EUV光刻，迎來新的顛覆者

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繼Substrate和XLight之后，第三家競爭者正致力于開發 ASML EUV 光源的替代方案。美國初創公司 Tau Systems 在接受 Timestech 采訪時概述了其利用緊湊型粒子加速器和 ×射線自由電子激光器進行半導體圖案化的計劃?！拔覀兊哪繕耸怯酶咝У腦射線激光器取代現代光刻機的 EUV 光源，"Tau 首席執行官Jerome Paye表示。

Tau公司的光源架構采用了所謂的激光尾場加速技術，將超短激光脈沖發射到等離子體中，產生強電場，從而在短短幾毫米的距離內加速電子。這些電子隨后通過緊湊的自由電子激光器裝置產生相干X射線輻射。Tau公司聲稱整個系統可以裝入一個標準集裝箱。

“我們的光源將具有極高的電能到光能轉換效率。未利用的能量將被回收以進一步提高效率，而我們的X射線激光器結合波長匹配反射光學元件的高反射率，將通過提高生產速度來降低運營成本。使用高亮度X射線光源將加快每個光刻步驟的生產速度，并減少多重曝光的需求。這將降低每片晶圓的相關成本，“Paye表示。

ASML認為無需開發其他EUV光源。該公司的路線圖將把激光等離子體光源的功率提升至1000瓦以上，屆時其他因素，例如平臺加速或光刻膠敏感性，將成為制約產能的瓶頸。

在接受TimesTech采訪時， TAU Systems首席執行官Jerome Paye概述了緊湊型粒子加速器和X射線自由電子激光器如何克服極紫外光刻技術的物理和經濟限制。他解釋了更短的波長、更高的光子效率和緊湊的系統設計如何減少多重曝光、提高產量、降低晶圓成本，并為全球范圍內人工智能驅動的下一代半導體應用實現可擴展的生產。

以下為完整采訪內容：

TimesTech：EUV光刻技術正接近其物理和經濟極限。從半導體制造的角度來看，TAU Systems目前正在解決的最關鍵瓶頸是什么？

Jerome Paye：TAU Systems公司正在開發用于半導體制造的下一代光源，其技術包括緊湊型粒子加速器和X射線自由電子激光器。我們的激光尾場加速技術能夠產生能量相當于傳統加速器數百米射程的電子束，而我們只需幾厘米即可實現。然后，我們將這些高能電子束送入磁波蕩器，從而產生波長遠短于現有極紫外（EUV）系統的可調諧X射線激光器。

目前，每臺極紫外光刻機造價約4億美元，重量超過30萬磅，其技術水平已接近現有技術的極限。只有極少部分光能到達晶圓，這極大地限制了生產效率。在13.5納米的極紫外波長下，芯片制造商必須采用多重曝光技術來制造更小的特征，這會增加時間、降低生產效率并增加成本。ASML公司通過提高數值孔徑（High-NA）來提高器件尺寸的方法，正逐漸接近物理和經濟上的極限。

我們另辟蹊徑：縮短波長本身。我們的X射線激光器工作在可調諧波長，并經過優化以實現最大透射率。結合波長匹配的反射光學元件（其反射率高于目前的極紫外（EUV）反射鏡），我們的技術可在每臺緊湊型設備中實現數百瓦的X射線發射功率。其功率可與ASML的X射線激光器媲美甚至超越，但波長更短。最終實現更快的生產速度、更少的多重曝光以及顯著提高的能源效率。

TimesTech：目前的極紫外光刻掃描儀體積龐大、耗電量高、而且資本投入極其巨大。特拉維夫大學（TAU）的緊湊型自由電子激光器如何從根本上改變晶圓廠的成本、能源和占地面積格局？

Jerome Paye：我們的目標是用高效的X射線激光器取代現代光刻機中的極紫外（EUV）光源。我們的光源將具有極高的電能到光能轉換效率。未利用的能量將被回收以進一步提高效率，而我們的X射線激光器結合波長匹配反射光學元件的高反射率，將通過提高生產速度來降低運營成本。使用高亮度X射線光源將加快每個光刻步驟的生產速度，并減少多重曝光的需求。這將降低每片晶圓的相關成本。

TimesTech：您重點介紹了更高的光輸出和更短的波長。這如何轉化為實際的制造優勢，例如更高的特征分辨率、更高的晶圓良率或更快的生產速度？

Jerome Paye：其物理原理很簡單：更短的波長可以直接對更小的特征進行圖案化，無需像目前極紫外光刻技術那樣進行多次圖案化。在ASML的13.5納米波長下，要制造更小的特征需要多次打印圖案，每次打印都會增加周期時間，降低產量，并引入影響良率的對準誤差。我們可調諧的X射線波長消除了這一限制，實現了單次曝光圖案化，而競爭對手則需要多次打印。

吞吐量的提升源于卓越的光子效率。目前的極紫外光刻系統由于錫液滴等離子體光源和反射鏡效率低下，大部分產生的光都會損失，只有幾個百分點的光能到達晶圓。我們的X射線激光器結合波長匹配的反射光學元件，每臺緊湊型設備可產生數百瓦的功率，在更短的波長和更高的反射率下，其輸出功率可與ASML的產品媲美甚至超越。其結果是：每次光刻步驟的曝光時間更短，無需多重曝光，減少了缺陷的產生，降低了每片晶圓的成本，同時實現了下一代人工智能和量子計算芯片所需的原子級特征控制。

