自研 EUV 光源
2026 年 8 月 6 日,SpaceX 放出一支 Terafab 晶片廠夜景渲染影片,畫面中央有個巨大圓形結構,很像粒子加速器。隔天有外界猜測那是「自由電子雷射」(FEL)系統,用來取代傳統 EUV 光源。
馬斯克回覆兩個字:「FEL FTW」(Free-Electron Laser, For The Win)。
這證實了外界猜測:Terafab 要自己做 EUV 光源,路線和 ASML 不同。
Terafab 的巨大規模
Terafab 是馬斯克 2026 年 3 月宣布的晶片製造計畫,由 Tesla、SpaceX 與 xAI 合資,目標是打造一座垂直整合的 2 奈米晶片工廠,地點在德州一座除役燃煤電廠舊址。第一期投資額 168 億美元,規劃廠房面積超過 1 億平方英尺(約 930 萬平方公尺)。
拿幾個台灣知名建築物對照:
| 建築物 | 樓地板面積 | 相當於 Terafab 的幾分之一 |
|---|---|---|
| Terafab(規劃中) | 逾 1 億平方英尺(約 930 萬平方公尺) | 1 倍(基準) |
| 台北 101 | 總樓地板面積約 37 萬平方公尺 | 約 1/25 |
| 台北大巨蛋 | 總樓地板面積約 31~63 萬平方公尺(含松菸區) | 約 1/15~1/30 |
| 台積電高雄廠潔淨室(晶圓 22 廠) | 約 28 萬平方公尺 | 約 1/33 |
台北 101、台北大巨蛋、台積電高雄廠潔淨室三者面積加總,約為 Terafab 規劃樓地板面積的十分之一。馬斯克稱 Terafab 會是地球上最大、最有價值的建築。
廠房面積偏大,一部分原因跟 FEL 光源有關:FEL 需要幾百公尺長的加速器基礎設施來加速電子,這是廠房設計成狹長形狀的原因,市場猜測的圓環結構可能是加速器空間。
對照一般晶圓廠的規模:
| 廠區 | 製程 | 投資額 | 建築/潔淨室面積 | 月產能 |
|---|---|---|---|---|
| Terafab(規劃中) | 2 奈米 | 168 億美元(第一期) | 逾 1 億平方英尺(約 930 萬平方公尺,整體建築面積) | 尚未量產,無公開數字 |
| 台積電亞利桑那廠 | 5 奈米起步,加碼至 2 奈米以下 | 累計達 2650 億美元 | 未公開精確數字 | 尚未達滿載 |
| 台積電高雄廠(晶圓 22 廠) | 2 奈米 | 約新台幣 1.5 兆元(約 470 億美元) | 潔淨室約 28 萬平方公尺(46 座足球場) | 約 2 萬片晶圓 |
Terafab 規劃的廠房面積是台積電高雄廠潔淨室面積的 30 倍以上,投資規模也遠超單一晶圓廠。需注意的是,Terafab 的「1 億平方英尺」是整體建築面積,並非全部是無塵室產線空間,兩者不能直接一比一換算成產能。
一般晶圓廠的無塵室占整棟建築的比例沒有想像中高。常見作法是把廠房蓋成上下多層結構:無塵室產線通常只佔其中一層,樓下另設一到兩層「Sub-fab」放管線、配電、供氣設備,樓上再加一層夾層放空調風扇與濾網系統,用來維持無塵室的正壓與潔淨度。實際擺放機台、進行製程的無塵室樓地板面積,大概只占整棟建築總樓地板面積的三到四成,其餘是支援無塵室運作所需的機電空間。
一座大型晶圓廠通常分成好幾期(phase)陸續建置,不是一次蓋完,每一期能貢獻的產能也不一樣。以台積電美國亞利桑那 Fab 21 為例:
| 期別 | 製程 | 規劃/實際月產能 | 時程 |
|---|---|---|---|
| Fab 21 P1(第一期,含 P1A+P1B 兩棟廠房) | 5 奈米起步,後轉 4 奈米(N4/N4P) | 原規劃單棟 2 萬片/月;P1A+P1B 兩棟合計目標約 2.4 萬片/月;因追加投資擴充,目前實際運轉規模已達 9–10 萬片/月 | 2020 年動工,2024 年底量產 |
| Fab 21 P2(第二期) | 3 奈米 | 尚未公布具體數字 | 2026 年試產,2028 年量產 |
| Fab 21 P3(第三期) | 2 奈米及更先進 | 規劃中,尚未公布具體數字 | 2028 年試產,2029 年量產 |
註:P1A、P1B 是第一期工程裡的兩棟獨立廠房(同屬 4/5 奈米製程),不是第二期。前面提到的 2.4 萬片/月是這兩棟合計的產能目標,後續實際產能因追加投資已遠超此規劃值。
Fab 21 最初於 2020 年宣布,首期投資規模為 120 億美元;投資額分好幾波往上調整:先提高到 400 億美元(含第一、二期),接著加碼到 650 億美元,2025 年再追加到 1650 億美元,2026 年 7 月進一步增加到 2650 億美元。2650 億美元由六年間至少五輪加碼疊加而成,不是一次到位。台積電董事長魏哲家表示,這座由六座設施組成的「gigafab」聚落全部完工後,將承擔台積電在亞利桑那州約 30% 的 2 奈米及更先進製程半導體產能。
晶圓廠分期蓋是業界常態,每一期的月產能通常是幾萬片晶圓的量級,並隨後續加碼投資持續往上調整。比較 Terafab 這類規劃中計畫時,光看廠房面積或總投資額不夠,真正決定成敗的是每一期產能能否實際兌現。
這個計畫的起點很單純:Tesla、SpaceX、xAI 都需要大量先進製程晶片,全球先進晶片產能集中在台積電、三星、英特爾這幾家,訂單排隊要等好幾年。馬斯克選擇自己蓋廠,取代排隊。
