当地时间10月28日，美国光刻设备新创企业Substrate宣布，已成功开发一款基于X射线光源的新型光刻机，该设备可直接挑战荷兰ASML公司售价近4亿美元的High NA EUV光刻机，目标将尖端制程芯片制造成本降低90%。
据介绍，Substrate的光刻机采用粒子加速器产生X射线光源，波长比ASML最新High NA EUV的13.5nm更短，可实现更高分辨率的图案刻画。公司首席执行官James Proud在路透社采访中表示，通过降低设备制造成本，将推动尖端芯片价格大幅下降。
△Substrate技术人员展示12英寸硅片光刻效果
尽管台积电等企业建造先进晶圆厂需耗资超150亿美元，且依赖专业团队运营，但Proud强调Substrate未依赖政府直接资助，而是通过商业可行性立足市场。该公司2022年由James Proud及其弟Oliver创立，核心团队包括粒子物理学家、国家实验室光学专家，以及来自台积电、IBM和谷歌的工程师，目前研究团队已扩至50人。
2024年，Substrate启动首座工厂选址，并与德克萨斯农工大学讨论耗资约100亿美元的粒子加速器及工厂建设项目。目前，公司已获得Founders Fund、General Catalyst、Valor Equity Partners及Peter Thiel等机构1亿美元融资，估值超10亿美元。Founders Fund合伙人Trae Stephens认为，此举对构建美国韧性半导体供应链至关重要。
Proud指出，美国科技巨头如英伟达、苹果过度依赖海外芯片制造，而Substrate的目标是以“中美竞争成本结构”实现本土生产。他宣称，通过X射线技术可将尖端晶圆成本从10万美元降至“接近1万美元”，并计划2028年前量产。
重夺半导体制造主导权
Substrate强调，美国虽发明了晶体管、EUV光刻等基础技术，但过去十年已丧失生产领先地位。90年代美国国家实验室开发的EUV光源技术因商业化停滞，最终导致知识产权和制造业领导权外流。随着人工智能和机器人技术爆发式增长，芯片需求呈指数级上升，而美国现有晶圆厂数量限制了产能，同时面临中国半导体产业快速崛起的挑战。
公司指出，先进工厂建设成本攀升及国内供应链缺口，阻碍了美国重返主导地位的潜力。其核心信念包括：控制半导体制造成本、降低地缘政治风险、创建垂直整合代工厂以延续摩尔定律。为此，Substrate正建设下一代工厂，并以X射线光刻技术为驱动。
X射线光刻技术突破
当前7nm以下芯片依赖ASML的EUV光刻机，而埃米级制程需High NA EUV设备，后者售价近4亿美元。Substrate认为，必须通过新技术降低成本。其X射线光源波长介于0.01nm至10nm，分辨率更高且无需光掩模，但面临直写速度慢、材料兼容性差等挑战。
尽管X射线光刻并非新技术，但此前因效率问题未能实现量产。Substrate通过粒子加速器产生高亮度、稳定光源，并设计垂直集成晶圆厂，利用射频腔加速电子脉冲产生X光束，其亮度比太阳高数十亿倍。该方案可同时为多台光刻设备供光，但光源故障可能影响整体生产。
△Substrate激光室门口的警告标志
△激光室内的真空立方体
2024年初，Substrate粒子加速器测试因空调振动导致图像模糊，最终通过调整解决。公司称，其X光刻技术已实现与High NA EUV相当的2nm节点分辨率，并具备超越潜力。
成本革命与AI赋能
预计到2030年，尖端晶圆成本将达10万美元，晶圆厂建设成本超500亿美元。Substrate目标将成本降至1万美元，同时扩大尖端芯片设计主体数量。公司认为，AI将大幅降低芯片设计成本，未来制造将成为主要瓶颈。通过GPU和TPU加速物理模拟，Substrate可将数年问题压缩至数天内解决。
中美竞争与行业未来
Substrate警告，中国可能在2030年前实现半导体工具自给自足，包括先进光刻技术。半导体行业正面临结构性转变，美国需立即建设“明天的晶圆厂”。公司仓库内悬挂12英尺美国国旗，等候区摆放《下一场重大战争：美国及其盟国能否战胜中国？》等书籍，凸显中美竞争背景。
编辑：芯智讯-浪客剑
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