Planarização de wafers por jato de tinta: a solução microscópica para um grande problema dos chips

De um modo geral, todos temos tendência a nos concentrar na perspetiva global. Cada avanço tecnológico (e têm sido muitos recentemente) encontra o seu caminho para os nossos feeds e conversas de café. No entanto, estes avanços não surgem do nada e nós sabemos bem disso. Isto porque o nosso grupo discreto de cientistas pioneiros está empenhado em resolver problemas que a maioria das pessoas nem imagina que existem, mas que poderão mudar radicalmente o rumo da tecnologia.

Quem diria que estamos no ramo do desenvolvimento e venda das máquinas que fabricam os "cérebros" dos nossos aparelhos eletrónicos há mais de meio século? Por isso, entendemos bastante de chips semicondutores. Recentemente, contribuímos para que o mundo estivesse mais perto de resolver um problema enorme, mas à escala nanométrica: como simplificar a produção dos potentes chips de computador de que necessitamos para a era da Inteligência Artificial?

E estes têm de se tornar mais potentes para acompanhar o nível de processamento de que o nosso mundo precisa cada vez mais. Se tem conhecimentos básicos sobre chips de computador, saberá que isto é uma alusão à célebre "Lei de Moore", que dita que "o número de transístores num microchip duplica aproximadamente a cada dois anos, enquanto os custos de computação diminuem". E embora seja discutível se esta lei ainda se aplica, a verdade é que algo tinha de mudar para aumentar a potência de um chip sem afetar o tamanho, o custo ou a velocidade de fabrico. Para resolver este problema, os nossos cientistas conceberam uma inovação inédita a nível mundial. Uma tecnologia que é, francamente, de tal forma revolucionária e complexa que requer alguma explicação.

Uma cidade minúscula e acidentada

Hoje em dia, o fabrico de chips semicondutores é feito através de um de dois processos distintos: ou por fotolitografia, que é o método tradicional e utiliza a luz para esculpir circuitos elétricos incrivelmente complexos num wafer de silício; ou por litografia por nanoimpressão, uma tecnologia emergente da Canon que "carimba" com precisão o padrão do circuito (pense nisto um pouco como uma máquina de waffles minúscula!). E é aqui que surgem os problemas.

Os chips tornaram-se mais potentes ao condensar, literalmente, milhares de milhões de transístores minúsculos. Como deve imaginar, isto provoca uma enorme sobrecarga de componentes, tornando a sua superfície irregular. Este é um grande problema porque, num chip extraordinariamente pequeno, até a saliência mais microscópica pode ter o mesmo efeito que um enorme buraco numa estrada. Por isso, quando a camada seguinte de circuitos precisa de ser impressa por cima, tudo pode tornar-se frustrantemente instável.

Como os chips modernos podem ter dezenas destas camadas empilhadas umas sobre as outras, este problema tem sido resolvido, até agora, recorrendo a técnicas como o "spin coating" (aplicação de um líquido que forma uma película sobre a superfície, o qual é depois centrifugado para se espalhar de forma fina e uniforme) e o polimento químico-mecânico (que alisa repetidamente o wafer antes da aplicação da camada seguinte). No entanto, à medida que todos os elementos que compõem um chip – transístores, comutadores e pistas de fios de cobre – se tornam mais pequenos, estas técnicas deixam de ser suficientemente precisas.

Resolver o problema através da especialização em jato de tinta

Sim, leu bem – jato de tinta. Como seria de esperar, dispomos de um nível de conhecimento extraordinário nesta área e, na sua forma mais simples, adaptámos com mestria o mesmo tipo de tecnologia que projeta tinta no papel para preencher na perfeição a superfície de um chip. Eis como funciona:

Scan: Primeiro, é criado uma espécie de mapa da superfície do wafer de silício, delimitando as suas irregularidades com precisão absoluta.

Injeção e preenchimento: Depois, utilizando os injetores de jato de tinta proprietários da Canon, a máquina calcula exatamente a quantidade necessária de um líquido especial para preencher as zonas baixas – os "buracos" microscópicos, por assim dizer.

Prensagem: Por último, uma placa plana é prensada sobre o líquido, para que os espaços vazios fiquem completamente preenchidos. Em seguida, é transformado numa resina sólida através de luz UV.

Quando a placa é levantada, a superfície está perfeitamente plana. Na verdade, esta descrição simplesmente não faz justiça ao nível de planeza que esta tecnologia – planarização adaptativa por jato de tinta – alcança. A variação máxima de altura da superfície é inferior a 5 nanómetros. Se pensarmos que um fio de cabelo humano tem cerca de 80.000 a 100.000 nanómetros de espessura, trata-se de algo extraordinariamente liso.

Mas, de facto, os nanómetros não são propriamente a unidade mais fácil de visualizar, por isso vamos explicar isto de outra forma. Pense na superfície mais lisa de que se lembrar, talvez o ecrã do seu telemóvel, e imagine que este tem dezasseis quilómetros de largura, de modo a poder caminhar sobre ele. O que iria descobrir é que, na verdade, está cheio de colinas e vales tão altos como casas e tão profundos como rios (para termos uma perceção disto em termos reais, seria necessário um microscópio extremamente potente). Ora, se utilizássemos esta nova tecnologia, preenchendo os vales e depois alisando tudo com uma placa gigante, a maior saliência que iria encontrar seria tão fina como um cartão de crédito.

Tecnologia plana, empilhada e na vanguarda do futuro

Ao remover as saliências a este nível extraordinário, os nossos cientistas alcançaram um avanço que permite aos fabricantes de chips empilhar camadas de circuitos umas sobre as outras, cada vez mais alto, criando arquiteturas que são mais tridimensionais do que nunca, sem aumentar a sua largura, de modo a que continuem a caber na tecnologia que conhecemos e adoramos. E isto também abre caminho para que o façam de forma mais rápida e económica.

Por isso, embora a perspetiva global que faz as manchetes seja: processadores ultrapotentes para a IA, telemóveis e supercomputadores de amanhã, nada disto poderia existir sem um mundo onde prestamos uma atenção microscópica aos detalhes. Acreditamos na análise contínua da nossa especialização e em encontrar formas de a utilizar na resolução dos problemas ocultos por trás das infraestruturas mais complexas do mundo. Como resultado disso, somos frequentemente a força silenciosa por trás de algumas das tecnologias mais avançadas que utiliza todos os dias.

Na verdade, até se poderia dizer que estamos a facilitar o caminho para o futuro.