かつて世界のリソグラフィー市場の40%を支配していたニコンは、2000年代初頭にオランダのASMLにその座を奪われ、現在では市場シェアが7%にまで縮小している。ASMLがEUV技術に大胆な投資を行い、液浸リソグラフィーで先行した一方、ニコンは既存のDUV技術の改良に固執し、重要な転換期を逃した。しかし2025年、ニコンは新たな戦略で復活を目指している。ASMLのEUV独占に正面から挑むのではなく、先端チップレットパッケージングとナノインプリントリソグラフィーという2つの側面から攻勢をかけている。大型基板対応のDSP100システムによる先端パッケージング市場への参入と、キヤノンが先行するナノインプリントリソグラフィー技術への注目により、ニコンはEUVとは異なるアプローチでチップ製造の未来を切り開こうとしている。これは、地政学的な変化や多様な製造ソリューションへの需要が高まる中で、かつての巨人が戦略的な側面攻撃によって業界に再参入しようとする物語である。
ニコンの衰退とASMLの台頭
2001年、ニコンは半導体製造の将軍として君臨し、世界のリソグラフィー市場の約40%を支配していました。同社のステッパーは、無数のシリコンウェハーに回路を印刷していました。しかし、時が進み現在、その優位性はほぼ消滅し、ニコンのシェアは約7%にまで減少しています。1990年代の巨人は、なぜこれほどまでに後れを取ったのでしょうか。かつては強大だった将軍が、ヨーロッパの新興企業に一夜にして王座を奪われたかのようです。
実際、オランダ企業ASMLが現在、この重要な市場の60%以上を支配し、最先端の極端紫外線EUVツールを100%独占しています。この際立った対比を考えてみましょう。ASMLのEUVリソグラフィー装置は1台あたり1億5000万ドル以上もかかり、小さな住宅街を照らすのに十分な電力を消費します。それでも、半導体メーカーはEUVが最先端プロセスの鍵となるため、購入に行列を作っています。
一方、かつての覇者ニコンは、2008年に実験的なEUV装置を1台販売したのみで、その後何年も沈黙を守っていました。2017年までに、ニコンのハイエンドリソグラフィー事業は大幅に縮小し、液浸リソグラフィー市場の90%以上をASMLが占めるようになりました。ゲームオーバーに見えました。
ニコンの新戦略:側面攻撃
しかし、この物語はまだ終わっていません。2025年、ニコンは静かに復活を遂げようとしています。ASMLのEUVの牙城を直接攻撃するのではなく、側面攻撃によってです。日本の象徴であるニコンは、チップ製造における2つの見過ごされてきた最先端分野、すなわち先進チップレットパッケージングとナノインプリントリソグラフィーに賭けています。これらはASMLがそれほど確固たる地位を築いていない分野であり、ニコンの精密エンジニアリングが再び輝きを放つ可能性がある分野です。
これは、敵の要塞を避け、代わりに無防備な側面を狙う優れた戦略家のような大胆な戦略です。ニコンは本当に復活できるのでしょうか。その答えは、かつて支配的だったこの企業がどのようにして衰退し、そして戦争のルールを書き換えることでどのように再浮上しようとしているのかを理解することにあります。
チップ製造におけるEUVとは
チップ製造におけるEUVとは何でしょうか。リソグラフィーとは、光を用いてシリコンウェハー上に微細な回路パターンを印刷するプロセスです。248ナノメートルまたは193ナノメートルの光を使用する深紫外線DUVリソグラフィーは、数十年にわたって主力技術でした。ニコン、キヤノン、ASMLのツールは28から90ナノメートルの範囲のノードに対応しており、自動車、IoTデバイス、そして日常的な電子機器のチップに現在も広く使用されています。
しかし、トランジスタのサイズを7ナノメートル以下にまで縮小するために、業界は極端紫外線EUVリソグラフィーに目を向けました。2018年頃、EUVは13.5ナノメートルの波長の光を使用し、非常に微細な特徴をエッチングするために特殊なレーザーと真空システムを必要としました。EUVは、最先端のロジックチップのゴールドスタンダードとなっています。
