Pinalalawak ng mga Supplier ng Materyales sa Japan ang Produksyon para sa Demand ng 2 nm Chips

Bagong karera sa 2 nm at kung bakit mahalaga ang mga materyales

Nagpapalawak ang mga developer ng materyales para sa semiconductor sa Japan habang nagsisikap ang mga gumagawa ng chip sa buong mundo na simulan ang malawakang produksyon ng 2 nm logic chips. Itinutulak ang mabilis na pagliit ng mga feature ng chip ng pangangailangan mula sa artificial intelligence, high-performance computing, at mga advanced na sistema para sa sasakyan. Ang mga materyales ang nakatagong pundasyon ng pagbabagong ito. Kailangang sumunod ang bawat wafer, resist, solvent, gas, pandikit, at resin sa mas mahihigpit na tolerance, mas mataas na pamantayan ng kadalisayan, at mas mahigpit na pagkakapare-pareho kaysa sa mga naunang node. Dito nakikita ng mga supplier sa Japan, na matagal nang pinagkakatiwalaan dahil sa kalidad at katumpakan, ang pagkakataong lumago.

Sa 2 nm, gumagamit ang mga nangungunang gumagawa ng chip ng gate-all-around transistor (GAA) at mas masalimuot na arkitektura ng chip. Pinahuhusay ng GAA ang pagkontrol sa daloy ng kuryente sa loob ng mga transistor, na nakatutulong magpababa ng leakage at konsumo ng kuryente sa napakaliit na sukat. Nangangailangan ang mga disenyong ito ng mga kemikal para sa resist sa extreme ultraviolet lithography (EUV), mga asido at solvent na mataas ang kadalisayan, mga silicon wafer na napakapatag, at mga espesyal na materyales sa packaging. Makitid ang mga saklaw ng proseso sa bawat hakbang, kaya mahalagang salik sa yield ang pare-parehong pagganap ng mga materyales.

Nakatutok sa mahalagang pagbabagong ito ang mga pamumuhunan ng mga supplier sa Japan. Nagpaplano ang Tokyo Ohka Kogyo ng bagong pasilidad para sa photoresist at mga kemikal na mataas ang kadalisayan malapit sa Seoul upang suportahan ang mga nangungunang foundry sa Asia. Ina-upgrade naman ng Adeka ang mga kagamitan nito para sa mga advanced na kemikal ng semiconductor. Inaayos ng mga nangungunang supplier ng wafer na Shin-Etsu Chemical at SUMCO, na magkasamang nagsusuplay ng malaking bahagi ng 300 mm silicon wafer sa merkado, ang kanilang mga substrate upang maging mas patag at magkaroon ng mas kaunting depekto, gaya ng hinihingi ng pagbuo ng pattern sa 2 nm. Kasabay nito, tumataas ang demand para sa mga materyales sa packaging habang pinagdurugtong ng mga gumagawa ng chip ang mga processor at high-bandwidth memory sa siksik na mga ayos para sa mga AI system. Kaayon ng takbo ng industriya ang mga hakbang na ito: itinutulak ng TSMC, Samsung, at Intel ang mga bagong node, habang layon ng Rapidus ng Japan na simulan ang produksyon ng 2 nm sa loob ng bansa sa dekadang ito.

Sino ang namumuhunan at saan lumalawak ang kapasidad

Lumalawak sa front end at back end ng paggawa ng chip ang paggasta ng mga kompanya ng materyales sa Japan. Sa malapit na panahon, layon nilang pagsilbihan ang unang bugso ng produksyon ng 2 nm sa mga foundry sa ibang bansa, habang naghahanda para sa bagong demand sa loob ng bansa mula sa Rapidus at iba pang proyekto sa Japan. Sumasalamin ang mga pamumuhunan sa mas malawak na pagbabago ng bansa upang maibalik ang mahalagang papel nito sa mga advanced na semiconductor sa pamamagitan ng pagtutok sa mga kalakasan nito, lalo na sa mga materyales at kagamitan.

