Японський старий бренд Nikon потай повертається в сферу виробництва чіпів, борючись з ASML.

У історії оптики бренд Nikon завжди був відомий у всьому світі виробництвом точних об'єктивів та професійних камер; але в області обладнання для напівпровідників ця компанія також колись займала вершину світу. Однак за останні двадцять років, після того як ASML монополізувала світовий ринок з обладнанням для екстремальної ультрафіолетової (EUV) літографії, Nikon була змушена покинути гонку за передовими технологіями, залишившись лише з обладнанням DUV (глибоке ультрафіолетове) та ринком спеціальних застосувань. Проте в останні роки глобальна геополітика перебудовує мережу постачання, США, Японія та Європейський Союз послідовно намагаються зменшити залежність від ASML, процеси виготовлення кремнію починають отримувати новий розвиток, що дає Nikon можливість повернутися на ринок і знову взяти участь у гонці з виробництвом чіпів. Цей старий японський оптичний гігант тихо повертається на світову сцену. Ця стаття є підсумком основних моментів відео “Повернення Nikon: Тихий повернення Японії до виробництва чіпів.”

Від вершини до тиші: Nikon був витіснений ASML за двадцять років

Наприкінці минулого століття Nikon і Canon разом з ASML поділили світ, спільно домінуючи на глобальному ринку Extreme Ultraviolet (EUV) літографії. Тоді технології Nikon у виробництві чіпів (Stepper) та сканерах (Scanner) вважалися стандартом для високоякісних процесів, а їх оптичні системи були лідерами на ринку протягом багатьох років. Але з появою EUV змінилася доля Nikon, оскільки ASML, вклавши величезні кошти в дослідження та розробки, за підтримки урядів кількох європейських країн та здатності до інтеграції в промисловості, врешті-решт успішно створила єдину в світі комерційно доступну EUV. Накопичення витрат, виробничих потужностей, мережі постачання та патентних бар'єрів змусило Nikon повністю відмовитися від розробки EUV наприкінці 2010-х років та перейти до зрілих процесів і спеціальних застосувань.

ASML від переслідувача до монополіста EUV

Сьогодні ринок фотолітографії демонструє яскравий контраст: ASML контролює понад 60 % світової частки ринку фотолітографії, а в найсучаснішій області EUV (екстремальна ультрафіолетова літографія) займає 100 % монопольну позицію.

У процесі виготовлення кремнієвих пластин технологія глибокого ультрафіолетового фотолітографії з використанням 248 нм або 193 нм світла протягом десятиліть залишалася основною технологією в галузі. Вона все ще широко використовується в автомобільних чипах, пристроях Інтернету речей та повсякденних електронних продуктах, а обладнання, що надається компаніями Nikon, Canon і ASM, обслуговує вузли в діапазоні від 28 до 90 нм. Але для подальшого зменшення розміру транзисторів до 7 нм і нижче галузь звернулася до екстремальної ультрафіолетової літографії (EUV). Приблизно в 2018 році EUV використовує світло з хвильовою довжиною 13,5 нм, що вимагає спеціальних лазерів і вакуумних систем для травлення надзвичайно тонких структур. EUV став золотим стандартом для найсучасніших логічних чипів.

ASML є єдиною компанією, яка здатна масово виробляти обладнання EUV, вартість кожного пристрою може становити від 150 мільйонів до понад 350 мільйонів доларів, це велике обладнання дозволяє продовжити дію закону Мура, інтегруючи мільярди транзисторів на невелику кремнієву пластину. Сьогодні глобальний ландшафт напівпровідників сильно залежить від технології EUV лиття. EUV-обладнання ASML використовують TSMC, Samsung та Intel для виробництва найшвидших процесорів. Nikon та Canon колись домінували, зараз в основному постачають обладнання DUV для старих вузлів і спеціалізованих ринків. Це дещо нагадує технологічний стрибок. Nikon вдосконалив технологію попереднього покоління, тоді як ASML здійснив стрибок завдяки ризикованій новій технології та отримав значні вигоди.

Ціна обладнання для EUV-сканування від ASML коливається від 150 до 350 мільйонів доларів, споживана енергія може забезпечити невелику громаду, але це все ще змушує TSMC, Samsung та Intel конкурувати за закупівлі, оскільки EUV є необхідним ядром для технологій нижче 7 нанометрів. На противагу цьому, Nikon зупинив розробку після випуску експериментального обладнання EUV у 2008 році, а з 2017 року його бізнес у сфері висококласної фотолітографії різко скоротився, частка ASML на ринку занурювальних DUV перевищила 90%.

Відповідь Nikon

На перший погляд, здається, що все вирішено, але доля Nikon зазнає зміни в 2025 році, Nikon тихо повертається іншим шляхом. Світова потреба в передових чіпах робить технологію EUV фотолітографії незамінною. Ось чому акції ASML за останні роки різко зросли. А як щодо технології нано-імпринт-літографії? Традиційна нано-імпринт-літографічна технологія, незалежно від того, чи це DUV чи EUV, використовує світло, що проходить через лінзи, щоб проекціювати схеми на кремнієві пластини.

