En la primavera de 2026, Elon Musk reveló oficialmente el gran plan de fabricación de chips TeraFab. Su razonamiento era bastante simple: SpaceX y Tesla necesitarían al menos 1 teravatio de potencia de cálculo en el futuro, una escala que supera diez veces la capacidad actual de suministro de chips a nivel mundial.
Luego, ese mismo mes, pareció hacer una apuesta aún mayor: incursionar en las máquinas de litografía.
01 TeraFab tiene sus ojos puestos en las máquinas de litografía
Un blogger publicó información que, según los mensajes divulgados por TeraFab, Elon Musk parece estar adoptando el camino del Láser de Electrones Libres (FEL, por sus siglas en inglés), con el objetivo de desafiar el monopolio del EUV tradicional.
El propio Musk publicó posteriormente en una plataforma social "FEL FTW" (FEL For The Win, ¡FEL ganará!), lo que fue interpretado por los observadores externos como una confirmación indirecta de esta especulación. Combinando el diseño de planta alargada de TeraFab y las declaraciones de Musk, la ruta tecnológica del FEL se convirtió en la dirección de especulación más candente en ese momento. Según la planificación anterior, TeraFab construirá una base de fabricación de chips integrada que producirá simultáneamente chips lógicos y de memoria, integrando además todas las etapas de litografía, encapsulado y pruebas dentro de una misma fábrica.
No fue la única señal. En julio del año pasado, la startup de semiconductores xLight anunció la finalización de una ronda de financiación Serie B sobresuscrita por 40 millones de dólares. Estos fondos se destinarán principalmente al desarrollo del FEL, con el objetivo de superar los límites físicos de la tecnología de litografía EUV actual y proporcionar soporte de fuente de luz clave para la producción en masa de chips de 2 nanómetros y nodos más avanzados. Es de destacar que en marzo del año pasado, Pat Gelsinger, ex CEO de Intel, publicó un post en la plataforma LinkedIn anunciando que se había unido a xLight como Presidente Ejecutivo.
Por un momento, las características mismas de la tecnología FEL desataron un intenso debate en la industria.
02 FEL, una solución alternativa para el EUV
En toda la cadena de suministro de chips de IA, la empresa holandesa ASML es actualmente la única compañía en el mundo capaz de fabricar equipos EUV, ocupando más del noventa por ciento de la cuota de mercado de equipos de litografía.
La máquina de litografía EUV de esta compañía utiliza una fuente de luz EUV de plasma láser (LPP). Su principio consiste en bombardear gotas de estaño líquido que salen de una boquilla a una velocidad de 50,000 por segundo con un láser de dióxido de carbono de 30kW de potencia. Cada gota es golpeada dos veces (es decir, se requieren 100,000 pulsos láser por segundo), vaporizándolas para convertirlas en plasma, y generando así luz EUV con una longitud de onda de 13.5nm a través de las transiciones entre niveles de energía de los iones de estaño altamente cargados.
Aunque la tecnología LPP ha hecho posible la comercialización de la litografía EUV, sus limitaciones físicas inherentes se están amplificando a medida que avanza el proceso de fabricación.
En primer lugar, está el cuello de botella de la eficiencia de conversión de energía. En la explicación anterior hay una palabra clave: longitud de onda de 13.5nm. Esto significa que, en comparación con la fuente de luz de 193nm 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 dióxido de carbono de la empresa estadounidense Cymer para excitar el plasma de estaño y generar luz ultravioleta extrema de 13.5nm. La eficiencia de conversión de la energía del láser al plasma de estaño con esta tecnología es del 5.5%. Sumado a la eficiencia electro-óptica del propio láser de CO2 de aproximadamente el 10%, y a las pérdidas de transmisión del espejo recolector, la utilización real de la luz EUV desde la red eléctrica hasta la oblea es generalmente inferior al 0.5%.
