Grzegorz Kamiński: Fotolitografia – kilka uwag o kilku firmach i prototyp nowej maszyny

Prawdę mówiąc, nie bardzo miałem pomysł na tytuł tego tekstu. Zawiera on kilka informacji dotyczących urządzeń oraz technologii fotolitograficznych stosowanych w przemyśle półprzewodnikowym. Wydały mi się na tyle interesujące, by o nich napisać. Teraz chyba nie może powstać żaden tekst o firmach produkujących sprzęt do procesów fotolitografii bez wzmianki o firmie ASML. Tak będzie i tym razem, ale część artykułu poświęcę też firmie Nikon oraz mało znanej firmie xLight.

Grzegorz Kamiński. W tle maszyna do fotolitografii EUV firmy ASML

ASML

Holenderska firma, która jest monopolistą w produkcji urządzeń do EUV, fotolitografii dla extremalnego ultrafioletu, gdzie długość fali światła wynosi 13,5 nm, właśnie ogłosiła wyniki sprzedaży za pierwszy kwartał 2026 roku. Wspomniane urządzenia EUV są niezbędne do wytwarzania chipów najbardziej zaawansowanych procesorów i pamięci stosowanych w technologii AI. Ktoś pewnie powie: “no i co z tego”. Każda firma giełdowa musi takie wyniki przedstawiać co kwartał. Jednak przyjrzenie się osiągnięciom tego giganta technologicznego pozwala na wyciągnięcie wniosków odnośnie całego rynku półprzewodnikowego oraz określenie, jak szybko ten rynek będzie się rozwijał, obejmując oczywiście technologie AI.

Tabele i wykresy poniżej pokazują te wyniki dla 1Q2026 i dla poprzedniego miesiąca 4Q2026.

Q1 – 2026

Q4 – 2025

Firma ASML udostępniła dane o wartości sprzedaży urządzeń – w pierwszym kwartale 2026 roku 6,3 mld USD i czwartym kwartale 2025 roku 7,6 mld USD oraz udział procentowy poszczególnych grup urządzeń. Podała także ilość sprzedanych maszyn w każdej grupie, oprócz “Metrology and inspection”. Dzięki temu mogłem obliczyć wartość sprzedaży dla każdego rodzaju urządzeń, a także ich orientacyjną cenę.

Z liczb jednoznacznie wynika, że starsze technologie fotolitografii, jak DUV czy i-Line, mają się całkiem dobrze i wartość sprzedaży maszyn do tych technologii jest znacząca, przy czym w czwartym kwartale 2025 roku była nawet równa wartości sprzedaży urządzeń do EUV. Jeśli chodzi o ilość sprzedanych maszyn, to starsze technologie zdecydowanie dominowały i stanowiły ok. 80% wszystkich. Mają one ciągle duże znaczenie w produkcji podzespołów. Liczba klientów chcących zakupić maszyny oferujące starsze technologie fotolitografii jest również większa. Maszyny EUV kupują tylko producenci pamięci (Mikron, SK Hynix, Samsung) oraz Intel, TSMC i Rapidus.

ASML podał także strukturę sprzedaży wg końcowego zapotrzebowania. Wynika z tego, że dotychczas dominowała sprzedaż do producentów procesorów i bardzo zaawansowanych układów logicznych. W Q1 2026 ten podział jest inny, pamięci dogoniły procesory. To tylko jeden kwartał, ale sytuacja z dostępnością pamięci wskazuje, że może to być trwały trend.

Na wykresach widać, że niebagatelny udział w całej sprzedaży dla ASML ma “Installed Base Management”. Firma określa w ten sposób wszystkie usługi związane z instalacją, konserwacją czy serwisem maszyn. Stanowią one dla firmy 20-28% przychodów.

Zbyt mała ilość maszyn do fotolitografii EUV wobec popytu

Wg. analityków amerykańskiego banku inwestycyjnego TD Cowen, firma ASML może wyprodukować w 2026 roku aż 63 maszyny EUV, z tego 58 low-NA (0,33) i tylko 5 high-NA (0,55). W kolejnym roku 2027 ma to być 75 low-NA i 6 high-NA, razem 81 maszyn.

