目录
- 执行摘要：光刻中的量子飞跃
- 市场概览与2025–2030年预测
- 量子光学光刻中的关键技术创新
- 主要行业参与者与战略合作关系
- 量子光刻应用：从半导体到纳米设备
- 竞争格局：初创公司与成熟领导者
- 监管标准与障碍
- 投资趋势与融资轮次
- 未来展望：扩展、商业化与全球采用
- 案例研究：现实世界的成功与新兴应用
- 来源与参考资料
执行摘要：光刻中的量子飞跃
量子光学光刻正在重塑2025年及之后半导体制造的格局，承诺在分辨率、效率和可扩展性方面带来变革性的改进。传统的光刻技术——目前受到极紫外（EUV）工艺的制约——受到经典光学和衍射极限的限制。量子光学方法利用纠缠光子和量子干涉，旨在突破这些障碍，允许特征尺寸远低于10纳米，甚至可能达到亚5纳米的范围。
在过去的一年中，主要行业利益相关者加大了对量子增强光刻工具的投资。ASML Holding，全球极紫外光刻的领先者，已经公开宣布研究量子增强成像，作为其下一代半导体制造的路线图一部分。他们与量子光学研究小组的合作证明了该行业对量子光刻的认识，将其视为持续器件缩放和摩尔定律的重要途径。
这一进展的核心是使用多光子量子态来绘制超出经典瑞利极限的特征。包括IBM和英特尔在内的学术-行业联合体的概念验证展示，证明了量子光刻可以在类似波长下创建分辨率达到传统单光子方法的两倍的干涉模式。这些实验尽管仍在实验室规模，但正在推动技术朝着工业可行性发展，2025年标志着量子光刻模块首次在原型步进器中整合测试。
材料和光子学供应商也已进入开发流程。Coherent Corp.和Hamamatsu Photonics正在开发下一代纠缠光子源和超灵敏探测器，专为量子光刻平台定制，解决光子生成率和系统吞吐量的关键瓶颈。他们最近的技术披露表明，预计在未来三年内实现量子光源的商业化，为试点制造铺平道路。
量子光学光刻的前景持谨慎乐观态度。尽管在扩展光子流和优化光刻胶敏感度方面仍面临挑战，但该行业的动能是显而易见的。预计2025年至2028年将见证从概念验证到试点生产的转换，量子增强过程将补充并最终扩展基于EUV系统的能力。随着技术的成熟，半导体行业正为进入一个新设备小型化与性能的时代做好准备，其基础牢固地建立在量子光学之上。
市场概览与2025–2030年预测
量子光学光刻利用光的量子态来超越传统的衍射极限，作为一种颠覆性技术在半导体制造和纳米制造中正日益受到重视。到2025年，光刻的全球市场仍主要由极紫外（EUV）和深紫外（DUV）系统主导，ASML Holding NV被公认为EUV光刻机的领先供应商。然而，量子光学技术——例如利用纠缠光子和量子干涉的技术——正被研究机构和行业参与者积极探索，旨在以更高的吞吐量和效率实现亚10纳米的图案设计。
在2025年，若干半导体设备制造商和光子公司正在投资于量子光刻系统的研究和早期原型开发。例如，Carl Zeiss AG和Nikon Corporation已与学术合作伙伴达成合作，以研究量子增强成像和下一代光刻的量子光源。这些努力的核心是高亮度的纠缠光子源和抗量子干扰的光刻胶的开发，旨在应对常规光刻方法所带来的扩展挑战。
市场分析师和行业组织预计，到2027-2028年，第一条商业试点线可能会推出，包括量子光学光刻模块，前提是光子源可扩展性和系统集成的突破。SEMI行业协会在其2025年技术路线图中强调了量子光子学作为一个关键创新领域，指出其可能对先进逻辑和存储器设备制造产生影响。
在2025年至2030年之间，量子光学光刻市场预计将从先进研发过渡到初步商业化。早期采用者预计将包括领先的代工厂和专门的纳米制造设施，尤其是那些在量子计算、光子集成电路和高密度存储方面寻求应用的企业。像英特尔公司和IBM Corporation这样的公司已披露正在进行量子设备制造的投资，这可能为量子光刻模块提供早期应用案例。
