又一家初创公司 挑战ASML的EUV垄断：要用“等离子体云”改写光刻规则

在半导体供应链的顶端，横亘着一个巨大的瓶颈：ASML。这家荷兰制造商是极紫外（EUV）光刻机的绝对垄断者，独占100%市场份额——所有尖端芯片的制造都离不开其设备。如今，一家名为Inversion Semiconductor的初创公司正试图挑战这一格局，并已获得美国能源部的Genesis Mission项目资助，研究AI在芯片制造中的应用。

Inversion Semiconductor 的联合创始人 Rohan Karthik（左）和 Daniel Vega

ASML的垄断壁垒：极度复杂的机器

ASML能够垄断EUV光刻机，原因很简单：这些机器极难制造。每台EUV光刻机造价高达4亿美元，拥有超过10万个零部件，ASML更像是系统集成商，协调庞大供应链中所有部件的制造与整合，最终交付晶圆厂用于生产CPU、GPU等高端芯片。

ASML在1990年代研发EUV技术期间曾数次濒临倒闭，最终靠下游客户台积电、英特尔和三星的扶持才得以存活。如今，ASML每年将约六分之一营收（约50亿美元）投入研发，大部分用于优化现有技术。

现有EUV技术依靠大功率CO₂激光以每秒5万次的频率轰击熔融锡滴，产生13.5nm波长的极紫外光，再通过蔡司等合作伙伴提供的超高精度反射镜，将光能量引导至硅片上，蚀刻出仅数纳米宽的电路（即所谓的“2nm工艺”）。

Inversion的颠覆性思路：更低频率、更强光源

Inversion Semiconductor希望采用功率更强但频率更低的光源来实现光刻。联合创始人兼CEO Rohan Karthik介绍，公司正在研究用高功率激光加热气体（可能是氢或氦），形成“超级等离子体云”以产生激发电子。

Inversion Semiconductor公司希望利用粒子加速器产生用于光刻的X射线

“我们让这些电子通过周期性磁结构，”Karthik上周在华盛顿举行的Genesis Mission峰会上解释道，“电子振荡并产生极紫外光。”

Karthik表示，这种方法产生的光具有激光特性：“非常亮、相干性强、方向集中。相比之下，ASML的EUV光发射更像是灯泡，向各个方向散射，他们必须尽可能收集然后再定向聚焦到设备内部。”

Inversion的光源不以每秒5万次脉冲工作，而是以5亿次脉冲的更高频率（波长更接近X射线）产生光，这意味着能够更快地制造更多芯片。这正是Inversion希望获得的核心竞争优势。

技术可行性与挑战

Karthik告诉HPCwire，如果ASML要转向新方法，“至少还需要十年的研发来找到合适的材料和等离子体条件。对我们来说，只是小幅重新设计或调整参数的问题。”

然而，挑战同样巨大。激发氢或氦气所需的激光器是人类迄今制造的最强激光，本质上与核聚变项目所用同类。当年ASML研究该方向时，这类激光器占地达200米×100米——相当于数个足球场。Karthik称，如今已缩小至约30米×5至10米。

Inversion Semiconductor公司设想制造出比ASML现有系统快15倍的计算机光刻机，用于生产芯片

从实验室到商业化

Inversion Semiconductor已获得Y Combinator和Entrepreneur First的50万美元种子前投资，距离造出测试设备仍需数年。但其技术路线已引起美国能源部关注——后者希望巩固美国及其盟友在芯片制造领域的领先地位。

这家旧金山初创正与劳伦斯伯克利国家实验室及其ATAP（加速器技术与应用物理）部门合作。上周公布的Genesis Mission一期项目“紧凑型激光等离子体自优化数字孪生”为Inversion和伯克利实验室提供75万美元资助，用于构建ATAP粒子加速器的神经网络模型，以在未来实际测试中确定最优配置。联合创始人Daniel Vega担任该项目首席研究员。

“我们一期项目的重点之一，是采用开源且广泛使用的加速器代码，像训练神经网络一样训练它，”Karthik说，“模拟粒子加速器后，根据输出调整设计参数。”这里的神经网络“权重”对应加速器中的磁体以及气体特性——可能有数百甚至数千种不同参数可供尝试。

与此同时，Genesis Mission项目还将探索Inversion技术的另一应用：光掩模计量——这是一个测量半导体、确定整体精度和测试的相邻领域。“它对功率要求没那么高，我们已经知道这是可行的，并与实验室及其他研究伙伴完成了一些关键实验，”Karthik表示，“现在只需将这些子系统串联起来，构建首款端到端产品，时间线大约两年。”

历史回响与未来前景

X射线光刻并非新概念，包括ASML在内的众多机构都曾探索过，但问题过于棘手，解决方案成本过于高昂，始终无人能够冲过终点线。

Karthik认为，真正需要的是一种截然不同的解题思路：“我没在ASML工作过，我的联合创始人也没有。我有半导体行业背景，他有粒子加速器系统开发背景。但这恰恰让我们能够从第一性原理出发，以不同方式去攻克同一个问题。”