Photoresist at mga kemikal na mataas ang kadalisayan

Nagpaplano ang Tokyo Ohka Kogyo, isang nangungunang kompanya sa buong mundo sa photoresist, ng bagong pasilidad malapit sa Seoul na magkakaroon ng planta ng EUV resist at pabrika ng mga kemikal na mataas ang kadalisayan. Gumagamit ang EUV exposure ng liwanag na may napakaikling wavelength, kaya kailangang pagsamahin ng resist ang mataas na sensitivity, mababang line-edge roughness, at kaunting kontaminasyon. Walang gaanong puwang para sa pagkakamali sa pagkontrol ng proseso sa 2 nm, kaya mas tumataas ang pamantayan para sa pormulasyon ng resist at mga paggamot pagkatapos itong ilapat. Pinapalawak din ng mga kompanya ang kapasidad para sa mga developer, stripper, at panlinis na kemikal, dahil maaaring makaapekto sa pagganap ng device ang bawat dagdag na banlaw o bakas ng metal.

Mga wafer, slurry, at espesyalisadong gas

Nagsusuplay ang Shin-Etsu Chemical at SUMCO ng malaking bahagi ng 300 mm wafer sa buong mundo, at pundasyon ng katumpakan ng lithography sa mga advanced na node ang kanilang mga produkto. Sa 2 nm, kailangan pang pahusayin ang kapatagan ng wafer, pagkontrol sa particle, at kalidad ng kristal, kapwa para sa front-end patterning at sa mga prosesong ginagawa sa likod ng wafer. Kasabay nito, umuunlad ang mga consumable gaya ng slurry para sa chemical mechanical polishing upang magkaroon ng pare-parehong bilis ng pagtanggal ng materyal sa mas siksik na mga pattern. Kailangan ding maging mas dalisay ang mga espesyalisadong gas para sa deposition at etching upang maiwasan ang mga interaksiyong nakagagambala sa mga estrukturang GAA.

Nagiging pangunahing pokus ang mga materyales sa packaging

Habang tumataas ang konsumo ng kuryente ng chip at bandwidth ng memory, nagiging salik sa pagganap ang advanced packaging. Pinagtatambal ng mga kompanya sa Japan tulad ng Ajinomoto Fine-Techno (kilala sa mga ABF build-up film), Resonac, Nissan Chemical, Sumitomo Bakelite, at Namics ang mga underfill, encapsulant, pandikit para sa pansamantalang pagdikit, at resin upang makontrol ang pagbaluktot. Gumagawa ang kolaborasyong JOINT2, na pinagsasama ang mga espesyalista sa materyales, Rapidus, at Japan’s Leading-Edge Semiconductor Technology Center, sa mga proseso ng 3D packaging na nagpapanatiling magkakatugma ang puwesto ng mga chip at matatag ang temperatura ng mga ito. Sinusuportahan ng mga eksaktong kagamitan mula sa mga gumagawa ng kagamitan sa Japan ang pagbabagong ito, kaya hamon ito kapwa sa materyales at sa inhinyeriya.

Ang hamon ng 2 nm

Hindi basta pagliit lang ng grid ang paglipat mula sa mga nangungunang node ngayon tungo sa 2 nm. Binabago ng GAA ang hugis ng mga transistor sa pamamagitan ng pagbalot ng gate sa mga nanosheet o nanowire. Pinahuhusay nito ang kontrol ng gate, na tumutulong mapanatili ang pagganap sa napakaliit na sukat. Nangangailangan din ito ng maingat na pagpili ng mga high-k dielectric, metal gate, at metal na nag-aayos sa work function, pati na rin ng malinis na kapaligiran sa cleanroom. Maaaring magbago ang threshold voltage o magkaroon ng mga daanan ng leakage dahil sa kahit bahagyang kontaminasyon.