En segundo lugar, está la contaminación por desechos de estaño. Durante el proceso de generación del plasma, los iones de estaño y los desechos neutros proyectados a alta velocidad se depositan continuamente sobre la superficie del costosísimo espejo recolector de múltiples capas, provocando una disminución de la reflectividad y un acortamiento de su vida útil.
En tercer lugar, está el techo de potencia. La fuente de luz EUV LPP actual ha alcanzado una potencia máxima EUV de aproximadamente 600W. Sin embargo, para satisfacer las necesidades de fabricación para nodos de 2 nanómetros e inferiores, se requiere una potencia EUV superior a 1.5 kilovatios. En la actualidad, las especificaciones de EUV de 500-600W dependen principalmente de múltiples exposiciones para acumular dosis de fotones y así compensar la limitación de potencia de la fuente.
En febrero de este año, ASML anunció su plan de, antes de 2030, aumentar la productividad de la próxima generación de máquinas de litografía EUV de alta apertura numérica en un 50%, mediante la introducción de un sistema de fuente de luz completamente nuevo y de hasta 1000 vatios de potencia. Para 2030, la capacidad de procesamiento de obleas por hora de un solo equipo EUV aumentará de 220 a 330.
En comparación con la tecnología LPP, el FEL no depende de la conversión de plasma. FEL significa Láser de Electrones Libres. Todo el sistema de fuente de luz consiste en un cañón de electrones que emite un haz de electrones inicial, el cual es acelerado hasta 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 transversalmente de forma periódica bajo la influencia del campo magnético y producen radiación espontánea. El campo de radiación modula continuamente el haz de electrones, promoviendo la formación de micro-haces de electrones con el período de la onda de radiación; los electrones de estos micro-haces producen radiación coherente y forman una retroalimentación positiva, amplificando exponencialmente la intensidad de la radiación. Combinado 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 generada por el FEL se considera una candidata para la próxima generación de litografía. Esta banda de longitud de onda es más corta que la actual EUV de 13.5 nm, acercándose al rango de los rayos X blandos. Según información pública, el objetivo tecnológico de xLight es sintonizar con precisión en la banda Blue-X (también llamada banda "más allá del EUV") de 2 a 7 nanómetros.
Además, en toda la trayectoria óptica no existe el proceso de bombardeo de gotas de estaño líquido o proyección de plasma, por lo que la cavidad de vacío de la trayectoria óptica no genera depósitos de desechos metálicos. La fuente de luz EUV-FEL también puede generar una alta potencia EUV superior a 10 kW, capaz de suministrar más de 1000W de potencia EUV a 10 máquinas de litografía EUV simultáneamente, sin causar contaminación por estaño en las superficies de los espejos reflectores de Mo/Si.
03 ¿Se han reescrito las reglas del juego de las máquinas de litografía?
Desglosando la cáscara de la industria de la litografía, se pueden ver tres trayectorias tecnológicas claras: la evolución incremental del EUV, la innovación en la fuente de luz del EUV y las soluciones alternativas no basadas en EUV. Las tres coexisten, pero la evolución incremental del EUV sigue siendo el protagonista absoluto, mientras que las dos últimas se asemejan más a "jugadas de variación" en el tablero de ajedrez.
Primer campo: La evolución incremental de ASML sigue siendo el protagonista absoluto.
ASML mantiene un control firme sobre la pista principal. En el primer trimestre, sus ventas netas fueron de 8,800 millones de euros, con un beneficio neto de 2,800 millones de euros; en el segundo trimestre, las ventas netas totales fueron de 9,326 millones de euros, con un beneficio neto de 2,918 millones de euros. Paralelamente, ASML revisó significativamente al alza por segunda vez en el año su guía de resultados anual, elevando sustancialmente la previsión de ventas para 2026 a un rango de 43,000 a 45,000 millones de euros.
