A litografia ultravioleta extrema (Extreme ultraviolet lithography ou EUVL em inglês), também conhecida simplesmente como EUV) é uma tecnologia usada na indústria de semicondutores para a fabricação de circuitos integrados (CIs). É um tipo de fotolitografia que usa luz ultravioleta extrema (EUV) de 13,5 nm proveniente de um plasma de estanho (Sn) pulsado por laser para criar padrões complexos em substratos semicondutores.
, ASML Holding é a única empresa que produz e vende sistemas EUV para produção de chips, visando nós de processo de 5 nanômetros (nm) e 3 nm, embora a Reuters tenha relatado em dezembro de 2025 que a China desenvolveu seu próprio protótipo de sistema EUV.
Os comprimentos de onda EUV usados em EUVL estão próximos de 13,5 nanômetros (nm), usando um plasma de gotículas de estanho (Sn) pulsado por laser para produzir um padrão usando uma fotomáscara reflexiva para expor um substrato coberto por fotorresistente. Íons de estanho nos estados iônicos do Sn IX para Sn XIV apresentam picos espectrais de emissão de fótons em torno de 13,5. nm de transições de estado iônico 4p 6 4d n – 4p 5 4d n +1 + 4d n −1 4f.
Projeção de crescimento do mercado De acordo com um relatório da Pragma Market Research, o mercado global de litografia ultravioleta extrema (EUV) deverá crescer de US$ 8.957,8 milhões em 2024 para US$ 17.350 milhões até 2030, a uma taxa de crescimento anual composta de 11,7%. Esse crescimento significativo reflete a crescente demanda por eletrônicos miniaturizados em diversos setores, incluindo smartphones, inteligência artificial e computação de alto desempenho.
História e impacto econômico Na década de 1960, a luz visível era utilizada na produção de circuitos integrados, com comprimentos de onda tão curtos quanto 435 nm (linha "g" do mercúrio).
Posteriormente, a luz ultravioleta (UV) passou a ser empregada, inicialmente com um comprimento de onda de 365 nm (linha "i" do mercúrio), seguida pelos comprimentos de onda do laser excimer, primeiro de 248 nm (laser de fluoreto de criptônio), e depois de 193 nm (laser de fluoreto de argônio), que foi denominado UV profundo (deep UV).
O passo seguinte, em direção a dimensões ainda menores, foi chamado de UV extremo (extreme UV), ou EUV. A tecnologia EUV era considerada impossível por muitos
A luz EUV é absorvida por vidro e ar, de modo que, em vez de utilizar lentes para focar os feixes de luz como era feito anteriormente, seriam necessários espelhos no vácuo. Uma produção confiável de EUV também apresentava problemas. Por conseguinte, os principais produtores de steppers (equipamentos de litografia), Canon e Nikon, interromperam o desenvolvimento, e alguns previram o fim da Lei de Moore.
Enquanto trabalhava na Nippon Telegraph and Telephone (NTT) no Japão em meados da década de 1980, o engenheiro Hiroo Kinoshita propôs pela primeira vez o conceito de EUV. Ele testou a ideia e demonstrou com sucesso as primeiras imagens em EUV numa reunião da Sociedade de Física Aplicada do Japão (JSAP) em 1986. Apesar do ceticismo inicial no Japão, Kinoshita continuou a pesquisa em EUV na NTT e organizou uma pesquisa conjunta entre EUA e Japão sobre EUV no início dos anos 1990.
Em 1991, cientistas da Bell Labs publicaram um artigo demonstrando a possibilidade de usar um comprimento de onda de 13,8 nm para a chamada litografia de projeção de raios X moles (soft X-ray).
Para superar o desafio da litografia EUV, pesquisadores do Laboratório Nacional de Lawrence Livermore, Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley e Laboratórios Nacionais Sandia receberam financiamento na década de 1990 para realizar pesquisa básica sobre os obstáculos técnicos. Os resultados desse esforço bem-sucedido foram disseminados por meio de uma parceria público-privada chamada Acordo Cooperativo de Pesquisa e Desenvolvimento (CRADA). O CRADA consistia em um consórcio de empresas privadas e laboratórios, estruturado como uma entidade denominada Extreme Ultraviolet Limited Liability Company (EUV LLC). Paralelamente, no Japão, o desenvolvimento da tecnologia EUV prosseguiu na década de 1990 através dos programas ASET (Association of Super-Advanced Electronics Technologies) e EUVA (Extreme Ultraviolet Lithography Development Association).
