Dentro de la máquina que salvó la Ley de Moore

La firma holandesa ASML gastó $ 9 mil millones y 17 años desarrollando una forma de seguir fabricando chips de computadora más densos.

El módulo superior de la máquina EUV de próxima generación de ASML se construyó a partir de una pieza de aluminio fresado de 17 toneladas. cristobal payne

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• Clive Thompson página de archivo

27 de octubre de 2021

Patrick Whelan mira a través de la placa frontal de su traje de conejito de sala limpia para ver cómo van las cosas.

Ante él hay un trozo de vidrio reluciente, aproximadamente del tamaño de un horno tostador, que está tallado con tantas secciones ahuecadas para reducir su peso que parece un tótem alienígena. El equipo de Whelan lo está pegando a una gran pieza de aluminio del tamaño de una mesa de café. Tanto el metal como el vidrio son inquietantemente suaves, después de haber sido pulidos durante semanas para eliminar imperfecciones diminutas. Durante las próximas 24 horas, a medida que el pegamento se solidifica, los trabajadores controlarán neuróticamente la posición del vidrio y el metal para asegurarse de que se fusionen de la misma manera.

Estos se colocarán juntos con una precisión de micras, me dice Whelan, señalando el aparato.

A un técnico cercano le preocupa que esté demasiado cerca y grita: ¡Respaldo!

¡No estoy tocando! ¡No estoy tocando! Whelan dice, riendo.

La precisión es un asunto serio aquí. Estoy en Wilton, Connecticut, en una sala limpia de la empresa holandesa ASML, que fabrica la máquina de litografía más sofisticada del mundo, un proceso crucial utilizado para crear los transistores, cables y otros componentes esenciales de los microchips. Es un dispositivo codiciado, con modelos que cuestan hasta 180 millones de dólares, que se utiliza para crear características de microchip tan pequeñas como 13 nanómetros a un ritmo rápido. Ese nivel de precisión es crucial si usted es Intel o TSMC y desea fabricar los procesadores de computadora de vanguardia más rápidos del mundo. La máquina final, ensamblada en la sede de ASML en los Países Bajos, tiene el tamaño de un autobús pequeño y está llena de 100 000 mecanismos diminutos coordinados, incluido un sistema que genera una longitud de onda específica de luz ultravioleta de alta energía al lanzar gotas de estaño fundido con un láser 50.000 veces por segundo. Se necesitan cuatro 747 para enviar uno a un cliente.

Es una tecnología muy difícil; en términos de complejidad, probablemente esté en la categoría de Proyecto Manhattan, dice Sam Sivakumar, director de litografía de Intel.

Aquí en Wilton, el módulo de vidrio y metal que Whelan y su equipo están construyendo es particularmente crítico. Llevará los patrones necesarios para hacer un microchip, y zumbará de un lado a otro mientras la máquina lo proyecta con luz ultravioleta extrema (EUV), iluminando diferentes partes del patrón del chip. Luego, la luz rebotará en una oblea de silicio del tamaño de un plato de comida, quemando el patrón en su lugar.

Whelan se acerca a un monitor de video que muestra uno de estos artilugios de vidrio y metal moviéndose de un lado a otro mientras se prueba. Pesa 30 kilogramos, pero se mueve como un borrón.

Esto está acelerando más rápido que un avión de combate, dice Whelan, su barba recortada y anteojos oscurecidos por su equipo. Si hay algo que está suelto, volará en pedazos. Además, dice, el aparato tiene que detenerse en un lugar del tamaño de un nanómetro, por lo que tiene una de las cosas más rápidas del mundo asentándose en prácticamente el lugar más pequeño de cualquier cosa.

Esta abrazadera de vidrio (rectángulo negro, centro superior) se usa para sujetar máscaras, que contienen patrones de chips que se transferirán a una oblea.

CHRISTOPHER PAYNE

Una vista más cercana de la abrazadera de vidrio utilizada para sujetar máscaras.

