A Revolução Ultravioleta: Por Dentro das Máquinas Invisíveis de US$150 Milhões que Estão Moldando o Futuro dos Microchips

As máquinas de litografia ultravioleta custam mais de US$ 150 milhões cada e têm o tamanho de um ônibus.
Observadores da indústria apelidaram a geração mais recente dessas ferramentas de “as máquinas que salvaram a Lei de Moore” porque possibilitam os processadores modernos de ponta.
A ASML é a única fornecedora de sistemas de litografia EUV, com ferramentas EUV custando cerca de US$ 150–180 milhões cada.
A Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) implantou o EUV em volume pela primeira vez em seu processo 7nm+ (N7+) em 2019.
A litografia ultravioleta extrema usa luz de 13,5 nm produzida ao disparar um laser de alta potência em gotas de estanho para criar plasma que emite radiação EUV, com consumo de energia das máquinas acima de 1 megawatt.
A ASML enviou a primeira ferramenta EUV High-NA, EXE:5200, em 2025, que eleva a abertura numérica para 0,55 e tem como meta cerca de 175 wafers por hora.
Os primeiros chips comerciais com EUV foram lançados em 2019, com o processo 7nm+ (N7+) da TSMC e o 7LPP da Samsung usando EUV.
Controles de exportação impedem a ASML de vender EUV para a China, enquanto as vendas da ASML para a China em 2024 foram de cerca de US$ 7 bilhões, principalmente de ferramentas DUV.
A Nikon e a Canon desistiram do desenvolvimento de EUV; a Nikon continua fornecendo scanners de imersão de 193 nm, enquanto a Canon foca em litografia por nanoimpressão (NIL), com remessas de teste em 2024.
A DRAM de classe 14 nm da Samsung usa EUV em várias camadas e a Micron planeja EUV para seu próximo nó de DRAM.

Todo microprocessador moderno – do chip no seu smartphone aos CPUs que alimentam a IA em nuvem – nasce sob luz ultravioleta. Na verdade, algumas das máquinas de fabricação mais avançadas do mundo projetam lasers ultravioleta invisíveis sobre wafers de silício para gravar os circuitos em nanoescala que fazem os microchips funcionarem. Essas máquinas custam mais de US$ 150 milhões cada, têm o tamanho de um ônibus e operam com uma complexidade quase de ficção científica – ainda assim, são as trabalhadoras anônimas por trás da Lei de Moore e do avanço contínuo de processadores mais rápidos, menores e eficientes ^[1], ^[2]. Observadores da indústria até apelidaram a geração mais recente dessas ferramentas de “as máquinas que salvaram a Lei de Moore”, porque sem elas, fabricar chips de ponta seria praticamente impossível ^[3]. Este relatório mergulha no mundo da litografia ultravioleta – tanto em sua forma tradicional ultravioleta profundo (DUV) quanto na avançada ultravioleta extremo (EUV) – explicando como funciona, por que é tão crítica para o desenvolvimento de microprocessadores e para onde está indo a seguir.

A litografia ultravioleta pode soar como engenharia esotérica, mas seu impacto é muito real e visível em nosso cotidiano. Ao imprimir padrões cada vez mais finos de transistores no silício, a litografia UV permite diretamente o notável ritmo de avanço da indústria de tecnologia. Como um analista de tecnologia afirmou de forma direta, “A Lei de Moore está basicamente desmoronando, e sem essa máquina, ela acaba. Você realmente não pode fabricar nenhum processador de ponta sem EUV.”^[4] Em outras palavras, o futuro dos microchips – e de todos os dispositivos e inovações que eles impulsionam – agora depende de dominar a luz em comprimentos de onda minúsculos. A seguir, vamos explicar como funciona essa impressão baseada em luz, como ela evoluiu para a mais recente tecnologia EUV, quem são os principais players (do fabricante holandês de equipamentos ASML aos gigantes de chips como TSMC, Samsung e Intel), os avanços recentes (como as máquinas EUV de próxima geração e técnicas alternativas) e o que especialistas da indústria estão dizendo sobre o caminho à frente.

O que é Litografia Ultravioleta?

Em sua essência, litografia na fabricação de chips é semelhante à fotografia no silício. Uma pastilha de silício é revestida com um material sensível à luz (fotorresiste), e uma máquina usa luz focada para projetar padrões complexos de circuitos sobre essa pastilha através de uma máscara semelhante a um estêncil. Os padrões correspondem aos minúsculos transistores e fiações que compõem um microprocessador. Onde a luz incide, ela altera quimicamente o resist, de modo que essas regiões podem ser gravadas ou processadas, enquanto as áreas cobertas permanecem protegidas. Ao repetir esse processo camada por camada com extrema precisão, os fabricantes de chips constroem a arquitetura complexa de um circuito integrado moderno.

A chave para a resolução nesse processo de “impressão” é o comprimento de onda da luz. Assim como um pincel mais fino permite que um artista pinte detalhes menores, um comprimento de onda de luz mais curto permite que os fabricantes de chips gravem características mais finas. Por décadas, a indústria de semicondutores tem avançado continuamente em direção a comprimentos de onda mais curtos no espectro eletromagnético para imprimir transistores cada vez menores ^[5]. Os primeiros chips na década de 1960 usavam luz visível e ultravioleta longo (g-line em 436 nm, i-line em 365 nm), mas nos anos 1990 o estado da arte avançou para a faixa do ultravioleta profundo com potentes lasers de excímero em 248 nm (KrF) e depois 193 nm (ArF)^[6]. A luz em 193 nm – cerca de 1/5 do comprimento de onda da luz visível – tornou-se a principal ferramenta para a fabricação de chips ao longo dos anos 2000 e 2010. Essa litografia UV profunda (DUV) possibilitou características mínimas na ordem de ~50 nm e menos, especialmente após a introdução de técnicas como lentes de imersão e múltiplas exposições ^[7]. Na verdade, a “litografia a laser de excímero” em 248 nm e 193 nm foi tão bem-sucedida que impulsionou a Lei de Moore por cerca de duas décadas, permitindo que o tamanho dos transistores continuasse diminuindo e a densidade dos chips continuasse dobrando conforme o previsto ^[8].

