Uno de los problemas centrales de los escáneres de litografía ultravioleta extrema (EUV) es construir una fuente de luz de alta potencia y confiable. ASML, la única empresa que fabrica herramientas de litografía EUV, usa para eso la enredada tecnología de plasma producido por láser (LPP). Varias compañías proponen en cambio el láser de electrones libres (FEL), que depende de un acelerador de partículas. Aunque el FEL tiene ventajas y cuenta incluso con el respaldo de Elon Musk, ASML difícilmente lo adopte, según JPMorgan.
"Dados los avances en láseres, ASML no ve razón para probar la nueva fuente de luz FEL que prefiere Musk", informa Semi Doped, que cita una nota de JPMorgan para clientes.
Gotas de estaño y espejos
Los sistemas EUV actuales disparan pulsos de láser de CO₂ contra gotas diminutas de estaño fundido, de unos 30 micrones de diámetro. El impacto las convierte en plasma ionizado, con temperaturas electrónicas de varias decenas de electronvoltios, que emite radiación EUV de 13,5 nm. Esa luz la recoge un espejo colector elíptico de cerca de 0,5 metros, recubierto con múltiples capas de molibdeno y silicio, que refleja de forma selectiva la mayor cantidad posible de radiación de 13,5 nm y la dirige al foco intermedio, en la entrada del escáner.
Como prácticamente todos los materiales absorben radiación EUV, y hasta los espejos multicapa especializados se quedan con una parte sustancial, todo el camino óptico tiene que operar en vacío y con óptica reflectiva en vez de la refractiva convencional. Esa es una de las razones por las que generar suficiente potencia EUV sigue siendo difícil.
De 250 W a 1.000 W
Pese a las dificultades, ASML subió la potencia de sus fuentes LPP de unos 250 W a cerca de 500 W, y planea llevarla a 1.000 W en los próximos años. La empresa también proyecta casi duplicar la cantidad de gotas de estaño generadas, hasta 100.000 por segundo.
¿Qué ofrece el acelerador de partículas?
Un láser de electrones libres genera luz EUV acelerando electrones hasta casi la velocidad de la luz y haciendo pasar el haz por un ondulador, una serie de imanes alternados que obligan a los electrones a oscilar y emitir radiación. La interacción entre los electrones y su propia radiación los agrupa en paquetes microscópicos que emiten luz con longitud de onda de 13,5 nm.
El método elimina las gotas de estaño y los residuos asociados, que obligan a usar películas protectoras sobre las fotomáscaras, y podría entregar bastante más potencia EUV que una fuente LPP. Un solo FEL podría además reemplazar varias fuentes LPP, combinado con un sistema grande de distribución del haz.
El entusiasmo por el FEL es fuerte en China, Estados Unidos y Japón. Aun así, Tom's Hardware calcula que tomará una década, o más, antes de que pueda competir con el LPP dentro de fábricas de semiconductores reales, y que en el intervalo la tecnología va a consumir miles de millones de dólares.
El costo de cambiar de fuente
Frente al LPP, relativamente compacto, un FEL exige un acelerador de partículas de alta complejidad, una fuente de electrones, un ondulador largo, control del haz de electrones, blindaje contra la radiación y un sistema de distribución extremadamente complejo, con espejos capaces de manejar y repartir potencia EUV muy alta sin perder demasiada en el camino. Toda la máquina tiene que alcanzar los niveles de disponibilidad, eficiencia y costo que exige una fábrica de semiconductores, algo que a ASML y al resto de la industria le tomó años conseguir.
