La revolución ultravioleta: dentro de las invisibles máquinas de 150 millones de dólares que están dando forma al futuro de los microchips

Las máquinas de litografía ultravioleta cuestan más de $150 millones cada una y tienen el tamaño de un autobús.
Los observadores de la industria apodan a la última generación de estas herramientas «las máquinas que salvaron la Ley de Moore» porque hacen posibles los procesadores modernos de vanguardia.
ASML es el único proveedor de sistemas de litografía EUV, con herramientas EUV que cuestan alrededor de $150–$180 millones cada una.
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) implementó por primera vez EUV en volumen en su proceso de 7nm+ (N7+) en 2019.
La litografía ultravioleta extrema utiliza luz de 13,5 nm producida al disparar un láser de alta potencia sobre gotas de estaño para crear plasma que emite radiación EUV, con consumos de energía de la herramienta que superan 1 megavatio.
ASML envió la primera herramienta EUV High-NA, EXE:5200, en 2025, que eleva la apertura numérica a 0,55 y apunta a unas 175 obleas por hora.
Los primeros chips comerciales con EUV salieron en 2019, con el proceso 7nm+ (N7+) de TSMC y el 7LPP de Samsung usando EUV.
Los controles de exportación impiden que ASML venda EUV a China, mientras que las ventas de ASML a China en 2024 fueron de alrededor de $7 mil millones, principalmente de herramientas DUV.
Nikon y Canon se retiraron del desarrollo de EUV; Nikon sigue suministrando escáneres de inmersión de 193 nm, mientras que Canon se centra en la litografía por nanoimpresión NIL con envíos de prueba en 2024.
La DRAM de clase 14 nm de Samsung utiliza EUV en varias capas y Micron planea EUV para su próximo nodo de DRAM.

Cada microprocesador moderno – desde el chip de tu smartphone hasta las CPU que impulsan la IA en la nube – nace bajo luz ultravioleta. De hecho, algunas de las máquinas de fabricación más avanzadas del mundo proyectan láseres ultravioleta invisibles sobre obleas de silicio para grabar los circuitos a nanoescala que hacen funcionar los microchips. Estas máquinas cuestan más de $150 millones cada una, tienen el tamaño de un autobús y operan con una complejidad casi de ciencia ficción; sin embargo, son los héroes anónimos detrás de la Ley de Moore y el avance continuo hacia procesadores más rápidos, pequeños y eficientes ^[1], ^[2]. Los observadores de la industria incluso han apodado a la última generación de estas herramientas “las máquinas que salvaron la Ley de Moore”, porque sin ellas, fabricar chips de vanguardia sería prácticamente imposible ^[3]. Este informe se adentra en el mundo de la litografía ultravioleta – tanto en su forma tradicional ultravioleta profundo (DUV) como en la avanzada ultravioleta extrema (EUV) – explicando cómo funciona, por qué es tan crítica para el desarrollo de microprocesadores y hacia dónde se dirige.

La litografía ultravioleta puede sonar como ingeniería esotérica, pero su impacto es muy real y visible en nuestra vida diaria. Al imprimir patrones cada vez más finos de transistores en silicio, la litografía UV permite directamente el notable ritmo de mejora de la industria tecnológica. Como lo expresó sin rodeos un analista tecnológico, “La Ley de Moore básicamente se está desmoronando, y sin esta máquina, se acabó. Realmente no se pueden fabricar procesadores de vanguardia sin EUV.”^[4] En otras palabras, el futuro de los microchips –y de todos los dispositivos e innovaciones que impulsan– ahora depende de aprovechar la luz en longitudes de onda diminutas. A continuación, desglosaremos cómo funciona esta impresión basada en luz, cómo evolucionó hasta la última tecnología EUV, quiénes son los principales actores (desde el fabricante de herramientas holandés ASML hasta gigantes de los chips como TSMC, Samsung e Intel), los avances recientes (como las máquinas EUV de próxima generación y técnicas alternativas), y lo que dicen los expertos de la industria sobre el camino a seguir.

¿Qué es la litografía ultravioleta?

En esencia, la litografía en la fabricación de chips es similar a la fotografía sobre silicio. Una oblea de silicio se recubre con un material fotosensible (fotorresistente), y una máquina utiliza luz enfocada para proyectar patrones de circuitos intrincados sobre esa oblea a través de una máscara similar a una plantilla. Los patrones corresponden a los diminutos transistores y cableados que conforman un microprocesador. Dondequiera que la luz incide, cambia químicamente el fotorresistente para que esas regiones puedan ser grabadas o procesadas, mientras que las áreas cubiertas permanecen protegidas. Al repetir este proceso capa por capa con extrema precisión, los fabricantes de chips construyen la compleja arquitectura de un circuito integrado moderno.

La clave para la resolución en este proceso de “impresión” es la longitud de onda de la luz. Así como un pincel más fino permite a un artista pintar detalles más pequeños, una longitud de onda de luz más corta permite a los fabricantes de chips grabar características más finas. Durante décadas, la industria de los semiconductores ha avanzado constantemente hacia longitudes de onda más cortas en el espectro electromagnético para imprimir transistores cada vez más pequeños ^[5]. Los primeros chips en la década de 1960 usaban luz visible y ultravioleta larga (g-line a 436 nm, i-line a 365 nm), pero para la década de 1990 el estado del arte avanzó hacia el rango de ultravioleta profundo con potentes láseres de excímero a 248 nm (KrF) y luego 193 nm (ArF)^[6]. La luz a 193 nm – aproximadamente 1/5 de la longitud de onda de la luz visible – se convirtió en la herramienta principal para la fabricación de chips durante los años 2000 y 2010. Esta litografía ultravioleta profunda (DUV) permitió características mínimas del orden de ~50 nm e inferiores, especialmente después de la introducción de técnicas como lentes de inmersión y exposiciones múltiples ^[7]. De hecho, la “litografía láser de excímero” a 248 nm y 193 nm fue tan exitosa que impulsó la Ley de Moore durante unas dos décadas, permitiendo que el tamaño de los transistores siguiera reduciéndose y la densidad de los chips siguiera duplicándose según lo previsto ^[8].