- 2025-2026年：持续原型开发和技术验证，主要在研究和企业实验室中进行。
- 2027-2028年：预计试点线和首批商业量子光刻模块的涌现。
- 2029-2030年：初步市场采用，集成于某些高价值的纳米制造应用，潜在地扩展支持材料和组件的供应链。
量子光学光刻的前景与量子光学、材料科学和半导体制造标准的进展密切相关。行业参与者和全球技术联合体预计将在2030年之前在制定技术标准和加速商业化路径方面发挥重要作用。
量子光学光刻中的关键技术创新
量子光学光刻正在成为半导体制造领域的变革性技术，承诺实现远低于经典光学系统衍射极限的特征尺寸。截止2025年，几个关键创新正在推动这一领域的发展，支撑其背后的是主要行业和学术中心的活跃研究和试点部署。
近期进展的核心是使用纠缠光子源——特别是通过自发参数下转换——以实现量子干涉图案，从而使得亚波长的图案化成为可能。值得注意的是，研究人员已展示了多光子量子光刻，具有接近λ/4及以下的空间分辨率，其中λ是照明波长。这些进展不再局限于实验室的概念验证，国家标准与技术研究院（NIST）等机构正与光子供应商合作，以优化可扩展的纠缠光子生成和检测方案。
另一个重要创新是集成量子点和单光子发射器阵列，这些阵列正在被工程设计，以提供高亮度、不可区分的光子流用于曝光。像三星电子等公司正在将量子光源作为其下一代半导体制造路线图的一部分进行投资，标志着行业向量子增强光刻平台的转变。
在光刻胶领域，量子光学光刻正在推动新材料的开发，这些材料具有增强的多光子吸收横截面和定制的化学响应。领先的化学供应商与研究机构之间的合作旨在开发量子兼容的光刻胶配方，最大化图案保真度和吞吐量。例如，陶氏化学与大学实验室合作，以优化适用于量子曝光区域的光刻胶化学。
在系统集成方面，量子光学光刻的潜力正与先进的无掩膜直接写入技术和自适应光学相结合进行探讨。ASML，作为全球光刻系统的领导者，已公开表示对量子增强图案化的兴趣，以延续摩尔定律，并参与联合体评估与极紫外（EUV）系统并行的量子光刻模块。
展望未来几年，量子光学光刻的前景受到加速原型开发的标志，预计在2027年之前会在选定的半导体厂商中推出试点线。单光子源的效率、量子光刻胶的工程以及可扩展系统架构的持续进展对于商业可行性至关重要。该领域正为快速演变做好准备，量子增强图案化技术日益接近主流采用，承诺以前所未有的分辨率和新器件架构，跨越后EUV时代。
主要行业参与者与战略合作关系
随着半导体行业面临对更小、更快和更节能设备的不断需求，量子光学光刻正在成为亚纳米级图案化的前沿技术。在2025年，行业正经历着既有行业领导者又有创新型初创公司的参与，愈发重视战略伙伴关系，以加速研究、开发和商业化。
关键行业参与者
- ASML Holding NV 是先进光刻系统的全球领导者。尽管在极紫外（EUV）光刻中占据主导地位，ASML已宣布与学术和量子研究机构的探索性合作，以研究将量子光学技术整合到下一代光刻工具中。这些举措旨在克服当前限制EUV分辨率的衍射极限。
- IBM 在其研究实验室中展示了量子增强光刻概念的原型。在2025年，IBM正在扩大与材料供应商和计量设备制造商的合作，以测试量子相干光源，以便可能集成到试点光刻线中。
- 尼康公司和佳能公司，作为光刻设备的领先供应商，正在与日本的量子光学初创公司和国家实验室积极进行合作，重点利用量子纠缠和压缩光源来扩展深紫外（DUV）的能力，并可能为商业量子光学光刻平台铺平道路。
- 保尔·谢尔研究所在瑞士是重要的欧洲研究中心，与设备制造商和量子光子公司有持续的合作，测试量子增强光刻过程中先进光刻胶和衬底的有效性。计划于2025年建立的联合测试平台旨在验证工业采用所需的吞吐量和保真度基准。
战略合作关系与展望
