Lace Lithography Sostituisce la Litografia EUV con Fasci di Atomi 10 Volte più Piccoli

La litografia dei semiconduttori è la tecnologia più importante a supporto del mondo moderno, costituendo la base della produzione di chip, memoria, hardware AI e di ogni tipo di componente elettronico. Fino ad oggi, il principio della litografia, o più precisamente della fotolitografia, è rimasto lo stesso di quando è stata inventata.

Una sorgente luminosa potente viene emessa, concentrata e diretta, così da poter incidere un modello su una wafer di silicio, creando i transistor e gli altri componenti microscopici che rendono possibili l’elettronica moderna.

Fonte: Fabricated Knowledge

Ovviamente, questa è una semplificazione eccessiva, poiché il processo di produzione reale coinvolge molti altri passaggi di aggiunta e rimozione di materiali, eliminazione di impurità, stabilizzazione e imballaggio dei prodotti finiti, ecc. Tuttavia, la fotolitografia è spesso il passaggio più cruciale.

Questo è perfettamente illustrato dalla forma più avanzata di litografia, la litografia EUV (Extreme Ultraviolet Lithography), che utilizza raggi UV ad alta potenza per incidere il wafer di silicio il più finemente possibile. Si tratta di una tecnologia quasi interamente controllata da un’unica azienda, la olandese ASML (ASML ) (vedi il nostro rapporto di investimento sulla società per ulteriori informazioni), sebbene la Cina stia attivamente cercando di sviluppare una propria versione indipendente di questa tecnologia.

“I chip guidano il mondo. E produrli sta diventando sempre più difficile. Le macchine di litografia più avanzate oggi costano oltre €380 milioni per unità, e la prossima generazione dovrebbe superare i €700 milioni. Sono straordinariamente complesse, ad alta intensità energetica e provengono da un unico fornitore.
Venture Firm Atomico, investitore in Lace Lithography

Fino ad oggi, la litografia è progredita principalmente grazie a sorgenti luminose sempre più precise e potenti, passando a lunghezze d’onda più energetiche e a sistemi di controllo più complessi.

Questo processo potrebbe però presto raggiungere un limite, poiché nessuna fotolitografia può essere più precisa della lunghezza d’onda della luce che utilizza.

Fonte: Allresist

Per questo motivo team di ricercatori in tutto il mondo stanno lavorando a soluzioni alternative che possano creare componenti di calcolo ancora più raffinati e potenti, soprattutto nell’era dell’AI che richiede capacità di calcolo sempre maggiori.

Una di queste alternative potrebbe essere l’uso diretto di atomi singoli al posto della luce, un approccio promosso dall’azienda norvegese Lace Lithography. L’azienda ha raccolto a marzo 2026 40 milioni di dollari in un round di finanziamento serie A, ed è sostenuta da Microsoft .

Dalla Luce agli Atomi

La Legge di Moore Raggiunge Limiti Duri

La fotolitografia può essere estremamente precisa, incidendo il wafer di silicio target a livello nanometrico. Tuttavia, per ragioni di fisica fondamentale, nessuna luce può essere più precisa della propria lunghezza d’onda.

In termini più tecnici, il problema principale è il limite di diffrazione, dove i diversi fasci di luce iniziano a interferire tra loro e a sfocare il modello desiderato.

Fonte: ResearchGate

Quindi, sebbene una luce EUV sempre più potente possa aiutare, presto incontrerà un limite fisico rigido, forse entro 10 anni. Questo ostacolerebbe la Legge di Moore, la tendenza empirica dell’industria dei semiconduttori a raddoppiare la densità dei transistor ogni due anni.

“Il risultato è un collo di bottiglia produttivo al cuore dell’economia globale, che arriva proprio nel momento in cui l’AI sta guidando un’impennata senza precedenti della domanda di calcolo. L’industria sapeva che questo sarebbe accaduto, ma finora nessuno aveva una risposta credibile.”
Venture firm Atomico, investitore in Lace Lithography

Incisione con Atomi

Il limite di diffrazione è dovuto alla natura ondulatoria della luce. Ma gli atomi individuali non sono soggetti a questo limite. O, più precisamente, possono comportarsi come onde, come tutti gli oggetti a scala quantistica, ma con una lunghezza d’onda estremamente più piccola rispetto alla luce.