Sin embargo, a finales de los años 1990 y principios de los 2000, los ingenieros sabían que se estaban acercando a un muro de longitud de onda con la luz de 193 nm ^[9]. Para crear patrones con características mucho más pequeñas que ~40–50 nm, la litografía de 193 nm tuvo que recurrir a métodos cada vez más complicados: trucos ópticos exóticos, pasos de multipatroneo (exponer la misma capa varias veces con máscaras desplazadas para lograr un paso efectivo más fino), y otras soluciones ingeniosas ^[10], ^[11]. Estas técnicas extendieron la vida útil de las herramientas DUV (de hecho, los fabricantes de chips llevaron los 193 nm hasta nodos comercializados como 10 nm o incluso 7 nm usando doble, triple o cuádruple patroneo), pero a costa de una enorme complejidad, menor rendimiento y costos de producción disparados. A mediados de la década de 2010, estaba claro que la DUV tradicional se estaba forzando al límite: la industria necesitaba un salto a una longitud de onda más corta de luz para mantener el ritmo de la Ley de Moore ^[12].

Litografía ultravioleta profunda (DUV): El caballo de batalla

La litografía UV profunda (usando láseres de ~248 nm y 193 nm) ha sido la tecnología principal para la fabricación de chips durante muchas generaciones. Las herramientas DUV son esencialmente sistemas de imagen proyectada extremadamente precisos: hacen brillar un láser UV a través de una fotomáscara con patrón y una serie de lentes de reducción para proyectar una imagen miniaturizada sobre la oblea de silicio. Los sistemas modernos de 193 nm incluso llenan el espacio entre la lente y la oblea con agua ultrapura (litografía por inmersión) para aumentar efectivamente la apertura numérica de la lente y resolver características más pequeñas ^[13]. Usando estos métodos, la litografía por inmersión de 193 nm se volvió capaz de imprimir características muy por debajo de su longitud de onda nominal, pero solo empleando técnicas de mejora de resolución y exposiciones repetidas. Por ejemplo, antes de la llegada de la EUV, los chips de nodo de 7 nm de vanguardia se realizaban con DUV usando cuatro pasos de enmascaramiento separados para una sola capa (cuádruple patroneo), un ejercicio asombrosamente complejo de alineación de precisión.

La litografía DUV es altamente madura y confiable. Las herramientas DUV de empresas como ASML, Nikon y Canon todavía manejan la mayoría de las capas en la fabricación de chips hoy en día (incluso en fábricas de vanguardia, solo las capas más críticas usan EUV, mientras que las capas menos críticas continúan usando múltiples exposiciones DUV). Estas máquinas también son significativamente más baratas que las últimas herramientas EUV: un escáner DUV de inmersión de gama alta puede costar del orden de $50–$100 millones, mientras que una herramienta EUV cuesta más de $150 millones ^[14]. Como resultado, las herramientas DUV siguen siendo indispensables no solo para chips de generaciones anteriores (donde los tamaños de las características son más grandes y fáciles de imprimir), sino también como complemento del EUV en procesos avanzados. De hecho, las ventas de DUV todavía constituyen la mayor parte de las unidades de equipos de litografía enviadas cada año ^[15]. Los fabricantes de chips tienen una enorme base instalada de escáneres DUV y un amplio conocimiento en su uso.

Sin embargo, a pesar de las continuas mejoras, el DUV de 193 nm alcanzó un límite fundamental en cuanto a lo pequeño que podía llegar sin un esfuerzo insostenible. La resolución práctica en la litografía óptica sigue aproximadamente el criterio de Rayleigh: tamaño mínimo de característica ≈ k₁ · (λ/NA), donde λ es la longitud de onda y NA es la apertura de la lente. Con λ fijada en 193 nm y NA al máximo alrededor de 1.35 (inmersión), los fabricantes de chips comprimieron k₁ hasta sus límites teóricos usando trucos computacionales, pero para seguir reduciendo el tamaño de las características, λ misma tenía que reducirse. Para 2019, fundiciones líderes como TSMC y Samsung habían introducido comercialmente una nueva fuente de luz de litografía a 13.5 nm de longitud de onda, casi 15 veces más corta que los 193 nm del DUV ^[16]. Esto marcó el inicio de la era de la litografía de ultravioleta extremo.

El cambio a la litografía de ultravioleta extremo (EUV)

La litografía ultravioleta extrema (EUV) utiliza luz de longitud de onda mucho más corta – 13,5 nm, en el límite entre el UV y los rayos X – para exponer los chips. Al pasar a este “pincel” mucho más fino, la EUV puede imprimir transistores y características mucho más pequeñas con una sola exposición, evitando muchos de los complicados pasos de multipatronado que necesita la DUV en nodos avanzados ^[17]. En términos prácticos, la litografía EUV ha permitido la fabricación a gran escala de chips en las generaciones tecnológicas de 7 nm, 5 nm y 3 nm, con muchos menos pasos de proceso y mejores rendimientos que un enfoque completamente DUV. Por ejemplo, TSMC de Taiwán utilizó EUV en algunas capas críticas comenzando con su proceso de 7 nm+ (N7+) en 2019 – el primer proceso comercial en usar EUV ^[18] – y luego de forma extensiva para sus nodos de 5 nm que alimentan procesadores como los chips para smartphones A15 y A16 Bionic de Apple ^[19]. Samsung, de manera similar, comenzó la producción en masa con EUV a principios de 2019 en su proceso 7LPP y desde entonces ha implementado EUV para 5 nm e incluso en la fabricación de chips de memoria^[20], ^[21]. Estos movimientos cambiaron las reglas del juego: al usar luz de 13,5 nm, los fabricantes de chips pudieron imprimir características con exposiciones de patrón único que antes requerían múltiples pasadas DUV, simplificando la fabricación y permitiendo un empaquetado de transistores más denso que nunca^[22].

