Pembekal Bahan Jepun Berkembang bagi Memenuhi Permintaan Cip 2 nm

Persaingan baharu pada 2 nm dan kepentingan bahan

Pembangun bahan semikonduktor Jepun sedang mengembangkan operasi ketika pengeluar cip global berusaha mencapai pengeluaran besar-besaran cip logik 2 nm. Usaha menghasilkan ciri yang lebih kecil didorong oleh permintaan daripada kecerdasan buatan, pengkomputeran berprestasi tinggi dan sistem automotif canggih. Bahan merupakan tunjang tersembunyi peralihan ini. Setiap wafer, photoresist, pelarut, gas, pelekat dan resin mesti memenuhi toleransi yang lebih ketat, piawaian ketulenan yang lebih tinggi dan keseragaman yang lebih jitu berbanding nod terdahulu. Di sinilah pembekal Jepun, yang sekian lama dipercayai kerana kualiti dan ketepatannya, melihat peluang untuk berkembang.

Pada 2 nm, pengeluar cip terkemuka menggunakan transistor gate-all-around (GAA) dan seni bina cip yang lebih kompleks. GAA meningkatkan kawalan terhadap aliran arus di dalam transistor, sekali gus membantu mengurangkan kebocoran dan penggunaan kuasa pada skala yang sangat kecil. Reka bentuk ini memerlukan bahan kimia photoresist litografi ultraungu ekstrem (EUV), asid dan pelarut berketulenan tinggi, wafer silikon yang sangat rata serta bahan pembungkusan khusus. Setiap langkah mempunyai julat proses yang sempit, maka prestasi bahan yang konsisten menjadi faktor penentu kadar hasil.

Pelaburan pembekal Jepun menyasarkan titik perubahan ini. Tokyo Ohka Kogyo merancang kompleks baharu photoresist dan bahan kimia berketulenan tinggi berhampiran Seoul bagi menyokong faundri terkemuka di Asia. Adeka menaik taraf peralatan untuk bahan kimia semikonduktor termaju. Shin-Etsu Chemical dan SUMCO, peneraju wafer yang bersama-sama membekalkan sebahagian besar wafer silikon 300 mm, sedang melaraskan substrat agar lebih rata dan mempunyai ketumpatan kecacatan lebih rendah seperti yang diperlukan oleh pematerian corak 2 nm. Pada masa sama, permintaan terhadap bahan pembungkusan meningkat apabila pengeluar cip menghubungkan pemproses dan memori lebar jalur tinggi dalam konfigurasi padat untuk sistem AI. Langkah ini seiring dengan jadual industri, ketika TSMC, Samsung dan Intel mengusahakan nod baharu, manakala Rapidus dari Jepun menyasarkan pengeluaran 2 nm di dalam negara menjelang penghujung dekad ini.

Pihak yang melabur dan lokasi pertumbuhan kapasiti

Perbelanjaan modal oleh firma bahan Jepun kini merangkumi bahagian hadapan dan belakang proses pembuatan cip. Matlamat jangka terdekat adalah untuk membekalkan pengeluaran 2 nm gelombang pertama di faundri luar negara, sambil membuat persediaan bagi permintaan baharu dalam negara daripada Rapidus dan projek lain di Jepun. Pelaburan ini mencerminkan anjakan lebih luas oleh negara itu untuk mendapatkan semula peranan utama dalam semikonduktor termaju dengan menumpukan pada bidang kekuatannya, khususnya bahan dan peralatan.

Photoresist dan bahan kimia berketulenan tinggi

Tokyo Ohka Kogyo, peneraju global dalam photoresist, merancang tapak baharu berhampiran Seoul yang merangkumi kilang photoresist EUV dan kilang bahan kimia berketulenan tinggi. Pendedahan EUV menggunakan panjang gelombang cahaya yang sangat pendek, maka photoresist perlu menggabungkan kepekaan tinggi dengan kekasaran tepi garisan yang rendah serta pencemaran minimum. Kawalan proses tidak memberi ruang untuk kesilapan pada 2 nm, sekali gus meningkatkan tuntutan terhadap formulasi photoresist dan rawatan selepas penggunaan. Syarikat juga meningkatkan kapasiti bagi bahan pembangun, penanggal dan bahan kimia pencuci, kerana setiap bilasan tambahan atau kesan logam boleh menjejaskan prestasi peranti.