CHRISTOPHER PAYNE

Esta combinación de velocidad y precisión es clave para mantenerse al día con la Ley de Moore: la observación de que la cantidad de transistores metidos en un microchip se duplica aproximadamente cada dos años a medida que los componentes se vuelven cada vez más pequeños, lo que hace que los chips sean más baratos y más potentes. Cuanto más aprietas los transistores, más rápidas pueden pasar las señales eléctricas por el chip. Desde la década de 1960, los fabricantes de chips han reducido los componentes al cambiar, cada década más o menos, a una nueva forma de luz con una longitud de onda más pequeña. Pero a fines de la década de 1990, los fabricantes estaban atrapados en la luz de 193 nanómetros y debatían acaloradamente qué hacer a continuación. La situación se hizo cada vez más grave. Los fabricantes de chips tuvieron que usar diseños y técnicas cada vez más complejos para mantener la Ley de Moore, pero lograron obtener otras dos décadas de rendimiento creciente.

Luego, en 2017, ASML presentó su máquina EUV lista para producción, que utiliza luz con una longitud de onda de solo 13,5 nanómetros. Con una longitud de onda tan corta, los fabricantes de chips podrían empaquetar transistores más densamente que nunca. Las CPU pueden procesar números más rápido, usar menos energía o simplemente hacerse más pequeñas. Las primeras generaciones de chips con pequeñas funciones EUV ya están trabajando para grandes empresas como Google y Amazon, mejorando la traducción de idiomas, los resultados de los motores de búsqueda, el reconocimiento de fotos e incluso la IA que, como GPT-3, habla y escribe con un inquietantemente humano. calidad. La revolución EUV también está llegando a los consumidores cotidianos, ya que las máquinas de ASML se utilizan para fabricar chips para productos que incluyen algunos teléfonos inteligentes y Mac de Apple, procesadores AMD y el teléfono Note10+ de Samsung. A medida que las máquinas EUV se vuelven más comunes, aumentará el rendimiento y reducirá las demandas de energía en cada vez más dispositivos cotidianos. La tecnología EUV también permite diseños más simples, lo que permite que los fabricantes de chips se muevan más rápido y produzcan más chips por oblea, lo que genera ahorros de costos que pueden trasladarse a los consumidores.

El éxito de la litografía EUV estaba lejos de estar garantizado. La luz es tan diabólicamente difícil de manipular que durante años los expertos predijeron que ASML nunca lo resolvería. De hecho, los rivales de ASML, Canon y Nikon, dejaron de intentarlo hace años. Así que ASML ya tiene un rincón en el mercado: si quieres crear los procesadores más punteros, necesitas una de sus máquinas. ASML fabrica solo 55 de ellos al año, y se venden rápidamente a los gigantes de chips de la industria; actualmente hay más de 100 instalados.

Básicamente, la Ley de Moore se está desmoronando, y sin esta máquina, se ha ido, dice Wayne Lam, director de investigación de CCS Insight. Realmente no se pueden fabricar procesadores de vanguardia sin EUV.

Es extremadamente raro que una sola empresa posea el monopolio de una parte tan clave de la producción de microchips. Aún más sorprendente es la mera rutina del trabajo: ASML necesitó $ 9 mil millones en I + D y 17 años de investigación, una juerga ininterrumpida de experimentación, ajustes y avances. EUV ahora está aquí, está funcionando. Pero el esfuerzo y el tiempo que tomó para que esto sucediera, y su entrada tardía en escena, plantea algunas preguntas inevitables. ¿Cuánto tiempo podrá EUV mantener la Ley de Moore? ¿Y qué pasará después?

ASML utiliza este robot naranja, construido por KUKA Robotics, para mover piezas pesadas de máquinas EUV por el suelo de la sala limpia.

CHRISTOPHER PAYNE

Cuando Jos Benschop se unió a la ASML en 1997, venía de un largo período con Phillips y aterrizó de golpe en una industria de chips preocupada por su futuro. Durante décadas, los ingenieros en la fabricación de chips dominaron el arte de la litografía. El concepto es simple. Usted diseña los componentes de un chip, sus cables y semiconductores, y luego los graba en una serie de máscaras, de la misma manera que hace una plantilla para poner un patrón en una camiseta. Luego colocas cada máscara sobre una oblea de silicio y haces brillar la luz a través de ella (más o menos equivalente a rociar pintura sobre la plantilla). La luz endurece la resistencia, una capa química en la superficie de la oblea; luego, otros productos químicos graban ese patrón en el silicio. En los años 60, los fabricantes de chips usaban luz visible para este proceso, con una longitud de onda tan pequeña como 400 nanómetros. Luego cambiaron a la luz ultravioleta, a 248 nm, y la redujeron gradualmente a 193 nm, lo que a menudo se denomina UV profundo. Cada cambio les compró varios años de extensión de la Ley de Moore.

