Resulta fácil dar por sentado los avances de nuestros teléfonos móviles y dispositivos portables, entre otros. Pero los avances de la computación dependen de procesos que la industria del semiconductor no puede pasar por alto. La ley de Moore, que dicta que la potencia computacional se doblará cada dos años, ya se está ralentizando (ver Intel confirma el freno a la ley de Moore).

Ahora, una herramienta clave de la industria tecnológica espera compensar esa deceleración, una en cuyo desarrollo las empresas privadas, la academia y los gobiernos de todo el mundo han invertido décadas y miles de millones de dólares y que por fin se está probando en fábricas operadas por Samsung, Intel y otras empresas. Esta tecnología se llama litografía ultravioleta extrema (EUV, por sus siglas en inglés), y los líderes de la industria afirman que se podrá emplear en la fabricación masiva de chips como pronto en 2018 (ver La carrera por cumplir con la ley de Moore).

La litografía funciona de manera parecida a la fotografía del cine antiguo: la luz se proyecta a través de una máscara modelada y sobre una superficie cubierta con sustancias químicas fotosensibles llamadas fotoresinas. Cuanto más pequeña sea la onda de luz, más alta es la resolución de los patrones que genera. La industria ha llevado la tecnología existente, que utiliza luz de 193 nanómetros de longitud, hasta su límite. Para mantener el ritmo de los progresos con la última generación de chips, Intel y otras empresas tuvieron que emplear múltiples pasos de modelado para cada capa de un chip. Cada paso de estos - y las máscaras que requieren - añade tiempo, complejidad y coste al producto final. Emplear ondas de luz EUV más cortas podría aliviar esta situación.

Foto: Una herramienta de EUV de demostración de la empresa ASML. Crédito: ASML.

"Nunca creí que fueran a detectarse ondas gravitacionales antes de entrar la EUV en producción", dijo el director adjunto del Centro para las Ópticas de Rayos X del Laboratorio Nacional de Estados Unidos Lawrence Berkeley, Kenneth Goldberg, en una conferencia de litografía celebrada esta primavera en San José, California (EEUU). De hecho, conseguir que la EUV funcione ha sido un proyecto de física internacional, caro e interdisciplinario.

En 2011, Intel se unió a estos esfuerzos con la inversión de 4.000 millones de dólares (unos 3.515 millones de euros) en ASML, una empresa holandesa que fabrica  los equipos que se emplean para fabricar chips. Parece que esa inversión está dando sus frutos. ASML anunció recientemente que ha superado el mayor reto técnico: el que no resultara práctico cambiar a ondas EUV más cortas de luz porque las fuentes de luz no tenían potencia suficiente. Una fuente de luz demasiado débil implica que se tarda más en exponer a las fotoresinas, de la misma manera que la fotografía nocturna requiere unos tiempos de exposición más largos. Y el tiempo es dinero. Hasta el pasado otoño, ninguna empresa había publicado cifras de rendimiento para la EUV.

En el caso de ASML, poder potenciar la fuente de luz requirió avances en el plasma y otras físicas de láser, además de una mejor comprensión de los materiales empleados. Se utiliza un láser para calentar cualquier gotita de estaño y convertirlo en plasma. Mientras se enfría el estaño, se emite luz EUV. Un problema ha sido que sólo el 1% de la energía proporcionada por ese primer pulso de láser se convertía en luz ultravioleta. Al añadir un paso de "prepulso", ASML ha logrado que la conversión sea cinco veces más eficiente. El primer pulso le da al estaño la forma de una tortita que absorbe mejor la energía del segundo impulso.

Esto aumenta el voltaje de la fuente de luz hasta un nivel viable - de los 40 vatios el año pasado hasta los 200 vatios este año. Con una luz más fuerte, la velocidad de la fabricación se dobla, de 400 obleas al día a 800. Aún es más lenta que la tecnología habitual, que puede generar 3.000 obleas al día. Pero esa tecnología se ralentizará durante los próximos años - requerirá más pasos de modelado y unas máscaras más caras para conseguir unas características cada vez más finas en los futuros chips.

Ya hemos escuchado esto antes, asegura el experto en litografía y longevo escéptico de la EUV Chris Mack. La tecnología lleva una década encontrándose a dos años de la fabricación  masiva, según Mack. "Me sorprende que no descartáramos hace mucho tiempo la EUV, pero no lo hemos hecho porque no tenemos alternativas", explica (ver Los chips del futuro perderán velocidad para consumir menos energía). 

Mack señala que, con la excepción de ASML, otras empresas han sido más ambiguas en sus declaraciones públicas sobre los plazos de la EUV. Los representantes del gigante taiwanés de la fabricación de chips TSMC han aludido a que la empresa podría lanzar la tecnología en 2020, según Mack. Intel ha sido más vago. Janice Golda, que trabaja en la litografía en el grupo de tecnología y fabricación de Intel, dice que se han logrado avances importantes con la EUV durante el último año, pero rehúsa ofrecer una fecha estimada para la puesta en marcha de Intel de la tecnología.

Pero incluso los escépticos como Mack se sienten más optimistas hoy. Es significante que ASML por fin haya puesto sus máquinas a disposición de sus clientes para probarlas. "Observaremos unos progresos más rápidos ahora", asegura.