ASMLはEUVマシンを大規模に製造している唯一の企業であり、1台あたりの価格は1億5000万ドルから3億5000万ドル以上にもなります。これらの巨大なツールは、数十億個のトランジスタをシリコンの薄片に集積することで、ムーアの法則の継続を可能にしました。今日の世界の半導体市場は、EUVによって大きく左右されています。ASMLのEUVツールは、TSMC、Samsung、Intelによって最速のプロセッサの製造に使用されています。
かつては市場を席巻していたNikonとCanonは、現在では主に旧世代のノードや特殊市場向けにDUV装置を供給しています。これはいわば技術の飛躍と言えるでしょう。Nikonは旧世代を完成させましたが、ASMLはリスクを冒した新技術で飛躍的に進歩し、今やその恩恵を受けています。スマートフォン、データセンター、AIアクセラレータなど、先進的なチップを求める世界的な需要により、EUVは不可欠なものとなりました。だからこそ、ASMLの株価は近年急騰しているのです。
ナノインプリント・リソグラフィーという新技術
では、ダークホースとも言えるナノインプリント・リソグラフィーはどうでしょうか。従来のリソグラフィー、DUV、EUVは、光を用いてレンズを通して回路パターンをウェハに投影します。プロジェクターが像を投影するようなイメージです。これに対し、ナノインプリント・リソグラフィーは、スタンプや型のような働きをします。
NILは、光を照射する代わりに、ナノスケールの回路パターンが刻まれたテンプレートをレジストでコーティングされたウェハに直接押し付けます。これにより、パターンが1ステップで物理的に刻印され、場合によっては3D構造を一度に作成することも可能です。このコンセプトは研究室では長年存在していましたが、キヤノンなどの企業がこれを製造ツールとして活用し始めたのはごく最近のことです。
NILは、根本的に異なるアプローチを約束します。高価なレーザー、巨大なレンズ、真空EUV光源は不要です。大量生産に活用できれば、コストとエネルギー消費を大幅に削減できる可能性があります。
なぜ今、ニコンの戦略が重要なのか
なぜ今、ニコンの新しい戦略が重要なのでしょうか。それは、半導体業界が転換点を迎えているからです。EUVをさらに推進するためのコストと複雑さは急騰しています。次世代の高NA EUVマシンは、1台あたり3億ドルを超えます。同時に、ますます多くのアプローチが勢いを増しています。1つのモノリシックチップをさらに小型化する代わりに、企業はチップレットと高度なパッケージングに注目し、小さな回路基板のように1つのパッケージに複数のチップを組み合わせることでパフォーマンスを向上させ続けています。これにより、テクノロジーを組み合わせて歩留まりを向上させることができます。
人工知能AI、モノのインターネットIoTは、高性能チップの需要を爆発的に増加させており、これがチップの組み立て方法の革新を後押ししています。3Dスタッキングやチップレット統合などの技術を含む高度なパッケージングは、最先端システムにとってリソグラフィー自体と同じくらい重要になりつつあります。これはニコンが狙っている分野です。
そして、地政学的な変化、たとえば各国がより多くの国産チップ能力を求めていることなどにより、ASML中心の現状に代わるものが求められています。ニコンがパッケージングとNILに方向転換したのは、業界がEUVを完全に置き換えるのではなく、それを補完または回避するさまざまなソリューションに対してよりオープンになった時期です。つまり、ニコンの側面攻撃は、半導体の世界が向かっている方向と一致しているため、タイムリーです。異種統合とコスト効率の高い製造です。
将軍の凋落:ニコンが市場を失った経緯
ニコンのマスタープランについて詳しく説明する前に、将軍の凋落がどのように起こったかを振り返りましょう。ニコンが20年の間にトップから下位に転落した経緯です。1980年代から1990年代にかけて、ニコンは同じく日本企業のキヤノンとともに半導体の世界のトップに立っていました。わかりやすく言うと、1989年には日本企業が世界のリソグラフィー市場の約70%をコントロールしていました。
