ASML busca un 40% más de velocidad

Las fotomáscaras estándar son demasiado cortas para que un escáner de alta apertura numérica (High-NA) exponga el campo completo de un chip convencional en una sola pasada. ASML y TSMC proponen alargarlas para recuperar ese campo, aunque su anuncio conjunto establece una hoja de ruta de desarrollo y no presenta todavía un sistema de producción operativo.

Más detalle, pero sobre una superficie menor

Una fotomáscara es la plantilla maestra de cada capa de un chip. El escáner litográfico proyecta el patrón sobre un revestimiento fotosensible aplicado a una oblea de silicio, de modo que las fases posteriores de fabricación puedan convertir esa imagen en circuitos.

La tecnología High-NA mejora la capacidad del escáner para distinguir elementos diminutos. Las siglas NA corresponden a «apertura numérica», una medida del intervalo de ángulos de luz que puede captar el sistema óptico. El principio se parece al de un objetivo de microscopio que recoge luz desde más direcciones: esos ángulos adicionales permiten separar detalles que, de otro modo, aparecerían borrosos. Imec ya ha demostrado patrones más finos mediante High-NA.

La mejora implica una contrapartida geométrica. La óptica ultravioleta extrema convencional reduce por igual el patrón de la máscara tanto en horizontal como en vertical. La disposición de espejos de High-NA, en cambio, lo comprime con más intensidad en la dirección de avance del escáner, por lo que la máscara actual solo permite cubrir la mitad del campo convencional en ese eje.

Cuando una capa del chip supera ese campo más corto, debe dividirse entre dos exposiciones contiguas. El escáner alinea después ambas imágenes en una unión interna mediante un procedimiento conocido como in-die stitching, que los investigadores siguen probando de forma experimental.

La máscara rectangular propuesta ofrece más espacio para el patrón en la dirección que queda comprimida. Una vez reducida por el sistema óptico, esa imagen alargada podría volver a cubrir el campo convencional completo y, en las capas adecuadas, sustituir dos exposiciones unidas por una sola. El cambio, por sí mismo, no permitiría fabricar chips de mayor tamaño ni obtener más unidades de cada oblea.

De dónde podría salir el aumento de velocidad

ASML calcula que la fotomáscara de mayor tamaño podría aportar alrededor de un 40% más de rendimiento cuando sustituya un proceso con unión de exposiciones. Al eliminar la segunda pasada, el escáner puede comenzar antes a trabajar con la siguiente oblea.

La cifra es una previsión de ASML, no un resultado de producción medido de forma independiente. Solo se aplicaría a las capas que, con la máscara actual, necesitarían dos exposiciones; los diseños que ya caben en el campo reducido apenas se beneficiarían del nuevo formato. Una exposición más rápida tampoco implica necesariamente una mejora del rendimiento de fabricación, es decir, de la proporción de chips que funcionan correctamente.

La tecnología del escáner está más avanzada que la nueva máscara. Imec ha sometido patrones experimentales a procesos de deposición de metales y comprobaciones eléctricas, lo que demuestra que determinadas estructuras sobrevivieron a fases de fabricación posteriores a la impresión inicial. La impresión permite comprobar si el escáner resuelve el patrón; los ensayos posteriores determinan si ese patrón puede convertirse en una estructura eléctrica funcional. El anuncio sobre la máscara de gran formato no recoge una demostración integral comparable.

Una placa más larga obliga a transformar toda una industria

La fotomáscara puede parecer simplemente una pieza de vidrio de mayor tamaño, pero su adopción exige adaptar todo el ecosistema industrial. Los proveedores necesitarán equipos compatibles para fabricarla, inspeccionarla, protegerla, transportarla y cargarla en los escáneres. ASML, los fabricantes de chips y las empresas de maquinaria deberán acordar un formato común y demostrar que cada traslado mantiene los niveles de limpieza y precisión exigidos por la litografía ultravioleta extrema.

La hoja de ruta fija como objetivo que las líneas piloto estén preparadas en 2031, con vistas a que los sistemas entren en producción a partir de 2033. Se trata de metas de desarrollo, no de pruebas de que la línea piloto ya exista o de que la cadena de producción haya superado el proceso de homologación.

Los fabricantes de chips no esperarán hasta entonces para adoptar High-NA. Samsung ha presentado un plan para introducirla en 2028 en memorias avanzadas, mientras que la hoja de ruta de TSMC sitúa el inicio de su fabricación con esta tecnología a partir de 2030. Las máscaras actuales y la unión de exposiciones sostendrán, por tanto, la primera fase de la transición.

El formato alargado busca recuperar el campo completo de High-NA y evitar una segunda exposición en las capas que lo permitan. Para convertir esa ventaja geométrica en una mejora real de productividad, ASML, los fabricantes de chips y los proveedores de maquinaria tendrán que homologar el mismo formato físico en todos los eslabones de la fábrica.