Nhà sản xuất cũ của Nhật Bản Nikon đang âm thầm trở lại lĩnh vực sản xuất chip để cạnh tranh với ASML.

Trong lịch sử quang học, thương hiệu Nikon luôn nổi tiếng toàn cầu với việc sản xuất các ống kính chính xác và máy ảnh chuyên nghiệp; nhưng trong lĩnh vực thiết bị bán dẫn, công ty này cũng đã từng đứng trên đỉnh cao thế giới. Chỉ có điều trong hai mươi năm qua, ASML đã độc quyền thị trường toàn cầu với thiết bị cực tím (EUV), buộc Nikon phải rút lui khỏi cuộc đua quy trình tiên tiến, chỉ còn lại thiết bị DUV (cực tím sâu) và thị trường ứng dụng đặc biệt. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, địa chính trị toàn cầu đã tái cấu trúc chuỗi cung ứng, Mỹ, Nhật Bản và Liên minh Châu Âu lần lượt tìm cách thả sự phụ thuộc vào ASML, quy trình sản xuất wafer bắt đầu có những phát triển mới, cho Nikon thấy ánh sáng hy vọng trở lại thị trường và cơ hội tham gia lại vào cuộc đua sản xuất chip. Gã khổng lồ quang học Nhật Bản lâu đời này đang lặng lẽ trở lại sân khấu thế giới. Bài viết này trích từ video Nikon’s Comeback: Japan’s Quiet Return to Chipmakin với những điểm tóm tắt và nhận định.

Từ đỉnh cao đến im lặng: Nikon bị ASML đẩy ra trong hai mươi năm

Cuối thế kỷ 20, Nikon và Canon từng chia sẻ thị trường với ASML, cùng nhau dẫn dắt thị trường toàn cầu cho máy in vi cực tím Extreme Ultraviolet (EUV). Khi đó, công nghệ máy bước sóng (Stepper) và máy quét (Scanner) của Nikon được coi là tiêu chuẩn cho quy trình cao cấp, hệ thống quang học của họ đã dẫn đầu thị trường trong nhiều năm. Tuy nhiên, sự xuất hiện của EUV đã viết lại số phận của Nikon, với việc ASML đầu tư một lượng lớn vốn nghiên cứu và phát triển, được hỗ trợ bởi vốn từ nhiều chính phủ châu Âu và khả năng tích hợp ngành công nghiệp, cuối cùng đã thành công trong việc tạo ra EUV thương mại duy nhất trên toàn cầu. Sự tích lũy chi phí, công suất, chuỗi cung ứng và rào cản bằng sáng chế đã buộc Nikon phải hoàn toàn từ bỏ phát triển EUV vào cuối thập niên 2010, chuyển sang quy trình trưởng thành và ứng dụng đặc biệt.

ASML từ kẻ theo đuổi trở thành ông trùm EUV

Thị trường khắc quang hôm nay cho thấy sự tương phản mạnh mẽ: ASML nắm giữ hơn 60 % thị phần toàn cầu trong lĩnh vực khắc quang, và còn độc quyền 100 % trong lĩnh vực EUV (khắc quang cực tím).

Trong quy trình chế tạo chip, việc sử dụng công nghệ khắc tia cực tím sâu với ánh sáng 248 nanomet hoặc 193 nanomet đã là công nghệ chủ lực trong ngành công nghiệp suốt hàng chục năm. Nó vẫn được sử dụng rộng rãi trong chip ô tô, thiết bị IoT và các sản phẩm điện tử hàng ngày, với các thiết bị do Nikon, Canon và ASML cung cấp phục vụ cho các nút trong khoảng từ 28 đến 90 nanomet. Tuy nhiên, để thu nhỏ kích thước transistor xuống còn 7 nanomet và dưới mức đó, ngành công nghiệp đã chuyển sang công nghệ khắc tia cực tím cực (EUV). Khoảng năm 2018, EUV sử dụng ánh sáng có bước sóng 13.5 nanomet, cần các hệ thống laser và chân không đặc biệt để khắc các đặc điểm cực kỳ tinh vi. EUV đã trở thành tiêu chuẩn vàng cho các chip logic tiên tiến nhất.