Pero a finales de los 90, habían enfocado UV profundo tan estrechamente como podían, y no estaban seguros de cómo hacerlo más pequeño. Parecía que se necesitaba una nueva fuente de luz. ASML en ese momento era una pequeña empresa de 300 personas que vendía con éxito sus herramientas de litografía UV profunda. Pero se dieron cuenta de que, para seguir siendo relevantes, tendrían que hacer una investigación y desarrollo serios.

Benschop, un ejecutivo alto y anguloso con modales exuberantes pero irónicos, fue contratado como el primer empleado de investigación. Empezó a asistir a grandes conferencias, que se celebraban dos veces al año, donde pensadores profundos de las principales empresas de chips y agencias gubernamentales se acariciaban la barbilla y discutían sobre qué forma de luz usar a continuación.

¿Cuál sería el próximo niño en el bloque? Así lo expresó Benschop cuando hablamos en Zoom el verano pasado. Los expertos sopesaron varias opciones, todas las cuales tenían grandes problemas. Una idea fue usar un spray de iones para dibujar patrones en los chips; eso funcionaría, pero nadie podría descubrir cómo hacerlo rápidamente a escala. Lo mismo sucedió con el disparo de haces de electrones. Algunos abogaron por el uso de rayos X, que tienen una longitud de onda diminuta, pero tenían sus propios desafíos. La idea final fue el ultravioleta extremo, con una longitud de onda que puede llegar a los 13,5 nanómetros, muy cerca de los rayos X. Se veía bien.

El problema era que EUV requeriría una forma completamente nueva de máquina de litografía. Los existentes usaban lentes de vidrio tradicionales para enfocar la luz en la oblea. Pero la luz EUV es absorbida por el vidrio; se detiene en seco. Si quisiera enfocarlo, tendría que desarrollar espejos curvos como los que se usan en los telescopios espaciales. Peor aún, EUV incluso es absorbido por el aire, por lo que deberá hacer que el interior de su máquina sea un vacío perfectamente sellado. Y necesitaría generar luz EUV de manera confiable; nadie estaba seguro de cómo hacerlo.

Intel había jugado con la idea, al igual que el Departamento de Energía de los Estados Unidos. Pero estos eran en su mayoría experimentos de laboratorio. Para crear una máquina de litografía viable para la fabricación de chips, necesitaría desarrollar técnicas confiables que pudieran funcionar rápidamente y producir chips a granel.

Después de tres años de reflexión, en 2000 ASML decidió apostar la empresa e intentar dominar EUV. Eran una empresa pequeña, pero si pudieran lograrlo, se convertirían en un gigante.

Había tantos problemas de ingeniería para resolver eso, como recuerda Benschop, no teníamos el impulso para hacerlo nosotros mismos. Entonces, los ejecutivos de ASML comenzaron a llamar a las empresas que habían fabricado componentes para sus máquinas existentes. Una llamada fue a Zeiss, la empresa de óptica alemana que durante años fabricó lentes de vidrio para ASML.

Los ingenieros de Zeiss tenían experiencia con EUV, incluida la fabricación de lentes y espejos extremadamente precisos para telescopios de rayos X. El truco consistía en recubrir la superficie de los espejos EUV con capas alternas de silicio y molibdeno, cada una de unos pocos nanómetros de espesor. Juntos producen un patrón que refleja hasta el 70 % de la luz EUV que lo incide.

El problema estaba en cómo pulirlos. La máquina terminaría necesitando 11 espejos para hacer rebotar la luz EUV y enfocarla en el chip, como 11 jugadores de ping-pong que rebotan una pelota de uno a otro hacia un objetivo. Dado que el objetivo era grabar los componentes del chip medidos en nanómetros, cada espejo tenía que ser alucinantemente suave. El defecto más pequeño desviaría los fotones EUV.

