Os equipamentos de fotolitografia ultravioleta extrema (UVE) fabricados pela empresa holandesa ASML são extraordinariamente sofisticados. Eles são atualmente utilizados pela TSMC, Samsung, Intel, SY Hynix e Micron Technology para produzir circuitos integrados de ponta. São tão complexos que, durante os estágios iniciais de seu projeto, no início da década de 90 do século passado, os engenheiros da ASML acreditavam que era impossível ajustá-los.
No entanto, tudo mudou em 1997. Naquele ano, Jos Benschop, líder do departamento de pesquisa, reavaliou se a tecnologia UVE era uma opção viável. Após os primeiros testes, ele percebeu que a empresa alemã Zeiss era capaz de desenvolver os espelhos extraordinariamente sofisticados necessários para transportar luz ultravioleta. E ele não estava errado. Esse foi o verdadeiro ponto de partida para a tecnologia que tornou possível que nossos celulares e computadores tenham chips tão avançados.
O feito da Zeiss veio na década de 90
Um dos elementos mais complexos das máquinas de litografia UVE é a fonte de luz UV. Ela é fabricada pela empresa americana Cymer, embora desde 2013 não seja uma empresa independente. Os executivos da ASML decidiram comprá-la para acelerar o desenvolvimento das tecnologias envolvidas na litografia UVE. Uma observação interessante: a luz ultravioleta é responsável por transportar o padrão geométrico descrito pela máscara para que possa ser transferido com muita precisão para a superfície da pastilha de silício.
Entender o que é a máscara é simples: nada mais é do que um molde físico contendo o desenho do circuito integrado que precisa ser transferido para a pastilha de silício. De qualquer forma, há outro componente que, sem sua intervenção, não permite realizar essa tarefa crucial. Outros componentes, no plural, na verdade, embora sejam todos do mesmo tipo. Esses são precisamente os espelhos que Jos Benschop suspeitou em 1997 que a Zeiss poderia produzir.
O papel dos elementos ópticos desta empresa neste equipamento de litografia é crucial. É porque eles são responsáveis por transferir luz UVE com comprimento de onda de 13,5 nm da fonte responsável por sua emissão para a máscara que contém o padrão geométrico que deve ser capturado na pastilha de silício. Se os espelhos envolvidos na propagação da luz UVE não forem fabricados com grande precisão, o padrão geométrico definido pela máscara será alterado e os chips serão danificados.
Curiosamente, a escolha do comprimento de onda da luz UVE utilizada por essas máquinas foi uma decisão muito delicada. Inicialmente, os engenheiros envolvidos no ajuste tinham quatro opções possíveis: 13,5 nm, 11,4 nm, 6,6 nm e 4,8 nm. Esses dois últimos comprimentos de onda foram eventualmente descartados devido às limitações impostas pelos materiais fotorresistentes orgânicos. A luz de 11,4 nm também foi descartada por exigir o uso de berílio nos espelhos, um elemento químico tóxico.
O comprimento de onda de 13,5 nm exigiu a introdução de molibdênio e silício nos espelhos, mas esses elementos não representam problema. É por isso que as máquinas UVE trabalham com essa luz. De qualquer forma, isso reflete claramente o extraordinário nível de precisão com que os espelhos precisam ser fabricados: 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 os defeitos usando uma técnica de análise subnanométrica. Esta última ferramenta é capaz de detectar defeitos com uma precisão inferior a um nanômetro (menos de um bilionésimo de metro).
Imagem | Zeiss
Bibliografia | 'Focus: The ASML Way', por Marc Hijink
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