Kvantum optiskā fotolitogrāfija: mikroizgatavošanas revolucionēšana no 2025. gada

Saturs

Izpildkopskats: Kvantu lēciens fotolitogrāfijā
Tirgus pārskats un 2025–2030 prognozes
Galvenās tehnoloģiju inovācijas kvantu optiskajā fotolitogrāfijā
Galvenie nozares spēlētāji un stratēģiskās partnerības
Kvantu fotolitogrāfijas pielietojumi: no pusvadītājiem līdz nanoinvates
Konkurētspēja: jaunuzņēmumi pret nostiprinātiem līderiem
Regulatīvās prasības un šķēršļi
Investīciju tendences un finansēšanas kārtas
Nākotnes skatījums: mērogošana, komercializācija un globālā pieņemšana
Gadījumu pētījumi: reālas pasaules panākumi un jauni pielietojumi
Avoti un atsauces

Izpildkopskats: Kvantu lēciens fotolitogrāfijā

Kvantu optiskā fotolitogrāfija ir gatava pārveidot pusvadītāju ražošanas ainavu 2025. un nākamajos gados, solot pārvērtības izšķirtspējā, efektivitātē un mērogojamībā. Tradicionālās fotolitogrāfijas tehnikas—kas pašreiz tiek virzītas līdz saviem ierobežojumiem ar ekstremālās ultravioletā (EUV) procesiem—ir ierobežotas ar klasisko optiku un difrakcijas robežām. Kvantu optiskās pieejas, kas izmanto sajauktos fotonus un kvantu iejaukšanos, cenšas pārsniegt šos ierobežojumus, iespējams, radot funkciju izmērus, kas ir daudz zem 10 nm un potenciāli pat zem 5 nm diapazonā.

Iepriekšējā gada laikā vadošie nozares dalībnieki ir pastiprinājuši investīcijas kvantu līdzekļu fotolitogrāfijas rīkos. ASML Holding, pasaules līderis EUV fotolitogrāfijā, publiski paziņojis par pētījumiem par kvantu uzlabotu attēlveidošanu, iekļaujot to savā nākamās paaudzes pusvadītāju ražošanas ceļvedī. Viņu sadarbība ar kvantu optikas pētniecības grupām uzsver nozares atzīšanu, ka kvantu fotolitogrāfija ir kritisks ceļš uz turpinātu ierīču mērogošanu un Mūra likumu.

Šīs attīstības pamats ir multiphoton kvantu stāvokļu izmantošana, lai veidotu iezīmes, kas pārsniedz klasisko Reila robežu. Pierādījumi par koncepciju, ko parādījuši akadēmiskie un rūpniecības konsorciji, tostarp pilotu ražošanas līnijas, kuru atbalsta IBM un Intel, ir parādījuši, ka kvantu fotolitogrāfija var radīt iejaukšanās rakstus ar izšķirtspēju divreiz labāku nekā tradicionālās vienfotonu metodes līdzīgiem viļņu garumiem. Šie eksperimenti, kamēr vēl ir laboratoriju mērogā, virza tehnoloģiju uz rūpniecisko dzīvotspēju, un 2025. gads iezīmē pirmos kvantu fotolitogrāfijas moduļu izmēģinājumus, kas iekļauti prototipa solītājos.

Materiālu un fotoniku piegādātāji ir arī iekļāvušies attīstības procesa. Coherent Corp. un Hamamatsu Photonics izstrādā nākamās paaudzes sajauktos fotonu avotus un ultrajjutīgus detektorus, kas pielāgoti kvantu fotolitogrāfijas platformām, risinot galvenos šaurupes jautājumus attiecībā uz fotonu ražošanas ātrumiem un sistēmas caurlaidību. Viņu jaunākie tehniskie atklājumi norāda, ka kvantu gaismas avotu komercializācija tiek gaidīta nākamo trīs gadu laikā, atverot ceļu pilotu ražošanai.

Nākotne kvantu optiskajai fotolitogrāfijai izskatās ar piesardzīgu optimismu. Lai arī pastāv izaicinājumi fotonu plūsmas mērogošanā un pretestības jutības optimizēšanā, nozares momentum ir nepārprotams. 2025–2028 gadā gaidāma pāreja no pierādījuma koncepcijas uz pilotu ražošanu, ar kvantu iespējotiem procesiem papildinot un vēlāk paplašinot EUV sistēmu iespējas. Kamēr tehnoloģija attīstās, pusvadītāju rūpniecība gatavojas jaunai ierīču miniaturizācijas un veiktspējas ērai, ko stingri atbalsta kvantu optika.

