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美国新创公司Substrate宣称已突破 X 射线微影技术瓶颈，以五千万美元工具成本挑战ASML五亿美元的高数值孔径 EUV 光刻机，并扬言直接与台积电、竞争晶圆代工市场。
在半导体制造的数百道工序中，微影技术一直是最核心的一环。其基本原理并不复杂：让光线穿过掩模版，照射在涂有光敏化学物质的硅片上，通过光照区域的化学反应，逐层构建出芯片结构。但随着晶体管不断缩小，光的物理特性本身成为了最根本的制约因素。
美国新创Substrate押注X射线微影、技术成本仅High-NA EUV十分之一
早期业界使用193纳米波长的深紫外光（DUV），后来为了突破极限，转向波长仅13.5纳米的极紫外光（EUV），实现了波长的一个数量级跃升。如今，全球只有荷兰的ASML能够制造EUV光刻机，单台售价约4亿美元。即便如此，因其每年可产出的晶圆价值超过6亿美元，经济效益依然成立。
为了延续摩尔定律，ASML推出了高数值孔径（High-NA）EUV光刻机，单台造价已逼近5亿美元；下一代Hyper-NA EUV更将设备推向更大、更复杂、也更昂贵的方向。预计到2030年前后，一座先进晶圆厂的建设成本将达到500亿美元，单片晶圆的成本也可能突破10万美元。这意味着，尖端制程能力将越来越集中在少数资本雄厚的巨头手中。
放弃EUV，押注X射线：Substrate的另一条技术路径
面对ASML构筑的高墙，美国新创公司Substrate选择了一条完全不同的道路：彻底放弃EUV，转而押注X射线微影技术。X射线的电磁辐射波长介于0.01纳米到10纳米之间，比EUV短了近千倍，理论上具有更高的解析能力。
然而，X射线穿透力极强，极难操控，过去几十年一直停留在实验室阶段。所需的光源——同步加速器——往往长达数百米，无法用于量产工厂。Substrate宣称，他们整合了多项辅助技术的成熟成果，将一台紧凑型粒子加速器直接集成到微影系统中，利用射频腔将电子加速至接近光速，再通过精确排列的磁场结构产生高强度X射线。有分析指出，这相当于把同步加速器的原理压缩了几个数量级，使其能够放入工厂厂房内。
尽管技术细节仍属机密，Substrate已经公布了初步成果：目前已实现12纳米特征的打印能力，全晶圆特征尺寸偏差仅约0.25纳米，精度达到原子级别，并且对所有层均可采用单次曝光方案，一次性成型，取代了目前需要多道复杂工序的多重曝光制程。该公司表示，上述指标已经与ASML最先进的High-NA EUV系统相当，而其工具成本仅需5000万美元，约为ASML High-NA机台的十分之一。
不卖机器，直接挑战台积电与三星
更值得关注的是Substrate的商业模式。他们并不打算出售光刻机，而是计划在美国自建晶圆厂，安装自己的设备，建立完整的制造流程，直接提供晶圆代工服务。这意味着，他们的竞争对手不是ASML，而是台积电和三星。
不过，挑战远不止一台工具。X射线的高能量特性，使得现有EUV工艺所用的光刻胶、掩模版、光学元件材料全部失效，Substrate必须从头重建整套材料体系。同时，X射线若控制不当，可能穿透材料损伤晶体管，或引入影响良率的微小缺陷。从实验室验证到全规模量产，EUV用了十多年，而专家估计Substrate至少还需要五年。
相比之下，台积电不仅拥有最先进的设备，更积累了数十年的制程方案、数千亿美元的投资，以及严苛的良率管理纪律。这种规模优势使得后来者面临极高的门槛——这也是为什么像英伟达这样的巨头也选择不自己建厂，而是让台积电代工制造。
并非孤例，但目标截然不同
Substrate并非唯一研究粒子加速器光源的机构。美国的xLight、Inversion，以及欧洲、日本、中国的相关研究也在进行中。不过，大多数参与者的目标是强化现有的EUV路线图，例如xLight致力于延长ASML设备的使用寿命，而不是取代它。
Substrate的目标则完全不同：用一种全新的工具替换整个微影步骤，并重建整套制造流程。如果成功，这不但将改写“谁有能力建造晶圆厂”的答案，还可能推动计算技术实现跨代跃升。
（来源：综合自网络，谢谢 ）
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