ニコンのステッパーは最先端と考えられており、初期のPC時代を支えたマイクロチップを大量生産していました。カメラ事業で磨かれた同社の精密光学技術の伝統は、優れたリソグラフィーレンズに反映されました。1990年代後半には、工場を建設するなら、ニコンやキヤノンの装置を購入するのが一般的でした。両社はリソグラフィーの覇者であり、シリコン帝国を支配していました。
しかし、その陰で、小さなオランダの競合企業が着実に台頭していました。かつてフィリップスとオランダ政府の合弁企業だったASMLが、1980年代にこの競争に参入しました。当初、ASMLは出遅れていました。ニコンとキヤノンはより大きな市場シェアと豊富な経験を持っていましたが、ASMLは未実証のアイデアに賭け、パートナーを引き込む傾向がありました。
1990年代半ば、ASMLは研究界で議論されていた突飛なコンセプト、極端紫外線リソグラフィーに狙いを定めました。ニコンとキヤノンもEUVの存在は認識していましたが、リスクが大きすぎて実現は遠いと考えていました。その代わりに、1990年代後半、ニコンはDUVの完成に注力し、例えば、解像度を向上させるために、ドライリソグラフィーからレンズとウェハの間に水を入れる液浸リソグラフィーへと移行しました。ニコンの戦略は、既存の193ナノメートル技術を継続的に改善することでした。これは当時としては保守的で賢明なアプローチでしたが、技術ルートの決定的な誤判断であることが判明しました。対照的に、ASMLは賭けに出て、世界中の技術リソースを統合し、EUVを積極的に追求しました。
2000年代初頭の転機
転機は2000年代初頭に訪れました。2002年、ASMLの売上は急増し、市場シェアは50%を超え、初めてニコンを追い抜きました。わずか1年で、ニコンのリソグラフィー収益は2001年の14億9000万ドルから2002年には7億7300万ドルへと半減しました。これは、将軍が王座を失った瞬間でした。ASMLは、最先端のツールと大胆なロードマップを提供することで、インテル、IBM、TI、TSMCなどの主要顧客を獲得していました。一方、ニコンのシェアは同じ期間に約40%から約28%に低下し、驚くべき逆転を経験しました。
この急激な落ち込みの原因は何だったのでしょうか。ニコンが重要なイノベーションである液浸リソグラフィーへの対応に遅れをとったことが一因です。2005年から2006年頃に、水を用いて65ナノメートルから45ナノメートルノードのレンズ解像度を向上させる最初の量産向け液浸スキャナーが登場すると、ASMLが先行しました。液浸ツール元年である2006年には、ASMLが市場の約72%を獲得し、ニコンは28%でした。キヤノンはハイエンド市場への参入すらしていませんでした。
ASMLは単に新技術をよりうまく実行しただけだったのです。同社の液浸スキャナーはスループットが高く、すぐに最先端工場の標準となりました。ニコンの対応は遅く、追いつくことができませんでした。液浸性能において、2011年までに、ASMLは液浸市場の82%を占め、ニコンは18%でした。このような重要な世代で一度敗北を喫すると、挽回するのは困難です。優良顧客は、先行するサプライヤーに固執します。
EUVへの賭けが勝敗を決定づけた
EUVへの賭けが、この勝利を決定づけました。ニコンは2008年に実験的なEUV装置を1台出荷し、ASMLに先んじてこのマイルストーンを達成しました。しかし、ニコンはその後、技術的な課題を理由に開発を中断し、EUVスキャナーの生産開始は2014年から2015年になると発表しました。これはあまりにも楽観的すぎた、あるいは遅延を暗黙のうちに認めたようなものだったと言えるでしょう。
一方、ASMLは前進を続けました。2011年までに、ASMLは研究顧客向けに初期EUV装置3台を出荷しました。そして重要なのは、ニコンはインテル、サムスン、TSMCなどのパートナーの支援を受けて数十億ドルを投資し続け、これらの企業はEUV研究開発に資金を提供するためにASMLの株式を文字通り購入したことです。対照的にニコンは、コストが高騰したため、2010年代にEUV競争から事実上撤退しました。
