马斯克力挺FEL-EUV技术，TeraFab有望导入？

近日，有网友在社交媒体平台X上爆料称，根据Terafab发布的信息推测，马斯克可能计划采用自由电子激光器（FEL）技术路线，直接挑战ASML现有的LPP-EUV光源方案，颠覆传统EUV光刻技术的垄断格局。

随后，马斯克本人发文回应称“FEL FTW”（FEL必胜），似乎是侧面确认了这一推测。结合Terafab细长的厂房设计及马斯克的表态来看，TeraFab将有望采用FEL-EUV作为光源技术路线。

FEL-EUV光源有何优势？

目前光刻机巨头ASML的EUV光刻机所采用的是EUV光源系统，正是基于被称为激光等离子体EUV光源（LPP），其原理是通过30kW功率的二氧化碳激光器轰击以每秒50000滴的速度从喷嘴内喷出的锡金属液滴，每滴两次轰击（即每秒需要10万个激光脉冲），将它们蒸发成等离子体，通过高价锡离子能级间的跃迁获得13.5nm波长的EUV光线。

但是，正是由于LPP-EUV系统需要依靠功率强大高能激光脉冲来蒸发微小的锡滴（在 500,000ºC 下），使得其整个光源系统不仅庞大复杂，且功耗巨大，所产生的EUV光源的功率也有限，这也是导致当前EUV光刻机成本高昂的一大原因。目前全球仅有头部的少数的晶圆制造厂商能够用的其这种单价高达约1.5亿美元的EUV光刻机，主要用于7nm以下的先进制程芯片的制造。值得一提的是，该系统发射极紫外光的同时会产生碎屑而污染集光镜。

近年来，美国、中国、日本等国家的研究机构为了都有在研发新的基于直线电子加速器的自由电子激光（FEL）技术的EUV光源系统，希望绕过ASML所采用的LPP技术路线，大幅降低EUV光源的系统的成本。其中，基于自由电子激光器（FEL）技术的EUV光源方案被寄予厚望，目前该技术大致分为两种类型：振荡器FEL和自放大自发辐射（SASE）FEL。

在振荡器FEL中，来自电子加速器的电子束在波荡器中发光，与存储在振荡器中的波荡器光相互作用，并放大FEL光。然而，由于镜面对短波长光的反射率较差，FEL波长被限制在100nm以上；在SASE-FEL中，加速器提供的高质量电子束的自发辐射在长波荡器中自放大，无需任何振荡器和外部种子。它适用于短波长FEL，例如EUV-FEL，这也是目前研究的主要方向。

而用于SASE-FEL的直线加速器（linacs）也分为两种：正常传导和超导直线加速器。

正常传导直线加速器很常见，但其电子束的平均电流被限制在小于∼100 nA，以避免直线加速器腔因高热负荷而变形。而超导直线加速器由于热负荷极低而具有更高的束团重复频率和平均电流（通常为几十μA），因此更适合高功率的自由电子激光器。

如果与没有能量回收功能的普通直线加速器相比，拥有能量回收直线加速器（ERL）是更强大的自由电子激光器驱动器。基于ERL 的 EUV-FEL 可成为最强大的 EUV 光源，通过使用能量回收方案和超导加速器技术来克服 EUV 光刻的当前问题。

△(a) 普通直线加速器 和 (b) 能量回收直线加速器示意图。

与激光等离子体EUV光源（LPP-EUV）相比，基于ERL 的FEL-EUV光源具有多项优势：光源可产生超过 10 kW 的高 EUV 功率，且不会产生锡滴碎片，因此，它可以同时为 10 台EUV光刻机供超过1000W 的 EUV 功率，而不会对 Mo/Si 反射镜面造成锡污染。

另外，FEL-EUV技术具备高功率、高相干性、波长可调谐以及更高能效等优势，理论上可将光刻光源从当前主流的13.5nm推向6nm乃至更短波长，大幅延伸摩尔定律的生命周期。

