维度网讯，该方案能够消除棘手的光学3D掩模效应，提升光刻分辨率，以更低成本制造更小尺寸芯片。

从支撑新一代人工智能的数据中心，到关键医疗设备、汽车，以及移动设备或电脑，基于半导体的芯片是现代生活不可或缺的核心器件。

随着技术迭代、功耗需求持续攀升，科研人员致力于研发尺寸更小的芯片，这就需要在单纳米级尺度上完成精密电路设计。极紫外（EUV）光刻等技术为实现微型芯片开辟了新路径，但该技术面临巨大的物理、工程与成本难题，限制了现阶段的落地与规模化量产。

日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）的Tsumoru Shintake教授在《微纳图形、材料与计量期刊》发表研究，提出对高数值孔径（高NA）极紫外光刻所使用的照明系统与投影物镜进行颠覆性重构设计。仿真结果显示，该方案能够消除棘手的光学3D掩模效应，提升光刻分辨率，相较现有极紫外工艺，以更低成本制造更小尺寸芯片。

Tsumoru Shintake表示：“当前单台极紫外光刻设备造价高达数亿欧元。我的全新方案能够实现2–3纳米级精细图形制备，成本远低于当下最先进的商用机型。”

他结合人工智能产业需求增长的背景，阐述了微型半导体芯片的下游应用价值。“国际能源署预测，受智能体等高能耗应用拉动，到2030年数据中心耗电量将翻倍。而采用高NA光刻工艺制造的芯片，器件集成密度更高，电路信号传输距离更短，能够最大限度降低能量损耗，减少单次运算的电力开销。”

Tsumoru Shintake表示，“这类高密度芯片发热量也会更低，配套散热所需能耗随之下降。该技术改进有望大幅降低数据中心的整体用电负荷。”

什么是极紫外光刻？半导体芯片成型原理科普

极紫外光刻技术会生成波长仅13.5纳米的极紫外光线，光束导入照明系统后照射至反射式光刻掩模，掩模上承载着完整的电路版图模板。反射后的图案光束穿过投影物镜，物镜通过多组反射镜缩小并聚焦图形，投射到硅片表面，后续再通过一系列工艺将电路图案刻蚀至硅片。

为实现更高集成度的电路制备，行业开始攻关高NA极紫外光刻技术。数值孔径（NA）决定光学系统接收、发射光线的角度范围；数值孔径越高，可捕获的光线角度区间越大，镜头能够分辨更细微的图形。理论上，光刻分辨率（可辨识的最小图形尺寸）与数值孔径成反比，更高的数值孔径能够赋予芯片更精细的光刻成型能力。

上世纪90年代极紫外光刻研究初期，科研人员就曾探索过与Tsumoru Shintake思路相近的高NA同轴光学架构，掩模、投影物镜与硅片保持同轴排布。这类同轴结构架构简洁，但当时的研究者始终无法解决随数值孔径提升而加剧的图形畸变、模糊及各类光学误差问题。

为攻克上述痛点，Tsumoru Shintake最初尝试采用一组凹凸反射镜作为投影物镜。经过迭代优化，最终形成两级光路结构，每一级均搭配凹凸镜组。

初期仿真效果并不理想，他随后发现，经过精准排布的多组反射镜通过多次光路反射，能够抵消各类光学偏差，同时维持高数值孔径性能。借助光学仿真软件OpTaliX历时数月大量运算后，他确定了反射镜实现高NA、同时保障成像质量的理想曲率与摆放位置。

迈向可规模化的半导体量产

和所有科研项目一样，该方案仍存在一定局限：本次仿真假设反射镜达到100%反射率且无任何缺陷，从仿真模型落地实体设备还需要大量专业工程优化。搭建实体样机是团队下一步核心工作，目前课题组已启动极紫外硬件研发，目标打造低成本、高性能的极紫外光刻设备。

Tsumoru Shintake总结道：“这套方案能够大幅简化高NA设备结构、压缩制造成本，为半导体制造打开全新发展空间。我们有能力研发出造价仅为现有商用设备四分之一的光刻机。依托更高精度的光刻工艺，我们可以制备集成度更高的存储芯片、能效更优的逻辑芯片。这项技术或将带来颠覆性社会价值，支撑数据中心与下一代人工智能产业发展，让各类电子产品运算速度更快、能耗更低，长期使用成本也有望下降。”

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