En la primavera de 2026, Musk reveló oficialmente el gran plan de fabricación de chips TeraFab. Su razón es muy simple: SpaceX y Tesla necesitarán al menos 1 teravatio de potencia de cómputo en el futuro, y esta escala supera en más de 10 veces la capacidad actual de suministro global de chips.
Posteriormente, este mes, parece haber hecho una apuesta aún mayor: incursionar en las máquinas de litografía.
01 TeraFab, apuntando a las máquinas de litografía
Un blogger publicó un mensaje diciendo que, según las noticias publicadas por TeraFab, Elon Musk parece estar siguiendo la ruta FEL (Free Electron Laser: láser de electrones libres), para revolucionar el monopolio del EUV tradicional.
El propio Musk luego publicó en la plataforma social "FEL FTW" (FEL para ganar), lo que fue visto externamente como una confirmación indirecta de esta especulación. Combinando el diseño alargado de la fábrica de TeraFab y las declaraciones de Musk, la ruta tecnológica FEL se ha convertido en la dirección de especulación más popular actualmente. Según los planes anteriores, TeraFab construirá una base integrada de fabricación de chips, produciendo tanto chips lógicos como de memoria, e integrando todos los procesos de litografía, empaquetado y prueba en la misma fábrica.
No es coincidencia que, en julio del año pasado, la startup de semiconductores xLight anunciara la finalización de una ronda de financiación Serie B de 40 millones de dólares con sobresuscripción. Esta financiación se centrará en la investigación y desarrollo de FEL, con el objetivo de superar los límites físicos de la tecnología EUV existente y proporcionar soporte clave de fuente de luz para la producción en masa de chips de 2 nanómetros y procesos más avanzados. Es notable que, en marzo del año pasado, el ex CEO de Intel, Pat Gelsinger, publicara un artículo en LinkedIn diciendo que se había unido a xLight como presidente ejecutivo.
De repente, las características de la tecnología FEL en sí misma provocaron un acalorado debate en la industria.
02 FEL, una solución diferente para EUV
En toda la cadena de suministro de chips de IA, la holandesa ASML es actualmente la única empresa en el mundo capaz de fabricar equipos EUV, ocupando más del 90% de la cuota de mercado de equipos de litografía.
La máquina de litografía EUV de esta empresa utiliza una fuente de luz EUV de plasma láser (LPP), cuyo principio es bombardear gotas de estaño metálico que se expulsan de una boquilla a una velocidad de 50,000 gotas por segundo con un láser de CO2 de 30 kW de potencia, cada gota es bombardeada dos veces (es decir, se necesitan 100,000 pulsos de láser por segundo), evaporándolas en plasma, y obteniendo luz EUV de 13.5 nm de longitud de onda a través de transiciones entre niveles de energía de iones de estaño de alta valencia.
Aunque la tecnología LPP ha logrado la comercialización de la litografía EUV, sus limitaciones físicas inherentes se están amplificando a medida que avanzan los procesos.
Primero, el cuello de botella de la eficiencia de conversión de energía. En la explicación anterior hay una palabra clave: longitud de onda de 13.5 nm. Esto significa que en comparación con la fuente de luz de 193 nm utilizada en las máquinas de litografía DUV actuales, la fuente de luz EUV es solo una quinceava parte, lo que permite grabar canales más pequeños en la oblea de silicio. Actualmente, ASML utiliza principalmente láseres de CO2 de la empresa estadounidense Cymer para excitar plasma de estaño y producir luz ultravioleta extrema de 13.5 nm. La eficiencia de conversión de la tecnología de láser a plasma de estaño alcanza el 5.5%, más la eficiencia electro-óptica del propio láser de CO2 de aproximadamente el 10%, y las pérdidas de transmisión del espejo colector, la utilización real de luz EUV desde la red eléctrica hasta la oblea es generalmente inferior al 0.5%.
Segundo, la contaminación por residuos de estaño. Durante el proceso de generación de plasma, los iones de estaño y los residuos neutros que se rocían a alta velocidad se depositan continuamente en la superficie del espejo colector de múltiples capas extremadamente costoso, lo que provoca una disminución de la reflectividad y una vida útil más corta.
