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繼Substrate和XLight之后，第三家競(jìng)爭(zhēng)者正致力于開(kāi)發(fā) ASML EUV 光源的替代方案。美國(guó)初創(chuàng)公司 Tau Systems 在接受 Timestech 采訪時(shí)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(jìn)行半導(dǎo)體圖案化的計(jì)劃?！拔覀兊哪繕?biāo)是用高效的X射線激光器取代現(xiàn)代光刻機(jī)的 EUV 光源，"Tau 首席執(zhí)行官Jerome Paye表示。

Tau公司的光源架構(gòu)采用了所謂的激光尾場(chǎng)加速技術(shù)，將超短激光脈沖發(fā)射到等離子體中，產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，從而在短短幾毫米的距離內(nèi)加速電子。這些電子隨后通過(guò)緊湊的自由電子激光器裝置產(chǎn)生相干X射線輻射。Tau公司聲稱(chēng)整個(gè)系統(tǒng)可以裝入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱。

“我們的光源將具有極高的電能到光能轉(zhuǎn)換效率。未利用的能量將被回收以進(jìn)一步提高效率，而我們的X射線激光器結(jié)合波長(zhǎng)匹配反射光學(xué)元件的高反射率，將通過(guò)提高生產(chǎn)速度來(lái)降低運(yùn)營(yíng)成本。使用高亮度X射線光源將加快每個(gè)光刻步驟的生產(chǎn)速度，并減少多重曝光的需求。這將降低每片晶圓的相關(guān)成本，“Paye表示。

ASML認(rèn)為無(wú)需開(kāi)發(fā)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(shí)其他因素，例如平臺(tái)加速或光刻膠敏感性，將成為制約產(chǎn)能的瓶頸。

在接受TimesTech采訪時(shí)， TAU Systems首席執(zhí)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(shù)的物理和經(jīng)濟(jì)限制。他解釋了更短的波長(zhǎng)、更高的光子效率和緊湊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)如何減少多重曝光、提高產(chǎn)量、降低晶圓成本，并為全球范圍內(nèi)人工智能驅(qū)動(dòng)的下一代半導(dǎo)體應(yīng)用實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的生產(chǎn)。

以下為完整采訪內(nèi)容：

TimesTech：EUV光刻技術(shù)正接近其物理和經(jīng)濟(jì)極限。從半導(dǎo)體制造的角度來(lái)看，TAU Systems目前正在解決的最關(guān)鍵瓶頸是什么？

Jerome Paye：TAU Systems公司正在開(kāi)發(fā)用于半導(dǎo)體制造的下一代光源，其技術(shù)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(chǎng)加速技術(shù)能夠產(chǎn)生能量相當(dāng)于傳統(tǒng)加速器數(shù)百米射程的電子束，而我們只需幾厘米即可實(shí)現(xiàn)。然后，我們將這些高能電子束送入磁波蕩器，從而產(chǎn)生波長(zhǎng)遠(yuǎn)短于現(xiàn)有極紫外（EUV）系統(tǒng)的可調(diào)諧X射線激光器。

目前，每臺(tái)極紫外光刻機(jī)造價(jià)約4億美元，重量超過(guò)30萬(wàn)磅，其技術(shù)水平已接近現(xiàn)有技術(shù)的極限。只有極少部分光能到達(dá)晶圓，這極大地限制了生產(chǎn)效率。在13.5納米的極紫外波長(zhǎng)下，芯片制造商必須采用多重曝光技術(shù)來(lái)制造更小的特征，這會(huì)增加時(shí)間、降低生產(chǎn)效率并增加成本。ASML公司通過(guò)提高數(shù)值孔徑（High-NA）來(lái)提高器件尺寸的方法，正逐漸接近物理和經(jīng)濟(jì)上的極限。

我們另辟蹊徑：縮短波長(zhǎng)本身。我們的X射線激光器工作在可調(diào)諧波長(zhǎng)，并經(jīng)過(guò)優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)最大透射率。結(jié)合波長(zhǎng)匹配的反射光學(xué)元件（其反射率高于目前的極紫外（EUV）反射鏡），我們的技術(shù)可在每臺(tái)緊湊型設(shè)備中實(shí)現(xiàn)數(shù)百瓦的X射線發(fā)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(zhǎng)更短。最終實(shí)現(xiàn)更快的生產(chǎn)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(xué)（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(biāo)是用高效的X射線激光器取代現(xiàn)代光刻機(jī)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(zhuǎn)換效率。未利用的能量將被回收以進(jìn)一步提高效率，而我們的X射線激光器結(jié)合波長(zhǎng)匹配反射光學(xué)元件的高反射率，將通過(guò)提高生產(chǎn)速度來(lái)降低運(yùn)營(yíng)成本。使用高亮度X射線光源將加快每個(gè)光刻步驟的生產(chǎn)速度，并減少多重曝光的需求。這將降低每片晶圓的相關(guān)成本。

