Em 2022, o mercado de semicondutores era de aproximadamente 0.6 triliões de dólares, e os analistas comerciais prevêem que duplicará para 1.0-1.3 biliões de dólares até 2030. O crescimento significativo na indústria de fabrico de semicondutores pode ser visto no processo de litografia. A litografia é um processo de padronização que transfere um design plano para a superfície de um substrato de wafer, criando estruturas complexas, como transistores e interconexões. Isso é conseguido expondo seletivamente polímeros fotossensíveis ou fotorresistentes à luz de comprimentos de onda específicos por meio de um processo complexo de várias etapas. Avanços recentes na tecnologia de litografia criaram uma vantagem competitiva na produção de semicondutores de ponta, permitindo tecnologias avançadas como inteligência artificial (IA), telecomunicações 5G e supercomputação. Portanto, a tecnologia avançada de semicondutores tem um impacto na segurança nacional e na prosperidade económica.

Atualmente, o processo de litografia semicondutor mais avançado utiliza fonte de luz EUV (Ultravioleta Extrema), particularmente no comprimento de onda de 13.5 nm. A luz EUV permite a construção de unidades menores em semicondutores. Foi relatado que o custo dos sistemas EUVL é atualmente de cerca de 150 milhões de dólares, e foi implantado pela primeira vez pela ASML em 2019, que mantém uma participação de mercado de 100%. Até agora, a ASML vendeu três modelos diferentes de sistemas EUVL, nomeadamente Twinscan NXE: 3400B/C e NXE: 3600D. As remessas totais de sistemas NXE aumentaram de 31 unidades no primeiro trimestre de 2019 para 181 unidades no último trimestre de 2022.

A organização deste relatório é a seguinte. A parte restante da introdução inclui a formação técnica do EUVL, o status internacional e doméstico do EUVL e uma visão geral dos programas de medição de P&D do NIST e CHIPS. A seção 2 contém a discussão sobre o status técnico e os requisitos da tecnologia EUVL nas reuniões do grupo de trabalho. A Secção 3 descreve os resultados do inquérito e as recomendações para o futuro discutido nas reuniões do grupo de trabalho, concluindo o relatório.

1.1 Antecedentes Técnicos da Litografia EUV

A EUVL é uma etapa crítica na fabricação de chips semicondutores de última geração. A luz EUV é gerada por um plasma de alta temperatura criado a partir de estanho de alta pureza. O estanho sólido é derretido em um instrumento gerador de gotículas que produz continuamente mais de 3 milhões de gotículas de 27 μm por minuto dentro de uma câmara de vácuo. Um laser pulsado de dióxido de carbono com potência média de 25 kW irradia cada gotícula de estanho com dois pulsos consecutivos para, respectivamente, formar e ionizar a gotícula. Inicialmente, quilowatts de luz EUV são produzidos, mas apenas uma pequena fração se torna exposição litográfica devido a perdas por absorção e espalhamento ao longo do caminho da luz. A potência de saída e a qualidade do feixe de luz de 13.5 nm são inferidas por meio de medições indiretas de câmera-cintilador. Um sistema condensador multicamadas guia a luz para a área fotossensível. O sistema condensador é protegido contra detritos de estanho por um fluxo contínuo de gás hidrogênio. Após cada exposição, o posicionamento automático da resolução do chip é verificado como ≤ 0.25 nm por meio de 20,000 ciclos de inspeção e ajuste por segundo. No geral, esse processo requer coordenação precisa entre diversos sistemas de engenharia. A Figura 1 mostra uma fotografia dos componentes EUVL da ASML.

1.2 Estado atual e futuro da tecnologia de litografia EUV

O crescimento na fabricação avançada de semicondutores provém de novas instalações de produção de EUV nos Estados Unidos, Europa e Ásia. Como mencionado anteriormente, a única empresa que atualmente produz componentes de scanners EUVL é a ASML, com sede na Holanda. A ASML vende componentes de scanners EUV para empresas como Intel, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) e Samsung, que os utilizam em suas fábricas de semicondutores. O sistema EUVL não é criado exclusivamente na Holanda, mas sim composto por diversos módulos desenvolvidos globalmente, que são transportados para a sede da ASML na Holanda para montagem e testes finais antes da entrega aos clientes.

Do ponto de vista dos EUA, a pesquisa, o desenvolvimento e a fabricação da fonte EUV da ASML estão baseados em San Diego, Califórnia. O componente da fonte de luz do conjunto do scanner EUVL é mostrado na Figura 2. Deve-se notar que o componente da fonte de luz inclui o recipiente da fonte localizado dentro do conjunto do scanner EUVL, bem como muitos componentes abaixo do chão de fábrica, incluindo metrologia a laser, feixe sistemas de transporte e acionamento de lasers e seus equipamentos auxiliares. A operação de fonte baseada em San Diego é resultado da aquisição da Cymer pela ASML em 2012 para avançar a tecnologia de fonte EUV. Além disso, dadas as vantagens do EUVL na fabricação de semicondutores, os controles de exportação protegeram recentemente esta tecnologia. Especificamente, em Outubro de 2022, o Bureau de Indústria e Segurança (BIS) emitiu uma regra, 87FR62186, que inclui o controlo de exportação de tecnologia, incluindo litografia Ultravioleta Extrema (b.2).

ASML afirmou que o desenvolvimento futuro da tecnologia de litografia EUV inclui o aumento da abertura numérica (NA) de 0.33 para 0.55 ("alto NA"). Alto NA pode ser usado para reduzir o número de etapas multimodo exigidas pelo atual 0.33 NA e resultar na resolução de geometrias mais finas. Isso é consistente com o Roteiro Internacional IEEE para Dispositivos e Sistemas (IRDS) de 2022 lançado publicamente, que exige que o escalonamento do transistor continue para 0.5 nm até 2037. O objetivo da nova plataforma NA é melhorar a velocidade do wafer e do estado das partículas, permitindo o dimensionamento dos recursos geométricos do chip. Espera-se que os sistemas de alto NA sejam enviados aos clientes em 2023 e atinjam a produção total em 2025. No início de 2023, a ASML anunciou que alcançou dois novos recordes de potência EUV, operando com emissão de 600W EUV por hora, atendendo ao alto NA EXE: 5200 especificação de estabilidade de dose e operação em circuito aberto de 700W. A demonstração de 600 W representa um aumento em relação aos 250 W entregues há cinco anos, antes de atingir a produção de EUV em alto volume.

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