Isa pang haligi ang EUV lithography. Nangangailangan ang mga pattern sa 2 nm ng mas masalimuot na hakbang ng multi-patterning, at lalo pang pahuhusayin ng paparating na mga EUV tool na may mataas na numerical aperture ang resolution. Dahil dito, mas tumataas ang mga kinakailangan sa kemika ng resist, mga recipe ng post-exposure bake, at inspeksiyon sa depekto. Kailangang balansehin ng mga photoresist ang sensitivity, resolution, at gaspang habang binabawasan ang mga depektong dulot ng mga salik na hindi ganap na makontrol. Hindi dapat ukitin o palobohin ng mga solvent at kemikal na pangbanlaw sa paligid ng resist ang mga maseselang feature.

Naging pangunahing pasya sa disenyo ang packaging. Pinagtatambal ng mga AI accelerator ang mga compute die at salansan ng high-bandwidth memory gamit ang mga paraang 2.5D at 3D. Naglalagay ng bagong pangangailangan sa mga pandikit, die-attach film, at materyales para sa thermal interface ang mga interposer, microbump, copper pillar, at through-silicon via. Kinokontrol ng mga compound na ito ang stress, binabawasan ang pagbaluktot, at inilalabas ang init mula sa mga siksik na assembly. Hindi maaabot ang mga target sa pagganap sa 2 nm kung walang maaasahang materyales sa packaging na makatatagal sa mga siklo ng pagbabago ng temperatura at mahabang paggamit.

Rapidus, suporta ng pamahalaan, at lokal na ekosistema

Nasa sentro ang Rapidus ng plano ng Japan na gumawa ng 2 nm chip sa loob ng bansa. Sinimulan ng kompanya ang pilot production sa Chitose, Hokkaido noong Abril 2025 at naipakita nito kasama ang mga partner ang mahahalagang bahagi ng 2 nm GAA device. Layunin nitong maghatid ng mga sample sa mga customer matapos ang mga prototype run at simulan ang malawakang produksyon sa 2027. Nangako ang pamahalaan ng mahigit 1.7 trilyong yen na suporta at lumikha ng mga bagong mekanismo para sa pamumuhunan at garantiya sa pautang. Humingi rin ang mga gumagawa ng patakaran ng mga pananggalang, kabilang ang mga kundisyong kaugnay ng pampublikong pondo upang maprotektahan ang mahahalagang teknolohiya at pamamahala ng kompanya.

Inilarawan ni Rapidus President Atsuyoshi Koike sa payak na pananalita ang laki ng hamon. Itinuro niya ang pagkatuto upang mapahusay ang yield at ang pagiging maaasahan bilang mga pangunahing hadlang tungo sa matatag na malakihang produksyon.

Napakahirap bumuo ng teknolohiya para sa malawakang produksyon; pangunahing mga hadlang ang pagkumpirma sa yield at pagtiyak sa pagiging maaasahan.

Hindi lang iisang kompanya ang nakataya. Kung hindi makapagtatag ang Japan ng nangungunang produksyon ng logic chip, tataas ang panganib na ilipat sa ibang bansa ng mga supplier ng kagamitan at materyales ang kanilang kapasidad upang masundan ang mga customer. Kaya idinisenyo ang pagsisikap ng Rapidus bilang plataporma para sa mas malawak na ekosistema, na may magkasanib na pagpapaunlad sa mga materyales, metrology, lithography, at packaging. Sinusubukan ng kompanya ang daloy ng prosesong gumagamit ng iisang wafer o batch processing upang pabilisin ang pagbibigay ng feedback at paikliin ang mga siklo ng pagkatuto. Isinusulong din nito ang pinagsamang paraan para sa front end at back end na naglalayong pabilisin ang paghahatid sa customer sa mga espesyalisadong merkado.

