O que é EUV e como funciona?

A tecnologia de luz ultravioleta extrema (EUV) é um dos principais impulsionadores da mudança na indústria de semicondutores. A litografia, o método usado para imprimir padrões complexos em materiais semicondutores, avançou usando comprimentos de onda cada vez mais curtos desde o início da era dos semicondutores. A litografia EUV é a mais curta até agora.

Em desenvolvimento há décadas, a primeira máquina de litografia EUV comprada em lotes e pronta para produção foi de ASML, a empresa holandesa de semicondutores.

O que é litografia EUV?

A luz EUV refere-se à luz ultravioleta extrema usada para litografia de microchip, que envolve revestir o wafer do microchip em um material fotossensível e expô-lo cuidadosamente à luz. Isso imprime um padrão no wafer, que é usado em etapas adicionais no processo de design do microchip.

A história dos computadores é a história da indústria de semicondutores, que por sua vez é a história da busca incansável pela miniaturização. Na fase inicial do setor, da década de 1950 a meados da década de 1980, a fotolitografia era feita por meio de luz ultravioleta e fotomáscaras para projetar padrões de circuitos em pastilhas de silício.

Durante este tempo, Lei de Moore— a máxima da década de 1960 de que o número de transistores num microchip duplicaria a cada dois anos — começou a esbarrar nos limites físicos deste processo. Isto significava que os aumentos surpreendentes no poder computacional e a redução dos custos tecnológicos para os consumidores também corriam o risco de atingir um limite. Da década de 1980 à década de 2000, a litografia ultravioleta profunda (DUV) impulsionou a próxima geração de miniaturização, usando comprimentos de onda mais curtos na faixa de 153 a 248 nanômetros, o que permitiu impressões menores nas pastilhas de silício de semicondutores.

Na preparação para o novo milénio, investigadores e empresas concorrentes em todo o mundo procuraram avanços para tornar possível a litografia EUV e os seus comprimentos de onda ainda mais curtos. A ASML concluiu um protótipo em 2003, embora demorasse mais uma década para desenvolver um sistema pronto para produção.

Desde então, a cada poucos anos, a ASML entrega a próxima iteração de seus sistemas de litografia EUV com mais capacidade de produção e comprimentos de onda de até 13,5 nanômetros. Isso permite designs de microchips incrivelmente precisos e o posicionamento mais denso possível de transistores em microchips – em suma, permite velocidades de computador mais rápidas.

Como funciona a litografia EUV

Os sistemas de litografia EUV da ASML emitem luz com comprimentos de onda de cerca de 13,5 nanômetros, que é significativamente mais curto do que o comprimentos de onda usados ​​na geração anterior de litografia DUV, permitindo assim que padrões mais finos sejam impressos em semicondutores bolachas. Os microchips mais avançados podem ter nós tão pequenos quanto 7, 5 e 3 nanômetros, que são feitos passando repetidamente os wafers semicondutores pelo sistema de litografia EUV.

Embora você não consiga seguir essas etapas em sua oficina para fabricar semicondutores, elas são importantes para compreender como a tecnologia envolvida pode ser avançada e onde potenciais fundos de investimento podem ser melhores colocada. Primeiro, um laser de alta intensidade é direcionado a um material (geralmente estanho) para gerar plasma (elétrons carregados e prótons em movimento). O plasma então emite a luz EUV em um comprimento de onda de cerca de 13,5 nanômetros.

A luz gerada é coletada e direcionada através de uma série de espelhos e óticas através de uma máscara ou retículo como um circuito padrão é colocado no caminho da luz EUV, de uma maneira vagamente análoga ao uso de um estêncil para pintar um padrão em um quadro. Um material chamado fotorresistente no wafer é sensível à luz EUV, e as áreas expostas a ele passam por uma alteração química e são então gravadas. Novos materiais podem então ser depositados nas áreas gravadas para formar os vários componentes do microchip. Este processo pode ser repetido até 100 vezes com diferentes máscaras para criar circuitos complexos e multicamadas em um único wafer.