但蓋廠容易,蓋出能印 2 奈米晶片的廠很難,因為需要 EUV(極紫外光)曝光機,全世界只有一家公司能做:荷蘭的 ASML。
ASML 的壟斷與瓶頸
馬斯克想買 EUV 機台,得先過三關:誰已經有機台、排不排得到隊、為什麼排不到。
第一,誰已經有機台:先進製程用極紫外光(13.5 奈米)把電路印上晶圓,全球只有 ASML 能做,一台超過 4 億美元。台積電、三星、英特爾沒它就做不出領先製程晶片。ASML 不公開客戶機台數,業界估算各廠存量差距懸殊:
| 廠商 | 估計持有 EUV 機台數量 | 備註 |
|---|---|---|
| 台積電 | 業界估計超過 150 台,累積量遙遙領先 | 全球第一家導入量產用 High-NA EUV 的廠商,機台數量最多的原因是客戶信任度高,不只是資金規模 |
| 三星 | 業界估計約 35~50 台上下(不同時期估計差距大) | 2025 年 3 月首度安裝 High-NA EUV,用於 1.4 奈米製程開發 |
| 英特爾 | 業界估計約 20~25 台 | 曾是全球第一個下單 High-NA EUV 的公司,但近年擴廠計畫多次喊卡,採購步調明顯放緩 |
| SK 海力士(記憶體) | 業界估計約 26 台 | 主要用於 HBM 等先進記憶體製程 |
| 美光(記憶體) | 業界估計約 5 台 | 近年才開始導入 EUV |
第二,排不排得到隊:ASML 產能有限,訂單早被既有大廠排滿。就算馬斯克現在下單,也未必能在合理時間內拿到機台——今年 5 月,ASML 執行長 Christophe Fouquet 證實雙方有直接洽談,形容馬斯克「非常認真」,但坦言訂單已排得很滿,這可能是限制 Terafab 進度的瓶頸。EUV 機台的交貨前置時間(lead time)通常超過一年,晶圓廠往往得提前好幾年下單卡位。以 2027 年的交貨排程為例,ASML 規劃交付 56 台一般規格(Low-NA)EUV 設備,以及 10 台單價高達 3.8 億美元的高階(High-NA)機種,這些訂單一兩年前已確定歸屬,客戶以台積電、三星、英特爾為主。馬斯克現在才排隊,最快也要兩三年後才輪得到交貨。
第三,為什麼排不到:產能受限於上游。ASML 的 EUV 曝光機需要極精密的透鏡、反射鏡與照明系統,全部由德國蔡司(ZEISS)獨家供應。一套 High-NA EUV 系統光學元件超過 4 萬個零件、重達 12 公噸,光是平面反射鏡就要磨製好幾個月,產線無法快速複製或外包分散,蔡司的產能上限直接決定 ASML 能出貨多少機台。雙方正透過三個做法把單台曝光機的組裝週期從 22 週壓縮到 15–16 週:一是 ASML 出資支援蔡司擴產,提供 19.1 億歐元貸款與 11.9 億歐元預付款;二是蔡司在德國奧伯科亨(Oberkochen)新建約 2.5 萬平方公尺生產空間,分階段完工;三是導入自動化製造流程——機台裡最核心的反射鏡對精度要求極高,過去仰賴人工手工打磨,一片要磨好幾個月,是整條生產線最慢的一環,目前正逐步改為自動化。
三關卡住之後,馬斯克於是考慮另一條路:自己做光源。
FEL:另一種造出極紫外光的方法
EUV 光有兩種造法:一種用雷射打錫液滴,一種用磁鐵逼電子繞路,兩者的物理極限不一樣。
第一,現行做法:ASML 機台用的是「雷射誘導電漿」(LPP)技術,原理有點像用打火機點燃噴霧——拿高功率雷射去打快速噴出的錫液滴,瞬間「點燃」出高溫電漿,藉此發出極紫外光。這套技術成熟,但功率很難超過 1 千瓦。點燃瞬間噴出的高速金屬微粒會飛向收集鏡,沾附幾奈米厚度就可能讓反射率暴跌超過 70%,每掉 1% 就是數百萬美元損失;這種污染會永久破壞鍍膜,無法清洗,鏡片壽命因此大幅縮短。
第二,FEL 的做法:走的是完全不同的原理,比較像是溜冰場上排成一列的溜冰選手——讓高能電子束穿過一連串交替排列的磁鐵(稱為「擺動器」),電子就像被逼著左右繞樁一樣,一路蛇行前進;蛇行的過程中會不斷放出光線,這些光又回頭「感染」旁邊的電子,讓原本各自散開的電子逐漸排隊、同步發光——整個效果像滾雪球一樣越滾越強,最終匯聚成一道又強又純的極紫外光束。
兩種做法的差距,如果把 ASML 的光源比喻成一顆普通燈泡,FEL 光源就像是一台功率可達數千瓦到數萬瓦、波長可自由調整的高效雷射。理論優勢包括:功率更高、不需要錫液滴這類耗材、波長可調、運轉成本可能更低。
xLight 的外掛機台
FEL 光源要真正取代 ASML 的地位,得先過三關:解決了多少問題、技術成不成熟、接不接得上產線。
第一,解決了多少問題:FEL 頂多繞開「光源」這一個零件的供應瓶頸,也就是 ASML 旗下 Cymer 供應的那顆光源。Terafab 就算自己做出 FEL 光源,光要進到晶圓上,還是得接進曝光機主機——晶圓台、光罩台、真空腔體這些核心結構,目前只有 ASML 做得出來。從成本結構看,光源在整台機台裡只占相對小的一塊:一套現行 LPP 系統整機造價約 2~3 億美元,光源本身約占 15~20%,換算約 3~6 千萬美元;剩下八成花在光學鏡片系統、晶圓台、光罩台這些機台主機。就算 Terafab 把光源這塊搞定,佔大頭成本、也是核心技術門檻的主機部分,仍然得靠 ASML。FEL 能省下的是排隊等光源的環節,機台主機從哪來,仍是未解問題——理論上自己做光源可能比排隊買整台 ASML 機台更快,但這個假設有個前提沒解決:ASML 目前只賣整機,沒有先例單獨出售「不含光源的裸機」給客戶,Terafab 就算光源做出來了,仍得排隊買 ASML 的整機、再想辦法拆換光源,或是說服 ASML 客製化供應,兩條路目前都沒有公開案例可循。
