ASML y TSMC son dueñas y señoras de los semiconductores. Una startup de EEUU cree saber cómo acabar con ellos: con rayos X
Una misteriosa startup estadounidense llamada Substrate ha hecho su aparición con un objetivo extraordinariamente ambicioso: competir de tú a tú con ASML. La empresa neerlandesa se ha convertido en dueña y señora del segmento de máquinas de fotolitografía avanzadas para la fabricación de chips, pero en Substrate creen tener la llave para cambiar las tornas.
Por qué es importante. ASML no tiene competencia en el mercado desde que colocó su primer equipo de fotolitografía UVE. Lo de ASML es un monopolio de facto: si un fabricante o diseñador de chips quiere acceder a producir los modelos más avanzados, depende totalmente de la empresa holandesa. Nadie ha logrado toserle desde entonces, y hasta China, que intenta liberarse de esa dependencia, lo tiene realmente complicado.
Substrate. Así se llama esta startup que ha desarrollado un nuevo equipo en el que usa aceleración de partículas para gestionar la litografía. Esta tecnología permite grabar circuitos microscópicos en obleas de silicio, y esta nueva empresa afirma que sus máquinas podrían estar en plantas de fabricación en EEUU en los dos próximos años. Suena todo muy bien. Quizás demasiado, pero ya cuentan con fondos para intentarlo: acaban de levantar 100 millones de dólares y entre los inversores está Peter Thiel, cofundador de PayPal y actual CEO de Palantir.
Y ya puestos, intentarán ayudar a crear la nueva TSMC. El reto es enorme: ASML ha invertido décadas y miles de millones de dólares para perfeccionar sus equipos fotolitográficos, y la complejidad de este mercado hace muy difícil que empresas creadas desde cero puedan competir. El objetivo de Substrate es doble, porque además pretende lograr que sus máquinas habiliten la fabricación asequible de chips en EEUU. O lo que es lo mismo: no solo quiere competir directamente con ASML, sino permitir que haya fabricantes estadounidenses que compitan con TSMC en suelo estadounidense. Ahí es nada.
La luz lo es todo. Al crear esos circuitos, algunas de las líneas que se crean son tan finas que sus dimensiones son aún más delgadas que la longitud de onda de la luz. Para solucionar ese problema ASML hacen uso de luz ultravioleta extrema (UVE) mediante un complejísimo conjunto de lentes y espejos. Estas máquinas generan un tipo de luz artificial que es capaz de grabar esas finísimas líneas en los chips avanzados.
Rayos X muy especiales. En Substrate plantean una idea distinta. Aunque no dan todos los detalles para evitar que alguien les pueda copiar, sus máquinas usan litografía de rayos X (LRX). Un acelerador de partículas crea una fuente de luz a partir de rayos X con una longitud de onda más corta, y eso permite utilizar dicho haz para crear chips avanzados. Las actuales máquinas de Substrate son actualmente capaces de trabajar con nodos de 12 nanómetros, comparables a las máquinas High NA EUV de ASML: eso las equipararía con las líneas de producción de chips más avanzadas del mundo.
La tecnología LRX no es nueva. Esta técnica existe desde los años 70, pero había sido abandonada porque las técnicas de onda más larga (UVP y UVE) seguían escalando sin necesidad de superar los grandes desafíos técnicos de RXL. En substrate parecen tener precisamente la solución a esos problemas, que se centraban en la óptica y en la necesidad de usar aceleradores de partículas masivos como fuente de luz.
Y prometen un ahorro de costes brutal. En Substrate sostienen que su equipo LRX tendrá un coste estimado de unos 40 millones de dólares, frente a los 400 millones del High-NA EUV de ASML. Además habría otra revolución asociada: la posibilidad de realizar el llamado patronaje de exposición única a resoluciones avanzadas (2 nm, 1 nm y más allá) eliminando así los costes adicionales del multipatterning (exposiciones múltiples). De cumplir esa promesa, el coste de producción de obleas avanzadas sería un 50% inferior según Substrate.
Pero. Por supuesto, una cosa es decirlo y otra hacerlo. La precisión del proceso, explican en Semianalysis, es un obstáculo monumental. La transferencia de patrones (ir «de la luz al silicio» casi «tallándolo») sigue siendo problemática, y entre los retos están el solucionar la rugosidad de los bordes de los patrones impresos, que queda amplificada durante el grabado.
También está el problema del ruido estocástico (shot noise, fluctuaciones aleatorias en los fotones que causan defectos) y la borrosidad o desenfoque de electrones secundarios inherente a la alta energía de los rayos X, que limita la resolución fundamentalmente. También hay de momento problemas con la superposición (overlay) de 1,6 nm, aún alta para procesos más avanzados donde se buscan 1,0 o 1,2 nm.