Após essas etapas, o wafer passa por processos adicionais para remover impurezas e deixar o chip pronto para ser fatiado em chips individuais. Eles são então embalados para uso em dispositivos eletrônicos.

EUV vs. Litografia DUV

Embora grandes compras de sistemas de litografia EUV tenham gerado novidades na indústria de supercondutores, dado Apesar dos custos dramáticos envolvidos e dos avanços tecnológicos que poderia trazer, a litografia DUV é ainda mais amplamente usado. Tem a vantagem de já estar em fabricação instalações com pessoal treinado em seu uso.

A litografia EUV, com seus comprimentos de onda extremamente curtos de cerca de 13,5 nanômetros, permite uma gravação mais precisa de características menores em chips. Por sua vez, a litografia DUV opera em comprimentos de onda a partir de 153 nanômetros. Embora os fabricantes de chips possam usar isso para projetos com tamanhos tão pequenos quanto 5 nanômetros ou menos, empurrando o limites da física, a luz DUV só pode ser usada para tamanhos abaixo de 10 nanômetros com perda de resolução qualidade.

Os sistemas de litografia EUV não só acarretam os custos iniciais de tecnologias mais recentes, mas também são inerentemente mais caros do que o equipamento e a manutenção da litografia DUV. Por exemplo, sistemas de litografia EUV instalados por Informações em 2023 custaram US$ 150 milhões cada. Este custo torna os sistemas de litografia DUV preferidos para usos onde o tamanho menor da litografia EUV é desnecessário.

A litografia DUV também é uma quantidade conhecida: não há necessidade de treinamento adicional, novas instalações e outros grandes investimentos de capital exigidos pelos sistemas de luz EUV. A tecnologia de luz DUV ainda é necessária para muitos chips em telefones, computadores, carros e robôs, e tem se mostrado robusta e versátil. Seus processos relativamente mais simples também significam que a litografia DUV pode produzir mais chips por unidade de tempo do que a litografia EUV, um ponto importante a seu favor à luz da demanda global por semicondutores.

Muitos esperam que a litografia DUV continue popular nos próximos anos. Isto se deve em parte ao preço da litografia EUV e aos problemas técnicos que acompanham qualquer nova tecnologia. Além disso, a tecnologia de litografia DUV não está parada, continuando a melhorar a forma como ajuda a criar os chips encontrados em muitos dispositivos eletrônicos de nossa vida cotidiana.

A indústria está provavelmente numa transição e, embora a luz EUV desempenhe um papel cada vez mais central na fabricação de chips, a litografia DUV ainda é vital para a produção de eletrônicos usados ​​em nosso dia a dia vidas.

Vantagens e desvantagens da litografia EUV

A litografia EUV é uma tecnologia relativamente nova que traz muitas vantagens e algumas desvantagens a serem consideradas.

Vantagens

A litografia EUV traz muitas vantagens que podem levar a desenvolvimentos futuros na produção de microchips. Aqui estão duas razões pelas quais empresas de semicondutores como a Intel estão investindo tanto na tecnologia:

• A luz EUV pode produzir padrões mais complexos e finos em pastilhas de silício, permitindo que mais transistores sejam colocados em um microchip.
• A litografia EUV reduz o número de camadas de padrão (contagem de máscaras) necessárias para criar um circuito.

Desvantagens

A litografia EUV tem muitos benefícios, mas como uma nova tecnologia, é importante considerar as suas desvantagens.

• Os sistemas de litografia EUV são mais caros do que outros sistemas de litografia de microchip.
• A ASML é a única empresa que fabrica estes sistemas, o que poderia criar um gargalo para empresas que desejam utilizar a litografia EUV ou que necessitam de suporte para suas máquinas.

O resultado final

A luz EUV é usada na litografia de microchip para produzir os padrões necessários para criar um microchip, embora em tamanhos muito menores do que as técnicas litográficas anteriores. No entanto, devido à sua novidade, apenas uma empresa – ASML – fabrica máquinas que a utilizam, e elas são caras. À medida que a tecnologia amadurece, deverá desempenhar um papel central nos desenvolvimentos futuros na produção de microchips.