De acordo com pt.wedoany.com-Este esquema pode eliminar o problemático efeito de máscara 3D óptica, melhorar a resolução da litografia e fabricar chips de tamanho menor a um custo mais baixo.
Dos data centers que suportam a nova geração de inteligência artificial a equipamentos médicos críticos, automóveis, dispositivos móveis ou computadores, os chips baseados em semicondutores são componentes centrais indispensáveis da vida moderna.
Com a evolução tecnológica e a demanda crescente por consumo de energia, pesquisadores se dedicam ao desenvolvimento de chips de tamanho menor, o que exige a fabricação de circuitos precisos em escala nanométrica. Tecnologias como a litografia ultravioleta extrema (EUV) abriram novos caminhos para a miniaturização de chips, mas enfrentam enormes desafios físicos, de engenharia e de custo, limitando sua implementação e produção em massa atualmente.
O professor Tsumoru Shintake, da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), no Japão, publicou uma pesquisa no Journal of Micro/Nanopatterning, Materials, and Metrology propondo um redesign disruptivo do sistema de iluminação e da lente objetiva de projeção usados na litografia EUV de alta abertura numérica (alta NA). Simulações mostram que este esquema pode eliminar o problemático efeito de máscara 3D óptica, melhorar a resolução da litografia e fabricar chips de tamanho menor a um custo mais baixo em comparação com os processos EUV atuais.
Tsumoru Shintake afirma: "Atualmente, uma única máquina de litografia EUV custa centenas de milhões de euros. Meu novo esquema pode fabricar padrões finos na escala de 2 a 3 nanômetros a um custo muito menor do que os modelos comerciais mais avançados atuais."
Ele contextualizou o valor das aplicações downstream dos chips semicondutores miniaturizados em meio ao crescimento da demanda da indústria de IA. "A Agência Internacional de Energia prevê que, impulsionado por aplicações de alto consumo de energia, como agentes inteligentes, o consumo de eletricidade dos data centers dobrará até 2030. Chips fabricados com o processo de litografia de alta NA têm maior densidade de integração de dispositivos e distâncias de transmissão de sinais mais curtas, minimizando a perda de energia e reduzindo o custo de eletricidade por operação."
Tsumoru Shintake acrescenta: "Esses chips de alta densidade também geram menos calor, reduzindo a energia necessária para dissipação térmica. Essa melhoria tecnológica pode reduzir significativamente a carga elétrica geral dos data centers."
O que é litografia EUV? Explicação do processo de formação de chips semicondutores
A tecnologia de litografia EUV gera luz ultravioleta extrema com comprimento de onda de apenas 13,5 nanômetros. O feixe de luz é direcionado para o sistema de iluminação e incide sobre uma máscara de litografia refletiva, que contém o modelo completo do circuito. O feixe de luz refletido, carregando o padrão, passa pela lente objetiva de projeção, que reduz e foca o padrão em uma pastilha de silício usando múltiplos espelhos. Posteriormente, uma série de processos grava o padrão do circuito na pastilha.
Para fabricar circuitos com maior integração, a indústria começou a desenvolver a tecnologia de litografia EUV de alta NA. A abertura numérica (NA) determina a faixa angular de luz que um sistema óptico pode captar e emitir; quanto maior a NA, maior o ângulo de luz capturável, permitindo que a lente resolva padrões mais finos. Teoricamente, a resolução da litografia (o menor tamanho de padrão distinguível) é inversamente proporcional à NA, e uma NA mais alta confere aos chips uma capacidade de formação litográfica mais precisa.
No início da pesquisa sobre litografia EUV na década de 1990, pesquisadores já exploraram arquiteturas ópticas coaxiais de alta NA semelhantes à abordagem de Tsumoru Shintake, onde a máscara, a lente objetiva de projeção e a pastilha de silício permanecem alinhadas coaxialmente. Essa estrutura coaxial é simples, mas os pesquisadores da época não conseguiram resolver os problemas de distorção, desfoque e vários erros ópticos que se agravavam com o aumento da NA.
Para superar esses desafios, Tsumoru Shintake inicialmente tentou usar um par de espelhos côncavo e convexo como lente objetiva de projeção. Após iterações e otimizações, ele finalmente desenvolveu uma estrutura de caminho óptico de dois estágios, cada um com um par de espelhos côncavo e convexo.
As simulações iniciais não foram ideais, mas ele descobriu que múltiplos espelhos posicionados com precisão, através de múltiplas reflexões, poderiam cancelar várias aberrações ópticas, mantendo o desempenho de alta NA. Após meses de cálculos intensivos usando o software de simulação óptica OpTaliX, ele determinou a curvatura e o posicionamento ideais dos espelhos para alcançar alta NA e garantir a qualidade da imagem.
Rumo à produção em escala de semicondutores
Como em todos os projetos de pesquisa, este esquema ainda tem algumas limitações: a simulação atual assume que os espelhos têm 100% de refletividade e nenhum defeito, e a transição do modelo de simulação para um equipamento físico exigirá uma quantidade significativa de otimização de engenharia especializada. A construção de um protótipo físico é a próxima etapa central da equipe, e o grupo de pesquisa já iniciou o desenvolvimento de hardware EUV, com o objetivo de criar equipamentos de litografia EUV de baixo custo e alto desempenho.
Tsumoru Shintake conclui: "Este esquema pode simplificar significativamente a estrutura dos equipamentos de alta NA e reduzir os custos de fabricação, abrindo novos espaços de desenvolvimento para a fabricação de semicondutores. Somos capazes de desenvolver máquinas de litografia que custam apenas um quarto dos equipamentos comerciais atuais. Com processos de litografia de maior precisão, podemos fabricar chips de memória com maior densidade de integração e chips lógicos com melhor eficiência energética. Esta tecnologia pode trazer um valor social transformador, apoiando data centers e o desenvolvimento da próxima geração da indústria de IA, tornando vários produtos eletrônicos mais rápidos e com menor consumo de energia, e potencialmente reduzindo os custos de uso a longo prazo."
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