Tercero, el techo de potencia. Actualmente, la fuente de luz LPP-EUV ha alcanzado una potencia máxima de EUV de aproximadamente 600 W. Sin embargo, para satisfacer las necesidades de fabricación de nodos de 2 nm y menores, la potencia EUV requerida debe superar los 1.5 kilovatios. En la etapa actual, el EUV de especificación de 500-600 vatios depende principalmente de la exposición múltiple para acumular dosis de fotones y así compensar la deficiencia de potencia de la fuente de luz.
En febrero de este año, ASML anunció que planea, antes de 2030, introducir un nuevo sistema de fuente de luz con una potencia de hasta 1000 vatios para aumentar la eficiencia de producción de la próxima generación de máquinas de litografía EUV de alta apertura numérica en un 50%. Para 2030, la capacidad de procesamiento de obleas de un solo equipo EUV aumentará de 220 obleas por hora a 330.
En comparación con la tecnología LPP, FEL no depende de la conversión de plasma. FEL significa láser de electrones libres. Todo el sistema de fuente de luz emite un haz de electrones inicial desde un cañón de electrones, que se acelera a velocidades cercanas a la de la luz mediante un acelerador lineal (los esquemas avanzados suelen utilizar aceleradores lineales superconductores). El haz de electrones de alta densidad en estado relativista entra en un ondulador compuesto por campos magnéticos alternos periódicos. Los electrones oscilan periódicamente en dirección transversal bajo la acción del campo magnético y producen radiación espontánea; el campo de radiación modula continuamente el haz de electrones, lo que induce a los electrones a formar microagrupaciones con un período igual a la longitud de onda de radiación. Los electrones microagrupados producen radiación coherente y forman una retroalimentación positiva, amplificando exponencialmente la intensidad de la radiación; con técnicas como la inyección de semilla, el sistema puede finalmente emitir un haz EUV de longitud de onda estable.
Por lo tanto, la longitud de onda de la luz ultravioleta extrema producida por FEL se considera una banda candidata para la litografía de próxima generación. Esta banda es más corta que la longitud de onda EUV actual de 13.5 nanómetros y se acerca al rango de rayos X blandos. Según información pública, el objetivo técnico de xLight es sintonizar con precisión en la banda Blue-X de 2 a 7 nanómetros (también llamada banda "más allá de EUV").
Además, en todo el camino óptico no hay proceso de bombardeo de gotas de estaño metálico ni pulverización de plasma, y la cavidad de vacío del camino óptico no acumula residuos metálicos. La fuente de luz EUV-FEL también puede producir alta potencia EUV de más de 10 kW, y puede suministrar más de 1000 W de potencia EUV a 10 máquinas de litografía EUV simultáneamente, sin causar contaminación de estaño en los espejos Mo/Si.
03 ¿Se han reescrito las reglas del juego de las máquinas de litografía?
Al pelar la cáscara de la industria de la litografía, se pueden ver tres trayectorias tecnológicas claras: la iteración progresiva de EUV, la innovación de la fuente de luz EUV y las alternativas no EUV. Las tres coexisten, pero la iteración de EUV sigue siendo el protagonista absoluto, y las dos últimas son más como "movimientos de cambio" en el juego de ajedrez.
Primer campamento: la iteración progresiva de ASML sigue siendo el protagonista absoluto.
ASML sigue controlando firmemente la pista principal. En el primer trimestre de este año, las ventas netas fueron de 8.8 mil millones de euros y el beneficio neto de 2.8 mil millones de euros; en el segundo trimestre, las ventas netas totales fueron de 9.326 mil millones de euros y el beneficio neto de 2.918 mil millones de euros. Al mismo tiempo, ASML también elevó significativamente su guía de rendimiento anual por segunda vez en el año, aumentando la previsión de ventas para todo el año 2026 a 43-45 mil millones de euros.
