تُظهر أفضل أداء لها.

الهجوم الاستراتيجي 1: الانتقال إلى آلة الطباعة الضوئية DSP 100 المتقدمة في التعبئة النهائية

تؤدي شريحة الذكاء الاصطناعي، والشريحة الصغيرة، والتكديس ثلاثي الأبعاد إلى زيادة كبيرة في أهمية التعبئة. أصبحت خطوط التعبئة تشبه بشكل متزايد طبقة أخرى من الطباعة الضوئية، حيث تتطلب دقة عالية بمقياس ميكرون أو حتى أقل، وألواح ضخمة بأكثر من 300 مم من أشباه الموصلات، وسرعة معالجة عالية. ستطلق نيكون نظام الطباعة الضوئية الرقمية DSP 100 في عام 2025، والذي يتميز بـ:

يدعم لوحة بحجم 600 × 600 مم (9 أضعاف مساحة 300 مم للرقائق)

1 μm عرض الخط / ±0.3 μm خطأ المحاذاة

اعتماد تقنية Nikon FPD × الهيكل الهجين للطباعة الضوئية شبه الموصلة

تم تصميم DSP 100 خصيصًا لعمليات التصنيع المتقدمة، لتلبية الطلبات المتزايدة على مجموعة الشرائح، ومعجلات الذكاء الاصطناعي، وتغليف HPC.

الهجوم الاستراتيجي 2: تحديات الطباعة الضوئية بالنانو (NIL) في جحيم تكاليف EUV

تقنية NIL ليست باستخدام الإسقاط الضوئي، بل تستخدم القوالب النانوية ل"ختم" أنماط الدوائر مباشرة على الرقاقة، تمامًا مثل طباعة النقود أو القوالب، حيث يتم الانتهاء من الطباعة الفعلية للنمط في خطوة واحدة.

مزاياها كبيرة:

قد تكون التكلفة فقط 40 % من EUV

استهلاك الطاقة يمثل فقط 10 % من EUV

غير مقيد بحدود الانكسار الضوئي، يمكن نظريًا أن يكون أقل من 10 نانومتر

مناسب لعمليات تصنيع الذاكرة ذات التكرار العالي مثل NAND و DRAM

أصدرت كانون في عام 2023 أجهزة NIL تصل دقتها إلى 14 نانومتر، وتعاونت مع أراشيا لاختبار قدرات 10 نانومتر. كما تستثمر نيكون أيضًا في هذا المجال، والسوق يتطلع إلى أن يتمكن العملاقان اليابانيان من وضع معيار جديد في هذا المجال.

NIL (Nanoimprint Lithography) قد تغير قواعد اللعبة

لا حاجة إلى 150 مليون دولار من EUV، ولا حاجة إلى مصدر ضوء ضخم ونظام مرآة، يمكن أيضًا تصنيع رقائق بحجم 10 نانومتر. إنه فرصة غير مسبوقة للدول الناشئة في تصنيع الرقائق والمصانع ذات الميزانية المحدودة. قد تكون تكلفة معدات ضغط النانو حوالي 40% فقط من نظام الطباعة بالأشعة فوق البنفسجية المتطرفة، في حين أن استهلاك الطاقة يبلغ حوالي 10% فقط من نظام الطباعة بالأشعة فوق البنفسجية المتطرفة. على وجه التحديد، إذا كانت تكلفة أداة الطباعة بالأشعة فوق البنفسجية المتطرفة حوالي 150 مليون دولار، واستهلاك الطاقة 1 ميغاوات، فقد تكون تكلفة أداة ضغط النانو حوالي 60 مليون دولار، واستهلاك الطاقة 100 كيلووات. هذه كلها تخفيضات هائلة.

لماذا تعتبر استراتيجية نيكون الجديدة مهمة جدًا الآن؟ صناعة أشباه الموصلات تمر بنقطة تحول. تكاليف وتعقيدات تطوير تقنية EUV تتصاعد، وسعر الجيل الجديد من معدات EUV عالية NA سيتجاوز 300 مليون دولار. في الوقت نفسه، تظهر المزيد من الطرق. لم تعد الشركات تسعى بشكل أحادي لتقليص حجم الرقاقة بشكل مستمر، بل تركز على مجموعات الرقائق وتقنيات التعبئة المتقدمة من خلال دمج عدة رقائق في حزمة واحدة (مثل الدوائر الصغيرة). الذكاء الاصطناعي (AI) وإنترنت الأشياء (IoT) يعززان الطلب القوي على الرقائق المتطورة. مع تغير المشهد الجيوسياسي، تسعى الدول لتعزيز القدرة الإنتاجية المحلية للرقائق، ويدفع الناس للبحث عن بدائل تركز على ASML، وبهذا، تكتسب نيكون الفرصة.

نيكون ليست بصدد استبدال تقنية EUV بالكامل، بل تهدف إلى خلق بحر جديد عندما تبحث الصناعة عن حلول مختلفة. نيكون تعود بهدوء إلى الساحة، لتلعب دورًا حيويًا مرة أخرى في سلسلة توريد أشباه الموصلات العالمية.

هذه المقالة تتحدث عن عودة شركة نيكون اليابانية القديمة بهدوء إلى مجال تصنيع الشرائح وتنافسها مع ASML، وقد ظهرت لأول مرة في أخبار السلسلة ABMedia.