Tirgus pārskats un 2025–2030 prognozes

Kvantu optiskā fotolitogrāfija, kas izmanto kvantu gaismas stāvokļus, lai pārvarētu tradicionālās difrakcijas robežas, iegūst popularitāti kā traucējoša tehnoloģija pusvadītāju ražošanā un nanoinvācijā. 2025. gadā globālo fotolitogrāfijas tirgi joprojām dominē ekstremālās ultravioletās (EUV) un dziļās ultravioletās (DUV) sistēmas, ar ASML Holding NV kā vadošo EUV fotolitogrāfijas mašīnu piegādātāju. Tomēr kvantu optiskās tehnikas—piemēram, tās, kas izmanto sajauktos fotonus un kvantu iejaukšanos—aktīvi pēta gan pētniecības iestādes, gan nozares dalībnieki, cenšoties sasniegt sub-10 nm modelēšanu ar augstāku caurlaidību un efektivitāti.

2025. gadā vairāki pusvadītāju iekārtu ražotāji un fotonikas uzņēmumi investē pētījumos un agrīnā posma prototipēšanā kvantu fotolitogrāfijas sistēmām. Piemēram, Carl Zeiss AG un Nikon Corporation ir paziņojuši par sadarbību ar akadēmiskajiem partneriem, lai izpētītu kvantu uzlabotu attēlveidošanu un kvantu gaismas avotus nākamās paaudzes fotolitogrāfijai. Augstas spilgtuma sajauktu fotonu avotu un kvantu izturīgu fotoizstrādājumu izstrāde ir centrālie mērķi šajos centienos, lai risinātu tradicionālās fotolitogrāfijas pieejas izvirzītos mērogošanas izaicinājumus.

Tirgus analītiķi un nozares institūcijas prognozē, ka pirmās komerciālās pilotu līnijas, kurās būs kvantu optiskās fotolitogrāfijas moduļi, varētu parādīties 2027–2028. gadā, atkarībā no sasniegumiem fotonu avotu mērogojamībā un sistēmas integrācijā. SEMI nozares asociācija ir izcēlusi kvantu fotoniku kā galveno inovāciju jomu savā 2025. gada tehnoloģiju ceļvedī, norādot uz iespējamo ietekmi uz gan progresīvā loģikā, gan atmiņas ierīču izgatavošanā.

No 2025. līdz 2030. gadam kvantu optiskās fotolitogrāfijas tirgus prognozēts pāries no uzlabotās pētniecības un attīstības uz sākotnējo komercializāciju. Agrīnie pieņēmēji tiek sagaidīti, vai tie ir vadošie atradņu ražotāji vai specializētas nanoinvācijas iekārtas, īpaši tās, kas tiecas izmantot kvantu skaitļošanas, fotonisko integrēto ķēžu un augstas blīvuma atmiņas pielietojumos. Uzņēmumi, piemēram, Intel Corporation un IBM Corporation, ir atklājuši turpināmas investīcijas kvantu ierīču ražošanā, kas var kalpot par agrīnajiem pielietojumiem kvantu fotolitogrāfijas moduļiem.

2025–2026: Turpinātas prototipēšanas un tehnoloģiju validācijas, galvenokārt pētījumu un korporatīvās laboratorijās.
2027–2028: Sagaidāma pilotu līniju un pirmo komerciālo kvantu fotolitogrāfijas moduļu parādīšanās.
2029–2030: Sākotnējā tirgus pieņemšana, integrācija izvēlētajās augstas vērtības nanoinvācijas pielietojumos un potenciālā piegādes ķēdes mērogošana atbalstošiem materiāliem un komponentiem.

Kvantu optiskās fotolitogrāfijas nākotnes perspektīvas ir cieši saistītas ar uzlabojumiem kvantu optikā, materiālu zinātnē un pusvadītāju ražošanas standartiem. Nozares dalībnieki un globālas tehnoloģiju konsorcijas, visticamāk, spēlēs izšķirošu lomu tehnisko standartu izstrādē un komercializācijas ceļu paātrināšanā līdz 2030. gadam.

Galvenās tehnoloģiju inovācijas kvantu optiskajā fotolitogrāfijā

Kvantu optiskā fotolitogrāfija parādās kā transformējoša tehnoloģija pusvadītāju ražošanā, solot funkciju lielumus, kas ir daudz zemāki par klasisko optisko sistēmu difrakcijas robežu. 2025. gadā daudzas galvenās inovācijas virza šo sektoru uz priekšu, kas balstītas uz aktīvu pētniecību un pilotu izvietojumiem galvenajās nozares un akadēmiskajās centros.

Centrālais nesenās progresijas elements ir sajauktu fotonu avotu izmantošana—īpaši, izmantojot sponta parametrisko lejupvēršanu—lai sasniegtu kvantu iejaukšanās rakstus, kas ļauj sub-viļņu modelēšanu. Ievērības cienīgs ir tas, ka pētnieki ir demonstrējuši multiphoton kvantu fotolitogrāfiju ar telpiskajām izšķirtspējām, kas tuvu λ/4 un zemāk, kur λ ir apgaismojuma viļņu garums. Šie sasniegumi pārsniedz laboratoriju pierādījuma koncepcijas, un iestādes, piemēram, Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts (NIST), sadarbojas ar fotoniku piegādātājiem, lai precizētu mērogojamas sajauktu fotonu paaudzes un detekcijas schēmas.