TimesTech：特拉維夫大學已將激光尾場加速技術從國家實驗室轉移到集裝箱大小的商用系統中。使這項技術達到工廠化生產標準的關鍵工程挑戰是什么？

Jerome Paye：這項技術的基本物理原理已經驗證多年，我們的學術同行們實現了比傳統系統強2000倍的加速梯度，在厘米級的精度下就達到了傳統射頻技術需要數百米和龐大基礎設施才能實現的效果。真正的挑戰不在于驗證概念，而在于如何實現工業級的可靠性。實驗室演示優先考慮的是峰值性能，而不是數百萬次循環的穩定性。半導體光刻技術需要極高的穩定性，電子束能量、時間精度和空間特性必須在每次曝光中都保持在嚴格的公差范圍內。為了實現這種穩定性，我們在激光穩定性、等離子體生成控制和光束診斷方面投入了大量資金。

系統集成和占地面積縮減同樣帶來了巨大的挑戰。國家實驗室設施通常占用建筑規模的基礎設施；而我們已將其轉化為可部署在現有晶圓廠空間內的集裝箱大小的設備。位于加州TAU實驗室的設施便是這一轉變的例證，它不僅驗證了技術，還生成了運行數據。我們與德克薩斯大學奧斯汀分校、勞倫斯伯克利國家實驗室以及極端光基礎設施核物理設施的合作模式，將世界領先的研究專長與商業工程的嚴謹性相結合。我們三步走的商業化戰略——即目前的輻射測試、用于擴大生產規模的放射療法以及持續的光刻研發投入——體現了所需的耐心。每一項應用都有助于完善我們的核心技術，同時為我們進入半導體市場積累收入和運營經驗。

TimesTech：隨著人工智能和先進計算推動對更小、更復雜芯片的需求，TAU 的激光驅動加速器技術在大規模半導體制造中的可擴展性如何？

Jerome Paye：我們技術的可擴展性源于多項架構優勢。每個緊湊型加速器單元驅動一個掃描儀，在短波長下，其功率輸出可與ASML的同類產品媲美甚至超越。晶圓廠產能可線性擴展，增加掃描儀需要增加加速器單元，但基本技術保持不變。與傳統同步輻射裝置必須使用大型單體裝置服務多條光束線不同，我們的緊湊型系統支持分布式部署，能夠滿足晶圓廠布局要求。制造可擴展性直接得益于我們的放射治療技術開發路徑，該路徑與我們的光刻平臺共享基本技術，但面向的是近期需要批量生產的更大規模市場。這使得我們在光刻技術部署之前，就能在商業規模上建立起制造工藝、供應鏈和質量體系。

該經濟模型支持大規模部署。目前的EUV光刻機單價約為4億美元，重量超過30萬磅，需要龐大的設施基礎設施，且相對于可用光子輸出而言，能耗巨大。我們緊湊型的系統可安裝在現有晶圓廠空間內，效率顯著提升，具有極具吸引力的總體擁有成本優勢。集裝箱大小的設備可部署在現有晶圓廠的占地面積內，從而減少資本投入和建設周期。這種靈活性使晶圓廠能夠逐步增加產能，而無需提前數年進行大規?；A設施投資。與ASML的高數值孔徑（High-NA）方案受限于鏡面制造精度等基本物理限制不同，我們的波長縮減方案能夠隨著節點要求的演變，持續提升性能。

TimesTech：展望未來，您認為在未來十年內，緊湊型粒子加速器將如何重塑半導體制造的經濟格局和晶圓廠設計？

Jerome Paye：目前的制造工藝需要巨額資金投入，且復雜程度極高，單個價值 4 億美元的設備需要龐大的配套基礎設施。緊湊型加速器技術通過在現有晶圓廠內分布式部署集裝箱大小的系統，從根本上改變了這一現狀。晶圓廠可以根據生產需求靈活地逐步增加產能，而無需進行大規模的前期投入，從而降低了財務風險，并加快了市場響應速度。高電能效率結合能量回收技術，顯著降低了每片晶圓的功耗。更高的光子效率提高了吞吐量，同時消除了多重曝光的需求，改善了晶圓的經濟性，并支持比當前 EUV 成本結構更激進的節點轉換。

或許最重要的是，緊湊型加速器提供了一條突破當前 EUV 技術物理極限的可行途徑。ASML 的高數值孔徑 (High-NA) 系統將鏡面制造精度推向了接近基本極限；通過 X 射線激光實現波長縮減，代表了實現原子級制造控制的物理解決方案。我們通過輻射測試和放射治療實現的近期商業化，展示了技術的成熟度，同時積累了半導體部署的運營經驗和制造規模。業界普遍認為，原子級控制最終需要 X 射線。緊湊型粒子加速器不僅能提高半導體制造的經濟效益，還能實現現有技術無論如何都無法實現的能力。

（來源：半導體行業觀察綜合）

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系半導體行業觀察。

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