Pat Gelsinger 又有新工作，加入 EUV 光源 xLight 任執行董事長

英特爾前執行長 Pat Gelsinger 近日在 LinkedIn 發文，加入 xLight 公司任執行董事長，xLight 官網 3 月也公布消息。

xLight 是開發極紫外光（EUV）曝光機直線電子加速器的自由電子雷射（FEL）光源系統公司，號稱可將系統及成本降低三倍，2028 年達成商業化目標，且保持與現有設備的相容性。

Pat Gelsinger 表示，我們正在進入自網際網路誕生以來，運算基礎設施最具變革性的時刻。我期待著與 xLight 合作，進一步推動下一代的半導體製造。自由電子雷射器是曝光技術的未來，而 xLight 是粒子加速器技術領域當之無愧的領導者。

xLight 執行長 Nicholas Kelez 則是表示，Pat Gelsinger 和我們一樣，相信 EUV 曝光技術是解鎖下一代計算的關鍵。而當他瞭解 xLight 為構建世界上最強大的雷射器，而且徹底改變 EUV 曝光技術所做的工作時，這是將是完美的組合。尤其，Pat Gelsinger 對半導體產業的技術理解和知識非常出色，他立即明白 xLight 的系統對美國半導體製造業的未來有多麼重要，我們也很高興他加入董事會，並期待相互的合作。

目前，曝光機廠商艾司摩爾 (ASML) 的 EUV 曝光機所使用的是 EUV 光源系統，正是採用被稱為雷射等離子體 EUV 光源（LPP），其原理是通過 30kW 功率的二氧化碳雷射發射器，照射以每秒 50,000 滴的速度從噴嘴內噴出的錫金屬液滴，每滴兩次照射（即每秒需要 10 萬個雷射光素），將它們蒸發成等為了離子體，再透過高價錫離子能級間的躍遷，得到 13.5nm 波長的 EUV 光線。

但是，正是因為 EUV-LPP 系統需要依靠功率強大高能雷射光束來蒸發微小的錫金屬液滴，使得其整個光源系統不僅龐大，而且複雜，還功耗巨大，所產生的 EUV 光源的功率也有限，加上該系統發射極紫外光的同時，會產生碎屑而污染反射鏡，這些都是導致當前 EUV 曝光機成本高昂的原因。目前，全球僅有領先的少數的晶圓製造廠商能夠用得起這種單價高達約 1.5 億美元的 EUV 曝光機，用於 7 奈米以下先進製成的晶片的製造。

近年來，世界各國的研究單位為了都有在研發新的 EUV 光源系統，藉以繞過 ASML 所採用的 EUV-LPP 技術路線，大幅降低 EUV 光源的系統的成本。其中，以自由電子雷射器（FEL）技術的 EUV 光源方案被寄予厚望。

目前，EUV-FEL 的技術大致分為兩種類型，包括振盪器 FEL 和自放大自發輻射（SASE）FEL。在振盪器 FEL中，來自電子加速器的電子束在波蕩器中發光，與存儲在振盪器中的波蕩器光相互作用，並放大 FEL光。然而，由於鏡面對短波長光的反射率較差，FEL 波長被限制在 100nm 以上。而在自放大自發輻射（SASE）FEL 中，加速器提供高質量電子束的自發輻射，在長波蕩器中自放大，無需任何振盪器和外部協助。它適用於短波長 FEL，使得 EUV-FEL 技術成為目前研究的主要方向。

根據此日本築波的高能加速器研究組織（KEK）的研究人員公布的基於 EUV-FEL 光源的研究論文顯示，EUV-FEL 光源的建設和營運成本粗略估計為 10kW EUV 功率 4 億美元和每年4,000 萬美元的運營成本。因此，1kW EUV 功率建設成本約 4,000 萬美元和每年 400 萬美元承運成本下，相較 LPP 光源的建設和運行成本粗略估計為 250W EUV 功率 2,000 萬美元和每年 1 ,500 萬美元，約當每 1kW EUV 功率建設成本為 8,000 萬美元和營運成本為每年 6,000 萬美元。顯然，EUV-LPP 光源的建設成本達到了 EUV-FEL 光源建設成本的 2 倍，運營成本更是達到了其 15 倍。

