El futuro de los chips semiconductores: ¿es la litografía de nanoimpresión el siguiente gran paso?

Llevan décadas haciéndose más pequeños y potentes, ¿pero llegarán los chips informáticos pronto a su límite? ¿O es la litografía de nanoimpresión la respuesta a su futuro?

En nuestro mundo, la computación se utiliza cada vez de forma más intensiva. Smartphones, portátiles, productos electrónicos para el hogar, coches… Es difícil pensar en una parte de nuestro día a día en la que no haya chips semiconductores.

Están detrás de la mayoría de los aspectos de nuestras vidas y surgen cíclicamente en versiones incluso más avanzadas. Sin embargo, desde el punto de vista de la producción, mantener unos costes bajos a la vez que se reduce su tamaño y se aumenta su potencia no es una tarea fácil.

Según la teoría que sigue y predice su evolución, la llamada ley de Moore, los avances en velocidad y capacidad deberían producirse aproximadamente cada dos años y se supone que solo deben afectar a su precio mínimamente.

Pero como eso es cada vez más complicado, ¿cómo se puede garantizar este delicado equilibrio en los próximos años?

Creemos que la litografía de nanoimpresión (NIL) será clave para lograrlo. Y esta es la razón.

¿Qué significa exactamente la litografía de nanoimpresión?

«La litografía de nanoimpresión es lo que se conoce comúnmente como "técnica de litografía avanzada"», explica Chris Howells, European Operations Director de la división de equipos semiconductores de Canon. «Y nuestra versión propia se basa en nuestra experiencia en tecnología de inyección de tinta».

De hecho, Canon lleva ayudando a los fabricantes de semiconductores de todo el mundo casi 50 años, suministrándoles equipos de vanguardia para la litografía de semiconductores. Es el proceso que se utiliza para imprimir esos pequeños patrones altamente definidos que ves en los chips informáticos. Conlleva la aplicación de luz y radiación para transferir un patrón sobre una oblea revestida de un líquido viscoso llamado fotorresistente.

En este contexto, la NIL parece el siguiente paso natural: poder combinar décadas de conocimientos de impresión extremadamente especializados de Canon con la fotónica (la ciencia de la luz).

¿Pero qué hace? ¿Y en qué se diferencia del resto de tipos de litografía?

Encogiendo el futuro

El proceso de producción de litografía de nanoimpresión es bastante diferente al de la litografía de semiconductores tradicional, en parte debido a su diseño complejo.

En primer lugar, en lugar de imprimir un patrón en una oblea que está totalmente revestida de fotorresistente, en la NIL se liberan gotas de líquido solo donde es necesario. Con la misma tecnología que se encuentra en las impresoras de inyección de tinta Canon, cada gota se puede medir, controlar y dispensar con precisión.

A continuación, un sello fabricado especialmente llamado «máscara» aplica el patrón deseado por presión en el líquido. Puede parecer sencillo, pero recuerda que estamos hablando de una escala minúscula que requiere una precisión absoluta. Algo tan simple como el aire atrapado entre la máscara y la oblea de silicio arruinaría por completo el proceso, por lo que los desarrolladores y diseñadores de los dispositivos se han enfrentado al reto excepcional de evitar cualquier elemento externo.

Es inevitable que, durante la vida útil de un sistema de NIL, se requiera más de una máscara. Estas también se crean utilizando un dispositivo fabricado por Canon. «Esencialmente, los dos dispositivos juntos crean un proceso de aprovisionamiento interno para la tecnología de nanoimpresión», explica Chris.

La última parte del proceso es cuando se retira la máscara, que deja diminutas estructuras que a continuación se curan con luz UV. Estos patrones geométricos intrincados y bastante bonitos son invisibles a simple vista, ya que su tamaño es de solo unos «nanómetros», de ahí su nombre.

Para ponerlo en contexto, un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro y un cabello humano mide aproximadamente 100 000 nanómetros de diámetro. «Cuanto más pequeño sea el "tamaño de la característica" [las diminutas estructuras físicas] en el chip de silicio, más rápido será el funcionamiento del dispositivo en el que se utilice», explica Chris.

«Así que los teléfonos serán más rápidos y tu PC también. Cuanto más avanzado sea tu equipo de litografía para imprimir características más pequeñas en los chips, mejor será el rendimiento de esos chips».

Más precisa, rentable y mejor para el medioambiente

No cabe duda de que un proceso tan grande y complejo requerirá una inversión importante por parte de los fabricantes de chips, pero creemos que es un movimiento inteligente a largo plazo. Como testimonio de nuestro compromiso, actualmente estamos planificando una nueva planta de equipos semiconductores en Japón. Esta duplicará nuestra capacidad actual y nos permitirá producir incluso más equipos de litografía que nunca.

«El coste total de propiedad muestra que es una tecnología en la que merece la pena invertir», explica Chris. «Hablamos de costes de uso, de rendimiento y también de longevidad».

El coste, por supuesto, puede variar enormemente. Desde el punto de vista de los dispositivos, se entiende que la NIL es un proceso que ofrecerá una rentabilidad excelente a los fabricantes, no solo en la inversión inicial, sino por la forma en que funciona la tecnología.

Por ejemplo, si la comparamos con la alternativa más cercana («litografía ultravioleta extrema» o EUV) o incluso la litografía de semiconductores tradicional, tanto el consumo de energía como los residuos son muy inferiores. La naturaleza precisa del proceso supone que queda poco material sobrante que desechar, lo que también reduce enormemente el uso de productos químicos. Ambos factores pueden tener un enorme impacto en el medioambiente, además de en los costes.

En combinación, este tipo de progreso no solo garantizará el legado de la ley de Moore (en cuanto a velocidad y potencia de los procesadores), sino que también aportará un nuevo y crucial aspecto sostenible a la fabricación de los chips semiconductores.

Conoce al equipo que hay detrás del desarrollo del sistema de litografía de nanoimpresión de Canon.