Vēl viena būtiska inovācija ir kvantu punktu un vienfotona izstarotāju matricu integrācija, kas tiek veidota, lai nodrošinātu augstas spilgtuma, nesalīdzināmu fotonu plūsmas pakļaušanai. Uzņēmumi, piemēram, Samsung Electronics, investē kvantu gaismas avotos kā daļu no savām nākamās paaudzes pusvadītāju ražošanas shēmām, kas norāda uz nozares pāreju uz kvantu uzlabotām fotolitogrāfijas platformām.

Fotoizstrādājumos kvantu optiskā fotolitogrāfija virza jaunu materiālu izstrādi ar uzlabotām multiphoton absorbcijas šķērsgriezumiem un pielāgotām ķīmiskām reakcijām. Vadošo ķīmisko piegādātāju un pētniecības iestāžu partnerības mērķis ir izstrādāt kvantu saderīgas pretestības formulu, kas paredzēta, lai maksimizētu modeļa precizitāti un caurlaidību. Piemēram, Dow sadarbojas ar universitāšu laboratorijām, lai optimizētu pretestības ķīmiju kvantu ekspozīcijas režīmos.

Sistēmu integrācijas priekšpusē kvantu optiskās fotolitogrāfijas potenciāls tiek pētniecībā saistībā ar modernizētām bezmaskas tiešrakstīšanas tehnikām un adaptīvo optiku. ASML, globālais līderis litogrāfijas sistēmās, publiski paziņojis par savu interesi par kvantu uzlabotu modelēšanu, lai pagarinātu Mūra likumu, un piedalās konsorcijās, lai novērtētu kvantu fotolitogrāfijas moduļus līdzās ekstremālās ultravioletās (EUV) sistēmām.

Skatoties uz nākotni, kvantu optiskās fotolitogrāfijas perspektīvas ir iezīmētas ar pastiprinātu prototipēšanas attīstību, lai pilotu līnijas tiek sagaidītas izvēlētajās pusvadītāju fabās līdz 2027. gadam. Turpināta progresēšana vienfotona avotu efektivitātes, kvantu pretestības inženierijas un mērogām sistēmas arhitektūrās būs kritiska komerciālajai dzīvotspējai. Sekts ir gatavs ātrai attīstībai, jo kvantu iespējotas modelēšanas tehnikas kļūst tuvāk plašai pieņemšanai, solot nepārspējamu izšķirtspēju un jaunus ierīču arhitektūras risinājumus pēc EUV laikmeta.

Galvenie nozares spēlētāji un stratēģiskās partnerības

Kā pusvadītāju nozare saskaras ar nemitīgo pieprasījumu pēc mazākiem, ātrākiem un energoefektīvākiem ierīcēm, kvantu optiskā fotolitogrāfija parādās kā robežtehnoloģija sub-nanometru modelēšanā. 2025. gadā sektori redz gan nostiprinātu nozares līderu, gan inovatīvu jaunuzņēmumu iesaisti, pieaugot stratēģisko partnerību uzsvaram, lai paātrinātu pētniecību, attīstību un komercializāciju.

Būtiski nozares spēlētāji

ASML Holding NV ir globālais līderis modernizētās fotolitogrāfijas sistēmās. Lai arī tā dominē ekstremālās ultravioletās (EUV) fotolitogrāfijas jomā, ASML ir paziņojusi par izpētes sadarbību ar akadēmiskām un kvantu pētniecības institūtēm, lai izpētītu kvantu optisko tehniku integrāciju jauno paaudžu fotolitogrāfijas rīkos. Šie iniciatīvas mērķis ir pārvarēt difrakcijas ierobežojumus, kas pašlaik ierobežo EUV izšķirtspēju.
IBM ir demonstrējusi prototipa kvantu uzlabotas fotolitogrāfijas koncepcijas savos pētniecības centros. 2025. gadā IBM paplašina partnerības ar materiālu piegādātājiem un metrologijas iekārtu ražotājiem, lai pārbaudītu kvantu koherentus gaismas avotus potenciālai integrācijai pilotu fotolitogrāfijas līnijās.
Nikon Corporation un Canon Inc., abi ir vadošie optiskās fotolitogrāfijas iekārtu piegādātāji, aktīvi meklē sadarbības iespējas ar kvantu optikas jaunuzņēmumiem un nacionālajiem institūtiem Japānā. Viņu fokuss ir izmantot kvantu sajaukšanas un saspiestu gaismas avotus, lai paplašinātu iespējas dziļajā ultravioletā (DUV) jomā un potenciāli ieviestu komerciālus kvantu optiskās fotolitogrāfijas risinājumus.
Paul Scherrer Institute Šveicē, liela Eiropas pētniecības centrs, ir notiekošas partnerības ar gan iekārtu ražotājiem, gan kvantu fotonikas uzņēmumiem, lai pārbaudītu kvantu uzlabotas fotolitogrāfijas procesus uz modernizētiem pretestības materiāliem un substrātiem. Kopīgie testu paneļi, kas izveidoti 2025. gadā, ir paredzēti, lai pārbaudītu caurlaidības un precizitātes normas, kas nepieciešamas rūpnieciskai pieņemšanai.