Nananatiling hadlang ang kakulangan ng mga bihasang manggagawa. Nagpadala ang Rapidus ng mga inhinyero sa mga laboratoryo ng partner upang matutuhan ang mga advanced na proseso, habang kumukuha rin ito ng mga tauhan sa loob at labas ng bansa. Gayundin ang ginagawa ng mga kompanya ng materyales: bumubuo sila ng mga pangkat malapit sa mga pabrika ng customer sa Japan at Korea upang suportahan ang mabilis na pagsubok at pagsasaayos ng proseso sa mismong lugar.

Mga pandaigdigang kompanya sa Japan at ang hatak sa mga lokal na supplier

Kaugnay ng mga bagong pasilidad ng produksyon sa loob ng bansa ang pagdami ng mga kompanya ng materyales sa Japan. Nagpapalawak ang subsidiary ng TSMC sa Kumamoto sa pamamagitan ng ikalawang planta, kaya tumataas ang pangangailangan sa rehiyon para sa mga wafer, kemikal, at resist. Nababawasan ng lokal na pagkuha ng mga materyales ang oras ng paghahatid at napahuhusay ang pagkontrol sa kalidad, na mahalaga sa pagpapalawak ng produksyon ng mga bagong node.

Pinatitibay rin ng Samsung ang presensiya nito. Nagpaplano ang kompanya na magbukas ng sentro ng pananaliksik para sa advanced packaging sa Yokohama upang pahusayin ang mga koneksiyon ng mga processor at memory para sa mga gawaing AI. Makikipag-ugnayan ang laboratoryo sa mga supplier ng materyales at kagamitan sa Japan at sa mga unibersidad, na magpapatibay sa ugnayan ng pananaliksik, mga pilot line, at komersiyal na produksyon. Para sa mga nangunguna sa packaging gaya ng Namics at Resonac, nagbibigay ng tuwirang pagkakataon ang pagiging malapit sa programa ng R&D ng isang malaking customer upang magkasamang bumuo ng susunod na henerasyon ng mga underfill, die-attach film, at resin na hindi madaling mabaluktot.

Dahil sa mga pamumuhunang ito, nagiging mas matatag na sentro ang Japan para sa mga advanced na materyales, kahit nagpapatuloy sa iba’t ibang rehiyon ang pangunahing produksyon ng 2 nm wafer. Patuloy na aasa ang mga foundry sa buong mundo sa mga wafer, resist, at consumable mula sa Japan. Lumilikha ng mas malawak na hanay ng customer para sa mga lokal na supplier ang pinagsamang demand mula sa ibang bansa at mga bagong pasilidad sa loob ng bansa.

Ang kahulugan ng 2 nm para sa AI, mga sasakyan, at konsumo ng enerhiya

Itinutulak ng mga gawaing AI training at inference ang mga data center sa hangganan ng kapasidad para sa kuryente at pagpapalamig. Layunin ng mga 2 nm chip, kapag ipinares sa advanced packaging at high-bandwidth memory, na maghatid ng mas maraming kalkulasyon sa bawat watt. Maaari nitong pababain ang bayarin sa enerhiya at carbon footprint ng mga cloud operator habang nagbibigay-daan sa mas malalaking modelo at mas mabilis na inference para sa mga gumagamit. Sa mga edge device, nagbibigay-daan ang mas mahusay na paggamit ng enerhiya sa mas matalinong paggana mismo ng mga robot, sistemang industriyal, wearable, at elektronikong gamit sa bahay.

Nangangailangan ang mga kompanya ng sasakyan ng maaasahang computing para sa mga sistema ng tulong sa pagmamaneho at mga tampok para sa mga sasakyang awtonomo sa hinaharap. Kailangan din nila ng mga chip na kayang tiisin ang pagbabago-bago ng temperatura at mahabang panahon ng paggamit. Mahalaga sa pagiging maaasahan ng mga ito ang mga materyales para sa packaging at interconnect. Mahigpit na sinusubaybayan ng mas malawak na industriya ng Japan, kabilang ang mga gumagawa ng sasakyan at kompanya ng elektronika, ang pag-unlad ng 2 nm, dahil mapabibilis ng pagkakaroon sa loob ng bansa ng nangungunang logic chip ang magkasanib na disenyo at paiikliin ang mga supply line.

