Nikon, vieille marque japonaise, fait discrètement son retour dans le domaine de la fabrication de puces pour rivaliser avec ASML.

Dans l'histoire de l'optique, la marque Nikon est connue dans le monde entier pour la production d'objectifs de précision et d'appareils photo professionnels ; mais dans le domaine des équipements semi-conducteurs, cette entreprise a également atteint le sommet mondial. Cependant, au cours des vingt dernières années, ASML a monopolisé le marché mondial avec ses équipements à lumière ultraviolette extrême (EUV), forçant Nikon à se retirer de la course aux procédés avancés, ne laissant que des équipements DUV (lumière ultraviolette profonde) et un marché d'applications spéciales. Cependant, ces dernières années, la restructuration géopolitique mondiale a modifié la Supply Chain, les États-Unis, le Japon et l'Union européenne cherchant à réduire leur dépendance vis-à-vis d'ASML, et le procédé des wafers commence à avoir de nouveaux développements, offrant à Nikon un nouvel espoir de retourner sur le marché et de participer à nouveau à la course à la fabrication de puces. Ce géant japonais de l'optique, au passé glorieux, revient discrètement sur la scène mondiale. Cet article est extrait des points clés du film Nikon’s Comeback: Japan’s Quiet Return to Chipmaking.

De l'apogée au silence : Nikon écarté par ASML pendant vingt ans

À la fin du siècle dernier, Nikon et Canon partageaient le monde avec ASML, dominant ensemble le marché mondial des systèmes de lithographie Extreme Ultraviolet (EUV). À l'époque, la technologie de stepper et de scanner de Nikon était considérée comme la norme pour les procédés haut de gamme, avec un système optique leader en stabilité sur le marché pendant de nombreuses années. Cependant, l'arrivée de l'EUV a réécrit le destin de Nikon. ASML, qui a investi d'énormes fonds de recherche et développement, a réussi à créer le seul EUV commercialisable au monde, soutenu par les fonds de plusieurs gouvernements européens et par sa capacité d'intégration industrielle. L'accumulation des coûts, de la capacité, de la Supply Chain et des barrières brevetaires a conduit Nikon à abandonner complètement le développement de l'EUV à la fin des années 2010, se tournant vers des procédés matures et des applications spéciales.

ASML est passé de suiveur à maître de l'EUV

Le marché de la lithographie d'aujourd'hui présente un contraste frappant : ASML détient plus de 60 % de la part de marché mondiale de la lithographie, avec une position monopolistique de 100 % dans le domaine avancé de l'EUV (lithographie ultraviolette extrême).

Dans le processus de fabrication des wafers, l'utilisation de la lithographie ultraviolette profonde avec des lumières de 248 nanomètres ou 193 nanomètres a été la technologie principale de l'industrie depuis des décennies. Elle est encore largement utilisée dans les puces automobiles, les appareils Internet des objets et les produits électroniques quotidiens, avec des équipements fournis par des entreprises telles que Nikon, Canon et ASM, qui servent des nœuds allant de 28 à 90 nanomètres. Cependant, pour réduire davantage la taille des transistors à 7 nanomètres et moins, l'industrie s'est tournée vers la lithographie ultraviolette extrême (EUV). Environ en 2018, l'EUV a utilisé une lumière d'une longueur d'onde de 13,5 nanomètres, nécessitant des lasers spéciaux et des systèmes sous vide pour graver des caractéristiques extrêmement fines. L'EUV est devenu la norme d'or pour les puces logiques les plus avancées.

ASML est la seule entreprise capable de produire en masse des équipements EUV, dont le coût par équipement peut varier de 150 millions à plus de 350 millions de dollars. Ces énormes équipements permettent de prolonger la loi de Moore, intégrant des milliards de transistors sur une petite plaquette de silicium. Aujourd'hui, le paysage mondial des semi-conducteurs est profondément influencé par la technologie de photolithographie EUV. Les équipements de photolithographie EUV d'ASML sont utilisés par TSMC, Samsung et Intel pour fabriquer les processeurs les plus rapides. Nikon et Canon, qui dominaient autrefois le marché, fournissent désormais principalement des équipements de lithographie DUV pour les anciens nœuds et des marchés spécifiques. C'est un peu comme un saut technologique. Nikon a perfectionné la technologie de la génération précédente, tandis qu'ASML a réalisé un développement révolutionnaire grâce à une nouvelle technologie à haut risque, et a récolté d'importants retours.

Le prix des équipements de lithographie EUV d'ASML varie de 150 à 350 millions de dollars, avec une consommation d'énergie suffisante pour alimenter une petite communauté, ce qui pousse TSMC, Samsung et Intel à se les procurer en compétition, car l'EUV est essentiel pour les processus de fabrication en dessous de 7 nanomètres. En revanche, Nikon a arrêté le développement après avoir lancé un équipement EUV expérimental en 2008, et depuis 2017, son activité de lithographie haut de gamme s'est rapidement contractée, ASML ayant même dépassé 90 % de part de marché dans le secteur DUV immergé.

