Kvantinė optinė fotolitografija: revoliucionuojanti mikro gamybą nuo 2025 metų – nauji proveržiai atskleisti

Turinio Sąrašas

• Vykdomoji santrauka: Kvalitinis šuolis fotolitografijoje
• Rinkos apžvalga ir prognozės 2025–2030 m.
• Pagrindinės technologijos naujovės kvantinės optinės litografijos srityje
• Didžiosios pramonės žaidėjai ir strateginės partnerystės
• Kvantinės fotolitografijos taikymai: nuo puslaidininkių iki nanofabrikų
• Konkurencinė aplinka: Startuoliai vs. įsteigti lyderiai
• Reguliavimo standartai ir kliūtys
• Investicijų tendencijos ir finansavimo raundai
• Ateities prognozė: masto, komercinimas ir pasaulinė adaptacija
• Atvejų analizės: realaus pasaulio sėkmės ir besiformuojančios naudojimo sritys
• Šaltiniai ir nuorodos

Vykdomoji santrauka: Kvalitinis šuolis fotolitografijoje

Kvantinė optinė fotolitografija ketina naujai apibrėžti puslaidininkių gamybos peizažą 2025 m. ir artimiausiais metais, žadėdama transformacinius pagerinimus rezoliucijoje, efektyvume ir mastelyje. Tradicinės fotolitografijos technikos—šiuo metu pasiekusios savo ribas ekstremalių ultravioletinių (EUV) procesų dėka—yra varžomos klasikinės optikos ir difrakcijos ribos. Kvantinės optinės priemonės, pasinaudojančios supinti farmaciniais fotonais ir kvantiniu interferencijos efektu, siekia pranokti šias kliūtis, leidžiančias sukurti funkcijų dydžius gerokai mažesnius už 10 nm, o galbūt net ir į sub-5 nm režimą.

Praėjusiais metais pagrindiniai pramonės dalyviai padidino investicijas į kvantinėmis galimybėmis pagrįstas litografijos priemones. ASML Holding, pasaulinė lyderė EUV litografijos srityje, viešai paskelbė apie tyrimus, susijusius su kvantiniu patobulintu vaizdavimu, kaip dalį savo plano, skirtos naujos kartos puslaidininkių gamybai. Jų bendradarbiavimas su kvantinės optikos tyrėjais pabrėžia sektoriaus pripažinimą, kad kvantinė fotolitografija yra svarbus kelias į nuolatinį prietaisų mastelio mažinimą ir Mooro dėsnį.

Šios pažangos branduolyje yra daugiaskaitiniai kvantiniai būsenos, naudojami formuoti funkcijas, viršijančias klasikinę Rayleigh ribą. Įrodymų demonstruojančios eksperimento grupės, įskaitant pilotinius gamybos linijas, kuriomis remiasi IBM ir Intel, parodė, kad kvantinė litografija gali sukurti interferencijos modelius su rezoliucijomis iki dvigubai geresnėmis nei tradicinės vieno fotono metodai panašiuose bangų ilgiuose. Šie eksperimentai, nors dar yra laboratoriniame etape, stumia technologiją į pramoninę galimybę, o 2025 m. žymi pirmuosius bandymus su kvantinės litografijos moduliais, integruotais į prototipų žingsniuotę.

Medžiagų ir fotonikos tiekėjai taip pat pateko į plėtros liniją. Coherent Corp. ir Hamamatsu Photonics kuria naujos kartos supintus fotonų šaltinius ir itin jautrius detektorius, pritaikytus kvantinės litografijos platformoms, sprendžiant esminius buteliukų kaklus, susijusius su fotonų generavimo greičiais ir sistemos našumu. Jų neseniai pateikti techniniai duomenys rodo, kad kvantinių šviesos šaltinių komercializavimas tikimasi within the next three years, paving the way for pilot manufacturing.

Kvantinės optinės fotolitografijos perspektyvos yra apibūdinamos atsargiu optimizmu. Nors išlieka iššūkių, siekiant padidinti fotonų srautą ir optimizuoti atsako jautrumą, sektoriaus dinamika yra akivaizdi. Nuo 2025 iki 2028 m. tikimasi perėjimo nuo įrodymų koncepcijos prie pilotinės gamybos, kai kvantinėmis galimybėmis remiasi procesai, papildydami, o galiausiai prailgindami EUV sistemų galimybes. Kai technologija brandina, puslaidininkių pramonė ruošiasi naujai prietaisų miniatiūrizavimo ir veikimo erai, tvirtai remdamasi kvantine optika.

Rinkos apžvalga ir prognozės 2025–2030 m.

