La veterana marca japonesa Nikon está regresando silenciosamente al campo de la fabricación de chips, compitiendo con ASML.

En la historia de la óptica, la marca Nikon ha sido conocida mundialmente por producir lentes de precisión y cámaras profesionales; sin embargo, en el campo de los equipos semiconductores, esta empresa también ha estado en la cima del mundo. Solo que en los últimos veinte años, ASML ha monopolizado el mercado global con su equipo de luz ultravioleta extrema (EUV), lo que obligó a Nikon a retirarse de la carrera de procesos avanzados, quedándose solo con equipos DUV (luz ultravioleta profunda) y el mercado de aplicaciones especiales. Sin embargo, en los últimos años, la reconfiguración geopolítica global ha remodelado la cadena de suministro, y Estados Unidos, Japón y la Unión Europea han buscado reducir su dependencia de ASML, lo que ha llevado a nuevos desarrollos en el proceso de fabricación de obleas, permitiendo a Nikon vislumbrar la posibilidad de regresar al mercado y participar nuevamente en la carrera de fabricación de chips. Este antiguo gigante óptico japonés está regresando silenciosamente al escenario mundial. Este artículo es un resumen de los puntos destacados del video “Nikon’s Comeback: Japan’s Quiet Return to Chipmakin”.

Desde el pico hasta el silencio: los veinte años en que Nikon fue desplazado por ASML

A finales del siglo pasado, Nikon y Canon compartieron el mundo con ASML, dominando conjuntamente el mercado global de la litografía en ultravioleta extremo (EUV). En ese momento, la tecnología de stepper y scanner de Nikon se consideraba el estándar para los procesos avanzados, y su sistema óptico había liderado el mercado durante años. Sin embargo, la aparición del EUV cambió el destino de Nikon. ASML, que había invertido enormes sumas en investigación y desarrollo, con el respaldo de los fondos y la capacidad de integración industrial de varios gobiernos europeos, finalmente logró crear el único EUV comercializable en el mundo. La acumulación de costos, capacidad de producción, cadena de suministro y barreras de patentes llevó a Nikon a tener que abandonar por completo el desarrollo del EUV a finales de la década de 2010, y a cambiar su enfoque hacia procesos maduros y aplicaciones especiales.

ASML de perseguidor a convertirse en el líder de EUV

El mercado de la litografía de hoy presenta un fuerte contraste: ASML controla más del 60 % de la cuota del mercado global de litografía y tiene una posición de monopolio del 100 % en el campo más avanzado de EUV (litografía ultravioleta extrema).

En el proceso de fabricación de obleas, el uso de la tecnología de litografía de ultravioleta profundo con luz de 248 nanómetros o 193 nanómetros ha sido durante décadas la tecnología principal en la industria. Aún se utiliza ampliamente en chips para automóviles, dispositivos de Internet de las cosas y productos electrónicos de uso diario, con equipos de empresas como Nikon, Canon y ASM que sirven para nodos en el rango de 28 a 90 nanómetros. Sin embargo, para reducir aún más el tamaño de los transistores a 7 nanómetros o menos, la industria ha recurrido a la litografía de ultravioleta extrema (EUV). Alrededor de 2018, el EUV utiliza luz con una longitud de onda de 13.5 nanómetros, requiriendo láseres especiales y sistemas de vacío para grabar características extremadamente finas. El EUV se ha convertido en el estándar dorado para los chips lógicos más avanzados.

ASML es la única empresa capaz de producir en masa equipos EUV, cuyo costo por unidad puede oscilar entre 150 millones y 350 millones de dólares. Estos enormes equipos han permitido la continuidad de la Ley de Moore, integrando miles de millones de transistores en una pequeña oblea de silicio. Hoy en día, el panorama global de semiconductores está profundamente influenciado por la tecnología de litografía EUV. Los equipos de litografía EUV de ASML son utilizados por TSMC, Samsung e Intel para fabricar los procesadores más rápidos. Nikon y Canon solían dominar el mercado, pero ahora se enfocan principalmente en proporcionar equipos de litografía DUV para nodos antiguos y mercados especiales. Esto es un poco como un salto técnico. Nikon perfeccionó la tecnología de la generación anterior, mientras que ASML logró un desarrollo disruptivo gracias a una nueva tecnología de alto riesgo y obtuvo grandes recompensas.

El precio de los equipos de escaneo EUV de ASML oscila entre 150 y 350 millones de dólares, y su consumo de energía puede abastecer a una pequeña comunidad, lo que aún permite a TSMC, Samsung e Intel competir por su compra, ya que EUV es fundamental para los procesos de fabricación por debajo de 7 nanómetros. En contraste, Nikon detuvo el desarrollo después de lanzar un equipo experimental de EUV en 2008, y desde 2017 su negocio de fotolitografía de alta gama ha ido en rápida disminución, con ASML alcanzando una participación de mercado de más del 90 % en el mercado de DUV inmersivo.

La revancha de Nikon

A simple vista parece que el destino está sellado, pero la suerte de Nikon dará un giro en 2025, ya que Nikon está regresando sigilosamente por otro camino. La demanda mundial de chips avanzados ha hecho que la tecnología de litografía EUV sea indispensable. Esta es la razón por la que las acciones de ASML han aumentado en los últimos años. ¿Y qué hay de la tecnología de litografía por impresión nano? La tecnología de litografía por impresión nano tradicional, ya sea DUV o EUV, utiliza la luz a través de lentes para proyectar patrones de circuitos sobre obleas.