“Gli atomi si comportano come onde, ma con lunghezze d’onda molto più corte, consentendo strutture significativamente più fini, chip più potenti e un consumo energetico radicalmente inferiore.”

Seguendo questo principio, Lace Lithography sta sviluppando un metodo che esegue la litografia usando un fascio di atomi di elio al posto della luce.

Il fascio che Lace Lithography utilizzerà per fabbricare i chip ha una larghezza pari a quella di un singolo atomo di idrogeno, ovvero 0,1 nanometri. In confronto, gli strumenti di litografia di ASML usano un fascio di luce di circa 13,5 nanometri, mentre un capello umano è largo circa 100 000 nanometri.

Ovviamente, non si tratta di un’idea nuova, poiché il concetto è stato considerato da decenni grazie ai vantaggi intrinseci di precisione che gli atomi avrebbero rispetto alla luce, soprattutto considerando la difficoltà di creare e dirigere luce come l’EUV, che viene generata surriscaldando migliaia di minuscole gocce di stagno al secondo.

Il problema principale era la creazione di una maschera adatta. Le fotomaschere tradizionali sono realizzate su substrati di quarzo o vetro rivestiti con un film opaco sul quale viene inciso il modello del dispositivo da produrre. Questo film è essenzialmente il modello per i chip che verranno incisi sul wafer di silicio, sebbene venga miniaturizzato a una scala molto più piccola durante il processo di incisione.

Fino a poco tempo fa, la matematica necessaria per creare una maschera funzionante con atomi era considerata troppo complessa per essere progettata per la litografia a fascio di atomi.

Questo è ora un problema che Lace Lithography afferma di aver risolto.

Lace Lithography

Panoramica di Lace Lithography

L’azienda è stata avviata nel 2023 e mira a “sviluppare una tecnologia rivoluzionaria di patterning per chip per i prossimi 100 anni di produzione di chip”.

È stata fondata da Bodil Holst, una fisica danese-norvegese e professoressa affiliata nel Dipartimento di Fisica e Tecnologia dell’Università di Bergen in Norvegia, insieme a Adria Salvador Palau, sua ex studentessa di dottorato.

L’azienda dispone di strutture in Norvegia, Spagna e Paesi Bassi, con sede centrale a Bergen, Norvegia.

Per risolvere il problema della creazione di maschere per la litografia a fascio, il team ha sfruttato l’AI per affrontare la matematica precedentemente irrisolvibile. Questo dimostra come l’AI possa non solo cambiare il modo in cui svolgiamo alcuni compiti, ma anche sbloccare possibilità completamente nuove nelle scienze dure e nell’ingegneria.

“Il problema difficile rimanente era la progettazione della maschera: la matematica coinvolta era considerata effettivamente intrattabile. Lace l’ha risolta con un algoritmo proprietario basato su AI che accelera il calcolo di oltre 15 ordini di grandezza. Non si tratta di un miglioramento incrementale. È un cambiamento di categoria.”
Venture firm Atomico, investitore in Lace Lithography

In teoria, questa tecnologia potrebbe consentire incisioni 10 volte più piccole rispetto anche alla litografia basata su luce più avanzata.

L’azienda ha presentato la scienza alla base del suo risultato alla conferenza scientifica Advanced Lithography + Patterning a San Jose, California, organizzata da SPIE.

Nel riassunto di questa presentazione, si spiega che “il vantaggio fondamentale dell’uso di atomi metastabili per la litografia è che la risoluzione del patterning è disaccoppiata dall’energia del patterning”. Ciò significa che il fascio di atomi può essere più o meno potente a seconda delle necessità, contrariamente alla luce, che richiede lunghezze d’onda sempre più piccole per livelli di energia più alti.

“Dimostriamo due modalità di esposizione diverse: prossimità e diffrazione. Per la prossimità, presentiamo pattern di fori fino a 50 nm CD con un pitch di 100 nm. Per la diffrazione, presentiamo un pattern di linee regolari con un pitch di 50 nm.”

