Musim semi tahun 2026, Musk secara resmi mengumumkan rencana besar manufaktur chip TeraFab. Alasannya cukup sederhana: SpaceX dan Tesla setidaknya membutuhkan daya komputasi 1 terawatt di masa depan, skala ini melebihi 10 kali lipat kapasitas pasokan chip global saat ini.
Kemudian pada bulan ini, dia sepertinya menempatkan taruhan yang lebih besar: memasuki industri mesin fotolitografi.
01 TeraFab, Menargetkan Mesin Fotolitografi
Seorang blogger memposting informasi bahwa, dari rilis berita TeraFab, Elon Musk sepertinya akan mengambil jalur FEL (Free Electron Laser: laser elektron bebas) untuk mengganggu monopoli EUV tradisional.
Musk sendiri kemudian memposting "FEL FTW" (FEL Untuk Kemenangan) di platform media sosial, yang dianggap oleh publik sebagai konfirmasi tidak langsung terhadap spekulasi ini. Menggabungkan desain pabrik TeraFab yang ramping dan pernyataan Musk, jalur teknologi FEL menjadi arah dugaan paling populer saat ini. Menurut perencanaan sebelumnya, TeraFab akan membangun basis manufaktur chip terintegrasi, memproduksi chip logika dan chip memori sekaligus, serta mengintegrasikan seluruh tahapan seperti fotolitografi, pengemasan, dan pengujian ke dalam satu pabrik yang sama.
Kebetulan, pada Juli tahun lalu, perusahaan rintangan semikonduktor xLight mengumumkan telah menyelesaikan pendanaan Seri B oversubscribed senilai $40 juta. Pendanaan ini akan difokuskan pada pengembangan FEL, dengan tujuan melampaui batas fisik teknologi fotolitografi EUV yang ada, dan mendukung produksi massal chip untuk node 2 nanometer dan lebih maju. Perlu dicatat, pada Maret tahun lalu, mantan CEO Intel Pat Gelsinger memposting di platform LinkedIn bahwa dia telah bergabung dengan xLight sebagai Ketua Eksekutif.
Untuk sementara waktu, karakteristik teknologi FEL itu sendiri memicu diskusi hangat di industri.
02 FEL, Memberikan Solusi Berbeda untuk EUV
Dalam seluruh rantai pasok chip AI, perusahaan Belanda ASML saat ini adalah satu-satunya perusahaan di dunia yang mampu membuat peralatan EUV, menguasai lebih dari sembilan puluh persen pangsa pasar peralatan fotolitografi.
Mesin fotolitografi EUV perusahaan ini menggunakan sumber cahaya EUV plasma laser (LPP). Prinsipnya adalah dengan menembakkan laser karbon dioksida berdaya 30kW ke tetesan logam timah cair yang menyembur dari nozzle dengan kecepatan 50.000 tetes per detik, setiap tetes ditembak dua kali (yaitu membutuhkan 100.000 pulsa laser per detik), menguapkannya menjadi plasma, dan mendapatkan cahaya EUV dengan panjang gelombang 13.5nm melalui transisi tingkat energi ion timah bermuatan tinggi.
Meskipun teknologi LPP telah mencapai komersialisasi fotolitografi EUV, batasan fisik bawaan semakin membesar seiring dengan kemajuan node proses.
Pertama adalah hambatan efisiensi konversi energi. Dalam penjelasan di atas ada kata kunci: panjang gelombang 13.5nm. Ini berarti dibandingkan dengan sumber cahaya 193nm yang digunakan dalam mesin fotolitografi DUV arus utama saat ini, panjang gelombang sumber cahaya EUV hanya seperlima belas, memungkinkan penorehan saluran yang lebih kecil pada wafer silikon. Saat ini ASML terutama menggunakan laser karbon dioksida dari perusahaan Amerika Cymer untuk mengeksitasi plasma timah menghasilkan cahaya ultraviolet ekstrem 13.5nm. Efisiensi konversi dari pendorong teknologi perusahaan ini dari laser ke plasma timah mencapai 5.5%. Ditambah dengan efisiensi elektro-optik laser karbon dioksida itu sendiri sekitar 10%, serta kehilangan transmisi cermin kolektor, pemanfaatan cahaya EUV aktual dari jaringan listrik ke wafer umumnya kurang dari 0.5%.