第二,技術成不成熟:FEL-EUV 目前仍停留在實驗階段,還不是成熟技術。Roadmap 三段:2025 年 12 月商務部與 xLight 簽署意向書,承諾最高 1.5 億美元 CHIPS Act 資金;2026 年 6 月資金定案,在奧爾巴尼建置第一套原型機,跟洛斯阿拉莫斯、費米、康乃爾等國家實驗室合作;2028 年目標原型機「功能完整」並開始印出晶圓,跟 NYCreates 合作用當地一台標準 High-NA EUV 機台實測。官方時程約三年,且每一步都仰賴外部機構補位,不是 xLight 單獨能走完的流程。
第三,接不接得上產線:光源做出來,也不是插上電就能用,還得整合進晶圓廠既有的產線設備。以 xLight 公布的架構為例:FEL 光源蓋在廠房外一棟獨立的建築物裡,不放在無塵室裡的曝光機旁邊,因為粒子加速器本身就是個龐然大物。光產生之後,要透過一整套特殊設計的「掠角入射反射鏡」(grazing-incidence mirror)網路,經由所謂的「轉光站」(turning station),傳送進廠房內部,最後接進每一台既有的 ASML 曝光機,理論上一套光源最多可同時供應 20 台掃描機。晶圓台、光罩台、真空腔體這些曝光機本身的核心部件完全不用換,等於是把「內建光源」抽換成「外部管線送光」,整台機器骨架照舊,只是光源整套換掉。這種「插拔式」設計,讓業界普遍認為 FEL 陣營(xLight、Terafab)走的路線相對溫和:專攻光源這個零件,避開 ASML 在光學系統上的主導地位,晶圓廠不需要更換現有的曝光、蝕刻、沉積、檢測設備,只要把光源系統整套抽換掉,就能拿到產能和成本上的改善。但光源與既有掃描機之間傳輸光線的精度、對準、能量損耗控制,仍然是一整套從沒被驗證過量產可行性的工程——目前唯一公開的整合時程,是 xLight 表示原型機目標在 2028 年連接到一台 ASML 掃描機,實際印出晶圓。光源技術本身有突破,離「整套系統能穩定量產」之間,仍隔著一道工程鴻溝。
三關都還沒過,但進度是目前業界最快的:xLight 已拿到 NIST 透過 CHIPS 法案撥出的 1.5 億美元經費,開發 FEL 光源原型機,宣稱系統功率可達現有系統的四倍以上,若部署在現有晶圓廠可望提升 50% 生產效率,部署在新廠甚至能提升 100%,同時省去錫、氫等耗材。日本 KEK 的研究團隊在探索類似的「能量回收直線加速器」路線,但這兩邊目前都還處於實驗室驗證階段,離量產部署還有相當長的距離。
馬斯克押注的是一項尚未被證明能商業化量產的技術,時間表和最終能否成功,目前都是未知數。
排隊買機台,還是賭 FEL
Terafab 該走哪條路,可以拆成兩筆帳來看:一筆是時間帳,一筆是金錢帳。
第一,時間帳:Terafab 選擇排隊跟 ASML 買現成的 EUV 機台,大概等兩三年就能拿到貨、開始量產;選擇自己研發 FEL,光是把實驗室原型機做到能穩定量產,參考蔡司當年花了整整二十年才把 High-NA EUV 的鍍膜與光學工藝從研發做到量產成熟,FEL 這種等級的全新技術,走完「實驗室驗證 → 工程化 → 良率爬升 → 大規模量產」這一整套流程,樂觀估計也要十年上下。馬斯克現在等於是拿時間換自主權:排隊等機台受制於人,但幾年內就能看到晶片;賭 FEL 自己做,短期內沒有產出,長期可能徹底擺脫供應鏈瓶頸。外界普遍認為 Terafab 現階段更務實的作法,是兩條路並行——先用傳統 ASML 機台撐住產能,FEL 當作長期的第二手準備,不把全部籌碼壓在一項還沒被驗證過的技術上。
第二,金錢帳:賭 FEL 這條新技術路線,圖的是省錢。如果做到「一套光源、多台機台共用」,換算到單片晶圓的生產成本,理論上可省下約 50%;再加上不用排隊看 ASML 臉色、不受制於單一供應商的產能瓶頸,長期是划算的賭注——只是這筆帳要等技術真正量產、數字被驗證後才算數。以 xLight 為例,宣稱系統功率可達現有 LPP 光源的四倍,一套光源理論上可在 30 年使用壽命內支援多達 20 台 ASML 機台,資本支出與營運支出合計可望降低三倍以上。省錢主要來自兩塊:一是不用像傳統 LPP 那樣持續消耗錫液滴、氫氣這類耗材,省下集光鏡因錫屑污染而必須頻繁更換的維護費用;二是光源集中在廠房外一套大型系統裡,用「管線送光」分送給多台機台,不必每台機台各自配備一套昂貴光源,等於用一次性的高額建置成本換取長期規模經濟。這些數字目前都是廠商自己宣稱的樂觀估計,原型機還沒真正量產運轉過,實際能不能省到這個幅度,還有待驗證。
時間帳跟金錢帳合起來看,也是一種對 ASML 的壓力測試:不論 FEL-EUV 最終成不成,這件事本身已對 ASML 構成一種微妙的壓力。過去,EUV 光源被視為機台裡的一個零件,由 ASML 統一設計製造;如果 Terafab 走通了 FEL 這條路,光源會從「機台零組件」變成「工廠級基礎設施」——一套自由電子雷射系統理論上功率夠大,能同時供應廠內多台曝光機,不像現在一台機台配一套光源。
便宜 50% 的競爭力
這裡有四個問題值得追問,分別對應成本結構、技術範圍、時間與資金投入、Time to Market 四個層面。
