Cerrando el círculo en la fabricación de chips

¿Alguna vez ha oído hablar de la litografía ultravioleta extrema o EUV? Esta tecnología produce luz más allá de las longitudes de onda visibles con un láser de alta potencia y se utiliza para grabar patrones en las obleas semiconductoras utilizadas en los chips de silicio. Para evitar la contaminación, el proceso EUV tiene lugar en un entorno rico en hidrógeno.

Los fabricantes de semiconductores (semi-fabs) comenzaron a utilizar el EUV a mediados de la década de 2000, ya que permite chips más pequeños, rápidos y potentes para teléfonos inteligentes y computación avanzada.

A medida que las fábricas de semiconductores ampliaron la adopción de los EUV, se enfrentaron a tres retos: garantizar suficiente hidrógeno, acomodar la gran infraestructura de vacío y reducción, y reducir las emisiones.

Aprovechando décadas de experiencia

Edwards, una marca de tecnología de vacío de Atlas Copco Group, asumió el reto de la innovación. El equipo ya había desarrollado un “hilo conductor” de conocimiento en química de gases, purificación e integración de sistemas para la industria de los semiconductores desde finales de la década de 1990.

"A diferencia de muchos procesos de semiconductores, el EUV funciona en un estado estable y no tiene ninguna química nociva", afirma Chris Bailey, VP Emerging Technologies en la división de semiconductores del Grupo. "Ya habíamos hecho algo de trabajo en el reciclaje del hidrógeno en otra tecnología, así que si pudiéramos hacerlo en cualquier cosa, podríamos hacerlo en esto".

El equipo colaboró con una empresa de tecnología electroquímica y una integradora de sistemas, ambas con sede en el Estado de Nueva York, y NYSERDA (New York State Energy Research and Development Authority), para desarrollar un sistema de recuperación de hidrógeno (HRS) capaz de purificar el hidrógeno recuperado hasta un grado ultrapuro.

Menos emisiones

La mayoría del hidrógeno del mundo se produce a partir de combustibles fósiles. Con los sistemas de recuperación de hidrógeno, se pueden evitar emisiones de carbono.

"Sin duda, hay un importante factor medioambiental aquí", afirma el director de tecnología Zach Dunbar, que se unió al equipo en 2016 cuando el proyecto comenzó a construir la electroquímica detrás del sistema.

"Típicamente, el hidrógeno se genera a partir de gas metano, pero podría ser carbón o petróleo, por lo que emites mucho CO2 cuando lo produces. Claramente, si estás reciclando el hidrógeno, entonces no estás utilizando ese metano o cualquier otra sustancia que produzca CO2."

Eliminando riesgos de suministro

Otro factor igualmente importante para los clientes es la logística. Las cadenas de suministro y las normativas de seguridad crean restricciones adicionales para el almacenamiento y las entregas in situ.

"Existen límites logísticos, especialmente en una isla como Taiwán, donde se encuentran algunos de los mayores fabricantes de chips. Cada molécula de hidrógeno debe importarse", afirma Chris.

"En algunas ubicaciones, hablamos de los camiones cisterna de hidrógeno líquido que se entregan a diario", añade Anthony Keen, Global EUV Technology and Apps Manager en la división de semiconductores.

Al reciclar el hidrógeno en el punto de uso, HRS puede reducir los camiones de suministro, disminuir el riesgo de la cadena de suministro, mejorar los márgenes de seguridad y liberar almacenamiento.

De la teoría a la tecnología

Lo que comenzó como un proyecto de I+D exploratorio se ha convertido en una oferta comercial alineada con la hoja de ruta de la industria de los semiconductores.

"Al purificar y controlar el gas devuelto a la herramienta EUV, ahora estamos interviniendo tanto en la entrada como en la salida. Estamos creando un sistema que tiene que ser estable en ambos extremos", explica Chris.

"En esta industria, pudiste tener una gran idea hace 10 o 15 años y solo se vuelve relevante ahora", dice Anthony.

Ha pasado mucho tiempo desarrollarla, pero esta es una tecnología cuyo momento ha llegado.