Kedua adalah kontaminasi serpihan timah. Selama proses produksi plasma, ion timah dan serpihan netral yang terpercik dengan kecepatan tinggi akan terus mengendap di permukaan cermin kolektor berlapis-lapis yang sangat mahal, menyebabkan penurunan reflektivitas dan pemendekan umur.
Ketiga adalah batas atas daya. Sumber cahaya EUV LPP saat ini telah mencapai daya EUV maksimum sekitar 600W. Namun, untuk memenuhi kebutuhan manufaktur node 2 nanometer ke bawah, daya EUV yang dibutuhkan harus melebihi 1.5 kilowatt. EUV spesifikasi 500-600W saat ini terutama bergantung pada eksposur berganda untuk mengakumulasi dosis foton guna mengimbangi kekurangan daya sumber cahaya.
Pada Februari tahun ini, ASML mengumumkan rencana untuk meningkatkan produktivitas mesin fotolitografi EUV aperture numerik tinggi generasi berikutnya sebesar 50% sebelum tahun 2030, dengan memperkenalkan sistem sumber cahaya baru yang berdaya hingga 1000 watt. Pada tahun 2030, kapasitas pemrosesan wafer perangkat EUV tunggal akan meningkat dari 220 wafer per jam menjadi 330 wafer per jam.
Dibandingkan dengan teknologi LPP, FEL tidak bergantung pada konversi plasma. FEL adalah singkatan dari Free Electron Laser (Laser Elektron Bebas). Seluruh sistem sumber cahaya terdiri dari pistol elektron yang memancarkan berkas elektron awal, dipercepat oleh akselerator linier (skema canggih banyak menggunakan akselerator linier superkonduktor) hingga mendekati kecepatan cahaya. Berkas elektron berdensitas tinggi dalam keadaan relativistik memasuki undulator yang terdiri dari medan magnet bolak-balik periodik, elektron berosilasi secara transversal secara periodik di bawah pengaruh medan magnet dan menghasilkan radiasi spontan; medan cahaya radiasi terus memodulasi berkas elektron, mendorong elektron membentuk mikro-berkas dengan periode gelombang radiasi, elektron mikro-berkas menghasilkan radiasi koheren dan membentuk umpan balik positif, intensitas cahaya radiasi meningkat secara eksponensial; dengan bantuan teknik seperti injeksi benih, sistem akhirnya dapat mengeluarkan berkas cahaya EUV dengan panjang gelombang stabil.
Oleh karena itu, panjang gelombang cahaya ultraviolet ekstrem yang dihasilkan FEL dianggap sebagai kandidat gelombang untuk fotolitografi generasi berikutnya. Rentang gelombang ini lebih pendek dari panjang gelombang EUV saat ini 13.5 nanometer, mendekati rentang sinar-X lembut. Menurut informasi publik, target teknologi xLight adalah menyetel secara tepat dalam rentang gelombang Blue-X 2~7 nanometer (juga disebut rentang "melampaui EUV").
Selain itu, di dalam seluruh jalur cahaya tidak ada proses penembakan tetesan logam timah atau percikan plasma, rongga vakum jalur cahaya tidak akan menghasilkan pengendapan serpihan logam. Sumber cahaya EUV-FEL juga dapat menghasilkan daya EUV tinggi melebihi 10 kW, dapat secara bersamaan memasok daya EUV lebih dari 1000W untuk 10 mesin fotolitografi EUV, tanpa menyebabkan kontaminasi timah pada permukaan cermin reflektor Mo/Si.
03 Apakah Aturan Permainan Mesin Fotolitografi Telah Diubah?
Mengupas kulit industri fotolitografi, terlihat tiga jejak teknologi yang jelas: iterasi bertahap EUV, inovasi sumber cahaya EUV, dan solusi alternatif non-EUV. Ketiganya hidup berdampingan, tetapi iterasi EUV tetap menjadi pemain utama absolut, dua yang terakhir lebih seperti "gerakan variasi" dalam permainan catur.
Kubu pertama: Iterasi Bertahap ASML, Tetap Pemain Utama Absolut.
ASML masih menguasai jalur utama dengan kuat. Kuartal pertama tahun ini penjualan bersih €88 miliar, laba bersih €28 miliar; kuartal kedua total penjualan bersih €93.26 miliar, laba bersih €29.18 miliar. Pada saat yang sama, ASML juga menaikkan panduan kinerja tahunan untuk kedua kalinya dalam tahun ini, meningkatkan prediksi penjualan tahun 2026 secara signifikan menjadi €430 hingga €450 miliar.