No entanto, no final dos anos 1990 e início dos anos 2000, os engenheiros sabiam que estavam se aproximando de uma barreira de comprimento de onda com a luz de 193 nm ^[9]. Para padronizar características muito menores que ~40–50 nm, a litografia de 193 nm teve que recorrer a métodos cada vez mais complicados: truques ópticos exóticos, etapas de múltipla padronização (expondo a mesma camada várias vezes com máscaras deslocadas para obter um espaçamento efetivo mais fino), e outras soluções engenhosas ^[10], ^[11]. Essas técnicas prolongaram a vida útil das ferramentas DUV (de fato, os fabricantes de chips estenderam o uso de 193 nm até nós comercializados como 10 nm ou até mesmo 7 nm usando dupla, tripla ou quádrupla padronização), mas ao custo de enorme complexidade, menor rendimento e custo de produção disparado. Em meados da década de 2010, estava claro que o DUV tradicional estava se esforçando para ir além – a indústria precisava de um salto para um comprimento de onda mais curto da luz para manter a Lei de Moore em andamento ^[12].

Litografia Ultravioleta Profunda (DUV): O Cavalo de Batalha

Litografia UV profunda (usando lasers de ~248 nm e 193 nm) tem sido a tecnologia principal para fabricação de chips por muitas gerações. As ferramentas DUV são essencialmente sistemas de imagem projetada extremamente precisos: elas direcionam um laser UV através de uma fotomáscara padronizada e uma série de lentes de redução para projetar uma imagem miniaturizada na pastilha de silício. Os sistemas modernos de 193 nm até preenchem o espaço entre a lente e a pastilha com água ultrapura (litografia por imersão) para aumentar efetivamente a abertura numérica da lente e resolver características menores ^[13]. Usando esses métodos, a litografia por imersão de 193 nm tornou-se capaz de imprimir características muito abaixo de seu comprimento de onda nominal – mas apenas empregando técnicas de aumento de resolução e exposições repetidas. Por exemplo, antes da chegada do EUV, chips de ponta de 7 nm estavam sendo produzidos com DUV usando quatro etapas de mascaramento separadas para uma única camada (quádrupla padronização) – um exercício de alinhamento de precisão incrivelmente complexo.

A litografia DUV é altamente madura e confiável. As ferramentas DUV de empresas como ASML, Nikon e Canon ainda processam a maioria das camadas na fabricação de chips atualmente (mesmo em fábricas de ponta, apenas as camadas mais críticas usam EUV, enquanto as camadas menos críticas continuam a usar múltiplas exposições DUV). Essas máquinas também são significativamente mais baratas do que as mais recentes ferramentas EUV – um scanner DUV de imersão topo de linha pode custar na ordem de US$ 50–100 milhões, enquanto uma ferramenta EUV custa mais de US$ 150 milhões ^[14]. Como resultado, as ferramentas DUV permanecem indispensáveis não apenas para chips de gerações anteriores (onde os tamanhos de recurso são maiores e mais fáceis de imprimir), mas também como complemento ao EUV em processos avançados. Na verdade, as vendas de DUV ainda representam a maior parte das unidades de equipamentos de litografia enviadas a cada ano ^[15]. Os fabricantes de chips possuem uma enorme base instalada de scanners DUV e amplo know-how em seu uso.

No entanto, apesar dos aprimoramentos contínuos, o DUV de 193 nm atingiu um limite fundamental em relação ao quanto poderia ser reduzido sem esforço inviável. A resolução prática na litografia óptica segue aproximadamente o critério de Rayleigh: tamanho mínimo de recurso ≈ k₁ · (λ/NA), onde λ é o comprimento de onda e NA é a abertura da lente. Com λ fixado em 193 nm e NA no máximo em torno de 1,35 (imersão), os fabricantes de chips comprimiram k₁ até seus limites teóricos usando truques computacionais – mas para continuar reduzindo o tamanho do recurso, o próprio λ precisava diminuir. Por volta de 2019, fundições líderes como TSMC e Samsung introduziram comercialmente uma nova fonte de luz de litografia em 13,5 nm de comprimento de onda – quase 15× menor que os 193 nm do DUV ^[16]. Isso inaugurou a era da litografia ultravioleta extrema.

A Transição para a Litografia Ultravioleta Extrema (EUV)

A litografia ultravioleta extrema (EUV) usa luz de comprimento de onda dramaticamente mais curto – 13,5 nm, na fronteira entre UV e raios X – para expor chips. Ao passar para esse “pincel” muito mais fino, a EUV pode imprimir transistores e recursos muito menores com uma única exposição, evitando muitas das etapas complicadas de multipadronização necessárias pelo DUV em nós avançados ^[17]. Em termos práticos, a litografia EUV permitiu a fabricação em grande volume de chips nas gerações tecnológicas de 7 nm, 5 nm e 3 nm, com muito menos etapas de processo e melhores rendimentos do que uma abordagem totalmente DUV. Por exemplo, a TSMC de Taiwan usou EUV em algumas camadas críticas a partir de seu processo de 7 nm+ (N7+) em 2019 – o primeiro processo comercial a usar EUV ^[18] – e depois de forma extensiva em seus nós de 5 nm que alimentam processadores como os chips Apple A15 e A16 Bionic para smartphones ^[19]. A Samsung, de forma semelhante, começou a produção em massa com EUV no início de 2019 em seu processo 7LPP e desde então implantou EUV para 5 nm e até mesmo na fabricação de chips de memória^[20], ^[21]. Essas mudanças foram revolucionárias: ao usar luz de 13,5 nm, os fabricantes de chips puderam imprimir recursos com exposições de padrão único que antes exigiam múltiplas passagens DUV, simplificando a fabricação e permitindo um empacotamento de transistores mais denso do que nunca^[22].