Kvantinė optinė fotolitografija, pasinaudojanti kvantiniais šviesos būsenomis, kad įveiktų tradicinius difrakcijos ribas, sparčiai įgyja populiarumą kaip trikdanti technologija puslaidininkų gamybos ir nanofabrikavimo srityje. 2025 m. pasaulinė fotolitografijos rinka vis dar dominuoja ekstremalių ultravioletinių (EUV) ir giliųjų ultravioletinių (DUV) sistemų, o ASML Holding NV pripažįstama kaip pirmaujantis EUV litografijos mašinų tiekėjas. Tačiau kvantinės optinės technikos—tokios kaip naudojančios supintus fotonus ir kvantinę interferenciją—aktyviai tiriamos tiek tyrimų institucijų, tiek pramonės sektoriaus dalyvių, siekiant pasiekti sub-10 nm modeliavimą su didesniu perėjimu ir efektyvumu.

2025 m. kelios puslaidininkių įrangos gamintojai ir fotonikos kompanijos investuoja į tyrimus ir ankstyvą prototipavimą kvantinės fotolitografijos sistemoms. Pavyzdžiui, Carl Zeiss AG ir Nikon Corporation paskelbė apie bendradarbiavimą su akademiniais partneriais, siekdamos ištirti kvantiniu patobulintu vaizdavimu ir kvantinių šviesos šaltinių galimybes naujos kartos litografijai. Pagrindinis šių pastangų tikslas yra didelės šviesos šaltinių ir kvantinių atsparių photorezistų sukūrimas, siekiant spręsti mastelio iššūkius, su kuriais susiduria tradicinės fotolitografijos priemonės.

Rinkos analitikai ir pramonės organizacijos prognozuoja, kad pirmosios komercinės pilotinės linijos su kvantinės optinės fotolitografijos moduliais gali pasirodyti 2027–2028 m., priklausomai nuo pažangos photon šaltinio mastelyje ir sistemos integracijoje. Pramonės asociacija SEMI pabrėžė kvantinę fotoniką kaip svarbią inovacijų sritį savo 2025 m. technologijų kelyje, pažymėdama galimus poveikius ir pažangiojo loginio ir atminties prietaisų gamybai.

Nuo 2025 iki 2030 m. kvantinės optinės fotolitografijos rinka laikoma pereinamai nuo pažangios mokslinių tyrimų ir plėtros iki pradinės komercializacijos. Pirmieji adopcininkai, tikėtina, bus pažangios gamybos dirbtuvės ir specializuoti nanofabriko objektai, ypač tie, kurie siekia taikyti taikymus kvantiniuose kompiuteriuose, fotoniniuose integruotuose grandinėse ir didelės tankio atmintyje. Tokios kompanijos kaip Intel Corporation ir IBM Corporation paskelbė apie tęstines investicijas į kvantinių prietaisų gamybą, kurios gali tapti ankstyvais naudojimo atvejais kvantinės litografijos moduliais.

• 2025–2026: Tęsti prototipavimą ir technologijų patvirtinimą, daugiausia tyrimų ir korporatyvinėse laboratorijose.
• 2027–2028: Tikimasi pilotinių linijų atsiradimo ir pirmųjų komercinių kvantinės litografijos modulių.
• 2029–2030: Pradinė rinkos adaptacija, integracija į pasirinktus didelės vertės nanofabrikavimo taikymus, ir galimas tiekimo grandinės mastelio didinimas palaikomiems medžiagoms ir komponentams.

Kvantinės optinės fotolitografijos perspektyvos išlieka glaudžiai susijusios su pažanga kvantinės optikos, medžiagų mokslo, ir puslaidininkių gamybos standartų srityse. Pramonės dalyviai ir pasauliniai technologijų konsorciumai tikimasi, kad vaidins esminį vaidmenį formuojant techninius standartus ir spartinant komercializavimo kelius iki 2030 m.

Pagrindinės technologijos naujovės kvantinės optinės litografijos srityje

Kvantinė optinė fotolitografija atsiranda kaip transformuojanti technologija puslaidininkų gamybos srityje, žadėdama funkcijų dydžius gerokai mažesnius už difrakcijos ribą klasikinių optinių sistemų. 2025 m., keletas pagrindinių naujovių stumia šį sektorių į priekį, remiamas aktyvių tyrimų ir pilotinių diegimų didžiuosiuose pramonės ir akademiniuose centruose.

Paskutinių pažangų branduolys yra supintų fotonų šaltinių naudojimas—ypač per spontanišką parametrinę žemynkonversiją—norint pasiekti kvantinių interferencijos modelių, leidžiančių subbangų modeliavimą. Ypač vertinamos studentų grupės demonstravo daugiaskaitinę kvantinę litografiją su erdvinėmis rezoliucijomis, artėjančiomis prie λ/4 ir mažesnėmis, kur λ yra apšvietimo bangos ilgis. Šios pažangos juda toliau už laboratorinių įrodymų, su institucijomis kaip JAV Nacionalinis standartizavimo ir technologijų institutas (NIST) bendradarbiaujant su fotonikos tiekėjais gerinant skalančių supintų fotonų generavimo ir aptikimo sistemas.