ある業界評論家が2017年に指摘したように、ASMLはEUVで100%の独占を達成し、液浸DUVでは90%以上のシェアを獲得しました。ニコンは、最先端のリソグラフィー事業で事実上敗退しました。同年、ニコンは最後の法廷闘争に出て、ASMLとそのレンズサプライヤーであるツァイスを特許侵害で訴えました。これは必死の策でした。両社は2001年から2002年にも互いに訴訟を起こしていました。そして多くの人は、これをハイエンドリソグラフィーにおけるニコンの最後の屈服だと考えました。結局のところ、ライバルを訴えることは成長戦略ではないのです。これは、ニコン自身の研究開発が停滞する中で、補償を求める手段でした。
ニコンの生き残り戦略:ニッチ市場への転換
2010年代後半までに、ニコンとキヤノンは脇に追いやられました。完全に沈黙したわけではありません。むしろ、そうではありませんでした。両社とも依然として収益性の高いニッチ市場を維持していました。ハイエンド市場の中心舞台からは去りましたが、リソグラフィー技術の探求をやめることはありませんでした。実際には、それは最先端ではないものの依然として重要なセグメントに焦点を合わせることを意味しました。
成熟した90ナノメートル以上のノードでより長い波長を使用するKRFおよびアイラインステッパーは、センサー、パワーチップ、MEMS、ディスプレイなどに依然として大量に使用されています。キヤノンとニコンは、これらの中低価格帯市場で大きなシェアを占め続けています。たとえば、キヤノンは2010年代にアイラインステッパーの市場をリードし、ニコンも確固たるシェアを維持しました。これらのツールは、液浸装置が数千万ドルかかるのに対し、アイライン装置は500万ドルと安価ですが、大量に販売されています。
実際、キヤノンは2002年以降、これらの旧来の市場に大きく軸足を移し、市場を独占しました。ニコンも市場に残りましたが、しばらくの間、差別化に苦戦しました。この日本2社にとってもう一つの静かな拠点は、フラットパネルディスプレイFPDリソグラフィーです。ニコンとキヤノンは、テレビやスマートフォンなどのLCDパネルやOLEDパネルを製造するのに使用されるリソグラフィー装置の市場を事実上独占しています。
これらのFPD装置は巨大で、1メートルを超えるガラス基板にパターンを投影し、光学と機械の同じ中核的な専門知識を活用しています。シリコンリソグラフィーほど有名ではないものの、FPDリソグラフィーは安定した事業であり、ニコンの精密機器部門を2010年代を通して生き延びさせました。つまり、ニコンは死んではいなかったが、傷を舐めていたのです。
2010年代後半の半導体製造装置の売上高は、ASMLのほんの一部に過ぎませんでした。例えば、2022年のASMLの売上高は約210億ユーロであったのに対し、ニコンのFPDや半導体リソグラフィーを含む精密機器事業は約2950億円、約25億ドルでした。ニコンは事業再編、コスト削減を行い、依然として勝てる分野への注力を再強化しました。また、ASMLが参入していない高利益率のニッチ市場も模索し始めました。
ゲームを変える決断
ニコンがEUVで勝てないのであれば、ゲームを変える必要がありました。この認識が、ニコンの2020年代半ばの戦略の土台となり、絶対的な最先端を追い求めるのではなく、半導体製造プロセスにおける隣接した未開拓領域でのイノベーションへと転換しました。2025年までに、ニコンの計画は反撃のための2つの主要な武器へと具体化しました。1つは先進パッケージング、もう1つはナノインプリントリソグラフィーです。
これらはいずれも、ニコンの強みである精密光学系、大面積リソグラフィーのノウハウ、計測技術の専門知識を活用しながら、ASMLのEUV巨大企業との直接の競争を回避しています。これは古典的な側面攻撃戦略です。相手が予期していないところを攻撃します。次に、これら2つの戦線をそれぞれ詳細に検討し、リソグラフィー戦争をどのように再定義するかを見ていきます。
先端パッケージングという新戦場
現代の高性能チップは、もはや単一のシリコンスラブではありません。チップレットは、CPU、GPU、AIアクセラレータのトレンドになっています。欠陥なく製造するのが難しい1つのモノリシックダイの代わりに、AMDやIntelなどの企業は、1つのパッケージで連携して動作する複数の小さなダイとしてプロセッサを設計しています。
