昔日霸主的殞落與 ASML 的崛起
在 2001 年，尼康（Nikon）曾是晶片製造領域的幕府將軍，掌控著全球約 40% 的光刻機市場。無數矽晶圓上的電路都是由它的步進機（Steppers）印製而成。但快轉至今日，這種主導地位幾乎消失殆盡。尼康的市佔率已萎縮至約 7%。這位 1990 年代的巨人是如何落後至此？
彷彿這位曾經強大的將軍一夜之間被一位歐洲新貴廢黜。事實上，一家荷蘭公司 ASML 現在控制著這個關鍵市場超過 60% 的份額，並且在最先進的極紫外光（EUV）設備領域擁有 100% 的壟斷地位。
這是一個鮮明的對比：ASML 的 EUV 光刻機每台售價超過 1.5 億美元，耗電量足以供應一個小型社區，但晶片製造商仍排隊購買，因為 EUV 是先進製程的關鍵。與此同時，曾經的冠軍尼康在 2008 年賣出了一台實驗性的 EUV 設備後，便沉寂多年。到了 2017 年，尼康的高階光刻業務大幅退守，ASML 甚至在浸潤式光刻（Immersion Lithography）市場也佔據了 90% 以上的份額。
這看起來像是遊戲結束了。但故事還沒完。2025 年，尼康正在悄悄發起反攻。不是直接攻擊 ASML 的 EUV 堡壘，而是採取側翼包抄的戰術。這家日本標誌性企業押注於晶片製造中兩個被忽視的前沿領域：先進小晶片封裝（Advanced Chiplet Packaging）和奈米壓印光刻（Nanoimprint Lithography, NIL）。這些是 ASML 尚未根深蒂固的領域，也是尼康的精密工程可能再次閃耀的地方。這是一個大膽的舉動，就像一位戰略大師避開敵人的要塞，轉而攻擊無人防守的側翼。尼康真的能東山再起嗎？答案在於理解這個曾經的主導者是如何跌落神壇，以及它計畫如何通過改寫戰爭規則來重新崛起。
什麼是 EUV？為何它如此重要？
在晶片製造中，光刻是利用光將微小電路圖案印在矽晶圓上的過程。深紫外光（DUV）光刻技術，使用 248 奈米或 193 奈米波長的光，幾十年來一直是主力技術。它至今仍廣泛用於汽車晶片、物聯網設備和日常電子產品，尼康、佳能（Canon）和 ASML 的設備都在服務 28 到 90 奈米範圍的節點。
但為了將電晶體尺寸縮小到 7 奈米及以下，業界在 2018 年左右轉向了極紫外光（EUV）光刻。EUV 使用 13.5 奈米波長的光，需要奇異的雷射和真空系統來蝕刻令人難以置信的精細特徵。EUV 已成為最先進邏輯晶片的黃金標準。ASML 是唯一能大規模生產 EUV 機器的公司，每台機器的成本從 1.5 億美元到超過 3.5 億美元不等。這些巨大的工具通過在矽片上封裝數十億個電晶體，使摩爾定律得以延續。
當今的全球半導體格局深受 EUV 影響。台積電、三星和英特爾都使用 ASML 的 EUV 工具來製造我們最快的處理器。曾經佔主導地位的尼康和佳能，現在主要為舊節點和特殊市場提供 DUV 機器。這有點像技術上的「跳背遊戲」（Leapfrog）：尼康完善了上一代技術，但 ASML 憑藉一項冒險的新技術跳到了前面，現在正收穫回報。世界對用於智慧型手機、數據中心、AI 加速器的先進晶片的渴望，使得 EUV 變得不可或缺。這就是為什麼 ASML 的股價近年來飆升的原因。
黑馬登場：奈米壓印光刻（NIL）
那麼，這種被稱為「奈米壓印光刻」的黑馬技術又是什麼呢？傳統光刻（DUV 或 EUV）是透過透鏡利用光將電路圖案投影到晶圓上，想像它就像投影機投射影像。
相比之下，奈米壓印光刻的工作原理就像印章或模具。NIL 不是照射光線，而是將帶有奈米級電路圖案的模板直接壓入塗有光阻劑的晶圓上。它透過物理方式一步印出圖案，甚至可能一次性創建 3D 結構。