ASML là công ty duy nhất có khả năng sản xuất thiết bị EUV trên quy mô lớn, với chi phí mỗi thiết bị có thể từ 150 triệu đến hơn 350 triệu đô la, những thiết bị khổng lồ này giúp duy trì định luật Moore, tích hợp hàng tỷ bóng bán dẫn vào một mảnh silicon nhỏ. Ngày nay, cấu trúc bán dẫn toàn cầu bị ảnh hưởng sâu sắc bởi công nghệ in litho EUV. Thiết bị in litho EUV của ASML được TSMC, Samsung và Intel sử dụng để sản xuất bộ xử lý nhanh nhất. Nikon và Canon từng chiếm ưu thế, nhưng hiện nay chủ yếu cung cấp thiết bị in DUV cho các nút cũ và thị trường đặc biệt. Điều này giống như một bước nhảy vọt về mặt công nghệ. Nikon đã hoàn thiện công nghệ thế hệ trước, trong khi ASML đã đạt được sự phát triển vượt bậc thông qua một công nghệ mới có rủi ro rất cao và đã thu được lợi nhuận lớn.

Giá bán thiết bị quét EUV của ASML thường dao động từ 150 triệu đến 350 triệu USD, mức tiêu thụ điện có thể phục vụ cho một cộng đồng nhỏ, nhưng vẫn khiến TSMC, Samsung và Intel cạnh tranh để mua sắm, vì EUV là cốt lõi không thể thiếu trong quy trình dưới 7 nanomet. Ngược lại, Nikon đã ngừng phát triển sau khi ra mắt một thiết bị EUV thử nghiệm vào năm 2008, và từ năm 2017, lĩnh vực khắc quang cao cấp của họ đã giảm mạnh, ASML đã chiếm hơn 90% thị phần trong thị trường DUV ngâm.

Cuộc phản công của Nikon

Bề mặt có vẻ như cục diện đã định, nhưng số phận của Nikon sẽ có bước ngoặt vào năm 2025, Nikon đang âm thầm trở lại bằng một con đường khác. Nhu cầu trên thế giới về chip tiên tiến làm cho công nghệ in khắc EUV trở nên thiết yếu. Đó là lý do tại sao cổ phiếu của ASML đã tăng vọt trong những năm gần đây. Vậy, công nghệ in khắc nano thì sao? Công nghệ in khắc nano truyền thống, bất kể là DUV hay EUV, đều sử dụng ánh sáng thông qua ống kính để chiếu hình ảnh mạch điện lên wafer.

Nikon không cố gắng thách thức trực tiếp sự độc quyền EUV của ASML, mà thay vào đó chuyển sang hai lĩnh vực bị thị trường chính thống bỏ qua nhưng đang phát triển nhanh chóng:

Bao bì tiên tiến (Advanced Packaging)

Kỹ thuật in nano (Nanoimprint Lithography, viết tắt là NIL)

Hai lĩnh vực này là chiến trường mà ASML chưa hình thành ưu thế tuyệt đối, cũng là nơi mà công nghệ kỹ thuật chính xác và công nghệ phơi sáng diện tích lớn của Nikon phát huy tốt nhất.

Chiến lược phản công 1: Bước vào máy khắc quang DSP 100 backend đóng gói tiên tiến

Chíp AI, Chiplet, và xếp chồng 3D đã làm tăng tầm quan trọng của quy trình đóng gói một cách nhanh chóng. Dây chuyền đóng gói ngày càng giống như một lớp khắc quang khác, cần độ phân giải cao ở mức vi mô hoặc thậm chí dưới vi mô, với tấm lớn hơn 300 mm và thông lượng cao. Nikon sẽ ra mắt hệ thống khắc quang kỹ thuật số DSP 100 vào năm 2025, với:

Hỗ trợ bảng 600 × 600 mm (gấp 9 lần diện tích wafer 300mm)

1 μm độ rộng đường dây / ±0.3 μm sai số căn chỉnh

Áp dụng công nghệ Nikon FPD × cấu trúc hỗn hợp quang khắc bán dẫn

DSP 100 được thiết kế riêng cho quy trình sản xuất cuối, đáp ứng nhu cầu phát triển nhanh chóng của bộ vi xử lý, bộ tăng tốc AI và gói HPC.

