هل سمعت من قبل عن تقنية الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV)؟ تُنتج هذه التقنية ضوءًا يتجاوز أطوال الموجات المرئية العادية باستخدام ليزر عالي الطاقة، وتُستخدم لنقش أنماط على رقائق أشباه الموصلات المستخدمة في رقائق السيليكون. ولمنع التلوث، تتم عملية الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى في بيئة غنية بالهيدروجين.
بدأت الشركات المصنعة لأشباه الموصلات في استخدام تقنية الأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين؛ إذ تتيح هذه التقنية إنتاج رقائق أصغر حجمًا وأسرع وأقوى للهواتف الذكية وأنظمة الحوسبة المتقدمة.
مع توسع مصانع أشباه الموصلات في استخدام تقنية الطباعة الحجرية فوق البنفسجية القصوى، واجهت ثلاثة تحديات: تأمين كمية كافية من الهيدروجين، واستيعاب البنية التحتية الكبيرة للفراغ والحد من الانبعاثات، وخفض الانبعاثات.
الاستفادة من عقود من الخبرة
تولت شركة إدواردز، وهي علامة تجارية متخصصة في تكنولوجيا الفراغ تابعة لأطلس كوبكو جروب، مهمة الابتكار. وكان فريقها قد بنى بالفعل خبرة واسعة في مجال كيمياء الغازات وتنقيتها وتكامل الأنظمة لصناعة أشباه الموصلات منذ أواخر التسعينيات.
يقول كريس بيلي، نائب الرئيس للتقنيات الناشئة في قسم أشباه الموصلات بالمجموعة: "على عكس العديد من عمليات تصنيع أشباه الموصلات، تعمل تقنية الأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) في حالة مستقرة ولا تنطوي على استخدام مواد كيميائية ضارة. ونظرًا إلى أننا أجرينا سابقًا أبحاثًا حول إعادة تدوير الهيدروجين في سياق تقنية أخرى، فقد أدركنا أننا قادرون على تطبيق هذه العملية هنا أيضًا".
تعاون الفريق مع شركة متخصصة في التكنولوجيا الكهرومغناطيسية وشركة متخصصة في تكامل الأنظمة، وكلاهما مقرهما في ولاية نيويورك، بالإضافة إلى هيئة أبحاث وتطوير الطاقة في ولاية نيويورك (NYSERDA)، وذلك لتطوير نظام لاستعادة الهيدروجين (HRS) قادر على تنقية الهيدروجين المستعاد ليصل إلى درجة نقاء فائقة.
يتمتع نظام استعادة الهيدروجين (HRS)، الذي طورته شركة إدواردز، بالقدرة على تنقية الهيدروجين المستعاد ليصل إلى درجة نقاء فائقة.
تقليل الانبعاثات
يُنتج معظم الهيدروجين على مستوى العالم انطلاقًا من الوقود الأحفوري، ولكن يمكن تجنب انبعاثات الكربون باستخدام أنظمة استعادة الهيدروجين.
يقول مدير التكنولوجيا زاك دنبار، الذي انضم إلى الفريق في عام 2016 عندما بدأ المشروع في بناء الكيمياء الكهربائية وراء النظام: "هناك بالتأكيد عامل بيئي كبير هنا".
"عادةً ما يُنتَج الهيدروجين من غاز الميثان، رغم إمكانية إنتاجه من الفحم أو النفط، ما يؤدي إلى انبعاث كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية الإنتاج؛ ومن الواضح أن إعادة تدوير الهيدروجين تعني عدم الحاجة لاستخدام الميثان أو أي مواد أخرى تتسبب في انبعاث هذا الغاز".
الحد من مخاطر التوريد
يُعدّ الجانب اللوجستي عاملاً آخر لا يقل أهمية في التأثير على متطلبات العملاء؛ إذ تفرض سلاسل التوريد ولوائح السلامة قيودًا إضافية تتعلق بعمليات التخزين في الموقع وعمليات التسليم.
ويقول كريس: "ثمة قيود لوجستية، لا سيما في جزيرة مثل تايوان التي تحتضن بعضًا من كبرى شركات تصنيع الرقائق؛ إذ يتعين استيراد كل جزيء من الهيدروجين".
ويضيف أنطوني كين، المدير العالمي لتقنية وتطبيقات الأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) في قسم أشباه الموصلات: "في بعض المواقع، نحن نتحدث عن شاحنات مقطورة مجهزة بأسطوانات لنقل الهيدروجين السائل يتم تسليمها يوميًا".
من خلال إعادة تدوير الهيدروجين عند نقطة الاستخدام، يمكن لمحطات تزويد الهيدروجين (HRS) تقليل عدد قوافل النقل وتخفيف المخاطر المتعلقة بسلسلة التوريد وتحسين هوامش السلامة وتوفير مساحات التخزين.
من النظرية إلى التكنولوجيا
ما بدأ كمشروع بحث وتطوير استكشافي، تطور ليصبح عرضًا تجاريًا يتماشى مع خارطة طريق صناعة أشباه الموصلات.
ويوضح كريس قائلاً: "من خلال تنقية الغاز المُعاد ضخه في نظام الطباعة بالأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) والتحكم فيه، أصبحنا نتعامل الآن مع جانبي المدخلات والمخرجات؛ فنحن نعمل على تطوير نظام يتطلب استقراراً عند كلا الطرفين".
ويقول أنطوني: "في هذا المجال، قد تكون لديك فكرة رائعة قبل 10 أو 15 عامًا، لكنها لا تكتسب أهميتها إلا الآن".
لقد استغرق تطويرها وقتًا طويلاً، ولكنها تقنيةٌ حان أوانها.