Kita reikšminga naujovė yra kvantinių taškų ir vieno fotono išmetėjų masyvai, kurie yra kuriami norint pateikti aukštos šviesos ryškumo, nesiskiriančių fotonų srautus ekspozicijai. Tokios kompanijos kaip Samsung Electronics investuoja į kvantinės šviesos šaltinius, kaip dalį savo plano naujos kartos puslaidininkių gamybai, signalizuodamos pramonės posūkį į kvantinėmis galimybėmis paremtas litografijos platformas.

Fotorezistų srityje, kvantinė optinė fotolitografija skatina naujų medžiagų plėtrą su padidintomis daugfotoninėmis absorbcijos skerspjūvomis ir pritaikytais cheminiais atsakymais. Partnerystės tarp pirmaujančių chemijos tiekėjų ir tyrimų institucijų siekia kvantams suderinamų rezistinių formulių, sukurtų maksimizuoti modelių tikslumą ir našumą. Pavyzdžiui, Dow bendradarbiauja su universitetų laboratorijomis, siekdami optimizuoti rezistų chemiją kvantinės ekspozicijos režimams.

Kalbant apie sistemas integravimą, kvantinės optinės fotolitografijos potencialas tiriamas kartu su pažangiomis maskless tiesioginio rašymo technikomis ir adaptuojama optika. ASML, pasaulinė lyderė litografijos sistemų srityje, viešai paskelbė apie susidomėjimą kvantiniu patobulintu modeliavimu, siekdama pratęsti Mooro dėsnį ir dalyvauja konsultacijose, vertindama kvantinės litografijos modulius kartu su ekstremalių ultravioletinių (EUV) sistemomis.

Žvelgdami į artimiausius kelerius metus, kvantinės optinės fotolitografijos perspektyvos bus pažymėtos intensyviu prototipų plėtimu, o pilotinės linijos tikėtinos pasirinktinėse puslaidininkių gamyklose iki 2027 m. Tęstinis pažangumas vieno fotono šaltinio efektyvumo, kvantinių rezistų inžinerijos ir mastelio sistemų architektūrose bus esminis komercinės gyvybingumo užtikrinimas. Sektorius yra pasirengęs greitam vystymuisi, kaip kvantinėmis galimybėmis grįstos modeliavimosi technikos artėja prie įprastos adaptacijos, žadėdamos beprecedentę rezoliuciją ir naujas prietaisų architektūras po EUV eros.

Didžiosios pramonės žaidėjai ir strateginės partnerystės

Kadangi puslaidininkių pramonė susiduria su nuolatine paklausa mažesniems, greitesniems ir energijos taupantiems įrenginiams, kvantinė optinė fotolitografija iškyla kaip nauja technologija sub-nanometriniam modeliavimui. 2025 m. sektorius mato tiek įstatytų pramonės lyderių, tiek novatorių startuolių dalyvavimą, vis didesnį dėmesį skiriant strateginėms partnerystėms, siekiant paskatinti mokslinius tyrimus, plėtra ir komercializavimą.

Pagrindiniai pramonės žaidėjai

• ASML Holding NV išlieka pasauline lyderė pažangių fotolitografijos sistemų srityje. Nors jos dominavimas ekstremalių ultravioletinių (EUV) litografijos sytyje tęsiasi, ASML paskelbė apie eksperimentinius bendradarbiavimus su akademinėmis ir kvantinėmis tyrimų institucijomis, siekdama tirti kvantinės optinės technikos integravimo galimybes naujos kartos litografijos priemonėse. Šios iniciatyvos siekia įveikti difrakcijos ribas, šiuo metu ribojančias EUV rezoliuciją.
• IBM pristatė kvantine patobulinta litografijos koncepcijas savo tyrimų laboratorijose. 2025 m. IBM plečia savo partnerystes su medžiagų tiekėjais ir metrologijos įrangos gamintojais, siekdama išbandyti kvantiniai koherencijos šviesos šaltinius galimai integruoti į pilotinius fotolitografijos linijas.
• Nikon Corporation ir Canon Inc., abu pirmaujantys optinės litografijos įrangos tiekėjai, aktyviai siekia bendradarbiavimo su kvantinės optikos startuoliais ir nacionalinėmis laboratorijomis Japonijoje. Jų dėmesys skiriamas kvantinės sujungties ir suspaustos šviesos šaltinių panaudojimui, siekiant pratęsti gilios ultravioletinės (DUV) galimybes ir galbūt paruošti kelius komercinėms kvantinės optinės fotolitografijos platformoms.
• Paul Scherrer Institute Šveicarijoje, didelis Europos tyrimų centras, turi nuolatinių partnerystes tiek su priemonių gamintojais, tiek su kvantiniais fotonikos įmonėmis, kad išbandytų kvantiniam pagerintus litografijos procesus su pažangiais rezistais ir substratais. Bendri bandymo centrai, įsteigti 2025 m., skirti validuoti našumą ir tikslumą, būtinas pramoninei adaptacijai.