IZQUIERDA: Esta óptica pulida es parte de un sensor de energía que ayuda a controlar la intensidad de la luz dentro de las máquinas de litografía. DERECHA: Una mirada más cercana a una unidad de pulido. Las piezas de vidrio que se muestran aquí están colocadas en ángulo para lograr el bisel correcto.

Estas unidades de pulido se utilizan para alisar los componentes que entran en la máquina EUV de ASML.

Algunas ópticas como la que se muestra en la parte superior izquierda están pulidas mecánicamente. Un componente puede pasar muchas semanas en un proceso de pulido de varias etapas, en el que los técnicos verifican la suavidad con precisión nanométrica.

CHRISTOPHER PAYNE

Para dar una idea de la escala, si tomas el espejo de tu baño y lo amplías al tamaño de Alemania, tendría protuberancias de unos cinco metros de altura. Ampliado al mismo tamaño, el espejo EUV más suave que los ingenieros de Zeiss habían fabricado hasta ahora, para telescopios espaciales, tendría protuberancias de solo dos centímetros de altura. Estos espejos para ASML tendrían que ser mucho más suaves: si fueran del tamaño de Alemania, sus mayores imperfecciones podrían tener menos de un milímetro de altura. Estos son realmente los espejos más precisos del mundo, dice Peter Kürz, responsable del desarrollo de la próxima generación de ópticas EUV en Zeiss.

Una gran parte del trabajo de Zeiss sería inspeccionar los espejos para buscar imperfecciones y luego usar un haz de iones para eliminar moléculas individuales, alisando gradualmente la superficie durante meses y meses de trabajo.

Mientras Zeiss desarrollaba los espejos, Benschop y otros proveedores de ASML trabajaban en su otro gran desafío: cómo crear una fuente de luz que produjera un flujo constante de EUV.

Los perseguiría durante años.

Para generar EUV, debe crear un plasma, una fase delicada de la materia que existe solo a temperaturas extremadamente altas. Después de los primeros experimentos de zapping de litio con pulsos de láser para producir luz EUV, cambiaron a estaño, que produjo ráfagas más grandes.

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A principios de la década de 2000, trabajando con la firma Cymer de San Diego y la firma láser alemana Trumpf, ASML había construido una especie de artilugio de Rube Goldberg. Hay un recipiente calentado que mantiene el estaño en estado líquido. Se alimenta a una boquilla que dispara una gota de estaño fundido (un tercio del diámetro de un cabello humano, dice Danny Brown, vicepresidente de desarrollo técnico de la compañía nacido en Australia) hacia la parte inferior de la máquina, los sistemas de cámara rastrean su progreso. Cuando llega al centro de la cámara productora de luz, un pulso láser golpea la gota de estaño. Inmolado en un estallido que alcanza una temperatura de unos 500.000 K, el estaño produce un plasma que brilla con luz EUV. El mecanismo repite este proceso, disparando y destruyendo gotas de estaño, 50.000 veces por segundo.

No es sencillo, digámoslo de esa manera, dice Brown secamente.

Aunque ahora podían generar luz EUV, Brown y su equipo descubrieron rápidamente nuevos problemas. Los iones de las explosiones de estaño obstruirían la óptica. Se dieron cuenta de que para limpiar las cosas podían bombear hidrógeno a la cámara de luz, donde reaccionaría con los iones de estaño y ayudaría a eliminarlos.

Pero se estaban retrasando rápidamente. Benschop había predicho inicialmente que tendrían máquinas EUV en volumen para 2006. En realidad, para ese año solo habían producido dos prototipos. Los prototipos funcionaron, grabando patrones más finamente que cualquier máquina de litografía en la historia. Pero eran dolorosamente lentos. La fuente de luz todavía era demasiado escasa. En litografía, cada fotón importa; cuanto más gruesos pueda generarlos, más rápido podrá colocar un patrón sobre el silicio.