Ta sytuacja może znacząco spowolnić rozwój AI. W poprzednim artykule pisałem o planach Elona Muska i byłem dość sceptyczny, podobnie jak wielu ekspertów np. z Yole Group, co do możliwości jego realizacji w czasie założonym przez miliardera. Problemem jest dostępność maszyn do EUV. Dane podane przez ASML i TD Cowen utwierdzają mnie w przekonaniu, że pomysł Muska jest z kategorii “fiction” bez “science”.

Moduł wysokociśnieniowy źródła głównego. Fot. ASML

Z tych samych powodów, związanych z długim procesem produkcji maszyn do fotolitografii EUV high-NA, bardzo trudne będzie przejście na technologie poniżej 2 nm. ASML może ich obecnie wytwarzać mniej niż 10 sztuk rocznie, a to stanowi dużą barierę w masowej produkcji procesorów i pamięci w tych technologiach. Ze względu na znaczne skomplikowanie tych maszyn, zawierających nawet 700 000 części od 5 000 dostawców, nie ma co liczyć na szybkie zwiększenie mocy produkcyjnych.

NIKON

Japoński Nikon jest głównym konkurentem ASML we wszystkich typach urządzeń oprócz EUV. Trzecim graczem na tym rynku jest Canon.

Według Nikkei, firma Nikon prowadzi rozmowy z kilkoma dużymi producentami układów scalonych w Stanach Zjednoczonych i Azji, w sprawie dostaw maszyn do fotolitografii z laserami z fluorkiem argonu (ArF). Niektóre negocjacje podobno zbliżają się do momentu złożenia zamówień. Nikon od dawna utrzymuje bliskie relacje z firmą Intel, która niegdyś odpowiadała za 80% zamówień na litografię ArF. W raporcie Nikkei dodano jednak, że sprzedaż w ostatnich latach uległa zahamowaniu z powodu problemów finansowych, jakie miał Intel w ostatnich latach. Ponadto, wg informacji prasowych firmy Nikon, planowane jest wprowadzenie na rynek do 2028 roku maszyn ArF – immersyjnych nowej generacji, wyposażonych w stolik do płytek i taki układ soczewek, aby zwiększyć kompatybilność z systemami ASML, co jest ważnym czynnikiem w projektowaniu procesów technologicznych w zaawansowanych fabrykach chipów.

Chociaż ASML dominuje w litografii EUV, systemy ArF – immersyjne pozostają kluczowe dla zaawansowanych procesów DUV, nadal szeroko stosowanych w technologiach nawet do 3 nm.

DSP-100 | źródło: Nikon

Oczywiście Nikon stracił swoją pozycję lidera na rzecz ASML, ale zintensyfikował swoje działania mające na celu dywersyfikację i wejście na nowe rynki. Według komunikatu prasowego firma celuje w rynek zaawansowanego montażu 3D, gdzie także jest potrzebny sprzęt do fotolitografii. Właśnie tam lokuje swój nowy produkt DSP-100, wysokowydajny system litografii cyfrowej, z rozdzielczością 1,0 lub 1,5 µm, w zależności od wersji. Został zaprojektowany w celu znacznej poprawy wydajności, szczególnie system o rozdzielczości 1,5 µm. Jego premiera planowana jest na rok fiskalny 2027.

xLight

Przeczytałem ostatnio informację prasową, że xLight, amerykański startup opracowujący technologię źródeł światła nowej generacji do litografii EUV, otrzymał dofinansowanie od rządu USA. W ubiegłym tygodniu Departament Handlu Stanów Zjednoczonych i Narodowy Instytut Norm i Technologii (NIST) ogłosiły podpisanie ostatecznej umowy o wartości 150 mln USD dla xLight w ramach ustawy CHIPS and Science Act.

Umowa ta była oczekiwana. Środki przeznaczone są na budowę i demonstrację prototypu lasera na swobodnych elektronach (FEL), alternatywnego źródła światła umożliwiającego przesunięcie granic litografii EUV. Środki te wesprą budowę prototypu w Albany Nanotech Complex w Nowym Jorku.

Technologia xLight, która jest wciąż w fazie badań i rozwoju, ma na celu generowanie światła EUV w akceleratorze cząstek napędzanym FEL. Źródło światła EUV FEL firmy xLight generuje kilka razy więcej energii niż obecne systemy. Zasadniczo FEL to źródło o dużej mocy, które wykorzystuje elektrony do wytwarzania światła o różnych długościach fal. No i tyle, jeśli chodzi o informację prasową.

