颠覆性技术，让芯片制造速度提高15倍！

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文章摘要

现代芯片制造中，光源的研发是业界最复杂的挑战之一。ASML是目前唯一成功研发出极紫外光（EUV）光源的公司，用于打印最小芯片特征。然而，一家名为Inversion Semiconductor的初创公司提出了颠覆性的解决方案，计划开发基于紧凑型粒子加速器的光源，其功率预计比ASML现有技术高33倍，为生产更精细的芯片特征铺平道路。

Inversion Semiconductor的核心技术是一种“台式”粒子加速器，尺寸比传统加速器小1000倍，但输出功率高达10千瓦。该光源利用激光尾流场加速（LWFA）方法，声称可以将芯片制造速度提高15倍，或同时为多个芯片制造工具供电，从而降低成本。然而，这种加速器需要拍瓦级激光器，既昂贵又耗电，且Inversion需要开发自己的光刻系统，并为其扫描仪打造新的生态系统，这是一项耗时且昂贵的工作。

Inversion Semiconductor由Rohan Karthik和Daniel Vega于2024年创立，两人均拥有机械工程和应用物理学硕士学位。该公司的目标是开发一种基于粒子加速器的紧凑型高性能光源，输出功率可达10千瓦，是ASML未来十年计划输出功率的10倍。该加速器可以产生波长在20纳米至6.7纳米之间的激光，包括ASML目前用于低NA EUV和高NA EUV光刻工具的13.5纳米光。波长低于10纳米的光被称为软X射线，虽然目前尚未用于芯片生产，但从长远来看，它可能是一个充满希望的研究领域。

Inversion的野心不仅限于开发光源，还涵盖打造完整的光刻工具，直接与ASML竞争。该公司计划使用“台式粒子加速器”，这种加速器可以将电子加速到厘米级的极高能量，类似于欧洲核子研究中心使用的大型强子对撞机。Inversion采用基于LWFA技术的加速器，与ASML和CERN使用的方法有显著不同。LWFA使用强大的超短激光脉冲与等离子体相互作用，产生强大的电场，加速电子并产生相干、单色且可精确调谐的辐射，这对于下一代光刻系统至关重要。

Inversion Semiconductor的近期目标包括开发“星光”（Starlight），一种高功率、可调的光源，能够产生波长范围为20纳米至6纳米的1千瓦软X射线。该公司还与劳伦斯伯克利国家实验室和BELLA中心合作开展BELLA-LUX项目，专注于提高激光稳定性并改进适用于半导体的光的产生。此外，Inversion正在研发先进的镜面系统，用于反射和聚焦产生的EUV光，这对于精确引导光线进行晶圆图案化至关重要。

尽管Inversion的方案在理论上合理，但仍存在许多挑战。LWFA加速器需要拍瓦级的超快激光系统，这些系统极其复杂、庞大且昂贵。冷却和维护此类激光器以确保晶圆厂可靠、不间断运行，这在业内尚属首次。此外，LWFA在超过1 GeV时产生的电子束具有较大的能量分散性和光束发散性，这对于光刻技术的精确性和稳定性提出了挑战。如果Inversion选择开发自己的光刻系统，还需要开发新的反射镜和光学元件，并积累打造和维护全天候大批量生产的晶圆厂设备的经验。

Inversion Lithography的目标是开发一种基于LWFA的紧凑型光源，其功率比ASML目前的EUV光源高出10倍，同时还能支持更短的波长。该公司表示，其光源将具有可调性，并能产生相干辐射，以实现更精细的半导体图案化。然而，由于基于LWFA的加速器需要拍瓦级激光器，这会带来巨大的挑战，不仅功耗高，而且价格昂贵。此外，除非Inversion与ASML或其他光刻设备制造商合作，否则它将不得不为其设备开发一个全新的生态系统，这既耗时又耗资巨大。