Mientras tanto, la máquina estaba creciendo a dimensiones increíblemente complejas. Contenía brazos robóticos que movían obleas, motores que aceleraban la retícula, esa gran pieza de vidrio que sostiene el patrón, a 32 veces la gravedad de la Tierra, y 100 000 piezas, 3000 cables, 40 000 pernos y dos kilómetros de manguera. Peor aún, todo estaba interrelacionado: si una parte funcionaba, crearía un problema en otra parte. Resultó, por ejemplo, que el calor de la luz EUV alteraba microscópicamente las dimensiones de los espejos. Eso obligó a Zeiss y ASML a desarrollar sensores que detectarían cualquier cambio, activando un software que cambiaría las posiciones de los espejos usando actuadores de precisión.

A medida que corregimos un problema, pasamos al siguiente, dice Benschop. Cada montaña que escalabas, veías la siguiente montaña que era aún más alta.

Muchos observadores en la industria de los microchips, al ver que ASML se retrasaba una y otra vez, pensaron que fallarían.

Estas bombas turbomoleculares eliminan el aire y otros gases para producir un vacío dentro de la máquina EUV, algo crucial porque la luz EUV es absorbida por el aire. Las bombas giran a 30.000 RPM y eliminan moléculas individuales de gas, una por una.

CHRISTOPHER PAYNE

El noventa y cinco por ciento del dinero inteligente pensó que no había forma de que EUV funcionara alguna vez, dice C.J. Muse, analista de la industria de semiconductores de Evercore.

Mientras ASML se esforzaba en EUV, ellos y el resto de la industria estaban realizando trucos cada vez más elaborados para extender el rendimiento de la luz ultravioleta profunda tanto como fuera posible, para empaquetar más transistores en chips. Una técnica, llamada inmersión, consistía en colocar una capa de agua sobre el chip, que refractaba la luz entrante y permitía enfocarla en un patrón más ajustado.

Los ingenieros de litografía también desarrollaron una técnica para modelar y tallar una capa de chip varias veces, lo que se conoce como múltiples patrones, para producir detalles más finos. Juntos, estos enfoques redujeron los componentes de los chips a 20 nanómetros.

Pero estas innovaciones extravagantes también hicieron que el acto de fabricar chips fuera mucho más complejo. La inmersión requería gestionar la presencia de agua en el delicado proceso de litografía, una tarea nada fácil. Y a los diseñadores de chips les resultó oneroso cambiar sus diseños para trabajar con múltiples patrones. Deep UV se estaba quedando sin vapor, y todos lo sabían.

Sin embargo, a mediados de la década de 2010, comenzó a parecer que EUV finalmente podría venir al rescate. Brown y su equipo se habían sumergido en la literatura científica, buscando formas de sacar más provecho de cada gota de estaño. Como ex investigador universitario que estudió física del plasma, era conocido dentro de la ASML por plantear cuestiones científicas puntiagudas; el CTO en broma le dio una placa adornada con las palabras Científicamente preciso pero prácticamente inútil.

Esta vez, sin embargo, empapar la literatura científica valió la pena. Sugirió el concepto de golpear cada gota de estaño con el láser dos veces. Una primera explosión aplanaría la gota en forma de panqueque, lo que permitió que una segunda explosión, millonésimas de segundo más tarde, produjera mucho más EUV. El equipo de Brown ideó una manera de hacer esto a escala.

Otros descubrimientos llegaron por feliz accidente. A medida que mejoraba su capacidad para inmolar el estaño, el proceso producía más desechos de los que el hidrógeno podía limpiar. El rendimiento del espejo era degradante. Entonces, un día notaron algo divertido: los espejos no se degradaban tan rápido después de abrir la máquina para realizar el mantenimiento. Al final resultó que, el oxígeno en el aire que entró ayudó a revertir la contaminación. ASML incorporó la adición ocasional de pequeñas cantidades de oxígeno en el diseño.

A mediados de 2017, la empresa finalmente tuvo una demostración funcional que grababa chips a un ritmo adecuado para la industria: 125 obleas por hora. Desde su oficina en San Diego, Brown vio la demostración en los Países Bajos. Estaba eufórico; se había puesto una camisa hawaiana, proclamando que finalmente podría irse de vacaciones.

Esta cosa era como zzzt zzzt zzzt zzzt , recuerda, imitando la velocidad de la retícula moviéndose y el brazo robótico deslizándose en una nueva oblea cada 30 segundos. Fue la última ficha de dominó que básicamente dijo: 'Sí, la litografía EUV sucederá'.

