論文の概要: Quantum Simulations for Extreme Ultraviolet Photolithography

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.20234v1
• Date: Mon, 23 Feb 2026 18:58:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-25 17:34:53.484061
• Title: Quantum Simulations for Extreme Ultraviolet Photolithography
• Title（参考訳）: 極紫外光リソグラフィーの量子シミュレーション
• Authors: Tyler D. Kharazi, Stepan Fomichev, Shu Kanno, Takao Kobayashi, Juan Miguel Arrazola, Qi Gao, Torin F. Stetina,
• Abstract要約: 極紫外リソグラフィ(Extreme Ultraviolet、EUV)は、半導体製造における最先端のプロセスである。 これらの現象の正確なモデリングには、高エネルギー崩壊チャネルの正確なab initioデータが必要である。 我々はこれらの重要な観測値を計算するために量子シミュレーションアルゴリズムを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.5328499301244707
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Extreme Ultraviolet (EUV) lithography is the state-of-the-art process in semiconductor fabrication, yet its spatial resolution is fundamentally limited by the ``blur'' originating from absorption of photons at 92 eV, which induce physical and chemical changes in the photoresist via excited state processes and electron cascades. Accurate modeling of these phenomena requires precise ab initio data for high-energy decay channels, specifically photoabsorption and photoelectron emission. These are computationally difficult for classical methods due to prohibitive scaling in simulating electron dynamics, or due to the inability to resolve the ionization continuum in an efficient manner. In this work, we present quantum simulation algorithms to compute these key observables. First, we introduce a coherent time-domain spectroscopy algorithm optimized to resolve the photoabsorption cross-section at the 92 eV operating frequency. Second, we develop a first-quantized plane-wave simulation to compute the photoelectron kinetic energy spectrum, utilizing real-time dynamics and energy windowing to treat bound and delocalized scattering states on equal footing. Additionally, we provide logical resource estimation for a model photoresist monomer, 4-iodo-2-methylphenol (IMePh), and demonstrate that 92 eV absorption sensitivity can be resolved using roughly $200$ logical qubits and $10^{9}$ total non-Clifford gates per circuit with approximately $10^3$ shots for the smallest instance. The more sophisticated photoemission algorithm that models the continuum explicitly, incurs gate costs of $\geq 10^{13}$ total non-Clifford gates per circuit, $10^4$ shots, and requires a few thousand logical qubits. These results establish high-fidelity quantum simulations as a key component to parameterize the multi-scale macroscopic models required to overcome the electron blur bottleneck in semiconductor miniaturization.
• Abstract（参考訳）: 極紫外リソグラフィ(英: Extreme Ultraviolet、EUV)は、半導体製造における最先端のプロセスであるが、その空間分解能は92eVの光子の吸収に由来する 'blur'' によって基本的に制限され、励起状態過程と電子カスケードによってフォトレジストの物理的および化学的変化を誘導する。 これらの現象の正確なモデリングには、高エネルギーの崩壊チャネル、特に光吸収と光電子放出のための正確なab initioデータが必要である。 これらは、電子力学をシミュレートする際の禁止スケーリングや、イオン化連続体を効率的に解決できないため、古典的な方法では計算が困難である。 本研究では,これらの重要な観測値を計算するための量子シミュレーションアルゴリズムを提案する。 まず,92eV動作周波数での光吸収断面積の解消に最適化されたコヒーレント時間領域分光アルゴリズムを提案する。 第2に,光電子運動エネルギースペクトルを計算するための第1量子平面波シミュレーションを開発した。 さらに, モデルフォトレジストモノマーである4-ヨード-2-メチルフェノール (IMePh) の論理的資源推定を行い, 92eV吸収感度を約200ドルの論理量子ビットと10^{9}の回路当たりの総非クリフォードゲートを用いて, 最小のインスタンスに対して約10^3ドルのショットで解くことを示した。 連続体を明示的にモデル化するより洗練されたフォトエミッションアルゴリズムでは、ゲートコストが$\geq 10^{13}$サーキット当たりの非クリフォードゲート総和が$10^4$、論理量子ビットが数千である。 これらの結果は、半導体の小型化における電子のぼかしのボトルネックを克服するために必要なマルチスケールのマクロスケールモデルをパラメータ化するための重要な要素として、高忠実な量子シミュレーションを確立している。

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