Sin embargo, la litografía EUV no fue una revolución fácil. Se necesitaron más de dos décadas de investigación y unos ~$9–10 mil millones en gastos de I+D para hacer que la EUV fuera viable para la producción a gran escala ^[23]^[24]. Los desafíos fueron inmensos porque la luz de 13.5 nm se comporta de manera muy diferente a la luz de 193 nm. Para empezar, ningún material es transparente a 13.5 nm: no se pueden usar lentes refractivos ni máscaras de vidrio convencionales. En su lugar, los sistemas EUV utilizan un sistema óptico completamente de espejos: una serie de espejos multicapa finamente diseñados con recubrimientos especiales que reflejan la luz de 13.5 nm (cada espejo refleja solo una parte de la luz, por lo que con varios espejos la intensidad cae drásticamente) ^[25]. La fotomáscara también es un sustrato reflectante en lugar de una placa de vidrio transparente. Todo esto debe funcionar en vacío (el aire absorbería la EUV). En resumen, los escáneres EUV son un rediseño completo del sistema óptico en comparación con las herramientas DUV, involucrando ópticas exóticas y precisión extrema.

Luego está la fuente de luz: ¿cómo se genera siquiera luz ultravioleta de alta intensidad de 13,5 nm? La respuesta parece de ciencia ficción: las herramientas EUV crean luz disparando un láser de alta potencia por pulsos a diminutas gotas de estaño fundido, 50.000 veces por segundo ^[26], ^[27]. Cada pulso del láser vaporiza una gota de estaño en un plasma extremadamente caliente que emite radiación EUV; esencialmente, una mini explosión similar a una estrella ocurre dentro de la máquina. Estos destellos de plasma producen la luz deseada de 13,5 nm junto con mucha otra radiación y residuos no deseados, por lo que el sistema debe filtrar y recolectar la longitud de onda correcta y proteger todo lo demás. Luego, la luz EUV es enfocada por los espejos ópticos y dirigida sobre la oblea en patrones. Es un proceso sumamente ineficiente en términos de generación de luz (gran parte de la energía se pierde como calor), por lo que el láser que alimenta la fuente debe ser increíblemente potente. La fuente de luz de un escáner EUV puede consumir del orden de >1 megavatio de potencia para entregar suficiente flujo de fotones EUV para la fabricación a gran volumen ^[28]. En cambio, un láser excimer de 193 nm utiliza solo una pequeña fracción de esa potencia. Esto explica por qué las herramientas EUV tienen requisitos masivos de energía y refrigeración, y por qué técnicas alternativas como la litografía por nanoimpresión (que no utiliza láseres en absoluto) presumen ahorros energéticos de ~90% ^[29].

La complejidad no termina ahí. Debido a que los fotones EUV son tan energéticos, pueden inducir sutiles efectos estocásticos en el fotorresistente (variaciones aleatorias que pueden causar defectos si no se mitigan), y las máscaras EUV no pueden protegerse fácilmente con las típicas pélículas protectoras (desarrollar pélículas especiales para EUV fue otro esfuerzo de varios años). Cada parte del sistema – desde las etapas de vacío, hasta los posicionadores de obleas de 6 grados de libertad moviéndose a metros por segundo, hasta la inspección de defectos de esos espejos multicapa – llevó los límites de la ingeniería al extremo. “Es una tecnología muy difícil; en términos de complejidad probablemente esté en la categoría del Proyecto Manhattan,” comentó el director de litografía de Intel, ilustrando lo desafiante que fue desarrollar la EUV ^[30].

Durante muchos años, muchos expertos dudaron que la EUV alguna vez funcionara a tiempo. Los principales actores Nikon y Canon abandonaron la investigación en EUV después de encontrar demasiados obstáculos, dejando a ASML (Países Bajos) como la única empresa que impulsaba la tecnología hacia adelante^[31]^[32]. La apuesta de ASML finalmente dio frutos, pero no sin ayuda. En 2012, reconociendo la importancia estratégica de la EUV, los grandes fabricantes de chips Intel, TSMC y Samsung invirtieron conjuntamente alrededor de 4 mil millones de dólares en ASML para acelerar el desarrollo de la EUV ^[33]. Para 2017, ASML finalmente presentó un escáner EUV listo para producción (modelo NXE:3400B), y para 2019 los primeros chips comerciales fabricados con EUV ya estaban saliendo al mercado ^[34]^[35]. Los observadores de la industria lo calificaron como un momento decisivo: la tan esperada revolución de la EUV había llegado justo a tiempo para extender la hoja de ruta de los semiconductores. Como señaló MIT Technology Review, la herramienta EUV de ASML es “un dispositivo codiciado… utilizado para fabricar características de microchips tan pequeñas como 13 nanómetros… lleno de 100,000 diminutos mecanismos… se necesitan cuatro aviones 747 para enviar uno a un cliente” ^[36]. En resumen, los escáneres EUV son maravillas de la ingeniería moderna que aplican la luz ultravioleta a una escala y complejidad nunca antes vistas.