No entanto, a litografia EUV não foi uma revolução fácil. Foram necessários mais de duas décadas de pesquisa e cerca de US$ 9–10 bilhões em gastos de P&D para tornar a EUV viável para produção em grande escala ^[23]^[24]. Os desafios foram imensos porque a luz de 13,5 nm se comporta de forma muito diferente da luz de 193 nm. Para começar, nenhum material é transparente a 13,5 nm – não é possível usar lentes refrativas ou máscaras de vidro convencionais. Em vez disso, os sistemas EUV utilizam um sistema óptico totalmente de espelhos: uma série de espelhos multicamadas finamente polidos com revestimentos especiais que refletem a luz de 13,5 nm (cada espelho reflete apenas uma parte da luz, então com vários espelhos a intensidade cai drasticamente) ^[25]. A fotomáscara também é um substrato espelhado reflexivo em vez de uma placa de vidro transparente. Tudo isso precisa operar em vácuo (o ar absorveria a EUV). Em resumo, os scanners EUV são uma reformulação completa do sistema óptico em comparação com as ferramentas DUV, envolvendo óptica exótica e precisão extrema.

Depois há a fonte de luz: como gerar luz ultravioleta de alta intensidade de 13,5 nm? A resposta parece ficção científica: as ferramentas EUV criam luz disparando um laser de alta potência em pulsos em minúsculas gotas de estanho fundido, 50.000 vezes por segundo ^[26], ^[27]. Cada pulso do laser vaporiza uma gota de estanho em um plasma extremamente quente que emite radiação EUV – essencialmente uma mini explosão semelhante a uma estrela acontecendo dentro da máquina. Esses flashes de plasma produzem a luz desejada de 13,5 nm junto com muita outra radiação e detritos indesejados, então o sistema precisa filtrar e coletar o comprimento de onda correto e proteger todo o resto. A luz EUV então é focalizada pelos espelhos ópticos e direcionada para a bolacha em padrões. É um processo extremamente ineficiente em termos de geração de luz (muita energia é perdida como calor), por isso o laser que alimenta a fonte precisa ser incrivelmente potente. A fonte de luz de um scanner EUV pode consumir algo em torno de >1 megawatt de potência para fornecer fluxo de fótons EUV suficiente para fabricação em grande escala ^[28]. Em contraste, um laser excimer de 193 nm usa uma fração mínima dessa potência. Isso explica por que as ferramentas EUV têm requisitos massivos de energia e refrigeração, e por que técnicas alternativas como litografia por nanoimpressão (que não usa lasers) prometem economia de energia de ~90% ^[29].

A complexidade não termina aí. Como os fótons EUV são tão energéticos, eles podem induzir efeitos estocásticos sutis no fotorresiste (variações aleatórias que podem causar defeitos se não forem mitigadas), e as máscaras EUV não podem ser facilmente protegidas pelas películas usuais (desenvolver películas especiais para EUV foi outro esforço de vários anos). Cada parte do sistema – dos estágios a vácuo, aos posicionadores de bolacha com 6 graus de liberdade se movendo a metros por segundo, à inspeção de defeitos desses espelhos multicamadas – levou a engenharia ao limite. “É uma tecnologia muito difícil – em termos de complexidade, provavelmente está na categoria do Projeto Manhattan,” comentou o diretor de litografia da Intel, ilustrando o quão desafiador foi desenvolver o EUV ^[30].

Por muitos anos, vários especialistas duvidaram que a EUV funcionaria a tempo. Grandes players Nikon e Canon desistiram da pesquisa em EUV após encontrarem muitos obstáculos, deixando ASML (Holanda) como a única empresa impulsionando a tecnologia adiante^[31]^[32]. A aposta da ASML acabou dando certo – mas não sem ajuda. Em 2012, reconhecendo a importância estratégica da EUV, grandes fabricantes de chips Intel, TSMC e Samsung investiram conjuntamente cerca de US$ 4 bilhões na ASML para acelerar o desenvolvimento da EUV ^[33]. Em 2017, a ASML finalmente revelou um scanner EUV pronto para produção (modelo NXE:3400B), e em 2019 os primeiros chips comerciais feitos com EUV começaram a ser lançados ^[34]^[35]. Observadores da indústria saudaram isso como um momento decisivo – a tão adiada revolução da EUV havia chegado a tempo de estender o roteiro dos semicondutores. Como observou a MIT Technology Review, a ferramenta EUV da ASML é “um dispositivo cobiçado… usado para fabricar recursos de microchips tão pequenos quanto 13 nanômetros… preenchido com 100.000 pequenos mecanismos… são necessários quatro 747 para enviar um para um cliente” ^[36]. Em resumo, os scanners EUV são maravilhas da engenharia moderna que aplicam luz ultravioleta em uma escala e complexidade nunca vistas antes.

