Este vídeo es una cronología de la creación del escáner de litografía EUV (Extreme Ultraviolet Lithography scanner), una máquina que de la empresa neerlandesa ASML. Se vende en contadas unidades a las fábricas de chips (como TSMC, Intel y Samsung) que la usan para montar los microchips que albergan los teléfonos móviles, ordenadores, tarjetas gráficas y otro tipo de dispositivos avanzados.

Es difícil elegir entre los vídeos de Veritasium porque Derek y su fantástico y numeroso equipo crean unos mini-documentales de alta calidad con una producción excelente a cual más interesante. Pero esta historia de La máquina más importante del mundo [aquí en español latino] es sencillamente fantástica.

Más allá de la Ley de Moore

La historia que cuentan es que, siguiendo la Ley de Moore, durante décadas, la potencia de los microchips fue creciendo porque se podían hacer cada vez más pequeños. Pero en 2015 esa ley estuvo a punto de romperse: la litografía óptica con luz ultravioleta convencional para fabricar chips se encontraba con límites físicos como las longitudes de onda de los láseres (193 nm). Solo gracias a la figura clave del científico japonés Hiroo Kinoshita, que se dio cuenta de que se podría utilizar radiación ultravioleta extrema con longitudes de 10 a 13,5 nm, se pudo progresar.

En el documental se explica (¡y visita!) esta máquina que es capaz de disparar un láser de hasta 20.000 W a entre 50.000 y 100.000 microgotas de estaño por segundo, calentándolas a más de 220.000 K y acertando el 100% de los disparos (!!!) La luz resultante rebota en 6 u 8 espejos con una precisión sin precedentes: son espejos tan perfectos que si se ampliaran al tamaño de la Tierra, su mayor imperfección tendría el grosor de un naipe.

A lo largo del vídeo se explican todos los problemas e impedimentos que hubo que superar: aumentar la energía de los rayos ultravioletas extremos, encontrar los materiales adecuados hasta que dieron con el estaño y el método para limpiar las lentes. (En el libro Material world de Ed Conway hay mucho más sobre esto). Es una aventura en la que hubo muchos fracasos hasta conseguir el éxito: en los congresos presentaban la idea y los prototipos y los expertos creían que eran falsos, o que fabricar así a escala industrial sería imposible. Muchas veces sufrieron retrasos de un año tras otro, algo que se les echaba en cara mientras literalmente se reían de ellos.

Hay una escena genial contada con cierto humor en la que los científicos acaban recurriendo a la Virgen María (!!):

(…) En pleno bache anímico llevamos a Kinoshita a cenar a un restaurante y enfrente había una capilla dedicada a la Virgen. Estábamos desesperados con los problemas y retrasos; parecía que ya habíamos llegado a los límites de lo que permitía la ciencia. Así que Kinoshita, para asegurarse, encendió tres velas a la Virgen, una por cada proveedor que estaba intentando resolver distintos aspectos de la tecnología EUV, como la potencia. Y he aquí que –y tengo los datos que lo demuestran– existió una correlación muy fuerte entre el hecho de que encendiéramos las velas y el aumento de la potencia que necesitábamos. No es que fuera un efecto causal, pero había una fuerte correlación. Yo sólo digo eso (…)

– Uno de los ingenieros de ASML

Una máquina de magnitudes inimaginables

Cada maquinón de ASML cuesta entre 350 y 400 millones de euros. Pesa cientos de toneladas y se fabrica en salas limpias donde solo se permiten menos de 10 partículas de 0,1 micras por metro cúbico (frente a las 10.000 que puede haber en un quirófano).

Para ser viable industrialmente, la potencia de la fuente de radiación ultravioleta extrema tuvo que superar los 200 W, cuando comenzaron por unos pocos vatios. La alineación entre capas exige errores máximos de 1 nm, equivalente a 5 átomos de silicio, mientras los componentes internos sufren aceleraciones de más de 20 g. Además, la máquina debía alcanzar velocidades de 125–185 obleas/hora, funcionando las 24 horas del día, o no sería comercialmente viable.

En total se necesitaron más de 30 años de investigación, miles de ingenieros y miles de millones de dólares de inversión, incluyendo 4.100 millones de Intel y 1.300 millones de Samsung y TSMC. Pero lo lograron. Hoy en día todos los chips avanzados dependen de estas máquinas, y tu teléfono móvil pasó por ella. Se podría decir que es la máquina que sostiene la informática moderna.

Fuentes:

https://www.microsiervos.com/archivo/tecnologia/maquina-importante-avanzada-construida-fabricar-microchips.html