Strategiskās partnerības un izredzes

2025. gada sākumā imec (Universālais mikroelektronikas centrs) formāli izveidoja ilglaicīgu partnerību ar vairākiem kvantu optikas uzņēmumiem Eiropā, lai izstrādātu hibrīdas fotolitogrāfijas moduļus un novērtētu to integrāciju pašreizējās CMOS ražošanas plūsmās. Šis solis ir paredzēts, lai tilts laboratoriju līmeņa kvantu fotolitogrāfijas demonstrācijas un augstas apjoma ražošanas prasībām.
Jaunuzņēmumi, piemēram, QuiX Quantum un Rigetti Computing, ir iesaistījušies ar iekārtu piegādātājiem, lai sadarbojoties izstrādātu kvantu gaismas avotus un fotonu kontroles moduļus, kas pielāgoti fotolitogrāfijas pielietojumiem, ar pilotu izvietojumiem, kas gaidāmi 2027. gadā.

Izskatoties nākotnē, kvantu optiskās fotolitogrāfijas ceļš no koncepcijas līdz dzīvotspējīgām komerciālajām sistēmām nākamos piecus gadus, visticamāk, paātrināsies, apvienojot ekspertu prasmes no iepriekšējām litogrāfijas līderēm, kvantu tehnoloģiju inovatoriem un pētniecības iestādēm. Šīs sadarbības būs kritiskas, risinot tehniskos un mērogošanas izaicinājumus, kas pašlaik ierobežo kvantu uzlabotas fotolitogrāfijas pieņemšanu pusvadītāju ražošanā.

Kvantu fotolitogrāfijas pielietojumi: no pusvadītājiem līdz nanoinvates

Kvantu optiskā fotolitogrāfija ir kļuvusi par transformējošu pieeju pusvadītāju ierīču un nanostruktūru izstrādē, izmantojot gaismas kvantu īpašības—tādas kā sajaukšana un saspiešana—lai pārvarētu klasiskās difrakcijas ierobežojumu. 2025. gadā pētniecības un agrīno komercizdevumu centieni ir intensificējušies, cenšoties pārnest laboratoriju sasniegumus uz mērogojamām, rūpnieciski dzīvotspējīgām procedūrām.

Viens no ievērojamākajiem sasniegumiem pagājušajā gadā ir bijusi sajauktu fotonu fotolitogrāfijas sistēmu demonstrācija, kas spēj sasniegt modeļa izšķirtspēju zem 10 nm, būtisks solis uz priekšu uz mūsdienīgu ekstremālās ultravioletās (EUV) fotolitogrāfijas iespējām. Pētniecības komandas no IBM un Intel ir ziņojušas par veiksmīgiem pilotu eksperimentiem, izmantojot kvantu gaismas avotus maskas brīvai modelēšanai silīcija plāksnēs, norādot uz iespēju integrēt to esošās pusvadītāju ražošanas līnijās. Šie centieni daļēji ir motivēti ar turpinātu miniaturizācijas prasību uz progresīvajiem loģikas un atmiņas čipiem, īpaši kamēr klasiskā fotolitogrāfija tuvojas saviem fiziskajiem ierobežojumiem.

Vienlaikus notiek attīstība pie vadošajiem pusvadītāju iekārtu ražotājiem. ASML, globālais līderis litogrāfijas sistēmās, paziņoja 2025. gada sākumā par kvantu fotolitogrāfijas novērtēšanas programmas uzsākšanu, sadarbojoties ar kvantu optikas speciālistiem, lai izpētītu saderību ar savām Twinscan platformām. Līdzīgi Canon Inc. un Nikon Corporation ir atklājušas izpētes partnerattiecības ar akadēmiskām grupām, lai novērtētu sajauktu fotonu avotus un kvantu iejaukšanās tehnikas nākamās paaudzes fotolitogrāfijas rīkos.

Pāri pusvadītājiem kvantu optiskā fotolitogrāfija ļauj jaunu nanoinvates klases izstrādi, tostarp kvantu punktus, fotoniskās kristālus un metamateriālus, kuriem nepieciešama precīza funkciju kontrole atomu līmenī. Jaunuzņēmumi, piemēram, Paul Scherrer Institute (caur tā spin-off sadarbībām) un izveidotie pētniecības centri, piemēram, Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts (NIST), ir vadošie kvantu uzlabota modelēšanas izstrādē laboratorijās iekšējos ierīcēs un kvantu sensoriem.

