Litografía desenmascarada

A medida que los consumidores esperan que todo, desde teléfonos móviles hasta animales de peluche, tenga una potencia informática significativa, los fabricantes están bajo presión para producir microchips cada vez más rápidos y baratos. Pero fabricar chips de computadora utilizando fotolitografía, la técnica de fabricación estándar, es tremendamente costoso. Una parte significativa de ese costo son las máscaras en forma de esténcil que filtran el haz de luz utilizado para modelar millones de transistores en un chip. De hecho, fabricar un solo chip de silicio puede requerir hasta 30 máscaras que cuestan más de un millón de dólares, y a medida que los transistores de un chip continúan reduciéndose, el costo de las máscaras solo aumenta.



No es de extrañar, entonces, que los investigadores se apresuren a desarrollar formas de eliminar por completo las máscaras. Uno de los esfuerzos más prometedores, dirigido por Henry Smith, director del Laboratorio de Nanoestructuras del MIT, utiliza una serie de pequeños espejos, cada uno de solo 16 micrómetros de diámetro, para dirigir la luz a través de lentes microscópicos; cada lente enfoca un haz de luz en un punto de la oblea de silicio, y cuanto más poderosa es la lente, más pequeña es la mancha. Al inclinar los espejos individuales hacia adelante y hacia atrás, una computadora puede encender y apagar haces individuales mientras toda la configuración escanea a través de la oblea. Con hasta un millón de espejos, el sistema podría crear el mismo patrón complejo en el chip de silicio que normalmente requeriría una serie de máscaras.

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Esta historia fue parte de nuestro número de septiembre de 2001





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Hasta ahora, el grupo de Smith ha utilizado el sistema para modelar características de chips de 350 nanómetros de ancho, un 40 por ciento más anchas que las de los mejores chips de la actualidad. Pero las simulaciones por computadora predicen que la tecnología MIT puede generar características tan pequeñas o incluso más pequeñas que las derivadas de la litografía convencional al cambiar a longitudes de onda de luz más cortas.

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En la Universidad de California, Berkeley, un grupo dirigido por el ingeniero eléctrico William Oldham está adoptando un enfoque similar; pero donde el grupo del MIT se ha centrado en aumentar el poder de las lentes para hacer características más pequeñas, los investigadores de Berkeley están reduciendo el tamaño de los espejos. Sin aumentar la potencia de las lentes, para obtener patrones más pequeños se necesitan espejos más pequeños, dice Yashesh Shroff, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Oldham.

Actualmente, el equipo de Oldham está fabricando espejos que miden solo un micrómetro de ancho. Nadie había hecho espejos tan pequeños antes, dice Shroff. En cinco años, agrega, los investigadores esperan tener un sistema completo que pueda grabar características de 50 nanómetros de ancho o menos en chips de silicio.



Las tecnologías sin máscara podrían dar a los diseñadores de chips una flexibilidad sin precedentes. Si desea probar un diseño por día, no puede permitirse el lujo de construir un juego de máscaras de un millón de dólares al día, dice Dan Herr, director de investigación de ciencia de materiales y procesos en Semiconductor Research Corporation, respaldada por la industria, en Research Triangle Park, CAROLINA DEL NORTE. Con los microespejos, por otro lado, un diseñador podría simplemente reprogramar la matriz. Y la técnica podría hacer que la fabricación de chips personalizados para cosas como sintetizar el habla en juguetes o reproducir MP3 en computadoras portátiles (chips fabricados en cantidades mucho más pequeñas que, digamos, los procesadores Pentium) sea mucho más rentable. Digamos que quiero hacer un chip para un oso de peluche parlante, pero solo espero vender 2.000 de ellos, dice el ingeniero David Carter, miembro del grupo MIT. Ahora, con una máscara que cuesta un millón de dólares, ¿quién va a pagar 500 dólares por un osito de peluche?

Una mayor flexibilidad y un menor costo también podrían ser de gran ayuda para otras industrias que buscan aplicaciones emergentes de litografía. Smith, por ejemplo, cree que su tecnología será adecuada para modelar las cámaras y canales que ayudan a procesar muestras biológicas en chips de microfluidos, que podrían usarse para el descubrimiento de fármacos o en dispositivos de diagnóstico portátiles.

Los observadores sugieren que el equipo del MIT es el más cercano a un producto que reemplazaría las máscaras; los investigadores esperan tener un dispositivo comercial de espejo y lente para la creación de prototipos de chips en el mercado en uno o dos años. Aún así, los fabricantes de chips también están tomando nota de los esfuerzos de litografía en Berkeley, la Universidad de Stanford y la Universidad de Texas en Austin. Hasta hace unos dos años, toda esta tecnología sin máscara se veía como un cielo muy azul, dice Herr. Pero los avances en el software de computadora, así como en las tecnologías para fabricar cosas como los microespejos, junto con el costo creciente de los métodos de producción existentes, podrían sacar la litografía sin máscara del laboratorio y llevarla a las plantas de fabricación en un plazo de cuatro a cinco años, dice Herr.

Si eso sucede, se derribará una barrera más para la innovación informática.



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