La revanche de Nikon

À première vue, la situation semble figée, mais le destin de Nikon connaîtra un tournant en 2025, car Nikon prend un autre chemin pour revenir discrètement. La demande mondiale pour des puces avancées rend la technologie de lithographie EUV indispensable. Voilà pourquoi les actions d'ASML ont grimpé en flèche ces dernières années. Alors, qu'en est-il de la technologie de lithographie par nano-impression ? La technologie de lithographie par nano-impression classique, que ce soit DUV ou EUV, utilise la lumière passant à travers une lentille pour projeter des motifs de circuits sur des wafers.

Nikon n'a pas tenté de défier directement le monopole EUV d'ASML, mais s'est plutôt tourné vers deux domaines négligés par le marché mainstream mais en pleine croissance :

Emballage Avancé

Lithographie par nano-impression (Nanoimprint Lithography, abrégé en NIL)

Ces deux domaines sont des champs de bataille où ASML n'a pas encore établi d'avantage absolu, et c'est aussi là que l'ingénierie de précision de Nikon et sa technologie d'exposition à grande surface peuvent le mieux s'exprimer.

Contre-offensive stratégique 1 : Étendre la machine de lithographie arrière DSP 100 à l’emballage avancé

Les puces AI, Chiplet et l'empilement 3D augmentent considérablement l'importance de l'emballage. Les lignes d'emballage ressemblent de plus en plus à une autre couche de lithographie, nécessitant une haute résolution à l'échelle du micron voire submicron, de grands panneaux de plus de 300 mm de diamètre de wafer et un haut débit. Nikon lancera le système de lithographie numérique DSP 100 en 2025, qui sera équipé de :

Supporte des panneaux de 600 × 600 mm (9 fois la surface d'un wafer de 300 mm)

1 μm de largeur de ligne / ±0.3 μm d'erreur d'alignement

Adoption de l'architecture hybride de la technologie Nikon FPD × lithographie semi-conducteur

DSP 100 est spécialement conçu pour le processus de fabrication arrière, répondant aux besoins en pleine croissance des chipsets, des accélérateurs AI et des emballages HPC.

Contre-attaque stratégique 2 : Les défis de l'impression nano-lithographie (NIL) face à l'enfer des coûts EUV

La technologie NIL n'utilise pas de projection optique, mais imprime directement les motifs de circuits sur les wafers en utilisant des moules nanométriques, comme pour l'impression de billets de banque ou de moules, permettant ainsi un estampage physique des motifs en une seule étape.

Ses avantages sont énormes :

Le coût peut ne représenter que 40 % de l'EUV.

La consommation d'énergie n'est que de 10 % de celle de l'EUV.

Ne pas être limité par la diffraction optique, théoriquement inférieur à 10 nm.

Convient aux procédés de mémoire à répétition élevée comme NAND, DRAM, etc.

Canon a lancé en 2023 des équipements NIL pouvant atteindre 14 nm et a collaboré avec Architek pour tester des capacités de 10 nm. Nikon s'investit également dans ce domaine, le marché espérant que les deux géants japonais pourront établir une nouvelle norme.

NIL (Nanoimprint Lithography( pourrait changer la donne

Pas besoin de 150 millions de dollars pour un EUV, pas besoin de sources lumineuses massives et de systèmes de miroirs, il est également possible de fabriquer des puces de 10 nanomètres. Pour les nouveaux pays fabricants de puces et les fonderies avec un budget limité, c'est une opportunité sans précédent. Le coût de l'équipement de nano-impression pourrait ne représenter qu'environ 40 % de celui des systèmes de lithographie par ultraviolet extrême, tandis que la consommation d'énergie serait seulement d'environ 10 % de celle des systèmes de lithographie par ultraviolet extrême. Plus précisément, si le coût d'un outil de lithographie par ultraviolet extrême est d'environ 150 millions de dollars, avec une consommation d'énergie de 1 mégawatt, alors le coût d'un outil de nano-impression pourrait être d'environ 60 millions de dollars, avec une consommation d'énergie de 100 kilowatts. Ce sont toutes des réductions énormes.

Pourquoi la nouvelle stratégie de Nikon est-elle si importante maintenant ? L'industrie des semi-conducteurs est à un tournant. Le coût et la complexité du développement de la technologie EUV augmentent rapidement, et le prix unitaire des nouveaux équipements EUV à haute NA dépassera 300 millions de dollars. En même temps, de plus en plus de méthodes émergent. Les entreprises ne poursuivent plus simplement la réduction continue de la taille des puces, mais se concentrent sur les ensembles de puces et les technologies d'emballage avancées pour améliorer continuellement les performances en combinant plusieurs puces dans un seul emballage (comme les circuits imprimés miniatures). La croissance de l'intelligence artificielle )AI( et de l'Internet des objets )IoT( stimule également la demande intense pour des puces haut de gamme. Avec l'évolution du paysage géopolitique, les pays cherchent à accroître leur capacité de production de puces domestiques, et il y a un désir croissant de trouver des alternatives centrées sur ASML, ce qui offre une opportunité à Nikon.

Nikon ne cherche pas à remplacer complètement la technologie EUV, mais plutôt à créer un nouvel océan bleu alors que l'industrie recherche différentes solutions. Nikon revient discrètement sur le devant de la scène, jouant à nouveau un rôle clé dans la chaîne d'approvisionnement mondiale des semi-conducteurs.

Cet article indique que la vieille marque japonaise Nikon revient discrètement dans le domaine de la fabrication de puces pour rivaliser avec ASM, apparu pour la première fois dans les nouvelles de la chaîne ABMedia.