La máquina de fabricación de circuitos integrados más avanzada que existe ahora mismo es el equipo de litografía de ultravioleta extremo (UVE) y alta apertura que produce la empresa neerlandesa ASML. Esta complejísima máquina 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. 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.
Uno de los componentes críticos de los equipos de fotolitografía de ultravioleta extremo, que, por el momento, solo tiene ASML, es el láser pulsado de dióxido de carbono que se emplea para alimentar la fuente de luz de ultravioleta extremo. Este dispositivo fue desarrollado por ASML y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), de EEUU. De hecho, esta última organización trabaja en el desarrollo de fuentes de luz de ultravioleta extremo basadas en plasma desde 1997, por lo que es una de las colaboradoras más relevantes de la compañía europea.
Los láseres BAT están casi listos para revolucionar la litografía
El LLNL lidera un proyecto de investigación que persigue afianzar los principios tecnológicos que empleará la próxima generación de máquinas de litografía. Su corazón es un láser muy avanzado conocido como BAT (Big Aperture Thulium) que utiliza fluoruro de litio y tulio dopado como sistema de ganancia para incrementar la potencia y la intensidad de los haces láser. En los equipos de litografía UVE los láseres de alta potencia calientan instantáneamente decenas de miles de diminutas gotas de estaño en un solo segundo hasta que alcanzan una temperatura de medio millón de grados Celsius.
El LLNL pretende demostrar que los láseres BAT son mucho más eficientes desde un punto de vista energético que los láseres empleados actualmente
Esta interacción produce un plasma extremadamente caliente que emite luz ultravioleta con una longitud de onda de 13,5 nm. Esta luz posteriormente debe ser transportada hasta la oblea gracias a un sistema de espejos y lentes muy preciso con el propósito de plasmar los patrones que definen los circuitos integrados sobre una capa de fotorresina. Muy a grandes rasgos esta es la estrategia que utilizan las máquinas de fabricación de semiconductores más avanzadas que existen actualmente. Y, como acabamos de ver, los láseres de alta potencia interpretan un papel indiscutiblemente protagonista.
El plan del LLNL sobre el papel es muy atractivo. Y es que pretende demostrar que los láseres BAT son mucho más eficientes desde un punto de vista energético que los láseres empleados actualmente en los equipos de litografía UVE. Y, además, sus propiedades deberían permitir a las máquinas que presumiblemente los utilizarán en el futuro producir circuitos integrados mucho más ambiciosos que los chips actuales. Estas mejoras se sostienen sobre una característica muy interesante de los láseres BAT: la longitud de onda del fluoruro de litio y tulio dopado es de unos 2 micrones.
En teoría un futuro equipo de litografía equipado con láseres BAT y el sistema óptico adecuado podría ser capaz de fabricar semiconductores de menos de 1 nm. Esto significa, sencillamente, que esa máquina será mucho más avanzada que el equipo de litografía UVE de alta apertura en el que hemos indagado brevemente en las primeras líneas de este artículo. Como veis, suena muy bien. No obstante, un proyecto de esta envergadura requiere invertir muchos años en investigación, por lo que es poco probable que un equipo con estas características esté listo en menos de una década. De hecho, ASML y sus colaboradores invirtieron más de dos décadas en el desarrollo de las primeras máquinas de litografía UVE.
Imagen | LLNL
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