Uz priekšu raugoties tuvākajos gados, kvantu optiskās fotolitogrāfijas perspektīvas ir ļoti pozitīvas, lai gan izaicinājumi joprojām pastāv mērogošanā, avotus uzticamībā un integrācijā esošajās ražošanas ekosistēmās. Industrijas ceļveži no SEMI un ITRS izceļ kvantu fotolitogrāfiju kā kritisku uzmanības jomu, ar pilotu ražošanas līnijām, kas paredzētas 2027. gadam. Kamēr aparatūra un kvantu gaismas avoti nobriest, kvantu optiskā fotolitogrāfija ir gatava kļūt par pamatu tehnoloģijai nemainīgi mazākām, energoefektīvākām nanoelektronikām.

Konkurētspēja: jaunuzņēmumi pret nostiprinātiem līderiem

Konkurētspēja kvantu optiskajā fotolitogrāfijā 2025. gadā raksturojas ar dinamisku mijiedarbību starp elastīgiem jaunuzņēmumiem un nostiprinātiem nozares vadītājiem. Kā pusvadītāju ražošana virzās uz evermazākiem funkciju izmēriem, kvantu uzlabotas litogrāfijas tehnikas—kas izmanto sajauktus fotonus un kvantu iejaukšanos—parādās kā vitāli svarīgas, lai pārvarētu tradicionālo optisko sistēmu ierobežojumus.

Jaunuzņēmumi ir inovāciju priekšgalā, bieži vien koncentrējoties uz nišas kvantu fotonikas tehnoloģijām un ātru prototipēšanu. Piemēram, PsiQuantum virza mērogojamu kvantu fotoniku, cenšoties integrēt kvantu gaismas avotus fotolitogrāfijas sistēmās. Līdzīgi QuiX Quantum specializējas kvantu fotonisko procesoru izstrādē, sadarbojoties ar atradņu ražotājiem, lai izstrādātu kvantu saderīgas fotolitogrāfijas darba plūsmas. Šādi uzņēmumi uzsver elastību, ātru iterāciju un gatavību sadarboties ar ražošanas iekārtām, kas meklē nākamās paaudzes risinājumus.

Savukārt nostiprināti līderi, piemēram, ASML un Canon, izmanto savu dziļo ekspertīzi, plašo patentu portfeli un globālo ražošanas tīklu, lai mērogotu kvantu fotolitogrāfijas inovācijas. ASML īpaši ir norādījusi uz turpmākām R&D investīcijām kvantu uzlabotā fotolitogrāfijā, balstoties uz tās dominējošo pozīciju ekstremālās ultravioletās (EUV) sistēmās. Šie dalībnieki arī veido stratēģiskas alianses ar kvantu jaunuzņēmumiem, integrējot kvantu gaismas avotus un detekcijas tehnoloģijas savās augstas caurlaidības fotolitogrāfijas platformās.

2025. gadā Nikon Corporation paziņoja par paplašinātu pētniecību kvantu optiskajos moduļos modernizētai fotolitogrāfijai, mērķējot uz sub-1nm ražošanas procesiem sadarbībā ar globālajiem mikroshēmu ražotājiem.
Imperial College London Quantum Optics Group ir sadarbojusies ar ražošanas konsorcijiem, lai validētu kvantu fotolitogrāfijas protokolus pilotu mērogos, no kuriem sagaidāmi rezultāti, kas ietekmēs iekārtu standartus līdz 2026. gadam.
Vairāki lielie atradņu ražotāji, tostarp TSMC, ir uzsākuši pilotu programmas, lai novērtētu kvantu optiskās fotolitogrāfijas ražīgumu un mērogojamību, ar pirmo datu gaidīšanu vēl 2025. gadā.

Izskatoties uz priekšu, sektors ir gatavs ātrai attīstībai. Jaunuzņēmumi, visticamāk, turpinās virzīt traucējošas inovācijas, it īpaši kvantu gaismas radīšanas un kontroles jomā, kamēr nostiprināti līderi koncentrēsies uz standartizāciju, ražošanas integrāciju un globālo izvietojumu. Sadarbības ekosistēmas—kas aptver iekārtu ražotājus, kvantu tehnoloģiju uzņēmumus un pusvadītāju ražotājus—gala rezultātā tiks attīstītas, paātrinot kvantu optiskās fotolitogrāfijas virzību uz plašu pieņemšanu līdz 2020. gadu beigām.

Regulatīvās prasības un šķēršļi

Kvantu optiskā fotolitogrāfija—kas izmanto kvantu gaismas stāvokļus, lai pārsniegtu klasiskās izšķirtspējas ierobežojumus—ir kļuvusi par pamattehnoloģiju nākamās paaudzes pusvadītāju ražošanā. Kamēr sektors 2025. gadā nobriest, tas sastopami ātri mainīgu regulatīvo vidi, ko veido gan sub-nanometru modelēšanas solījumi, gan izaicinājumi, ko rada jauni kvantu iespējoti procesi.

