颠覆性技术，让芯片制造速度提高15倍！

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来源：内容编译自tomshardware。

Y-Combinator 支持的初创公司着眼于强大的激光尾场加速器，以实现先进的光刻技术。

图片来源：反转光刻技术

为现代芯片制造商打造强大、可靠且可制造的光源是当今业界最复杂的挑战之一。在所有光刻系统制造商中，只有 ASML 成功研发出用于打印最小芯片特征的 EUV 光源——但一家初创公司却提出了一个颠覆现状的全新理念。

Inversion Semiconductor是一家位于旧金山的初创公司，由风险投资公司 Y Combinator 投资。该公司计划开发一种基于紧凑型粒子加速器的光源，声称其功率将比 ASML 现有技术高 33 倍，可以为生产更精细的芯片特征铺平道路。

Inversion技术的核心是一种“台式”粒子加速器，它比传统粒子加速器小 1,000 倍，但输出功率却高达 10 kW。尽管尺寸微小，但 Inversion 声称，其光源利用激光尾流场加速 (LWFA ) 方法，可以将芯片制造速度提高 15 倍（假设一个 10 kW 光源为一个光刻系统供电），或者同时为多个芯片制造工具供电，从而降低成本。

然而，这家初创企业面临着巨大的挑战，因为这种特殊类型的加速器需要拍瓦级激光器，这既昂贵又耗电。此外，除非 Inversion Semiconductor 与 ASML（或其他光刻机制造商）合作，否则它将需要开发自己的光刻系统，并为其扫描仪打造一个新的生态系统，这将是一项耗时且昂贵的工作。

鉴于 Inversion Semiconductor 没有构建大批量、全天候晶圆厂设备的经验，该公司的野心非常大，而且没有人能保证它能够兑现纸面上的承诺。

耗电量比 ASML 高 10 倍

Inversion Semiconductor 由首席执行官 Rohan Karthik 和首席技术官 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。该公司由 Y Combinator 投资。Inversion 的目标是开发一种基于粒子加速器的紧凑型高性能光源，其输出功率可达 10 千瓦，是 ASML 未来十年计划输出功率的 10 倍。

该粒子加速器可以产生波长在 20nm 至 6.7nm 之间的激光，包括 ASML 目前用于低 NA EUV 和高 NA EUV 光刻工具的 13.5nm 光。

波长低于10纳米的光被称为软X射线，由于大多数材料对其的吸收率很高，目前尚未用于芯片生产。因此，虽然波长低于10纳米的光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。

图片来源：ASML

Inversion 的野心并不仅限于开发光源，还涵盖打造完整的光刻工具，直接与 ASML 竞争。

使用粒子加速器作为光刻工具的光源是业界广泛讨论和研究的课题，但 Inversion Semiconductor 计划使用所谓的“台式粒子加速器”，这种加速器可以将电子加速到厘米级（而不是公里级）的极高能量，就像欧洲核子研究中心使用的大型强子对撞机等加速器那样。

乘着尾流波浪

Immersion 计划使用基于激光尾场加速 (LWFA) 技术的加速器，这与 ASML 和 CERN 使用的方法有显著不同。LWFA 使用强大的超短（飞秒级）激光脉冲与由自由电子和带正电离子组成的等离子体相互作用。

当强激光脉冲穿过等离子体时，它会将电子推开，并在其后产生等离子体波（或称“尾场”），从而产生强大的电场。电子会被这些波捕获并快速加速，并在极短的距离内获得大量能量，然后冲回原来的位置。据伦敦帝国理工学院称，等离子体波加速电子的场强是传统加速器的100到1000倍。

加速后的电子可用于各种实际应用，例如紧凑型X射线源和半导体光刻等。与传统的EUV光源不同，LWFA方法产生的辐射具有相干性、单色性且可精确调谐，能够产生波长短于13.5纳米（例如，6.7纳米的目标波长，距离工业应用还很远）的辐射，这对于下一代光刻系统至关重要。

LWFA 机制可将电子加速到几厘米距离内的能量，达到数千兆电子伏特 (GeV)，从而大大缩小高能电子加速系统的尺寸，从大型设施缩小到桌面大小的设备，这可能会激发半导体行业的进一步创新。