Como fabricante de equipos de litografía más crucial aguas arriba en la fabricación de obleas, el fuerte aumento en los resultados de ASML refleja la carrera armamentística tecnológica que se está desarrollando en toda la industria. Gigantes como Amazon, Google y Microsoft han invertido cientos de miles de millones de dólares en infraestructura, desatando una enorme demanda aguas abajo de chips de IA de alta gama. Las fábricas de obleas, tanto de lógica como de memoria, están acelerando la expansión de su capacidad, llevando la demanda de máquinas de litografía a un punto álgido.
La expansión de capacidad también es agresiva. La compañía planea, sobre la base de su plan de capacidad para 2026 de aproximadamente 65 unidades EUV de baja apertura numérica (Low NA), aumentar la capacidad en un 30% para 2027, y está estudiando incrementarla otro 30% en 2028. Al mismo tiempo, planea, sobre la base de su plan de capacidad para 2026 de aproximadamente 130 unidades DUV de inmersión, aumentar la capacidad en un 30% para 2027, y está estudiando incrementarla otro 30% en 2028.
El High-NA EUV (litografía ultravioleta extrema de alta apertura numérica) es el próximo "as en la manga" de ASML. Emplea un sistema óptico de apertura numérica 0.55, logrando una resolución de 8 nanómetros, soportando procesos de fabricación de 3 nanómetros e inferiores, y proporcionando reserva técnica para nodos de 1 nanómetro. Este equipo mejora la precisión del grabado de circuitos en 1.7 veces mediante una sola exposición, aumenta el contraste de la imagen en un 40%, logra una densidad de transistores 2.9 veces mayor que la del sistema anterior, y reduce efectivamente el consumo energético del chip mientras mejora su velocidad de cálculo.
Sin embargo, dado que el coste de una sola máquina High-NA EUV es de aproximadamente 400 millones de dólares, casi el doble que el de una máquina de litografía EUV tradicional, y existe una gran dificultad técnica para la adaptación e integración en la línea de producción, la adopción del High-NA EUV no es muy ideal. Zhang Xiaogiang, Vicepresidente Senior de Desarrollo de Negocio y Negocios Globales y COO Adjunto Conjunto de TSMC, reveló a los medios antes de la conferencia anual de tecnología de la compañía que actualmente no hay planes de desplegar el equipo High-NA EUV de ASML, diseñado para la próxima generación de procesadores.
Segundo campo: Innovación en la fuente de luz — un golpe preciso al "corazón" de ASML.
Esta es la ruta del FEL elegida por TeraFab de Musk y xLight. No desafía frontalmente el dominio de ASML en las máquinas ópticas completas, sino que busca un punto de ruptura en el eslabón de la fuente de luz. Esto significa que los fabricantes de chips no necesitan reemplazar en gran medida los equipos auxiliares existentes de litografía, grabado, deposición, inspección, etc., sino que simplemente reemplazando el sistema de fuente de luz pueden obtener mejoras significativas en capacidad y coste — esta ruta de actualización "plug-and-play" es muy atractiva para las fábricas de obleas.
xLight afirma que la potencia de su sistema FEL es más de 4 veces superior a la de los sistemas actuales. Desplegar el FEL de xLight en fábricas de obleas existentes en EE.UU. podría aumentar la productividad en un 50% y eliminar la necesidad de consumibles como el estaño o el hidrógeno; mientras que desplegarlo en nuevas fábricas de obleas podría aumentar la productividad en un 100%. Esto permitiría a los productores fabricar chips con dimensiones más pequeñas y mayor eficiencia, expandiendo así la tecnología de litografía de próxima generación.
Si la fuente de luz pudiera ser reemplazada de forma independiente, el poder de negociación de ASML se vería estructuralmente debilitado. Sin embargo, es importante destacar que ASML consideró la ruta de la fuente de luz FEL EUV hace ya una década, pero finalmente la consideró de riesgo elevado y optó por la fuente de luz EUV LPP. Por lo tanto, si los problemas de producción en masa del FEL pueden ser resueltos y cuándo, quizás aún requiera tiempo para explorarse.