Można by pomyśleć, że to kolejny startup, który pozyskał środki na swój projekt. Ale co takiego ciekawego jest w tym projekcie?

Na początek stwierdzę, że to także projekt z grupy “fiction” ale już z dużą dawką “science”. Jego implementacja nie będzie szybka, bo kompletnie stawia na głowie podejście do światła w systemach fotolitografii. Do tej pory źródło światła było elementem systemu / maszyny do fotolitografii, tak jak to jest w przypadku urządzeń ASML czy innych producentów. W systemie xLight światło jest dostarczane do maszyn, podobnie jak inne media potrzebne w fabryce chipów, czyli gazy techniczne, woda etc. Światło będzie wytwarzane w innym miejscu a następnie “transportowane” do maszyn fotolitograficznych. To całkowicie zmienia podejście do konstrukcji, dlatego implementacja projektu nie będzie prosta. Wchodzi tu w grę projekt całej fabryki oraz poszczególnych maszyn do fotolitografii.

Co to jest FEL, czyli Free Electron Laser?

To źródło światła wytwarzające niezwykle jasne i krótkie impulsy promieniowania. Działa podobnie jak laser, ale wykorzystuje swobodne elektrony jako ośrodek wzmocnienia, zamiast emisji wymuszonej ze wzbudzeń atomowych. W laserze FEL wiązka elektronów przechodzi przez strukturę magnetyczną zwaną undulatorem. Generuje promieniowanie, które ponownie oddziałuje z elektronami, powodując ich spójną emisję, wykładniczo zwiększając jej intensywność. Takie źródło światła może pracować w zakresie promieniowania rentgenowskiego o długości fali nawet 1nm i wtedy zwane jest XFEL. Takie lasery pojawiły się na początku lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku, ale dotychczas wykorzystywane były głównie w laboratoriach badawczych. Wynika to z ich konstrukcji. Szczegółowe informacje o FEL są tutaj.

Konstrukcja laserów FEL przypomina konstrukcję akceleratora cząstek elementarnych. Dlatego też powstała koncepcja, żeby światło było takim samym medium do produkcji jak, np. azot czy woda. Kilka razy większa moc, a tym samym dawka światła dostarczana do fotorezystu pozwoliłaby podłączyć takie źródło światła do wielu maszyn fotolitograficznych. W niektórych publikacjach mowa jest nawet o 12 maszynach “zasilanych” światłem z jednego źródła.

Zasada działania lasera FEL. Schemat układu magnesów w undulatorze oraz droga elektronów i promieniowanie; źródło: Wikipedia.org , picture by Tristanevanslee

To generuje kolejne zadania do rozwiązania. Bo nie wystarczy już stworzenie odpowiedniej wiązki światła  Trzeba nauczyć się ją transportować do miejsca użycia, rozdzielać na poszczególne maszyny itd. Droga do implementacji tej idei nie będzie prosta i szybka. Ciekawostką jest, że w zarządzie firmy xLight zasiada Pat Gelsinger, poprzedni CEO firmy Intel.

Projekt xLight lasera FEL | źródło: xLight

Podsumowując:

• ASML wciąż jest niekwestionowanym liderem w produkcji maszyn do litografii EUV, ale moce produkcyjne tych maszyn są daleko niewystarczające względem obecnego popytu napędzanego głównie przez AI;
• Starsze technologie fotolitograficzne, jak różne odmiany DUV dalej mają się dobrze. Na tyle, że konkurent ASML, firma Nikon planuje wypuścić na rynek nowe maszyny dla tej technologii;
• Przed fotolitografią otwiera się nowy rynek związany z zaawansowanym montażem 3D, co pokazuje nowy produkt DSP-100 firmy Nikon;
• Trwają poszukiwania nowych źródeł światła o jeszcze krótszej długości fali niż stosowana obecnie przez ASML i tutaj dobrym przykładem jest firma xLight, która ma bardzo niestandardowe podejście do tego tematu. Zobaczymy czy osiągnie sukces, bo pierwszy już ma – finansowanie na budowę prototypu.