Sebagai pabrik peralatan fotolitografi inti paling hulu dari manufaktur wafer, lonjakan kinerja ASML mencerminkan perlombaan senjata yang sedang berlangsung di seluruh industri teknologi. Di antaranya, raksasa seperti Amazon, Google, Microsoft telah menginvestasikan ratusan miliar dolar di bidang infrastruktur, memicu permintaan besar-besaran untuk chip AI kelas tinggi di hilir. Fab wafer termasuk logika dan memori mempercepat ekspansi produksi, mendorong permintaan mesin fotolitografi ke titik memanas.
Ekspansi kapasitas juga sangat agresif. Perusahaan ini berencana, berdasarkan perencanaan kapasitas sekitar 65 EUV aperture numerik rendah (Low NA) pada tahun 2026, untuk meningkatkan kapasitas sebesar 30% pada tahun 2027, dan sedang mempelajari peningkatan kapasitas tambahan 30% pada tahun 2028. Secara bersamaan, berencana, berdasarkan perencanaan kapasitas sekitar 130 DUV imersi pada tahun 2026, untuk meningkatkan kapasitas sebesar 30% pada tahun 2027, dan sedang mempelajari peningkatan tambahan 30% pada tahun 2028.
High-NA EUV (mesin fotolitografi ultraviolet ekstrem aperture numerik tinggi) adalah "kartu truf" generasi berikutnya ASML. Perangkat ini menggunakan sistem optik aperture numerik 0.55, dapat mencapai resolusi 8 nanometer, mendukung proses teknologi 3 nanometer ke bawah, dan menyediakan cadangan teknis untuk node 1 nanometer. Perangkat ini meningkatkan kehalusan etsa sirkuit 1.7 kali melalui eksposur tunggal, meningkatkan kontras pencitraan 40%, mencapai kepadatan transistor 2.9 kali sistem generasi sebelumnya, secara efektif mengurangi konsumsi daya chip dan meningkatkan kecepatan komputasi.
Namun, karena biaya perangkat High-NA EUV tunggal sekitar $400 juta, hampir dua kali lipat mesin fotolitografi EUV tradisional, dan ada kesulitan teknis yang sangat tinggi dalam adaptasi dan integrasi lini produksi, penerapan High-NA EUV tidak ideal. Chang Shih-wei, Wakil Presiden Senior dan Wakil COO Bersama untuk Pengembangan Bisnis dan Bisnis Global TSMC, mengungkapkan kepada media dalam konferensi pers sebelum forum teknologi tahunan bahwa perusahaan saat ini tidak berencana untuk menggunakan perangkat High-NA EUV yang dirancang khusus oleh ASML untuk prosesor generasi berikutnya.
Kubu kedua: Inovasi Sumber Cahaya — Serangan Tepat Sasaran ke "Jantung" ASML.
Ini adalah jalur FEL yang dipilih oleh TeraFab Musk dan xLight. Tidak menantang secara langsung kekuasaan ASML dalam mesin optik utuh, tetapi mencari titik terobosan di segmen sumber cahaya. Ini berarti pembuat chip tidak perlu melakukan penggantian besar-besaran pada peralatan pendukung fotolitografi, etching, deposisi, inspeksi yang ada, cukup mengganti sistem sumber cahaya untuk mendapatkan peningkatan kapasitas dan biaya yang signifikan — jalur peningkatan "plug-and-play" seperti ini sangat menarik bagi fab wafer.
xLight mengklaim, daya sistem FEL mereka lebih dari 4 kali sistem yang ada. Penerapan xLight FEL di fab wafer yang ada di AS dapat meningkatkan efisiensi produksi sebesar 50%, dan menghilangkan kebutuhan akan bahan habis pakai seperti timah atau hidrogen; sedangkan penerapan xLight FEL di fab wafer baru dapat meningkatkan efisiensi produksi sebesar 100%. Ini akan memungkinkan produsen membuat chip dengan ukuran fitur lebih kecil dan efisiensi lebih tinggi, sehingga memperluas teknologi fotolitografi generasi berikutnya.
Jika sumber cahaya dapat diganti secara independen, daya tawar ASML akan melemah secara struktural. Namun perlu dicatat, ASML sudah mempertimbangkan jalur sumber cahaya EUV FEL sepuluh tahun yang lalu, tetapi akhirnya menganggap risikonya terlalu tinggi, dan beralih ke sumber cahaya EUV LPP. Oleh karena itu, apakah masalah produksi massal FEL dapat diatasi, dan kapan, mungkin masih perlu waktu untuk diselidiki.
