Quatro dos principais fabricantes de chips do mundo incluíram os sistemas de ultravioleta extremo de alta abertura numérica (High-NA EUV) da ASML, avaliados em cerca de 400 milhões de dólares, nos seus planos de produção, transformando uma tecnologia de fabrico há muito debatida na próxima plataforma partilhada da indústria de semicondutores. A Intel já utiliza a tecnologia High-NA EUV em camadas selecionadas de processadores comerciais, a Samsung Electronics e a SK Hynix têm como objetivo a produção de memória em 2028, e a Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. afirma que planeia começar a utilizar as máquinas para a produção de nós avançados em 2030.

A convergência é importante porque a litografia determina a precisão com que os fabricantes podem imprimir os circuitos que conferem aos chips modernos o seu poder de processamento. Os sistemas de elevada NA (abertura numérica) conseguem resolver detalhes cerca de 40% mais pequenos do que as máquinas EUV atuais, mas custam aproximadamente o dobro, segundo um novo relatório da Reuters. Os compromissos indicam que os principais fabricantes acreditam que a miniaturização contínua dos transístores continua a ser necessária, mesmo com os grandes investimentos em chiplets, empilhamento tridimensional e embalagens avançadas.

Aprofundam também a dependência do sector tecnológico em relação a um único fornecedor europeu. A ASML não tem concorrentes comerciais na litografia EUV, o processo necessário para os mais pequenos componentes em chips de lógica e memória de ponta. Esta posição confere à empresa holandesa uma influência invulgar no custo, no cronograma e na distribuição geográfica da capacidade computacional por detrás da inteligência artificial, dos smartphones, dos centros de dados e de outros sistemas de alto desempenho.

Uma óptica mais nítida reduz etapas complexas de padronização

A litografia funciona projetando um padrão de circuito num revestimento fotossensível sobre uma pastilha de silício. A dimensão mínima imprimível depende, em parte, do comprimento de onda da luz e da abertura numérica da ótica de projeção, que descreve a porção da gama angular da luz que o sistema consegue captar. Os scanners EUV existentes utilizam uma abertura numérica de 0,33. A tecnologia High-NA eleva este valor para 0,55, permitindo que os sistemas EXE da ASML atinjam uma resolução óptica de 8 nanómetros, de acordo com as especificações do produto.

Esta resolução mais elevada pode substituir algumas sequências de padronização múltipla, nas quais os fabricantes expõem e processam um wafer repetidamente para criar uma camada densa. Menos etapas podem encurtar os fluxos de produção e reduzir as hipóteses de erros de alinhamento, embora a viabilidade económica dependa de quantas camadas utilizam NA elevada (abertura numérica), da capacidade de processamento e disponibilidade do scanner e do rendimento dos chips finalizados. Uma máquina mais capaz não torna automaticamente um processo mais barato quando o seu preço de compra é muito mais elevado.

A própria óptica ilustra a dificuldade. A tecnologia EUV de alta abertura numérica utiliza espelhos em vez de lentes convencionais, uma vez que a luz EUV é absorvida pelo ar e pela maioria dos materiais. O conjunto de projeção contém mais de 40.000 peças e pesa cerca de 12 toneladas, enquanto as suas superfícies espelhadas requerem medições subnanométricas, de acordo com o fornecedor de ótica ZEISS. Esta precisão explica porque é que os concorrentes que vendem sistemas ultravioleta profundo mais antigos ainda não produziram uma alternativa comercial à tecnologia EUV.

A Intel fornece a primeira evidência de fabrico

A implementação inicial da Intel oferece a evidência mais clara de que a tecnologia High-NA passou da fase experimental de imagem para a produção em série. A empresa afirma ter processado mais de um milhão de wafers em etapas como a certificação de ferramentas, investigação e desenvolvimento e fabrico em volume. A High-NA está a ser utilizada em camadas selecionadas para um subconjunto de processadores Core Ultra Series 3, com o nome de código Panther Lake, e a Intel afirma que a precisão de sobreposição, a produtividade e a disponibilidade de equipamento estão a corresponder às suas expectativas.

Estas afirmações provêm de um anúncio conjunto da empresa, e não de uma auditoria independente, e o total de um milhão de wafers combina o trabalho de desenvolvimento com a produção. Portanto, não deve ser interpretado como um milhão de processadores comerciais concluídos. Ainda assim, a utilização da tecnologia no fabrico em grande escala representa um avanço significativo em relação às demonstrações, e a Intel afirma que as camadas comparáveis ​​fabricadas com a sua plataforma EUV de 0,33 NA mais antiga igualam ou ficam atrás do desempenho das versões High-NA. A divulgação detalhada da Intel oferece aos concorrentes um parâmetro de comparação operacional que não possuíam quando o primeiro sistema comercial chegou ao mercado em 2024.

A liderança da Intel não garante a viabilidade comercial para todos os fabricantes. A sua estratégia inclui a utilização agressiva de novas tecnologias de fabrico, numa tentativa de reconstruir o seu negócio de fundição por contrato, enquanto a TSMC se manteve competitiva ao extrair mais recursos das ferramentas EUV existentes. A ASML afirmou em maio que os primeiros chips fabricados com sistemas High-NA eram esperados dentro de poucos meses, mas os relatórios indicavam que a TSMC questionava se o preço de 400 milhões de dólares se justificava para os seus nós de fabrico de curto prazo.

