Atombølgelitografi kan gi neste generasjon halvledere

Som vi meldte i vår aprilutgave har teknologiselskapet Lace Lithography utviklet en ny litografiteknologi for produksjon av mikrobrikker. I stedet for de lysbaserte systemene som brukes for å overføre mønstre til silisiumskiver (wafere) i dag, arbeider Lace Lithography i stedet med en metode som benytter atombølger. Og da snakker vi bølgelengder ned mot 0,1 nm. Til sammenligning er begrensningen til dagens litografiverktøy på 13,5 nm.

Milepæl

Etter at selskapet hadde presentert teknologien offentlig for første gang under prestisjekonferansen SPIE Advanced Lithography + Patterning- konferansen i San Jose, California i februar i år, kunne de endelig gå ut med nyheten om at de allerede hadde lykkes med en finansieringsrunde som ga 400 millioner kroner i ny kapital. Blant investorene er Microsofts venturefond M12, Atomico, Future Ventures og norske Nysnø.

– Det var viktig å forbli i «stealth mode» til dette paperet var publisert, røper adm. direktør og medgründer, Bodil Holst.

Mindre mønstre, mindre energi

«Trikset» er som nevnt å bruke atombølger fremfor lysbølger. – Ett av problemene med lysbølger er at man for å lage mindre strukturer må minke bølgelengden. Det betyr samtidig at energien øker, slik at man faktisk risikerer å ødelegge strukturen. Med atomer kan vi skrive mindre mønstre og med mindre energi, forklarer Holst (det er den enkle forklaringen). Systemet sender eksiterte (metastabile) heliumatomer gjennom en maske for å lage mønstre i et fotosensitivt lag. Ifølge Holst kan bølgeegenskapene styres ved å manipulere atomene med laser. Som man skjønner, er dette tungt stoff, basert på 30 års grunnforskning og noe sånt som 6 Nobelpriser.

Drop-in teknologi

– Vi kan nå, endelig, muliggjøre halvlederstrukturer som ikke er mulig med lys, fastslår Holst. Og en ytterligere, god nyhet er at dette er «drop-in» teknologi: – Utstyret vårt vil kunne settes rett inn i eksisterende produksjonslinjer, og dessuten integreres med andre skriveprosesser i samme linje, forteller hun. Prinsippet er det samme; Mønsteroverføring til et underlag (metall eller oksydlag). Etseprosessene er de samme.

Oppskalering

Holst mener det er et stort potensiale i, og er en fordel at halvlederfabrikkene kan kjøpe mer eller mindre standard utstyr fra Lace Lithography og enkelt integrere det i sine linjer. Samtidig er hun klar på at selskapet fortsatt er lite, og at det er langt frem. – Men vi jobber med oppskalering. Til nå har vi trykket kun 50 mm silisiumskiver. Vi skal opp til 300 nm som brukes i industrien. Det betyr en oppskalering av «mastermasken» for å få den nøyaktig nok, og dekke et stort nok felt. I denne industrien er det ikke rom for defekter.

Kraftig KI-prosessering

Til dette kreves det tunge beregninger. Masteren er basert på holografi, og det må gjøres avanserte beregninger av hvordan atombølgene endrer seg når de går gjennom membranen. – Dette er intensiv prosessering som krever kraftig KI-/ML-kapasitet, understreker Holst. – Uten den siste utviklingen i mikroprosessorer og KI-algoritmer hadde det ikke vært mulig, så vi har fått god hjelp av den generelle utviklingen, bemerker hun.

Møtte MIT-legende

Bodil Holst har sin bakgrunn som forsker ved Universitetet i Bergen (UiB), og har jobbet med grunnforskningen innen nanoteknologi som ligger bak atomlitografien i mange år. Men det var først under et besøk ved MIT i 2008 at hun ble satt på sporet, av litografi-pioneren Hank Smith. Den tidligere MIT-professoren har stått bak en rekke vitenskapelige gjennombrudd innen halvlederteknologi, slik som røntgenstrålelitografi, og ble senest i fjor tildelt 2025 SPIE Frits Zernike Award for Microlithography.

Koblet grunnforskning og litografi

«En dag vil vi trenge atomer for halvlederlitografi» fortalte han Holst. – Han sa at jeg burde jobbe videre med dette, og ga meg en fagartikkel om litografi, minnes hun. – Det var en øyeåpner for meg. Det var Hank som gjorde koblingen mellom grunnforskning og litografi, forteller Holst. På den tiden var det ingen andre som jobbet med noe lignende. Men ting tar tid. Først i 2022 begynte forskerne for alvor å tro at de kunne løse dette. – Det var da jeg fikk ideen om at vi kunne bruke optimeringsalgoritmer til å designe våre masker, sier Holst.

Timing og flaks

Da startupen endelig var et faktum, var det både god timing, og litt flaks, ifølge Holst. – UiB har støttet helhjertet opp, og jeg fikk bl.a. (ulønnet) permisjon for å kunne starte opp. Det ga trygghet, forteller hun. Selskapet ble formelt startet i 2023 av Bodil Holst og Adria Salvador Palau. Lace Lithography har i dag rundt 60 ansatte og virksomhet i Bergen, Spania, Nederland og Storbritannia.