Ele pesa tanto quanto dois Airbus A320 e incorpora mais de 100 mil peças, 3 mil cabos, 40 mil parafusos e também mais de 2 km de conexões elétricas. O equipamento de fotolitografia TWINSCAN EXE:5000 projetado e fabricado pela ASML é a máquina de produção de circuitos integrados mais sofisticado que existe. E também o mais caro. A informação mais atualizada de que dispomos reflete que um único destes dispositivos custa 350 milhões de euros, o que certamente fará com que alguns fabricantes de chips pensem duas vezes antes de o adquirir.
Atualmente existe apenas uma dessas máquinas em fase de testes, e a Intel a possui em sua fábrica em Hillsboro (EUA) desde o final de dezembro passado. Os engenheiros da ASML passaram uma década desenvolvendo a tecnologia necessária para desenvolver esta máquina, que na verdade é uma máquina de litografia ultravioleta extrema (EUV) de segunda geração. Esta empresa holandesa pretende entregar aos seus clientes anualmente a partir de 2025 cerca de 20 dispositivos deste tipo com um único propósito: colocar nas suas mãos a possibilidade de produzir chips de 2nm e mais além.
O equipamento de litografia UVE High-NA é uma das máquinas mais complexas que existem
Desenvolver equipamentos de litografia UVE de alta abertura (EUV Alto-NA pela sigla em inglês) ao qual dedicamos merecidamente este artigo, os engenheiros da ASML desenvolveram uma arquitetura óptica muito avançada que Tem uma abertura de 0,55 em comparação com o valor de 0,33 que o equipamento de litografia UVE de primeira geração possui. Este refinamento da óptica permite que padrões de maior resolução sejam transferidos para o wafer, possibilitando a fabricação de chips usando tecnologias de integração mais avançadas do que as usadas atualmente em nós de 3 nm.
A sofisticada arquitetura óptica do equipamento UVE de alta abertura permite que padrões de maior resolução sejam transferidos para o wafer
No artigo que dedicamos ao critério de Rayleigh explicamos detalhadamente em que consiste o parâmetro 'NA' (abertura numerica), mas neste texto basta sabermos que esta variável identifica o valor de abertura da óptica utilizada pelo equipamento litográfico. Neste contexto, este parâmetro reflete essencialmente o mesmo que o valor da abertura quando falamos da ótica de uma câmera, portanto determina a quantidade de luz que os elementos ópticos são capazes de captar. Como podemos imaginar, quanto mais luz coletarem, melhor.
Entretanto, isso não é tudo. A ASML também melhorou os sistemas mecânicos responsáveis pelo manuseio dos wafers para possibilitar que uma única máquina UVE de alta abertura seja capaz de produzir mais de 200 wafers por hora. As fotografias que ilustram este artigo permitem-nos intuir a extrema complexidade e sofisticação de um destes dispositivos, o que, aliás, não seria possível sem a cooperação de outras empresas, como a alemã ZEISS ou a Cymer, empresa de origem americana origem que Atualmente está bem estabelecido dentro da estrutura ASML.
De alguma forma, esta última empresa fornece à ASML a matéria-prima necessária para as suas máquinas de fotolitografia. E essa matéria-prima nada mais é do que a luz ultravioleta, responsável por transportar o padrão geométrico descrito pela máscara para que possa ser transferido com grande precisão para a superfície do wafer de silício. A luz utilizada por equipamentos de alta abertura pertence à porção mais energética da região ultravioleta do espectro eletromagnético. Na verdade, seu comprimento de onda se estende na faixa de 10 a 100 nanômetros (nm).
O problema é que não é fácil gerar e lidar com esta forma de radiação eletromagnética. E não é, entre outros motivos, porque é tão energético que altera a estrutura dos elementos físicos com os quais interage dentro da máquina de litografia. Além disso, a luz EUV deve viajar da fonte até a pastilha de silício sem interagir com a menor partícula de poeirapor isso é necessário que todo o processo de produção do chip seja realizado dentro de uma câmara projetada para fornecer vácuo de alta qualidade.
Na fotografia que podemos ver abaixo dessas linhas, um dos elementos ópticos anamórficos usados nas máquinas de litografia UVE de alta abertura da ASML aparece enquanto está sendo verificado no laboratório da ZEISS. Seu papel é crucial porque são responsáveis pela transferência da luz UVE com comprimento de onda de 13,5 nm da fonte responsável pela sua emissão até a máscara que contém o padrão geométrico que precisa ser capturado na pastilha de silício. A partir deste momento, a óptica de projeção entra em ação com a finalidade de transferir a radiação UVE que já contém o padrão geométrico para o wafer do material semicondutor.
É um processo muito complexo. Se os espelhos envolvidos na propagação da luz UVE não forem fabricados com enorme precisão, o padrão geométrico definido pela máscara será alterado e os chips serão desperdiçados. Além disso, os espelhos refletores responsáveis pelo transporte da luz da fonte emissora até a máscara devem garantir que A radiação UVE atinge este último com extrema uniformidade. Caso contrário, novamente, o processo de fabricação do IC não será bem-sucedido.
Além disso, os espelhos utilizados em equipamentos de alta abertura são maiores que os utilizados em máquinas UVE convencionais, tornando sua fabricação ainda mais complexa. Definitivamente, como vimos ao longo deste artigo, cada equipamento de fotolitografia UVE de alta abertura é um verdadeiro prodígio da engenharia.
Imagens | ASML
Mais informações | ASML
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