马斯克暗示Terafab晶圆厂将采用FEL EUV光源以降低能耗与污染

8 月 12 日消息，埃隆·马斯克正在推进的“Terafab”计划，或将引入一套区别于现有主流路线的 EUV 光源方案。根据马斯克近期释放出的信息，这座晶圆厂有望采用自由电子激光器（FEL）技术，替代 ASML 当前使用的激光产生等离子体（LPP）光源。马斯克在社交平台 X 回复相关讨论时还直接写道：“自由电子激光器万岁”（FEL, FTW），这一表态也被外界普遍解读为他对 FEL EUV 技术前景的明确看好。

据本站了解，目前半导体行业的 EUV 光刻设备主要依赖 LPP 技术。这一方案通过高功率激光轰击高速运动的锡液滴，形成高温等离子体，进而释放出波长为 13.5 纳米的 EUV 光，也就是极紫外光刻所需的核心光源。

不过，LPP 技术也存在两项较为突出的短板。首先，其能量转换效率偏低，输入电能中最终只有约 0.1% 能转化为 EUV 输出。其次，激光轰击锡液滴的过程中会产生碎屑与污染物，从而增加设备清洁、维护和停机检修的需求。

尽管存在上述限制，LPP 目前依然是唯一实现大规模量产应用的 EUV 光源技术。一个关键原因在于，这类设备体积相对较小，通常仅为几立方米，可以直接集成到光刻机内部，更适合当前先进晶圆厂的部署方式。

相比之下，自由电子激光器（FEL）采用的是另一种技术路径：它不依赖等离子体发光，而是通过高能电子束直接产生光束。简单来说，系统先将电子加速到接近光速，再让其穿过一组交替排列的磁铁，电子在高速运动过程中便会辐射出强烈且高度集中的光。更重要的是，只要调节电子能量以及磁铁间距，FEL 就能够输出 EUV 光刻所需的 13.5 纳米波长；从理论上看，这一机制甚至还能进一步拓展到 6.x 纳米乃至更短波长，为下一代光刻技术留下想象空间。

此外，FEL 不需要使用锡液滴作为介质，因此能够避免锡污染问题，这有助于降低光学系统损耗，并减少设备停机维护时间，提升晶圆厂连续运行效率。

FEL 还有望显著降低能耗。资料显示，目前 LPP 技术每产生 1 千瓦的 EUV 光输出，大约需要 4.4 兆瓦的输入功率；而 FEL 从理论上看仅需约 0.7 兆瓦。这意味着，若 FEL EUV 光源能够成熟落地，其在功耗控制和运营成本方面可能具备明显优势。

不过，FEL 面临的一大挑战在于设备占地面积非常大。这类系统若直接应用于传统半导体晶圆厂，整体体积可能过于庞大，部署难度较高。但 Terafab 本身被设想为超大规模生产设施，因此反而可能更适合导入集中式 FEL-EUV 系统。

当然，FEL-EUV 目前最大的疑问仍在于何时才能真正实现商业化落地，现阶段市场上尚未出现成熟的 FEL 光源供应商，这也是其距离大规模应用仍有距离的重要原因。

目前较受关注的相关初创公司之一是 xLight。该公司获得了美国政府背景资金参与投资，其董事长则是前英特尔 CEO 帕特·基辛格。不过，xLight 目前预计最快也要到 2028 年才能交付可运行的原型机，这意味着 FEL 光源距离产业化仍需时间验证。

值得注意的是，据《华尔街日报》报道，ASML 目前最先进的激光器可产生波长约为 13.5 纳米的极紫外光，而 xLight 的目标则是实现精确到 2 纳米的波长控制。这也显示出 FEL 路线在更短波长光刻领域具备一定潜力。

无论 Terafab 最终选择哪一种 EUV 光源方案，都很难完全摆脱对 ASML 的依赖。因为完整的光刻系统不仅仅需要光源，还包括光学系统、掩模版以及控制系统，而这些恰恰是 ASML 在高端光刻机领域的核心技术优势。

因此，马斯克设想中的 FEL-EUV 方案最终能否真正落地，可能仍取决于 ASML 是否能够提供与之兼容的光刻系统。与此同时，台积电和三星仍在持续扩张先进制程产能，Terafab 若想实现大规模量产，其与现有 EUV 光刻产业链之间如何协同，也将成为影响成败的关键因素。