es.wedoany.com Noticia: Este esquema puede eliminar el problemático efecto de máscara 3D óptica, mejorar la resolución de la litografía y fabricar chips de menor tamaño a un costo más bajo.
Desde los centros de datos que sustentan la nueva generación de inteligencia artificial, hasta equipos médicos críticos, automóviles, dispositivos móviles u ordenadores, los chips basados en semiconductores son componentes centrales indispensables de la vida moderna.
Con la iteración tecnológica y el aumento continuo de la demanda de consumo energético, los investigadores se dedican a desarrollar chips de menor tamaño, lo que requiere un diseño de circuitos preciso a escala nanométrica. Tecnologías como la litografía ultravioleta extrema (EUV) han abierto nuevos caminos para la fabricación de chips microscópicos, pero enfrentan enormes desafíos físicos, de ingeniería y de costos que limitan su implementación y producción en masa en la etapa actual.
El profesor Tsumoru Shintake de la Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) publicó una investigación en el *Journal of Micro/Nanopatterning, Materials, and Metrology*, proponiendo un rediseño disruptivo del sistema de iluminación y el objetivo de proyección utilizados en la litografía ultravioleta extrema de alta apertura numérica (alta NA). Los resultados de la simulación muestran que este esquema puede eliminar el problemático efecto de máscara 3D óptica, mejorar la resolución de la litografía y fabricar chips de menor tamaño a un costo más bajo en comparación con los procesos EUV existentes.
Tsumoru Shintake declaró: "Actualmente, el costo de una sola máquina de litografía ultravioleta extrema asciende a cientos de millones de euros. Mi nuevo esquema puede lograr la preparación de patrones finos de 2 a 3 nanómetros, con un costo muy inferior al de los modelos comerciales más avanzados actuales."
En el contexto del crecimiento de la demanda de la industria de inteligencia artificial, explicó el valor de aplicación downstream de los chips semiconductores microscópicos. "La Agencia Internacional de la Energía predice que, impulsado por aplicaciones de alto consumo energético como los agentes inteligentes, el consumo de electricidad de los centros de datos se duplicará para 2030. Los chips fabricados con el proceso de litografía de alta NA tienen una mayor densidad de integración de dispositivos y distancias de transmisión de señales de circuito más cortas, lo que puede minimizar la pérdida de energía y reducir el gasto eléctrico por operación individual."
Tsumoru Shintake añadió: "Este tipo de chips de alta densidad también generará menos calor, reduciendo así la energía necesaria para la disipación térmica asociada. Esta mejora tecnológica podría reducir significativamente la carga eléctrica total de los centros de datos."
¿Qué es la litografía ultravioleta extrema? Explicación del proceso de formación de chips semiconductores
La tecnología de litografía ultravioleta extrema genera luz ultravioleta extrema con una longitud de onda de solo 13.5 nanómetros. El haz de luz se introduce en el sistema de iluminación y se irradia sobre una máscara de litografía reflectante, que contiene la plantilla completa del diseño del circuito. El haz de luz reflejado con el patrón pasa a través del objetivo de proyección, que reduce y enfoca el patrón mediante múltiples conjuntos de espejos, proyectándolo sobre la superficie de la oblea de silicio. Posteriormente, a través de una serie de procesos, el patrón del circuito se graba en la oblea de silicio.
Para lograr la preparación de circuitos de mayor integración, la industria ha comenzado a abordar la tecnología de litografía ultravioleta extrema de alta NA. La apertura numérica (NA) determina el rango de ángulos en el que el sistema óptico puede recibir y emitir luz; cuanto mayor es la NA, mayor es el rango de ángulos de luz que se puede capturar, y la lente puede resolver patrones más finos. En teoría, la resolución de la litografía (el tamaño mínimo de patrón identificable) es inversamente proporcional a la NA, por lo que una NA más alta permite una capacidad de formación de patrones más fina en los chips.
En los primeros días de la investigación de la litografía EUV en la década de 1990, los investigadores ya exploraron arquitecturas ópticas coaxiales de alta NA similares a la idea de Tsumoru Shintake, donde la máscara, el objetivo de proyección y la oblea de silicio se mantienen en una disposición coaxial. Este tipo de estructura coaxial es simple, pero en ese momento los investigadores no pudieron resolver los problemas de distorsión del patrón, desenfoque y diversos errores ópticos que se agravaban con el aumento de la NA.
Para superar estos puntos débiles, Tsumoru Shintake inicialmente intentó utilizar un conjunto de espejos cóncavos y convexos como objetivo de proyección. Después de iteraciones y optimizaciones, finalmente se formó una estructura de trayectoria óptica de dos etapas, cada una equipada con un conjunto de espejos cóncavos y convexos.
Los resultados iniciales de la simulación no fueron ideales. Posteriormente, descubrió que múltiples conjuntos de espejos dispuestos con precisión, a través de múltiples reflexiones de la trayectoria óptica, podían compensar diversas desviaciones ópticas mientras mantenían un rendimiento de alta NA. Después de meses de cálculos intensivos con el software de simulación óptica OpTaliX, determinó la curvatura ideal y la posición de colocación de los espejos para lograr una alta NA y garantizar la calidad de imagen.
Hacia una producción en masa escalable de semiconductores
Como todos los proyectos de investigación, este esquema aún tiene ciertas limitaciones: la simulación actual asume que los espejos tienen una reflectividad del 100% y están libres de defectos, y la transición del modelo de simulación a un equipo físico requerirá una gran cantidad de optimización de ingeniería especializada. La construcción de un prototipo físico es el siguiente paso central del equipo. Actualmente, el grupo de investigación ha iniciado el desarrollo de hardware EUV, con el objetivo de crear equipos de litografía ultravioleta extrema de bajo costo y alto rendimiento.
Tsumoru Shintake concluyó: "Este esquema puede simplificar enormemente la estructura de los equipos de alta NA y reducir los costos de fabricación, abriendo un nuevo espacio de desarrollo para la fabricación de semiconductores. Somos capaces de desarrollar máquinas de litografía que cuesten solo una cuarta parte de los equipos comerciales existentes. Con un proceso de litografía de mayor precisión, podemos preparar chips de memoria de mayor integración y chips lógicos de mayor eficiencia energética. Esta tecnología podría aportar un valor social transformador, apoyando el desarrollo de centros de datos y la próxima generación de la industria de inteligencia artificial, haciendo que diversos productos electrónicos sean más rápidos y consuman menos energía, y también se espera que reduzcan los costos de uso a largo plazo."
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