La litografía EUV está en boca de muchos expertos y analistas del sector de los semiconductores. Por eso en este artículo trataremos este tema para que comprendas qué es y por qué es importante para el futuro de los chips.
La fabricación mundial se concentra cada vez más en unos pocos mega sitios, y cada vez se invierte más para alcanzar tamaños de integración más reducidos. Estas mega plazas otorgan a los fabricantes una ventaja competitiva al proporcionarles acceso a mano de obra barata y abundante, materias primas y otros servicios de producción. Uno de los principales obstáculos para la adopción de la tecnología EUV ha sido el coste, ya que es demasiado caro desplegar esta tecnología a una escala razonable en todas las foundries y sus clientes.
Sin embargo, adoptarla para los chips avanzados es vital. No hacerlo significaría tener un chip obsoleto, con consumos de energía muy elevados, mayor sobrecalentamiento, y una rapidez inferior. Por eso, en este artículo repasa qué es la litografía EUV, sus ventajas frente a otras tecnologías alternativas, cómo funciona y dónde se utiliza actualmente.
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¿Qué es la litografía EUV?
El término litografía EUV (Extreme UltraViolet) aparece cada vez más a medida que se avecina la escasez de semiconductores, pero ¿Qué significa exactamente y por qué es crucial? Si utilizas un smartphone o un smartwatch relativamente nuevos, o una de las últimas generaciones de consolas de videojuegos, te estás beneficiando de la tecnología litográfica EUV en las CPUs, GPUs, memorias RAM, memorias flash, o SoCs que usan estos dispositivos.
En la industria de los semiconductores, EUV hace referencia a la litografía ultravioleta extrema, una tecnología de rayos X blandos con una longitud de onda de 13,5 nm. Esto significa que permite resoluciones muy finas en la fabricación de productos electrónicos mediante fotolitografía, uno de los pasos más importantes en la fabricación de semiconductores, y como tal, se espera que cree el potencial para un progreso radical en la industria. Los microchips más avanzados contienen miles de millones de transistores; con cada nueva generación de chips, los fabricantes introducen más y más para crear chips más rápidos, más potentes y más eficientes energéticamente.
Actualmente aún se sigue usando mucho la litografía DUV (Deep UltraViolet), que está un paso por detrás, pero que es más barata y suficiente para fabricar muchos otros chips menos avanzados que las unidades de procesamiento, como los destinados a sectores como el del automóvil, otros productos de electrónica de consumo, etc.
La fotolitografía es un proceso de creación de patrones en el que una oblea de silicio recubierta con un polímero foto resistente o fotosensible se expone selectivamente a la luz a través de una foto-máscara. Las vías expuestas en la superficie del polímero pueden entonces disolverse, proporcionando un acceso con patrones a un sustrato subyacente. Estos patrones se utilizan posteriormente para la formación de las estructuras microscópicas ultra-finas que componen un chip semiconductor.
Dado que la luz es incapaz de definir directamente características más pequeñas que su propia longitud de onda, la corta longitud de onda de las fuentes de luz EUV permite obtener patrones más finos y densos que cualquier método anterior. La longitud de onda de 13,5 nm, en particular, es menos de una décima parte de la que proporcionan los escáneres con lámparas láser excimer de ArF (fluoruro de argón). Para generar luz ultravioleta extrema durante el proceso de litografía, un láser de CO2 dispara dos pulsos láser distintos a una gota de estaño que se mueve rápidamente, vaporizando el estaño. El vapor de estaño se convierte en plasma, que a su vez emite luz EUV, y todo esto ocurre 50.000 veces por segundo.
La EUV se aleja de los métodos de litografía ultravioleta profunda (DUV). Como toda la materia absorbe la radiación EUV, la litografía EUV requiere un vacío. Los sistemas actuales utilizan al menos dos espejos multicapa de condensación y seis espejos multicapa de proyección, que, según el fabricante ASML, tienen la superficie más plana del mundo que guían la luz hacia la oblea. Pero estos espejos absorben el 96% de las emisiones de luz, lo que significa que una fuente ideal debe ser mucho más brillante que las utilizadas en los sistemas anteriores.