レゴブロックのように考えてください。複数のチップレット、CPUコア、メモリタイル、IOタイルなどを基板上で接続して1つのチップとして機能します。このモジュール式のアプローチにより、歩留まりが向上します。ダイが小さいほど欠陥の可能性が低くなり、異なるテクノロジを混在させることができます。たとえば、最先端ノードのロジックチップレットを、古いノードのメモリチップレットやアナログチップレットと組み合わせることができます。その結果、低コストで優れた性能が得られますが、それはこれらのチップレットを極めて高精度かつ微細な相互接続でパッケージ化できる場合に限られます。
ここで高度なパッケージングが登場します。2.5Dインターポーザ、ファンアウト型ウェーハレベルパッケージング、TSMCのCoWOSやIntelのFoverosのような3Dスタッキングといった技術により、個別のダイから構成される数百億個のトランジスタが1つのトランジスタとして通信することが可能になっています。パッケージングが高度化するにつれて、それがリソグラフィの新たな層のように感じられるようになるという点が重要です。
チップレット同士を配線するには、インターポーザや基板上に高密度の相互接続を形成する必要があります。これは、基本的にミクロン単位の微細配線層です。従来のパッケージングでは、はんだバンプ形成にラインステッパーやコンタクトプリンターといった旧式のリソグラフィが用いられ、数十ミクロン幅のパターンを印刷していました。しかし、チップレットアーキテクチャでは、最も積極的なロードマップでは数ミクロン、あるいはサブミクロン単位の微細パターン形成が求められています。
さらに、パッケージサイズも大型化しています。マルチチップモジュールは、単一ダイのウェーハ面積よりもはるかに大きくなる可能性があります。一部の先端パッケージでは、従来の300mm、12インチウェーハよりも大きい、ガラスまたは有機材料製のパネルサイズの基板が使用されています。これにより、バックエンドパッケージングに合わせた新しいタイプのリソグラフィーツールの必要性が高まっています。
ニコンのDSP100:先端パッケージング用の新兵器
そこで、ニコンが新たに発表した先端パッケージング用の武器であるデジタルリソグラフィーシステムDSP100が登場します。ニコンは2025年7月、バックエンドパッケージングプロセス用に特別に設計されたこの装置の受注を開始しました。これは、従来のウェーハステッパーとはまったく異なる製品です。
まず、最大600mm×600mmの大型基板をサポートします。基本的には、ウェーハレベルではなくパネルレベルのパッケージングです。つまり、300mmウェーハの9倍の面積の基板を一度に特許取得できるため、大型チップレットインターポーズやマルチチップパネルのスループットが大幅に向上します。これらの仕様は、旧式のパッケージングリソグラフィーよりも桁違いに優れています。
ニコンは、半導体リソグラフィーのノウハウとフラットパネルディスプレイFPD技術を組み合わせることでこれを実現しました。具体的には、DSP100は、広いフィールド全体に配置されたマルチレンズ投影モジュールを使用しています。これは、大型LCDスキャナーから得られるニコン独自の方法で、まるで1つの巨大なレンズがあるかのように、広い領域を均一な品質で露光します。
これは重要な課題に取り組んでいます。600ミリメートルの基板をサブミクロンの精度でカバーすることは、単一のレンズでは不可能です。そのため、ニコンは多数の小型レンズシステムを連携させて使用しています。
キヤノンのNIL技術:もう一つの可能性
ニコンの戦略の2つ目の柱は、もう少し投機的ですが、潜在的にさらに破壊的なものです。ナノインプリントリソグラフィーです。ここで注目すべきは、キヤノンがこの分野で明確なリードを取っていることです。驚くべきことに、キヤノンはニコンの使命において一種の同盟者となっています。両社は競合相手ですが、中心となる考え方は、より安価でシンプルなまったく異なる技術を使用して、最先端のチップを製造する上でのEUVの優位性に挑戦することです。