第一,成本結構的問題:這 50% 省下來的只是硬體設備層面的成本——省耗材、省維護、攤薄建置成本,講的是光源這台機器本身的資本支出和營運支出。晶片製造真正決定毛利的,是良率能不能撐得起量,而良率靠的是「學習曲線」:同一套製程反覆跑、反覆調校,累積出經驗值,才能把瑕疵率壓低、把單位成本壓下來。這是台積電花了幾十年、跨無數個世代製程累積出的能力,換一套便宜光源複製不了。就算光源便宜四倍,Terafab 要達到台積電那種良率水準,一樣得從頭爬自己的學習曲線,這筆隱性成本和時間,並沒有反映在那個 50% 的數字裡。Terafab 做這件事真正圖的,是不用等 ASML、自己手上有機台可用;省成本的敘事聽起來吸引人,但核心動機是供應鏈自主可控,不是算出一套比台積電便宜的生產模式。
第二,技術範圍的問題:這套光源能不能直接拿來做 High-NA、甚至更先進的 1.4 奈米以下製程,理論上可以,但目前沒人證實過。xLight 官方說法是 FEL 光波長可調,理論上能涵蓋從現行 Low-NA、到 High-NA、甚至更短波長的「Hyper-NA」或「Blue-X」(目標 2~7 奈米波長)範圍。但業界分析點出,xLight 目前公布的整合方案裡,光源要如何跟 High-NA 曝光機的光學介面精確對接、功率穩定度、對焦精度這些關鍵參數,仍是沒有公開數字的黑盒子;也有評論指出,Low-NA 系統的光源裝在機台下方、High-NA 系統的光源卻在機台同一層,這種結構差異會不會讓「同一套光源」沒辦法直接通用於不同世代的曝光機,目前也沒有明確答案。波長可調是理論優勢,但「能不能真的插進 High-NA 或更先進製程的機台、還維持良率」,目前沒有實測數據佐證。
第三,時間與資金投入的問題:ASML 能走到今天的壟斷地位,靠的不只是技術,還有時間、資金、跟現成生態系同時到位。EUV 從概念研究到商用花了約 40 年,2012 年 ASML 買下正研發雷射誘導電漿光源的美商 Cymer,把當時業界認為困難度很高的技術收進自己手裡。同一年 ASML 找英特爾、台積電、三星直接入股,五年內合計出資 13.8 億歐元研發、外加 38.5 億歐元買股份,英特爾一度拿下 15% 股權,台積電 5%,三星 3%。三大廠從此綁定了 EUV 成敗——既是出資者,也早早成為第一批客戶,機台一量產就能立刻導入產線。這種客戶出錢做研發、研發完馬上用的模式,是 ASML 的護城河之一。Terafab 想繞過的其實是 Cymer 這顆光源,但光源之外,蔡司的光學系統、ASML 整合出的曝光機主機,仍然是四十年資金規模、時間縱深,跟現成客戶生態系撐起來的。
對照之下,Terafab 缺的正是這種生態系優勢。ASML 當年有台積電、三星、英特爾這些月產能數萬片的大廠當客戶,機台裝上去馬上能實際跑量、累積數據、抓良率——每天幾萬片晶圓的規模,等於拿真實產線免費練兵,這是實驗室或小型試產線給不了的。Terafab 目前沒有這種現成客戶群,就算光源做出來,也得靠自己那座還沒量產的廠來練,要跑出跟台積電相當的產線經驗需要時間累積,而台積電、三星、英特爾的產線不會停下來等它。資金的部分 Terafab 有辦法解決;解決不了的是時間,練兵、跑良率沒有捷徑。
這也解釋了為什麼 ASML 一邊洽談合作,一邊留意 Terafab 是否會變成競爭對手。今年 4 月台積電法說會上,董事長魏哲家回應馬斯克自建 Terafab 一事:「晶圓代工沒有捷徑」,建置全新晶圓廠需要 2 到 3 年,量產與良率提升再花 1 到 2 年,優勢在於技術領先、製造能力與客戶信任,不是短期能被複製的。馬斯克隨後回應:特斯拉和 SpaceX 一直是台積電大客戶,「如果台積電產能夠大,我們就不需要這麼做了」,暗指啟動 Terafab 是產能不足,而非想搶市占。6 月股東會上,魏哲家再被問到,只回了一句:「我唯一的結論是祝福他。」
第四,Time to Market 的問題:就算 FEL 十年後真的量產成功,讓 Terafab 做出 2 奈米晶片,屆時對手也不會原地踏步。台積電目前的 2 奈米製程(N2)已在 2025 年下半年量產,下一代 1.4 奈米製程(A14)預計 2027 年底進入試產、2028 年量產,2029 年更進一步推出 A13、A12 製程,並整合背面供電技術(Super Power Rail);英特爾也在拚同一時間點推出 14A 製程,三星則調整時程規劃 2029 年量產 1.4 奈米。等 Terafab 花了十年終於追上今天的 2 奈米,台積電、英特爾、三星屆時已經站上 1.4 奈米甚至更先進的節點。時間帳不只算 Terafab 自己要花多久,還得算對手同期會前進多少。
Terafab 目前仍未公開展示過能實際運作的 FEL 系統。這項計畫最終會改變先進製程的產業格局,還是停留在規劃階段,還需要幾年時間才能見分曉。
xLight 這家公司
要判斷 xLight 是不是真正的領跑者,得看三件事:誰在領導、錢從哪來、進度到哪——三者合起來才能判斷它跟 Terafab 有沒有交集。
第一,誰在領導:xLight 的董事長是英特爾(Intel)前執行長基辛格(Pat Gelsinger)。他 2024 年底卸下英特爾執行長職務後,轉任創投機構 Playground Global 的合夥人,2025 年由 Playground Global 領投 xLight,2026 年 3 月起基辛格出任 xLight 執行董事長,主導 FEL 技術路線。
