A ASML está atualmente se preparando para enviar seu segundo equipamento de litografia ultravioleta extrema (EUV) de alta abertura (Alto NA) para um de seus clientes. Ainda não sabemos a sua identidade, mas o que sabemos é que por enquanto o único fabricante de semicondutores que já instalou uma dessas máquinas muito complexas e muito caras em uma de suas fábricas é a Intel. Na verdade, ele está em fase de testes em sua fábrica em Hillsboro (EUA).
Há poucas horas participamos de uma sessão técnica liderada pelos engenheiros da Intel que operam esta máquina e eles nos contaram coisas muito interessantes. Porém, antes de entrarmos em apuros, vale a pena revisar brevemente o que temos em mãos neste artigo. Um equipamento de litografia EUV de alta abertura como o que a Intel possui em Hillsboro 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.
Cada um deles custa 350 milhões de euros e os engenheiros da ASML investiram uma década no desenvolvimento da tecnologia necessária para desenvolver esta máquina que, na realidade, é um equipamento de litografia ultravioleta extremo (EUV) de segunda mão. Mais uma observação interessante: a ASML enviou este equipamento para a Intel, cujo nome comercial é EXE DO TWINSCAN:5000, acondicionados em mais de 250 caixas que foram depositadas em 43 contêineres de carga. Eles voaram para Seattle em vários aviões de carga e de lá os transportaram para seu local final em Oregon usando 20 caminhões. Uma verdadeira odisseia.
A Intel tem um plano muito ambicioso para aproveitar as vantagens das máquinas SVU de alta abertura
Atualmente, os engenheiros da Intel estão envolvidos no processo de calibração do primeiro equipamento UVE de alta abertura que passou por suas mãos. Presumivelmente, nos próximos meses, esta empresa americana comprará mais máquinas deste tipo à ASML porque, como podemos imaginar, apenas uma não será suficiente para satisfazer as suas necessidades de produção de semicondutores altamente integrados. Na verdade, a ASML planeia entregar cerca de 20 dispositivos deste tipo aos seus clientes anualmente a partir de 2025.
Os engenheiros da ASML desenvolveram uma arquitetura óptica altamente avançada que possui uma abertura de 0,55 em comparação com o valor de 0,33 do equipamento de litografia EUV de primeira geração.
Para desenvolver o equipamento de litografia UVE de alta abertura, 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.
No artigo que dedicamos ao critério de Rayleigh explicamos detalhadamente em que consiste o parâmetro ‘NA’ (abertura numerica), mas neste texto por enquanto 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 de 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. A fotografia de capa deste artigo permite-nos perceber 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 está atualmente bem estabelecida dentro da estrutura ASML.
Em 2025, a Intel começará a realizar os primeiros testes de produtos usando equipamento de litografia EUV de alta abertura.
O slide que publicamos abaixo destas linhas descreve o itinerário que a Intel traçou até 2027 e contém algo muito interessante: em 2025 começará a realizar os primeiros testes de produtos utilizando o equipamento de litografia UVE de alta abertura. Os primeiros circuitos integrados fabricados com esta máquina sairão do nó 14A durante 2026, e em 2027 a Intel lançará uma revisão presumivelmente melhorada deste nó que será denominada 14A-E. Esses dois nós marcarão o início da fabricação de chips usando o novo UVE da ASML e equipamentos de litografia de alta abertura.
Segundo a Intel, os equipamentos de litografia UVE de alta abertura ajudarão os fabricantes de circuitos integrados que optarem por eles a sustentar a lei de Moore por mais tempo. Tanto a ASML quanto a Intel argumentam que essas máquinas foram projetadas para ajudar os fabricantes de semicondutores a aumentar a resolução de seus processos litográficos. sem aumentar a complexidade. Na prática, esta qualidade deverá ter um impacto ascendente perceptível na produtividade do equipamento e, ao mesmo tempo, um impacto descendente no custo de produção dos chips.