Wafer, buburan penggilapan dan gas khusus

Shin-Etsu Chemical dan SUMCO membekalkan sebahagian besar wafer 300 mm dunia, dan produk mereka menyokong ketepatan litografi pada nod termaju. Pada 2 nm, kerataan wafer, kawalan zarah dan kesempurnaan kristal perlu ditingkatkan lagi, baik untuk pematerian corak bahagian hadapan mahupun proses bahagian belakang yang sedang dikaji. Bahan guna habis seperti buburan penggilapan mekanikal kimia turut berkembang bagi menghasilkan kadar penyingkiran yang seragam merentasi corak yang lebih padat. Gas khusus untuk pemendapan dan punaran juga memerlukan ketulenan lebih tinggi bagi mengelakkan tindak balas yang mengganggu struktur GAA.

Bahan pembungkusan menjadi tumpuan utama

Apabila kuasa cip dan lebar jalur memori meningkat, pembungkusan termaju menjadi pemacu prestasi. Syarikat Jepun seperti Ajinomoto Fine-Techno (terkenal dengan filem binaan ABF), Resonac, Nissan Chemical, Sumitomo Bakelite dan Namics sedang mengembangkan pengeluaran bahan pengisi bawah, bahan pengkapsulan, pelekat ikatan sementara dan resin untuk mengawal herotan. Kerjasama JOINT2, yang menghimpunkan pakar bahan dengan Rapidus dan Pusat Teknologi Semikonduktor Terkemuka Jepun, sedang mengusahakan aliran proses pembungkusan 3D bagi memastikan cip kekal sejajar dan stabil dari segi terma. Peralatan berketepatan tinggi daripada pengeluar peralatan Jepun menyokong peralihan ini, menjadikan pembungkusan cabaran bahan serta bidang kejuruteraan.

Meneliti cabaran 2 nm

Peralihan daripada nod terkemuka hari ini kepada 2 nm bukan sekadar menghasilkan grid yang lebih kecil. GAA mengubah geometri transistor dengan membalut get di sekeliling nanosheet atau nanowayar. Ini meningkatkan kawalan get dan membantu mengekalkan prestasi pada saiz yang sangat kecil. Ia juga memerlukan pemilihan dielektrik pemalar-k tinggi, get logam dan logam pelarasan fungsi kerja yang teliti, selain persekitaran bilik bersih yang sangat ketat. Sebarang pencemaran walaupun dalam kuantiti amat kecil boleh mengubah voltan ambang atau mewujudkan laluan kebocoran.

Litografi EUV merupakan satu lagi tonggak penting. Corak pada 2 nm memerlukan langkah pemultipleksan corak yang lebih kompleks, manakala peralatan EUV apertur berangka tinggi yang akan datang akan meningkatkan lagi resolusi. Ini meningkatkan tuntutan terhadap kimia photoresist, resipi pemanasan selepas pendedahan dan pemeriksaan kecacatan. Photoresist perlu mengimbangi kepekaan, resolusi dan kekasaran sambil meminimumkan kecacatan stokastik. Pelarut dan bahan kimia bilasan yang digunakan bersama photoresist itu pula tidak boleh menghakis atau mengembangkan ciri yang halus.

Pembungkusan kini menjadi keputusan reka bentuk utama sejak peringkat awal. Pemecut AI menggabungkan die pengkomputeran dengan susunan memori lebar jalur tinggi menggunakan teknik 2.5D dan 3D. Interposer, mikrobonjolan, tiang tembaga dan vias silikon tembus meningkatkan tuntutan terhadap pelekat, filem pemasangan die dan bahan antara muka terma. Sebatian ini mengawal tegasan, mengurangkan herotan dan menyingkirkan haba daripada pemasangan padat. Sasaran prestasi pada 2 nm tidak akan tercapai tanpa bahan pembungkusan andal yang mampu bertahan melalui kitaran terma dan jangka hayat yang panjang.

