Planarización de obleas por inyección de tinta: la solución microscópica a un enorme problema de los chips

En cierto modo, todos caemos en el error de centrarnos en el panorama general. Cada avance tecnológico (y últimamente han sido muchos) se cuela en nuestras redes sociales y en las conversaciones informales en el trabajo. Pero no ocurren por casualidad, y esto es algo sobre lo que sabemos mucho. Porque nuestro motor silencioso de científicos pioneros está ocupado resolviendo problemas que la mayoría de la gente ni siquiera tiene idea de que existen pero que podrían cambiar radicalmente el rumbo de la tecnología.

Te lo creas o no, llevamos más de medio siglo dedicados a fabricar y vender las máquinas que producen los cerebros de nuestros dispositivos electrónicos. Así que sabemos un par de cosas sobre los chips semiconductores. Recientemente, hemos contribuido a que el mundo esté más cerca de resolver un problema enorme, pero diminuto: ¿cómo simplificar la producción de los potentes chips informáticos que necesitamos para la era de la inteligencia artificial?

Y deben ser más potentes para hacer frente al nivel de procesamiento que nuestro mundo necesita cada vez más. Si tienes un conocimiento básico de chips de ordenador, sabrás que esto es un guiño a la famosa Ley de Moore, que afirma que «el número de transistores de un microchip se duplica aproximadamente cada dos años, mientras que los costes informáticos disminuyen». Y aunque es discutible si esta ley sigue siendo válida, el hecho es que algo tenía que cambiar para aumentar la potencia de un chip sin que el tamaño, el coste o la velocidad de fabricación resultaran afectados. Para abordar esto, nuestros científicos han diseñado algo nunca visto hasta ahora. Una tecnología que, francamente, es tan revolucionaria y tan compleja que necesita un poco de explicación.

Una ciudad diminuta y accidentada

Hoy en día, cuando se fabrican chips semiconductores, se utilizan uno de dos tipos de procesos: la fotolitografía, que es el método tradicional y emplea la luz para grabar circuitos eléctricos extremadamente complejos en una oblea de silicio, o la litografía por nanoimpresión, una tecnología emergente de Canon que «estampa» con precisión el patrón del circuito (algo así como una minúscula máquina de gofres). Y aquí es donde empiezan los problemas.

Los chips se han vuelto más potentes al incorporar literalmente miles de millones de pequeños transistores que, como puedes imaginar, pueden llegar a estar muy juntos, haciendo que su superficie sea irregular. Esto supone un gran problema porque, en un chip increíblemente pequeño, incluso la protuberancia más microscópica puede tener el mismo efecto que un enorme bache en una carretera. Así que, cuando hay que imprimir la siguiente capa de circuitos encima, todo puede volverse desesperadamente inestable.

Debido a que los chips modernos pueden tener decenas de estas capas apiladas unas sobre otras, esto se ha abordado hasta ahora mediante técnicas como el «recubrimiento por centrifugación» (aplicar un líquido que forma una película sobre la superficie y girar la oblea para extenderla de manera fina y uniforme) y el pulido químico-mecánico (alisar repetidamente la oblea antes de añadir la siguiente capa). Sin embargo, a medida que todos los elementos que componen un chip —transistores, interruptores y vías de interconexión de cobre— se hacen más pequeños, estas técnicas ya no ofrecen la precisión necesaria.

Solucionar el problema mediante la experiencia en inyección de tinta

Sí, lo has leído bien: inyección de tinta. Como cabría esperar, tenemos un conocimiento excepcional en este campo y, en esencia, hemos adaptado la misma tecnología que aplica tinta sobre el papel con precisión para rellenar de forma perfecta la superficie de un chip. Este es el proceso:

Escaneo: primero se hace una especie de mapa de la superficie de la oblea de silicio, identificando con absoluta precisión sus elevaciones y depresiones.

Inyección y relleno: luego, utilizando las boquillas de inyección de tinta exclusivas de Canon, la máquina calcula exactamente cuánto de un líquido especial se necesita para rellenar las depresiones (los microscópicos «baches», por así decirlo).

Presión: finalmente, se presiona una placa plana sobre el líquido, de modo que los huecos quedan completamente llenos. Luego se solidifica como una resina sólida mediante luz ultravioleta.

Cuando se levanta la placa, la superficie es perfectamente plana. En realidad, esa descripción simplemente no hace justicia al nivel de planitud que esta tecnología —la planarización adaptativa basada en inyección de tinta— logra. La variación máxima en la altura de la superficie es inferior a 5 nanómetros. Teniendo en cuenta que un cabello humano mide entre 80 000 y 100 000 nanómetros de ancho, la precisión alcanzada resulta asombrosa.

Pero sí, los nanómetros quizá no sean la unidad más fácil de visualizar, así que digámoslo de otra manera. Piensa en la superficie más lisa que puedas imaginar, quizá la pantalla de tu móvil, e imagina que tiene unos 16 kilómetros de ancho, así que podrías cruzarla caminando. Lo que descubrirías es que en realidad está llena de colinas y valles tan altos como casas y tan profundos como ríos (para tener una idea real de esto, necesitaríamos un microscopio extremadamente potente). Ahora, si empleáramos esta nueva tecnología, llenando los valles y luego alisando la superficie con una placa gigante, la mayor protuberancia que encontrarías sería tan fina como una tarjeta de crédito.

Plano, apilado y de última generación

Al eliminar las irregularidades hasta este nivel extraordinario, nuestros científicos han logrado un avance que permite a los fabricantes de chips apilar capas de circuitos una encima de otra, cada vez más altos, creando arquitecturas más tridimensionales que nunca, sin aumentar su ancho, de modo que siguen cabiendo en la tecnología que conocemos y nos encanta utilizar. Y esto facilita el camino para hacerlo más rápido y de forma más económica también.

Así que, aunque la imagen general que acapara los titulares es: procesadores ultrapotentes para la IA, los teléfonos y los superordenadores del mañana, nada de esto podría existir sin un mundo donde prestemos una atención microscópica a los detalles. Creemos en revisar constantemente nuestros conocimientos especializados y encontrar nuevas formas de utilizarlos para resolver los desafíos ocultos que subyacen a las infraestructuras más complejas del mundo. Y, como resultado, a menudo somos la fuerza silenciosa detrás de la tecnología más avanzada que utilizas todos los días.

De hecho, incluso podríamos decir que estamos allanando el camino hacia el futuro.