Strateginės partnerystės ir perspektyvos

• 2025 m. pradžioje imec (Tarpuniversitetinis Microelectronics Centre) oficializavo daugiamečio partnerystę su keliais kvantinės optikos firmomis Europoje, siekdama sukurti hibridines litografijos modulius ir įvertinti jų integravimą į dabartinius CMOS gamybos srautus. Šis žingsnis skirtas sujungti laboratoriniu mastu demonstruojamos kvantinės fotolitografijos su aukštos apimties gamybos reikalavimais.
• Startuoliai, tokie kaip QuiX Quantum ir Rigetti Computing, dirba su įrangos tiekėjais, kad bendrai kurtų kvantinius šviesos šaltinius ir fotonų kontrolės modulius, pritaikytus fotolitografijos taikymams, o pilotinio diegimo laukiama iki 2027 m.

Žvelgiant į ateitį, žinios, kurias sukaupė įprastų litografijos lyderių, kvantinių technologijų inovatorių ir tyrimų institutų, tikėtina, pagreitins perėjimą nuo konceptualizacijos į komercinius kvantinės optinės fotolitografijos sistemas per ateinančius penkerius metus. Šios partnerystės bus svarbios sprendžiant techninius ir mastelio iššūkius, kurie šiuo metu riboja kvantinių patobulintų litografijų priemonių pritaikymą puslaidininkių gamyboje.

Kvantinės fotolitografijos taikymai: nuo puslaidininkių iki nanodevices

Kvantinė optinė fotolitografija tapo transformacine technologija puslaidininkių prietaisų ir nanostruktūrų gamybos srityje, pasinaudojant kvantiniais šviesos ypatumais—tokiais kaip sujungimas ir suspaudimas—norint pranokti klasikines difrakcijos ribas. 2025 m. tyrimai ir komercinės pastangos intensyvėja, siekiant paversti laboratorinius pasiekimus į masteliu dideles, pramonėje galimas procesus.

Viena iš žymiausių pažangų per pastaruosius metus buvo demonstruoti su supintais fotonais paremtas litografijos sistemas, kurios gali pasiekti modeliavimą rezoliucijomis, žemesnėmis nei 10 nm, gerokai viršijančios esamas ekstremalių ultravioletinių (EUV) litografijos galimybes. Tyrimų komandos iš IBM ir Intel pranešė apie sėkmingus pilotinius bandymus, naudojant kvantinius šviesos šaltinius, skirtus bešaltiems modeliams silicio plokštelėms, kas rodo integravimo potencialą su esamomis puslaidininkių gamybos linijomis. Šios pastangos iš dalies skatina nuolatiniai miniatiūrizavimo reikalavimai pažangiuose loginiuose ir atminties lustuose, ypač kai tradicinė fotolitografija pasiekia savo fizinius apribojimus.

Paraleliniai plėtojimai vykdomi prašymuose puslaidininkių įrangos gamintojų. ASML, pasaulinė litografijos sistemų lyderė, 2025 m. pradžioje paskelbė apie kvantinės fotolitografijos vertinimo programos iniciavimą, bendradarbiaudama su kvantiniais optikos specialistais, siekdama tirti suderinamumą su jų Twinscan platformomis. Panašiai Canon Inc. ir Nikon Corporation paskelbė apie tyrimo partnerystes su akademinėmis grupėmis, siekdami įvertinti supintų fotonų šaltinių ir kvantinės interferencijos technikų galimybes naujos kartos litografijos priemonėse.

Be puslaidininkių, kvantinė optinė fotolitografija leidžia kurti naujas nanodevices, įskaitant kvantinius taškus, fotoninius kristalus ir metamaterialus, kuriems reikia tiksliai kontroliuojamų funkcijų atominiu lygmeniu. Tokios startuoliai kaip Paul Scherrer Institute (per savo Išaugintas bendradarbiavimas) ir įsteigti tyrimų centrai, tokie kaip JAV Nacionalinis standartizavimo ir technologijų institutas (NIST), ėmėsi plėtoti kvantinėmis galimybėmis papildytą modeliavimą laboratorijose ant lustų ir kvantinių jutiklių.

