Die Photolithografie, der Herstellungsprozess für Halbleiter, bei dem Laser Muster auf chemische Schichten auf einem Substrat übertragen, ist einer der erstaunlichsten industriellen Prozesse, die die Menschheit je geschaffen hat. Sie ist auch mit Abstand eine der teuersten, wobei die hochentwickeltsten Maschinen (High-NA EUV) nur von einem einzigen Unternehmen (ASML) hergestellt werden und einen Preis von rund 400 Millionen US-Dollar haben.
Forscher der University of Texas (UT) versuchen, die Eintrittsbarrieren für den breiten Zugang zur EUV-Lithografie zu überwinden, indem sie eine kostengünstige „Tisch“-Maschine entwickeln, die volumetrischen 3D-Druck nutzt. Dieser Prozess beinhaltet typischerweise das Drehen von Bädern aus Photopolymeren, die aus jedem Winkel mit Licht bestrahlt werden, was es den Benutzern ermöglicht, ganze Objekte auf einmal zu drucken. Die von den UT-Forschern verwendete Methode beruht stattdessen auf einer einzigen Lichtquelle, die durch stationäre, sich selbst zusammensetzende Nanosphären dringt – immer noch werden Objekte auf einmal erstellt, aber in einem viel kleineren Maßstab.
Die traditionelle EUV-Lithografie kann 3D-Strukturen nur erstellen, indem sie diese aus einer großen Anzahl von 2D-Schichten aufbaut, die Schicht für Schicht gemustert werden. Die von den UT-Forschern entwickelte Methode, die in einem aktuellen Artikel in der Fachzeitschrift Nano Letters dokumentiert ist, druckt ganze 3D-Nanostrukturen auf einmal und verkürzt drastisch die Zeit von der Entwicklung bis zur Ausgabe.
Ein neues 3D-Druckgerät und eine neue Technik könnten die Halbleiterforschung beschleunigen.
Neben der entwickelten Maschine profitierte das Team der Cockrell School of Engineering der UT auch vom Zugang zu EUV-Materialien, die von Mitarbeitern der UT Dallas und Johns Hopkins entwickelt wurden. Die Arbeit wurde teilweise durch ein Stipendium der National Science Foundation (NSF) aus dem Jahr 2024 finanziert, das an Gewinner des Wettbewerbs „Future of Semiconductors“ (FuSe2) vergeben wurde.
In einer Pressemitteilung über die Entwicklung eines kostengünstigen EUV-Prozesses durch UT-Forscher, der auf volumetrischem 3D-Druck basiert, verglich UT-Professor Chin-Hao Chang (einer der Hauptautoren des zugehörigen Forschungsartikels) die neuartige Methode, die Berichten zufolge im Minutentakt funktioniert, mit der konventionellen EUV-Lithografie: „Der eigentliche Druck [in der konventionellen EUV] dauert vielleicht nicht sehr lange. Aber die Verarbeitung kann Tage dauern."
Saurav Mohanty, ein kürzlich promovierter Student in der Gruppe und Erstautor der Studie, sagte: „Über die Halbleiterfertigung hinaus kann die Fähigkeit, 3D-Nanostrukturen zu strukturieren, Anwendungen in der Medizin für Nanomedikamente, im Quantencomputing oder bei der Synthese neuartiger Materialien finden.“
Ich habe oft darauf hingewiesen, dass die additive Fertigungsindustrie (AM) der F&E-Anwendung weiterhin genauso viel Aufmerksamkeit schenken muss wie immer, auch wenn sich Unternehmen gleichzeitig auf eine wachsende Zahl von Produktionsanwendungen konzentrieren. Es ist durchaus logisch, dass die AM-Industrie über die ausschließliche Beschränkung auf die Prototypenwelt hinausgehen möchte, aber die Entwicklung von AM ist weitaus nuancierter als eine einfache binäre Wahl zwischen Prototypenfertigung.