這個概念在實驗室裡已經存在多年，但直到最近，像佳能這樣的公司才開始將其轉化為製造工具。NIL 承諾了一種截然不同的方法：沒有昂貴的雷射，沒有巨大的透鏡，沒有真空 EUV 光源。如果能在大規模晶片生產中運作，這可能意味著大幅降低成本和能源使用。
尼康新戰略的時機與背景
為什麼尼康的新戰略現在很重要？半導體產業正處於一個轉折點。進一步推動 EUV 的成本和複雜性正在飆升。下一代 High-NA EUV 機器的價格將超過 3 億美元。
與此同時，越來越多的方法正在獲得動力。公司不再是製造單一的、越來越小的整體晶片，而是著眼於「小晶片」（Chiplets）和先進封裝，透過將多個晶片組合在一個封裝中（就像微型電路板）來持續提升性能。他們可以混合搭配技術並提高良率。
人工智慧（AI）和物聯網（IoT）正在推動對高性能晶片需求的爆炸式增長，這反過來推動了晶片組裝方式的創新。先進封裝，包括 3D 堆疊和小晶片整合等技術，對於尖端系統來說，變得與光刻本身一樣關鍵。這正是尼康瞄準的競技場。
加上地緣政治的變化（例如各國希望擁有更多國內晶片能力），市場對 ASML 中心現狀的替代方案產生了興趣。尼康轉向封裝和 NIL 的時機，正值業界對不同解決方案持更開放態度的時候——不是要完全取代 EUV，而是為了補充或繞過它。簡而言之，尼康的側翼攻擊是及時的，因為它符合晶片世界的發展方向：異質整合和具成本效益的製造。
幕府將軍的殞落：尼康如何失去王座
在我們深入探討尼康的總體規劃之前，讓我們先回顧一下將軍是如何倒下的。尼康是如何在短短二十年內從頂層跌落到底層的？
在 1980 年代和 1990 年代，尼康與同為日本公司的佳能一起站在半導體世界的頂端。為了讓大家有個概念，1989 年日本公司控制了全球約 70% 的光刻市場。尼康的步進機被認為是最先進的，生產著驅動早期 PC 時代的微晶片。該公司從相機業務中磨練出的精密光學遺產，轉化為卓越的光刻透鏡。在 90 年代後期，如果你要建一座晶圓廠，很有可能會購買尼康或佳能的機器。他們是光刻界的幕府將軍，統治著矽帝國。
然而，在背景中，一個來自荷蘭的小競爭對手正在穩步崛起。ASML，這個曾經由飛利浦和荷蘭政府合資的企業，在 1980 年代進入了這場競賽。起初，ASML 是一個落後者。尼康和佳能擁有更大的市場份額和更多的經驗，但 ASML 傾向於押注未經證實的想法並拉攏合作夥伴。
在 1990 年代中期，ASML 將目光投向了一個在研究圈中被討論的瘋狂概念：極紫外光光刻（EUV）。尼康和佳能也知道 EUV，但認為它風險太大且遙不可及。相反，在 90 年代後期，尼康加倍努力完善 DUV，例如從乾式光刻過渡到浸潤式光刻（在透鏡和晶圓之間用水來提高解析度）。尼康的策略是持續改進現有的 193 奈米技術。這是一種保守的方法，在當時是明智的，但結果證明是對技術路線的致命誤判。相比之下，ASML 進行了一場豪賭，整合全球技術資源積極追求 EUV。
關鍵轉折點
轉折點發生在 2000 年代初。2002 年，ASML 的銷售額激增，市場份額躍升至 50% 以上，首次超過尼康。僅僅一年，尼康的光刻收入就暴跌了一半，從 2001 年的 14.9 億美元降至 2002 年的 7.73 億美元。這就是將軍失去王座的時刻。ASML 通過提供尖端工具和大膽的路線圖，贏得了像英特爾、IBM、德州儀器和台積電這樣的關鍵客戶。與此同時，尼康的份額在同一時期從約 40% 下跌到約 28%，這是一個驚人的逆轉。