TimesTech：您重點(diǎn)介紹了更高的光輸出和更短的波長(zhǎng)。這如何轉(zhuǎn)化為實(shí)際的制造優(yōu)勢(shì)，例如更高的特征分辨率、更高的晶圓良率或更快的生產(chǎn)速度？

Jerome Paye：其物理原理很簡(jiǎn)單：更短的波長(zhǎng)可以直接對(duì)更小的特征進(jìn)行圖案化，無(wú)需像目前極紫外光刻技術(shù)那樣進(jìn)行多次圖案化。在ASML的13.5納米波長(zhǎng)下，要制造更小的特征需要多次打印圖案，每次打印都會(huì)增加周期時(shí)間，降低產(chǎn)量，并引入影響良率的對(duì)準(zhǔn)誤差。我們可調(diào)諧的X射線波長(zhǎng)消除了這一限制，實(shí)現(xiàn)了單次曝光圖案化，而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(tǒng)由于錫液滴等離子體光源和反射鏡效率低下，大部分產(chǎn)生的光都會(huì)損失，只有幾個(gè)百分點(diǎn)的光能到達(dá)晶圓。我們的X射線激光器結(jié)合波長(zhǎng)匹配的反射光學(xué)元件，每臺(tái)緊湊型設(shè)備可產(chǎn)生數(shù)百瓦的功率，在更短的波長(zhǎng)和更高的反射率下，其輸出功率可與ASML的產(chǎn)品媲美甚至超越。其結(jié)果是：每次光刻步驟的曝光時(shí)間更短，無(wú)需多重曝光，減少了缺陷的產(chǎn)生，降低了每片晶圓的成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了下一代人工智能和量子計(jì)算芯片所需的原子級(jí)特征控制。

TimesTech：特拉維夫大學(xué)已將激光尾場(chǎng)加速技術(shù)從國(guó)家實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到集裝箱大小的商用系統(tǒng)中。使這項(xiàng)技術(shù)達(dá)到工廠化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵工程挑戰(zhàn)是什么？

Jerome Paye：這項(xiàng)技術(shù)的基本物理原理已經(jīng)驗(yàn)證多年，我們的學(xué)術(shù)同行們實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)系統(tǒng)強(qiáng)2000倍的加速梯度，在厘米級(jí)的精度下就達(dá)到了傳統(tǒng)射頻技術(shù)需要數(shù)百米和龐大基礎(chǔ)設(shè)施才能實(shí)現(xiàn)的效果。真正的挑戰(zhàn)不在于驗(yàn)證概念，而在于如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)的可靠性。實(shí)驗(yàn)室演示優(yōu)先考慮的是峰值性能，而不是數(shù)百萬(wàn)次循環(huán)的穩(wěn)定性。半導(dǎo)體光刻技術(shù)需要極高的穩(wěn)定性，電子束能量、時(shí)間精度和空間特性必須在每次曝光中都保持在嚴(yán)格的公差范圍內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)這種穩(wěn)定性，我們?cè)诩す夥€(wěn)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(tǒng)集成和占地面積縮減同樣帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。國(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)施通常占用建筑規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施；而我們已將其轉(zhuǎn)化為可部署在現(xiàn)有晶圓廠空間內(nèi)的集裝箱大小的設(shè)備。位于加州TAU實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施便是這一轉(zhuǎn)變的例證，它不僅驗(yàn)證了技術(shù)，還生成了運(yùn)行數(shù)據(jù)。我們與德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以及極端光基礎(chǔ)設(shè)施核物理設(shè)施的合作模式，將世界領(lǐng)先的研究專(zhuān)長(zhǎng)與商業(yè)工程的嚴(yán)謹(jǐn)性相結(jié)合。我們?nèi)阶叩纳虡I(yè)化戰(zhàn)略——即目前的輻射測(cè)試、用于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的放射療法以及持續(xù)的光刻研發(fā)投入——體現(xiàn)了所需的耐心。每一項(xiàng)應(yīng)用都有助于完善我們的核心技術(shù)，同時(shí)為我們進(jìn)入半導(dǎo)體市場(chǎng)積累收入和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。