Por qué la litografía UV es importante para los microprocesadores

El beneficio de toda esta complejidad es sencillo: transistores más pequeños y mayor rendimiento del chip. Al imprimir características más finas, los fabricantes de chips pueden meter más transistores en la misma área (lo que normalmente significa más potencia de cómputo o menor costo por chip) y reducir las capacitancias eléctricas y las distancias que las señales deben recorrer (lo que implica velocidades de conmutación más rápidas y menor consumo de energía). Esta es la esencia de la Ley de Moore: reducir las dimensiones de los transistores para incluir más en cada generación de chips, y la litografía es el habilitador fundamental de ese progreso ^[37], ^[38]. Cuando escuchas sobre un nuevo chip de smartphone fabricado con un “proceso de 3 nm” o una CPU de servidor con “tecnología EUV de 5 nm”, esos números reflejan en gran medida las capacidades de la litografía avanzada para definir características extremadamente pequeñas (aunque los nombres de los nodos son en parte marketing, se correlacionan con las mejoras de densidad que EUV ha hecho posibles).

La importancia de la litografía ultravioleta quizás se ilustra mejor considerando lo que sucedería sin estos avances. Si la industria se hubiera quedado solo con DUV de 193 nm, los fabricantes de chips tal vez habrían encontrado formas de hacer chips muy potentes, pero necesitarían tantos pasos de procesamiento repetitivos (y una complejidad que mataría el rendimiento) que los costos se dispararían y el progreso se ralentizaría drásticamente. De hecho, a mediados de la década de 2010, algunos predecían el fin inminente de la Ley de Moore porque la litografía óptica estaba llegando a su límite. EUV llegó justo a tiempo para proporcionar un nuevo salvavidas. Al restaurar un patrón de exposición simple en la vanguardia, EUV ha extendido la hoja de ruta de escalado al menos por unas cuantas generaciones más. Muchos de los chips más avanzados de hoy deben su existencia a EUV. Por ejemplo, los últimos procesadores de la serie A para smartphones y los chips de la serie M para Mac de Apple son fabricados por TSMC usando procesos EUV de 5 nm, lo que permite conteos de transistores de decenas de miles de millones y grandes saltos en velocidad y eficiencia respecto a generaciones anteriores ^[39]. Las CPUs y GPUs Ryzen de AMD, muchas de las cuales se fabrican en nodos EUV de 7 nm o 5 nm de TSMC, también disfrutan del aumento de densidad y el ahorro de energía. Incluso los aceleradores de IA y procesadores de centros de datos más avanzados – del tipo que impulsa modelos de IA a gran escala – dependen de procesos EUV de 5 nm/4 nm para empaquetar motores de cálculo matricial de forma densa y gestionar la energía térmica.

No son solo los chips lógicos. Los chips de memoria también están cosechando beneficios de los avances en litografía ultravioleta. Los fabricantes de DRAM de alto rendimiento han comenzado a usar EUV para ciertas capas críticas en sus últimas generaciones (por ejemplo, la DRAM de clase 14 nm de Samsung utiliza EUV en varias capas) para aumentar la densidad de bits y mejorar los rendimientos ^[40]. Micron también está introduciendo EUV en su próximo nodo de DRAM. Más capas de EUV en la memoria se traducen en más gigabits de almacenamiento por chip y menor costo por bit, lo que en última instancia significa más memoria en tus dispositivos por el mismo precio. De hecho, el CEO de ASML, Peter Wennink, ha señalado que la creciente demanda de IA y datos está impulsando a los fabricantes de memoria a adoptar EUV rápidamente – “Los fabricantes de DRAM están usando más capas de EUV en los nodos actuales y futuros”, comentó, lo que está impulsando la demanda de estas herramientas en toda la industria ^[41].

En resumen, la litografía ultravioleta afecta directamente la capacidad de los microprocesadores. La capacidad de fabricar transistores más pequeños no solo permite colocar más núcleos o más caché en un chip, sino que también puede reducir la energía requerida para cada conmutación de transistor. Por eso, cada nueva generación de procesos suele aportar una ganancia de rendimiento del 15–30% y una reducción de consumo del 20–50% con el mismo diseño, o alternativamente permite duplicar o más la densidad de transistores. Por ejemplo, el paso de TSMC de un proceso de 7 nm (mayormente DUV) a 5 nm (EUV) ofreció alrededor de una aumento de 1,8× en la densidad lógica y ~15% de ganancia de velocidad a igual consumo ^[42]. Estas mejoras se traducen en teléfonos inteligentes más rápidos, centros de datos más eficientes y avances en tareas de computación de alto rendimiento. La litografía ultravioleta es la mano invisible que esculpe estas mejoras en el silicio. Como lo resumió un director de investigación de la industria: “Sin EUV, realmente no puedes fabricar ningún procesador de vanguardia”^[43] – es así de crucial para mantenerse en la curva del progreso.

Estado actual de la tecnología y principales actores

A partir de 2025, la litografía ultravioleta está en el corazón de cada fábrica de chips avanzada, y está dominada por unos pocos actores y tecnologías clave. Aquí tienes una visión del panorama actual y de las principales fuerzas que lo impulsan:

ASML (Países Bajos) – El pilar de la litografía. ASML es el único proveedor de sistemas de litografía EUV a nivel mundial ^[44]. A finales de la década de 2010 se convirtió en la primera (y única) empresa en comercializar escáneres EUV, después de que sus competidores se retiraran ^[45]. Sus herramientas EUV (cada una cuesta alrededor de $150–$180 millones ^[46], ^[47]) son utilizadas por todos los fabricantes de chips de vanguardia. ASML también produce escáneres DUV (donde compite con Nikon/Canon por cuota de mercado). Gracias a la EUV, ASML se ha convertido en una de las empresas de equipos semiconductores más valiosas del mundo, manteniendo esencialmente un monopolio sobre la tecnología de litografía más avanzada. Una sola fábrica de última generación puede necesitar una flota de 10–20 máquinas EUV de ASML, lo que representa una inversión de varios miles de millones de dólares. En 2021, ya había más de 100 herramientas EUV en funcionamiento ^[48], y ese número sigue aumentando a medida que TSMC, Samsung e Intel expanden el uso de EUV. (Cabe destacar que los controles de exportación actualmente impiden que ASML venda máquinas EUV a China, debido a su importancia estratégica ^[49].)
TSMC (Taiwán) – Pionero en fundición con EUV. TSMC es el mayor fabricante de chips por contrato del mundo y fue el primero en implementar EUV en producción a gran escala (su nodo de 7nm+ “N7+” en 2019 fue el primer proceso EUV de la industria) ^[50]. Desde entonces, TSMC ha aprovechado ampliamente EUV para su generación de 5 nm (2019–2020) y los nodos de 4 nm/3 nm, produciendo chips para Apple, AMD, Nvidia y muchos otros con rendimientos de clase mundial. Al usar EUV en varias capas críticas, TSMC logró los aumentos de densidad que definen esos nodos. El liderazgo de TSMC en dominar EUV tempranamente es una gran razón por la que superó a Intel en tecnología de procesos en los últimos años. De cara al futuro, TSMC planea continuar usando el EUV actual (0.33 NA) en sus nodos de 3 nm e incluso 2 nm, y está evaluando la próxima generación de EUV para más allá de eso ^[51]. (Curiosamente, TSMC ha indicado que podría no apresurarse a adoptar las primeras herramientas de High-NA EUV para sus procesos de la era de 2 nm alrededor de 2027–2028, prefiriendo esperar hasta que la economía lo justifique ^[52].)
Samsung (Corea del Sur) – Adoptante de memoria y lógica. Samsung fue rápido en adoptar EUV para lógica, anunciando la producción de 7 nm EUV ya en 2019 (sus procesadores móviles Exynos y algunos chips Qualcomm Snapdragon usaron estos). Samsung también lideró el uso de EUV en memoria, convirtiéndose en el primero en usar EUV en la fabricación de DRAM (para su nodo DRAM de 1z-nm) y en el apilamiento de V-NAND ^[53]. La línea de fabricación de Samsung con capacidad EUV en Hwaseong ha sido un escaparate, y la empresa sigue invirtiendo en EUV tanto para su negocio de fundición como de memoria. Al igual que TSMC, Samsung es cliente de la próxima High-NA EUV de ASML, aunque los informes sugieren que Samsung aún no ha decidido cuándo introducirá esas herramientas en producción ^[54]. Mientras tanto, los procesos insignia actuales de Samsung (5 nm, 4 nm, transistores de 3 nm Gate-All-Around) utilizan EUV para reducir los pasos de enmascarado. Samsung también sigue produciendo muchos chips usando DUV y herramientas más antiguas, pero para la vanguardia está completamente comprometido con EUV.
Intel (EE. UU.) – Corriendo para volver al frente. Intel, durante mucho tiempo líder en litografía, experimentó retrasos en su nodo de 10 nm (que utilizaba multipatronado DUV avanzado) y por ello se rezagó en la adopción de EUV. Pero desde entonces ha invertido fuertemente para ponerse al día. Las generaciones de procesos más recientes de Intel (con la marca “Intel 4”, “Intel 3”, aproximadamente equivalentes a la clase de ~7 nm y ~5 nm) utilizan litografía EUV para múltiples capas – Intel 4, por ejemplo, emplea EUV en la fabricación de los próximos CPUs Meteor Lake de la compañía ^[55]. Intel también fue uno de los primeros inversores en ASML y ha asegurado acceso prioritario a las máquinas EUV High-NA de ASML: recibió la primera herramienta EUV High-NA del mundo (serie EXE:5000) en 2023 para I+D y está previsto que reciba la primera herramienta High-NA de nivel de producción (EXE:5200) entre 2024 y 2025 ^[56], ^[57]. Intel planea usar esos escáneres EUV High-NA para sus nodos de 1.8 nm y generación de 14Å (alrededor de 2027) como parte de su ambiciosa hoja de ruta para recuperar el liderazgo en procesos ^[58], ^[59]. Con un nuevo liderazgo en la dirección ejecutiva, Intel está promoviendo abiertamente su adopción de EUV e incluso servicios como fundición usando EUV para fabricar chips para otras compañías en un futuro cercano.
Nikon y Canon (Japón) – Veteranos de DUV, explorando alternativas. Nikon y Canon fueron en su momento proveedores dominantes de equipos de litografía (en los años 90, Nikon en particular lideraba en steppers de vanguardia). Siguen fabricando herramientas de litografía DUV; de hecho, durante muchos años Nikon suministró máquinas a Intel y fabricantes de memorias. Pero ninguna de las dos empresas entregó una solución EUV: ambas se retiraron del desarrollo de EUV después de investigaciones a principios de los 2000, cediendo ese mercado a ASML ^[60]. Hoy en día, Nikon todavía vende escáneres de inmersión de 193 nm para fabricación de alto volumen (especialmente usados en fábricas que no son de vanguardia o como herramientas complementarias), mientras que Canon se ha enfocado en nichos especializados como litografía por nanoimpresión (NIL). Las nuevas máquinas NIL de Canon intentan “estampar” patrones de chips mecánicamente y afirman un costo un orden de magnitud menor y un 90% menos de consumo energético que las herramientas EUV^[61]^[62]. Canon comenzó a enviar sus primeras herramientas NIL para pruebas en 2024 ^[63]. Algunos ven la NIL como una posible tecnología disruptiva para ciertas aplicaciones (podría usarse junto con la litografía convencional para capas más simples o dispositivos de memoria), pero aún no está probada para la producción de lógica de mayor volumen y densidad^[64]. Por ahora, Nikon y Canon siguen siendo significativos en el espacio DUV (y para nodos más antiguos), pero ASML tiene un monopolio efectivo sobre la litografía avanzada necesaria para microprocesadores de vanguardia.
Aspiraciones de China – Reduciendo la Brecha Bajo Restricciones. China, que alberga grandes fábricas de chips como SMIC, actualmente no tiene acceso a la tecnología EUV – ASML nunca ha tenido permitido vender escáneres EUV a China debido a restricciones de exportación lideradas por EE. UU. cnfocus.com. Incluso las ventas de las herramientas DUV de inmersión más recientes de ASML a China ahora están sujetas a licencias del gobierno holandés desde 2023 ^[65]. Esto ha impulsado los esfuerzos chinos para desarrollar litografía autóctona. La principal empresa china de equipos de litografía, SMEE (Shanghai Micro Electronics Equipment), según informes, ha construido máquinas capaces de litografía DUV de clase 90 nm y 28 nm, pero aún nada cercano a EUV (EUV implica un vasto ecosistema de patentes y problemas físicos complejos). Como resultado, fábricas chinas como SMIC han logrado producir un chip similar a 7 nm usando patrones múltiples DUV más antiguos, pero siguen estando un par de generaciones detrás de la vanguardia que requiere EUV. Las tendencias del mercado global están así profundamente entrelazadas con la geopolítica: las herramientas de litografía se han convertido en un activo estratégico. En 2024, las ventas de ASML a China (principalmente herramientas DUV) fueron de unos 7 mil millones de dólares ^[66], pero el crecimiento futuro es incierto debido al endurecimiento de los controles de exportación. Mientras tanto, la demanda está en auge en otros lugares, por lo que ASML proyecta que su negocio EUV aumente ~30% en 2025 a pesar de posibles vientos en contra en China ^[67], ^[68].