Por que a litografia UV é importante para microprocessadores

O benefício de toda essa complexidade é direto: transistores menores e maior desempenho dos chips. Ao imprimir características mais finas, os fabricantes de chips podem encaixar mais transistores na mesma área (o que normalmente significa mais poder de computação ou menor custo por chip) e reduzir as capacitâncias elétricas e as distâncias que os sinais precisam percorrer (o que significa velocidades de comutação mais rápidas e menor consumo de energia). Essa é a essência da Lei de Moore – encolher as dimensões dos transistores para colocar mais em cada geração de chip – e a litografia é o habilitador fundamental desse progresso ^[37], ^[38]. Quando você ouve falar de um novo chip de smartphone feito em um “processo de 3 nm” ou de uma CPU de servidor em “tecnologia EUV de 5 nm”, esses números refletem em grande parte as capacidades da litografia avançada para definir características extremamente pequenas (embora os nomes dos nós sejam um pouco marketing, eles se correlacionam com os avanços de densidade que o EUV tornou possível).

A importância da litografia ultravioleta talvez seja melhor ilustrada ao considerar o que aconteceria sem esses avanços. Se a indústria tivesse permanecido apenas com o DUV de 193 nm, os fabricantes de chips talvez ainda encontrassem maneiras de fazer chips muito poderosos – mas precisariam de tantos passos repetitivos de processamento (e complexidade que prejudica o rendimento) que os custos disparariam e o progresso desaceleraria drasticamente. De fato, por volta de meados da década de 2010, alguns previam o fim iminente da Lei de Moore porque a litografia óptica estava chegando ao seu limite. O EUV chegou na hora certa para fornecer uma nova tábua de salvação. Ao restaurar um padrão de exposição única mais simples na vanguarda, o EUV estendeu o roteiro de miniaturização por pelo menos mais algumas gerações. Uma série dos chips mais avançados de hoje devem sua existência ao EUV. Por exemplo, os mais recentes processadores de smartphone da série A da Apple e os chips Mac da série M são fabricados pela TSMC usando processos EUV de 5 nm, permitindo contagens de transistores de dezenas de bilhões e grandes saltos em velocidade e eficiência em relação às gerações anteriores ^[39]. As CPUs e GPUs Ryzen da AMD, muitas das quais são feitas nos nós EUV de 7 nm ou 5 nm da TSMC, também se beneficiam do aumento de densidade e da economia de energia. Até mesmo os aceleradores de IA e processadores de data center de ponta – do tipo que alimenta modelos de IA em larga escala – dependem de processos EUV de 5 nm/4 nm para empacotar motores de matemática matricial de forma densa e gerenciar a dissipação térmica.

Não são apenas os chips lógicos. Os chips de memória também estão colhendo benefícios dos avanços na litografia UV. Fabricantes de DRAM de alto desempenho começaram a usar EUV em certas camadas críticas em suas gerações mais recentes (por exemplo, a DRAM de classe 14 nm da Samsung usa EUV em várias camadas) para aumentar a densidade de bits e melhorar os rendimentos ^[40]. A Micron também está introduzindo EUV em seu próximo nó de DRAM. Mais camadas de EUV na memória se traduzem em mais gigabits de armazenamento por chip e menor custo por bit, o que, em última análise, significa mais memória em seus dispositivos pelo mesmo preço. Na verdade, o CEO da ASML, Peter Wennink, destacou que a crescente demanda por IA e dados está levando os fabricantes de memória a adotar rapidamente o EUV – “Os fabricantes de DRAM estão usando mais camadas de EUV nos nós atuais e futuros”, ele observou, o que está impulsionando a demanda por essas ferramentas em toda a indústria ^[41].

Em resumo, a litografia UV afeta diretamente a capacidade dos microprocessadores. A capacidade de fabricar transistores menores não só permite colocar mais núcleos ou mais cache em um chip, mas também pode reduzir a energia necessária para cada chaveamento de transistor. É por isso que cada nova geração de processo geralmente traz um ganho de desempenho de 15–30% e redução de 20–50% no consumo de energia no mesmo design, ou alternativamente permite dobrar ou mais a densidade de transistores. Por exemplo, a transição da TSMC de um processo de 7 nm (principalmente DUV) para 5 nm (EUV) ofereceu cerca de 1,8× de aumento na densidade lógica e ~15% de ganho de velocidade em iso-power ^[42]. Essas melhorias se traduzem em smartphones mais rápidos, data centers mais eficientes e avanços em tarefas de computação de alto desempenho. A litografia ultravioleta é a mão invisível que esculpe essas melhorias no silício. Como resumiu um diretor de pesquisa da indústria: “Sem EUV, você realmente não consegue fabricar nenhum processador de ponta”^[43] – é tão crítico para se manter na curva do progresso.

Estado da Arte Atual e Principais Atores

Em 2025, a litografia ultravioleta está no centro de todas as fábricas de chips avançados, e é dominada por alguns poucos atores e tecnologias-chave. Veja um panorama do cenário atual e das principais forças que o impulsionam:

ASML (Holanda) – O Pivô da Litografia. A ASML é a única fornecedora de sistemas de litografia EUV globalmente ^[44]. No final da década de 2010, tornou-se a primeira (e única) empresa a comercializar scanners EUV, após os concorrentes desistirem ^[45]. Suas ferramentas EUV (cada uma custando cerca de US$ 150–180 milhões ^[46], ^[47]) são usadas por todos os fabricantes de chips de ponta. A ASML também produz scanners DUV (onde compete com Nikon/Canon por participação de mercado). Graças ao EUV, a ASML tornou-se uma das empresas de equipamentos semicondutores mais valiosas do mundo – detendo essencialmente um monopólio sobre a tecnologia de litografia mais avançada. Uma única fábrica de ponta pode precisar de uma frota de 10–20 máquinas EUV da ASML, representando um investimento de vários bilhões de dólares. Em 2021, mais de 100 ferramentas EUV já estavam em operação ^[48], e esse número continua crescendo à medida que TSMC, Samsung e Intel expandem o uso do EUV. (Notavelmente, controles de exportação atualmente impedem a ASML de vender máquinas EUV para a China, devido à sua importância estratégica ^[49].)
TSMC (Taiwan) – Pioneira em Foundry com EUV. A TSMC é a maior fabricante de chips por contrato do mundo e foi a primeira a implantar EUV em produção em volume (seu nó de 7nm+ “N7+” em 2019 foi o primeiro processo EUV da indústria) ^[50]. Desde então, a TSMC utilizou extensivamente o EUV para sua geração de 5 nm (2019–2020) e nós de 4 nm/3 nm, produzindo chips para Apple, AMD, Nvidia e muitos outros com rendimentos de classe mundial. Ao usar EUV em várias camadas críticas, a TSMC alcançou os aumentos de densidade que definem esses nós. A liderança da TSMC em dominar o EUV cedo é uma das grandes razões pelas quais ela ultrapassou a Intel em tecnologia de processo nos últimos anos. Olhando para o futuro, a TSMC planeja continuar usando o EUV atual (0,33 NA) em seus nós de 3 nm e até mesmo 2 nm, e está avaliando o EUV de próxima geração para além disso ^[51]. (Curiosamente, a TSMC indicou que pode não se apressar para adotar as primeiras ferramentas de High-NA EUV para seus processos da era de 2 nm por volta de 2027–2028, preferindo esperar até que a economia faça sentido ^[52].)
Samsung (Coreia do Sul) – Adotante de Memória e Lógica. A Samsung foi rápida em adotar o EUV para lógica, anunciando produção de 7 nm EUV já em 2019 (seus processadores móveis Exynos e alguns chips Qualcomm Snapdragon usaram esses processos). A Samsung também liderou o uso de EUV em memória, tornando-se a primeira a usar EUV na fabricação de DRAM (para seu nó de DRAM de 1z-nm) e em camadas de V-NAND ^[53]. A linha de fabricação compatível com EUV da Samsung em Hwaseong tem sido uma vitrine, e a empresa continua investindo em EUV tanto para seu negócio de foundry quanto de memória. Assim como a TSMC, a Samsung é cliente do próximo High-NA EUV da ASML, embora relatos sugiram que a Samsung ainda não definiu quando introduzirá essas ferramentas na produção ^[54]. Enquanto isso, os processos atuais de ponta da Samsung (5 nm, 4 nm, transistores Gate-All-Around de 3 nm) utilizam todos o EUV para reduzir etapas de mascaramento. A Samsung também ainda produz muitos chips usando DUV e ferramentas mais antigas, mas para a vanguarda tecnológica está totalmente comprometida com o EUV.
Intel (EUA) – Correndo para Retomar a Liderança. A Intel, por muito tempo líder em litografia, enfrentou atrasos em seu nó de 10 nm (que usava multi-padrão DUV avançado) e, assim, ficou para trás na adoção do EUV. Mas desde então investiu pesado para recuperar o tempo perdido. As gerações de processos mais recentes da Intel (chamadas de “Intel 4”, “Intel 3”, aproximadamente equivalentes às classes de ~7 nm e ~5 nm) usam litografia EUV em múltiplas camadas – o Intel 4, por exemplo, emprega EUV na fabricação dos próximos CPUs Meteor Lake da empresa ^[55]. A Intel também foi uma das primeiras investidoras na ASML e garantiu acesso prioritário às máquinas EUV High-NA da ASML: recebeu a primeira ferramenta EUV High-NA do mundo (série EXE:5000) em 2023 para P&D e está programada para receber a primeira ferramenta High-NA em nível de produção (EXE:5200) entre 2024–2025 ^[56], ^[57]. A Intel planeja usar esses scanners EUV High-NA para seus nós de 1,8 nm e geração 14Å (~2027) como parte de seu ambicioso roteiro para retomar a liderança em processos ^[58], ^[59]. Com nova liderança de CEO, a Intel está promovendo abertamente sua adoção do EUV e até mesmo serviços como fundição usando EUV para fabricar chips para outras empresas em um futuro próximo.
Nikon e Canon (Japão) – Veteranas do DUV, Explorando Alternativas. Nikon e Canon já foram fornecedoras dominantes de equipamentos de litografia (nos anos 1990, a Nikon em particular liderava em steppers de ponta). Elas continuam a fabricar ferramentas de litografia DUV – na verdade, por muitos anos a Nikon forneceu máquinas para a Intel e fabricantes de memória. Mas nenhuma das empresas entregou uma solução EUV: ambas abandonaram o desenvolvimento de EUV após pesquisas no início dos anos 2000, cedendo esse mercado para a ASML ^[60]. Hoje, a Nikon ainda vende scanners de imersão de 193 nm para fabricação em grande volume (especialmente usados em fábricas que não são de ponta ou como ferramentas complementares), enquanto a Canon tem se concentrado em nichos especializados como litografia por nanoimpressão (NIL). As novas máquinas NIL da Canon tentam “carimbar” padrões de chips mecanicamente e alegam um custo uma ordem de magnitude menor e 90% menos consumo de energia do que as ferramentas EUV^[61]^[62]. A Canon começou a enviar suas primeiras ferramentas NIL para testes em 2024 ^[63]. Alguns veem a NIL como uma potencial tecnologia disruptiva para certas aplicações (ela poderia ser usada junto com a litografia convencional para camadas mais simples ou dispositivos de memória), mas ainda não está comprovada para produção de lógica de mais alta densidade e grande volume ^[64]. Por enquanto, Nikon e Canon permanecem significativas no espaço DUV (e para nós antigos), mas a ASML tem um monopólio efetivo sobre a litografia avançada necessária para microprocessadores de ponta.
Aspirações da China – Reduzindo a Diferença sob Restrições. A China, que abriga grandes fábricas de chips como a SMIC, atualmente não tem acesso à tecnologia EUV – a ASML nunca teve permissão para vender scanners EUV para a China devido a restrições de exportação lideradas pelos EUA cnfocus.com. Até mesmo as vendas das mais recentes ferramentas de imersão DUV da ASML para a China agora estão sujeitas à licença do governo holandês desde 2023 ^[65]. Isso estimulou esforços chineses para desenvolver litografia indígena. A principal empresa chinesa de equipamentos de litografia, a SMEE (Shanghai Micro Electronics Equipment), supostamente construiu máquinas capazes de litografia DUV de 90 nm e 28 nm, mas ainda nada próximo do EUV (EUV envolve um vasto ecossistema de patentes e problemas físicos complexos). Como resultado, fábricas chinesas como a SMIC conseguiram produzir um chip semelhante ao de 7 nm usando múltiplos padrões DUV mais antigos, mas ainda permanecem algumas gerações atrás da vanguarda que exige EUV. As tendências do mercado global estão, portanto, profundamente entrelaçadas com a geopolítica: ferramentas de litografia tornaram-se um ativo estratégico. Em 2024, as vendas da ASML para a China (principalmente ferramentas DUV) foram de cerca de US$ 7 bilhões ^[66], mas o crescimento futuro é incerto devido ao endurecimento dos controles de exportação. Enquanto isso, a demanda está crescendo em outros lugares, então a ASML projeta que seu negócio de EUV aumente cerca de 30% em 2025, apesar dos possíveis ventos contrários vindos da China ^[67], ^[68].

