Das Potenzial der weltraumbasierten EUV-Lithografie mit direkter Nutzung von Sonnenlicht

Im November 2019 wurde im Labor der ISS (Internationalen Raumstation) ein Experiment zu optischen Beschichtungen für Licht im EUV-Bereich (extremes Ultraviolett) durchgeführt, die von einem Unternehmen namens Astrileux entwickelt wurden. Ziel des Experiments war es zu überprüfen, ob diese optischen Beschichtungen der Strahlung im Weltraum standhalten und zugleich das von der Sonne kommende EUV-Licht problemlos verarbeiten können. Das Experiment war erfolgreich.

Moderne Halbleiter werden durch einen Lithografieprozess hergestellt, bei dem Muster im Nanometermaßstab auf Siliziumwafer geprägt werden. Die bislang überwiegend verwendete Lithografiemethode ist die Photolithografie mit 193nm Licht, doch aufgrund physikalischer Grenzen können damit keine Halbleiter mit Strukturbreiten unterhalb eines bestimmten Niveaus hergestellt werden. Um diese Grenze zu überwinden, muss Licht mit kürzerer Wellenlänge verwendet werden. Deshalb setzen Unternehmen wie TSMC und Samsung Electronics inzwischen EUV-Lithografie mit 13,5nm EUV-Licht im 7nm-Halbleiterprozess ein und haben gerade erst mit der Massenproduktion begonnen. Die Einführung der EUV-Lithografie hat sich lange verzögert, weil sie schwierig zu handhaben ist – unter anderem muss der gesamte Lichtweg im Vakuum gehalten werden – und weil sich Licht mit hoher Leistung nur schwer erzeugen lässt.

Gleichzeitig wird in jüngerer Zeit, da die privatwirtschaftlich getriebene Raumfahrt durch Unternehmen wie SpaceX allmählich aktiver wird, auch schrittweise über produktionstechnische Konzepte im Weltraum statt auf der Erde diskutiert. Da der Transport von Gütern von der Erde mit ihrer vergleichsweise starken Gravitation ins All extrem energieaufwendig ist, ist es für die Raumfahrtentwicklung von großem Vorteil, Rohstoffe möglichst direkt an Orten mit schwacher Gravitation wie dem Mond, anderen Monden oder Asteroiden zu gewinnen. Wenn sich die im obigen Artikel beschriebene Technologie weiterentwickelt, könnte es in Zukunft möglich werden, hochpräzise Halbleiter aus Rohstoffen herzustellen, die nicht auf der Erde, sondern andernorts gewonnen wurden. Das würde Zeit und Kosten für die Beschaffung benötigter Komponenten senken und die Raumfahrtentwicklung weiter beschleunigen.

Man kann das auch aus einer etwas anderen Perspektive betrachten. Der Weltraum ist ein Vakuumzustand, der der Perfektion deutlich näherkommt als selbst das stärkste auf der Erde erzeugbare Vakuum, und die Sonne, die intensive Strahlung in allen Wellenlängen aussendet, ist eine gewaltige Lichtquelle, die das auf der Erde schwer zu erzeugende EUV-Licht in praktisch unbegrenzter Menge liefert. Das bedeutet, dass der Weltraum – sofern Probleme wie kosmische Strahlung überwunden werden können – ein geeigneter Ort für den EUV-Lithografieprozess in der Halbleiterfertigung sein könnte. Vielleicht werden eines Tages im Weltraum produzierte Halbleiter sogar eine hervorragende Preiswettbewerbsfähigkeit besitzen.

[heycalmdown]

Ich habe kurz darüber nachgedacht, wie es wäre, wenn Samsung in den Weltraum investieren würde … interessant. Es erinnert mich auch ein wenig an einen dystopischen Film ..?