Las empresas como Intel, Samsung Foundry y TSMC utilizan máquinas de litografía EUV de ASML, un “acelerador de partículas” capaz de producir semiconductores con una resolución de 13 nm. Estas máquinas emplean una fuente de luz EUV generada por plasma producido por láser de CO₂ aplicado a gotas de estaño.
El potencial del acelerador de partículas
Un grupo de investigadores en Japón están investigando el uso de láseres de electrones libres (FEL) de aceleradores de partículas para la fabricación de chips con características avanzadas. La Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía (KEK), ubicada en Tsukuba, está desarrollando el uso de láseres de electrones libres (FEL) generados por un acelerador lineal de recuperación de energía (ERL) para la fabricación de chips.
Los investigadores afirman que un ERL podría producir decenas de kilovatios de energía EUV, para alimentar múltiples máquinas de litografía simultáneamente. Ahora bien, ASML ha desarrollado una fuente de luz EUV de 500 W para su Twinscan NXE:5800E y está considerando aumentar esta capacidad a 1000 W en el futuro del ERL.
El funcionamiento del ERL difiere de las herramientas de litografía EUV. Inicialmente, un cañón de electrones inyecta electrones en un tubo enfriado criogénicamente, donde son acelerados por cavidades de RF superconductoras. Los electrones pasan luego a través de un ondulador, emitiendo luz que se amplifica mediante emisión espontánea autoamplificada (SASE). Posteriormente, los electrones gastados retornan al acelerador de RF, transfiriendo su energía a los nuevos electrones antes de ser descartados. Esta recuperación de energía hace que el ERL sea un método altamente eficiente y rentable para generar luz EUV de alta potencia.
Las ventajas y desafíos técnicos
Según Norio Nakamura, investigador en KEK, la potencia extrema del haz FEL y su estrecho ancho espectral lo hacen ideal para aplicaciones de litografía futura. En 2021, KEK estimó que construir un sistema ERL costaría alrededor de 260 millones de dólares, entre 50 y 60 millones más que el precio de un Twinscan NXE:3800E. Este sistema proporcionaría 10 kW de potencia EUV, suficiente para múltiples máquinas de litografía, con costos operativos anuales proyectados en 25,675 millones de dólares.
Aunque el ERL ofrece ventajas, también presenta desafíos. Por ejemplo, un acelerador lineal de recuperación de energía es extremadamente grande. Además, se requiere un complejo conjunto de espejos para guiar los 10 kW de radiación EUV a múltiples herramientas litográficas sin pérdida significativa de potencia, y tal sistema aún no ha sido desarrollado.
También es necesario resolver la compatibilidad de las resistencias y películas con una fuente de luz tan potente. Nakamura reconoce que hay numerosos desafíos técnicos que deben superarse antes de que una herramienta litográfica basada en ERL pueda alcanzar los niveles de rendimiento y estabilidad operativa necesarios para la fabricación comercial de chips.
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Fuente: toms Hardrware
Foto: KEK
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