ASML prevê ganho de produção de 40%

A fotomáscara hoje utilizada como padrão é demasiado curta para que um equipamento High-NA exponha, numa única passagem, toda a área convencional de um chip. A ASML e a TSMC propõem uma máscara mais comprida para recuperar essa área, mas o anúncio conjunto estabelece apenas um roteiro de desenvolvimento: ainda não existe um sistema de produção operacional.

Mais detalhe numa área menor

A fotomáscara é o molde a partir do qual se grava cada camada de um chip. O equipamento de litografia projeta o padrão da máscara sobre um revestimento fotossensível aplicado numa bolacha de silício, para que as etapas seguintes do fabrico transformem essa imagem em circuitos.

A tecnologia High-NA aumenta a capacidade do equipamento para distinguir elementos muito pequenos. A sigla NA significa «abertura numérica», uma medida do intervalo de ângulos de luz que o sistema ótico consegue captar. O princípio é semelhante ao de uma objetiva de microscópio que recolhe luz de mais direções: esses ângulos adicionais permitem separar detalhes que, de outro modo, se confundiriam. O centro de investigação Imec já demonstrou padrões mais finos com High-NA.

Essa melhoria tem um custo geométrico. Os sistemas óticos convencionais de ultravioleta extremo, ou EUV, reduzem o padrão da máscara na mesma proporção, tanto na horizontal como na vertical. No High-NA, a disposição dos espelhos comprime-o mais no sentido em que o equipamento se desloca. Com a máscara atual, a imagem cobre, por isso, apenas metade da área convencional nesse eixo.

Quando uma camada do chip ultrapassa essa área mais curta, torna-se necessário dividi-la por duas exposições contíguas. O equipamento tem depois de alinhar as imagens numa junção interna, num processo conhecido como in-die stitching, que os investigadores ainda estão a testar experimentalmente.

A máscara retangular proposta acrescenta espaço para o padrão na direção sujeita à maior compressão. Depois de o sistema ótico reduzir essa imagem mais longa, torna-se novamente possível preencher toda a área convencional. Nas camadas compatíveis, uma única exposição poderia substituir as duas necessárias para criar e unir as imagens. A mudança, por si só, não aumentaria as dimensões do chip nem o número de unidades produzidas em cada bolacha.

De onde poderá vir o ganho de velocidade

A ASML estima um aumento de aproximadamente 40% na produtividade quando a máscara maior substitui um processo com duas exposições e uma junção. Ao eliminar a segunda exposição, o equipamento poderá começar a processar a bolacha seguinte mais cedo.

Os 40% são uma previsão da ASML, e não um resultado de produção medido de forma independente. A estimativa aplica-se apenas às camadas que, com a máscara atual, teriam de ser divididas; os desenhos que já cabem na área mais curta pouco beneficiarão da mudança. Uma exposição mais rápida também não garante, por si só, uma melhoria do rendimento industrial, ou seja, da proporção de chips produzidos que funcionam corretamente.

A tecnologia do equipamento encontra-se numa fase mais avançada do que a nova máscara. O Imec já submeteu padrões experimentais à deposição de metais e a testes elétricos, mostrando que determinadas estruturas resistiram às etapas de fabrico posteriores à impressão inicial. A impressão permite avaliar se o equipamento distingue o padrão; os ensaios subsequentes verificam se esse padrão pode ser convertido numa estrutura elétrica funcional. O anúncio da máscara de grande formato não apresenta uma demonstração comparável de todo o processo.

Uma placa mais comprida obriga a indústria a mudar

A máscara poderá parecer apenas uma placa de vidro maior, mas a sua adoção exige a conversão de todo um ecossistema industrial. Os fornecedores terão de desenvolver equipamentos compatíveis para fabricar, inspecionar, proteger, transportar e carregar as novas máscaras. A ASML, os fabricantes de semicondutores e os fornecedores de equipamento precisarão ainda de acordar um formato comum e demonstrar que cada transferência mantém os níveis de limpeza e precisão exigidos pela litografia EUV.

O roteiro prevê que as linhas-piloto estejam preparadas até 2031, permitindo que os sistemas entrem em produção a partir de 2033. São metas de desenvolvimento, sem demonstrarem que a linha-piloto já foi construída ou que a cadeia de produção está certificada.

Entretanto, os fabricantes de chips não tencionam esperar pelo novo formato. A Samsung apresentou um plano para utilizar High-NA em memórias avançadas a partir de 2028, enquanto o roteiro da TSMC aponta para o início da produção com High-NA em 2030. A primeira fase da transição dependerá, portanto, das máscaras atuais e da junção entre exposições.

O formato mais comprido deverá permitir que o High-NA recupere toda a área convencional e elimine uma das exposições nas camadas compatíveis. Para que essa solução produza um ganho real de produtividade, a ASML, os fabricantes de chips e os fornecedores de equipamento terão de certificar o mesmo formato físico em todas as etapas da fábrica.