A antiga marca japonesa Nikon está silenciosamente retornando ao campo de fabricação de chips para competir com a ASML.

Na história da óptica, a marca Nikon sempre foi conhecida mundialmente por produzir lentes de precisão e câmaras profissionais; mas no campo dos equipamentos de semicondutores, esta empresa também já esteve no auge mundial. No entanto, nos últimos vinte anos, a ASML monopolizou o mercado global com equipamentos de luz ultravioleta extrema (EUV), forçando a Nikon a sair da corrida por processos avançados, restando apenas com equipamentos DUV (luz ultravioleta profunda) e o mercado de aplicações especiais. Contudo, nos últimos anos, a reconfiguração da cadeia de fornecimento devido à geopolítica global levou os EUA, Japão e União Europeia a procurarem reduzir a dependência da ASML, e os processos de wafers começaram a ter novos desenvolvimentos, permitindo à Nikon vislumbrar uma nova oportunidade de retornar ao mercado e participar novamente da corrida da fabricação de chips. Este gigante óptico japonês está silenciosamente regressando ao palco mundial. Este artigo é um resumo dos pontos principais do vídeo “O Retorno da Nikon: O Retorno Silencioso do Japão à Fabricação de Chips.”

Do pico ao silêncio: os vinte anos em que a Nikon foi afastada pela ASML

No final do século passado, a Nikon e a Canon dividiram o mundo com a ASML, dominando conjuntamente o mercado global de Extreme Ultraviolet (EUV). Naquela época, a tecnologia de Stepper e Scanner da Nikon era considerada o padrão para processos avançados, com um sistema ótico que liderava o mercado por muitos anos. No entanto, o surgimento do EUV reescreveu o destino da Nikon, com a ASML, que investiu enormes fundos em pesquisa e desenvolvimento, contando com o apoio financeiro de vários governos europeus e a capacidade de integração da indústria, finalmente conseguindo criar o único EUV comercializável do mundo. O acúmulo de custos, capacidade de produção, Cadeia de fornecimento e barreiras de patentes forçou a Nikon a abandonar completamente o desenvolvimento do EUV no final da década de 2010, voltando-se para processos maduros e aplicações especiais.

ASML de perseguidor a dominante em EUV

O mercado de litografia de hoje apresenta um forte contraste: a ASML detém mais de 60% da quota do mercado global de litografia, e no campo mais avançado da EUV (litografia ultravioleta extrema), ocupa uma posição de monopólio de 100%.

No processo de fabricação de wafers, o uso da tecnologia de litografia ultravioleta profunda com luz de 248 nanômetros ou 193 nanômetros tem sido a principal tecnologia da indústria por décadas. Continua a ser amplamente utilizada em chips automotivos, dispositivos IoT e produtos eletrônicos do dia a dia, com equipamentos fornecidos por empresas como Nikon, Canon e ASM atendendo a nós na faixa de 28 a 90 nanômetros. Mas para reduzir ainda mais o tamanho dos transistores para 7 nanômetros ou menos, a indústria se voltou para a litografia ultravioleta extrema (EUV). Por volta de 2018, a EUV utiliza luz com comprimento de onda de 13,5 nanômetros, necessitando de sistemas de laser e vácuo especiais para gravar características extremamente finas. A EUV tornou-se o padrão ouro para chips lógicos de última geração.

A ASML é a única empresa capaz de produzir equipamentos EUV em grande escala, com o custo de cada equipamento podendo variar entre 150 milhões e mais de 350 milhões de dólares. Esses enormes equipamentos permitem a continuidade da Lei de Moore, integrando bilhões de transistores em um pequeno pedaço de silício. Hoje, o panorama global dos semicondutores é profundamente influenciado pela tecnologia de litografia EUV. Os equipamentos de litografia EUV da ASML são utilizados pela TSMC, Samsung e Intel para fabricar os processadores mais rápidos. A Nikon e a Canon, que outrora dominaram o mercado, agora fornecem principalmente equipamentos de litografia DUV para nós antigos e mercados especiais. Isso é um pouco como um salto tecnológico. A Nikon aperfeiçoou a tecnologia da geração anterior, enquanto a ASML alcançou um desenvolvimento exponencial com uma nova tecnologia de alto risco, obtendo grandes retornos.

O preço dos equipamentos de escaneamento EUV da ASML varia de 150 a 350 milhões de dólares, com um consumo de energia suficiente para uma pequena comunidade, ainda assim, a TSMC, Samsung e Intel competem para adquiri-los, pois o EUV é fundamental para processos abaixo de 7 nanômetros. Em contraste, a Nikon parou de desenvolver após lançar um equipamento experimental de EUV em 2008, e desde 2017, seu negócio de litografia de alta gama encolheu rapidamente, com a ASML alcançando uma participação de mercado de mais de 90% no mercado de DUV imersivo.

A revanche da Nikon

À primeira vista, parece que o destino já está decidido, mas o destino da Nikon terá uma reviravolta em 2025, pois a Nikon está quietamente voltando por outro caminho. A demanda mundial por chips avançados torna a tecnologia de litografia EUV indispensável. É por isso que as ações da ASML dispararam nos últimos anos. E quanto à tecnologia de litografia por impressão nano? A tecnologia tradicional de litografia por impressão nano, seja DUV ou EUV, utiliza luz através de lentes para projetar padrões de circuito no wafer.