Chiến lược phản công 2: Thách thức chi phí địa ngục EUV của in nano (NIL)

Công nghệ NIL không sử dụng chiếu sáng quang học, mà là sử dụng khuôn nano để trực tiếp “in ấn” họa tiết mạch lên wafer, giống như in tiền hoặc khuôn, chỉ cần một bước để hoàn thành việc in ấn vật lý của họa tiết.

Ưu điểm của nó rất lớn:

Chi phí có thể chỉ bằng 40% của EUV

Tiêu thụ điện chỉ bằng 10% của EUV

Không bị ràng buộc bởi giới hạn quang học, lý thuyết có thể dưới 10 nm

Phù hợp với quy trình sản xuất bộ nhớ như NAND, DRAM có độ lặp lại cao.

Canon đã ra mắt thiết bị NIL đạt 14 nm vào năm 2023 và hợp tác với Axiom để thử nghiệm khả năng 10 nm. Nikon cũng đang tham gia vào lĩnh vực này, thị trường đang mong đợi hai ông lớn Nhật Bản có thể thiết lập tiêu chuẩn mới.

NIL (Nanoimprint Lithography( có thể thay đổi quy tắc trò chơi

Không cần 150 triệu USD cho EUV, không cần hệ thống nguồn sáng khổng lồ và gương, cũng có thể sản xuất chip dưới 10 nanomet. Đối với các quốc gia sản xuất chip mới nổi và các nhà máy wafer có ngân sách hạn chế, đây là một cơ hội chưa từng có. Chi phí thiết bị in nano có thể chỉ khoảng 40% chi phí của hệ thống khắc cực tím cực đại, trong khi lượng điện tiêu thụ chỉ khoảng 10% của hệ thống khắc cực tím cực đại. Cụ thể, nếu chi phí của một công cụ khắc cực tím cực đại khoảng 150 triệu USD và công suất tiêu thụ là 1 megawatt, thì chi phí của một công cụ in nano có thể khoảng 60 triệu USD và công suất tiêu thụ là 100 kilowatt. Tất cả đều là những sự thả lớn.

Tại sao chiến lược mới của Nikon lại quan trọng như vậy vào lúc này? Ngành công nghiệp bán dẫn đang ở một bước ngoặt. Chi phí và độ phức tạp trong việc phát triển công nghệ EUV đang tăng vọt, giá của thiết bị EUV thế hệ cao NA mới sẽ vượt quá 300 triệu USD. Đồng thời, ngày càng nhiều phương pháp mới đang nổi lên. Các doanh nghiệp không còn đơn thuần theo đuổi việc thu nhỏ kích thước chip đơn, mà thay vào đó tập trung vào bộ vi xử lý và công nghệ đóng gói tiên tiến để liên tục nâng cao hiệu suất bằng cách kết hợp nhiều chip trong một gói (ví dụ như bảng mạch vi mô). Sự phát triển của trí tuệ nhân tạo )AI( và Internet vạn vật )IoT( đang thúc đẩy nhu cầu mạnh mẽ về chip cao cấp. Với sự thay đổi của bối cảnh địa chính trị, các quốc gia mong muốn nâng cao năng lực sản xuất chip nội địa, và mọi người khao khát tìm ra giải pháp thay thế tập trung vào ASML, lúc này Nikon đã nắm bắt được cơ hội.

Nikon không có ý định hoàn toàn thay thế công nghệ EUV, mà là khi ngành công nghiệp đang tìm kiếm các giải pháp khác nhau, tạo ra một biển xanh hoàn toàn mới. Nikon đang lặng lẽ trở lại sân khấu, một lần nữa đóng vai trò quan trọng trong chuỗi cung ứng bán dẫn toàn cầu.

Bài viết này đề cập đến việc thương hiệu lâu đời của Nhật Bản, Nikon, đang âm thầm trở lại lĩnh vực sản xuất chip để cạnh tranh với ASML, lần đầu tiên xuất hiện trên Chain News ABMedia.