“En 1997, Jos Benschop, el líder del departamento de investigación de ASML, reevaluó si la tecnología de ultravioleta extremo (UVE) era una opción viable. Después de las primeras pruebas se dio cuenta de que Zeiss era capaz de desarrollar los espejos extraordinariamente sofisticados que serían necesarios para transportar la luz ultravioleta. Todo empezaba a cambiar: las piezas del puzle comenzaban a encajar en sus huecos y aquella máquina imposible iba adquiriendo forma poco a poco”.
Estas líneas proceden del capítulo titulado “Un monopolio invisible” del interesantísimo libro de ensayo “Focus: The ASML Way” escrito por el periodista neerlandés Marc Hijink. Hemos recurrido a ellas para abrir este texto por una razón de peso: condensan a la perfección la complejidad de la máquina de litografía que ha permitido a ASML liderar la industria de los equipos de fabricación de chips en solitario. Y es que Europa tiene voz en la industria de los circuitos integrados gracias a esta compañía de Países Bajos.
ASML no tiene competencia desde que colocó en el mercado su primer equipo de fotolitografía UVE. Las empresas japonesas Canon y Nikon, sus competidoras naturales, también intentaron desarrollar esta máquina, pero fracasaron en el intento. Los recursos técnicos y económicos que eran necesarios para hacerla posible eran tan cuantiosos que decidieron retirarse de la pugna con ASML. Vía libre. Hoy las máquinas de fabricación de semiconductores más avanzadas que podemos encontrar en las plantas de TSMC, Intel, Samsung o SK Hynix las produce ASML.
ASML no camina sola
Los equipos de fotolitografía UVE son extraordinariamente sofisticados. Las GPU para inteligencia artificial más avanzadas de NVIDIA; los SoC más potentes que tiene Apple o las CPU de mayor rendimiento de AMD son posibles gracias a ellos. Eso sí, ninguna de estas empresas fabrica sus propios chips. Los diseñan, pero los produce la compañía taiwanesa TSMC utilizando las máquinas de litografía UVE de ASML. No obstante, esta corporación europea no ha desarrollado en solitario todas las innovaciones que han hecho posibles sus equipos de producción de circuitos integrados más avanzados.
Una de sus aliadas más importantes es la empresa de origen estadounidense Cymer. Esta compañía fundada en 1986 está especializada en la fabricación de láseres y fuentes de luz de ultravioleta profundo (UVP) y extremo (UVE). Mantiene una relación muy estrecha con ASML desde hace muchos años; de hecho, es tan relevante el rol que tienen las fuentes de luz que fabrica Cymer en las máquinas de litografía que en 2013 ASML compró esta empresa de San Diego con el propósito de invertir en ella para acelerar el desarrollo de las tecnologías involucradas en la litografía UVE.
La luz ultravioleta transporta el patrón geométrico descrito por la máscara a la superficie de la oblea de silicio
De algún modo Cymer 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. Entender qué es la máscara es sencillo: no es otra cosa que una plantilla física que contiene el diseño del circuito integrado que es necesario transferir a la oblea de silicio.
Durante este proceso de transferencia se coloca sobre la oblea una fina lámina de una sustancia sensible a la luz ultravioleta y se expone a esta última. La máscara bloquea o permite el paso de la luz en regiones concretas de la oblea, transfiriendo así el patrón del chip. Después se suceden los procesos de revelado, grabado y deposición cuya finalidad es, a grandes rasgos, transferir las distintas capas del circuito integrado a la oblea y consolidar los transistores y las interconexiones que dan forma al chip.
Curiosamente, como acabamos de ver, el proceso de fotolitografía es muy parecido al revelado químico de fotografías. Eso sí, es mucho más complejo y requiere trabajar con unas resoluciones que hasta hace muy pocos años eran inimaginables. Precisamente gracias a la altísima resolución con la que es posible transferir el patrón geométrico que describe el circuito integrado a la oblea hoy disfrutamos circuitos integrados de 3 nm. Y durante 2025 estarán disponibles los primeros semiconductores de 2 nm.
Dado que estamos metidos en harina merece la pena que indaguemos un poco más en las características de la luz utilizada por los equipos de litografía UVE. Y su propiedad más llamativa consiste en que 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.