第二,錢從哪來:xLight 已累積相當可觀的政府與民間資金。美國商務部與國家標準暨技術研究院(NIST)透過《晶片與科學法案》(CHIPS Act)挹注 1.5 億美元投資,這是川普政府第二任期以來 CHIPS Act 資金的首筆對外投資,美國政府因此可能成為 xLight 最大股東之一。2026 年 6 月,xLight 又與 Bain Capital、Boardman Bay Capital Management 等投資機構洽談一輪 3.5 億美元新募資,累計募資金額逼近 5 億美元;xLight 也計畫遊說 ASML、台積電、英特爾、美光參與這輪投資,等於一邊挑戰 ASML 的技術壟斷,一邊拉這些公司入股。ASML 執行長 Christophe Fouquet 證實雙方確實有在合作進行技術驗證,態度並非全然對立。
第三,進度到哪:xLight 第一座原型機廠址設在紐約州奧爾巴尼(Albany),進駐的是紐約州立大學奧爾巴尼分校的奈米科技研究中心,不是自建場地——這裡早在 2006 年就有 ASML 送去的全球第一台 EUV Demo Tool,具備現成的曝光機與整合基礎設施,xLight 因此不用自己額外採購一台 EUV 機台。基辛格表示這筆投資將協助公司在 2028 年前產出第一批矽晶圓試片。xLight 給自己設定的時間表,跟 Terafab 隱約透露的 FEL 佈局時程相當接近,這也是判斷兩者有沒有交集的關鍵線索。
三件事合起來看,兩者會不會直接合作?目前沒有正式宣布合作,馬斯克也沒點名 xLight,但業界普遍認為機率不低:Terafab 沒有自己的加速器研發團隊,「FEL FTW」比較像表態支持方向;xLight 已有原型機、有 CHIPS Act 資金,進度領先同類玩家。與其各自從零造一次加速器,Terafab 直接採購或投資 xLight 更合理。若 Terafab 成為 xLight 頭號買家,也能加速這項技術走向量產。目前一切仍是外界推測,雙方都未證實具體方案。
Substrate 與日本 KEK
除了 xLight,這條賽道上還有兩個玩家:一個走完全不相容的路線,連晶圓廠都要重蓋,另一個走跟 xLight 相同方向的路線,只是換了國籍、換了進度。
第一,不相容路線:Substrate 用的是 X 射線微影(X-ray lithography),不是 FEL,整體策略也跟 xLight 完全相反。xLight 的策略是「插拔式」——光源可直接接進既有的 ASML 曝光機,機台主機完全不用換,比較像幫舊房子換一顆更亮的燈泡,插座線路都不用動。Substrate 的路線是不相容的整套新系統:不只光源,連曝光機本身都是全新設計,沒辦法插進現有晶圓廠的產線,等於整條生產流程都得砍掉重練,更像是把房子地基打掉重蓋一棟新的。也因為不相容,Substrate 連「賣機台」這條路都不走,改成直接自己蓋晶圓廠、提供代工服務,目標 2028 年開始量產,等於同時挑戰 ASML 和台積電。Substrate 跟 xLight 都坦言,自家技術距離真正商業化量產都還需要好幾年時間,也都在積極遊說美國政府加碼投資。這說明各國半導體產業近年都在評估「繞開 ASML」這個大方向,不只馬斯克一家在押注。
第二,相容路線的跨海版本:日本的高能加速器研究機構(KEK)走的技術路線跟 xLight 大方向一致,但由國家隊主導,進度更早期。KEK 位於茨城縣筑波市,本業是基礎物理研究,擁有大型加速器 SuperKEKB,EUV 光源是近年新開的應用方向。2025 年 5 月,KEK 的「用加速器產生 EUV」計畫獲日本政府「K Program」採用,研究期到 2030 年 3 月,目標讓日本取得半導體曝光技術優勢,同時降低耗電量。技術路線是「能量回收型直線加速器」(ERL)搭配 FEL,運作原理類似電動車的再生煞車系統:一般車子煞車時會把動能轉成廢熱浪費掉,再生煞車能把這股能量回收充回電池;ERL 用同樣的邏輯回收電子束用過一輪後的殘餘能量,不當廢料丟棄,效率因此更高,也更容易把波長推進到更短的「beyond EUV」(目標 6.7 奈米)。規格上,一套系統理論上能同時驅動約 10 台曝光機,用 5MW 電力輸入換來 10kW 輸出,比 ASML 現有系統的 1kW 高一個數量級。KEK 目前仍停留在研究階段,還沒公開展示過原型機,進度比已設定 2028 年目標的 xLight 更早期。
三個玩家分屬兩條技術路線、兩個國家,但共同點只有一個:不管美國的 xLight、Substrate 還是日本的 KEK,都還離真正挑戰 ASML 有好幾年甚至十年以上的距離。
該盯緊哪些時間點
這裡有六個問題值得追蹤,分別對應機台端、光源端、驗證端三個層面:機台端問馬斯克能不能買到現貨,光源端問 FEL 這條路自己能不能走通,驗證端問走通之後有沒有具體時間表可以量化。
第一,機台端的問題:ASML 是否公開收到 Terafab 的實際訂單。目前僅止於 CEO 層級討論,隨時可能發生,沒有固定時程。出現下單消息,代表 Terafab 先確保有機台能量產;沒消息,可能代表全押 FEL。
第二,同樣是機台端:ASML 自身有沒有調整策略。同樣隨時可能出現。若開始投資、收購 FEL 新創(像當年收購 Cymer),代表認定有威脅性;持續觀望,則評估仍是邊緣技術。