綜合來看，當前的 EUV-LPP 光源的成本也達到了 EUV-FEL 光源的 3 倍。其中，集光鏡的維護費用占了運營成本的大部分，原因是集光鏡會因錫屑的污染而老化，需要經常更換。另外，龐大的能源消耗也是一大成本。也就是說，採用 EUV-FEL 光源來代替 EUV-LPP 光源，綜合成本可以降低 2 倍以上。

Pat Gelsinger 加入的 xLight 所研發的的正是基於 ERL 的 EUV-FEL 技術的 EUV 光源系統。根據官網資料顯示，xLight 由一支由光源先驅、曝光工程師和粒子加速器製造商組成的團隊領導。雖然規模很小，但其團隊在曝光和加速器技術領域擁有多年的經驗。其中，不僅擁有來自史丹佛直線加速器和其他地方的粒子加速器的資深研究人士，其首席科學家 Gennady Stupakov 博士還是 2024 年 IEEE 核能和等離子體科學學會粒子加速器科學技術獎 (PAST 獎) 的兩名獲獎者之一。

根據剛剛出任 xLight 執行董事長的 Pat Gelsinger 在 Linkedin 發布的文章顯示，xLight 研發的 EUV-LPP 光源系統，其功率也達到了當今最先進 EUV 光源系統的 4 倍，即 1000W 左右，並且預計在 2028 年將準備好用於商業化應用。XLightg 還指出，EUV-LPP 是目前為先進半導體製造生產 EUV 光源的唯一方法。然而，它非常耗電，並且無法完全支援 ASML 曝光機未來版本，因為這些版本需要高達 2 kW 的電源。

Pat Gelsinger 表示，xLight 的技術可以提供當前 EUV 光源 4 倍的功率，可以將每片晶圓的曝光成本降低約 50%，並且單個 xLight 的 EUV-FEL 光源系統可以支持多達 20 套 ASML EUV 曝光機使用，光源系統的使用壽命為 30 年，可以將資本和營運支出減少 3 倍以上，這將是製造效率的重大進步。

需要注意的是，xLight 的目標並不是取代 ASML 的 EUV 曝光機，而是推出一個可以相容ASML EUV 曝光機的 EUV-LPP 光源系統，達成在 2028 年之際藉 ASML 曝光機並製造先進製程晶圓的目標。但目前尚不清楚，xLight 的 EUV-LPP 光源系統是否會相容於 ASML 的High- NA EUV 曝光系統。不過，根據現有的資訊來看，ASML 的 High-NA EUV 曝光機依然是採用 EUV-LPP 的技術路徑，因此未來有望達成相容的情況。

雖然 EUV-FEL 光源相較 EUV-LPP 光源擁有著很多的優勢，但是其也面臨著體積龐大，難以融入現有的晶圓製造無塵室的問題。例如在現有標準 EUV 曝光機當中，光源位於機器本身的下方，而對於 High-NA EUV 曝光機來說，其 EUV-LPP 光源位於同一水平面上，因此任何其他的光源系統都必須考慮到這些作法。如果 EUV-FEL 光源被證實具有商業化價值，則或許 EUV-FEL 光源要融入下一代晶圓廠的設計將成為必要的設計。

值得注意的是，ASML 在十年前曾考慮轉向 EUV-FEL 光源，近年也在將 EUV-FEL 光源的技術進展與 EUV-LPP 光源技路線圖進行比較時，再次考慮轉 EUV-FEL 光源。但最終，ASML公司高管認為 EUV-LPP 光源帶來的風險較小，暫時放棄採用 EUV-FEL 光源的計畫。

(首圖來源：xLight)