Desafios e Avanços Recentes

Embora a litografia ultravioleta tenha possibilitado avanços notáveis, ela também enfrenta desafios significativos que impulsionam a inovação contínua. Aqui estão alguns pontos críticos e os avanços recentes que os abordam:

Custo e Complexidade das Ferramentas: O preço dos scanners EUV (~US$150 milhões ou mais cada) e sua enorme complexidade elevam a barreira de entrada para os fabricantes de chips ^[69]. Apenas algumas empresas podem bancar grandes frotas dessas ferramentas. Para justificar o custo, as fábricas precisam de alta utilização e alto rendimento. Avanço: As ferramentas de próxima geração High-NA EUV são ainda mais caras (>US$300 milhões cada) ^[70], mas prometem maior produtividade e resolução, potencialmente reduzindo o custo por transistor. Além disso, esforços em aprendizado de máquina e litografia computacional ajudam a maximizar o desempenho de cada ferramenta (melhorando a fidelidade do padrão e as janelas de processo).
Produtividade (Velocidade do Scanner): As primeiras ferramentas EUV processavam menos wafers por hora do que suas equivalentes DUV, em parte devido à potência limitada da fonte e óptica mais delicada. Baixa produtividade significa menor produtividade da fábrica. Avanço: A potência das fontes EUV tem melhorado constantemente (as fontes atuais superam 250 W, contra ~125 W nas ferramentas de produção iniciais), e os mais recentes scanners EUV da ASML podem expor ~160 wafers/hora em condições ideais. Os futuros sistemas High-NA EUV terão óptica redesenhada com maior abertura numérica 0,55 vs 0,33, o que melhora a resolução, mas inicialmente reduz o tamanho do campo. Para compensar, a ASML está projetando essas ferramentas para eventualmente atingir ~185 wafers/hora de produtividade. Na verdade, a ASML acabou de enviar seu primeiro modelo High-NA EUV (EXE:5200) em 2025 e afirma que entregará um aumento de produtividade de 60% em relação às ferramentas EUV atuais – cerca de 175 wafers/hora, o que está no mesmo nível dos scanners DUV ^[71].
Defeitos e Rendimento: Como o EUV usa máscaras refletivas e opera em dimensões nanométricas, o controle de defeitos é uma grande preocupação. Pequenos defeitos ou partículas na máscara podem ser impressos no wafer, e os fotorresistes e processos EUV podem apresentar defeitos aleatórios (questões estocásticas) se não forem otimizados. Avanço: A indústria desenvolveu películas protetoras para máscaras para EUV (para manter partículas fora da máscara) após muitas iterações. A química dos fotorresistes também está evoluindo – novos materiais de resiste e técnicas de subcamada melhoraram a sensibilidade e a rugosidade da borda da linha. Os fabricantes de chips relatam que os problemas iniciais de rendimento com EUV foram em grande parte superados, e as taxas de defeitos são comparáveis aos nós anteriores ^[72]. Ainda assim, pesquisadores continuam aprimorando as tecnologias de resiste e máscara (incluindo a exploração de resistes de óxido metálico e outras abordagens inovadoras para EUV).
Consumo de energia: Como mencionado, os scanners EUV consomem muita energia – cada um pode consumir cerca de um megawatt de eletricidade entre a fonte de laser, bombas de vácuo e sistemas de refrigeração ^[73]. Isso contribui para o considerável custo operacional e aumenta a pegada ambiental das fábricas. Avanço: Métodos alternativos de litografia como Nanoimprint visam reduzir drasticamente o consumo de energia (a Canon afirma 90% menos uso de energia) ^[74]. Dentro do próprio EUV, engenheiros estão buscando fontes mais eficientes (por exemplo, maior eficiência de conversão da energia do laser em luz EUV) para que ferramentas futuras produzam mais luz com menos energia de entrada. Mesmo pequenos ganhos na eficiência da fonte ou na refletividade dos espelhos podem gerar economias significativas de energia ao longo de milhares de wafers.
Limites da resolução óptica: Mesmo o EUV a 13,5 nm eventualmente atingirá limites de escala. As ferramentas EUV atuais (0,33 NA) conseguem fazer padrões de passo de ~30 nm; além disso, será necessário múltiplo patterning ou High-NA EUV para o nó de ~2 nm e abaixo. Avanço: High-NA EUV é essencialmente o próximo grande passo – ao aumentar a NA da lente para 0,55 com um novo design óptico (que, notavelmente, exige um novo tamanho de máscara de 6 polegadas e toda uma nova plataforma de ferramentas), esses sistemas poderão resolver recursos ~30–40% menores ^[75]. A ASML diz que o High-NA EUV pode quase triplicar a densidade de transistores nos chips ao possibilitar recursos mais finos e passos mais apertados ^[76]. As primeiras ferramentas High-NA EUV estão previstas para uso piloto pela Intel por volta de 2025–2026, visando uso em alto volume por volta de 2028 ^[77]. Essa extensão deve levar a indústria pelos nós de 2 nm, 1,5 nm e 1 nm (apesar da nomenclatura, esses envolverão passos de recursos na casa das dezenas de nanômetros). Além disso, outras abordagens podem ser necessárias (como conceitos “Beyond EUV” em comprimentos de onda ainda mais curtos, ou métodos de patterning revolucionários).
Técnicas Alternativas de Litografia: A concentração da capacidade crítica de litografia em uma empresa (ASML) e em uma tecnologia (EUV) despertou interesse em técnicas alternativas ou auxiliares. Avanço: Além do NIL da Canon, há trabalhos em Directed Self-Assembly (DSA) – uso de materiais especiais que espontaneamente formam padrões muito finos, podendo complementar a litografia para certas estruturas. Outra abordagem é a litografia multiphoton ou quântica, ainda em grande parte acadêmica. Litografia por feixe de elétrons (e-beam) (escrita direta com feixes de elétrons) é usada para fabricação de máscaras e prototipagem, mas é lenta demais para produção em massa. Ainda assim, empresas estão explorando ferramentas e-beam multifeixe para padrões de nicho. Se amadurecidas, essas alternativas podem um dia reduzir a carga sobre a litografia óptica ou cortar custos em algumas camadas. Por enquanto, são pesquisas “boas de ter”, enquanto a litografia óptica UV segue como base indispensável.

