ครั้งแรกของโลก: imec ใช้ High‑NA EUV สร้างคิวบิตแบบ Quantum Dot บนซิลิคอน

รายละเอียดกระบวนการผลิตเต็มรูปแบบ เช่นชนิดของ photoresist ขั้นตอนการกัด (etch) หรืออัตรา yield ยังไม่ได้เปิดเผย แต่การสาธิตครั้งนี้พิสูจน์ว่าการใช้แพลตฟอร์มการผลิตชิประดับอุตสาหกรรมกับอุปกรณ์ควอนตัมเป็นไปได้

ทำไม High‑NA EUV ถึงสำคัญกับควอนตัมคอมพิวเตอร์

แนวทางควอนตัมหลายแบบมีปัญหาเดียวกันคือ “การขยายขนาดระบบ” แม้คิวบิตเดี่ยวจะทำงานได้ แต่การผลิตคิวบิตจำนวนมากให้มีคุณสมบัติสม่ำเสมอเป็นเรื่องยากมาก

คิวบิตแบบ quantum‑dot ในซิลิคอน เป็นหนึ่งในแนวทางที่น่าสนใจ เพราะใช้โครงสร้างเกตระดับนาโนที่คล้ายกับทรานซิสเตอร์ในชิปสมัยใหม่

หากสามารถสร้างโครงสร้างเหล่านี้ด้วยเครื่องลิโธกราฟีเดียวกับที่ใช้ผลิตชิปโลจิก ก็อาจทำให้การขยายระบบควอนตัมง่ายขึ้นมาก

High‑NA EUV ช่วยในจุดสำคัญหลายด้าน

• สร้างโครงสร้างที่เล็กและแม่นยำยิ่งขึ้นบนเวเฟอร์
• ปรับปรุงความเที่ยงตรงของลวดลายและการจัดตำแหน่ง (alignment)
• ทำงานร่วมกับกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ระดับอุตสาหกรรม

การที่ imec สามารถสร้างอุปกรณ์ควอนตัมด้วยเครื่องมือชุดนี้จึงเป็นสัญญาณว่า เทคโนโลยีผลิตชิปแห่งอนาคตอาจกลายเป็นฐานการผลิตควอนตัมคอมพิวเตอร์ด้วย

จุดบรรจบของการผลิตชิปและฮาร์ดแวร์ควอนตัม

ที่ผ่านมาอุปกรณ์ควอนตัมมักถูกสร้างในห้องทดลองเฉพาะทางด้วยกระบวนการที่ออกแบบเฉพาะ แต่การทดลองของ imec บ่งชี้แนวโน้มใหม่ คือ

ฮาร์ดแวร์ควอนตัมอาจผลิตด้วยกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์มาตรฐาน

สิ่งนี้สำคัญเพราะอุตสาหกรรมชิปมีประสบการณ์มานานหลายทศวรรษในด้าน

• การสร้างลวดลายระดับนาโน
• การควบคุมกระบวนการผลิตหลายร้อยขั้นตอน
• การผลิตเวเฟอร์จำนวนมาก
• การเพิ่ม yield และการวัดคุณภาพ

หากคิวบิตบนซิลิคอนสามารถใช้โครงสร้างพื้นฐานเดียวกันได้ การพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์อาจเดินตามเส้นทางคล้ายวิวัฒนาการของไมโครอิเล็กทรอนิกส์

ความเชื่อมโยงกับโครงการ NanoIC ของยุโรป

ผลงานนี้เกิดขึ้นภายใต้โครงสร้างพื้นฐานวิจัยขนาดใหญ่ของ imec ที่ชื่อ NanoIC ซึ่งเป็น pilot line เซมิคอนดักเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดในยุโรปภายใต้ EU Chips Act และตั้งอยู่ที่เมือง Leuven ในเบลเยียม