Además, existen otras rutas de fuente de luz. Por ejemplo, la startup de San Francisco Substrate, fundada en 2022, eligió el camino de la litografía por rayos X basada en aceleradores de partículas. China también está avanzando en tecnología de fuente de luz EUV autónoma. Según información pública, múltiples equipos chinos están explorando diferentes rutas tecnológicas, incluyendo la investigación inversa de la tecnología LPP existente, con el objetivo de lograr un avance entre 2028 y 2030.
Entre ellos, instituciones como la Universidad de Harbin están intentando desarrollar un esquema de litografía basado en plasma inducido por descarga láser (LDP). El principio consiste en evaporar estaño entre electrodos y luego excitar plasma mediante descarga de alto voltaje. Su estructura es más simple y ocupa menos espacio que la LPP, pero su densidad de potencia luminosa es limitada, y queda la duda de si podrá soportar la producción en masa.
Tercer campo: Soluciones no tradicionales que evitan por completo el EUV, están creciendo en la sombra.
La litografía por nanoimpresión (NIL) es la de progreso comercial más rápido. Al imprimir patrones directamente mediante un molde físico, la NIL no requiere complejos sistemas ópticos ni fuentes de luz, y su costo de equipo y consumo de energía son mucho menores que los del EUV. El fabricante japonés Canon ya está impulsando la aplicación en masa de la NIL en el campo de los chips de memoria. Aunque su resolución aún no puede competir con la del High-NA EUV, en el mercado de chips de memoria, donde los requisitos de ancho de línea son relativamente más flexibles, la NIL ya ha demostrado competitividad en costes.
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 un fotoresist, delineando gráficos con precisión mediante control electromagnético. Este método no depende de máscaras, lo que es muy ventajoso en etapas de desarrollo con iteraciones frecuentes de diseño, especialmente adecuado para escenarios como dispositivos cuánticos, nuevas estructuras de materiales, prototipos de chips y fabricación de máscaras.
Pero hasta ahora, la litografía por haz de electrones ha permanecido principalmente en el ámbito de la investigación y aplicaciones a pequeña escala. La razón no está en la resolución, sino en la eficiencia. La escritura directa por haz de electrones es una exposición en serie; incluso con una alta precisión puntual, su capacidad de procesamiento general sigue siendo limitada, lo cual es difícil de aceptar para la producción en masa a nivel de oblea. Sin embargo, en la etapa de investigación, esta característica de "lentitud" se cambia por una gran flexibilidad. Para equipos de investigación que necesitan modificar repetidamente el diseño, verificar modelos físicos o explorar nuevas estructuras de dispositivos, evitar el proceso de fabricación de máscaras a menudo es más importante que aumentar la velocidad de exposición.
Hoy en día, el EUV se asemeja cada vez más a un veterano que ha corrido durante mucho tiempo. Sus cuellos de botella tecnológicos son reales, pero la red ecológica que ASML ha tejido a su alrededor durante veinte años también lo es. Para que un nuevo participante entre en el campo, no basta con correr rápido por sí solo; necesita que toda la pista cambie las reglas con él.
El plan TeraFab de Musk es, en esencia, una gran apuesta: apostar a que el FEL pueda pasar del laboratorio a la fábrica de obleas, apostar a que el reemplazo "plug-and-play" de la fuente de luz pueda eludir las barreras de patentes de ASML, y apostar a que la demanda de 1 teravatio de potencia de cálculo sea suficiente para sostener una nueva cadena de suministro.
La dirección que debe tomar la próxima generación de tecnología de litografía quizás no esté muy lejos. Pero lo que es seguro es que, cuando Musk publicó "FEL FTW" en la plataforma social, el negocio de las máquinas de litografía ya no es un juego solo para ASML.
Este artículo proviene del WeChat público "Semiconductor Industry Vertical and Horizontal" (ID: ICViews), autor: Feng Ning
