在半导体制造的技术版图中，光刻工艺无疑是最为核心的关键阶段之一。它不仅直接决定了芯片的最小特征尺寸，更对整个制造过程的复杂度与成本结构产生着深远影响。过去十年间，ASML的极紫外（EUV）光刻系统已然成为先进制造进程的标志性象征，其13.5nm波长的光源，有力支撑了台积电、三星、英特尔等巨头在3nm及以下先进制程领域的探索与发展。
然而，EUV并非尽善尽美的技术方案，它功能强大但成本高昂，设备价格极为昂贵，光源效率却相对低下，掩膜制作过程复杂，工艺流程也十分冗长。在摩尔定律面临挑战、AI芯片迅速崛起的当下，这些问题使得EUV技术的性价比逐渐降低，不再那么“划算”。
近期一家名为Substrate的美国初创公司提出了一条截然不同的技术路径：利用粒子加速器产生的X射线进行光刻。这种路径不仅在光源层面跳出EUV体系，更可能对ASML在光刻设备领域的垄断地位构成挑战。
Substrate的技术路径
Substrate采用粒子加速器驱动的同步辐射源，能够产生波长在0.1 - 10nm之间的X射线。从物理特性上看，这种光源比EUV光源更为稳定，能量密度也更高，理论上具备更强的图案分辨能力。
更为关键的是，它跳出了EUV所依赖的光学体系。EUV光刻依赖多级反射镜来聚焦光源，但这种方式导致光源效率极低（甚至低于1%），而且掩膜必须采用反射式设计，这不仅使得掩膜制作成本高昂，还容易产生缺陷，进而影响良率。与之不同的是，X射线能量高、穿透性强，在绝大多数材料表面的折射率都接近1，导致其反射率极低，甚至在一定程度上可以不需要掩膜，直接对晶圆进行照射光刻。
这意味着Substrate构建的系统架构更加简洁，潜在成本大幅降低，设备维护也更为容易，非常适合构建小型化、定制化的制造单元。这对于AI芯片、专用加速器等非通用芯片市场而言，具有极大的吸引力。
更重要的是，Substrate已经在300mm晶圆上成功实现了12nm图案化，并且将未来的目标锁定在2nm节点。
Substrate具有12nm临界尺寸和13nm尖端间距的随机逻辑接触阵列
非连续性创新与渐进式演进的对比
EUV技术的发展遵循渐进式演进的路径，从KrF到ArF再到EUV，每一步都是在现有技术体系的基础上进一步提升复杂度，很多工艺模块可以复用。而Substrate的技术路径则属于非连续性创新，它直接跳出了现有的技术框架，构建了全新的工艺链条。
而另起炉灶也就意味着一切都要从零开始，包括光源、掩膜、光刻胶、工艺、EDA支持等外围配套都要围绕X射线光刻重新构建，并且从上游光学光源（Cymer）、（蔡司）、掩膜（Photronics）、光刻胶（JSR、东京应化）、EDA工具（Synopsys、Cadence），到下游台积电、三星、英特尔等目前都与EUV技术高度绑定，Substrate的X射线技术想要取得成功需要产业链上下游配合生态重构，这对一家公司来说挑战巨大。
尽管这种路径的风险相对较高，但一旦验证成功，所形成的技术壁垒将截然不同，打破旧体系的技术边界，将重构成本结构与生态逻辑，为新进入者和新应用打开可能性。
例如，EUV设备的价格极为昂贵，单台售价高达2 - 4亿美元，而且使用周期长、维护成本高。相比之下，Substrate的系统结构更加简洁，光源效率更高，可以大幅降低制造成本，Substrate表示，“与我们目前的成本缩放路径相比，我们有一条将尖端硅成本降低一个数量级的途径。到本十年（2020年初-2029年底）末，Substrate将生产接近1万美元的尖端制程晶圆，而不是10万美元。”
这对于AI芯片设计公司来说尤为重要。当前，AI芯片的迭代速度远远超过通用CPU/GPU，设计公司更加关注“快速验证—快速量产”的能力，而不是一味追求极限性能。Substrate的技术路径恰好更符合这种市场需求。
除此以外，EUV技术高度依赖超级工厂，其投资规模可能高达百亿美元，只有台积电、三星、英特尔等少数巨头有能力承担。而Substrate的系统则更倾向于构建小型的定制制造单元，降低了投资门槛，有望推动制造模式从“集中式”向“多元化”发展。
因此，若Substrate的技术路径真的走通，其产业影响将全面且深远。在设备层面，它将直接对ASML在光刻设备领域的垄断地位发起挑战，促使光刻设备市场形成多元竞争格局；在制造方面，为AI芯片设计公司带来更具性价比与灵活性的制造选项，助力其加快产品迭代、提升市场竞争力；在材料层面，推动光刻胶、掩膜材料体系重构，为新进入者提供技术发展窗口，促进材料行业创新进步。
而对于中国企业来说，Substrate的路径也极具参考价值。在EUV体系已被垄断的当下，向外走不成的情况下或许可以向内求，积极探索非连续性技术路径，也许能够成为“技术突围”的关键所在。
责编：Ricardo