Como el fabricante de equipos de litografía más importante en la parte superior de la fabricación de obleas, el aumento vertiginoso de los resultados de ASML refleja la carrera armamentista que se está desarrollando en toda la industria tecnológica. Entre ellos, Amazon, Google, Microsoft y otros gigantes están invirtiendo cientos de miles de millones de dólares en infraestructura, lo que desencadena una enorme demanda de chips de IA de alta gama en el extremo inferior, y las fábricas de obleas, incluidas las de lógica y memoria, aceleran la expansión de la capacidad, llevando la demanda de máquinas de litografía a un punto álgido.
La expansión de la capacidad también es agresiva. La compañía planea, basándose en el plan de capacidad de aproximadamente 65 unidades EUV de baja apertura numérica (Low NA) para 2026, aumentar la capacidad en un 30% en 2027, y está estudiando aumentar la capacidad en otro 30% en 2028. Al mismo tiempo, planea, basándose en el plan de capacidad de aproximadamente 130 unidades DUV de inmersión para 2026, aumentar la capacidad en un 30% en 2027, y está estudiando aumentar la capacidad en otro 30% en 2028.
High-NA EUV (máquina de litografía ultravioleta extrema de alta apertura numérica) es el próximo "as" de ASML. Utiliza un sistema óptico de apertura numérica de 0.55, puede lograr una resolución de 8 nanómetros, soporta procesos de 3 nanómetros y menores, y proporciona reserva técnica para el nodo de 1 nanómetro. El equipo mejora la precisión del grabado de circuitos en 1.7 veces mediante una sola exposición, aumenta el contraste de imagen en un 40%, y la densidad de transistores alcanza 2.9 veces la del sistema anterior, reduciendo efectivamente el consumo de energía del chip y mejorando la velocidad de cálculo.
Sin embargo, debido a que el costo de una sola máquina High-NA EUV es de aproximadamente 400 millones de dólares, casi el doble que la máquina EUV tradicional, y la integración y adaptación de la línea de producción presenta una dificultad técnica extremadamente alta, la aplicación de High-NA EUV no es muy ideal. Zhang Xiaoqiang, vicepresidente senior de desarrollo comercial y negocios globales y subdirector de operaciones conjunto de TSMC, reveló a los medios en una conferencia de prensa antes del foro tecnológico anual que la compañía actualmente no tiene planes de implementar los equipos High-NA EUV diseñados por ASML específicamente para procesadores de próxima generación.
Segundo campamento: innovación de la fuente de luz: un golpe preciso al "corazón" de ASML.
Esta es la ruta FEL que Musk, TeraFab y xLight han elegido. No desafían frontalmente el dominio de ASML en máquinas ópticas completas, sino que buscan un punto de avance en el enlace de la fuente de luz. Esto significa que los fabricantes de chips no necesitan reemplazar en gran medida los equipos existentes de litografía, grabado, deposición, inspección, etc., solo necesitan reemplazar el sistema de fuente de luz para obtener mejoras significativas en capacidad y costos: esta ruta de actualización "plug-and-play" es extremadamente atractiva para las fábricas de obleas.
xLight afirma que la potencia de su sistema FEL es más de 4 veces la de los sistemas existentes. Desplegar xLight FEL en las fábricas de obleas existentes en EE. UU. puede aumentar la eficiencia de producción en un 50% y eliminar la necesidad de consumibles como estaño o hidrógeno; mientras que desplegar xLight FEL en nuevas fábricas de obleas puede aumentar la eficiencia de producción en un 100%. Esto permitirá a los fabricantes producir chips con características más pequeñas y mayor eficiencia, extendiendo así la próxima generación de tecnología de litografía.
Si la fuente de luz puede reemplazarse de forma independiente, el poder de negociación de ASML se debilitará estructuralmente. Pero vale la pena señalar que ASML consideró la ruta de fuente de luz FEL EUV hace diez años, pero finalmente consideró que el riesgo era alto y optó por la fuente de luz LPP EUV. Por lo tanto, si el problema de producción en masa de FEL puede resolverse y cuándo, quizás aún requiera tiempo para investigarse.