La implantación de escáneres EUV ha hecho más asequible el escalado y ha permitido a los fabricantes de chips seguir cumpliendo la ley de Moore, según la cual el número de transistores de un circuito integrado se duplica aproximadamente cada dos años. Sin embargo, los sistemas EUV sólo los fabrica una empresa ASML, la cual entrega este tipo de máquinas de fotolitografía a grandes foundries como son Intel, Samsung, TSMC, etc.
La demanda de la tecnología de ASML se ha disparado, lo que ha provocado pedidos pendientes y ha disparado el precio de las acciones de la empresa en más de un 340% desde finales de 2018. De hecho, ASML se valora más que algunos de sus principales clientes, incluido Intel. La producción de sus máquinas presenta un desafío único, sin embargo, ya que los módulos necesarios para su fabricación están retenidos por la escasez de chips. Las máquinas que fabrican los chips también los necesitan.
En última instancia, la disponibilidad de los sistemas EUV parece que pondrá a prueba la capacidad de fabricantes de chips como Intel, Samsung y TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) para poner en marcha todas sus fábricas de producción previstas. Este bucle de oferta y demanda afecta a las decisiones de los clientes de ASML sobre cómo diseñar sus carteras de fabricación en los próximos años y, en última instancia, a la rapidez con la que la capacidad de fabricación podría alcanzar la demanda.
¿Por qué es importante la litografía EUV para la fabricación?
La litografía EUV es una tecnología importante para la fabricación de semiconductores de próxima generación. Permitirá a la industria continuar con la ley de Moore y prolongar su vida útil. También permite reducir el tamaño de las características de los dispositivos semiconductores, aumentando su capacidad y rendimiento.
El proceso tradicional (DUV) de fotolitografía que se utiliza actualmente para crear patrones para dispositivos semiconductores está alcanzando sus límites fundamentales. Se prevé que el tamaño mínimo de las características que pueden imprimirse mediante este proceso EUV alcance la escala realmente reducida, de unos nanómetros o menos, lo que será suficiente para aplicaciones como la informática y la comunicación.
Ventajas de la litografía EUV
La litografía EUV tiene sus ventajas como todo, entre las que destacan:
- Tamaños de rasgos más pequeños: una de las ventajas más importantes de la litografía EUV es que permite reducir el tamaño de las características. Esto significa que un chip con la misma funcionalidad que uno creado con la tecnología actual tendría unas 20 veces más circuitos por chip. Esto aumentaría el rendimiento y la capacidad de los dispositivos informáticos, ayudaría a las redes de comunicación a manejar más datos y permitiría reducir el consumo de energía a gran escala.
- Menor coste y mayor productividad: otra ventaja de la EUV es que podría ayudar a reducir los costes y aumentar la productividad (yield). En comparación con las máquinas de litografía actuales, una máquina EUV es más rentable a largo plazo debido al aumento de chips por oblea (al ocupar menos superficie).
La capacidad para reducir el tamaño de los dispositivos integrados, como los transistores y las interconexiones en un chip hacen que éste tenga un menor consumo, que su capacidad de conmutación aumente (por lo que se puede aumentar la frecuencia de reloj), y que se pueda tener una mayor densidad de transistores por unidad de superficie, lo que permite crear circuitos más complejos y potentes.
Desventajas de la litografía EUV
Por supuesto, esta tecnología también tiene sus inconvenientes:
- Coste: aunque se espera que la litografía EUV aporte muchas ventajas, también tiene una importante limitación: el precio de las máquinas de ASML. Es demasiado cara para ser utilizada a gran escala en todas las líneas de producción. A lo largo de las dos últimas décadas, se han realizado muchos esfuerzos para reducir el coste de esta tecnología, pero se han visto obstaculizados por ciertos problemas críticos.
¿Dónde se utiliza hoy la EUV?
Hoy en día, la litografía EUV se utiliza en la producción de ciertos microchips avanzados, como los SoCs, CPUs, GPUs, memorias RAM y flash, chipsets, y más. Por el momento, tan solo los IDMs y foundries más avanzadas están usando este tipo de máquinas. Las empresas que diseñan y fabrican chips menos avanzados, como otros para electrónica de consumo, vehículos, etc., continúan usando DUV.
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