造成這種突然下跌的原因是什麼？部分原因是尼康在一項關鍵創新上遲到了：浸潤式光刻。當第一批高產量浸潤式掃描儀在 2005 到 2006 年左右問世時（利用水來提高 65 奈米、45 奈米節點的透鏡解析度），ASML 搶先了一步。在 2006 年，也就是浸潤式工具推出的第一年，ASML 搶佔了約 72% 的市場，而尼康只有 28%。佳能甚至沒有參與那個高階市場。
ASML 只是在新技術上執行得更好。他們的浸潤式掃描儀具有更高的吞吐量，並迅速成為先進晶圓廠的標準。尼康的反應較慢，且從未在浸潤式性能上趕上。到了 2011 年，ASML 佔據了 82% 的浸潤式市場，而尼康僅佔 18%。一旦你在像這樣的一個關鍵世代輸了，就很難收復失地。最好的客戶會堅持使用領先的供應商。
放棄 EUV 與最後的掙扎
EUV 的賭局成了定局。尼康實際上在 2008 年就出貨了一台實驗性的 EUV 工具，在這個里程碑上擊敗了 ASML。但尼康隨後暫停了，理由是技術挑戰，並宣佈生產級 EUV 掃描儀要到 2014-2015 年才能準備好。事實證明這太過樂觀，或者這只是承認延遲的說辭。
與此同時，ASML 奮勇向前。到 2011 年，ASML 已經向研究客戶出貨了三台早期 EUV 機器。關鍵是，它在英特爾、三星和台積電等合作夥伴的幫助下繼續投資數十億美元，這些合作夥伴甚至購買了 ASML 的股份來資助 EUV 的研發。相比之下，隨著成本升級，尼康在 2010 年代實際上退出了 EUV 競賽。正如一位產業評論員在 2017 年指出的那樣，ASML 在 EUV 領域實現了 100% 的壟斷，在浸潤式 DUV 領域的份額也超過了 90%。尼康基本上退出了領先光刻業務的競爭。
同年，尼康進行了一場最後的法律鬥爭，起訴 ASML 及其透鏡供應商蔡司（Zeiss）專利侵權。這是一個絕望的舉動。這兩家公司在 2001 到 2002 年也曾互相起訴。許多人將此視為尼康在高階光刻領域的最終投降。畢竟，起訴你的競爭對手並不是增長策略，這是當尼康自身的研發步履蹣跚時尋求賠償的一種方式。
蟄伏與重組：尋找新利基
到了 2010 年代後期，尼康和佳能已被邊緣化。他們並沒有完全沉默，遠非如此。兩家公司仍保留著有利可圖的利基市場。他們離開了高階市場的中心舞台，但從未停止探索光刻技術。實際上，這意味著專注於不那麼尖端但仍然重要的領域。
KrF 和 i-line 步進機（使用較長波長用於成熟的 90 奈米及以上節點）仍然大量用於生產感測器、電源晶片、MEMS 和顯示器。佳能和尼康繼續佔據這些中低階市場的大部分份額。例如，佳能在 2010 年代主導了 i-line 步進機市場，尼康也保持了穩固的份額。這些工具更便宜（一台 500 萬美元的 i-line 工具對比數千萬美元的浸潤式工具），但銷量很大。佳能在 2002 年後實際上大力轉向這些傳統市場並佔據主導地位。尼康也留在了市場中，但一度難以區分自己。
這對日本雙人組的另一個安靜的據點是平面顯示器（FPD）光刻。尼康和佳能基本上壟斷了用於生產電視、智慧型手機等 LCD 和 OLED 面板的光刻設備市場。這些 FPD 工具非常巨大，它們將圖案投影到大於一米的玻璃基板上，並且利用了光學和機械方面的同樣核心專業知識。雖然不像矽光刻那樣受矚目，但 FPD 光刻一直是一項穩定的業務，並在 2010 年代維持了尼康精密設備部門的生存。
所以尼康並沒有死，但它在舔舐傷口。其 2010 年代後期的半導體設備收入僅為 ASML 的一小部分。例如，在 2022 年，ASML 的收入約為 210 億歐元，而尼康的精密設備業務（包括 FPD 和半導體光刻）約為 2950 億日元（約 25 億美元）。