Desafíos y Avances Recientes

Si bien la litografía ultravioleta ha permitido avances notables, también enfrenta importantes desafíos que impulsan la innovación continua. Aquí algunos puntos clave de dolor y los avances recientes que los abordan:

Costo y complejidad de la herramienta: El precio de los escáneres EUV (~150 millones de dólares o más cada uno) y su enorme complejidad elevan la barrera de entrada para los fabricantes de chips ^[69]. Solo unas pocas empresas pueden permitirse grandes flotas de estas herramientas. Para justificar el costo, las fábricas necesitan alta utilización y alto rendimiento. Avance: Las herramientas de próxima generación High-NA EUV son aún más caras (>300 millones de dólares cada una) ^[70], pero prometen mayor rendimiento y resolución, lo que potencialmente reduce el costo por transistor. Además, los esfuerzos en aprendizaje automático y litografía computacional ayudan a maximizar el desempeño de cada herramienta (mejorando la fidelidad del patrón y las ventanas de proceso).
Rendimiento (velocidad del escáner): Las primeras herramientas EUV procesaban menos obleas por hora que sus contrapartes DUV, en parte debido a la potencia limitada de la fuente y ópticas más delicadas. Bajo rendimiento significa menor productividad de la fábrica. Avance: La potencia de la fuente EUV ha mejorado de forma constante (las fuentes actuales superan los 250 W, frente a ~125 W en las herramientas de producción iniciales), y los últimos escáneres EUV de ASML pueden exponer ~160 obleas/hora en condiciones óptimas. Los próximos sistemas High-NA EUV tendrán ópticas rediseñadas con mayor apertura numérica 0.55 vs 0.33, lo que mejora la resolución pero inicialmente reduce el tamaño del campo. Para compensar, ASML está diseñando estas herramientas para eventualmente alcanzar un rendimiento de ~185 obleas/hora. De hecho, ASML acaba de enviar su primer modelo High-NA EUV (EXE:5200) en 2025 y afirma que ofrecerá un aumento de productividad del 60% sobre las herramientas EUV actuales – aproximadamente 175 obleas/hora, lo que está a la par con los escáneres DUV ^[71].
Defectos y rendimiento: Debido a que EUV utiliza máscaras reflectantes y opera en dimensiones a nanoescala, el control de defectos es una gran preocupación. Pequeños defectos o partículas en la máscara pueden imprimirse en la oblea, y los fotorresistentes EUV y el proceso pueden mostrar defectos aleatorios (problemas estocásticos) si no se optimizan. Avance: La industria desarrolló películas protectoras para máscaras para EUV (para mantener las partículas fuera de la máscara) después de muchas iteraciones. La química de los fotorresistentes también está evolucionando: nuevos materiales de resist y técnicas de subcapa han mejorado la sensibilidad y la rugosidad del borde de línea. Los fabricantes de chips informan que los problemas iniciales de rendimiento con EUV se han superado en gran medida, y las tasas de defectos son comparables a los nodos anteriores ^[72]. Aun así, los investigadores continúan perfeccionando la tecnología de resist y máscaras (incluyendo la exploración de resistencias de óxido metálico y otros enfoques novedosos para EUV).
Consumo de energía: Como se mencionó, los escáneres EUV consumen mucha energía: cada uno puede requerir del orden de un megavatio de electricidad entre la fuente láser, las bombas de vacío y los sistemas de refrigeración ^[73]. Esto contribuye al considerable costo operativo y aumenta la huella ambiental de las fábricas. Avance: Métodos alternativos de litografía como Nanoimprint buscan reducir drásticamente el consumo de energía (Canon afirma un 90% menos de uso energético) ^[74]. Dentro de la propia EUV, los ingenieros se esfuerzan por lograr fuentes más eficientes (por ejemplo, mayor eficiencia de conversión de energía láser a luz EUV) para que las herramientas futuras produzcan más luz con menos energía de entrada. Incluso pequeñas mejoras en la eficiencia de la fuente o la reflectividad de los espejos pueden generar ahorros significativos de energía a lo largo de miles de obleas.
Límites de la resolución óptica: Incluso la EUV a 13,5 nm eventualmente alcanzará límites de escalado. Las herramientas EUV actuales (0,33 NA) pueden realizar cómodamente patrones de paso de ~30 nm; más allá de eso, se necesitará multipatroneo o High-NA EUV para nodos de ~2 nm y menores. Avance: High-NA EUV es esencialmente el próximo gran paso: al aumentar la NA de la lente a 0,55 con un nuevo diseño óptico (que, notablemente, requiere un nuevo tamaño de máscara de 6 pulgadas y una plataforma de herramientas completamente nueva), estos sistemas podrán resolver características entre un 30–40% más pequeñas ^[75]. ASML dice que High-NA EUV podría casi triplicar la densidad de transistores en los chips al permitir características más finas y pasos más ajustados ^[76]. Se espera que las primeras herramientas High-NA EUV sean utilizadas en pruebas piloto por Intel alrededor de 2025–2026, con el objetivo de un uso a gran escala para ~2028 ^[77]. Esta extensión debería llevar a la industria a través de los nodos de 2 nm, 1,5 nm y 1 nm (a pesar del nombre, estos implicarán pasos de características en las decenas bajas de nanómetros). Más allá de eso, pueden ser necesarios otros enfoques (como los conceptos “Beyond EUV” en longitudes de onda aún más cortas, o métodos de patronado revolucionarios).
Técnicas alternativas de litografía: La concentración de la capacidad crítica de litografía en una sola empresa (ASML) y una sola tecnología (EUV) ha despertado interés en técnicas alternativas o auxiliares. Avance: Además de la NIL de Canon, se está trabajando en Directed Self-Assembly (DSA) – el uso de materiales especiales que forman espontáneamente patrones muy finos, lo que puede complementar la litografía para ciertas estructuras. Otro enfoque es la litografía multiphotón o cuántica, que sigue siendo en gran parte académica. La litografía por haz de electrones (escritura directa con haces de electrones) se utiliza para la fabricación de máscaras y prototipos, pero es demasiado lenta para la producción en masa. Sin embargo, las empresas están explorando herramientas de haz de electrones múltiple para patrones de nicho. Estas alternativas, si maduran, algún día podrían reducir la carga sobre la litografía óptica o reducir los costos en algunas capas. Por ahora, son investigaciones “buenas de tener”, mientras que la litografía óptica UV sigue siendo el pilar indispensable.

