マスク氏がASMLのEUV独占に挑戦？TeraFab、FEL光源でチップ製造へ

テスラ (TSLA-US) のCEOであるイーロン・マスク氏が関与する可能性がある晶圓廠プロジェクト「TeraFab」は、艾司摩爾 (ASML-US) が独占する極紫外光（EUV）のレーザー誘起電漿（LPP）光源技術に代えて、自由電子レーザー（FEL）を採用する方向で検討を進めていると報じられている。

もしこの情報が事実であれば、これは数十年にわたり半導体の先端プロセスで使われてきたEUV光源技術に初めての本格的挑戦となる。これは単にASMLの市場地位を揺るがすだけでなく、長年特定のサプライヤーに依存してきた晶圓代工業界の構造そのものを変える可能性がある。

この推測は、分析者がTeraFabの公開された工場設計を基に提唱したもので、その後マスク氏が自身のSNSで否定しなかったことから、業界内で急速に議論が広がった。

（図：マスク氏 X）

ただし、現時点ではマスク氏およびそのチームは、この計画について正式に確認しておらず、あくまで外部の解釈にとどまっている。

分析によれば、この憶測が真剣に受け止められている理由は、FELが光源性能においてLPP技術では達成できない優位性を実際に持っているためである。

現在のASMLのEUV光源は波長が13.5ナノメートルに固定されており、出力は長年1キロワット前後で頭打ち状態が続いている。一方、FELは電子ビームのエネルギーと磁場の設定によって波長を自由に調整できるだけでなく、出力は数キロワットから数万ワットに達することが可能で、コヒーレンス性や光の純度もLPPとは比較にならないほど高い。

エネルギー効率の差も非常に大きい。LPPシステムは約4.4メガワットの電力を消費してようやく1キロワットの利用可能なEUV光を生成できるのに対し、全体の効率は約0.05％にとどまる。一方、エネルギー回収技術（ERL-FEL）を採用したFELシステムでは、同じ出力を得るために約0.7メガワットの電力しか必要とせず、効率は約6倍高いと見積もられている。

実際、FEL路線を進むのはマスク氏が初めてというわけではない。インテルの元CEOであるパット・ギルシンガー氏（Pat Gelsinger）が取締役会長を務めるアメリカの新興企業xLightも、すでにこの分野に参入している。

xLightの構成は、電子を粒子加速器で加速した後、周期的な磁場を持つウイグルラー（波盪器）に導入してコヒーレントな光を発生させ、光ファイバーに似た伝送システムを通じて、中央の加速器設備から工場内の複数の露光装置に光源を供給するというものだ。

同社は、自社の光源が現行のLPPの4倍の出力を持ち、単一システムで最大20台のASML露光装置に供給可能で、使用期間は30年にも及ぶと主張しており、これにより晶圓廠の資本支出と運用コストを大幅に削減できるとしている。

注目すべきは、光源性能では優位に立っても、FELが現行のEUV量産プロセスに実際に取って代わるには、まだ長い道のりがあるということだ。

分析では、EUVリソグラフィーが光源に求めるのは「特定の波長の光を発生させる」だけではなく、高い安定性、高い繰り返し周波数、高い信頼性、極めて低いコスト、長時間の連続運転、そして現行の反射型光学系との互換性がすべて必要とされていると指摘している。これらが、ASMLが長年の工学的蓄積によって築き上げた「城壁」なのである。

対してFELは、大型の電子加速器、ウイグルラー、真空システム、ビーム制御システムなど、巨大な設備群を必要とするため、設置面積と初期コストが非常に大きくなる。このため、短期的にはASMLが持つ量産優位性を再現するのは難しいとされている。

業界関係者の分析では、FELの真の価値は現行のEUVを即座に置き換えることではなく、次世代のより短い波長のリソグラフィー技術への道を切り開くことにあるとされる。

製造プロセスが6ナノメートル級、5ナノメートル級、さらにはそれ以下の波長を探る段階に入れば、FELの波長可変性、高コヒーレンス性、高ピーク輝度といった特性がより魅力的になる。しかし、波長が短くなれば、それに伴って光学系、マスク、レジスト材料、真空システムなどへの要求も同時に高まる。

FEL以外にも、高次高調波生成（HHG）、放電電漿（DPP）、同期放射などの技術路線が業界で議論されており、それぞれ成熟度、輝度、サイズの面でトレードオフがある。

最終的にどの技術が勝ち残るかは不明だが、FELを含むすべての候補技術は、現時点で多くの工学的課題に直面しており、商業化のタイムラインは依然として不透明である。

マスク氏率いるTeraFabが最終的にどの光源路線を採用するかは、今後の公式発表を待つしかない。