第三,光源端的問題:Terafab 是否跟 xLight/其他 FEL 供應商簽下正式合作或採購協議。理論上得在原型機運轉前發生。目前仍停留在外界推測,出現具體公告代表真正進入商業化階段。
第四,同樣是光源端:xLight 是否公布 High-NA 相容測試數據。目前只證實跟現行系統對接,一旦出現 High-NA 數據,代表 FEL 真能往更先進製程推進。
第五,驗證端的問題:2028 年,xLight 原型機連上 ASML 掃描機、印出第一片晶圓。這是最具體、最關鍵的檢查點,有明確時間標的。成功代表「插拔式」FEL 從理論走到現實,跳票則是技術卡關的訊號。
第六,同樣是驗證端,也是六項裡時程最晚的一個:Terafab 廠房先進邏輯製程(而非 DRAM)何時真正量產。這一項得等光源先被驗證。前期只量產記憶體、邏輯持續延後,代表 EUV/FEL 仍是最慢的一環;看到具體時間表,才是真正動搖 ASML 供應鏈地位的起點。
若成功,代工產業的結構性衝擊
假設前面那個轉折點真的發生:xLight 的 FEL 光源不只印出了晶圓,還通過了 High-NA 相容測試,Terafab 也順利拿到穩定產能。這對晶圓代工產業結構會帶來四個層面的變動:議價權的變化、地緣籌碼的變化、進入門檻的變化、稀缺資源的變化。
第一,議價權的問題:ASML 陣營要如何應對,這裡有被動跟主動兩種可能性。被動的一面是訂價權鬆動:目前一台高階 EUV 機台超過 4 億美元,價格由 ASML 單方面決定,因為沒有替代選項;FEL 光源一旦成熟,晶圓廠可用「自己做光源、只跟 ASML 買機台主機」的方式繞開部分成本,ASML 為保住客戶勢必得讓步。這不代表 ASML 會失去主導地位,光學系統、曝光機主機這些核心門檻仍在它手上,但「愛買不買,不買就排隊」的姿態會鬆動。同一套邏輯也適用在蔡司身上:蔡司過去靠光學系統獨家綁定 ASML,如果光源被 FEL 取代,蔡司未必被架空,反而可能出現新商機——FEL 要把光從廠房外的加速器送進曝光機,需要一整套掠角入射反射鏡和轉光站,正好是蔡司擅長的精密光學領域。主動出手的可能性同樣存在:ASML 可能把自己變成「不管光源是 LPP 還是 FEL,機台主機都得跟我買」的整合角色。ASML 過去有這種操作紀錄:2013 年花 26 億美元收購 Cymer,把外部供應的光源技術收進自己手裡;2017 年又取得蔡司光學部門近 25% 股權,鞏固光學系統控制權。如果 FEL 證明可行,ASML 完全有能力直接投資或收購 xLight 這類公司——不管晶圓廠選哪條光源路線,買機台主機這件事還是繞不開 ASML。
第二,地緣籌碼的問題:供應鏈自主性是一體兩面,分成美國、中國、以及美國的反制三段來看。
美國這一側:全球最先進製程集中在台灣,這是各國政府近年積極扶植本土晶圓廠的原因。若 FEL 路線走通,代表美國第一次擁有不完全依賴荷蘭 ASML、也不需仰賴台灣代工的先進製程能力,光源握在自己手裡的意義,更接近地緣政治籌碼。
中國這一側:中國同樣受美國出口管制,拿不到 ASML 的 EUV 機台,內部也在探索類似的加速器微影路線,華為更喊出用「非幾何微縮」的邏輯折疊架構繞開先進曝光機依賴。中國在 DUV 浸沒式曝光機上已有實質進展:2019 年起荷蘭停止對中國核發 EUV 出口許可,2023 年管制擴大到先進浸沒式 DUV 設備,中國轉而自研 DUV,據報導國產設備(上海微電子裝備、深圳新凱來系等)已進入量產交付,供貨對象含中芯國際、長鑫存儲,等於先在 DUV 這個較成熟節點建立起替代供應鏈。若 FEL 被驗證可行,等於間接證明「不靠 ASML 傳統路線也能做出先進製程」,對中國自行研發平行方案是一種背書。
美國的反制:出口管制範圍會隨技術演進調整,國會近期已在推動把管制範圍從 EUV 機台擴大到 DUV 設備、甚至原廠維保服務。若 FEL 關鍵零組件(粒子加速器、掠角入射反射鏡)也被納入清單,理論上一樣能卡住中國取得管道,只是這類技術也大量用於基礎物理研究,管制清單能否精準涵蓋、又不誤傷學術合作,會比現行 EUV 管制複雜。美國一邊靠 FEL 擺脫對台灣、荷蘭的依賴,一邊得防著同一套技術被中國學走,是同一枚硬幣的兩面。
第三,進入門檻的問題:門檻鬆動會發生在製造端與設計端兩層,但真正決定產業結構會不會被重寫的是設計端,不是製造端。
製造端:EUV 機台集中在台積電、三星、英特爾、SK 海力士、美光五家手裡,門檻高的原因是機台稀缺且產能被鎖定。若 FEL 做到「一套光源支援 20 台機台」,降低邊際成本,理論上讓南亞科、華邦電這類二線記憶體廠、或日本 Rapidus 更有機會擠進先進製程俱樂部。這對台積電是雙面刃:訂單可能面臨更多競爭者,但台積電本身也可能受益,用更低成本擴大自家產能。
設計端:真正卡住中小型團隊的,往往是光罩(photomask)這筆一次性支出,不是單片晶圓價格。3 奈米一片晶圓約 2 萬美元,一套完整光罩組卻要價 1500 萬到 4000 萬美元,先進晶片動輒需要 60 到 100 片光罩,這筆錢得在下單第一片晶圓前先付清。就算 FEL 達到 xLight 宣稱的 50% 晶圓成本降幅,光罩開模費用結構若沒同步鬆動,中小型 AI 新創依然邁不過這道門檻,只有輝達、蘋果這種能靠出貨量攤提光罩成本的巨頭吃得下。FEL 對光罩幫助有限,它改變的是光源產生方式,光罩製作、電子束微影、檢測這套流程不會因此變便宜;但晶圓成本若下降,能讓「養得起光罩開模費」的客戶群變大,連帶拉動光罩廠(Tekscend、DNP、Photronics)和檢測設備商訂單。關鍵前提是晶圓廠會不會讓利,還是自己吃下毛利差,目前是未知數——ASML 和台積電近年獲利率都在墊高,沒有降價先例。