A Intel, a Canon e a Nikon (líderes na área na época), bem como a empresa holandesa ASML e o Silicon Valley Group (SVG), procuraram o licenciamento. Em 2001, o SVG foi adquirido pela ASML, ajudando a ASML a tornar-se a principal beneficiária desta tecnologia crítica.
Em 2018, a ASML conseguiu implementar a propriedade intelectual da EUV-LLC após várias décadas de pesquisa de desenvolvimento, incorporando o sistema financiado pelos europeus EUCLIDES (Extreme UV Concept Lithography Development System), o antigo parceiro alemão em fabricação de ótica ZEISS e o fornecedor de fontes de luz síncrotron Oxford Instruments. Isso levou a revista MIT Technology Review a chamá-la de "a máquina que salvou a lei de Moore". Em 2006, o seu primeiro protótipo produzia um wafer em 23 horas. Em 2022, um scanner já consegue produzir até 200 wafers por hora. O scanner usa as óticas Zeiss, que a empresa classifica como "os espelhos mais precisos do mundo", os quais são fabricados localizando-se as imperfeições e então removendo moléculas individuais através de técnicas como modelagem por feixe de íons (ion beam figuring).
Isto transformou a até então pequena empresa ASML na líder mundial em produção de scanners e monopolista nesta tecnologia de ponta, resultando num faturamento recorde de 27,4 bilhões de euros em 2021, ofuscando as suas concorrentes Canon e Nikon, às quais foi negado o acesso à PI. Sendo uma tecnologia tão fundamental para o desenvolvimento em muitos campos, o licenciador dos Estados Unidos pressionou as autoridades holandesas para não venderem estas máquinas para a China. A ASML tem seguido as orientações de controle de exportações da Holanda e, até segunda ordem, não terá autorização para enviar as máquinas para a China. A China, ao mesmo tempo, também investiu pesadamente no seu projeto nacional de EUV, e empresas líderes chinesas como a Huawei e a SMEE também registraram patentes para as suas propostas alternativas de tecnologias de EUV.Stefano Lovati. February 11, 2025. China Invests €37 Billion to Develop Domestic EUV Lithography Systems Power Electronics News Em dezembro de 2025, a Reuters reportou que a China havia concluído em segredo a fabricação de um protótipo de máquina EUV em Shenzhen, com a expectativa de produzir chips operacionais entre 2028 e 2030.
Paralelamente à técnica de padrões múltiplos (multiple patterning), a EUV pavimentou o caminho para maiores densidades de transistores, permitindo a produção de processadores de maior desempenho. Transistores mais pequenos também exigem menos energia para funcionar, resultando em dispositivos eletrónicos com maior eficiência energética.
Produtividade do equipamento da fábrica Requisitos para steppers EUV, considerando o número de camadas no design que necessitam de EUV, a quantidade de máquinas e o rendimento (throughput) desejado da fábrica (fab), assumindo uma operação de 24 horas por dia. Número de camadas necessitando de EUVVelocidade média do stepper em wafers por horaNúmero de máquinas EUVWafers por mês5185513500010185101350001518515135000151853027000020185402700002518550270000
Máscaras As fotomáscaras EUV funcionam refletindo a luz, o que é alcançado usando múltiplas camadas alternadas de molibdênio e silício. Isso contrasta com as fotomáscaras convencionais, que funcionam bloqueando a luz através de uma única camada de cromo sobre um substrato de quartzo. Uma máscara EUV consiste em 40 a 50https://www.semiconductor-digest.com/wp-content/uploads/2020/02/SST-Oct-2013.pdf camadas alternadas de silício e molibdênio; trata-se de uma multicamada que atua para refletir a luz ultravioleta extrema através da difração de Bragg; a refletância é fortemente dependente do ângulo de incidência e do comprimento de onda, com comprimentos de onda mais longos refletindo mais perto da incidência normal e comprimentos de onda mais curtos refletindo mais longe da incidência normal. A multicamada pode ser protegida por uma fina camada de rutênio, chamada de camada de cobertura (capping layer).. O padrão é definido em uma camada absorvedora à base de tântalo sobre a camada de cobertura.
