Fabricar chips avanzados es hoy un club exclusivo, donde TSMC, Samsung e Intel dominan el mercado porque son las únicas empresas capaces de pagar las máquinas de fotograbado EUV que cuestan más de 150 millones de dólares cada una.

Construir una línea de producción completa con esta tecnología requiere miles de millones en infraestructura, equipamiento especializado, así como consumo energético masivo.

Sin embargo, la empresa japonesa Dai Nippon Printing ha desarrollado una tecnología de nanoimpresión con resolución de 10 nanómetros capaz de producir chips lógicos equivalentes al nodo de 1,4 nm sin necesidad de máquinas EUV.

Se trata de un sistema que consume un 90% menos de energía que los procesos actuales de fotograbado. Lo que reduce drásticamente los costes de entrada al mercado de semiconductores avanzados.

Por qué el EUV es una barrera

Es importante mencionar que el fotograbado EUV usa luz ultravioleta extrema para proyectar circuitos microscópicos sobre obleas de silicio con precisión nanométrica. La tecnología funciona, pero tiene un coste prohibitivo para muchas empresas.

Solo la compañía holandesa ASML fabrica estas máquinas, y los pedidos tienen años de espera, por lo que las empresas que no pueden pagar quedan automáticamente fuera del mercado de chips avanzados.

Esta situación genera dependencia estratégica, así como riesgos geopolíticos. Si solo tres fabricantes controlan la producción de semiconductores de última generación, cualquier interrupción en su cadena de suministro afecta a toda la industria tecnológica global.

Es por esta razón que la barrera económica no es solo un problema empresarial, sino que es un problema estructural. Además, los "países pobres" no pueden competir al producir chips de 1,4 nm, ya que se necesitan demasiados recursos económicos.

Cómo funciona la nanoimpresión

En lugar de proyectar patrones con luz ultravioleta, la nanoimpresión estampa los circuitos directamente sobre el sustrato mediante prensado mecánico. Funciona como un sello a escala nanométrica.

Es técnicamente más simple, pero alcanza la misma precisión que el EUV en determinadas etapas del proceso de fabricación. Dai Nippon Printing combina la nanoimpresión con una técnica llamada Auto-Aligned Double Patterning.

Esta técnica duplica la densidad del circuito mediante recubrimientos de película y grabados secuenciales aplicados sobre los patrones base. El resultado son moldes de alta precisión capaces de producir chips avanzados sin infraestructura EUV.

La empresa japonesa Canon, que ha invertido años en desarrollar equipos de litografías por nano impresión, ya está enviando sus primeras herramientas de 300 mm a socios de investigación.

Ventajas económicas y energéticas

La reducción del 90% en consumo energético comparado con procesos de fotograbado tradicionales es la ventaja más clara. Con costes energéticos al alza y presión creciente por reducir emisiones, esta eficiencia tiene valor inmediato.

Y es que eliminar la necesidad de máquinas EUV de 150 millones de dólares reduce drásticamente la barrera de entrada. Aunque DNP no ha dado cifras exactas sobre el coste de sus moldes, el ahorro frente a infraestructura EUV es evidente.

Esto significa que fabricantes de menor escala que antes no tenían recursos para competir en chips avanzados podrían acceder al mercado gracias a la nueva tecnología japonesa.

Además, las aplicaciones son diversas donde se puede aprovechar para producir chips para móviles, centros de datos, memoria flash NAND y otros semiconductores lógicos avanzados.

De hecho, TSMC y Samsung, que planean producción masiva de chips de 1,4 nm para 2027 y 2028 respectivamente, han mostrado interés en el método de nanoimpresión, pero hasta el momento no hay nada confirmado.

La propuesta es que ciertas capas, actualmente expuestas con EUV, podrían transferirse a un flujo de trabajo de menor coste y menor consumo energético. Es una solución parcial que no elimina la necesidad de infraestructura avanzada en todos los pasos del proceso.

El mayor obstáculo es la escala de fabricación debido a que la nanoimpresión depende de un patrón maestro mecánico que debe mantenerse dimensionalmente perfecto durante toda su vida útil. Cualquier contaminación leve obliga a reemplazarlo.

Ya existen planes comerciales

DNP comenzó a desarrollar esta tecnología en 2003, por lo que han trabajado 22 años para alcanzar precisión casi atómica. Actualmente, está evaluando la tecnología con fabricantes de chips.

El objetivo es comenzar producción en masa en 2027, mientras que la meta financiera es alcanzar 4.000 millones de yenes (unos 22.000 millones de euros) en ingresos para el año fiscal 2030 con esta tecnología.

Cabe señalar que esta tecnología no va a destronar al EUV de inmediato, pero sí puede redistribuir parte del poder en la industria de semiconductores. Podrá reducir la dependencia absoluta de máquinas carísimas y al mismo tiempo abrirá opciones para economías y empresas que hasta ahora estaban fuera del juego.

En un sector dominado por tres gigantes y un único proveedor de tecnología crítica, cualquier alternativa que reduzca costes merece atención. Si DNP cumple con su cronología de 2027, veremos si la nanoimpresión consigue lo que promete.