Para sa mga pambansang prayoridad sa komunikasyon, pangangalagang pangkalusugan, at depensa, pinatataas ng kapasidad sa 2 nm ang katatagan ng suplay. Kung makukuha ang mahahalagang computing resource mula sa higit sa isang rehiyon, maaaring pag-ibahin ng mga gumagawa ng sistema ang kanilang mga mapagkukunan. Nagbibigay ng impluwensiya sa ganitong modelong gumagamit ng maraming rehiyon ang kadalubhasaan ng Japan sa mga espesyalisadong materyales.

Mga panganib, hadlang, at pagtugon ng mga supplier

May kaakibat na mga kilalang panganib ang pagpapaliit tungo sa 2 nm. Madalas makaranas ng pabagu-bagong yield, kakulangan sa mahahalagang kagamitan, at presyur sa gastos ang pagsisimula ng produksyon sa mga bagong node. Kailangang makabuo ng matatag na mga recipe para sa produksyon ang mga EUV tool na may mataas na numerical aperture at mga resist stack ng mga ito. Hamon sa buong industriya ang pagkuha ng sapat na bihasang inhinyero, at matindi ang kompetisyon sa pagkuha ng talento. Isa ring salik ang pagpopondo. Nangangailangan ng trilyong yen na puhunan ang pagbuo ng kumpletong linya ng produksyon para sa 2 nm, kaya kakailanganin sa loob ng ilang taon ang pinagsamang suporta ng pamahalaan at pribadong pamumuhunan.

Tumutugon ang mga kompanya ng materyales sa pamamagitan ng ilang malinaw na hakbang. Naglalagay sila ng kapasidad sa produksyon malapit sa mga pabrika ng customer sa Asia at Japan upang suportahan ang mabilis na pagsubok at paghahatid sa tamang oras. Namumuhunan sila sa mas makakalikasang kemikal, mga sistemang nagre-reclaim ng materyales, at paggamot sa tubig upang matugunan ang mga pamantayan sa kapaligiran. Pinatitibay ng marami ang mga pakikipagtulungan sa pananaliksik sa mga unibersidad at sentro ng R&D upang mapabilis ang pagbabago sa pormulasyon ng EUV resist, mga film na may mababang dielectric constant, at mga compound para sa packaging na mahusay magdaloy ng init. Isinasaalang-alang ng ilang supplier ang mga joint venture upang pagsaluhan ang panganib sa mamahaling mga planta.

Pandaigdigan pa rin ang kompetisyon. Lumalago ang mga foundry sa China sa mga mature node, at maaari nitong maimpluwensiyahan ang presyo at daloy ng suplay ng mga materyales. Sa mga advanced na node, itatakda ng TSMC, Samsung, at Intel ang mga pamantayan sa proseso na kailangang matugunan ng mga supplier ng materyales. Makakakuha ng mas malaking bahagi sa merkado ang mga kompanyang makapagpapatunay ng pare-parehong kalidad sa malakihang produksyon habang tumutulong sa mga customer na mabawasan ang mga depekto at pabagu-bagong resulta.

Mga inaasahan sa pamumuno ng Japan sa mga materyales

Layunin ng Japan na itayong muli ang katayuan nito sa industriya ng semiconductor sa pamamagitan ng pagmamay-ari sa mahahalagang bahagi ng teknolohiya kung saan ito pinakamalakas. Nasa sentro nito ang mga materyales. Sa pagpapalawak ng Tokyo Ohka Kogyo, Adeka, Shin-Etsu, SUMCO, Ajinomoto Fine-Techno, Resonac, Namics, at iba pa, nakahanda ang bansa na suportahan ang unang bugso ng mga pabrika ng 2 nm sa ibang bansa at ang bagong kapasidad sa loob ng bansa. Nakabatay sa pag-unlad sa dalawang larangan ang mga target ng pamahalaan para sa bentahan ng semiconductor sa loob ng bansa pagsapit ng 2030, at makatutulong ang mga alyansa sa pananaliksik at subsidiya upang punan ang mga kakulangan.