第四,稀缺電力的問題:一台高階 EUV 機台年耗電量可達 10 GWh 以上,全球所有 EUV 機台加總,到 2030 年估計會消耗超過 5 萬 4 千 GWh 電力,比整個新加坡或希臘一年用電量還多。FEL 理論上每單位 EUV 輸出耗電量只有現行 LPP 系統的四到五分之一,這個省電幅度指的是機台本身用電效率,不是整體規模。馬斯克當初喊出 Terafab 的理由,是 Tesla、SpaceX 未來需要至少 1 太瓦(terawatt)運算力,這個數字講的是晶片組裝起來能提供的總算力,不是廠房用電量,但要撐起這種規模的晶片產出,勢必得配上對應規模的產能與機台數量。一旦多家晶圓廠同時導入 FEL、同步擴大產能,實際總耗電量很可能不減反增。現在 AI 資料中心已經在跟晶圓廠搶電網容量,FEL 普及之後,「有沒有電」很可能取代「有沒有機台」,變成下一輪卡住產業擴張的瓶頸。
四個層面共同指向同一個結論:FEL 若成功,改變的是「誰能負擔得起使用 EUV」,不是「誰擁有 EUV 技術」——議價權、地緣籌碼、進入門檻、稀缺電力,最終都收斂到成本與規模的重新分配。
資料來源
Terafab 與馬斯克發言
- KBTX News:SpaceX drops first look of Terafab facility https://www.kbtx.com/2026/08/06/spacex-drops-first-look-terafab-facility/
- Euronews:Elon Musk announces plans to manufacture chips for SpaceX and Tesla https://euronews.com/2026/03/23/elon-musk-announces-plans-to-manufacture-chips-for-spacex-and-tesla
台積電製程與財報
- TSMC 官方新聞稿:TSMC Unveils Next-Generation A14 Process at North America Technology Symposium https://pr.tsmc.com/english/news/3228
- Tom's Hardware:TSMC unveils process technology roadmap through 2029 — A12, A13, N2U announced https://www.tomshardware.com/tech-industry/semiconductors/tsmc-unveils-process-technology-roadmap-through-2029-a12-a13-n2u-announced-a16-slips-to-2027
ASML、蔡司與 EUV 供應鏈歷史
- ASML 官方新聞稿:ASML to Acquire Cymer to Accelerate Development of EUV Technology https://www.asml.com/en/news/press-releases/2012/asml-to-acquire-cymer-to-accelerate-development-of-euv-technology
- ASML 官方報導:Making EUV: from lab to fab https://www.asml.com/news/stories/2022/making-euv-lab-to-fab
- ASML SEC 6-K 申報文件(Customer Co-Investment Program 詳細條款) https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/0000937966/000119312512370598/d402810dex991.htm
- Handelsblatt(透過 Schwäbische Post 轉載):Intel liefert erstmals Serien-Chips mit Zeiss-Technik aus https://www.schwaebische-post.de/baden-wuerttemberg/wirtschaft-regional/firmen-und-maerkte/intel-liefert-erstmals-serien-chips-mit-zeiss-technik-aus-94410801.html
- Schwäbische:Zeiss nimmt weiteren Neubau in Betrieb https://www.schwaebische.de/regional/ostalb/aalen/zeiss-nimmt-weiteren-neubau-in-betrieb-4733572