Ese año, ASML finalmente comenzó a enviar máquinas que revolucionarían la fabricación de chips. Una vez que el mercado se dio cuenta de que ASML tenía el monopolio de las herramientas de última generación, sus acciones comenzaron a dispararse, alcanzando los $549 y haciendo que la capitalización de mercado de la empresa fuera casi del tamaño de la de Intel.

Si eres un fanático de los engranajes como yo, la máquina es realmente hermosa de contemplar. —una maravilla de la ingeniería. Cuando visité a Wilton, me acompañaron para ver un enorme bloque de aluminio fresado que forma la parte superior del dispositivo. Tiene ocho pies de largo, seis pies de ancho y dos pies de espesor. Reluciente como el chasis de una nave espacial, sostiene la retícula de vidrio y también tiene montadas en ella enormes bombas moleculares en forma de barril. Cada bomba contiene aspas diminutas que giran a 30 000 RPM, aspirando todos los gases de la máquina para producir un vacío en su interior. De hecho, golpean las moléculas del gas fuera del camino, una a la vez, me dijo Whelan.

Se podría argumentar que el principal éxito de ASML no ha sido tanto fabricar maquinaria como medirla. Cuando me quité el traje de conejo, visité el taller mecánico, donde se tallaban enormes trozos de vidrio para la retícula. Después de fresar cada pieza de vidrio, se coloca en máquinas que la alisan gradualmente durante cientos de horas durante varias semanas. Como me dijo el gerente del taller de maquinaria, Guido Capolino, miden el vidrio todo el tiempo para ver cuántas imperfecciones se eliminan, comenzando con micrones gruesos. Hizo un gesto hacia una máquina pulidora detrás de nosotros, donde las piezas de vidrio giraban lentamente sobre una mezcla húmeda de pulido.

Esta configuración experimental de sobremesa en la fábrica de ASML en San Diego se utiliza para probar conjuntos de generadores de gotas, parte de la fuente de luz de la máquina EUV.

Los espejos dentro de la máquina de litografía pueden acumular residuos de estaño de la fuente de luz EUV. Después de limpiar y pulir los espejos, esta máquina se utiliza para examinarlos.

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Estamos abajo en angstroms y nanómetros para la variabilidad aquí, dijo. Usar vidrio en la retícula es crucial; no se deforma bajo el calor tanto como el metal. Pero es endiabladamente difícil de tallar, otro problema más que los ingenieros tuvieron que resolver lentamente.

El éxito de ASML con EUV le ha valido a la empresa un profundo respeto en la industria de los microchips. Chris Mack, un veterano de cuatro décadas en la litografía de chips, es actualmente el director de tecnología de Fractilia, una empresa que fabrica software para la fabricación de chips. Él dice que la razón por la que ASML y sus socios tuvieron éxito, donde otros ni siquiera se atrevieron a intentarlo, es la persistencia pura y obstinada.

Pelaron la cebolla, me dijo. Ellos van, Oh, ahora tengo la siguiente capa. Y luego tiran de esa capa. Y luego nadie sabe realmente si está podrido en el centro o si va a ser bueno. Simplemente lo siguen pelando. Y para su crédito, simplemente nunca se dieron por vencidos.

Ahora que tienen la capacidad de seguir fabricando componentes cada vez más pequeños , las principales empresas como Intel, TSMC y Samsung pueden construir chips cada vez más rápidos y que ahorren más energía.

Nuestros diseñadores pueden respirar aliviados, dice Sam Sivakumar de Intel. La Ley de Moore está viva.

A medida que más máquinas EUV entren en línea y su costo se amortice, la tecnología se filtrará a una cantidad cada vez mayor de dispositivos cotidianos. El único lugar que no se beneficiará de la revolución EUV, al menos a corto plazo, es China.

Una fuente de luz EUV se encuentra en una bahía de prueba en una sala limpia ASML.

Preocupados de que China represente una amenaza tecnológica, tanto la administración de Trump como la de Biden presionaron con éxito a los Países Bajos para evitar que ASML vendiera máquinas EUV a los clientes allí.

