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【湾芯展推荐】本文涉及的相关企业：Substrate公司
加州初创公司 Substrate的软X射线光刻，近期得到业界的高度关注。其给出的关键性能承诺非常美好，“1-2nm节点可以通过单次曝光，完成图形化”且“先进制程晶圆的生产成本，将比现有方案低50%”，并展示了“单次曝光”获得的具有12纳米关键尺寸和13纳米尖端间距的随机逻辑接触阵列，以及具有30纳米中心间距的随机通孔图案。
详细的内容可参考报道（点击阅读文章）：《X射线挑战EUV光刻——Substrate重塑芯片制造格局的豪赌》
技术路线：FEL或SSMB
图1光源技术路线官方描述，图片来源：Substrate公司官网
笔者在Substrate公司官网上，找到图 1红框部分的一段技术描述：在射频腔中，强电场作用于电子，以脉冲形式对电子实现加速。电子加速到接近光速条件下，通过强交变磁场，发生受迫振荡，产生强烈的光脉冲。这些高亮度光脉冲随后由一系列高精度光学元件进行传输与调控，最终到达硅片上，实现光刻曝光。
虽然在新闻稿中，Substrate公司表示出于技术保密需求，希望“保持技术细节的模糊”。但根据以上部分的描述，笔者有90%的把握认为，其软X射线光源采用的是自由电子激光（FEL）或其衍生技术稳态微聚束（SSMB）方案，具体的技术原理相当复杂，读者若对技术细节有兴趣，可以参考笔者拙作：【光刻技术】极紫外光刻机（EUV）中，光源的不同技术方案详解》 （点击阅读文章）
这种基于高能粒子加速器的光源，核心挑战在于：“单色光”的平均功率大小，是否能达到光刻工艺的量产需求。这是决定软X射线光刻方案能否商业化落地的关键，也是加速器类光源最大的技术瓶颈。
LPP/FEL/SSMB方案的关键参数对比及解析
目前三类光源对应光刻方案的关键技术参数对比，可用下表简要总结：
关于技术参数的关键说明：
1.稳态微聚束（SSMB）方案，输出光源是连续谱，需要滤波以获得单色光，此过程会大量损失能量，导致能量利用率极低。参考同步辐射方方案（SR），单色光能量/总输出能量约1%，SSMB方案该参数稍高，但目前研究组没有给出确切数字。
2.出于能源成本考虑，若要实现商业化，加速器方案还需要开发出高能粒子的能量回收再利用的技术方案，以及实现设施的小型化。
3.光源平均输出功率+光学系统能量传输效率+光刻胶曝光剂量与吸收率，三者共同决定光刻工艺的生产效率；软X射线光刻技术的开发，不仅需要光源的革新，还需要技术生态的配套开发，关键点在于：
（1）低损耗的光学系统。目前EUV采用的反射式光学系统，能量损耗很大，如果加速器类光源的平均功率达不到数百瓦，则可能需要采用技术难度极大的掠射式光学系统，或者大幅降低光学系统的复杂性，以减少传输过程中的能量损失；
（2）适配于软X射线波段的高吸收效率、曝光剂量较低的光刻胶，以便缩短曝光时间。
此外，还需要开发适配软X射线波段的掩模版，及辅助化学品等。
结语
从物理原理来看，为了免除衍射效应对于小线宽图形的影响，实现更高的分辨率，向更短波长的光源迈进是必然甚至唯一的长远方案，Substrate正在积极探索这一可能性；但短期而言，光源功率的瓶颈会从根本上限制曝光效率，这可能会提高芯片生产的时间成本，业界需要密切关注该方案的光源平均功率，及光学系统的能量传输效率。
从产品角度而言，笔者预测，该方案可能会先在成本不敏感，而对供应链安全性特别在意的特殊应用领域，进行小规模验证，例如军工、保密通信等，而不会一开始就投入逻辑芯片的消费类市场。
当然，也不排除那10%的可能，是笔者判断错了Substrate的光源技术路线，他们在加速器领域有了突破性的成果。
参考资料
1.Substrate公司官网
https://substrate.com/
2.EUV光源技术方案文章
https://mp.weixin.qq.com/s/9G33exjqTS2TnOcQ0ODiWQ
3.ASML公司公开报道及技术资料
4.各国大型加速器科学设施官方网站及公开资料