Perspectivas de expertos y panorama futuro

El consenso entre los expertos de la industria es que la litografía ultravioleta seguirá siendo la piedra angular de la fabricación de chips en el futuro previsible, aunque con una evolución continua. “Seguimos innovando y desarrollando… hay una curva de aprendizaje pronunciada para nosotros y nuestros clientes,” dijo un portavoz de ASML sobre el lanzamiento de la EUV High-NA, subrayando que cada nuevo salto (como High-NA) requiere un ajuste fino extenso ^[78]. Los analistas también advierten que la rentabilidad guiará la adopción: “Mientras que algunos fabricantes de chips pueden introducir [High-NA EUV] antes para obtener liderazgo tecnológico, la mayoría no la adoptará hasta que tenga sentido económicamente,” señaló Jeff Koch de SemiAnalysis, prediciendo que la mayoría esperará hasta ~2030, cuando su ventaja justifique el gasto^[79]. En respuesta, el CEO de ASML, Peter Wennink, insiste en que High-NA demostrará su valor antes: “Todo lo que vemos con los clientes es que High-NA es más barato [para ellos]” para lograr el siguiente nivel de escalado ^[80]. Esta visión optimista sugiere que, a medida que aumenta la complejidad, una litografía más avanzada podría en realidad reducir los costos generales al eliminar pasos adicionales del proceso.

No se puede exagerar el papel central de ASML, un hecho que no pasa desapercibido para los gobiernos. En un mundo donde los chips de última generación otorgan ventajas económicas y militares, el equipo de litografía se ha convertido en un activo estratégico. El gobierno holandés (con el respaldo de EE. UU.) ha limitado estrictamente las exportaciones de herramientas avanzadas de ASML a China ^[81], una medida destinada a “frenar las ambiciones de semiconductores de Pekín”^[82]. Esto ha llevado a una bifurcación en la cadena de suministro global de chips: los chips lógicos más avanzados actualmente solo se producen en unos pocos lugares (Taiwán, Corea del Sur y pronto EE. UU. a través de las fábricas de TSMC/Intel), todos usando las máquinas EUV de ASML. China está invirtiendo fuertemente para ponerse al día en nodos más antiguos y desarrollar litografía nacional, pero los expertos estiman que podrían pasar muchos años para acercarse a la paridad, si es que alguna vez lo logran, dadas las enormes barreras de conocimiento y propiedad intelectual.

Mientras tanto, la demanda de herramientas de litografía UV está aumentando al ritmo del auge de los semiconductores. El crecimiento de la IA y la computación de alto rendimiento está impulsando a las principales fábricas a expandir su capacidad. Los libros de pedidos de ASML para herramientas EUV alcanzaron máximos históricos: en un trimestre reciente, los pedidos se dispararon a 10 mil millones de dólares, en gran parte para futuros sistemas EUV y High-NA ^[83]. La empresa prevé que los ingresos relacionados con EUV aumentarán ~40–50% en 2025 ^[84], ayudando a impulsar sus ventas totales a pesar de la menor demanda de memoria o de China ^[85]. En otras palabras, el mercado de litografía de última generación es sólido y está creciendo, y ASML espera enviar docenas de unidades EUV adicionales cada año. Para 2030, probablemente la EUV High-NA estará proliferando, y la conversación girará en torno a lo que vendrá después de la era EUV.