¿Puede China simplemente fabricar sus propios dispositivos EUV? Algunos observadores de la industria sospechan que no puede. El éxito de ASML con EUV requirió una enorme colaboración con empresas con sede en todas partes, desde Alemania y EE. UU. hasta Japón (lo que hace que los productos químicos sean críticos para las máscaras litográficas). China, al estar relativamente aislada, tiene pocas posibilidades por sí sola, según Will Hunt, analista del Centro de Seguridad y Tecnología Emergente de la Universidad de Georgetown. Realmente no puede cerrar esa brecha, dice.

Lo que es posible, sugieren otros observadores, es que simplemente habrá un retraso en la capacidad de China para comprar máquinas EUV. Por lo general, los fabricantes de chips de China trabajan con herramientas de última generación que están un paso por detrás de las utilizadas por TSMC en Taiwán, Samsung en Corea o Intel en los EE. UU., dice C.J. Muse. Entonces, cuando la primera generación de máquinas EUV de ASML se vuelva un poco más vieja, dentro de unos años, y la industria cambie a modelos más nuevos, es posible que China pueda comprarlos.

Y, de hecho, ASML ya está trabajando en una versión mejorada del dispositivo. Podrá enfocar la luz EUV en un grado aún más nítido gracias a lo que se conoce como una apertura numérica más alta, lo que le permitirá grabar componentes que podrían tener menos de 10 nanómetros de ancho. Esta máquina EUV de NA alta tendrá espejos más grandes, lo que requerirá que toda la máquina también sea más grande. Intel es actualmente el primer cliente de una de estas máquinas de próxima generación y espera vender sus primeros chips creados con ellas para 2025.

ASML y la mayoría de los observadores creen que EUV ayudará a los chips a progresar hasta al menos 2030, y posiblemente más. Después de todo, algunos de los trucos que los diseñadores de chips desarrollaron para mantener la UV profunda durante tanto tiempo deberían poder repetirse con EUV.

Pero en algún momento de la próxima década más o menos, el deseo de la industria de chips de reducir las características comenzará a toparse con algunas limitaciones físicas que son aún más difíciles que las que han superado actualmente. Por un lado, comienzan a surgir problemas cuánticos. De hecho, ya lo han hecho: los fabricantes de chips que utilizan máquinas EUV de ASML tienen que lidiar con errores estocásticos: los rayos de luz EUV se desvían naturalmente y producen patrones incorrectos en los chips. Estos no son problemas que detengan el espectáculo todavía, pero fruncirán el ceño cada vez más a medida que vayan los fabricantes de chips más pequeños.

Suponiendo que una AN alta mantenga la Ley de Moore hasta 2030, ¿qué se hará cargo entonces? Los expertos de la industria calculan que ASML continuará explorando dispositivos de mayor apertura numérica, lo que les permitirá enfocar EUV en puntos cada vez más pequeños. Al mismo tiempo, los diseñadores de chips están buscando estrategias para mejorar los chips que no dependan tanto de una mayor miniaturización, como ampliar las arquitecturas hacia arriba y construir en la tercera dimensión apilando capas de chips. En cuanto a qué tecnología de litografía podría venir después de EUV, nadie lo sabe todavía. Sivakumar de Intel no especularía; Mack dijo que fuera de EUV de alta NA, nada más está bajo desarrollo intensivo.

Dentro de la sala limpia de Wilton, Whelan me dio un vistazo a su máquina EUV de alta NA. Abrió una enorme puerta estilo garaje y me condujo a una nueva y enorme sala limpia del tamaño de un campo de fútbol. En la esquina había una cama de retícula de aluminio brillante. Era como el que había visto para la máquina EUV original, pero ya no cabía cómodamente en una sala de estar; era casi tan grande como un vagón de metro y pesaba 17 toneladas. Tuvieron que instalar grúas en el techo para moverlo.

Así que esta, dijo Whelan, será la máquina que nos ayude a continuar impulsando la Ley de Moore hacia el futuro.

Corrección: una versión anterior de este artículo indicaba que se han instalado más de 1000 máquinas EUV. En realidad, son más de 100.

Clive Thompson es un periodista de ciencia y tecnología con sede en la ciudad de Nueva York y autor de Codificadores: la formación de una nueva tribu y la reconstrucción del mundo.