これをリソグラフィーにおけるゲリラ戦のようなアプローチと考えてみてください。EUVのようにますます複雑で高価な装置を作るのではなく、はるかにシンプルな方法で同様の結果を達成してみてください。キヤノンのNIL開発は示唆に富んでいます。2023年10月、キヤノンはナノインプリントリソグラフィー装置FPA12000NZ2Cを発表し、最先端のロジック工場で使用されている5ナノメートルノードに相当する14ナノメートルのパターン形成が可能だと主張しています。
キヤノンは、さらなる改良により、NILが約2ナノメートルノードに相当する10ナノメートルのパターン形成が可能になると予測しています。この装置は、縮小レンズと光を使用する代わりに、回路パターンが刻まれた石英テンプレートをウェハ上のフォトレジストに文字通り押し付けます。ワックスシールを刻印するようなものですが、ナノスケールの精度です。各インプリントは、1回のショットで層全体のパターンをコピーできます。
キヤノンはこの技術に長年取り組んでおり、2014年にモレキュラーインプリントズ社を買収してコアNIL技術を取得し、大手フラッシュメモリメーカーであるキオクシアと提携して実際のチップ製造向けに改良してきました。2024年までに、キヤノンのNILツールは、評価のために、インテル、サムスンなどを含む米国テキサスの研究コンソーシアム、テックインサイトTIEに納入されました。これは、大手企業でさえも興味を持っていることを示しています。
NILの驚くべき利点
NILはEUVの一部のステップを補完、あるいは置き換えることができるのでしょうか。NILの約束された利点は、ツールが高エネルギー光源や高価な光学系を必要としないことから、驚くべきものです。はるかに安価で、消費電力もはるかに少なくて済みます。キヤノンのCEOである御手洗富士夫氏は、ナノインプリントツールの価格はEUVスキャナーよりも桁違いに低くなる可能性があると述べました。
たとえそれが楽観的であったとしても、キオクシアの試験データによると、NIL装置はEUVシステムの約40%のコストで、消費電力は約10%にとどまる可能性があります。具体的に言えば、EUVツールのコストが約1億5000万ドルで1メガワットの電力を消費する場合、ナノインプリントのコストは約6000万ドルで、動作中に100キロワットの電力を消費する可能性があります。これらは大幅な削減です。
チップメーカーにとって、これは最先端工場の天文学的な資本コストと運用コストを削減する潜在的な道筋を意味します。NILツールは部品構成もシンプルです。超高純度スズ液滴やプラズマレーザー、あるいは3000万ドルもする反射鏡は不要です。メンテナンスも原理的に容易になる可能性があります。
技術的なメリットもあります。NILは、光ベースのリソグラフィのように光回折限界に制限されません。理論的には、インプリントの解像度はマスターテンプレートの作成能力に依存しますが、これは10ナノメートル未満の電子ビームリソグラフィで実現できます。NILでは、マルチパターン化では実現が難しい3D構造や斬新なパターンのインプリントも可能です。
例えば、キヤノンとキオクシアは、NILがNANDフラッシュやDRAMといった、非常に規則的なパターンと多層構造を持つ高度なメモリデバイスの製造に最適である可能性を示唆しています。メモリの製造では、同一のパターンが何百万回も繰り返されることがよくあります。NANDフラッシュのセルアレイを想像してみてください。スタンプ技術を用いれば、ウェーハ1枚分のメモリセルを一度に非常に効率的にインプリントできます。
キオクシアは、NILによってメモリ製造におけるエネルギー使用量と設備コストを大幅に削減できる可能性があると発表しました。小規模な半導体メーカーや予算重視の半導体メーカーが期待するのは当然です。NILは、これまではEUV装置を大量に購入する必要があった10ナノメートル未満の半導体製造への参入障壁を下げる可能性があります。これは数十億ドル規模の提案です。
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