Rapidus, sokongan kerajaan dan ekosistem domestik

Rapidus menjadi teras rancangan Jepun untuk menghasilkan cip 2 nm di dalam negara. Syarikat itu memulakan pengeluaran perintis di Chitose, Hokkaido pada April 2025 dan telah menunjukkan elemen teras peranti GAA 2 nm bersama rakan kongsi. Syarikat itu menyasarkan penghantaran sampel kepada pelanggan selepas pengeluaran prototaip dan menyasarkan pengeluaran besar-besaran pada 2027. Kerajaan telah menjanjikan sokongan melebihi 1.7 trilion yen serta mewujudkan mekanisme baharu untuk pelaburan dan jaminan pinjaman. Penggubal dasar juga berusaha menyediakan perlindungan, termasuk syarat yang dikaitkan dengan pembiayaan awam bagi melindungi teknologi utama dan tadbir urus korporat.

Presiden Rapidus, Atsuyoshi Koike, menjelaskan skala tugas itu secara terus terang. Beliau menyebut proses pembelajaran kadar hasil dan kebolehpercayaan sebagai halangan penentu dalam usaha mencapai pengeluaran volum tinggi yang stabil.

Membangunkan teknologi pengeluaran besar-besaran amat sukar, dengan pengesahan kadar hasil dan jaminan kebolehpercayaan sebagai halangan utama.

Kepentingannya melangkaui sebuah syarikat. Jika Jepun tidak dapat menjadi pangkalan pengeluaran logik terkemuka, risiko pembekal peralatan dan bahan memindahkan kapasiti ke luar negara demi mengikuti pelanggan akan meningkat. Sebab itulah usaha Rapidus dirancang sebagai platform untuk ekosistem yang lebih luas, dengan pembangunan bersama meliputi bahan, metrologi, litografi dan pembungkusan. Syarikat itu sedang menguji aliran pemprosesan satu wafer atau kelompok bagi mempercepat maklum balas dan memendekkan kitaran pembelajaran, serta meneruskan pendekatan bersepadu bahagian hadapan dan belakang yang bertujuan mempercepat pemenuhan pesanan pelanggan dalam pasaran khusus.

Bakat kekal sebagai kekangan. Rapidus menghantar jurutera ke makmal rakan kongsi untuk mempelajari proses termaju, selain mengambil pekerja di dalam dan luar negara. Syarikat bahan turut berbuat demikian dengan membina pasukan berhampiran kilang fabrikasi pelanggan di Jepun dan Korea bagi menyokong percubaan pantas serta pelarasan proses di tapak.

Pemain global di Jepun dan tarikan kepada pembekal tempatan

Lonjakan industri bahan Jepun berkait dengan pembukaan tapak pengeluaran baharu di dalam negara. Anak syarikat TSMC di Kumamoto sedang berkembang dengan kilang kedua, sekali gus meningkatkan keperluan terhadap wafer, bahan kimia dan photoresist di rantau itu. Perolehan tempatan mengurangkan tempoh menunggu dan meningkatkan kawalan mutu, yang bermanfaat ketika meningkatkan pengeluaran nod baharu.

Samsung juga memperkukuh kehadirannya. Syarikat itu merancang untuk membuka pusat penyelidikan pembungkusan termaju di Yokohama, dengan matlamat meningkatkan sambungan antara pemproses dan memori untuk beban kerja AI. Makmal itu akan bekerjasama dengan pembekal bahan dan peralatan Jepun serta universiti, sekali gus mengukuhkan hubungan antara penyelidikan, barisan perintis dan pengeluaran komersial. Bagi peneraju pembungkusan seperti Namics dan Resonac, kedekatan dengan program penyelidikan dan pembangunan pelanggan besar menawarkan laluan langsung untuk membangunkan bersama bahan pengisi bawah generasi seterusnya, filem pemasangan die dan resin yang kurang mengalami herotan.

Pelaburan ini menjadikan Jepun hab yang lebih kukuh bagi bahan termaju, meskipun pengeluaran wafer teras 2 nm terus berlangsung di pelbagai rantau. Faundri global akan terus bergantung pada wafer, photoresist dan bahan guna habis dari Jepun. Gabungan permintaan luar negara dengan tapak baharu dalam negara mewujudkan pangkalan pelanggan yang lebih luas untuk pembekal tempatan.

