Al observar el desarrollo histórico, la evolución y la aplicación de las máquinas de litografía (refiriéndose específicamente a las utilizadas en los procesos iniciales de fabricación de circuitos integrados) se han encontrado muchos giros y vueltas. En general, hay dos períodos dignos de mención. La primera es cuando ASML surgió como un actor dominante al aprovechar la tecnología de inmersión, superando a los líderes anteriores de la industria. Esta fue una batalla de tecnologías. El segundo período comenzó con la comercialización de la litografía ultravioleta extrema (EUV), a medida que se intensificaba la competencia por nodos de proceso avanzados (a partir de 16 nm) entre TSMC, Samsung e Intel, que competían por la capacidad limitada de EUV. Esta fue una batalla de empresas.

A partir de la situación actual, se gesta la tercera ola de competencia en máquinas de litografía, y se espera que sea más compleja e intensa que las dos olas anteriores.

La primera ola: contraataque

En 1957, Jay Lathrop y James Nall, de un laboratorio del ejército estadounidense, patentaron la tecnología de fotolitografía, que se utilizaba para depositar tiras de metal sobre sustratos cerámicos para conectar transistores discretos. En 1959, Lathrop se unió a Texas Instruments y Nall pasó a Fairchild Semiconductor. En 1958, Jay Last y Robert Noyce fabricaron la primera cámara de "paso y repetición" en Fairchild Semiconductor, utilizando fotolitografía para fabricar muchos transistores en una sola oblea. Este fue el prototipo de la máquina de fotolitografía.

En la década de 1980, la corporación GCA de Estados Unidos dominaba el mercado mundial de máquinas de fotolitografía. Sin embargo, debido a la prisa por entregar equipos a los clientes sin una inspección adecuada, se enviaron al mercado cientos de lentes defectuosas. Casi al mismo tiempo, Nikon de Japón mejoró el sistema de enfoque de la máquina de fotolitografía y desarrolló objetivos de línea G con una apertura numérica mayor, lo que permitió que el sistema proyectara patrones diminutos en la fotorresistencia con mayor claridad. Esta innovación rápidamente permitió a Nikon dominar el mercado y los clientes abandonaron las máquinas de fotolitografía de GCA, lo que provocó que GCA decayera rápidamente.

Al mismo tiempo, Canon también lanzó productos aprobados en el mercado, convirtiéndose en uno de los dos líderes en la industria de máquinas de fotolitografía en ese momento junto con Nikon.

Mientras tanto, gracias a su éxito en las máquinas de fotolitografía de paso y escaneo, ASML se fue poniendo al día gradualmente, especialmente con su producto icónico PAS 5500, que fue muy elogiado por el mercado. Después de años de arduo trabajo, ASML se convirtió en un gigante en la era de las máquinas de fotolitografía de paso y escaneo.

Sin embargo, en ese momento, la posición industrial de ASML no era tan prominente como lo es ahora y era ligeramente inferior a la de Nikon y Canon.

El dominio de ASML en la industria de las máquinas de fotolitografía se originó a partir de la actualización del proceso de 193 nm a 157 nm. Antes de eso, las máquinas de fotolitografía de paso y escaneo utilizaban la ruta de la tecnología seca (el medio de exposición es el aire) y respaldaban el avance tecnológico mediante el uso de fuentes de luz de exposición de mayor nivel. En busca de una mayor resolución, la longitud de onda de la fuente de luz cambió de los 365 nm iniciales a 248 nm y luego a 193 nm. Después de eso, fue difícil continuar por esta ruta tecnológica.

En ese momento, la industria enfrentaba dos opciones: mejora tecnológica y disrupción. Los dos gigantes, Nikon y Canon, optaron por mejorar su camino tecnológico existente, mientras que ASML decidió arriesgarse porque había surgido una nueva tecnología de inmersión.

La litografía de inmersión, propuesta por Benjamen Lin en la época en que era científico en TSMC, utilizó creativamente el agua como medio de inmersión. Todavía usaba la fuente de luz de longitud de onda original de 193 nm, pero a través de la refracción del agua, la longitud de onda que ingresaba al fotorresistente se redujo a 134 nm. El índice de refracción de una fuente de luz de 193 nm en el aire es 1, mientras que en el agua es 1.4. Esto significa que, en las mismas condiciones de fuente de luz, la resolución de las máquinas de litografía por inmersión se puede mejorar 1.4 veces.

Sin embargo, esta tecnología parecía demasiado audaz en aquel momento, con elevadas dificultades técnicas y costos. Los beneficiarios de las tecnologías litográficas tradicionales se mostraron reacios a aceptarla. Lin viajó a Estados Unidos, Japón, Alemania y los Países Bajos para promover la litografía por inmersión y vender su idea a los fabricantes de máquinas litográficas. Sin embargo, se enfrentó al rechazo de la mayoría de los gigantes de la industria, y Nikon incluso presionó a TSMC para que lo eliminara.

En esta situación, Lin puso su última esperanza en ASML, y este último no lo defraudó. Cuando la tecnología y el desarrollo de la industria llegaron a una encrucijada, ASML eligió la innovación disruptiva y ganó la apuesta.

En 2003, ASML y TSMC colaboraron para desarrollar el primer equipo de litografía por inmersión, el TWINSCAN XT:1150i, al que le siguió una versión mejorada al año siguiente. Ese mismo año, Nikon, con un lento avance en investigación y desarrollo, finalmente presentó un prototipo de máquina de litografía en seco de 157 nm.

Una era la nueva tecnología que utilizaba la fuente de luz original de 193 nm y evolucionó a una longitud de onda de 132 nm a través del agua, mientras que la otra era un prototipo con una longitud de onda de 157 nm. Las ventajas de la litografía por inmersión eran evidentes. Esta tecnología se convirtió en la solución de litografía principal para nodos de proceso posteriores, como 65 nm, 32 nm, 16 nm y 7 nm, hasta el nodo actual de 3 nm.

La elección es mayor que el esfuerzo. ASML tomó la decisión correcta, mientras que Nikon y Canon tomaron la decisión equivocada. El mercado adoptó rápidamente las máquinas de litografía por inmersión, dejando los productos tradicionales de litografía seca en los almacenes acumulando polvo. Esto provocó que los miles de millones de dólares de Nikon y Canon en gastos de investigación y desarrollo se fueran por el desagüe y su participación de mercado disminuyera significativamente. En los 15 años anteriores al 2000, ASML era el actor más pequeño en el nivel superior de máquinas de litografía, con una participación de mercado inferior al 10%. Con la comercialización de la litografía por inmersión, para el año 2008, la participación de mercado de ASML alcanzó el 60%, destacándose por sí sola.

La primera ola de competencia de máquinas de litografía impulsadas por tecnología terminó y ASML resultó ganadora.

Continuará...