- 在2025年初，imec（国际微电子中心）与欧洲几家量子光学公司正式建立多年合作，开发混合光刻模块并评估其在当前CMOS制造流程中的整合。这一举措旨在桥接实验室级量子光刻演示与高产量制造要求之间的差距。
- 初创公司如QuiX Quantum和Rigetti Computing与设备供应商合作，共同开发量子光源和用于光刻应用的光子控制模块，试点部署预计在2027年之前进行。
展望未来，行业领导者与量子技术创新者及研究机构之间的专业知识汇聚被预计将加速从概念验证到可行的商业量子光学光刻系统的进程，预计在未来五年内。这些合作将在解决目前限制量子增强光刻在半导体制造采纳的技术和可扩展性挑战中发挥关键作用。
量子光刻应用：从半导体到纳米设备
量子光学光刻已成为半导体器件和纳米结构制造的变革性方法，利用光的量子特性——如纠缠和压缩——来超越经典衍射极限。截至2025年，研究和早期商业努力正在加剧，旨在将实验室突破转化为可扩展、工业上可行的流程。
在过去一年中，最显著的进展之一是展示了纠缠光子光刻系统，可以实现低于10纳米的图案分辨率，超出了最先进的极紫外（EUV）光刻的能力。IBM和英特尔的研究团队报告了使用量子光源进行无掩模硅晶片图案化的成功试点，显示出与现有半导体制造线集成的潜力。这些努力部分是受到对先进逻辑和存储芯片持续小型化需求的驱动，尤其是在传统光刻接近其物理极限时。
领先半导体设备制造商也在进行并行开发。ASML，全球光刻系统的领导者，早在2025年初便宣布启动量子光刻评估计划，与量子光学专家合作，探索与其TwinScan平台的兼容性。同样，佳能公司和尼康公司披露了与学术团体的探索性合作，以评估量子光源和量子干涉技术在下一代光刻工具中的应用。
除了半导体，量子光学光刻还正在推动新型纳米设备的开发，包括量子点、光子晶体和需要在原子尺度上精细控制特征的超材料。初创公司如保尔·谢尔研究所（通过其衍生合作）和像国家标准与技术研究院（NIST）这样的成熟研究中心正在开创量子增强图案化的发展，满足实验室芯片和量子传感器的需求。
展望未来几年，量子光学光刻的前景强劲积极，尽管在可扩展性、源可靠性以及与现有制造生态系统的集成方面仍面临挑战。SEMI和ITRS的行业路线图将量子光刻作为关键焦点领域，预计到2027年试点生产线将逐渐建立。随着硬件和量子光源的成熟，量子光学光刻有望成为不断追求更小、更节能的纳米电子产品的基石技术。
竞争格局：初创公司与成熟领导者
2025年，量子光学光刻的竞争格局以灵活的初创公司和成熟的行业领导者之间的动态互动为特征。随着半导体制造朝着越来越小的特征尺寸推进，量子增强光刻技术——利用纠缠光子和量子干涉——正在成为超越传统光学系统极限的重要技术。
初创公司处于创新的前沿，通常专注于小众量子光子技术和快速原型开发。例如，PsiQuantum正在推动可扩展的量子光子技术，旨在将量子光源整合到光刻系统中。同样，QuiX Quantum专注于量子光子处理器，与代工厂合作开发量子兼容的光刻工作流程。这些公司强调灵活性、快速迭代以及与寻求下一代解决方案的制造设施的合作伙伴关系的准备。
相反，像ASML和佳能这样的成熟领导者利用其深厚的专业知识、丰富的专利组合和全球制造网络来推动量子光刻的创新。尤其是，ASML已表示正在继续在量子增强光刻方面进行研发投资，并依靠其在极紫外（EUV）系统的主导地位。这些行业巨头也在与量子初创公司建立战略联盟，将量子光源和检测技术整合到其高吞吐量光刻平台中。
- 在2025年，尼康公司宣布扩大对先进光刻的量子光学模块的研究，目标是与全球芯片制造商合作，针对亚1纳米的工艺节点。
- 伦敦帝国学院量子光学小组与制造联盟合作，在试点规模验证量子光刻协议，预计结果将在2026年影响设备标准。
- 包括台积电在内的几大代工厂已经启动试点项目，评估量子光学光刻的产量和可扩展性，初步数据将预计在2025年末公布。
