基辛格，投身EUV光刻

（原标题：基辛格，投身EUV光刻）

如果您希望可以时常见面，欢迎标星收藏哦~

在从英特尔离开之后，前英特尔CEO帕特·基辛格 (Pat Gelsinger) 找到了新的岗位，那就去EUV光源初创公司xLight的执行董事长。

熟悉半导体的读者应该知道，光刻技术的核心是光。目前，最先进的芯片制造采用一种名为极紫外 (EUV) 光刻的工艺，该工艺使用特定波长的光将电路图案以纳米级打印到硅pain上。目前产生 EUV 光的方法——激光等离子体 (LPP：Laser produced plasma)——极其耗电（约 1.5 兆瓦的电力只能产生 500 瓦的光）。

而新创公司xLight则希望使用粒子加速器为光刻机产生光，并声称它可以在 2028 年之前生产出这种光源，同时保持与现有工具的兼容性。

革命EUV光刻

xLight在官网表示，公司的使命是将粒子加速器驱动的自由电子激光器 (FEL：Free Electron Lasers ) 商业化，以满足美国关键的经济和国家安全应用。xLight也指出，公司正在打造全球最强大的激光器，以革新半导体光刻、计量技术以及其他关键的经济和国家安全应用。

据介绍，激光等离子体 是目前用于尖端半导体制造的唯一 EUV 光产生方法。然而，它极其耗电（约 1.5 MW 的电力仅能产生 500 W 的光），并且无法完全支持 ASML 现有和未来版本的扫描仪，因为这些扫描仪需要高达 2 kW 的光源功率。

xLight 正在与领先的晶圆厂合作推出具有独特优势的完全?向后兼容的光源。

“我们为半导体市场开发了一种全新的极紫外 (EUV) 自由电子激光 (FEL) 光源，以取代目前已接近物理极限的激光等离子体 (LPP) 光源。我们的 FEL 系统将显著增强 ASML 的技术路线图，在降低资本和运营成本的同时，提升半导体晶圆厂的生产能力，并助力美国重振其在先进半导体领域的领先地位。” xLight强调。

Pat Gelsinger在“领英”中表示，光刻技术是所有先进半导体制造的核心。这个概念看似简单——在硅片上“打印”图像——但它却是业内技术最复杂、成本最高的工艺之一，占据了资本支出的主导地位。

但随着半导体行业的不断创新，有两种关键手段可以提高性能、生产率和芯片的整体良率：功率和偏振。如果美国要继续开发和制造尖端芯片，我们需要更强大、更节能的 EUV 光源。每个光源都蕴藏着数十亿美元的市场机遇，也是重塑美国在先进半导体制造领域领先地位的关键所在。

Pat Gelsinger表示，他非常高兴能与一家致力于解决这一问题的公司合作：xLight Inc.。作为我在Playground Global新职位的一部分，他已加入xLight担任董事会执行主席。他也将与Nicholas Kelez及其团队密切合作，利用粒子加速器技术打造全球最强大的自由电子激光器(FEL)。

据介绍，xLight开发了一种EUV光源，其功率是当今最先进光源的四倍。借助xLight的技术，晶圆厂可以优化图案化工艺、提高生产率和良率，从而创造数十亿美元的额外年收入。xLight的系统还将使每片晶圆的成本降低约50%，并将资本和运营支出降低三倍。这些都显著提升了半导体晶圆厂的生产能力。

“尖端半导体是经济繁荣和国家安全的关键要素。当今的制造工艺所依赖的技术正迅速走向衰落，不再具有经济可行性。半导体对美国至关重要。从经济繁荣到国家安全，一切都与芯片息息相关。 xLight 的激光器有望开启下一代先进半导体技术，并对其他行业产生巨大影响。这正是我想要合作的公司——科学家们致力于开发能够从根本上改善我们生活、照亮未来之路的技术。”Pat Gelsinger强调。

xLight 目前正在构建一个功能齐全的原型，该原型将连接到 ASML 扫描仪并在 2028 年之前运行晶圆。

我们的团队拥有独特的资质和丰富的经验，我们利用成熟的 FEL 和粒子加速器技术来构建光源。

按照xLight的观点，虽然先进的光刻技术本身就?为 xLight 的每个光源带来了数十亿美元的商机，但 FEL 也能在其他高影响力领域带来短期收益。公司的系统尤其适用于先进的计量和检测，这些领域受益于更高的功率和定制的波长。除了半导体应用之外，xLight认为，其系统的功能还可以解决复杂的国家安全和生物技术问题——从点防御和地面空间碎片减缓到医学成像和科学研究。

xLight的具体做法

在上文中，我们大概介绍了xLight的目的。参考该公司的相关资料，我们了解到了xLight的做法。

xLight表示，粒子加速器是一种利用射频（RF）和磁场将带电粒子（例如电子或质子）加速到极高速度的装置。这些加速后的粒子可用于各种用途，包括科学研究、医疗和工业应用。

自由电子激光器 (FEL) 使用来自粒子加速器的电子，并使其通过具有周期性磁场的波荡器来产生相干、高强度的光束。

而FEL 是 xLight 系统的核心，因为它能够在很宽的波长范围内产生强烈、可调的光束。

“公司的EUV FEL 建立在成熟的核心技术之上，这些技术基于数十年的运行数据进行系统工程设计，并不断改进以满足大批量生产的需求。由于底层技术的成熟，我们的系统比当今的光源更易于维护，并且高度可靠。”xLight强调。

xLight的系统同时采用电子束复用和光学复用技术。专有的 xLight 电子束分束技术可实现每个扫描仪独特的可调性、功率和偏振。高精度光学复用技术使多台扫描仪能够通过多个独立的加速器驱动的 EUV FEL 系统运行，从而实现高可用性。

xLight系统也完全冗余，确保扫描仪的高可用性。每套设施均配备两套相同的 EUV FEL 系统，并通过弹性资源分配，确保两套系统均能在稳定状态下正常运行。通过多路复用技术，每个系统都能为其各自支持的扫描仪组提供充足的电力，这意味着维护永远不会成为持续运营的障碍。