Visão de Especialistas e Perspectivas Futuras

O consenso entre especialistas do setor é que a litografia ultravioleta continuará sendo o pilar da fabricação de chips no futuro próximo, embora com evolução contínua. “Continuamos projetando e desenvolvendo… há uma curva de aprendizado acentuada para nós e nossos clientes,” disse um porta-voz da ASML sobre o lançamento do High-NA EUV, ressaltando que cada novo salto (como o High-NA) exige ajustes extensivos ^[78]. Analistas também alertam que a relação custo-benefício guiará a adoção: “Enquanto alguns fabricantes de chips podem introduzir [High-NA EUV] antes para obter liderança tecnológica, a maioria só adotará quando fizer sentido economicamente,” observou Jeff Koch da SemiAnalysis, prevendo que a maioria vai esperar até cerca de 2030, quando a vantagem justificar o gasto^[79]. Em resposta, o CEO da ASML, Peter Wennink, insiste que o High-NA provará seu valor mais cedo: “Tudo o que estamos vendo com os clientes é que o High-NA é mais barato [para eles]” para alcançar o próximo nível de miniaturização ^[80]. Essa visão otimista sugere que, à medida que a complexidade aumenta, a litografia mais avançada pode realmente reduzir os custos totais ao eliminar etapas extras do processo.

Não se pode exagerar o papel central da ASML – um fato que não passou despercebido pelos governos. Em um mundo onde chips de ponta conferem vantagens econômicas e militares, os equipamentos de litografia tornaram-se um ativo estratégico. O governo holandês (com apoio dos EUA) limitou estritamente as exportações da ASML de ferramentas avançadas para a China ^[81], uma medida destinada a “frustrar as ambições de semicondutores de Pequim”^[82]. Isso levou a uma bifurcação na cadeia global de suprimentos de chips: os chips lógicos mais avançados atualmente só são produzidos em alguns poucos lugares (Taiwan, Coreia do Sul e, em breve, nos EUA via fábricas da TSMC/Intel), todos usando as máquinas EUV da ASML. A China está investindo pesado para alcançar os nós mais antigos e desenvolver litografia nacional, mas especialistas estimam que pode levar muitos anos para se aproximar da paridade, se é que isso acontecerá, dadas as grandes barreiras de conhecimento e propriedade intelectual.

Enquanto isso, a demanda por ferramentas de litografia UV está disparando junto com o boom dos semicondutores. O crescimento da IA e da computação de alto desempenho está levando as principais fábricas a expandirem sua capacidade. Os pedidos da ASML por ferramentas EUV atingiram recordes históricos – em um trimestre recente, os pedidos saltaram para US$ 10 bilhões, em grande parte para sistemas futuros de EUV e High-NA ^[83]. A empresa prevê que as receitas relacionadas a EUV saltarão cerca de 40–50% em 2025 ^[84], ajudando a impulsionar suas vendas totais apesar da demanda mais lenta por parte da memória ou da China ^[85]. Em outras palavras, o mercado de litografia de última geração é robusto e está crescendo, com a ASML esperando entregar dezenas de unidades EUV a mais a cada ano. Até 2030, o High-NA EUV provavelmente estará se proliferando, e as discussões se voltarão para o que virá após a era do EUV.

