Las máquinas que graban los chips más avanzados pronto necesitarán «plantillas» mucho más grandes.
Para fabricar un chip, los fabricantes proyectan patrones extremadamente finos sobre una oblea, capa tras capa. Estos patrones proceden de una fotomáscara, un modelo muy preciso utilizado por la máquina de litografía. Hoy, las máscaras empleadas para los procesos más avanzados miden aproximadamente 15 cm de lado.
Detalle de las estructuras inscritas en una fotomáscara de cromo.
Crédito: Sei / Wikimedia Commons — CC BY-SA 4.0
ASML y TSMC preparan ahora el paso a un formato de aproximadamente 30 cm, es decir, 12 pulgadas. El cambio acompañará a la nueva generación de máquinas que utilizan ultravioleta extremo, o EUV. Esta luz permite trazar los diminutos detalles necesarios para los procesadores recientes. No obstante, las primeras máquinas denominadas High NA funcionarán con las máscaras actuales.
¿Por qué duplicar su tamaño? Los futuros chips destinados, entre otros usos, a la inteligencia artificial serán muy grandes. Con el sistema actual, la máquina puede tener que exponer por separado varias zonas para reproducir todo el diseño. Después, estos fragmentos deben unirse con una precisión muy elevada. Esta operación, denominada ensamblaje o «stitching», ralentiza la fabricación e impone restricciones adicionales.
Una máscara más grande permitiría colocar más patrones en una sola zona utilizable. Por tanto, los fabricantes podrían producir chips grandes con menos exposiciones separadas. Para una fábrica que procesa miles de obleas de silicio, evitar unos pocos pasos puede tener un efecto importante en el rendimiento de las máquinas y en el coste de cada chip.
Pero cambiar de formato supone una gran inversión: toda la cadena debe evolucionar: la fabricación de las máscaras, el control de sus defectos, su manipulación y su transporte. Las máquinas de litografía también deberán adaptarse. Por eso, ASML y TSMC ponen en marcha esta transición varios años antes de su uso industrial previsto.
El calendario da una idea de la magnitud del proyecto. TSMC prevé utilizar la tecnología High NA de ASML para su producción en masa a partir de 2030, inicialmente con las máscaras actuales. Los socios quieren establecer una línea piloto para las máscaras de 12 pulgadas en 2031. Está previsto que los sistemas compatibles con este formato lleguen a la producción avanzada hacia 2033.
Esta evolución afecta directamente a las generaciones de procesadores que sucederán a las que se están preparando actualmente.
El paso a las fotomáscaras grandes depende ahora de numerosos proveedores, y no solo de ASML y TSMC. Fabricantes de semiconductores y especialistas en máscaras ya han manifestado su interés por la iniciativa. Los próximos años servirán, entre otras cosas, para construir los equipos capaces de producir y controlar estas nuevas máscaras antes de su llegada a las fábricas.