Los avances en litografía revolucionan la fabricación de chips para sostener nuevas tecnologías

La compañía neerlandesa ASML logró consolidarse como un pilar fundamental para la industria de los semiconductores gracias a su dominio sobre la litografía ultravioleta extrema (EUV). Este método es esencial para la fabricación de chips utilizados en dispositivos de alto rendimiento como procesadores para IA, smartphones y supercomputadoras. El portal The Economist informó sobre las actuales tendencias de este campo.

El impacto de la empresa europea es tan amplio que otras firmas como TSMC, Samsung e Intel dependen de su tecnología para fabricar los componentes más avanzados del mercado. Incluso para procesadores más antiguos, las máquinas de ASML representan más del 90% del mercado, lo que la convierte en una pieza clave en la producción mundial de semiconductores.

El principio detrás de la tecnología de ASML se basa en la impresión de circuitos en obleas de silicio con una precisión extrema. Su sistema más avanzado, basado en luz ultravioleta extrema (EUV), emplea un proceso altamente sofisticado para lograrlo.

La generación de luz EUV comienza con la vaporización de estaño fundido dentro de una cámara de vacío, donde 50.000 gotas de estaño por segundo son impactadas por dos pulsos de láser: el primero las aplana y el segundo las vaporiza, creando plasma a 220.000°C, una temperatura casi 40 veces superior a la de la superficie del Sol.

Asimismo, el plasma generado emite luz con una longitud de onda de 13.5 nanómetros, lo que permite la impresión de circuitos extremadamente pequeños.

Aunque, esta luz no puede atravesar el aire ni los lentes convencionales, por lo que ASML emplea un sistema de espejos ultralisos para reflejar y dirigir el haz de luz hacia una plantilla con el diseño del chip.

La precisión de este sistema es tal que las imperfecciones en los espejos de ASML se miden en trillonésimas de metro, una escala de exactitud sin precedentes para la industria tecnológica.

Los chips modernos son estructuras extremadamente complejas, formadas por miles de millones de transistores interconectados en capas microscópicas. La litografía de ASML permite imprimir estas estructuras capa por capa, asegurando un nivel de detalle que ninguna otra tecnología logró igualar.

La miniaturización de los transistores permitió avances significativos en la industria, entre ellos una mayor eficiencia energética en los dispositivos, un aumento en la capacidad de procesamiento y una reducción en la generación de calor dentro de los chips.

Sin esta tecnología, el desarrollo de áreas como la inteligencia artificial y la computación cuántica se vería seriamente limitado. Modelos de IA más potentes requieren procesadores con una densidad cada vez mayor de transistores, y ASML es el único actor en el mercado capaz de proporcionar la tecnología necesaria.

La evolución de la fabricación de chips estuvo determinada principalmente por dos factores: la longitud de onda de la luz utilizada y la apertura numérica (NA) de los espejos. Inicialmente, la litografía utilizaba luz ultravioleta profunda (DUV) con longitudes de onda de 248 nm y 193 nm, lo que permitía la producción de circuitos de hasta 38 nanómetros.

Sin embargo, con la llegada de la luz EUV (13.5 nm), fue posible reducir aún más el tamaño de los transistores y aumentar la densidad en los chips; sumado a que la apertura numérica de los espejos determina la capacidad de enfoque de la luz.

ASML desarrolló sistemas de alta apertura numérica (0.55), capaces de imprimir detalles de hasta 8 nanómetros. Ahora, la compañía estudia la posibilidad de una hiper apertura numérica, aunque enfrenta desafíos técnicos significativos debido al tamaño y peso de los espejos necesarios.

Uno de los principales obstáculos de la litografía óptica es su límite físico. Cuanto más se reduce la longitud de onda de la luz, más difícil se vuelve manipularla sin que se absorba en los materiales del sistema.

En tanto, alcanzar un sistema de hiper apertura numérica, tendría un costo aún mayor que los actuales, lo que obliga a los fabricantes de chips a evaluar con cuidado la inversión. Ante estas dificultades, surgieron alternativas como la nanoimpresión (NIL), que aún no alcanzan la precisión de la litografía.

El avance de la litografía definirá el desarrollo de la próxima generación de chips, lo que tendrá un impacto directo en modelos de inteligencia artificial más potentes y eficientes, dispositivos electrónicos más rápidos y con menor consumo energético. Además puede influir en una mayor miniaturización para la computación cuántica.

Más allá de que ASML continúa liderando el sector, su dominio no está asegurado a largo plazo. La presión por desarrollar chips cada vez más pequeños y eficientes, junto con los desafíos técnicos y económicos de la litografía EUV, podrían abrir espacio para la aparición de nuevas tecnologías.