O que pode vir a seguir? Alguns pesquisadores falam sobre “Além do EUV” – talvez usando comprimentos de onda ainda mais curtos na faixa de raios X moles (~6–8 nm) ou litografia por projeção de elétrons/íons – mas cada um desses caminhos enfrenta desafios físicos assustadores. Por enquanto, a estratégia da indústria é tirar o máximo proveito do EUV: primeiro, implementando o EUV de alta abertura numérica (High-NA EUV) para mais 1–2 gerações de miniaturização, e combinando o EUV com integração de processos inteligentes (como arquiteturas chiplet e empilhamento 3D, que aliviam a necessidade de miniaturização monolítica 2D). A litografia continuará sendo uma mistura de técnicas: o DUV não vai desaparecer (será usado em conjunto com o EUV), e métodos inovadores como nanoimprint podem encontrar um nicho para complementar os processos convencionais, se provarem seu valor. Mas qualquer mudança radical em relação à litografia óptica provavelmente exigiria uma mudança de paradigma também no design dos chips – algo que ainda não está no horizonte para a fabricação em grande escala.

Nas palavras do presidente da TSMC, Mark Liu, a indústria de semicondutores tem “trabalhado em um túnel” com um objetivo claro há décadas: miniaturizar, miniaturizar, miniaturizar ^[86]. A litografia ultravioleta tem sido a luz que guia esse túnel. Começou com lâmpadas de mercúrio e UV primitivo, progrediu para lasers excimer de UV profundo que nos serviram por mais de 20 anos ^[87], e agora chegou à era do EUV extremo, estendendo ainda mais o túnel. A jornada esteve longe de ser fácil – marcada por momentos de triunfo e dúvidas frequentes – mas o resultado é simplesmente impressionante: bilhões de estruturas com apenas dezenas de átomos de largura, padronizadas perfeitamente em grandes lâminas, possibilitando feitos computacionais que pareciam impossíveis há uma geração.

Ao olharmos para o futuro, o desenvolvimento de microprocessadores está mais entrelaçado com a litografia do que nunca. O desempenho e as capacidades das próximas CPUs, GPUs e aceleradores de IA serão determinados em grande parte por quão finamente e de forma confiável podemos imprimir seus recursos. A litografia ultravioleta é a ferramenta mestra que torna isso possível. Especialistas do setor estão otimistas de que, com inovações contínuas – desde ópticas High-NA até softwares mais inteligentes e talvez algumas ideias fora da caixa como NIL ou DSA – a litografia continuará avançando. O CEO da ASML até sugere que o roteiro para o EUV e suas extensões está sólido para a próxima década, dando aos fabricantes de chips uma pista clara para continuar os avanços. As tendências do mercado global indicam crescimento saudável e competição intensa, mas também uma convergência em torno de algumas tecnologias e fornecedores centrais.

Em resumo, o mundo da litografia ultravioleta é uma fusão de física e engenharia de ponta com economia e estratégia de alto risco. Pode operar no reino invisível da luz UV, mas seu impacto é claramente visível na forma de microprocessadores cada vez mais potentes, ano após ano. Da próxima vez que ouvir sobre um novo avanço em chips “nanométricos”, lembre-se da revolução ultravioleta trabalhando nos bastidores. Do UV profundo ao EUV extremo e além, essas tecnologias estão realmente moldando o futuro dos microchips – gravando as próximas linhas da história do progresso tecnológico humano, um flash de fóton por vez.

Fontes

C. Thompson, “Inside the machine that saved Moore’s Law,” MIT Technology Review, 27 de outubro de 2021 ^[88]^[89]
Wikipedia, “Photolithography – Current state-of-the-art tools use 193 nm deep UV excimer lasers” ^[90]
M. Chaban, “Lighting the way: How ASML revived Moore’s Law,” Google Cloud Blog, 28 de março de 2023 ^[91]^[92]
Orbit Skyline (Semiconductor FAB Solutions Blog), “Exploring the Future of EUV Lithography and Beyond,” 4 de novembro de 2024 ^[93]
T. Sterling, “Intel orders ASML system for well over $340 mln in quest for chipmaking edge,” Reuters, 19 de janeiro de 2022 ^[94]
T. Sterling, “ASML’s next chip challenge: rollout of its new $350 mln ‘High NA EUV’ machine,” Reuters, 9 de fevereiro de 2024 ^[95]
TrendForce News, “ASML Confirms First High-NA EUV EXE:5200 Shipment…,” 17 de julho de 2025 ^[96]
T. Sterling, “Dutch government excludes most ASML sales to China from export data,” Reuters, 17 de janeiro de 2025 ^[97]
A. Shilov, “Nova técnica de fabricação de chips por ‘carimbo’ usa 90% menos energia do que EUV,” Tom’s Hardware, 31 de jan. de 2024 ^[98]
Samsung Newsroom, “Samsung Electronics inicia produção em massa na nova linha EUV,” fev. 2020 ^[99]
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC), “Tecnologia 7nm FinFET Plus (N7+) – Primeira a usar EUV (2019)” ^[100]
S&P Global Market Intelligence, “ASML pronta para recuperação impulsionada por IA à medida que a demanda por EUV e High-NA dispara,” set. 2023 ^[101]

How Samsung’s Extreme Ultraviolet unlocks the next generation of chips | Engadget Today

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References