Wie alles begann: Stempeln statt Zeichnen

Wir schreiben die Mitte der 1990er Jahre an der University of Minnesota. Zu dieser Zeit dominiert die Elektronenstrahllithografie die Herstellung von winzigen Nanostrukturen auf Computerchips. Dabei „zeichnet“ ein feiner Elektronenstrahl wie ein Laserstift das gewünschte Muster Punkt für Punkt direkt in eine lichtempfindliche Schicht auf einem Wafer. Die Methode ist hochpräzise, hat aber einen gewaltigen Haken: Sie ist langsam und extrem kostspielig. Die Herstellung einer einzigen kommerziellen Probe dauert oft Tage.

Steve Chou hatte damals einen radikalen Einfall. Er wollte das Verfahren beschleunigen und kostengünstiger gestalten und frage sich, ob man die winzigen Strukturen vielleicht einfach mit einem Stempel mechanisch aufdrücken könnte? In der Fachwelt klang diese Idee für Strukturen im Nanometerbereich geradezu absurd. Doch Chou bat Krauss im Rahmen seiner Doktorarbeit, den Versuch zu wagen. Da das Budget knapp war, lieh man sich aus der Festkörperphysik eine massive, handbetriebene Presse aus, die für derartige Präzisionsaufgaben überhaupt nicht konzipiert war.

Bangen über Nacht

Die eigentliche Arbeit an der Maschine fand nicht in einem sterilen Reinraum, sondern in einer büroähnlichen, vollgestopften Werkstatt statt. Jedes Staubkorn konnte das Experiment zerstören, es musste also sehr sorgfältig gearbeitet werden. Da die Maschine keine aktive Kühlung besaß, musste der manuell zusammengepresste Aufbau über Nacht von selbst abkühlen. Diese Stunden waren nervenaufreibend. "Das ist am nächsten Morgen immer der beängstigende Teil, wenn man versucht herauszufinden: Hat es funktioniert? Habe ich einen Fehler gemacht? Was könnte schiefgelaufen sein?", erinnerte sich Krauss. 

Am Ende mussten die zusammengepressten Platten mit einer Rasierklinge in exakt senkrechtem Winkel aufgesprengt werden – rutschte man ab, zerstörten Scherkräfte das Werk oder die winzigen Proben flogen quer durchs Zimmer.

Trotz ständiger Rückschläge blieb Krauss fokussiert. Seine Frau Amy, die ihn damals oft im Labor besuchte, bewunderte diese Haltung: „Er sah es als ein Problem an, das gelöst werden musste, und ja, es würde gelöst werden“.

Aus dem Schatten ins Licht

Der Lohn dieser Hartnäckigkeit war historisch: Mit einem unfassbar simplen Gerät ließen sich fehlerfrei Strukturen von bis zu 10 Nanometern übertragen. Doch die unscheinbare Optik der Maschine war den Forschern offenbar fast ein wenig peinlich. In seiner Doktorarbeit oder in Veröffentlichungen jener Zeit sucht man vergeblich nach Fotos der Presse. "Vielleicht hätte uns niemand geglaubt, dass wir diese Ergebnisse mit etwas erzielt haben, das so aussieht", lacht Peter Krauss heute. Für Amy Krauss war das Wiedersehen in München besonders bewegend: "Als wir hier hereinkamen, wurde ich ein wenig emotional bei der Tatsache, dass wow, das kam aus Minnesota. [...] Die ganze Sache ist surreal".

Heute treiben Milliardenkonzerne wie Canon die Nano-Imprint-Lithografie mit riesigen, hochkomplexen Anlagen voran, nicht zuletzt, weil das physikalische Prägen im Vergleich zur EUV-Lithografie (EUV – extremes Ultraviolett) energieeffizient ist. Genutzt wird Nanoprägelithographie aktuell um kostengünstig und schnell präzise Muster zu replizieren. Beispiele sind Smartphone-Komponenten wie Mikrolinsen-Arrays oder feinste Kanäle zur Analyse von Biomolekülen auf den sogenannten „Lab on a Chip“-Systemen. Dass der Ursprung dieser Zukunftstechnologie in einer geliehenen Handpresse mit Holzklötzen und Druckerpapier liegt, ist eine wundervolle Geschichte. Sie zeigt den unschätzbaren Wert unserer Museumsdepots: Oft sind es genau diese unscheinbaren, im Verborgenen schlummernden Apparate, die uns am eindrucksvollsten daran erinnern, mit wie viel menschlichem Erfindergeist und Improvisation die Technologie von morgen wirklich erschaffen wurde.