尼康經歷了重組、削減成本，並重新專注於它仍能獲勝的領域。該公司也開始尋找 ASML 沒有涉足的高利潤利基市場。如果尼康不能贏得 EUV 遊戲，它就需要改變遊戲規則。這種認識為尼康在 2020 年代中期的戰略轉向奠定了基礎：從追逐絕對的尖端，轉向在半導體製造過程中相鄰的、服務不足的領域進行創新。
尼康的兩大反擊武器
到了 2025 年，尼康的計畫已具體化為反擊的兩大主要武器：
1. 先進封裝（Advanced Packaging）
2. 奈米壓印光刻（Nanoimprint Lithography）
這每一項都利用了尼康的優勢：精密光學、大面積光刻技術和計量專業知識，同時避開了與 ASML 的 EUV 巨頭的直接競爭。這是經典的側翼策略：攻擊對手意想不到的地方。接下來，我們將詳細探討這兩條戰線，看看它們如何重新定義光刻戰爭。
第一戰線：先進封裝與 DSP 100
現代高性能晶片不再只是單一的矽片。小晶片（Chiplets）已成為 CPU、GPU 和 AI 加速器的趨勢。AMD 和英特爾等公司不再設計單一的整體晶片（因為這在製造上更難避免缺陷），而是將處理器設計為多個較小的晶片，在一個封裝中協同工作。
想像一下樂高積木。你拿幾個小晶片——CPU 核心、記憶體模塊、IO 模塊等——將它們連接在一個基板上，像一個晶片一樣運作。這種模組化方法提高了良率（較小的晶片等於較少的缺陷機會），並允許混合不同的技術。例如，尖端節點上的邏輯小晶片可以與舊節點上的記憶體或類比小晶片配對。結果是以更低的成本獲得更好的性能——但前提是你必須能夠以極高的精度和微小的互連將這些小晶片封裝在一起。
這就是先進封裝的用武之地。諸如 2.5D 中介層、扇出型晶圓級封裝和 3D 堆疊（如台積電的 CoWoS 或英特爾的 Foveros）等技術，正使來自不同晶片的數百億個電晶體能夠像一個整體一樣通信。關鍵在於，隨著封裝變得越來越先進，它開始看起來有點像另一層光刻。為了將小晶片連接在一起，你通常需要在中介層或基板上創建高密度的互連，本質上是具有微米級特徵的微小佈線層。
傳統上，封裝使用舊的光刻技術，如 i-line 步進機或用於焊錫凸塊的接觸式打印機，其特徵寬度可能為數十微米。但小晶片架構現在要求更精細的圖案，在最激進的路線圖中，甚至需要縮小到幾微米甚至亞微米。此外，封裝的尺寸正在增長。多晶片模組可能比單個晶圓面積大得多。一些先進封裝使用由玻璃或有機材料製成的面板級基板，比傳統的 300 毫米（12 英吋）晶圓還要大。這一切都推動了對專為後端封裝量身定制的新型光刻工具的需求。
這就是尼康的 DSP 100 數位光刻系統登場的地方，這是該公司新宣佈的先進封裝武器。在 2025 年 7 月，尼康開始接受這台機器的訂單，它是專為後端封裝製程設計的。它與經典的晶圓步進機截然不同。
首先，它支援高達 600mm x 600mm 的大型基板。基本上是面板級封裝而不是晶圓級。這意味著一個基板的面積是 300mm 晶圓的九倍，可以一次性進行圖案化，大大提高了大型小晶片中介層或多晶片面板的吞吐量。
其次，它提供 1.0 微米線寬和間距的高解析度，以及極其精細的對準精度（重疊誤差小於正負 0.3 微米）。這些規格比老派的封裝光刻好一個數量級。尼康透過結合其半導體光刻技術與平面顯示器（FPD）技術實現了這一點。具體來說，DSP 100 使用排列在寬視野上的多透鏡投影模組。這是尼康從大型 LCD 掃描儀那裡學到的專有方法，可以像使用一個巨大透鏡一樣，以均勻的品質曝光大面積區域。這解決了一個關鍵挑戰：用單個透鏡以亞微米精度覆蓋 600 毫米基板是不可能的。所以尼康串聯使用了許多較小的透鏡系統。