Pašlaik regulatīvās prasības kvantu optiskajā fotolitogrāfijā ir lielā mērā adaptētas no izveidotām fotolitogrāfijas sistēmām, it īpaši attiecībā uz ekstremālās ultravioletās (EUV) un dziļās ultravioletās (DUV) fotolitogrāfiju. Organizācijas, piemēram, SEMI un Starptautiskā elektrotehniskā komisija (IEC), ir uzsākušas pirmo posmu tehnisko standartu izstrādē, lai risinātu unikālas kvantu specifiskās riskus—piemēram, kvantu stāvokļa dekoherenci un fotonu avotu stabilitāti, kas ir kritiski svarīgi, lai nodrošinātu procesu atkārtojamerību un ierīču uzticamību.

Viens no regulatīvajiem šķēršļiem ir metrologijas standartu trūkums kvantu gaismas avotiem un mērīšanas tehnikām. Esošie standarti—piemēram, SEMI litogrāfijas iekārtu drošības vadlīnijas—neattiecas pietiekami uz kvantu režīmiem, prasot jaunus protokolus sajauktu fotonu ražošanas un kvantu koherences monitorēšanai modelēšanas laikā. 2025. gadā Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts (NIST) ir paziņojis par iniciatīvām, lai izveidotu iespējamo kalibrācijas metodoloģiju kvantu fotonikas ierīcēm, cieši sadarbojoties ar nozares līderiem, lai realizētu standarta atsauces materiālus un mērīšanas sistēmas.

Vēl viena problēma ir starptautiskā harmonizācija. Kamēr Eiropas Savienība, caur CEN-CENELEC, un Japānas Japāņu rūpniecības standartu komiteja (JISC) formulē savus kvantu fotonikas iekārtu standartus, pastāv atšķirības tehniskajās definīcijās un drošības prasībās. Šīs atšķirības var sarežģīt globālās piegādes ķēdes un pārrobežu tehnoloģiju paziņošanu, ņemot vērā kvantu fotolitogrāfijas jutību pret vides faktoriem un materiālu tīrību.

Nākotnes skatījums uz nākamajiem dažiem gadiem norāda uz palielinātu regulatīvu iesaisti, jo pilotu kvantu optiskās fotolitogrāfijas līnijas—piemēram, tās, ko paziņojis ASML un Canon Inc.—pārvietojas no demonstrācijas uz komerciālām fāzēm. Nozares iesaistītie aicina uzstanda attīstību kvantu drošas darba procedūras, elektromagnētiskās saderības un datu integritātes standartiem kvantu iespējotā modelēšanā. Ģenerālais konsensus ir tāds, ka regulatīvā skaidrības un harmonizēti standarti būs būtiski, lai atbloķētu pilnu komerciālo potenciālu kvantu optiskajā fotolitogrāfijā un nodrošinātu drošu, mērogojamu pieņemšanu visā pusvadītāju industrijā.

Investīciju tendences un finansēšanas kārtas

Kvantu optiskā fotolitogrāfija, kas izmanto kvantu sajaukšanu un multi-fotonu iejaukšanos, lai modelētu sub-viļņu mērogus, kļūst par traucējošu tehnoloģiju pusvadītāju ražošanā. 2025. gadā sektors novēro paaugstinātu investoru interesi, ar gan nostiprinātiem pusvadītāju uzņēmumiem, gan kvantu tehnoloģiju jaunuzņēmumiem piesaistot nozīmīgu finansējumu. Stratēģiskās investīcijas tiek virzītas ar steidzamo nepieciešamību pārvarēt tradicionālās fotolitogrāfijas mērogošanas ierobežojumus, jo īpaši, kad pusvadītāju nozare tuvojas ekstremālās ultravioletās (EUV) procesu fiziskajiem ierobežojumiem.

Vairāki nozīmīgi dalībnieki pusvadītāju iekārtu jomā ir palielinājuši savus R&D budžetus un aktīvi izpēta partnerības vai tiešas investīcijas kvantu optisko tehniku jomā. ASML Holding NV, globālais līderis fotolitogrāfijas sistēmās, paziņoja 2025. gada sākumā par kvantu optikas pētniecības nodaļas paplašināšanu, izveidojot speciālu fondu, kurš pārsniedz 200 miljonus eiro, lai veicinātu sadarbību ar akadēmiskajām grupām un kvantu jaunuzņēmumiem. Šī iniciatīva seko ASML dalībai vairākos Eiropas Savienības kvantu tehnoloģiju konsorcijos, kas paredzēti, lai paātrinātu komercializācijas laika grafikus.