展望未来，行业有望迅速演变。初创公司可能会继续推动颠覆性创新，特别是在量子光源生成和控制方面，而成熟领导者将专注于标准化、制造整合和全球部署。包括设备制造商、量子技术公司和半导体代工厂的合作生态系统预计将成熟，加速量子光学光刻将在2020年代后期实现主流 adop 的进程。
监管标准与障碍
量子光学光刻——利用光的量子状态超越经典分辨率限制——已成为下一代半导体制造的重要技术。随着行业在2025年的成熟，它面临快速变化的监管环境，这一环境受到亚纳米级图案的潜力和新型量子使能工艺固有挑战的影响。
目前，量子光学光刻的监管标准主要由现有的光刻框架改编而来，尤其是极紫外（EUV）和深紫外（DUV）光刻的相关规定。组织如SEMI和国际电工委员会（IEC）已开始进行初步工作，以制定应对唯一的量子特有风险（如量子态退相干和光源稳定性）的技术标准，这些风险对于确保工艺可重复性和设备可靠性至关重要。
一个监管障碍是缺乏光子光源和测量技术的计量标准。现有标准，例如SEMI对光刻设备的安全指导，未能充分涵盖量子领域，需要新的协议来监控纠缠光子生成和在图案化过程中的量子相干性。在2025年，国家标准与技术研究院（NIST）已宣布建立可追溯校准方法的倡议，紧密与业内领先者合作，试点标准参考材料和测量系统。
另一个挑战是国际统一。虽然欧洲联盟通过CEN-CENELEC和日本的日本工业标准委员会（JISC）正在制定自己的量子光子设备标准，但在技术定义和安全要求上的差异依然存在。这些差异可能使全球供应链和跨境技术转让变得复杂，尤其是在量子光刻对环境因素和材料纯度敏感的情况下。
未来几年预计将增加监管参与，因为试点量子光学光刻线——例如ASML和佳能公司宣布的那些——将从演示阶段转向商业阶段。行业利益相关者呼吁加速制定量子安全工作程序、电磁兼容性和量子图案化中的数据完整性标准。共识是，监管清晰度和统一标准将对释放量子光学光刻的全部商业潜力至关重要，确保在半导体行业中安全、可扩展的采用。
投资趋势与融资轮次
量子光学光刻利用量子纠缠和多光子干涉进行亚波长尺度的图案化，正成为半导体制造中的颠覆性技术。到2025年，行业吸引了越来越多的投资者关注，既有成熟的半导体公司，也有量子技术初创公司获得了显著的资金。战略投资主要由迫切需要克服传统光刻的扩展限制推动，尤其是在半导体行业接近极紫外（EUV）工艺的物理极限时。
几家半导体设备行业的主要参与者增加了其研发预算，并积极探索与量子光学技术的合作或直接投资。ASML Holding NV，一个光刻系统的全球领导者，早在2025年初便宣布扩大其量子光学研究部门，设立超过2亿欧元的专用基金，促进与学术团体和量子初创公司的合作。这一举措是ASML参与多个欧洲联盟量子技术联合体的后续，旨在加速商业化进程。
在初创公司方面，总部位于美国的PsiQuantum传统上聚焦于量子计算，在2025年第一季度完成了1.5亿美元的D轮融资，其中一部分资金被预留用于量子增强光子制造平台，包括量子光刻。类似地，Rigetti Computing在2025年获得了一笔未披露的战略投资，旨在扩展其量子光子学研发团队并原型开发下一代光刻模块。
亚洲公司也开始参与竞争。台积电（TSMC）通过其2025年开放创新平台报告与量子光子初创公司建立新合作，旨在处理量子光刻技术的工艺集成和试点线开发。此外，三星电子的先进技术投资部门将量子光刻确定为其年度2.5亿美元深科技基金的优先领域，特别关注合作原型开发和供应链准备。
展望未来，量子光学光刻的资金环境预计将加强，因为概念验证演示向适合工厂的原型过渡。行业分析师预计，随着试点结果验证量子光刻在下一代芯片扩展中的潜力，将出现更多跨境合资企业和风险投资流入。从半导体巨头与量子技术专家的资本汇聚可能会加速进入2020年代后期商业化采用的进程。
未来展望：扩展、商业化与全球采用