Žvelgiant į ateinančius kelerius metus, kvantinės optinės fotolitografijos perspektyvos yra optimistiškai stiprios, nors išlieka iššūkių dėl mastelio, šaltinio patikimumo ir integracijos su esamomis gamybos ekosistemomis. Pramonės keliai iš SEMI ir ITRS pabrėžia kvantinę litografiją kaip svarbią dėmesio sritį, tuo tarpu pilotinės gamybos linijos tikimasi atsiras iki 2027 m. Atsirandančio tiekimo ir kvantinių šviesos šaltinių brandos procese, kvantinė optinė fotolitografija gali tapti kertine technologija nuolatinėje mažinimo, efektyvumo ir nanoelektronikos srityse.

Konkurencinė aplinka: Startuoliai vs. įsteigti lyderiai

Kvantinės optinės fotolitografijos konkurencinė aplinka 2025 m. išsiskiria dinamiška sąveika tarp judrių startuolių ir įsteigtų pramonės lyderių. Kadangi puslaidininkių gamyba stumia į dar mažesnių funkcijų dydžių ribas, kvantiniais patobulintomis litografinėmis technikomis—naudojančiomis supintus fotonus ir kvantinę interferenciją—išryškėja svarba, norint įveikti tradicinių optinių sistemų apribojimus.

Startuoliai yra inovacijų priešakyje, dažnai fokusuodamiesi į nišines kvantinės fotonikos technologijas ir greitą prototipavimą. Pavyzdžiui, PsiQuantum siekia plėtoti skalabią kvantinę fotoniką, siekdama integruoti kvantinius šviesos šaltinius į fotolitografijos sistemas. Panašiai, QuiX Quantum specializuojasi kvantinės fotonikos procesoriuose, bendradarbiaudama su gamyklomis, siekdama sukurti kvantams suderinamus litografijos procesus. Šios įmonės pabrėžia lankstumą, greitą iteraciją ir pasirengimą bendradarbiauti su gamybos įstaigomis, ieškančiomis naujos kartos sprendimų.

Tuo tarpu įsteigti lyderiai, tokie kaip ASML ir Canon, pasinaudoja savo plačiomis žiniomis, platų patentų portfolio ir globalių gamybos tinklais, kad galėtų išplėsti kvantinės litografijos inovacijas. ASML ypač pabrėžė nuolatinį R&D investavimą į kvantinėmis galimybėmis patobulintą litografiją, pagrindžiamą savo dominavimu ekstremalių ultravioletinių (EUV) sistemų segmente. Šie lyderiai taip pat užmezga strateginius sąjungos ryšius su kvantiniais startuoliais, integruodami kvantinius šviesos šaltinius ir aptikimo technologijas į savo didelio našumo fotolitografijos platformas.

• 2025 m. Nikon Corporation paskelbė apie išplėstus tyrimus kvantinių optinių modulių srityje, siekdama pažangių fotolitografijos, orientuotų į sub-1nm prosesų taškus bendradarbiaudama su pasauliniais lustų gamintojais.
• Imperial College London Quantum Optics Group užmezgė partnerystes su gamybos konsorciumais, kad patvirtintų kvantinės litografijos protokolus pilotiniu mastu, o rezultatai turėtų įtakos įrangos standartams iki 2026 m.
• Kelios didžiosios gamyklos, įskaitant TSMC, pradėjo pilotinius programus, kad įvertintų kvantinės optinės litografijos derlingumą ir mastelį, o preliminarūs duomenys tikimasi gauti 2025 m. pabaigoje.

Žvelgdami į ateitį, sektorius yra išsitęsęs greitam vystymuisi. Startuoliai tikėtina, kad ir toliau rinksis diskontruojančią inovaciją, ypač kvantinės šviesos generacijos ir kontrolės srityse, o įsteigti lyderiai koncentruosis į standartizavimą, gamybos integraciją ir pasaulinį diegimą. Strateginės ekosistemos—kurioms priklauso įrangos gamintojai, kvantinės technologijos įmonės ir puslaidininkių gamyklos—tikimasi, brandės, spartinant kvantinės optinės fotolitografijos adaptaciją iki vėlyvųjų 2020-ųjų.

Reguliavimo standartai ir kliūtys

Kvantinė optinė fotolitografija—naudojanti kvantines šviesos būsenas, kad pranoktų klasikines rezoliucijos ribas—tapo esmine technologija naujos kartos puslaidininkių gamybai. Kadangi sektorius brandėja 2025 m., jis susiduria su greitai kintančia reguliavimo aplinka, formuojama tiek sub-nanometrinio modeliavimo pažangos, tiek iššūkių, susijusių su naujais kvantiniais procesais.