A Nikon não tentou desafiar diretamente o monopólio da ASML no EUV, mas virou-se para dois campos que o mercado mainstream ignorou, mas que estão a crescer rapidamente:

Embalagem Avançada

Litografia por nanoimpressão (Nanoimprint Lithography, abreviada como NIL)

Estas duas áreas são campos de batalha onde a ASML ainda não formou uma vantagem absoluta, e também são os locais onde a engenharia de precisão da Nikon e a tecnologia de exposição de grande área podem ser mais bem aproveitadas.

Contra-ataque estratégico 1: Avançar para a máquina de litografia óptica DSP 100 de embalagem avançada

Os chips de IA, Chiplet e empilhamento 3D fazem com que a importância do encapsulamento aumente drasticamente. As linhas de encapsulamento estão cada vez mais parecidas com uma camada adicional de fotolitografia, exigindo alta resolução em micrômetros ou até submicrômetros, grandes painéis com mais de 300 mm de diâmetro e alta taxa de transferência. A Nikon lançará o sistema de fotolitografia digital DSP 100 em 2025, que possui:

Suporte para painel de 600 × 600 mm (9 vezes a área de um wafer de 300 mm)

1 μm largura de linha / ±0,3 μm erro de alinhamento

Adotando a tecnologia FPD da Nikon × Arquitetura híbrida de litografia semicondutora

O DSP 100 foi projetado especificamente para processos posteriores, atendendo à crescente demanda de pacotes de chipsets, aceleradores de IA e HPC.

Contra-ofensiva Estratégica 2: Desafios da Litografia por Impressão de Nano (NIL) no Inferno de Custos da EUV

A tecnologia NIL não utiliza projeção óptica, mas sim moldes em nanoescala para “imprimir” diretamente os padrões de circuito no wafer, como a impressão de dinheiro ou moldes, completando a impressão física do padrão em uma única etapa.

As suas vantagens são enormes:

O custo pode ser apenas 40 % do EUV.

O consumo de energia é apenas 10 % do EUV.

Não limitado pelo limite de difração óptica, teoricamente pode ser inferior a 10 nm

Adequado para processos de memória com alta repetitividade, como NAND e DRAM.

A Canon lançou em 2023 equipamentos NIL que alcançam 14 nm e está testando a capacidade de 10 nm em parceria com a Arkemi. A Nikon também está investindo neste campo, e o mercado espera que os dois gigantes japoneses estabeleçam um novo padrão.

NIL (Litografia de nanoimpressão( pode mudar as regras do jogo

Não é necessário 150 milhões de dólares em EUV, nem grandes fontes de luz e sistemas de espelhos, para fabricar chips de até 10 nanômetros. Para os novos países produtores de chips e fábricas de wafers com orçamento limitado, esta é uma oportunidade sem precedentes. O custo do equipamento de impressão em nano pode ser apenas cerca de 40% do sistema de litografia ultravioleta extrema, enquanto o consumo de energia é apenas cerca de 10% do sistema de litografia ultravioleta extrema. Especificamente, se o custo de uma ferramenta de litografia ultravioleta extrema é de cerca de 150 milhões de dólares e o consumo de energia é de 1 megawatt, então o custo de uma ferramenta de impressão em nano pode ser de cerca de 60 milhões de dólares, com um consumo de energia de 100 quilowatts. Essas são reduções enormes.

Por que a nova estratégia da Nikon é tão importante agora? A indústria de semicondutores está em um ponto de inflexão. Os custos e a complexidade do desenvolvimento da tecnologia EUV estão disparando, e o preço unitário dos novos equipamentos EUV de alta NA ultrapassará 300 milhões de dólares. Ao mesmo tempo, cada vez mais métodos estão surgindo. As empresas não estão mais apenas buscando a redução contínua do tamanho do chip único, mas estão se concentrando em conjuntos de chips e técnicas de embalagem avançadas que melhoram continuamente o desempenho ao combinar vários chips em uma embalagem (por exemplo, placas de circuito miniaturizadas). O crescimento da inteligência artificial )AI( e da Internet das Coisas )IoT( está, ao mesmo tempo, impulsionando a forte demanda por chips de alto desempenho. Com a mudança na configuração geopolítica, os países desejam aumentar a capacidade de produção de chips domésticos, e as pessoas estão ansiosas para encontrar alternativas centradas na ASML, e a Nikon agora possui uma oportunidade.

A Nikon não pretende substituir totalmente a tecnologia EUV, mas sim criar um novo mar azul enquanto a indústria busca diferentes soluções. A Nikon está silenciosamente retornando ao palco, desempenhando novamente um papel crucial na cadeia de fornecimento de semicondutores de wafers global.

Este artigo fala sobre a antiga marca japonesa Nikon que está silenciosamente retornando ao setor de fabricação de chips para enfrentar a ASML, tendo aparecido pela primeira vez nas notícias de cadeia ABMedia.