Inversion Semiconductor: рентгеновая литография как ответ на монополию ASML

Стартап Inversion Semiconductor разрабатывает технологию рентгеновой литографии, которая может составить конкуренцию монополии ASML на рынке EUV-машин для производства чипов.

Чтобы бросить вызов монополии ASML, нужен принципиально другой подход к той же проблеме — и стартап Inversion Semiconductor, возможно, нашёл его в рентгеновской литографии.

Монополия ASML на рынке экстремального ультрафиолета (EUV) — это не просто рыночная ниша, а узкое горлышко всей мировой полупроводниковой промышленности. Компания контролирует 100% поставок литографов, необходимых для производства самых передовых чипов. Машины стоят до $400 млн, состоят из более чем 100 000 компонентов и собираются годами. За эти десятилетия ASML стала фактическим системным интегратором, координируя гигантскую цепочку поставок. Её позиция настолько прочна, что даже попытки Nikon и Canon сдвинуться с оптических технологий на более короткие длины волн провалились. ASML потратила около $5 млрд в год на R&D, чтобы довести EUV до ума, и теперь является единственным поставщиком.

Суть технологии ASML — в облучании расплавленного олова мощным CO2-лазером (50 000 раз в секунду). Взрыв генерирует EUV-свет длиной 13,5 нм, который с помощью сверхточных зеркал Zeiss направляется на кремниевую пластину для протравливания транзисторов с размерами в несколько нанометров. Но у этого подхода есть фундаментальные ограничения по интенсивности и частоте.

Inversion Semiconductor предлагает альтернативный путь, который в теории может быть более эффективным. Вместо EUV компания исследует рентгеновскую литографию — использование более короткой длины волны и более мощного источника света. По словам сооснователя и CEO Рохана Картика, их источник будет работать на принципе «суперплазменного супа»: мощный лазер нагревает газ (водород или гелий), создавая плазму с возбуждёнными электронами. Эти электроны пропускаются через периодическую магнитную структуру, где их «вибрация» генерирует световые импульсы.

Ключевые характеристики такого света принципиально отличаются от EUV ASML. Во-первых, он более когерентный и направленный — как лазер, а не как рассеивающая «лампочка» нынешних EUV-источников. Во-вторых, частота импульсов — 500 миллионов в секунду вместо 50 000. Это на четыре порядка больше, что теоретически позволяет производить чипы быстрее и в большем объёме. По расчётам Inversion Semiconductor, их подход может обеспечить производительность до 15 раз выше текущей системы ASML.

Однако переоценка громких обещаний здесь необходима. Рентгеновая литография — не новая идея. Её исследовали десятилетиями, включая саму ASML. Проблема всегда заключалась в масштабе и стоимости необходимого оборудования. Лазеры для возбуждения газа — это по сути те же установки, что используются в проектах термоядерного синтеза. Когда ASML изучала этот путь, лазеры размером были с несколько футбольных полей (200×100 м). Картик утверждает, что сейчас удалось уменьшить их до примерно 30×5–10 м. Но это всё ещё гигантские установки, далекие от компактности промышленного литографа.

Текущий статус проекта — начальная исследовательская фаза. Inversion Semiconductor получила $500 000 предпосевных инвестиций от Y Combinator и Entrepreneur First. Совсем недавно стартап получил грант Genesis Mission от Министерства энергетики США в размере $750 000. Этот грант направлен на фазу 1: совместно с Национальной лабораторией Лоуренса Беркли и её подразделением ATAP (Accelerator Technology and Applied Physics) будет разрабатываться модель «самооптимизирующегося цифрового двойника для компактной лазерной плазмы».

Суть проекта — создание нейросетевой модели ускорителя частиц, которая позволит подобрать оптимальные параметры для будущего эксперимента с реальным лазером. Как объясняет Картик, команда собирается взять открытый исходный код ускорителя, обучить его как нейросеть, симулировать работу ускорителя, а затем на основе выходных данных настраивать параметры — в частности, конфигурацию магнитов и характеристики газа. Параметров могут быть сотни или тысячи, и задача — найти оптимальную конфигурацию до постройки физического прототипа.

Если этот проект завершится успешно, следующим шагом станет создание тестовой лазерной установки. Параллельно исследуется и более близкое к коммерциализации приложение — метрология фотомасок. Это менее требовательная область, где нужно меньше мощности EUV, и там уже проведены некоторые ключевые эксперименты. Картик оценивает сроки создания первого законченного продукта в этом направлении в два года.

Но давайте оценим инженерные компромиссы и реалистичность. Переход от лабораторных демонстраций к промышленному производству — это путь длиной в десятилетия и миллиарды долларов. ASML потратила на это около 20 лет и несколько банкротств, прежде чем её EUV-машины стали отраслевым стандартом. Inversion Semiconductor находится на самом раннем этапе: у неё нет тестовой машины, нет данных о производительности, нет решения по ключевым техническим рискам (например, повреждение оптики рентгеновским излучением, стабильность источника при непрерывной работе).

Для пользователя конечных чипов (производителя смартфонов или дата-центров) потенциал этой технологии — возможность более дешёвого и быстрого производства. Меньшее время на кадр (implies) может снизить себестоимость чипа, а более короткая длина волны теоретически позволяет травить ещё более мелкие структуры, продлевая жизнь закону Мура. Но до этого ещё очень далеко. Ближайшие 5–10 лет промышленность будет совершенствовать EUV следующего поколения (High-NA EUV), и именно эти машины будут определять roadmap чипов.

Inversion Semiconductor мыслит категориями «с первого принципа». Ни Картик, ни его сооснователь Даниэль Вега не работали в ASML, что позволяет им не быть заложниками устоявшихся подходов. Но отсутствие опыта в массовом производстве столь сложного оборудования может стать и недостатком. Успех будет зависеть не только от физики, но и от способности выстроить цепочку поставок, интеграции компонентов и конкуренции с устоявшимся гигантом.

Пока что это — перспективная исследовательская инициатива с государственной поддержкой, а не реальная угроза позиции ASML. Но она показывает, что в основе монополии лежит не только интеллектуальная собственность, но и колоссальный инженерный опыт, который крайне сложно воспроизвести. Будущее литографии, возможно, будет за рентгеном, но до него ещё предстоит дойти.