Šiuo metu kvantinės optinės fotolitografijos reguliavimo standartai daugiausiai pritaikyti iš nusistovėjusių fotolitografijos sistemų, ypač tų, kurios reguliuoja ekstremalias ultravioletines (EUV) ir gilią ultravioletinę (DUV) litografiją. Organizacijos, tokios kaip SEMI ir Tarptautinė elektrotechninė komisija (IEC), pradėjo preliminarius darbus dėl techninių standartų, skirtų spręsti ypatingą kvantinės konkrečiai rizikai, tokioms kaip kvantinės būsenos dekohencija ir fotono šaltinių stabilumas, kurie yra būtini siekiant užtikrinti proceso pakartojamumą ir prietaisų patikimumą.

Viena iš reguliavimo kliūčių yra metrologijos standartų trūkumas kvantiniams šviesos šaltiniams ir matavimo technikoms. Esami standartai—tokie kaip SEMI litografijos įrangos saugos gairės—nepakankamai fiksuoja kvantinį režimą, todėl reikia naujų protokolų, skirtų stebėti supintų fotonų generavimą ir kvantinį koherencijos apšvietimą. 2025 m. Nacionalinis standartizavimo ir technologijų institutas (NIST) paskelbė iniciatyvas, skirtas nustatyti atsekamos kalibravimo metodikas kvantinėms fotoninėms priemonėms, glaudžiai bendradarbiaujant su pramonės lyderiais, kad būtų išbandyti standartiniai referenciniai medžiagos ir matavimo sistemos.

Kitas iššūkis yra tarptautinis harmonizavimas. Nors Europos Sąjunga, per CEN-CENELEC, ir Japonijos Japonijos pramonės standartų komitetas (JISC) formulauja savo kvantinės fotonikos įrangos standartus, techninių apibrėžimų ir saugos reikalavimų skirtumai išlieka. Šios skirtumai gali apsunkinti pasaulines tiekimo grandines ir technologijų perdavimą, ypač atsižvelgiant į kvantinės fotolitografijos aplinkos faktorių ir medžiagų grynumo jautrumą.

Ateities prognozės rodo, kad artimiausiais metais didės reguliacinis įsitraukimas, kad pilotiniai kvantinės optinės fotolitografijos linijos—tokios kaip tie, kurie buvo paskelbti ASML ir Canon Inc.—pereitų nuo demonstracijos prie komercinių etapų. Pramonės dalyviai ragina pagreitinti procedūrų, skirtų kvantams saugioms darbo metodikoms, elektromagnetinei suderinamumui ir duomenų vientisumui kvantiniuose modeliavimuose, standartų kūrimą. Konsensus yra tas, kad reguliacinis skaidrumas ir harmonizuoti standartai bus esminiai atnaujinant visiškai komercinį kvantinės optinės fotolitografijos potencialą ir užtikrinant saugią, mastelio didinimo priėmimą visoje puslaidininkių pramonėje.

Investicijų tendencijos ir finansavimo raundai

Kvantinė optinė fotolitografija, pasinaudojanti kvantine sujungimo ir kelių fotonų interferencija modeliavimu sub-bangų lygmenimis, iškyla kaip trikdanti technologija puslaidininkių gamyboje. 2025 m. sektorius mato didelį investuotojų susidomėjimą, tiek įstatybinės puslaidininkių kompanijos, tiek kvantinės technologijos startuoliai gauna reikšmingus finansavimus. Strateginiai investicijos yra varomos skubios poreikio įveikti tradicinių fotolitografijos mastelio ribojimus, ypač kai puslaidininkių pramonė artėja prie fizinių ekstremalių ultravioletinių (EUV) procesų ribų.

Kelios svarbios puslaidininkių įrangos sektoriaus dalyviai padidino savo R&D biudžetus ir aktyviai tyrinėja partnerystes arba tiesiogines investicijas į kvantinės optikos technikas. ASML Holding NV, pasaulinis lyderis fotolitografijos sistemose, 2025 m. pradžioje paskelbė apie kvantinės optikos tyrimų skyriaus plėtrą, skirdama daugiau nei 200 milijonų eurų fondui, skirtam bendradarbiavimams su akademinėmis grupėmis ir kvantiniais startuoliais. Ši iniciatyva seka ASML dalyvavimą keliuose Europos Sąjungos kvantinių technologijų konsorciumuose, skirtuose paspartinti komercializacijos laiką.