根据此前日本筑波的高能加速器研究组织（KEK）的研究人员公布的基于FEL-EUV光源的研究论文显示，FEL-EUV光源的建设和运行成本粗略估计为10kW EUV功率4亿美元和每年4000万美元的运营成本，因此1kW EUV功率建设成本约4000万美元和每年400万美元。相比之下，通过简单的线性外推，LPP光源的建设和运行成本粗略估计为250W EUV功率2000万美元和每年1500万美元，即每1kW EUV功率建设成本为8000万美元和运行成本为每年6000万美元。

显然，LPP-EUV光源的建设成本达到了FEL-EUV光源建设成本的2倍，运营成本更是达到了其15倍。综合来看，EUV-LPP光源的成本也达到了EUV-FEL光源的3倍。这其中，集光镜的维护费用占了运营成本的大部分，因为集光镜会因锡碎屑的污染而老化，需要经常更换。另外庞大的能源消耗也是一大成本。也就是说，采用FEL-EUV光源来代替LPP-EUV光源，综合成本可以降低2倍以上。

TeraFab真的会采用FEL-EUV光源吗？供应商会是谁？

虽然FEL-EUV光源相比LPP-EUV光源拥有着很多的优势，但是其也面临着体积庞大，难以融入现有的晶圆制造洁净室的问题，比如在现有标准低EUV光刻机当中，光源位于机器本身的下方，而对于High NA EUV设备，其EUV-LPP 光源位于同一水平面上，因此任何“第三方”光源系统都必须考虑到这些事实。

但是，如果FEL-EUV光源被证实具有商业化价值的话，即便FEL-EUV技术面临体积庞大、系统复杂等技术挑战，但TeraFab作为一座从零开始规划的新一代晶圆厂，完全可以在厂房设计阶段就将FEL-EUV光源系统与晶圆制造洁净室进行一体化布局，从根源上规避“第三方光源”的兼容当前晶圆厂设计的难题。

根据马斯克的计划，“TeraFab”超级晶圆厂建设地点位于得克萨斯州奥斯汀市特斯拉园区内，规划的建筑面积至少达到1亿平方英尺，这比Gigafactory美国德克萨斯州厂（Giga Texas，1,000万平方英尺）、五角大厦（660万平方英尺）、Apple Park（282万平方英尺）以及美国购物中心（Mall of America，560万平方英尺）四者加总起来还要大。

TeraFab将为机器人、人工智能和太空数据中心制造自己的芯片，远期的目标是达到惊人的1太瓦（Terawatt，TW）级别的算力芯片产能，即每年产出超过相当于1太瓦功率的算力芯片，而1太瓦等于1000吉瓦，相当于100个当前最大的在建的10吉瓦的AI数据中心的规模。

这座TeraFab将采用2nm及更尖端的工艺制程，将芯片设计、制造、封装全流程整合在同一园区，借此将目前长6~9个月的芯片设计迭代周期缩短至仅数周。该工厂的目标是每月生产 10万片晶圆，最终增长到每月100万片，这将使每年的芯片产量达到1000 亿至2000亿颗。

如此庞大的尖端制程产能计划，无疑将需要数量庞大的EUV光刻机来作为支撑。而且一套FEL-EUV光源可以同时为10 台EUV光刻机供超过1000W 的 EUV 功率，并减少对晶圆厂洁净室内部空间的占用，可以极大降低EUV光刻机的采购与维护成本。

目前市场上也有着多家开发基于直线电子加速器的自由电子激光 （FEL） 技术的EUV光源系统的初创公司。比如由英特尔前CEO帕特·基辛格担任董事会主席的xLight。

根据官网资料介绍，xLight 研发的EUV-FEL光源系统的功率达到了当今最先进EUV光源系统的四倍，即1000W左右，号称可以将每片晶圆的光刻成本降低约 50%，并且单个 xLight 的EUV-FEL光源系统可以支持多达 20 台EUV光刻机使用，光源系统的使用寿命为 30 年，可以将资本和运营支出减少 3 倍以上，还可以保持与现有设备的兼容性。xLight计划在2028年实现商用。