¿Qué podría venir después? Algunos investigadores hablan de “Más allá de EUV” – quizás utilizando longitudes de onda aún más cortas en el rango de rayos X blandos (~6–8 nm) o litografía por proyección de electrones/iones – pero cada uno de esos caminos enfrenta enormes desafíos físicos. Por ahora, la estrategia de la industria es sacar el máximo provecho de EUV: primero implementando EUV de alta apertura numérica (High-NA EUV) para otra 1–2 generaciones de reducción, y combinando EUV con una integración de procesos ingeniosa (como arquitecturas chiplet y apilamiento 3D, que alivian la necesidad de reducciones monolíticas en 2D). La litografía seguirá siendo una mezcla de técnicas: DUV no desaparecerá (se usará junto con EUV), y métodos novedosos como nanoimpronta podrían encontrar un nicho para complementar los procesos principales si demuestran su eficacia. Pero cualquier cambio radical lejos de la litografía óptica probablemente requeriría también un cambio de paradigma en el diseño de chips – algo que aún no está en el horizonte para la fabricación a gran escala.

En palabras del presidente de TSMC, Mark Liu, la industria de los semiconductores ha estado “trabajando en un túnel” con un objetivo claro durante décadas: reducir, reducir, reducir ^[86]. La litografía ultravioleta ha sido la luz que guía ese túnel. Comenzó con lámparas de mercurio y UV primitivo, progresó a láseres excímeros de UV profundo que nos acompañaron durante más de 20 años ^[87], y ahora ha llegado a la era de EUV extremo, extendiendo aún más el túnel. El viaje no ha sido nada fácil – marcado por momentos de triunfo y frecuentes dudas – pero el resultado es asombroso: miles de millones de estructuras de apenas decenas de átomos de ancho, estampadas perfectamente en grandes obleas, permitiendo hazañas computacionales que parecían imposibles hace una generación.

Al mirar hacia adelante, el desarrollo de microprocesadores está más entrelazado con la litografía que nunca. El rendimiento y las capacidades de las próximas CPUs, GPUs y aceleradores de IA estarán determinados en gran medida por cuán finamente y de manera confiable podamos imprimir sus características. La litografía ultravioleta es la herramienta maestra que lo hace posible. Los expertos de la industria son optimistas de que, con innovaciones continuas – desde ópticas High-NA hasta software más inteligente y quizás algunas ideas fuera de lo común como NIL o DSA – la litografía seguirá avanzando. El CEO de ASML incluso sugiere que la hoja de ruta para EUV y sus extensiones es sólida para la próxima década, dando a los fabricantes de chips una pista clara para continuar mejorando. Las tendencias del mercado global indican un crecimiento saludable y una competencia intensa, pero también una convergencia en torno a unas pocas tecnologías y proveedores clave.

En resumen, el mundo de la litografía ultravioleta es una fusión de física e ingeniería de vanguardia con economía y estrategia de alto riesgo. Puede operar en el reino invisible de la luz UV, pero su impacto es vívidamente claro en la forma de microprocesadores más potentes año tras año. La próxima vez que escuches sobre un nuevo avance en chips “nanométricos”, recuerda la revolución ultravioleta que trabaja tras bambalinas. Desde el UV profundo hasta el EUV extremo y más allá, estas tecnologías realmente están dando forma al futuro de los microchips – grabando las próximas líneas en la historia del progreso tecnológico humano, un destello de fotón a la vez.

Fuentes

C. Thompson, “Dentro de la máquina que salvó la Ley de Moore,” MIT Technology Review, 27 de octubre de 2021 ^[88]^[89]
Wikipedia, “Fotolitografía – Las herramientas más avanzadas actualmente usan láseres excimer UV profundo de 193 nm” ^[90]
M. Chaban, “Iluminando el camino: Cómo ASML revivió la Ley de Moore,” Google Cloud Blog, 28 de marzo de 2023 ^[91]^[92]
Orbit Skyline (Blog de Soluciones FAB de Semiconductores), “Explorando el futuro de la litografía EUV y más allá,” 4 de noviembre de 2024 ^[93]
T. Sterling, “Intel encarga sistema ASML por más de $340 millones en busca de ventaja en fabricación de chips,” Reuters, 19 de enero de 2022 ^[94]
T. Sterling, “El próximo desafío de chips de ASML: lanzamiento de su nueva máquina ‘High NA EUV’ de $350 millones,” Reuters, 9 de febrero de 2024 ^[95]
TrendForce News, “ASML confirma el primer envío de High-NA EUV EXE:5200…,” 17 de julio de 2025 ^[96]
T. Sterling, “El gobierno holandés excluye la mayoría de las ventas de ASML a China de los datos de exportación,” Reuters, 17 de enero de 2025 ^[97]
A. Shilov, “Nueva técnica de fabricación de chips por ‘estampado’ utiliza un 90% menos de energía que la EUV,” Tom’s Hardware, 31 de enero de 2024 ^[98]
Samsung Newsroom, “Samsung Electronics comienza la producción en masa en la nueva línea EUV,” febrero de 2020 ^[99]
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC), “Tecnología 7nm FinFET Plus (N7+) – Primera en usar EUV (2019)” ^[100]
S&P Global Market Intelligence, “ASML preparada para un repunte impulsado por IA a medida que aumenta la demanda de EUV y High-NA,” septiembre de 2023 ^[101]

How Samsung’s Extreme Ultraviolet unlocks the next generation of chips | Engadget Today

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References