La tecnologia delle maschere può essere scalata alle dimensioni attuali dei wafer di silicio utilizzati dall’industria, e potrebbe essere estesa ulteriormente.

“Inoltre, presentiamo i primi design di maschere di diffrazione basati su AI per la Litografia Inversa (ILT) per atomi. Mostriamo che i design delle maschere possono produrre pattern arbitrari con un limite teorico di risoluzione fino alla spaziatura atomica del silicio. Le simulazioni dei design delle maschere possono essere scalate alla dimensione completa del campo attuale e oltre.”

Oltre a Atomico, l’azienda ha ricevuto finanziamenti dal braccio di venture capital di Microsoft (MSFT ) M12, da Linse Capital, dalla Società Spagnola per la Trasformazione Tecnologica e da Nysnø. La valutazione totale di Lace Lithography non è stata divulgata.

Prepararsi alla Commercializzazione

Naturalmente, c’è un intervallo di tempo tra la rivelazione di una scoperta scientifica e un prototipo, e l’effettiva utilizzo su larga scala di una tecnologia.

Tuttavia, Lace Lithography sarà probabilmente, relativamente parlando, facile da integrare nei foundry di semiconduttori. Sostituisce la sorgente luminosa EUV con il fascio di elio e la fotomaschera tradizionale con il design della maschera a fascio basato su AI. Pertanto non è necessario ridisegnare la linea di assemblaggio o la maggior parte della catena di fornitura già al servizio dell’industria di produzione di semiconduttori.

Già dotata di un prototipo, l’azienda prevede di testare il suo primo strumento di grado commerciale in un impianto pilota di fabbricazione di chip (“fab”) intorno al 2029.

Investire nella Litografia a Fasci di Atomi

Microsoft

Questa tecnologia è ancora estremamente nuova e probabilmente non vedrà alcun chip commerciale prodotto con essa prima del 2030, e nessuna diffusione di massa prima del 2035 al meglio.

Tuttavia, potrebbe rappresentare un cambiamento di paradigma a lungo termine, eliminando il player dominante, ASML, dalla sua posizione monopolistica nella litografia. Poiché ASML è attualmente valutata a 450 miliardi di dollari, anche una piccola partecipazione in Lace Lithography potrebbe ripagare enormemente in futuro.

Poiché la maggior parte degli investitori non può investire direttamente in una startup così precoce, l’esposizione al titolo Microsoft è probabilmente la seconda migliore opzione.

Il gigante dei sistemi operativi e del software sta inoltre facendo numerosi investimenti in tecnologie innovative, con l’AI, soprattutto l’AI applicata a usi B2B e alla ricerca scientifica, come focus chiave dell’azienda. Nell’ultimo decennio, Microsoft è diventata anche un’azienda che spinge i limiti delle tecnologie più promettenti e prende più rischi rispetto al passato:

• Chip di calcolo quantistico, inventando un intero nuovo stato della materia (topoconductors).
• Fusione nucleare, con un reattore che sarà consegnato a Microsoft da Helion Energy già nel 2028.
• Riavvio anticipato di centrali nucleari per alimentare i data center AI.
• AI scientifiche per scienze dei materiali, chimica e biologia.
• AI B2B e per PC (Copilot)

Oltre a queste attività, l’azienda è leader nel software operativo, nel software B2B (Office), nel social network B2B (LinkedIn), nello sviluppo di videogiochi, nelle console di gioco (XBox), nel cloud computing e nello sviluppo di AI.

Ciò significa che, sebbene la litografia a fascio di atomi probabilmente non aggiungerà da sola un trilione al già enorme valore di mercato di Microsoft, è uno dei campi più promettenti in cui l’azienda ha investito precocemente. Quindi il titolo potrebbe offrire rialzi derivanti da innovazioni “moonshot” dirompenti, fornendo al contempo esposizione alle attività più stabili e prevedibili dell’azienda.

(Puoi leggere di più sul business di Microsoft nel suo complesso nel nostro rapporto di investimento dedicato all’azienda.)

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