Maksud 2 nm bagi AI, automotif dan penggunaan tenaga

Beban kerja latihan dan inferens AI sedang menolak pusat data ke had kuasa dan penyejukan mereka. Cip 2 nm yang digabungkan dengan pembungkusan termaju dan memori lebar jalur tinggi bertujuan menghasilkan lebih banyak pengiraan bagi setiap watt. Ini berpotensi mengurangkan bil tenaga dan jejak karbon pengendali awan, sambil membolehkan model yang lebih besar dan inferens lebih pantas untuk pengguna. Dalam peranti pinggir, kecekapan yang lebih baik membolehkan lebih banyak kecerdasan pada peranti untuk robot, sistem perindustrian, peranti boleh pakai dan elektronik rumah.

Syarikat automotif memerlukan pengkomputeran yang andal untuk bantuan pemandu dan ciri pemanduan autonomi pada masa hadapan. Mereka juga memerlukan cip yang mampu menahan perubahan suhu dan jangka hayat penggunaan yang panjang. Bahan untuk pembungkusan dan sambung saling memainkan peranan utama dalam kebolehpercayaan itu. Industri Jepun yang lebih luas, termasuk pengeluar kereta dan syarikat elektronik, memantau kemajuan 2 nm dengan teliti kerana akses domestik kepada logik terkemuka boleh mempercepat reka bentuk bersama dan memendekkan rantaian bekalan.

Bagi keutamaan negara merangkumi komunikasi, penjagaan kesihatan dan pertahanan, kapasiti 2 nm meningkatkan daya tahan. Jika pengkomputeran kritikal tersedia dari lebih daripada satu rantau, pengeluar sistem boleh mempelbagaikan sumber bekalan. Kepakaran Jepun dalam bahan memberikan negara itu pengaruh dalam model berbilang rantau tersebut.

Risiko, kekangan dan langkah pembekal

Peningkatan skala kepada 2 nm hadir dengan risiko yang diketahui. Peningkatan pengeluaran pada nod baharu sering berdepan ketidakstabilan kadar hasil, kekangan bekalan peralatan utama dan tekanan kos. Peralatan EUV apertur berangka tinggi serta susunan photoresistnya perlu mencapai resipi pengeluaran yang stabil. Mendapatkan jurutera berkemahiran mencukupi merupakan cabaran seluruh industri, dan persaingan mendapatkan bakat amat sengit. Pembiayaan juga menjadi faktor. Membina keseluruhan rangkaian pengeluaran 2 nm memerlukan modal bertrilion yen, maka gabungan sokongan awam dan pelaburan swasta diperlukan selama beberapa tahun.

Syarikat bahan sedang menyesuaikan diri melalui beberapa langkah jelas. Mereka menempatkan kapasiti pengeluaran berhampiran kilang fabrikasi pelanggan di Asia dan Jepun bagi menyokong percubaan pantas serta penghantaran tepat pada masanya. Mereka melabur dalam bahan kimia yang lebih mesra alam, sistem pemulihan dan rawatan air untuk memenuhi piawaian alam sekitar. Banyak syarikat memperdalam kerjasama penyelidikan dengan universiti dan pusat penyelidikan dan pembangunan bagi mempercepat perubahan formulasi untuk photoresist EUV, filem pemalar dielektrik rendah dan sebatian pembungkusan yang mengalirkan haba. Sesetengah pembekal sedang mempertimbangkan usaha sama untuk berkongsi risiko pembinaan kilang yang mahal.

Persaingan kekal bersifat global. Faundri China sedang berkembang dalam nod matang dan mungkin mempengaruhi harga serta corak bekalan bahan. Bagi nod termaju, TSMC, Samsung dan Intel akan menetapkan asas proses yang perlu dipenuhi pembekal bahan. Syarikat yang dapat membuktikan kualiti konsisten pada skala besar, sambil membantu pelanggan mengurangkan kecacatan dan variasi, akan memperoleh bahagian pasaran.