Además, hay otras rutas de fuente de luz. Por ejemplo, la startup de San Francisco Substrate, fundada en 2022, eligió la ruta de litografía de rayos X basada en aceleradores de partículas. China también está impulsando tecnología de fuente de luz EUV autónoma. Según información pública, varios equipos nacionales están explorando diferentes rutas tecnológicas, incluida la ingeniería inversa de la tecnología LPP existente, con el objetivo de lograr avances entre 2028 y 2030.
Entre ellos, instituciones como la Universidad de Tecnología de Harbin están intentando desarrollar un esquema de litografía basado en plasma inducido por láser (LDP). El principio es evaporar estaño entre electrodos y luego excitar el plasma mediante descarga de alto voltaje. La estructura es más simple que LPP y ocupa menos espacio, pero la densidad de potencia luminosa es limitada, y si puede soportar la producción en masa sigue siendo dudoso.
Tercer campo: soluciones no convencionales que evitan completamente la EUV, creciendo en la sombra.
La litografía por nanoimpresión (NIL) es una de las rutas con mayor avance comercial. Al imprimir patrones directamente con una plantilla física, NIL no requiere sistemas ópticos complejos ni fuentes de luz, y el costo del equipo y el consumo de energía son mucho menores que los de EUV. El fabricante japonés Canon ya está impulsando la aplicación de producción en masa de NIL en el campo de chips de memoria. Aunque la resolución aún no puede competir con High-NA EUV, en el mercado de chips de memoria, donde los requisitos de ancho de línea son relativamente flexibles, NIL ya ha demostrado competitividad en costos.
La escritura directa por haz de electrones (EBL) sigue un camino completamente diferente. La litografía por haz de electrones es esencialmente una tecnología de escritura directa que utiliza un haz de electrones enfocado para exponer punto por punto sobre el fotorresistente, delineando patrones con precisión mediante control electromagnético. Este método no depende de máscaras, lo que es muy ventajoso en la etapa de I+D con iteraciones frecuentes de diseño, especialmente adecuado para dispositivos cuánticos, estructuras de nuevos materiales, chips prototipo y fabricación de máscaras.
Pero hasta ahora, la litografía por haz de electrones ha existido durante mucho tiempo en los campos de investigación científica y aplicaciones a pequeña escala. La razón no es la resolución, sino la eficiencia. La escritura directa por haz de electrones es una exposición en serie; incluso si la precisión de un solo punto es alta, la capacidad de procesamiento general sigue siendo limitada, lo que es difícil de aceptar en la producción a nivel de oblea. Sin embargo, en la etapa de I+D, esta característica "lenta" se convierte en una flexibilidad extremadamente alta. Para los equipos de investigación que necesitan modificar repetidamente el diseño, verificar modelos físicos o explorar nuevas estructuras de dispositivos, omitir el proceso de fabricación de máscaras a menudo es más importante que aumentar la velocidad de exposición.
Hoy, EUV se parece cada vez más a un veterano que ha corrido durante mucho tiempo. Los cuellos de botella técnicos son reales, pero también lo es la red ecológica que ASML ha tejido a su alrededor durante veinte años. Los nuevos jugadores que quieran entrar no solo necesitan correr rápido ellos mismos, sino que también deben hacer que toda la pista cambie sus reglas con ellos.
El plan TeraFab de Musk es esencialmente una gran apuesta: apostar a que FEL pueda pasar del laboratorio a la fábrica de obleas, que el reemplazo de fuente de luz "plug-and-play" pueda sortear las barreras de patentes de ASML, y que la demanda de potencia de cómputo de 1 teravatio sea suficiente para sostener una cadena de suministro completamente nueva.
Cómo debería avanzar la próxima generación de tecnología de litografía, la respuesta quizás no esté lejos. Pero lo que es seguro es que cuando Musk publicó "FEL FTW" en las redes sociales, el negocio de las máquinas de litografía ya no es un juego de un solo hombre de ASML.
Este artículo proviene de la cuenta pública de WeChat "Semiconductor Industry Zongheng" (ID: ICViews), autor: Feng Ning
