China ya tiene un prototipo propio de una fuente de luz UVE para fabricar chips de vanguardia

China está recorriendo con paso firme el camino que presumiblemente concluirá con el desarrollo de sus propios equipos de fotolitografía de ultravioleta extremo (UVE). Estas máquinas son necesarias para fabricar circuitos integrados de vanguardia con un coste y un rendimiento por oblea competitivos, y las sanciones de EEUU y Países Bajos impiden a ASML vendérselas a sus clientes chinos. El Gobierno de Xi Jinping quiere tener sus propias máquinas UVE antes de que expire esta década, pero poner a punto estos equipos es extraordinariamente difícil.

Uno de los desafíos que es imprescindible superar requiere diseñar y fabricar una fuente de luz ultravioleta extrema capaz de entregar radiación con una longitud de onda de 13,5 nm de una forma completamente estable. Esta luz es la responsable de trasladar el patrón geométrico que describe la lógica de los chips desde la máscara hasta la oblea, pero producirla con la precisión adecuada no es para nada sencillo, como vamos a comprobar unas líneas más abajo en este mismo artículo.

Desde hace más de un año sabemos que Huawei tiene un prototipo de máquina UVE operativo dentro de un laboratorio de alta seguridad en Shenzhen, aunque todavía no fabrica circuitos integrados funcionales. No obstante, esta no es la única baza de China. Y es que la empresa emergente Langdao Silex, con sede en Shanghái, ha enseñado en la Feria de la Industria Internacional de China un prototipo de un sistema de generación de luz UVE que, sobre el papel, debería ser similar a los que incorporan las máquinas de litografía UVE de ASML. Además, Langdao Silex asegura que el 90% de los componentes de su prototipo son de fabricación nacional.

Producir luz UVE de 13,5 nm es extraordinariamente difícil

Para entender lo complejo que es desarrollar una fuente de radiación de ultravioleta extremo estable solo tenemos que repasar cómo funciona este componente en las máquinas UVE de ASML. En estas máquinas varios 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. 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. Como explica Jayson Stewart, jefe de investigación en ASML, el proceso de generación de la radiación ultravioleta que utilizan los equipos de litografía UVE para producir chips de vanguardia se parece mucho a lo que ocurre durante una supernova.

Cuando una estrella masiva agota su combustible y se detienen los procesos de fusión nuclear, la presión de radiación y de los gases ya no es capaz de contrarrestar la contracción gravitacional. Este fenómeno provoca que el núcleo de hierro de la estrella se contraiga súbitamente bajo la enorme presión que ejercen sobre él todas las capas de material que tiene por encima. La estrella ha perdido el equilibrio hidrostático. En este instante toda esa materia pierde el soporte que ejercía el núcleo, que ahora es mucho más compacto, y cae sobre él con una velocidad enorme.

Cuando todo ese material de la estrella toca la superficie del núcleo se produce un efecto rebote que provoca que salga despedido con una energía descomunal hacia el medio estelar, quedando diseminado. Acaba de producirse una supernova. Algunas de ellas son tan energéticas que durante unos pocos segundos emiten más luz que toda la galaxia que las contiene. Las diminutas explosiones que tienen lugar en el interior de los equipos de litografía UVE cuando un láser incide sobre una gota de estaño producen una onda de choque similar a la que origina una supernova en el medio estelar, aunque a mucha menor escala.

Sorprendentemente las ecuaciones matemáticas que describen la evolución de estos dos tipos de explosiones son las mismas. Los ingenieros de ASML las utilizan para calcular con mucha precisión cómo va a ser la evolución de la onda de choque que desencadenan las bolas de plasma dentro de los equipos UVE. Y los astrofísicos las emplean para describir los restos de las supernovas y deducir las propiedades de la explosión estelar que las originó. Una supernova tiene 10⁴⁵ veces más energía que una explosión de estaño, pero gracias a este paralelismo los ingenieros de ASML han podido resolver el complejo problema derivado de los residuos de estaño en el interior de sus equipos de litografía más avanzados.

Actualmente China está intentando desarrollar su propia versión de esta tecnología. Según Langdao Silex, su prototipo de fuente de luz UVE es operativo, pero los responsables de esta empresa han reconocido que la producción en serie todavía se encuentra a entre tres y cinco años. Este anuncio es muy importante para China, de eso no cabe duda, pero esto no significa que sus empresas ya estén pisándole los talones a ASML. Y tampoco que sus primeros equipos de litografía UVE vayan a estar listos a corto plazo. Poner a punto una máquina operativa de fabricación de circuitos integrados de vanguardia requiere resolver también otros retos, aunque es indudable que la fuente de emisión UVE es uno de los más difíciles de solventar.

Imagen | Sylvia Ma

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