Selain itu, ada jalur sumber cahaya lain. Misalnya, perusahaan rintangan San Francisco yang didirikan pada tahun 2022, Substrate, memilih jalur fotolitografi sinar-X berbasis akselerator partikel. China juga sedang memajukan teknologi sumber cahaya EUV mandiri. Menurut informasi publik, beberapa tim dalam negeri sedang menjelajahi jalur teknologi berbeda, termasuk penelitian terbalik teknologi LPP yang ada, dengan target mencapai terobosan antara tahun 2028 hingga 2030.
Di antaranya, lembaga seperti Harbin Institute of Technology mencoba mengembangkan skema fotolitografi berbasis Laser-Induced Discharge Plasma (LDP). Prinsipnya adalah menguapkan timah antara elektroda kemudian mengeksitasi plasma melalui pelepasan muatan tegangan tinggi, strukturnya lebih sederhana dan lebih kecil daripada LPP, tetapi kepadatan daya cahaya terbatas, apakah dapat mendukung produksi massal masih dipertanyakan.
Kubu ketiga: Solusi Non-Tradisional yang Sepenuhnya Melewati EUV, Tumbuh di Tempat Gelap.
Fotolitografi cetak nano (NIL) adalah salah satu yang paling cepat berkembang secara komersial. Dengan menggunakan cetakan fisik untuk langsung mencetak pola, NIL tidak memerlukan sistem optik dan sumber cahaya yang kompleks, biaya perangkat dan konsumsi daya jauh lebih rendah daripada EUV. Produsen Jepang Canon telah mendorong penerapan produksi massal NIL di bidang chip memori. Meskipun resolusi belum dapat menyaingi High-NA EUV, di pasar chip memori dengan persyaratan lebar garis yang relatif longgar, NIL telah menunjukkan daya saing biaya.
Penulisan langsung berkas elektron (EBL) mengambil jalur yang sangat berbeda. Fotolitografi berkas elektron pada dasarnya adalah teknologi penulisan langsung, menggunakan berkas elektron terfokus untuk mengekspos resist titik demi titik, menggambar grafik secara tepat melalui kontrol elektromagnetik. Metode ini tidak bergantung pada masker, sangat menguntungkan pada tahap pengembangan dengan iterasi desain yang sering, terutama cocok untuk skenario seperti perangkat kuantum, struktur material baru, chip prototipe, serta pembuatan masker.
Tapi sejauh ini, fotolitografi berkas elektron lama ada di bidang penelitian dan aplikasi skala kecil. Alasannya bukan pada resolusi, tetapi pada efisiensi. Penulisan langsung berkas elektron termasuk eksposur serial, meskipun akurasi titik tunggalnya tinggi, kemampuan throughput keseluruhan tetap terbatas, yang sulit diterima dalam produksi massal tingkat wafer. Namun pada tahap pengembangan, karakteristik "lambat" ini justru ditukar dengan fleksibilitas yang sangat tinggi. Bagi tim penelitian yang perlu berulang kali memodifikasi tata letak, memverifikasi model fisik, atau mengeksplorasi struktur perangkat baru, menghemat proses pembuatan masker seringkali lebih penting daripada meningkatkan kecepatan eksposur.
Saat ini, EUV semakin seperti veteran yang sudah lama berlari. Hambatan teknis adalah nyata, tetapi jaringan ekosistem yang ditenun ASML di sekitarnya selama dua puluh tahun juga nyata. Peserta baru yang ingin turun, hanya lari cepat sendiri tidak cukup — harus membuat seluruh lintasan mengubah aturan bersamanya.
Rencana TeraFab Musk, pada dasarnya adalah taruhan besar: bertaruh FEL dapat bergerak dari laboratorium ke fab wafer, bertaruh penggantian sumber cahaya "plug-and-play" dapat menghindari penghalang paten ASML, bertaruh permintaan daya komputasi 1 terawatt cukup untuk mendukung rantai pasok baru.
Bagaimana teknologi fotolitografi generasi berikutnya harus berjalan, jawabannya mungkin tidak terlalu jauh. Tapi yang pasti — ketika Musk mengetik "FEL FTW" di platform media sosial, bisnis mesin fotolitografi ini bukan lagi permainan ASML seorang diri.
Artikel ini dari akun WeChat publik "Semiconductor Industry Vertical and Horizontal" (ID: ICViews), penulis: Feng Ning
