該方案能夠消除棘手的光學3D掩模效應，提升光刻解析度，以更低成本製造更小尺寸晶片。
從支撐新一代人工智慧的資料中心，到關鍵醫療裝置、汽車，以及移動裝置或電腦，基於半導體的晶片是現代生活不可或缺的核心器件。
隨著技術迭代、功耗需求持續攀升，科研人員致力於研發尺寸更小的晶片，這就需要在單奈米級尺度上完成精密電路設計。極紫外（EUV）光刻等技術為實現微型晶片開闢了新路徑，但該技術面臨巨大的物理、工程與成本難題，限制了現階段的落地與規模化量產。
沖繩科學技術大學院大學（OIST）的Tsumoru Shintake教授在《微納圖形、材料與計量期刊》發表研究，提出對高數值孔徑（高NA）極紫外光刻所使用的照明系統與投影物鏡進行顛覆性重構設計。模擬結果顯示，該方案能夠消除棘手的光學3D掩模效應，提升光刻解析度，相較現有極紫外工藝，以更低成本製造更小尺寸晶片。
Tsumoru Shintake表示：“當前單台極紫外光刻裝置造價高達數億歐元。我的全新方案能夠實現2–3奈米級精細圖形製備，成本遠低於當下最先進的商用機型。”
他結合人工智慧產業需求增長的背景，闡述了微型半導體晶片的下游應用價值。“國際能源署預測，受智能體等高能耗應用拉動，到2030年資料中心耗電量將翻倍。而採用高NA光刻工藝製造的晶片，器件整合密度更高，電路訊號傳輸距離更短，能夠最大限度降低能量損耗，減少單次運算的電力開銷。”
Tsumoru Shintake表示，“這類高密度晶片發熱量也會更低，配套散熱所需能耗隨之下降。該技術改進有望大幅降低資料中心的整體用電負荷。”
什麼是極紫外光刻？半導體晶片成型原理科普
極紫外光刻技術會生成波長僅13.5奈米的極紫外光線，光束匯入照明系統後照射至反射式光刻掩模，掩模上承載著完整的電路版圖範本。反射後的圖案光束穿過投影物鏡，物鏡通過多組反射鏡縮小並聚焦圖形，投射到矽片表面，後續再通過一系列工藝將電路圖案刻蝕至矽片。
為實現更高整合度的電路製備，行業開始攻關高NA極紫外光刻技術。數值孔徑（NA）決定光學系統接收、發射光線的角度範圍；數值孔徑越高，可捕獲的光線角度區間越大，鏡頭能夠分辨更細微的圖形。理論上，光刻解析度（可辨識的最小圖形尺寸）與數值孔徑成反比，更高的數值孔徑能夠賦予晶片更精細的光刻成型能力。
上世紀90年代極紫外光刻研究初期，科研人員就曾探索過與Tsumoru Shintake思路相近的高NA同軸光學架構，掩模、投影物鏡與矽片保持同軸排布。這類同軸結構架構簡潔，但當時的研究者始終無法解決隨數值孔徑提升而加劇的圖形畸變、模糊及各類光學誤差問題。
為攻克上述痛點，Tsumoru Shintake最初嘗試採用一組凹凸反射鏡作為投影物鏡。經過迭代最佳化，最終形成兩級光路結構，每一級均搭配凹凸鏡組。
初期模擬效果並不理想，他隨後發現，經過精準排布的多組反射鏡通過多次光路反射，能夠抵消各類光學偏差，同時維持高數值孔徑性能。借助光學模擬軟體OpTaliX歷時數月大量運算後，他確定了反射鏡實現高NA、同時保障成像質量的理想曲率與擺放位置。
邁向可規模化的半導體量產
和所有科研項目一樣，該方案仍存在一定侷限：本次模擬假設反射鏡達到100%反射率且無任何缺陷，從模擬模型落地實體裝置還需要大量專業工程最佳化。搭建實體樣機是團隊下一步核心工作，目前課題組已啟動極紫外硬體研發，目標打造低成本、高性能的極紫外光刻裝置。
Tsumoru Shintake總結道：“這套方案能夠大幅簡化高NA裝置結構、壓縮製造成本，為半導體製造打開全新發展空間。我們有能力研發出造價僅為現有商用裝置四分之一的光刻機。依託更高精度的光刻工藝，我們可以製備整合度更高的儲存晶片、能效更優的邏輯晶片。這項技術或將帶來顛覆性社會價值，支撐資料中心與下一代人工智慧產業發展，讓各類電子產品運算速度更快、能耗更低，長期使用成本也有望下降。” (半導體產業縱橫)