Aceleradores de Partículas: Innovación en la Fabricación de Chips

La complejidad de los equipos de fotolitografía desarrollados por ASML es asombrosa. Entre sus componentes más sofisticados, destaca la fuente de luz ultravioleta, esencial para transferir el diseño de los chips a la oblea de silicio mediante radiación de ultravioleta extremo (UVE).

En términos generales, esta fuente produce radiación UVE con láseres de alta potencia que calientan decenas de miles de pequeñas gotas de estaño a temperaturas extremas, alcanzando medio millón de grados Celsius en solo un segundo. Esto genera un plasma muy caliente que emite luz ultravioleta a 13,5 nm de longitud de onda. Aunque parezca sencillo, es un proceso altamente complejo y la fuente UVE es considerada uno de los elementos más innovadores de ASML.

Pat Gelsinger se Une a xLight

Interesantemente, no es estrictamente necesario usar una fuente de luz ultravioleta como la mencionada para fabricar semiconductores avanzados de menos de 7 nm. Existen otras alternativas. Huawei, por ejemplo, según ciertos rumores, está experimentando en su laboratorio de Dongguan con una máquina de litografía UVE que opera con una fuente de luz ultravioleta LDP (descarga inducida por láser), diferente del LPP (plasma generado por láser) empleado por ASML.

Otra ruta es el uso de un acelerador de partículas tipo sincrotrón para generar radiación ultravioleta. Este es el método que la Academia China de Ciencias está implementando en su instalación en Pekín. Su HEPS (High Energy Photon Source o Fuente de Fotones de Alta Energía) está diseñado para proveer luz UVE de alta potencia a múltiples fábricas de circuitos integrados simultáneamente. No obstante, existe otra alternativa en investigación para la generación de luz UVE.

Esta es la línea por la que están optando xLight, con Pat Gelsinger, exdirector de Intel, ahora como presidente ejecutivo, y la Organización para la Investigación en Física de Altas Energías con Aceleradores​ de Tsukuba (Japón). Aunque trabajan de forma independiente, todas estas entidades pretenden sustituir la fuente de luz ultravioleta de ASML con un láser de electrones libres (FEL), usado en aceleradores de partículas.

Las pruebas ya están en marcha, usando un láser FEL generado por un acelerador lineal con recuperación de energía. Teóricamente, la radiación de un láser FEL permite fabricar circuitos integrados con una resolución similar a la de una fuente de luz ultravioleta. Aunque esta solución promete, asume un alto costo inicial. No obstante, un solo acelerador lineal con recuperación de energía puede nutrir varias máquinas de litografía simultáneamente, lo que algunos técnicos valoran.

Según xLight, su láser FEL está preparado para alimentar la próxima generación de equipos de ASML, siendo hasta cuatro veces más potente que las actuales fuentes de luz UVE. Gelsinger asegura que esta tecnología podría reducir el coste por oblea un 50% y superar en rendimiento las soluciones actuales, aunque la verdadera prueba de su eficacia llegará en 2028, cuando xLight y ASML planean testar su primer prototipo FEL con un equipo de litografía.

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