Os moldes das fotomáscaras (blank photomasks) são fabricados principalmente por duas empresas: a AGC Inc. e a Hoya Corporation. Equipamentos de deposição por feixe de íons, fabricados principalmente pela Veeco, são frequentemente usados para depositar a multicamada. Um molde de fotomáscara é coberto com fotorresina (photoresist), que é então cozida (solidificada) em um forno, e posteriormente o padrão é definido na fotorresina usando litografia sem máscara com um feixe de elétrons. Esta etapa é chamada de exposição. A fotorresina exposta é revelada (removida), e as áreas desprotegidas são submetidas a ataque químico (etching). A fotorresina restante é então removida. Em seguida, as máscaras são inspecionadas e posteriormente reparadas usando um feixe de elétrons. O ataque químico deve ser feito apenas na camada absorvedora e, portanto, há a necessidade de distinguir entre a camada de cobertura e a camada absorvedora, o que é conhecido como seletividade de ataque (etch selectivity) e é diferente do ataque em fotomáscaras convencionais, que possuem apenas uma camada crítica para a sua função.
Equipamento EUV direita|miniaturadaimagem|300x300px|Um equipamento EUVL, Laboratório Nacional de Lawrence Livermore Um equipamento EUV (máquina de fotolitografia EUV) possui uma fonte de luz de plasma de estanho (Sn) acionada a laser e componentes ópticos reflexivos com espelhos multicamadas, mantidos em um ambiente com gás de hidrogênio. O hidrogênio é empregado para evitar que o espelho coletor de EUV – o qual atua como o primeiro espelho a captar o EUV emitido em uma grande amplitude angular (~2π sr) a partir do plasma de Sn – sofra deposição de estanho em sua superfície. Especificamente, o gás de proteção de hidrogênio na câmara ou recipiente da fonte de EUV desacelera ou potencialmente repele os íons e fragmentos de estanho que se movem em direção ao coletor de EUV (proteção do coletor), além de promover uma reação química de Sn(s) + 4H(g) -> SnH4(g) que possibilita a remoção da deposição de Sn do coletor através do gás SnH4 (restauração da refletividade do coletor).
A EUVL representa um grande distanciamento em relação ao padrão de litografia ultravioleta profundo. Toda matéria absorve radiação EUV. Assim, a litografia EUV requer o uso de vácuo. Todos os componentes ópticos, abrangendo a fotomáscara, precisam empregar multicamadas de molibdênio/silício (Mo/Si) livres de imperfeições (compostas por 50 bicamadas de Mo/Si, que possuem um limite teórico de refletividade de cerca de 75% a 13,5 nm), as quais atuam para refletir a luz mediante interferência de ondas entre as camadas; qualquer um desses espelhos absorve aproximadamente 30% da luz incidente, tornando o controle da temperatura do espelho crucial.
Os sistemas EUVL, nos anos de 2002 a 2009, possuem, no mínimo, dois espelhos multicamada condensadores, seis espelhos multicamada de projeção e um objeto multicamada (máscara). Como os espelhos absorvem 96% da luz EUV, a fonte de luz ideal de EUV tem de ser muito mais potente que as das versões anteriores. O desenvolvimento da fonte EUV concentrou-se em plasmas produzidos por laser ou descargas pulsadas. O espelho responsável por coletar a luz é exposto diretamente ao plasma, o que o torna suscetível a danos causados por íons de alta energiaH. Komori et al., Proc. SPIE 5374, pp. 839–846 (2004).B. A. M. Hansson et al., Proc. SPIE 4688, pp. 102–109 (2002). e detritos diversosS. N. Srivastava et al., J. Appl. Phys. 102, 023301 (2007). como gotículas de estanho, o que exige a substituição anual do dispendioso espelho coletor.
Requisitos de recursos