Um cientista japonês resolveu um problema antigo na litografia EUV: novas lentes reduzirão drasticamente o custo de produção de chips avançados.

Um cientista do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) propôs uma simplificação radical do projeto óptico da litografia EUV — uma tecnologia fundamental para a produção dos microchips mais avançados da atualidade. O professor Tsumoru Shintake desenvolveu um sistema EUV de alta abertura numérica (NA) com geometria linear, no qual a fotomáscara, a óptica de projeção e a pastilha de silício estão alinhadas, diferentemente dos scanners industriais atuais.

Fonte da imagem: OIST

De acordo com os cálculos do autor, a arquitetura óptica por ele proposta poderia ajudar a imprimir estruturas com dimensões de até 2–3 nm e reduzir o custo dos equipamentos em um fator de 3 a 4, que atualmente chega a centenas de milhões de euros por máquina. Isso também promete reduzir o custo de fabricação de chips ainda mais avançados do que os atuais e, em última análise, levar a uma redução no custo de suporte dos modelos de IA e data centers mais sofisticados.

A litografia EUV utiliza radiação ultravioleta extrema com um comprimento de onda de 13,5 nm. Essa luz não pode ser transmitida por lentes convencionais; ela é simplesmente absorvida por elas, portanto, todo o sistema óptico é baseado na reflexão em espelhos multicamadas e opera no vácuo. No scanner de litografia padrão da ASML, o feixe incide sobre uma fotomáscara espelhada com o padrão do futuro circuito; em seguida, a óptica de projeção reduz e focaliza a imagem em uma pastilha de silício. Aumentar a abertura numérica, ou NA, permite capturar uma gama maior de ângulos, o que melhora a resolução, mas também aumenta a complexidade da óptica (veja a figura abaixo) e a distorção.

Fonte da imagem: ASML

Ao desenvolver a nova arquitetura óptica para scanners EUV, o Professor Shintake buscou principalmente reduzir os chamados “efeitos de máscara 3D” — distorções decorrentes da estrutura tridimensional da máscara de espelho EUV e da incidência oblíqua da luz. Os pesquisadores não conseguiram resolver esse problema na década de 1990, quando começaram a projetar scanners EUV, então um projeto óptico fora do eixo altamente complexo, implementado em todos os scanners EUV modernos da ASML, provou ser uma opção comercialmente viável.

O cientista propôs um sistema de focalização linear composto por dois componentes ópticos, cada um contendo um par de espelhos côncavos e convexos. Simulações mostraram que múltiplas reflexões entre espelhos com um perfil precisamente calculado e uma distância estritamente definida entre eles podem compensar mutuamente algumas das distorções, mantendo alta abertura numérica e qualidade de imagem. Ao contrário das soluções complexas de alta NA atuais, esse projeto deve ser significativamente mais fácil de fabricar e configurar.

No entanto, a aplicação industrial ainda está longe de ser uma realidade. Os cálculos pressupõem espelhos perfeitos — com 100% de reflexão e sem defeitos —, enquanto as ópticas EUV reais perdem parte da energia a cada reflexão e exigem um acabamento de superfície extremamente preciso. O próximo passo será a montagem de um protótipo físico: a equipe já iniciou o desenvolvimento do equipamento EUV correspondente. Se essa abordagem for confirmada experimentalmente, poderá reduzir o custo de produção de chips de memória e lógica de alta densidade, diminuir o número de operações de fabricação e reduzir o consumo de energia computacional, o que é especialmente importante considerando a crescente carga de trabalho de IA e data centers.