Nikon no ha intentado desafiar directamente el monopolio de EUV de ASML, sino que se ha vuelto hacia dos áreas que el mercado principal ha ignorado pero que están creciendo rápidamente:

Paquete Avanzado

Litografía por nanoimpresión (Nanoimprint Lithography, abreviado NIL)

Estos dos campos son el campo de batalla donde ASML no ha formado una ventaja absoluta, y también son los lugares donde la ingeniería de precisión y la tecnología de exposición de gran área de Nikon pueden brillar más.

Ofensiva estratégica 1: Maquinaria de fotolitografía de backend DSP 100 hacia un empaque avanzado

Los chips de IA, Chiplet y el apilamiento 3D han elevado drásticamente la importancia del empaquetado. Las líneas de empaquetado se parecen cada vez más a una capa adicional de fotolitografía, requiriendo resoluciones de alta definición en micrómetros e incluso sub-micrómetros, paneles gigantes de más de 300 mm de oblea y un alto rendimiento. Nikon lanzará el sistema de fotolitografía digital DSP 100 en 2025, que cuenta con:

Soporta paneles de 600 × 600 mm (9 veces el área de un wafer de 300 mm)

1 μm ancho de línea / ±0.3 μm de error de alineación

Arquitectura híbrida de tecnología Nikon FPD × fotolitografía semiconductora

DSP 100 está diseñado específicamente para el proceso posterior, satisfaciendo adecuadamente la creciente demanda de chips, aceleradores de IA y empaquetado HPC.

Contraofensiva estratégica 2: Desafíos de la litografía por nanoimpresión (NIL) al infierno de costos de EUV

La tecnología NIL no utiliza proyección óptica, sino que imprime directamente patrones de circuitos en obleas utilizando moldes nanométricos, como si se tratara de imprimir dinero o moldes, completando la impresión física del patrón en un solo paso.

Sus ventajas son enormes:

El costo puede ser solo el 40 % del EUV.

El consumo de energía es solo el 10 % del EUV.

Sin estar limitado por el límite de difracción óptica, teóricamente puede estar por debajo de 10 nm.

Apropiado para procesos de memoria con alta repetitividad como NAND, DRAM, etc.

Canon ha lanzado en 2023 un equipo NIL que puede alcanzar los 14 nm, y ha colaborado con Aikaxia para probar la capacidad de 10 nm. Nikon también está invirtiendo en este campo, y el mercado espera que los dos gigantes japoneses puedan establecer un nuevo estándar.

NIL (Nanoimprint Lithography( puede cambiar las reglas del juego

No se necesita 150 millones de dólares en EUV, ni enormes fuentes de luz y sistemas de espejos, para fabricar chips de menos de 10 nanómetros. Para los nuevos países fabricantes de chips y las fábricas de obleas con presupuesto limitado, esta es una oportunidad sin precedentes. El costo del equipo de nanoimpresión podría ser solo alrededor del 40% del sistema de litografía ultravioleta extrema, y el consumo de energía sería solo alrededor del 10% del sistema de litografía ultravioleta extrema. Específicamente, si el costo de una herramienta de litografía ultravioleta extrema es de aproximadamente 150 millones de dólares y el consumo de energía es de 1 megavatio, entonces el costo de una herramienta de nanoimpresión podría ser de aproximadamente 60 millones de dólares, con un consumo de energía de 100 kilovatios. Todo esto representa una gran reducción.

¿Por qué es tan importante la nueva estrategia de Nikon en este momento? La industria de los semiconductores se encuentra en un punto de inflexión. El costo y la complejidad del desarrollo de la tecnología EUV están aumentando rápidamente, y el precio de la nueva generación de equipos EUV de alta NA superará los 300 millones de dólares. Al mismo tiempo, están surgiendo cada vez más métodos. Las empresas ya no persiguen simplemente la reducción continua del tamaño de los chips, sino que se enfocan en los conjuntos de chips y en las tecnologías de empaquetado avanzadas para mejorar continuamente el rendimiento mediante la combinación de múltiples chips en un solo paquete (por ejemplo, placas de circuito miniatura). El crecimiento de la inteligencia artificial )AI( y de la Internet de las cosas )IoT( está impulsando al mismo tiempo una fuerte demanda de chips de alta gama. Con los cambios en el panorama geopolítico, los países desean aumentar su capacidad de producción de chips nacionales, y hay un deseo de encontrar alternativas centradas en ASML, lo que le da a Nikon la oportunidad de aprovechar este momento.

Nikon no busca reemplazar completamente la tecnología EUV, sino crear un nuevo mar azul cuando la industria busca diferentes soluciones. Nikon está regresando silenciosamente al escenario, desempeñando nuevamente un papel clave en la cadena de suministro global de semiconductores.

Este artículo menciona que la veterana Nikon de Japón está regresando silenciosamente al campo de la fabricación de chips para competir con ASML, apareciendo por primera vez en las noticias de la cadena ABMedia.