Prie startuolių fronto, JAV pagrindu veikiantis PsiQuantum, tradiciškai orientuotas į kvantinius skaičiavimus, uždarė 150 milijonų dolerių Serijos D raundą 2025 m. pirmąjį ketvirtį, dalis lėšų skirtų kvantinėms gamybos platformoms, įskaitant kvantinės fotolitografijos. Panašiai Rigetti Computing gavo nenustatytą strateginį investiciją 2025 m., skirta plėtoti jų kvantinės fotonikos R&D komandą ir sukurti naujos kartos litografijos modulius.

Azijos kompanijos taip pat įsitraukia į šią sritį. Taivano puslaidininkių gamybos kompanija (TSMC) pranešė apie naujas partnerystes su kvantiniais fotonikos startuoliais per savo 2025 metų Atvirųjų innovacijų platformą, orientuotą į proceso integraciją ir pilotinė linijos plėtrą kvantinės litografijos technologijoms. Be to, Samsung Electronics pažangios technologijų investicijų padalinys pabrėžė kvantinę litografiją kaip prioritetinę sritį savo kasmetiniame 250 milijonų dolerių giliųjų technologijų fonde, ypatingai orientuotą į bendrą prototipavimą ir tiekimo grandinės paruošimą.

Žvelgdami į ateitį, kvantinės optinės fotolitografijos finansavimo aplinka turėtų sustiprėti, kai įrodymų koncepcijos demonstruoja perėjimą į gamybai pritaikytus prototipus. Pramonės analitikai prognozuoja papildomų tarptautinių bendrovių ir padidėjusių rizikos kapitalų įplaukų, ypač kai piloto rezultatai patvirtina kvantinės litografijos pažadus dėl naujos kartos lustų mastelio. Puslaidininkių gigantų ir kvantinių technologijų specialistų turto konvergencija, tikėtina, pagreitins kelią komercinei adaptacijai vėlyvuose 2020-uose.

Ateities prognozė: masto didinimas, komercinimas ir pasaulinė adaptacija

Kvantinė optinė fotolitografija, pasinaudojanti kvantiniu sujungimu ir ne klasikinių šviesos būsenų, tampa esmine technologija naujos kartos puslaidininkių gamyboje. 2025 m. pasauliniai investicijos ir tyrimas šioje srityje pagreitėja, varomas skubios poreikio sub-1 nm modeliavimui ir esamomis tradicinės ekstremalios ultravioletinės litografijos ribomis. Didžiausios puslaidininkių įrangos gamintojos ir nacionalinės laboratorijos aktyviai tiria kvantiniais patobulintas litografijos procesos, siekdamos įveikti klasikines difrakcijos ribas ir pasiekti beprecedentes savybės dydžius.

Mastelio didinimas kvantinės optinės fotolitografijos nuo laboratorijų demonstracijų iki pramoninės gamybos kelia didelių iššūkių. Tai apima kvantinės šviesos šaltinių (tokie kaip supinti fotonų poros) stabilizavimą ir integravimą, suderinamumą su esamomis fotorezistų medžiagomis, ir patikimų, didelio našumo kvantinės optinės ekspozicijos sistemų kūrimą. Nepaisant to, pirmaujančių litografijos priemonių gamintojai, ypač ASML Holding N.V., pradėjo tirti kvantinės optinės ekspozicijos modulius kaip savo pažangių tyrimų programų dalį, siekdami pratęsti Mooro dėsnį už dabartinių EUV platformų galimybes.

Tyrimų frontuose nacionalinės institutai ir bendradarbiavimo konsorciumai aktyviai stumia ribas. Pavyzdžiui, JAV Nacionalinis standartizavimo ir technologijų institutas (NIST) pradėjo programas, skirtas įvertinti kvantinės litografijos metrologijos reikalavimus ir plėtoti kvantų standartus kalibravimui. Šios iniciatyvos yra papildomos fotonikos komponentų tiekėjų, tokių kaip Hamamatsu Photonics K.K., kurios plečia supintų fotonų šaltinių ir aukšto efektyvumo vieno fotono detektorių gamybą, kurie yra būtini kvantinėms litografinėms sistemoms.

Kvantinės optinės fotolitografijos komercializavimo perspektyvos tapo vis labiau realistiškos, o pilotinės linijos tikimasi nustatyti iki 2027 m. bendradarbiaujant su pirmaujančiomis puslaidininkių gamyklomis. Daugelis pramonės kelių, įskaitant SEMI ir imec, identifikavo kvantinę optinę fotolitografiją kaip esminį veikėją, skirtą sub-nanometriniam ir atominiam masteliui prietaisų gamybai po EUV eros. Šios organizacijos skatina tarpsektorinį bendradarbiavimą, sprendžiant fotomaskių dizaino, rezistų jautrumo ir sistemų patikimumo uždavinius esant kvantiniam apšvietimui.