TimesTech：隨著人工智能和先進(jìn)計(jì)算推動(dòng)對(duì)更小、更復(fù)雜芯片的需求，TAU 的激光驅(qū)動(dòng)加速器技術(shù)在大規(guī)模半導(dǎo)體制造中的可擴(kuò)展性如何？

Jerome Paye：我們技術(shù)的可擴(kuò)展性源于多項(xiàng)架構(gòu)優(yōu)勢(shì)。每個(gè)緊湊型加速器單元驅(qū)動(dòng)一個(gè)掃描儀，在短波長(zhǎng)下，其功率輸出可與ASML的同類(lèi)產(chǎn)品媲美甚至超越。晶圓廠產(chǎn)能可線性擴(kuò)展，增加掃描儀需要增加加速器單元，但基本技術(shù)保持不變。與傳統(tǒng)同步輻射裝置必須使用大型單體裝置服務(wù)多條光束線不同，我們的緊湊型系統(tǒng)支持分布式部署，能夠滿(mǎn)足晶圓廠布局要求。制造可擴(kuò)展性直接得益于我們的放射治療技術(shù)開(kāi)發(fā)路徑，該路徑與我們的光刻平臺(tái)共享基本技術(shù)，但面向的是近期需要批量生產(chǎn)的更大規(guī)模市場(chǎng)。這使得我們?cè)诠饪碳夹g(shù)部署之前，就能在商業(yè)規(guī)模上建立起制造工藝、供應(yīng)鏈和質(zhì)量體系。

該經(jīng)濟(jì)模型支持大規(guī)模部署。目前的EUV光刻機(jī)單價(jià)約為4億美元，重量超過(guò)30萬(wàn)磅，需要龐大的設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)施，且相對(duì)于可用光子輸出而言，能耗巨大。我們緊湊型的系統(tǒng)可安裝在現(xiàn)有晶圓廠空間內(nèi)，效率顯著提升，具有極具吸引力的總體擁有成本優(yōu)勢(shì)。集裝箱大小的設(shè)備可部署在現(xiàn)有晶圓廠的占地面積內(nèi)，從而減少資本投入和建設(shè)周期。這種靈活性使晶圓廠能夠逐步增加產(chǎn)能，而無(wú)需提前數(shù)年進(jìn)行大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施投資。與ASML的高數(shù)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(zhǎng)縮減方案能夠隨著節(jié)點(diǎn)要求的演變，持續(xù)提升性能。

TimesTech：展望未來(lái)，您認(rèn)為在未來(lái)十年內(nèi)，緊湊型粒子加速器將如何重塑半導(dǎo)體制造的經(jīng)濟(jì)格局和晶圓廠設(shè)計(jì)？

Jerome Paye：目前的制造工藝需要巨額資金投入，且復(fù)雜程度極高，單個(gè)價(jià)值 4 億美元的設(shè)備需要龐大的配套基礎(chǔ)設(shè)施。緊湊型加速器技術(shù)通過(guò)在現(xiàn)有晶圓廠內(nèi)分布式部署集裝箱大小的系統(tǒng)，從根本上改變了這一現(xiàn)狀。晶圓廠可以根據(jù)生產(chǎn)需求靈活地逐步增加產(chǎn)能，而無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模的前期投入，從而降低了財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，并加快了市場(chǎng)響應(yīng)速度。高電能效率結(jié)合能量回收技術(shù)，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(shí)消除了多重曝光的需求，改善了晶圓的經(jīng)濟(jì)性，并支持比當(dāng)前 EUV 成本結(jié)構(gòu)更激進(jìn)的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換。

或許最重要的是，緊湊型加速器提供了一條突破當(dāng)前 EUV 技術(shù)物理極限的可行途徑。ASML 的高數(shù)值孔徑 (High-NA) 系統(tǒng)將鏡面制造精度推向了接近基本極限；通過(guò) X 射線激光實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)縮減，代表了實(shí)現(xiàn)原子級(jí)制造控制的物理解決方案。我們通過(guò)輻射測(cè)試和放射治療實(shí)現(xiàn)的近期商業(yè)化，展示了技術(shù)的成熟度，同時(shí)積累了半導(dǎo)體部署的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)和制造規(guī)模。業(yè)界普遍認(rèn)為，原子級(jí)控制最終需要 X 射線。緊湊型粒子加速器不僅能提高半導(dǎo)體制造的經(jīng)濟(jì)效益，還能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)無(wú)論如何都無(wú)法實(shí)現(xiàn)的能力。

（來(lái)源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察綜合）

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