Prospek kepimpinan Jepun dalam bahan

Jepun berhasrat membina semula kedudukannya dalam industri semikonduktor dengan menguasai lapisan utama dalam rantaian pengeluaran yang menjadi kekuatannya. Bahan merupakan terasnya. Dengan Tokyo Ohka Kogyo, Adeka, Shin-Etsu, SUMCO, Ajinomoto Fine-Techno, Resonac, Namics dan syarikat lain mengembangkan operasi, negara itu berada pada kedudukan untuk menyokong faundri 2 nm gelombang pertama di luar negara serta kapasiti baharu di dalam negara. Sasaran kerajaan bagi jualan semikonduktor domestik menjelang 2030 mengandaikan kemajuan pada kedua-dua medan, dengan pakatan penyelidikan dan subsidi membantu merapatkan jurang.

Pencapaian yang perlu diperhatikan termasuk kematangan prototaip Rapidus dan penglibatan awal dengan pelanggan, penghantaran baharu photoresist EUV dan bahan kimia berketulenan tinggi untuk peralatan apertur berangka tinggi, kejayaan dalam resin dan pelekat pembungkusan 3D di bawah kerjasama JOINT2, serta kemajuan pembinaan bagi peluasan TSMC di Kumamoto dan tapak pembungkusan Samsung di Yokohama. Setiap perkembangan ini menandakan peningkatan permintaan terhadap bahan Jepun.

Peranan Jepun dalam bidang 2 nm tidak akan bergantung pada sebuah kilang sahaja. Sebaliknya, ia bergantung pada kebolehpercayaan ekosistem bahannya merangkumi wafer, bahan kimia dan pembungkusan. Jika pembekal mengekalkan kualiti dan berinovasi bersama pelanggan, mereka boleh menjadi komponen yang tidak dapat diketepikan dalam fasa pembuatan cip seterusnya.

Perkara Utama

• Pembekal bahan Jepun meningkatkan perbelanjaan modal untuk menyokong pengeluaran cip 2 nm, dengan menyasarkan faundri luar negara dan projek baharu di Jepun.
• Tokyo Ohka Kogyo merancang kompleks baharu photoresist EUV dan bahan kimia berketulenan tinggi berhampiran Seoul, manakala Adeka menaik taraf peralatan untuk bahan kimia cip termaju.
• Shin-Etsu Chemical dan SUMCO, yang bersama-sama menguasai sebahagian besar pasaran wafer 300 mm global, sedang melaraskan substrat untuk memenuhi toleransi lebih ketat yang diperlukan pada 2 nm.
• Bahan pembungkusan menjadi tumpuan pertumbuhan, dengan Ajinomoto Fine-Techno, Resonac, Sumitomo Bakelite, Namics dan syarikat lain melabur dalam bahan pengisi bawah, pelekat dan resin yang kurang mengalami herotan.
• Kerjasama JOINT2 menghubungkan pemain industri bahan dengan Rapidus dan Pusat Teknologi Semikonduktor Terkemuka bagi memajukan pembungkusan 3D untuk cip era AI.
• Rapidus memulakan pengeluaran perintis pada 2025 dan menyasarkan pengeluaran besar-besaran pada 2027 dengan sokongan pembiayaan awam melebihi 1.7 trilion yen, bersama langkah melindungi teknologi utama.
• TSMC sedang berkembang di Kumamoto dan Samsung merancang pusat penyelidikan dan pembangunan pembungkusan di Yokohama, langkah yang meningkatkan permintaan tempatan terhadap bahan dan peralatan Jepun.
• 2 nm memerlukan transistor GAA, kemajuan dalam photoresist EUV dan ketulenan ekstrem pada setiap peringkat, sekali gus meningkatkan tuntutan terhadap konsistensi bahan dan kawalan kecacatan.
• Risiko termasuk pembelajaran kadar hasil, ketersediaan peralatan, kekurangan tenaga mahir dan keperluan pembiayaan, namun pembekal bertindak balas dengan kapasiti tempatan, proses lebih hijau dan hubungan penyelidikan dan pembangunan yang lebih erat.