Fabricantes de memória aceleram o calendário de adoção

O plano da Samsung de introduzir a tecnologia High-NA no fabrico de memórias DRAM em larga escala até 2028 alarga o mercado para além da lógica de ponta. As células DRAM precisam de se tornar mais densas, preservando o desempenho elétrico e o rendimento de fabrico, e a Samsung afirma que a resolução melhorada pode simplificar os fluxos de processo à medida que a escalabilidade se torna mais difícil. O seu anúncio descreve a iniciativa como o primeiro plano divulgado por um fabricante de memórias para utilizar a tecnologia High-NA na produção em massa.

A SK Hynix também definiu 2028 como o seu ponto de partida, enquanto a Micron encomendou ferramentas sem anunciar uma data de produção. Os chips de memória são geralmente mais pequenos do que os maiores processadores utilizados para a IA, o que pode tornar o campo de exposição reduzido do High-NA menos restritivo. Para a ASML, a adoção por parte dos fabricantes de memória diversificaria a procura e aumentaria o número de camadas de processo que poderiam utilizar os seus scanners mais caros.

A decisão da TSMC é mais lenta, mas estrategicamente significativa, uma vez que é o maior fabricante de chips por encomenda do mundo e produz processadores avançados concebidos por empresas como a Apple e a Nvidia. A TSMC pretende agora utilizar a tecnologia High-NA para fabrico em larga escala a partir de 2030 e espera que o número de camadas High-NA aumente à medida que as arquiteturas de transístores se tornam mais complexas. O seu compromisso não identifica um nó específico nem garante a escala de implementação, deixando espaço para ajustes no cronograma à medida que os dados de custo e rendimento melhorem.

O formato das máscaras continua a ser um estrangulamento para a indústria

O design ótico High-NA imprime apenas metade do tamanho do campo dos scanners EUV existentes quando utilizados com as fotomáscaras padrão de seis polegadas da indústria. Os chips grandes podem ser divididos em duas exposições e unidos, mas a união acrescenta desafios de design, alinhamento e produtividade. A Intel afirma que os clientes já podem utilizar máscaras de seis polegadas organizando os designs dentro do campo mais pequeno ou utilizando os seus métodos de união e ferramentas de design de processos. Estas soluções alternativas tornam a produção possível, mas não eliminam a perda de eficiência a longo prazo.

A ASML e a TSMC lançaram, por isso, uma iniciativa da indústria para desenvolver máscaras de 15 x 30 cm (6 x 12 polegadas), com uma linha piloto prevista para 2031 e a prontidão total do sistema para produção em nós avançados em 2033. Máscaras maiores permitiriam a um scanner de alta abertura numérica (High-NA) expor um campo de tamanho completo sem necessidade de emendas, melhorando potencialmente a produtividade e reduzindo os custos por chip. A Samsung aderiu ao esforço, e a Intel e a ASML afirmam que os fabricantes de máscaras, os fornecedores de automação, as empresas de design eletrónico e os produtores de materiais estão a participar no ecossistema mais amplo.

O longo cronograma demonstra porque é que as decisões na fabricação de semicondutores são tomadas anos antes do lançamento dos produtos. Um novo tamanho de máscara afeta não só o scanner, mas também os equipamentos de inspeção, os materiais, os sistemas de manuseamento, o software de design e a automatização da fábrica. O roteiro é, portanto, um plano de coordenação, e não uma prova de que o formato maior chegará a tempo ou proporcionará todas as poupanças projetadas.

A influência da ASML aumenta com o alinhamento com o setor

Os sistemas EUV existentes da ASML, com preços a rondar os 200 milhões de dólares cada, estão praticamente esgotados até 2027, enquanto a procura por inteligência artificial tem incentivado os clientes a procurarem maior capacidade. A Reuters citou uma estimativa do JPMorgan de que a ASML deteria 94% do mercado geral de litografia em 2025, com a sua quota praticamente consolidada na fronteira do EUV. A adoção de um elevado NA (aproximadamente nanoamplitude) pode estender este domínio até à década de 2030, uma vez que todos os principais fabricantes precisam de qualificar a mesma plataforma central, mesmo competindo em termos de processos, design de chips e execução em fábrica.

Esta concentração representa, simultaneamente, uma vantagem industrial para a Europa e uma vulnerabilidade na cadeia de abastecimento. Cada sistema de alta NA depende de uma rede especializada que inclui as operações de fabrico da ASML na Holanda, a ótica da ZEISS na Alemanha e inúmeros fornecedores de lasers, metrologia e componentes de precisão. A capacidade não pode ser expandida como na montagem electrónica convencional, e as decisões de controlo de exportação que envolvem litografia avançada podem influenciar quais os países que têm condições para construir instalações de produção de ponta.

Os novos compromissos estabelecem que a litografia de alta NA (High-NA) está a integrar-se nos planos de produção da indústria; não garantem que todas as camadas de chips a utilizem ou que a sua viabilidade económica supere a litografia EUV convencional melhorada em todas as fábricas. As evidências a observar são operacionais: produtividade sustentada dos wafers, disponibilidade de equipamento, taxas de defeitos, rendimento e número de exposições eliminadas. A Intel forneceu os primeiros sinais à escala de produção, enquanto a Samsung, a SK Hynix e a TSMC já divulgaram datas. Os resultados determinarão se a máquina mais cara da ASML se tornará uma ferramenta seletiva para algumas camadas críticas ou a plataforma de litografia que definirá a próxima década.