Kabilang sa mga milestone na dapat bantayan ang paghinog ng prototype ng Rapidus at mga unang pakikipag-ugnayan nito sa mga customer, mga bagong shipment ng EUV resist at mga kemikal na mataas ang kadalisayan para sa mga tool na may mataas na numerical aperture, mga tagumpay sa resin at pandikit para sa 3D packaging sa ilalim ng JOINT2, at pag-usad ng konstruksyon sa pagpapalawak ng TSMC sa Kumamoto at sa pasilidad ng Samsung para sa packaging sa Yokohama. Hudyat ang bawat isa ng mas malakas na demand para sa mga materyales mula sa Japan.

Hindi iisang pabrika lang ang magtatakda sa papel ng Japan sa 2 nm. Nakabatay ito sa pagiging maaasahan ng ekosistema ng mga materyales nito para sa mga wafer, kemikal, at packaging. Kung mapananatili ng mga supplier ang kalidad at makapagbabago kasama ng kanilang mga customer, maaari silang maging kailangang-kailangan sa susunod na yugto ng paggawa ng chip.

Mahahalagang punto

• Dinadagdagan ng mga supplier ng materyales sa Japan ang kanilang puhunan upang suportahan ang produksyon ng 2 nm chip, para sa mga foundry sa ibang bansa at mga bagong proyekto sa Japan.
• Nagpaplano ang Tokyo Ohka Kogyo ng bagong pasilidad para sa EUV resist at mga kemikal na mataas ang kadalisayan malapit sa Seoul, habang ina-upgrade naman ng Adeka ang mga kagamitan nito para sa mga advanced na kemikal ng chip.
• Inaayos ng Shin-Etsu Chemical at SUMCO, na magkasamang may malaking bahagi sa pandaigdigang merkado ng 300 mm wafer, ang kanilang mga substrate upang matugunan ang mas mahihigpit na tolerance ng 2 nm.
• Pokus sa paglago ang mga materyales para sa packaging; namumuhunan ang Ajinomoto Fine-Techno, Resonac, Sumitomo Bakelite, Namics, at iba pa sa mga underfill, pandikit, at resin na hindi madaling mabaluktot.
• Pinag-uugnay ng kolaborasyong JOINT2 ang mga kompanya ng materyales, Rapidus, at Leading-Edge Semiconductor Technology Center upang isulong ang 3D packaging para sa mga chip sa panahon ng AI.
• Sinimulan ng Rapidus ang pilot production noong 2025 at layon nitong simulan ang malawakang produksyon sa 2027 sa tulong ng mahigit 1.7 trilyong yen na pampublikong pondo, kasabay ng mga hakbang para maprotektahan ang mahahalagang teknolohiya.
• Nagpapalawak ang TSMC sa Kumamoto at nagpaplanong magtayo ang Samsung ng sentro ng R&D para sa packaging sa Yokohama, mga hakbang na nagpapataas ng lokal na demand para sa mga materyales at kagamitan mula sa Japan.
• Nangangailangan ang 2 nm ng mga GAA transistor, pagsulong sa EUV resist, at napakataas na kadalisayan sa bawat hakbang, kaya tumataas ang pamantayan sa pagkakapare-pareho ng mga materyales at pagkontrol sa depekto.
• Kabilang sa mga panganib ang pagkatuto upang mapahusay ang yield, pagkakaroon ng kagamitan, kakulangan ng talento, at pangangailangan sa pondo. Tumutugon ang mga supplier sa pamamagitan ng lokal na kapasidad, mas makakalikasang proseso, at mas malalim na ugnayan sa R&D.