Elon Musk的TeraFab正通过开发自由电子激光（FEL）技术参与EUV光刻设备市场竞争，作为传统ASML系统的替代方案。

2026年春，埃隆·马斯克（Elon Musk）正式发布了TeraFab芯片制造计划。他的理由直截了当：SpaceX和特斯拉最终都将至少需要一太瓦（terawatt）的计算能力——这一规模超过了当前全球半导体产能的十倍。

当月晚些时候，马斯克通过进入光刻设备市场发出了更大的战略转向信号。行业观察人士指出，TeraFab的公告指向了自由电子激光（FEL）路径，作为打破传统极紫外（EUV）垄断的手段。马斯克后来在社交媒体上发帖“FEL FTW”（FEL将获胜），进一步证实了这一猜测，该帖被广泛解读为间接确认。结合TeraFab延长的工厂布局以及马斯克的公开声明，FEL技术路线已成为主要假设。根据此前的计划，TeraFab旨在建设一座集成的半导体制造设施，能够生产逻辑芯片和存储芯片，并将所有制造步骤——包括光刻、封装和测试——整合在一个地点内。

这种技术转变反映了更广泛的行业动向。去年七月，半导体初创公司xLight宣布完成了一轮超额认购的4亿美元B轮融资。资金将主要用于FEL研发，旨在克服现有EUV光刻的物理限制，并为2纳米及更先进工艺节点的量产提供关键的光源支持。值得注意的是，在去年三月，前英特尔首席执行官帕特·基尔辛格（Pat Gelsinger）通过LinkedIn宣布加入xLight担任执行董事长。

有一段时间，FEL技术的固有特性在半导体领域引发了激烈辩论。目前，荷兰的ASML仍然是全球唯一的EUV光刻系统制造商，占据了超过90%的光刻设备市场份额。

ASML的EUV光刻机使用激光等离子体（LPP）光源。该系统通过将30千瓦的二氧化碳激光束射入从喷嘴以每秒50,000滴的速度喷射出的锡金属液滴来运行。每个液滴被击中两次——即每秒需要100,000次激光脉冲——将其汽化为等离子体，并通过锡离子高能态之间的能量跃迁产生13.5纳米的EUV光。

虽然LPP技术成功实现了EUV光刻的商业化，但随着工艺节点的缩小，其固有的物理限制变得越来越明显。首先是能量转换效率瓶颈。如前所述，关键指标是13.5纳米的波长。与主流深紫外（DUV）光刻中使用的193纳米光源相比，EUV的波长短十五分之一，能够在硅晶圆上实现更精细的电路蚀刻。ASML目前依赖美国Cymer公司的二氧化碳激光器来激发锡等离子体并产生13.5纳米的极紫外光。Cymer的技术实现了5.5%的激光到等离子体的转换效率。当结合CO2激光器约10%的电光效率，以及收集镜的传输损耗时，从电网到晶圆的实际EUV光利用率通常低于0.5%。

其次是锡碎片污染。在等离子体生成过程中，高速溅射的锡离子和中性粒子不断沉积在极其昂贵的多层镜表面，逐渐降低反射率并缩短组件寿命。第三是功率上限。目前的LPP-EUV光源的最大输出功率已停滞在约600瓦。然而，2纳米节点及以后的制造需求要求EUV功率超过1.5千瓦。目前，500至600瓦的EUV系统严重依赖多重曝光技术来累积光子剂量，以弥补光源功率的不足。

今年二月，ASML宣布计划在2030年前将其下一代高数值孔径（high-NA）EUV光刻机的生产效率提高50%。这将通过一种新开发的光源系统来实现，该系统可提供高达1,000瓦的功率。预计到2030年，单台EUV机器的晶圆处理能力将从每小时220片增加到每小时330片。

与LPP技术不同，FEL不依赖等离子体转换。自由电子激光（Free-Electron Laser）的全套光源架构始于发射初始电子束的电子枪，随后由直线加速器将其加速至接近光速——先进设计通常采用超导直线加速器。这种高密度相对论电子束进入由周期性交变磁场组成的波荡器，导致电子横向振荡并产生自发辐射。辐射场不断调制电子束，促使形成具有与辐射波长匹配周期性的微聚束。这些微聚束电子发射相干辐射，形成正反馈回路，导致辐射强度呈指数级放大。通过种子注入等额外技术，系统最终产生稳定的EUV光束。

因此，FEL产生的极紫外波长被认为是下一代光刻的主要候选者。这些波长比当今13.5纳米的EUV标准更短，属于软X射线光谱范围。根据公开信息，xLight的技术目标是精确调谐2至7纳米范围内的Blue-X波段——也被称为“超越EUV”波段。

此外，由于整个光路消除了锡金属液滴轰击和等离子体溅射，真空腔室内不会积聚金属碎片。EUV-FEL光源还可以产生超过10千瓦的总EUV功率，使其能够同时向十台EUV光刻机每台供应超过1,000瓦的功率，而不会在钼/硅（Mo/Si）镜面表面上造成锡污染。

审视更广泛的光刻格局揭示了三种不同的技术轨迹：EUV的渐进式演变、EUV光源的创新以及非EUV替代方案。虽然这三条路径并存，但渐进式EUV发展仍是行业的绝对支柱，其他两条主要作为战略举措。

第一条轨迹集中在ASML的渐进式迭代上，这仍然是无可争议的行业核心。ASML继续牢牢主导主流市场。第一季度，该公司报告净销售额为88亿欧元，净利润为28亿欧元；第二季度，总净销售额达到93.26亿欧元，净利润为29.18亿欧元。与此同时，ASML今年第二次上调了全年指引，大幅提高了2026年的销售预测至430亿至450亿欧元。

作为上游半导体制造中最关键设备——光刻机——的首席制造商，ASML业绩的飙升反映了更广泛科技领域的持续军备竞赛。亚马逊、谷歌和微软等科技巨头已在数据中心基础设施上投入数千亿美元，引发了对先进AI芯片的巨大下游需求。这加速了生产逻辑芯片和存储芯片的晶圆厂的产能扩张，推动了对光刻设备的需求达到前所未有的水平。

产能扩张目标同样雄心勃勃。该公司计划基于2026年约65台低NA EUV工具的基础，在2027年将生产能力提高30%，同时评估2028年进一步增加30%的产能。同样，基于2026年约130台浸没式DUV工具的基础，ASML打算在2027年将产能扩大30%，并研究2028年额外增加30%的可能性。

高NA EUV光刻机代表了ASML的下一代旗舰产品。配备0.55数值孔径光学系统，这些工具实现了8纳米分辨率，使3纳米及以下工艺的生产成为可能，并为1纳米节点奠定技术基础。该设备通过单次曝光成像将电路图案化精度提高1.7倍，图像对比度提高40%，晶体管密度比以前的系统高出2.9倍，有效降低了芯片功耗，同时提高了处理速度。

然而，由于单台机器成本高昂——约为4亿美元，几乎是传统EUV系统的两倍——以及在现有生产线中适应和集成设备的重大技术挑战，高NA EUV的采用未达预期。台积电负责业务发展和全球运营的高级副总裁兼联席负责人张小强（Zhang Xiaoqiang）在年度技术论坛前的新闻发布会上透露