Jaunuzņēmumu frontē ASV balstītais PsiQuantum, tradicionāli fokusēts uz kvantu skaitļošanu, 2025. gada pirmajā ceturksnī noslēdza 150 miljonu dolāru D sērijas finansējumu, ar daļu no ieņēmumiem paredzētu kvantu iespējotām fotonikas ražošanas platformām, tostarp kvantu fotolitogrāfijai. Līdzīgi Rigetti Computing saņēma neskaidru stratēģisku ieguldījumu 2025. gadā, kas domāts viņu kvantu fotonikā R&D komandas paplašināšanai un nākamās paaudzes fotolitogrāfijas moduļu prototipēšanai.

Arī Āzijas uzņēmumi ienāk cīņā. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) ziņoja par jauniem partnerību veidiem ar kvantu fotonikas jaunuzņēmumiem savā 2025. gada Atklāto inovāciju platformā, mērķējot uz procesu integrāciju un pilotu līniju izstrādi kvantu fotolitogrāfijas tehnoloģijām. Turklāt Samsung Electronics Advanced Technology Investment nodaļa iecēla kvantu fotolitogrāfiju kā prioritāšu jomu savā ikgadējā 250 miljonu dolāru dziļās tehnoloģijas fondā, īpaši uzsverot sadarbības prototipēšanu un piegādes ķēdes gatavību.

Nākotnes perspektīvas kvantu optiskās fotolitogrāfijas finansēšanas ainai, visticamāk, pieaugs, kā pierādījumi par koncepciju pāries uz fab-derīgu prototipiem. Nozares analītiķi prognozē papildus starpatdoru akciju kopīgās uzņēmējdarbības un pieaugumu riska kapitāla plūsmās, it īpaši, kad pilotu rezultāti apstiprina kvantu fotolitogrāfijas solījumu jaunās paaudzes mikroshēmu mērogošanai. Galvenie pusvadītāju uzņēmumi un kvantu tehnoloģiju speciālisti varētu paātrināt ceļu uz komerciālu pieņemšanu 2020. gadu beigās.

Nākotnes skatījums: mērogošana, komercializācija un globālā pieņemšana

Kvantu optiskā fotolitogrāfija, kas izmanto kvantu sajaukšanu un nenormālas gaismas stāvokļus, ir kļuvusi par galveno tehnoloģiju nākamās paaudzes pusvadītāju ražošanā. 2025. gadā globālie ieguldījumi un pētījumi šajā jomā ir paātrinājušies, kas ir motivēts ar steidzamām nepieciešamībām pēc sub-1 nm modelēšanas un tradicionālās ekstremālās ultravioletās (EUV) fotolitogrāfijas inherentajiem ierobežojumiem. Galvenie pusvadītāju iekārtu ražotāji un nacionālās laboratorijas aktīvi izpēta kvantu uzlabotas fotolitogrāfijas procesus, lai pārvarētu klasiskās difrakcijas ierobežojumus un sasniegtu nevainojamus funkciju lielumus.

Mērogot kvantu optisko fotolitogrāfiju no laboratorijas demonstrācijām līdz rūpnieciskai ražošanai ir būtiski izaicinājumi. Tie ietver kvantu gaismas avotu (piemēram, sajauktu fotonu pāru) stabilizāciju un integrāciju, saderību ar esošajiem fotoizstrādēm un izturīgu, augstas caurlaidības kvantu optisko ekspozīcijas sistēmu izstrāde. Tomēr vadošie litogrāfijas rīku ražotāji, it īpaši ASML Holding N.V., ir uzsākuši kvantu optisko ekspozīcijas moduļu izpēti kā daļu no savām progresīvām pētniecības programmām, meklējot iespēju pagarināt Mūra likumu, pārspējot esošo EUV platformu iespējas.

Pētniecības frontē nacionālie institūti un sadarbības konsorcijas aktīvi virza robežas. Piemēram, Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts (NIST) ir uzsācis programmas, lai novērtētu kvantu fotolitogrāfijas metrologiskos prasības un izstrādātu kvantu kvalitātes kalibrācijas standartus. Šie centieni tiek papildināti ar fotonikas komponentu piegādātājiem, piemēram, Hamamatsu Photonics K.K., kas palielina sajauktu fotonu avotu un augstas efektivitātes vienfotona detektoru ražošanas apjomus, kas ir kritiski svarīgi kvantu fotolitogrāfijas izveidē.

Kvantu optiskās fotolitogrāfijas komercializācija kļūst arvien taustāmāka, ar pilotu līnijām, kas, visticamāk, tiks izveidotas līdz 2027. gadam sadarbībā ar vadošajiem pusvadītāju ražotājiem. Vairāki nozares ceļveži, tostarp tie, ko vada SEMI un imec, ir identificējuši kvantu optisko fotolitogrāfiju kā kritisku iespēju sub-nanometru un atomu mēroga ierīču izgatavošanai pēc EUV laikmeta. Šīs organizācijas veicina pārrobšķirīgu sadarbību, lai risinātu fotomasku izstrādes, pretestības jutības un sistēmas uzticamības problēmas kvantu apgaismojuma apstākļos.