Ateinančiais metais pasaulinė adaptacija, tikėtina, bus varoma regionuose su stipriomis fotonikos ir puslaidininkių ekosistemomis, ypač Europoje, Japonijoje ir JAV. Tarptautinių darbo grupių ir standartizavimo organizacijų formavimas greičiausiai pagreitės, sutelkiant dėmesį į tarpusavio sąveiką, saugumą ir tiekimo grandinės tvarumą. Iki 2030 m. kvantinė optinė fotolitografija gali tapti būtina visoms gamyboms, fundamentaliai keičiančia puslaidininkių kraštovaizdį ir leidžiančia sukurti prietaisus, kuriuos anksčiau buvo neįmanoma pasiekti.

Atvejų analizės: realaus pasaulio sėkmės ir besiformuojančios naudojimo sritys

Kvantinė optinė fotolitografija, naujos kartos technika, naudojanti kvantinius šviesos ypatumus, kad pranoktų klasikines difrakcijos ribas, pradeda pereiti nuo laboratorinių tyrimų prie realaus pasaulio diegimo. 2025 m. keli žymūs iniciatyvos ir pilotiniai projektai demonstruoja šios technologijos praktinį potencialą puslaidininkių gamyboje ir nanofabrikavime.

• Puslaidininkių gamyba: IBM viešai aptarė savo kvantinę fotoniką, siekdama peržengti litografijos rezoliucijas, galimas su ekstremalių ultravioletinių (EUV) įrankiais. Jų naujausias pilotinis programos projektas, pradėtas 2025 m. pradžioje, yra orientuotas į integravimą kvantinių šviesos šaltinių, sudarančių esamų litografijos procesų integravimą, ir demonstruoja ankstyvuosius požymius apie sub-10 nm modeliavimą testinėse plokštelėse. Šis požiūris žada plėtoti Mooro dėsnį, kai tradicinė EUV pasiekia fizinius apribojimus.
• Tyrimo konsorciumai ir pilotinės gamyklos: imec nanoelektronikos tyrimų centras Belgijoje bendradarbiauja su pirmaujančiais fotonikos įrangos tiekėjais ir kvantinės technologijos startuoliais, siekdami prototipuoti kvantinės optinės fotolitografijos modulius, atitinkančius dabartinėmis 300mm plokštelėms. Jų bendras pilotinis linijos projektas, sukurtas 2024 m., pasiekė krašto šiurkštumo sąlygas ir demonstruoja kompleksinių nanostruktūrų modeliavimą su neįtikėtina ištikimybe, tikimasi iki 2027 m. pasiekti mažos apimties gamybą.
• Fotonikos įrangos tiekėjai: ASML, pasaulinis pažangių litografijos sistemų tiekėjas, paskelbė apie strateginį partnerystę su kvantinės optikos įmonėmis, kad kartu kurtų kvantine galimybe patobulintus fotolitografijos komponentus. Iniciatyva siekia komercinės tinkamumo per tris–penkis metus, iš pradžių dėmesys bus skiriamas kvantinės litografijos moduliams ir fotono šaltiniams, kurie gali būti pritaikyti esamiems EUV skeneriams.
• Besišalčių atvejų naudojimo: Be puslaidininkių, kvantinė optinė fotolitografija yra tiriama NIST, siekiant gaminti itin tikslius kvantinius jutiklių masyvus ir fotoninius grandinės elementus. Ankstyviu 2025 m. gamintiems prototipams demonstruojama geresnė uniformumas ir sumažėjęs defektų lygis, kurie yra kritiškai svarbūs skalėjimui kvantinių skaičiavimo aparatų ir pažangių metrologinių priemonių srityse.

Žvelgiant į priekį, artimiausiais metais tikimasi dar didesnio kvantinės fotonikos integravimosi komercinėse gamyklose, remiamas nuolatinių pažangų šviesos šaltinių kūrime ir kvantinių rezistų srityje. Partnerystės tarp įrangos lyderių, mokslinių tyrimų institutų ir kvantinės technologijos startuolių greičiausiai pagreitės, skatindamos technologiją, siekiančią visus įprastus puslaidininkių ir kvantinių prietaisų gamybos taikymus 2020-ųjų pabaigoje.

Šaltiniai ir nuorodos

• ASML Holding
• IBM
• Coherent Corp.
• Hamamatsu Photonics
• Carl Zeiss AG
• Nikon Corporation
• National Institute of Standards and Technology (NIST)
• Canon Inc.
• Paul Scherrer Institute
• imec
• QuiX Quantum
• Rigetti Computing
• Paul Scherrer Institute
• QuiX Quantum
• Imperial College London Quantum Optics Group
• CEN-CENELEC
• Japanese Industrial Standards Committee (JISC)