Nikon не намагався прямо кинути виклик монополії ASML на EUV, а натомість зосередився на двох сферах, які були проігноровані основним ринком, але швидко зростають:

Передова упаковка чіпів (Advanced Packaging)

Нанопечать літографія (Nanoimprint Lithography, скорочено NIL)

Ці дві сфери є полем битви, де ASML не має абсолютної переваги, і це також місце, де Nikon може найкраще продемонструвати свою точну інженерію та технологію великоформатного експонування.

Стратегічний контрнаступ 1: Перехід до передового упаковки DSP 100 на задньому плані літографічної машини

AI чіпи, Chiplet, 3D складання підвищують важливість упаковки. Лінія упаковки все більше нагадує ще один шар фотолітографії, що вимагає мікронної або навіть підмікронної високої роздільної здатності, величезних панелей більше 300 мм ваферів та високої пропускної здатності. Nikon у 2025 році випустить систему цифрової фотолітографії DSP 100, яка має:

Підтримка панелей розміром 600 × 600 мм (9 разів площа 300 мм кремнієвого кругу)

1 μm ширина лінії / ±0.3 μm похибка вирівнювання

Використання технології Nikon FPD × гібридна архітектура фотолітографії напівпровідників

DSP 100 спеціально розроблений для післяпроцесорного виробництва, щоб задовольнити швидко зростаючі потреби чіпсетів, AI прискорювачів та упаковки HPC.

Стратегічний контрнаступ 2: Виклики нано-екструзійного лиття (NIL) на шляху до пекла витрат EUV

Технологія NIL не використовує оптичну проекцію, а безпосередньо «тисне» схеми на кремнієві пластини за допомогою нано-форм, як при друку готівки або формуванні, що дозволяє виконати фізичне тиснення малюнка за один крок.

Його переваги величезні:

Вартість може становити лише 40 % від EUV

Споживання електроенергії становить лише 10 % від EUV.

Не підлягає обмеженням оптичної дифракції, теоретично може бути нижче 10 нм

Підходить для процесів пам'яті з високою повторюваністю, таких як NAND, DRAM тощо.

Canon вже у 2023 році випустила обладнання NIL з досягненням 14 нм та співпрацює з Axiom для тестування можливостей 10 нм. Nikon також інвестує в цю сферу, ринок сподівається, що японські двоє зможуть встановити новий стандарт.

NIL (Нанопечатна літографія( може змінити правила гри

Не потрібно 150 мільйонів доларів США на EUV, не потрібно величезних джерел світла та дзеркальних систем, щоб виготовити чіпи на рівні 10 нанометрів. Це безпрецедентна можливість для нових країн-виробників чіпів та фабрик з обмеженими бюджетами. Вартість обладнання для нано-штампування може становити близько 40% від вартості системи екстремального ультрафіолетового літографування, а споживана потужність лише близько 10% від споживаної потужності системи екстремального ультрафіолетового літографування. Конкретно, якщо вартість інструмента екстремального ультрафіолетового літографування становить близько 150 мільйонів доларів США, а споживана потужність – 1 мегават, то вартість інструмента для нано-штампування може становити близько 60 мільйонів доларів США, а споживана потужність – 100 кіловат. Це величезне падіння.

Чому нова стратегія Nikon зараз настільки важлива? Напівпровідникова промисловість перебуває на роздоріжжі. Витрати та складність подальшого розвитку технології EUV зростають, а ціна нової генерації високих NA EUV обладнання перевищить 300 мільйонів доларів. Тим часом, з'являється все більше нових підходів. Компанії більше не прагнуть лише до постійного зменшення розміру одночіпових мікросхем, а звертають увагу на чіпсети та передові технології упаковки, які постійно підвищують продуктивність шляхом об'єднання кількох чіпів в одній упаковці (наприклад, мікросхемна плата). Штучний інтелект )AI( та Інтернет речей )IoT( разом сприяють сильному попиту на висококласні чіпи. Зі зміною геополітичного ландшафту, країни прагнуть підвищити внутрішню виробничу потужність чіпів, і люди прагнуть знайти альтернативи, зосереджені навколо ASML, і в цей час Nikon отримує можливість.

Nikon не намагається повністю замінити технологію EUV, а скоріше відкриває новий блакитний океан, коли галузь шукає різні рішення. Nikon тихо повертається на сцену, знову відіграючи ключову роль у глобальній мережі постачання напівпровідників.

Ця стаття про те, як японська стара марка Nikon тихо повертається в сферу виробництва чіпів, змагаючись з ASML, вперше з'явилася в новинах на ланцюгу ABMedia.