Immersion Semiconductor

的近期目标

Immersion Semiconductor 迄今为止的进展包括在 Y Combinator 办公室内设立一个小型激光实验室，以开发新的激光稳定技术，并构建能够产生短波长辐射的初始 LWFA 原型。他们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。

图片来源：ASML

该公司的近期目标是开发“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。如果成功，该设备将可用于工业X射线成像和半导体掩模检测等应用。据Immersion Semiconductor称，特斯拉和应用材料等公司已对这些早期开发项目表示出兴趣。

与此同时，该公司正在研发先进的镜面系统，用于反射和聚焦产生的EUV光（即波长高于10纳米），这对于精确引导光线进行晶圆图案化至关重要。基于该技术的首台光刻系统——LITH-0——将由Starlight公司提供动力，旨在展示实用的硅晶圆图案化能力。然而，目前尚不清楚Inversion Semiconductor的LITH-0何时能够完工并全面投入使用。

有什么注意事项吗？很多！

从理论上看，反转光刻技术的方案似乎合理，而LWFA产生EUV辐射（或光）的方法也近乎完美。然而，仍存在许多需要注意的问题。

图片来源：ASML

首先，LWFA 加速器腔体虽小，但它需要拍瓦级的超快激光系统，而这些系统极其复杂、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。目前尚不清楚 Immersion Semiconductor 的装置能否以每秒一致的重复频率发射这些激光器。

其次，即使是伦敦帝国理工学院约翰·亚当斯加速器科学研究所的研究人员也承认，LWFA 在超过 1 GeV 时产生的电子束具有较大的能量分散性（电子能量变化）和光束发散性（轨迹分散性更广）。

对于光刻技术而言，产生的光必须在波长、方向和相干性方面高度稳定，才能实现精确且可重复的图案化。不稳定会导致分辨率低下，从而导致性能不稳定和良率损失。

第三，虽然目前基于LWFA的光刻机配备13.5nm光源，可以使用为ASML的低数值孔径（Low-NA）和高数值孔径EUV光刻机开发的反射镜和光学元件，但如果转向更短的波长，就需要使用新的反射镜和光学元件。当然，如果Inversion Lithography真的决定开发自己的光刻系统，这将是一个问题，但这意味着它必须开发一个全新的生态系统。

更现实的方案是让基于 LWFA 的光源与 ASML 现有的设备兼容。然而，这也存在一个问题。将 LWFA 光源与现有的 EUV 光刻扫描仪集成起来非常复杂，因为它需要开发新的光束整形、聚焦和计量系统，而这仅仅是其中几个挑战。虽然 ASML 已经解决了与其 Cymer 光源相关的所有挑战，但我们仍然怀疑该公司是否有兴趣让其设备与第三方设备兼容。至于其他光刻机制造商——佳能和尼康——他们尚未分别超越 KrF 和 ArF 激光器和设备，因此他们成功制造 EUV（或超越 EUV）扫描仪的可能性很小。此外，考虑到我们讨论的是至少 1 kW 的光源，该行业还需要新的光刻胶、防护膜和其他消耗品才能使一切正常运转。

反转光刻技术面临的最大挑战或许在于，它缺乏生产快速可用量产工具的经验，这些工具专为全天候运行的晶圆厂而设计，并且与大楼内的其他生产设备高度兼容。

总结

Inversion Lithography 旨在开发一种基于 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。Inversion 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。最终，该公司的目标是打造一款功率达到 10 千瓦的光源（比 ASML 未来十年计划的功率高出 10 倍），它可以大幅加快芯片生产速度（该公司声称可提高 15 倍），或者用一个光源为多个光刻系统供电，从而降低成本。

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，而这不仅功耗高，而且价格昂贵。此外，除非Inversion与ASML（不太可能）或其他光刻设备制造商（例如佳能和尼康）合作并开发自己的扫描仪，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。此外，如果Inversion选择这条路线，它还必须积累打造和维护全天候大批量生产的晶圆厂设备的经验。

https://www.tomshardware.com/tech-industry/semiconductors/plans-to-shrink-particle-accelerators-by-1000x-could-speed-chipmaking-by-15x-inversion-semiconductor-proposes-tabletop-particle-accelerators-with-petawatt-lasers

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