第二戰線：奈米壓印光刻（NIL）與佳能的聯盟
尼康戰略的第二個分支稍微投機一點，但潛在的破壞力甚至更大：奈米壓印光刻。在這裡我們必須注意，佳能在這方面已經取得了明顯的領先。令人驚訝的是，這讓佳能成為了尼康在使命上的某種盟友。雖然他們是競爭對手，但核心理念是透過使用一種完全不同的技術（更便宜、更簡單）來挑戰 EUV 在製造最先進晶片方面的統治地位。
把它想像成光刻技術的游擊戰。不要像 EUV 那樣建造越來越複雜和昂貴的機器，而是嘗試一種極其簡單的方法來達到類似的結果。佳能在 NIL 的發展具有指導意義。2023 年 10 月，佳能宣佈了 FPA-12000 NZ2C 奈米壓印光刻系統，聲稱它可以將特徵圖案化到 14 奈米，相當於尖端邏輯晶圓廠使用的 5 奈米節點。佳能甚至預測，隨著進一步改進，NIL 可以達到 10 奈米圖案，大致相當於 2 奈米節點。
這台機器不使用縮小透鏡和光，而是將帶有電路圖案的石英模板直接壓入晶圓上的光阻劑中。就像蓋蠟封一樣，但具有奈米級的精度。每一次壓印都可以在一次拍攝中複製整個層的圖案。佳能已經研究這項技術多年，在 2014 年收購了 Molecular Imprints Inc 以獲得核心 NIL 智慧財產權，並與主要快閃記憶體製造商 Kioxia（鎧俠）合作，將其改進用於實際晶片生產。到了 2024 年，佳能的 NIL 工具已交付給美國的一個研究聯盟 Tech Insight (TIE) 進行評估，該聯盟包括英特爾、三星等公司。這表明即使是大玩家也感到好奇：NIL 能否補充甚至取代某些 EUV 步驟？
NIL 的優勢：成本與能源
NIL 承諾的優勢令人瞠目結舌。因為該工具不需要高能量光源或昂貴的光學器件，它便宜得多，耗電量也少得多。佳能 CEO 御手洗冨士夫曾表示，奈米壓印工具的價格可能比 EUV 掃描儀低一個數量級。即使這有點樂觀，來自 Kioxia 試驗的數據顯示，NIL 設備的成本可能約為 EUV 系統的 40%，且運行時僅消耗約 10% 的電力。
具體來說，如果一台 EUV 工具成本約 1.5 億美元並消耗 1 百萬瓦的電力，那麼一台奈米壓印機可能成本約 6000 萬美元，運行時僅消耗 100 千瓦。這是巨大的削減。對於晶片製造商來說，這意味著一條減少尖端晶圓廠天文數字般的資本和營運成本的潛在途徑。
NIL 工具還有更簡單的物料清單。不需要超純錫滴、電漿雷射或價值 3000 萬美元的反射鏡。原則上維護可能更容易。
還有技術上的優點。NIL 不像基於光的光刻那樣受光學衍射極限的限制。理論上，壓印的解析度取決於製作主模板的能力（可以使用電子束光刻在 10 奈米以下完成）。NIL 還可以做一些事情，比如壓印 3D 結構或多重圖案難以實現的新穎圖案。
例如，佳能和 Kioxia 認為 NIL 非常適合製造先進的記憶體設備（NAND Flash 和 DRAM），因為這些設備具有非常規則的圖案和多個層。記憶體製造通常重複相同的圖案數百萬次。想想 NAND Flash 的單元陣列。壓印技術可以非常高效地一次性印出整個晶圓的記憶體單元。Kioxia 報告稱，NIL 可以顯著削減記憶體生產中的能源使用和設備成本。很容易看出為什麼較小或精打細算的晶片製造商可能會感到興奮。NIL 可以降低製造 10 奈米以下晶片的准入門檻，而在這之前，這基本上需要購買一支 EUV 工具艦隊——那是一個數十億美元的提議。