A mesma tecnologia que usamos para fabricar chips pode ser usada para escrever todo o livro 'O Senhor dos Anéis' na borda de uma folha de papel

Os sistemas de fotolitografia ultravioleta extrema (UVE) projetados e fabricados pela ASML estão entre as máquinas mais sofisticadas já criadas. Essa empresa holandesa investiu mais de duas décadas em seu desenvolvimento e, inicialmente, seus engenheiros acreditavam que seria impossível fazê-los funcionar. Tudo mudou em 1997. Naquele ano, Jos Benschop, chefe do departamento de pesquisa, reavaliou se a tecnologia UVE era uma opção viável.

Após os testes iniciais, ele percebeu que a empresa alemã Zeiss era capaz de desenvolver os espelhos extraordinariamente sofisticados necessários para transportar a luz ultravioleta. E ele estava certo. Esse foi o verdadeiro ponto de partida para a tecnologia que possibilitou que celulares, computadores e servidores em data centers para inteligência artificial (IA) tivessem circuitos integrados tão avançados.

A matéria-prima usada por essas máquinas para transportar o padrão geométrico que descreve a estrutura de cada chip da máscara para o wafer é a luz. Mas não qualquer luz. Luz ultravioleta com um comprimento de onda tão minúsculo que seria possível usá-la para escrever todo o livro "O Senhor dos Anéis" na borda de uma folha de papel. Parece impossível, mas não é: se quisessem, os engenheiros da ASML poderiam fazer isso usando sua tecnologia.

13,5 nm oferece muitas possibilidades

A escolha do comprimento de onda da luz UV utilizada nessas máquinas foi uma decisão muito delicada. Inicialmente, os engenheiros envolvidos no seu desenvolvimento tinham quatro opções: 13,5 nm, 11,4 nm, 6,6 nm e 4,8 nm. Os dois últimos comprimentos de onda foram descartados devido às limitações impostas pelos materiais fotorresistentes orgânicos. O comprimento de onda de 11,4 nm também foi descartado porque exigia o uso de berílio nos espelhos, e o berílio é um elemento químico tóxico.

O comprimento de onda de 13,5 nm exigia o uso de molibdênio e silício nos espelhos, mas esses elementos não apresentam problemas. É por isso que as máquinas UV operam com esse comprimento de onda. De qualquer forma, esses dados refletem claramente o extraordinário nível de precisão necessário para a fabricação dos espelhos: a Zeiss utiliza íons de argônio e outros elementos para polir os espelhos camada por camada em nível atômico e, em seguida, identifica e corrige defeitos usando uma técnica de análise subnanométrica.

Esta última ferramenta é capaz de detectar defeitos com precisão subnanométrica (menos de um bilionésimo de metro). As máquinas de litografia UVE usadas pela TSMC, Intel, Samsung, SK hynix e Micron Technology empregam um comprimento de onda de 13,5 nm, e os equipamentos de alta abertura (High-NA) também usam luz ultravioleta de 13,5 nm. Estes últimos possuem maior resolução porque seu sistema óptico opera com um valor de abertura de 0,55, comparado ao 0,33 da tecnologia UVE convencional, embora a fonte de luz seja a mesma.

De acordo com Martin van den Brink, ex-diretor de tecnologia da ASML, a próxima geração de equipamentos de fotolitografia, as máquinas Hyper-NA, manterá a luz ultravioleta com um comprimento de onda de 13,5 nm. Para aumentar a resolução, eles empregarão a mesma estratégia que a ASML desenvolveu para a transição de máquinas UVE para máquinas UVE de alta abertura: modificar o valor da abertura de 0,55 nas máquinas UVE de alta NA para 0,75 nas de hiper-NA. A primeira máquina de litografia UVE de hiper-NA deverá estar pronta em 2033, portanto, parece que a luz UV de 13,5 nm tem um futuro promissor.

Imagem | ASML

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