量子光学光刻利用量子纠缠和非经典光态，正在成为下一代半导体制造的重要技术。截至2025年，全球在该领域的投资和研究加速，主要受到亚1纳米图案化的迫切需求和传统极紫外（EUV）光刻固有限制的推动。主要的半导体设备制造商和国家实验室正在积极探索量子增强的光刻工艺，旨在超越经典衍射限制，实现前所未有的特征尺寸。
将量子光学光刻从实验室演示扩展到工业规模生产面临着艰巨的挑战。这些挑战包括量子光源（如纠缠光子对）的稳定化和集成、与现有光刻胶材料的兼容性，以及开发强健的、高吞吐量的量子光学曝光系统。然而，领先的光刻工具制造商，特别是ASML Holding N.V.，已开始探索量子光学曝光模块，作为其先进研究计划的一部分，旨在寻求将摩尔定律延续到当前EUV平台的能力之外。
在研究方面，国家研究所和合作联合体正在积极推动边界。例如，国家标准与技术研究院（NIST）已启动程序评估量子光刻的计量需求并开发量子级别的校准标准。这些努力得到了光子组件供应商如Hamamatsu Photonics K.K.的支持，该公司正在扩大生产纠缠光子源和高效率单光子探测器，这些都是量子光刻设置中至关重要的。
量子光学光刻的商业化前景变得越来越实际，预计到2027年将在与领先半导体代工厂的合作下建立试点线。多个行业路线图，包括由SEMI和imec主导的路线图，已将量子光学光刻确定为超纳米及原子规模器件制造的关键支持者，尤其是在后EUV时代。这些组织正在促进跨行业合作，以解决光掩模设计、光刻胶敏感度和在量子照明下的系统可靠性等问题。
在接下来的几年中，全球采用可能由拥有强大光子学和半导体生态系统的区域引领，特别是在欧洲、日本和美国。预计国际工作组和标准化机构的成立将加速，专注于互操作性、安全性和供应链的稳健性。到2030年，量子光学光刻可能成为高产量制造的一个重要组成部分，彻底重塑半导体格局，使得以前无法达到的规模成为可能。
案例研究：现实世界的成功与新兴应用
量子光学光刻是一种利用光的量子特性超越经典衍射限制的下一代技术，已开始从实验室研究转向现实世界的应用。在2025年，几项显著的倡议和试点项目正在展示这种技术在半导体制造和纳米制造部门的实际潜力。
- 半导体制造：IBM公开讨论了其量子光子研究，旨在将光刻分辨率推向超出极紫外（EUV）工具所能实现的水平。他们最新的试点项目于2025年初启动，专注于将量子纠缠光子源整合到现有光刻工作流程中，显示出在测试晶圆上实现亚10纳米图案化的早期迹象。这一方法有望推动摩尔定律的发展，因为常规的EUV光刻正达到物理极限。
- 研究联合体与试点工厂：比利时的imec纳米电子研究中心正与领先的光子设备供应商及量子技术初创公司合作，原型开发与当前300mm晶圆制造设施兼容的量子光刻模块。2024年建立的联合试点线已实现边缘粗糙度的改善，并展示了前所未有的保真度的复杂纳米结构图案化，预计到2027年可以扩大到小规模生产。
- 光子设备供应商：ASML，全球先进光刻系统的主要供应商，于2025年4月宣布与量子光学公司建立战略合作，共同开发量子增强光刻组件。该计划的目标是在三到五年内实现商业可行性，初步重点解决量子增强掩模对准器和光源模块，可以改装现有的EUV扫描仪。
- 新兴应用：除了半导体，量子光学光刻也正在被NIST探索用于制造超精密的量子传感器阵列和光子电路。2025年生产的早期原型展示了更高的均匀性和更低的缺陷率，这对于可扩展的量子计算硬件和先进的计量工具至关重要。
展望未来，预计接下来的几年将会看到量子光子学在商业工厂中的集成加剧，支持这一进程的还有纠缠光子源和量子兼容光刻胶的持续进步。设备领导者、研究机构与量子技术初创公司之间的合作有望加速，将技术推进到2020年代后期的主流半导体和量子设备制造应用。
来源与参考资料
- 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)