โครงการนี้มีมูลค่าการลงทุนรวมประมาณ 2.5 พันล้านยูโร โดยสหภาพยุโรปสนับสนุนราว 700 ล้านยูโร และอีกส่วนหนึ่งมาจากรัฐบาลประเทศสมาชิกและพันธมิตรอุตสาหกรรม

NanoIC ทำหน้าที่เป็นสนามทดสอบเทคโนโลยีชิปรุ่นถัดไป เช่นกระบวนการต่ำกว่า 2 นาโนเมตร ก่อนที่จะนำไปใช้ในโรงงานผลิตจริง

เครื่อง ASML High‑NA EUV ซึ่งเป็นเครื่องลิโธกราฟีที่ล้ำหน้าที่สุดในโลกก็ถูกติดตั้งในคลีนรูมขนาด 300 มม. ของ imec ภายในโครงการนี้ด้วย

โครงสร้างพื้นฐานนี้จึงเปิดโอกาสให้ทดลองว่าอุปกรณ์ใหม่ ๆ รวมถึงเทคโนโลยีควอนตัม สามารถผลิตด้วยกระบวนการระดับอุตสาหกรรมได้หรือไม่

ระบบนิเวศ High‑NA EUV ที่กำลังขยายทั่วโลก

การสาธิตของ imec ยังสะท้อนบทบาทที่เพิ่มขึ้นของเทคโนโลยี High‑NA EUV ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์โลก

ระบบลิโธกราฟีรุ่นนี้ถือเป็นก้าวถัดไปของ EUV และคาดว่าจะถูกใช้ผลิตชิปโลจิกและหน่วยความจำรุ่นใหม่ในช่วงปลายทศวรรษนี้

ASML ผู้ผลิตเครื่องจักรดังกล่าวทำงานร่วมกับ imec อย่างใกล้ชิดผ่านโครงการวิจัยและห้องทดลองร่วม เพื่อพัฒนาเทคนิคการสร้างลวดลายยุคถัดไป

ในขณะเดียวกันบทบาทของ ASML ก็กำลังขยายไปทั่วโลก เช่นความร่วมมือกับ Tata Electronics เพื่อสนับสนุนโรงงานผลิตชิป 300 มม. แห่งแรกของอินเดียที่เมือง Dholera รัฐคุชราต โดยจะจัดหาเครื่องลิโธกราฟีและสนับสนุนระบบนิเวศการผลิต

การลงทุนลักษณะนี้สะท้อนการแข่งขันระดับโลกในการสร้างความสามารถด้านการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

ทำไมก้าวนี้จึงมีความหมาย

ผลงานของ imec ยังไม่ได้หมายความว่าเราจะได้เห็นควอนตัมคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ในเร็ว ๆ นี้ การสาธิตครั้งนี้ยังไม่ได้พิสูจน์เรื่อง

• การสร้างคิวบิตจำนวนมากระดับอุตสาหกรรม
• อัตราการผลิต (yield)
• ระบบควอนตัมที่ทนต่อข้อผิดพลาด

แต่สิ่งที่พิสูจน์แล้วคือ เครื่องมือผลิตชิปที่ล้ำหน้าที่สุดในโลกสามารถสร้างอุปกรณ์ควอนตัมได้จริง

ความเชื่อมโยงระหว่างโลกของควอนตัมกับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์นี้ อาจเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดที่กำหนดว่าเทคโนโลยีควอนตัมแบบใดจะสามารถขยายจากต้นแบบในห้องทดลองไปสู่ระบบขนาดใหญ่ในอนาคตได้

หากคิวบิตแบบซิลิคอนสามารถใช้โครงสร้างพื้นฐานเดียวกับโรงงานผลิตชิปสมัยใหม่ เส้นทางสู่ควอนตัมคอมพิวเตอร์อาจเริ่มมีลักษณะคล้ายกับเส้นทางที่สร้างอุตสาหกรรมไมโครชิปของโลกในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา