EUV-сканеры приспособили для выпуска медицинских биодатчиков — это грозит дефицитом передовых чипов
Беда пришла, откуда не ждали — исследовательский центр Imec показал первую в мире массовую технологию изготовления нанопористых биодатчиков для аналитической медицины на 300-мм пластинах с использованием передовой литографии с экстремальным ультрафиолетом (EUV). Здравоохранение готово поглотить любое количество датчиков, потенциально угрожая стать конкурентом разработчикам полупроводников при размещении заказов на EUV-продукцию.
Источник изображения: Imec
Массивы нанопор используются для анализа биологических материалов, включая секвенирование ДНК. Для этого в мембране создаются отверстия нанометрового масштаба, после чего через неё пропускают жидкость с растворённым образцом. Образцы — молекулы или части ДНК, если речь идёт о секвенировании, — попадают в нанопоры и перекрывают поток ионов с одной стороны мембраны на другую. По поведению и силе тока на мембране можно с высокой точностью определить химический и молекулярный состав образцов — это важно при диагностике и лечении множества заболеваний.
До сих пор массовое изготовление пластин с нанопорами было сопряжено с трудностями. Нанопоры буквально «высверливались» в мембранах одна за другой в процессе электронно-лучевой литографии. Это делало выпуск мембран крайне затратным и не позволяло говорить о массовом применении в медицинской аналитике на уровне заботы о здоровье граждан.
Прорывом учёных Imec стала разработка техпроцесса для изготовления нанопор с использованием серийных EUV-сканеров и CMOS-процессов. Иначе говоря, всё стало возможным благодаря современной производственной базе, применяемой для выпуска полупроводников.
Интересно, что главной проблемой оказалось обойти врождённую особенность EUV-сканеров — высокую плотность размещения элементов на пластине. Для этого использовали две проекции: одну EUV, а другую — обычную DUV-литографию. Проекция в EUV позволяла изготавливать поры диаметром от 10 до 20 нм, а литография с большей длиной волны маскировала лишние поры, делая рисунок EUV более разреженным.
Эксперименты показали, что нанопоры диаметром 10 нм размещаются по пластине равномерно, и эта равномерность сохраняется от пластины к пластине. Качество пластин-мембран после обработки остаётся высоким и позволяет создавать датчики для массивного параллельного анализа белков, что в Imec подтвердили своими примерами. Для анализа фрагментов ДНК эта технология не подходит, поскольку размеры пор остаются слишком большими. К тому же ДНК-секвенирование с использованием биологических мембран на основе транспортных белков с порами около 1 нм остаётся более надёжным способом для такого рода аналитики. Другое дело — белки. Кремниевые мембраны с нанопорами Imec идеально подходят для массового анализа белковых структур.
Успешное получение одинаковых по размеру и характеристикам нанопор в масштабе 300-мм пластин меняет статус технологии: из лабораторных «ручных» методов производства она превращается в промышленно реализуемый процесс. Это открывает путь к созданию массивов датчиков для задач медицины, биологии, диагностики и других приложений, где требуется высокопроизводительное и точное детектирование молекул. Тем самым спрос на EUV-сканеры может появиться у производителей инструментов для врачей и биологов, обещая не только революцию в аналитической биологии, но и потенциально грозя дефицитом в сфере производства полупроводников. Впрочем, от разработки технологии до её внедрения в серийное производство пройдёт ещё немало времени, поэтому всё хорошее и плохое случится не завтра и даже не послезавтра.
© 3DNews