O slide a seguir resume o que a Intel afirma serem os maiores pontos fortes dos equipamentos de litografia UVE de alta abertura: os processos litográficos serão mais simples e exigirão menos etapas intermediárias; a nova tecnologia da máscara estará alinhada com o aumento da resolução; Será possível monitorar o funcionamento de cada máquina para otimizar seu desempenho, etc.
De qualquer forma, o mais interessante é que em teoria é muito mais simples, mais eficiente e mais barato produzir semicondutores altamente integrados utilizando equipamentos UVE de alta abertura do que utilizando padronização múltipla em uma máquina de litografia menos avançada. Esta técnica consiste amplamente em transferir o padrão para o wafer em diversas passagens com o objetivo de aumentar a resolução do processo litográfico. Pode ter um impacto ascendente no custo dos chips e um impacto descendente na capacidade de produção, mas funciona.
O próximo slide descreve como a litografia melhorou nas últimas quatro décadas. O desenvolvimento que esta tecnologia experimentou durante este período é impressionante, mas para compreender o seu impacto em toda a sua magnitude, estamos interessados em investigar a equação que funciona como a bíblia da ASML. É precisamente o critério de Rayleigh que mencionei alguns parágrafos acima. Você pode ver a equação no canto inferior esquerdo do slide, e ela contém todos os parâmetros que determinam o desempenho do equipamento de litografia utilizado na fabricação de circuitos integrados.
À primeira vista pode parecer uma fórmula complicada, mas na realidade não é tão complicada se soubermos o que representa cada um dos termos da equação. Proponho que os revisemos um por um, da esquerda para a direita. O primeiro deles, ‘CD’, vem da expressão inglesa Dimensão crítica e identifica em que medida é possível miniaturizar os componentes que compõem um circuito integrado.
A dimensão crítica (‘CD’) identifica até que ponto é possível miniaturizar os componentes que compõem um circuito integrado
Como podemos imaginar, este é o parâmetro que os fabricantes de semicondutores desejam reduzir a todo custo. Na verdade, todos eles, e especialmente a ASML, dedicam uma enorme quantidade de recursos ao desenvolvimento de tecnologias que nos permitam refinar a dimensão crítica, o que nos convida a olhar para a expressão que temos do lado direito da igualdade matemática .
O fator ‘k₁’ é um coeficiente delimitado pelos parâmetros físicos que determinam o processo de fabricação de semicondutores. O que nos interessa ter em mente é que o limite físico imposto pela fotolitografia de silício é ‘k₁ = 0,25’ então, como podemos imaginar, os fabricantes fazem tudo ao seu alcance para refinar sua tecnologia e aproximar esse coeficiente o mais próximo possível desse valor limite.
O próximo parâmetro, identificado pela letra grega lambda (‘λ’), nos diz qual comprimento de onda da luz é usado no processo de fabricação de semicondutores. Um dos desafios mais importantes enfrentados pelas empresas de que falamos é justamente reduzir o comprimento de onda da luz para aumentar a resolução do processo fotolitográfico.
Cada vez que uma fábrica reduz o comprimento de onda da luz que incide sobre seus wafers, ela é forçada a mudar a maior parte de seus equipamentos e processos de fabricação.
No entanto, cada passo que dão neste caminho requer o desenvolvimento de novos equipamentos litográficos, novas fontes de luz (geralmente é usada luz ultravioleta), novos elementos ópticos, novos materiais fotorresistentes e também um novo procedimento de fabricação. Em suma, cada vez que uma planta reduz o comprimento de onda da luz que projecta nas suas pastilhas, é forçada a mudar mais de seus equipamentos e seu processo de fabricação.
O último ingrediente da receita que nos interessa investigar é o parâmetro ‘NA’ (abertura numerica), que identifica o valor de abertura da óptica utilizada pelo equipamento litográfico. Para completar, a conclusão a que podemos chegar após analisar as informações fornecidas pelo critério de Rayleigh é que para aumentar a resolução do seu processo fotolitográfico, os produtores de semicondutores são obrigados a refinar os três parâmetros que coexistem na expressão do lado direito do a equação.
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