△xLight的粒子加速器

xLight 称，其成立的使命是打造一种能够彻底改变光刻、计量和检测的光源。之所以有这个目标，是源于“美国必须重新夺回并保持半导体制造业的领导地位”这样的信念。xLight 利用数十年的投资和美国在粒子加速器技术、基础设施和知识方面的领导地位，正在快速开发和部署其独特的EUV-FEL光源解决方案，以实现更经济、更可持续的 EUV 光刻未来。在此基础上，xLight 设计了一个具有新功能的 HVM（大批量制造）兼容系统，该系统可提供生产力和性能，从而推动尖端半导体制造业数十年的持续进步。

值得一提的是，xLight在2025年7月完成了超额认购的4000万美元B轮融资。2025年12月，xLight又与美国商务部签署意向书（LOI），将根据《芯片与科学法案》获得1.5亿美元的联邦激励资金。这是特朗普政府芯片研发办公室（CRDO）的首笔拨款，表明下一代光刻技术是特朗普政府重振美国半导体制造业的首要任务。此举将使得美国政府成为xLight最大股东。

此外，另一家初创公司Inversion Semiconductor也在开发体积更小的基于粒子加速器的EUV光源系统。

Inversion Semiconductor希望通过缩小粒子加速器规模，打造一种新型高功率短波长的光源，从根本上改变未来光刻机架构。该公司宣称，其革命性的粒子加速器比任何其他粒子加速器都要小 1000 倍；可以将芯片尺寸缩小至物理极限的速度提升15倍；在数值孔径 (NA) 相同的情况下，晶体管密度可提高 100%；单台光刻机的吞吐量提高 3 倍，并且同样可同时为多台EUV光刻机提供光源。

近期，Inversion Semiconductor也成功获得了美国能源部“Genesis Mission”第一阶段奖项的资助，其将与美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）携手合作，致力推进以粒子加速器生产光源的光刻技术。

从目前的进展来看，xLight 的技术方案更为成熟，距离商用目标更近。Inversion Semiconductor的技术方案仍处于早期的阶段。

不过，即使马斯克的真的选择了FEL-EUV技术路线作为TeraFab晶圆厂的EUV光源系统，其仍然离不开ASML的助力，需要ASML为其定制与FEL-EUV光源配套的EUV光刻机。毕竟EUV-FEL只是解决了EUV光源问题，并不涉及光刻系统，而目前全球仅有ASML有能力提供完整的EUV光刻机解决方案。

值得一提的是，马斯克在2026年6月11日以视频方式出席了ASML的内部年度技术大会。他和ASML首席执行官傅恪礼进行了一场炉边对话，向ASML的员工阐述了他的“TeraFab”芯片制造计划。

在这种背景下，马斯克即便真的考虑为其TeraFab项目导入FEL-EUV技术路线，也不会全面押注FEL-EUV技术路线，更大的可能是采用传统的EUV光刻机和FEL-EUV光源+定制EUV光刻系统结合的方案。

小结：

当前EUV光刻市场由ASML的LPP-EUV光源方案主导，但其在设备成本、功率提升、运营成本和镜面污染等方面存在明显瓶颈。基于直线加速器的FEL-EUV光源，凭借数倍于LPP的EUV输出功率、无锡滴碎片污染、波长可调谐以及综合成本降低三分之二以上的优势，被学界和产业界视为下一代EUV光源的有力候选方案。

尽管FEL-EUV仍面临系统庞大、技术复杂度高、工程化验证不足等现实挑战，但随着xLight等美国本土企业的加速商用化推进，这一技术路线正逐渐从“实验室构想”走向“晶圆厂可行性论证”。

TeraFab作为一座从零规划的新一代晶圆厂，具备从设计端适配FEL-EUV光源的先天优势。马斯克对FEL-EUV路线的公开表态，叠加xLight获联邦资金支持、计划2028年商用的时间表，使得TeraFab是否成为全球首座“FEL-EUV晶圆厂”成为业界瞩目的焦点。

无论最终结果如何，这场围绕下一代光刻光源的技术路线之争，已经深刻揭示了半导体产业格局正在发生的变化——后摩尔时代，光刻技术路线正从“独木桥”走向新的十字路口。

编辑：芯智讯-浪客剑