Nākamo pāris gadu laikā globālo pieņemšanu, visticamāk, vadīs reģioni ar spēcīgām fotonikas un pusvadītāju ekosistēmām, īpaši Eiropā, Japānā un Amerikas Savienotajās Valstīs. Starptautisko darba grupu un standartizācijas organizāciju izveide tiek prognozēta, lai paātrinātu interopējamību, drošību un piegādes ķēžu izturību. Līdz 2030. gadam kvantu optiskā fotolitogrāfija var kļūt par nozīmīgu augstas apjoma ražošanas sastāvdaļu, būtiski pārvēršot pusvadītāju ainavu un ļaujot izstrādāt ierīces līdz iepriekš neiedomātām mērogām.

Gadījumu pētījumi: reālas pasaules panākumi un jauni pielietojumi

Kvantu optiskā fotolitogrāfija, nākamās paaudzes tehnika, kas izmanto gaismas kvantu īpašības, lai pārsniegtu klasiskās difrakcijas ierobežojumus, sāk pāriet no laboratorijas pētījumiem uz reālu izmantošanu. 2025. gadā vairāki ievērojami iniciatīvas un pilotu projekti demonstrē šīs tehnoloģijas praktisko potenciālu pusvadītāju ražošanā un nanoinvācijā.

Pusvadītāju ražošana: IBM publiski apsprieda savu kvantu fotonikā pētniecību, kas vērsta uz litogrāfiskās izšķirtspējas pārsniegšanu, kas nav iespējama ar ekstremālās ultravioletās (EUV) rīkiem. Viņu jaunākais pilotu programma, kas uzsākta 2025. gada sākumā, ir vērsta uz kvantu sajaukto fotonu avotu integrāciju esošajās fotolitogrāfijas darba plūsmās, parādot agrīnās norādes uz sub-10 nm modelēšanu testētas plāksnēs. Šī pieeja sola sekmēt Mūra likuma attīstību, kamēr konvencionālā EUV sasniedz fiziskos ierobežojumus.
Pētniecības konsorciji un pilotu fabrika: imec nanoinvestīciju pētniecības centrs Beļģijā sadarbojas ar vadošajiem fotonikas iekārtu piegādātājiem un kvantu tehnoloģiju jaunuzņēmumiem, lai izstrādātu kvantu optiskās fotolitogrāfijas moduļus, kas saderīgi ar pašreizējām 300 mm plāksu ražošanas iekārtām. Viņu kopīgā pilotu līnija, izveidota 2024. gadā, ir panākusi līnijas malas raupjuma uzlabošanu un radījusi sarežģītu nanostruktūru modelēšanu ar nebijušu precizitāti, kas paredzēta, lai mērogotu uz maza apjoma ražošanas līdz 2027. gadam.
Fotonikas iekārtu piegādātāji: ASML, pasaules galvenais modernizētas litogrāfijas sistēmu piegādātājs, 2025. gada aprīlī paziņoja par stratēģisku partnerību ar kvantu optikas uzņēmumiem, lai kopīgi izstrādātu kvantu iespējotās fotolitogrāfijas komponentes. Iniciatīvas mērķis ir komerciāla dzīvotspēja trīs līdz piecu gadu laikā, sākot no kvantu uzlabotām masku izlīdzināšanas un fotonu avotu moduļu izstrādes, kas varētu ņemt vērā esošos EUV skenerus.
Jauni pielietojumi: Papildus pusvadītājiem kvantu optiskā fotolitogrāfija tiek izpētīta NIST, lai izgatavotu ultra-precīzus kvantu sensoru paneļus un fotoniskos ekskursus. Agrīnie prototipi, kas ražoti 2025. gadā, demonstrē uzlabotu vienmērīgumu un samazinātas defektu normas, kas ir kritiski nepieciešami skalojamai kvantu skaitļošanas aparatūrai un progresīvām metrologa rīkiem.

Nākotnes skatījumā nākamo gadu laikā gaidāma arvien plašāka kvantu fotonikā integrācija komerciālās fabūnās, kuru pamatā ir pastāvīgi uzlabojumi sajauktu fotonu avotos un kvantu saderīgās pretestēs. Sadarbības starp iekārtu līderiem, pētniecības institūtiem un kvantu tehnoloģiju jaunuzņēmumiem, visticamāk, pieaugs, vadot tehnoloģiju līdz galvenajām pusvadītāju un kvantu ierīču ražošanas pielietojumiem 2020. gadu beigās.

Avoti un atsauces

Photolithography #science #physics #experiment

Watch this video on YouTube

Kvantum optiskā fotolitogrāfija: mikroizgatavošanas revolucionēšana no 2025. gada — revolucionāri izgudrojumi atklāti

ByQuinn Parker