La fotolitografía es el auténtico cuello de botella de la industria de los chips. Y está en muy pocas manos

De todos los procesos que intervienen en la fabricación de un circuito integrado la fotolitografía es en gran medida la responsable del déficit en el que llevamos sumidos ya más de dos años. No lo decimos nosotros; lo defiende Ignacio Mártil de la Plaza, doctor en Física y catedrático de Electrónica en la Universidad Complutense de Madrid experto en semiconductores y tecnologías avanzadas en células solares con el que tuvimos la oportunidad de hablar largo y tendido en enero de 2021.

En uno de sus interesantes artículos Ignacio nos da una pista muy importante acerca del impacto que tiene la fotolitografía en la producción de los chips: aproximadamente el 50% del tiempo que es necesario invertir en la fabricación de un circuito integrado avanzado lo acapara el proceso fotolitográfico, y el 30% de su coste procede, precisamente, de esta etapa del ciclo de fabricación. Estas cifras nos permiten identificar con mucha precisión la relevancia que tiene la fotolitografía para la industria de los semiconductores.

Lo sorprendente es que, a pesar de su indiscutible importancia, la tecnología involucrada en el proceso fotolitográfico de los circuitos de alta integración está en manos de muy pocas compañías. La reina en este ámbito es ASML, la empresa de Países Bajos participada por Philips que diseña y fabrica los equipos fotolitográficos que utilizan la mayor parte de los productores de semiconductores en sus instalaciones. De hecho, TSMC, GlobalFoundries, Intel y Samsung, que son cuatro de los mayores fabricantes de chips, son sus clientes.

Fabricar un chip de alta integración es muy complejo (y está en muy pocas manos)

El propósito de este artículo no es indagar en la tecnología involucrada en el proceso fotolitográfico, pero antes de seguir adelante nos viene bien repasar brevemente en qué consiste esta fase de la fabricación de un chip. A grandes rasgos durante la fotolitografía se somete la oblea de silicio a un procedimiento de limpieza, oxidación, recubrimiento con fotorresina, y, por último, se expone el sustrato de silicio previamente tratado a una máscara necesaria para definir sobre él los elementos que van a constituir el chip.

Tanto estos pasos como los que es necesario acometer a continuación deben llevarse a cabo en unas habitaciones conocidas como salas limpias debido a que incorporan unos sistemas de ventilación diseñados para filtrar buena parte de las diminutas partículas suspendidas en el aire. Si una de estas partículas llegase a depositarse sobre la oblea de silicio durante su manipulación dañaría irreversiblemente el circuito integrado que está siendo 'grabado' en esa porción del material.

Actualmente solo unas pocas empresas disponen de los equipos fotolitográficos necesarios para producir los chips avanzados que podemos encontrar en el interior de nuestros teléfonos móviles y ordenadores, así como en otros dispositivos que también se benefician de las capacidades que tienen los circuitos integrados más sofisticados. A las compañías que he mencionado unas líneas más arriba se suman otras como la taiwanesa UMC o la china SMIC, pero esta lista es muy corta. Tan corta que por el momento los fabricantes de semiconductores continúan desbordados por la demanda.

No obstante, aún hay un ingrediente más que no podemos pasar por alto si queremos entender por qué la fotolitografía es el auténtico cuello de botella que tiene atenazada la industria de los semiconductores: los chips involucrados en la fabricación de los equipos fotolitográficos que emplean TSMC, Intel, Samsung y los demás fabricantes de semiconductores también escasean.

Peter Wennink, el presidente ejecutivo de ASML, prevé que la producción de chips va a continuar siendo inferior a la demanda durante al menos los dos próximos años debido a los desafíos a los que se enfrentan los fabricantes, que apenas tienen margen para incrementar su rendimiento más. Y Pat Gelsinger, el director general de Intel, ha reconocido recientemente que la demanda y la oferta de circuitos integrados se equilibrará en 2024, un año más tarde de lo que había previsto inicialmente. Solo nos queda cruzar los dedos y confiar en que como mucho en dos años el panorama mejore de una forma perceptible.

Imagen de portada: TSMC

Más información: Ignacio Mártil