- Schwäbische:Nicht nur in Oberkochen: Zeiss investiert weltweit massiv in Halbleitersparte https://www.schwaebische.de/regional/ostalb/ellwangen/nicht-nur-in-oberkochen-zeiss-investiert-weltweit-massiv-in-halbleitersparte-4752393
xLight 與基辛格
- TechCrunch:Pat Gelsinger wants to save Moore's Law, with a little help from the Feds https://techcrunch.com/2025/12/06/pat-gelsinger-wants-to-save-moores-law-with-a-little-help-from-the-feds
- Tom's Hardware:Pat Gelsinger turns to particle accelerators for a new way to make chips, joins xLight https://www.tomshardware.com/tech-industry/pat-gelsinger-turns-to-particle-accelerators-for-a-new-way-to-make-chips-joins-xlight
- Tom's Hardware:U.S. government awards Gelsinger-backed EUV developer xLight with $150 million in federal incentives https://www.tomshardware.com/tech-industry/semiconductors/u-s-government-awards-gelsinger-backed-euv-developer-xlight-with-usd150-million-in-federal-incentives-company-to-develop-new-electron-based-light-source-for-lithography-tools
- Reuters(透過 Yahoo Finance 轉載):Special Report: Inside Intel, CEO Pat Gelsinger fumbled the revival of an American icon https://finance.yahoo.com/news/special-report-inside-intel-ceo-173510097.html
日本 KEK
- KEK 官方新聞稿:加速器によるグリーンな半導体露光技術の研究開発を促進 https://www.kek.jp/ja/press/202505231400euv-fel
中國半導體供應鏈
- 鉅亨網:中國國產DUV正式量產!艾司摩爾霸主地位不保?分析師揭三大硬傷 https://news.cnyes.com/news/id/6548759
- TechNews 科技新報:全村的希望,中國長鑫存儲入列國產 DUV 首批採購名單企業 https://technews.tw/2026/07/28/changxin-memory-technologies-co-ltd-of-china-has-been-included-in-the-first-batch-of-domestically-produced-duv-procurement-companies/
光罩與晶圓成本
- Silicon Analysts:How Much Does a TSMC 3nm Chip Cost to Make? https://siliconanalysts.com/guide/tsmc-3nm-cost
- Silicon Masters:How Photomasks for IC Production Are Made https://siliconmasters.co/blogs/our-blog/how-photomasks-for-ic-production-are-made
EUV 耗電量
- Tom's Hardware:Analyst firm raises alarm about EUV chipmaking tools(引用 TechInsights 報告) https://www.tomshardware.com/tech-industry/each-euv-chipmaking-tool-consumes-as-much-power-as-a-small-city-euv-fabs-to-consume-54-000-gigawatts-by-2030-more-than-singapore
- TechInsights:EUV Lithography: A Power-Hungry Path to Innovation https://www.techinsights.com/blog/euv-lithography-power-hungry-path-innovation