辍学生挑战ASML和台积电，半导体行业新变数？
一个辍学生，竟同时向ASML和台积电发起挑战。过去十年，半导体生产由一台校车大小的机器承担，它在耗资250亿美元的无菌工厂内，利用光将图案蚀刻到硅晶片上。这台由荷兰公司ASML生产的机器，对智能手机、人工智能系统中的芯片至关重要，华盛顿甚至限制了其销售。
然而，没有大学学位的美国人James Proud宣称，他的公司Substrate已从投资者处获得超1亿美元资金，并开发出能将制造成本降低一半的解决方案。该方案是把来自粒子加速器的巨型仪器的光线引导到一个汽车大小的工具中。据介绍，这项技术能让Substrate公司打印出高分辨率的微芯片层，其分辨率可与世界领先半导体工厂生产的图像相媲美。
James Proud表示：“我计划打造替代荷兰ASML公司先进光刻机和台积电大型制造厂的产品。”他还称，实现这些目标将耗资“数十亿美元”。
一家Peter Thiel支持的企业
虽然James Proud并不知名，但他的支持者却声名远扬。Substrate的投资者包括Peter Thiel的Founders Fund、General Catalyst和In - Q - Tel（一家为美国国防和情报机构资助新技术的政府非营利组织）。本轮融资对该公司的估值超10亿美元。
不过，即便获得投资，这家初创公司仍面临政府科学家和整个半导体行业的质疑，他们怀疑该公司能否在计划生产首批芯片的三年内复制复杂且资本密集型的半导体供应链。
该公司称，已彻底改造微芯片生产过程中的关键环节，并计划利用创新在美国建立制造工厂。其雄心勃勃的计划引起了特朗普政府的关注，特朗普政府将减少美国对海外供应商的依赖视为紧迫的国家安全优先事项。
2011年，Proud作为首届泰尔奖学金项目（Thiel Fellowship）成员从伦敦搬到旧金山。该项目由风险投资家彼得·泰尔（Peter Thiel）创立，旨在为有抱负的创业者提供大学替代方案。Proud卖掉了第一家帮助乐迷寻找和购买音乐会门票的服务公司，但第二家生产睡眠追踪设备的初创公司Hello，在将部分技术出售给Fitbit后倒闭。
2019年，Proud开始创办支持设备制造商的初创企业，并研究半导体供应链。同年，他加入美国国籍，为特朗普第一届政府起草政策文件，呼吁为美国芯片制造业打造“曼哈顿计划”。他曾对政府官员表示：“这将是一个问题，而且会变得更糟。”
在特朗普政府说服台积电在亚利桑那州建厂后，Proud决定创办自己的公司。他和弟弟奥利弗开始阅读有关半导体光刻的书籍和学术论文，质疑为何该工艺如此复杂和昂贵。
现代光刻机有超10万个零件，主要成本之一是用高功率激光器将熔融的锡滴转化为极紫外光，利用这种光刻技术蚀刻硅晶片，即EUV光刻。另一个未商业化的工艺涉及粒子加速器，它可作为光源在晶圆上形成图案，即X射线光刻，ASML曾测试但最终放弃。
Proud兄弟认为，通过定制的粒子加速器和光刻工具，该工艺可以实现商业化。2022年1月，他们在旧金山共同创立了Substrate公司。Proud先生此前未使用过粒子加速器，于是聘请了粒子物理学家和曾在美国国家实验室使用过粒子加速器的光学专家，团队后来扩大到50人，其中包括来自台积电、IBM和谷歌的工程师。
Substrate的运营场地位于旧金山设计区附近的工业仓库，仓库被一面12英尺高的美国国旗一分为二，访客等候区摆放着《下一场大战：美国及其盟友能否战胜中国？》等书籍。
一个不算创新的方案
有半导体工程师指出，Substrate可能面临挑战，其计划用粒子加速器为多个工具提供单一光源，虽可降低成本，但一旦加速器故障，工厂可能停工。
两位了解机密审议情况的人士称，这种担忧导致拜登政府拒绝了Proud最初从《芯片法案》申请拨款超10亿美元的请求，该法案旨在补贴美国芯片制造业。但Proud表示，美国商务部从未正式拒绝Substrate的请求。
过去几年，该公司大力推进项目。2023年，团队花大部分时间打造定制光刻工具，该工具含数千个零件，体积小巧可装进U - Haul卡车后备箱，并在计算机模拟中进行了测试。
2024年初，Substrate公司预订湾区的粒子加速器进行关键测试。普劳德称，当时加速器附近的震动导致图像模糊，经一整天排查，发现是空调系统导致振动。公司调整风扇转速后，在硅片上“反复打印出非常漂亮、非常微小的东西”。
他们希望将专有的粒子加速器与定制光刻机结合取得成功。从证明工艺有效到实现商业化，还有漫长道路。成功取决于初创公司能否克服建厂、寻找客户和规模化生产等商业障碍。
此后，团队建造了更复杂的工具，打印出与最新尖端芯片制造工艺分辨率匹配的图像。经过三年秘密研发，Substrate的产品问世。
Proud对Substrate的流程守口如瓶，拒绝透露测试用的粒子加速器及定制组件信息。他表示，Substrate在效仿不公开研究成果的人工智能公司。
可以确定的是，Substrate的技术用粒子加速器作为基于X射线的光刻系统光源，用比ASML最新“极紫外”机器更短波长的光将电路印在硅上。Substrate声称其机器能打印12纳米特征，与ASML的高NA EUV机器相当，这使其设备可与最先进生产线相提并论。
此前，Substrate已在美国国家实验室演示该系统，在晶圆上创建了复杂图案，Proud称其分辨率可与ASML最新“高数值孔径”EUV设备媲美，适合生产2纳米工艺节点的芯片，且计划使用现有芯片制造设备。
Substrate强调不使用外部生产的光刻工具或知识产权，“已建立差异化技术，与其他半导体公司无重叠”。若成功推向市场，其X射线光刻设备将比大型ASML机器更便宜、更小。该初创公司称技术可行，拥有打印比例等于或优于最新ASML机器的芯片层图像。
不过，分析师指出，Substrate的X射线方法此前尝试过但未成功，且该公司缺乏行业支持。
另一个目标是成为台积电？
除挑战ASML，Substrate还希望建立美国代工厂，生产定制半导体。Proud称，按计划其机器未来“几年”将在美国芯片制造厂或晶圆厂投入生产。随着业务扩展到多个工厂，建立“更垂直整合”的代工厂需筹集“数十亿美元——有时甚至是数百亿美元，甚至数千亿美元”。
去年，该公司开始为第一家工厂选址，已与德克萨斯农工大学洽谈，计划在校区建造粒子加速器和工厂，投资额约100亿美元。Proud还与英特尔就其技术进行了初步讨论，但英特尔拒绝置评。
这家公司的做法备受质疑。但创始人基金合伙人Trae Stephens表示：“这些是历史上重要时刻，必须把握好。美国政府需确保半导体供应链可靠且有弹性，这正是James抓住的时机。”他认为，与其他芯片初创公司相比，Substrate有机会分得一杯羹，若成功将是重大胜利。
当被问及未来挑战时，Proud先生十分愤怒。他回忆，曾有人称另一种光刻工艺无法实现，但他坚持推进，因为“如果不这样做，后果将是灾难”。他说：“如果你只有两个糟糕的选择，你就需要去创造第三个更好的选择。”
本文来自微信公众号“半导体行业观察”（ID：icbank），作者：编辑部，36氪经授权发布。
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