Pesa tanto como dos Airbus A320 e incorpora más de 100.000 piezas, 3.000 cables, 40.000 pernos, y también más de 2 km de conexiones eléctricas. El equipo de fotolitografía TWINSCAN EXE:5000 diseñado y fabricado por ASML es la máquina de producción de circuitos integrados más sofisticada que existe. Y también la más cara. La información más actualizada que tenemos refleja que uno solo de estos equipos cuesta 350 millones de euros, lo que con toda seguridad provocará que algunos fabricantes de chips se lo piensen dos veces antes de comprarlo.
Actualmente solo hay una de estas máquinas en fase de pruebas, y la tiene Intel en su planta de Hillsboro (EEUU) desde finales del pasado mes de diciembre. Los ingenieros de ASML han invertido una década en el desarrollo de la tecnología necesaria para poner a punto esta máquina, que, en realidad, es un equipo de litografía de ultravioleta extremo (UVE) de segunda generación. Esta compañía de Países Bajos prevé entregar a sus clientes anualmente a partir de 2025 unos 20 equipos de este tipo con un propósito: poner en sus manos la posibilidad de producir chips de 2 nm y más allá.
El equipo de litografía UVE High-NA es una de las máquinas más complejas que existen
Para desarrollar el equipo de litografía UVE de alta apertura (EUV High-NA por su sigla en inglés) al que merecidamente dedicamos este artículo los ingenieros de ASML han puesto a punto una arquitectura óptica muy avanzada que tiene una apertura de 0,55 frente al valor de 0,33 que tienen los equipos de litografía UVE de primera generación. Este refinamiento de la óptica permite transferir a la oblea patrones de mayor resolución, de ahí que sea posible fabricar chips empleando tecnologías de integración más avanzadas que las utilizadas actualmente en los nodos de 3 nm.
La sofisticada arquitectura óptica de los equipos UVE de alta apertura permite transferir a la oblea patrones de mayor resolución
En el artículo que dedicamos al criterio de Rayleigh explicamos con mucho detalle en qué consiste el parámetro 'NA' (numerical aperture), pero en este texto nos basta saber que esta variable identifica el valor de apertura de la óptica utilizada por el equipo litográfico. En este contexto este parámetro refleja esencialmente lo mismo que el valor de apertura cuando hablamos de la óptica de una cámara de fotos, por lo que condiciona la cantidad de luz que los elementos ópticos son capaces de recoger. Como podemos intuir, cuanta más luz recaben, mejor.
No obstante, esto no es todo. ASML también ha mejorado los sistemas mecánicos que se responsabilizan de la manipulación de las obleas con el propósito de hacer posible que una sola máquina UVE de alta apertura sea capaz de producir más de 200 obleas por hora. Las fotografías que ilustran este artículo nos permiten intuir la extrema complejidad y la sofisticación que tiene uno de estos equipos, que, por cierto, no sería posible sin la cooperación de otras empresas, como la alemana ZEISS o Cymer, una compañía de origen estadounidense que actualmente está bien afianzada dentro de la estructura de ASML.
De algún modo esta última empresa entrega a ASML la materia prima que necesitan sus máquinas de fotolitografía. Y esa materia prima no es otra que la luz ultravioleta que se responsabiliza de transportar el patrón geométrico descrito por la máscara para que pueda ser transferido con muchísima precisión a la superficie de la oblea de silicio. La luz utilizada por el equipo de alta apertura pertenece a la porción más energética de la región ultravioleta del espectro electromagnético. De hecho, su longitud de onda se extiende en el rango que va desde los 10 hasta los 100 nanómetros (nm).
El problema es que no es nada fácil generar y lidiar con esta forma de radiación electromagnética. Y no lo es, entre otras razones, debido a que es tan energética que altera la estructura de los elementos físicos con los que interacciona en el interior de la máquina de litografía. Además, la luz UVE debe viajar desde la fuente hasta la oblea de silicio sin interaccionar con la más mínima partícula de polvo, por lo que es necesario que todo el proceso de producción de los chips se lleve a cabo en el interior de una cámara diseñada para proporcionar un vacío de mucha calidad.
En la fotografía que podemos ver debajo de estas líneas aparece uno de los elementos ópticos anamórficos utilizados en las máquinas de litografía UVE de alta apertura de ASML mientras está siendo verificado en el laboratorio de ZEISS. Su rol es crucial debido a que se responsabilizan de trasladar la luz UVE con una longitud de onda de 13,5 nm desde la fuente que se encarga de su emisión hasta la máscara que contiene el patrón geométrico que es necesario plasmar en la oblea de silicio. A partir de este momento entra en acción la óptica de proyección con el propósito de transferir la radiación UVE que ya contiene el patrón geométrico a la oblea de material semiconductor.
Es un proceso complejísimo. Si los espejos que intervienen en la propagación de la luz UVE no están fabricados con una enorme precisión el patrón geométrico definido por la máscara se verá alterado, y los chips se irán al garete. Además, los espejos reflectores que se encargan de transportar la luz desde la fuente emisora hasta la máscara deben conseguir que la radiación UVE llegue a esta última con una uniformidad extrema. De lo contrario, de nuevo, el proceso de fabricación de circuitos integrados no tendrá éxito.
Además, los espejos utilizados en los equipos de alta apertura son más grandes que los que emplean las máquinas UVE convencionales, por lo que su fabricación es aún más compleja. Definitivamente, como hemos comprobado a lo largo de este artículo, cada equipo de fotolitografía UVE de alta apertura es un auténtico prodigio de la ingeniería.
Imágenes | ASML
Más información | ASML
Ver 36 comentarios