公司的系统也将显著增强 ASML（EUV 光刻系统领域无可争议的全球领导者）的技术路线图，改变半导体晶圆厂的能力，并大幅降低资本和运营费用。

xLight表示，随着半导体行业的不断创新，提高性能、生产率和整体芯片产量的关键手段有两种：功率（Power）和极化（polarization）。

xLight 的 EUV 自由电子激光器 (FEL) 可直接解决这两个问题。我们的 EUV FEL 光源比 LPP 光源的功率高出 4 倍。通过提供高达 4 倍的 EUV 功率，晶圆厂可以优化图案化改进、生产效率和良率，从而为每台扫描仪带来数十亿美元的额外年收入，并将每片晶圆的成本降低约 50%。

此外，单个 xLight 系统可支持多达 20 个 ASML 系统，使用寿命为 30 年，从而将资本和运营支出减少 3 倍以上。

除了功能更强大之外，xLight的 FEL 系统还具备可编程光特性，可提升现有功能。将现有的 ASML 系统连接到 xLight FEL 可显著提升该设备的功能，无需承担高昂的成本和复杂性，即可提供下一代扫描仪的性能。

xLight表示，虽然 ASML 的 EUV 光刻系统目前使用波长仅为 13.5 纳米的微小光刻技术在芯片上打印特征，但未来在芯片上打印更精细的特征将需要下一代波长的 EUV 光。我们系统的可编程光特性将支持更短波长的光，从而将摩尔定律延续数十年。

总而言之，xLight 的 EUV FEL 将使美国在未来的半导体行业中占据领先地位。

FEL和LPP的不同

正如IEEE在其文章中所说，从使用 193 纳米光的光刻技术的光刻机转向波长更短（13.5 纳米）的 光刻机，无疑是一场革命，因为它将大大简化芯片制造所需的步骤，并使摩尔定律在未来十年继续有效。

但是，这项技术过去多次持续延迟，其主要原因是因为刚开始的“光源”太暗。最终，在工程师的攻关下，终于能够提供足够明亮的EUV光源的技术被称为激光等离子体（EUV-LPP）。该技术采用二氧化碳激光器以每秒数千次的速度将熔融的锡液滴喷射成等离子体。等离子体发射出一系列光子能量，然后由专用光学器件从光谱中捕获所需的13.5纳米波长，并将其引导穿过一系列反射镜。随后，EUV光被图案化的掩模反射，然后投射到硅片上。

不过，所有的这些加起来构成了一个高度复杂的过程。尽管它始于耗能数千瓦的激光器，但反射到晶圆上的EUV光量只有几瓦。光线越暗，在硅片上可靠地曝光图案所需的时间就越长。如果没有足够的光子携带图案，EUV的速度将非常缓慢，不经济。而过分追求速度可能会导致代价高昂的错误。

据了解，ASML 目前的光源额定功率为 500 瓦。但未来要实现更精细的图案化需要 1 千瓦甚至更高的功率。ASML 表示，他们已经制定了开发 1000 瓦光源的路线图，但要实现这一目标可能颇具挑战性。

自由电子激光器 (FEL) 则是一种利用相对论电子束产生相干高强度辐射的激光器。这类设备通常被称为“FEL”。与依靠原子或分子跃迁产生光的传统激光器不同，FEL 利用自由电子的加速来产生从红外到 X 射线波长范围广泛的电磁辐射。

自由电子激光器 (FEL) 的工作原理基于自放大自发辐射 (SASE) 的原理。在 FEL 中，高能电子束穿过一个周期性磁结构，即波荡器。波荡器使电子振荡，从而发射光子。当电子束穿过波荡器时，发射出的光子与电子相互作用，使电子聚束并放大辐射。这一过程最终产生相干的高强度辐射束。

除了上文谈到的xLight ，日本KEK 团队也推出了紧凑型能量回收直线加速器 (cERL) 。与传统直线加速器驱动的激光器有所不同，cERL的电子首先会返回射频加速器。这束电子现在的相位与刚开始旅程的新注入电子相反。结果是，耗尽的电子会将大部分能量转移到新电子束中，从而增强其能量。一旦原始电子的部分能量以这种方式耗尽，它们就会被转移到“束流收集器”中。

不过，根据2023年发布的论文，该加速器目前尚无法产生极紫外 (EUV) 波长。凭借 17 兆电子伏特的电子束能量，研究人员能够以 20 微米的红外光脉冲形式产生 SASE 辐射。而且该系统被放置于一个长约60米，宽约20米的房间中，大部分空间被错综复杂的设备、管道和电缆占据，这些设备、管道和电缆蜿蜒在房间两侧，形成一条细长的跑道。这足以看到这个方案的“缺陷”。

此前，有消息指出，中国研究团队也正在利用粒子加速器开发一种独特的激光源。他们的目标是突破传统光刻机的限制，而光刻机在微芯片生产中至关重要。拟建的粒子加速器大约有两个篮球场那么大，周长在100至150米之间，将作为芯片制造的高质量光源。

但毫无疑问，这还有很长的一段路要走。

半导体精品公众号推荐

专注半导体领域更多原创内容

关注全球半导体产业动向与趋势

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第4094期内容，欢迎关注。

『半导体第一垂直媒体』

实时 专业 原创 深度

公众号ID：icbank

喜欢我们的内容就点“在看”分享给小伙伴哦