As máquinas que gravam os chips mais avançados em breve precisarão de «estênceis» muito maiores.
Para fabricar um chip, as empresas projetam padrões extremamente finos sobre uma placa, camada após camada. Esses padrões vêm de uma fotomáscara, um modelo muito preciso usado pela máquina de litografia. Hoje, as máscaras empregadas nos processos mais avançados medem cerca de 15 cm de lado.
Detalhe das estruturas inscritas em uma fotomáscara de cromo.
Crédito: Sei / Wikimedia Commons — CC BY-SA 4.0
A ASML e a TSMC agora se preparam para a transição para um formato de aproximadamente 30 cm, ou 12 polegadas. A mudança acompanhará a nova geração de máquinas que utilizam o ultravioleta extremo, ou EUV. Essa luz permite traçar os minúsculos detalhes necessários aos processadores recentes. As primeiras máquinas chamadas High NA, no entanto, funcionarão com as máscaras atuais.
Por que dobrar seu tamanho? Os futuros chips destinados, principalmente, à inteligência artificial serão muito grandes. Com o sistema atual, a máquina pode precisar expor separadamente várias áreas para reproduzir todo o desenho. Esses fragmentos precisam então se unir com altíssima precisão. Essa operação, chamada montagem ou «stitching», torna a fabricação mais lenta e impõe restrições adicionais.
Uma máscara maior permitiria posicionar mais padrões em uma única área utilizável. Assim, os fabricantes poderiam produzir chips grandes com menos exposições separadas. Para uma fábrica que processa milhares de placas de silício, algumas etapas eliminadas podem ter um efeito significativo na capacidade das máquinas e no custo de cada chip.
Mas mudar o formato é um grande investimento: toda a cadeia precisa evoluir: a fabricação das máscaras, o controle de seus defeitos, seu manuseio e transporte. As máquinas de litografia também precisarão ser adaptadas. Por isso, a ASML e a TSMC iniciam essa transição vários anos antes de sua utilização industrial prevista.
O cronograma dá uma ideia da dimensão do projeto. A TSMC prevê utilizar a tecnologia High NA da ASML em sua produção em massa a partir de 2030, inicialmente com as máscaras atuais. As parceiras querem instalar uma linha-piloto para máscaras de 12 polegadas em 2031. Sistemas compatíveis com esse formato estão previstos para a produção avançada por volta de 2033.
Essa evolução diz respeito diretamente às gerações de processadores que sucederão as que estão atualmente em preparação.
A transição para as grandes fotomáscaras agora depende de muitos fornecedores, e não apenas da ASML e da TSMC. Fabricantes de semicondutores e especialistas em máscaras já demonstraram interesse pela iniciativa. Os próximos anos servirão, principalmente, para construir os equipamentos capazes de produzir e controlar essas novas máscaras antes de sua chegada às fábricas.