Hai mai sentito parlare della litografia a ultravioletti estremi (EUV)? Questa tecnologia utilizza un laser ad alta potenza per generare luce con lunghezze d’onda oltre lo spettro visibile e incidere schemi microscopici sui wafer impiegati nella produzione dei chip al silicio. Per evitare contaminazioni e garantire la massima precisione del processo, la litografia EUV viene eseguita in un ambiente ricco di idrogeno.
Dalla metà degli anni 2000, i produttori di semiconduttori (semi-fabs) hanno introdotto la tecnologia EUV per soddisfare la crescente domanda di chip sempre più piccoli, veloci e performanti, destinati a smartphone, infrastrutture digitali e sistemi di elaborazione avanzati.
Man mano che i produttori di semiconduttori ampliavano l’impiego della tecnologia EUV, hanno dovuto affrontare tre sfide fondamentali: assicurare la disponibilità di idrogeno in quantità adeguate, integrare le estese infrastrutture necessarie per il vuoto e l’abbattimento delle emissioni, e ridurre le emissioni complessive dei processi produttivi.
Valorizzare decenni di esperienza
Edwards, brand di Atlas Copco Group specializzato nelle tecnologie per il vuoto, ha deciso di affrontare questa sfida. Forte di decenni di esperienza, il team aveva sviluppato fin dalla fine degli anni ’90 un vero e proprio patrimonio di competenze nella chimica dei gas, nelle tecnologie di purificazione e nell’integrazione di sistemi per il settore dei semiconduttori.
"A differenza di molti altri processi utilizzati nell’industria dei semiconduttori, la tecnologia EUV opera in condizioni stabili e non comporta processi chimici particolarmente complessi", spiega Chris Bailey, Vice President Emerging Technologies della divisione Semiconductor del Gruppo. "Avevamo già maturato esperienza nel riciclo dell’idrogeno in un’altra applicazione tecnologica. Per questo eravamo convinti che, se fosse stato possibile farlo da qualche parte, avremmo potuto farlo anche nell’ambito della tecnologia EUV."
Per sviluppare un sistema di recupero dell’idrogeno (HRS) in grado di purificare l’idrogeno recuperato fino a un livello di purezza ultra-elevato, il team ha collaborato con un’azienda specializzata in tecnologie elettrochimiche e con un integratore di sistemi, entrambi con sede nello Stato di New York, oltre che con la NYSERDA (New York State Energy Research and Development Authority).
Il sistema di recupero dell’idrogeno (HRS), sviluppato da Edwards, è in grado di purificare l’idrogeno recuperato fino a un grado di purezza ultra-elevato.
Emissioni ridotte
A livello mondiale, gran parte dell’idrogeno viene ancora prodotta a partire da combustibili fossili. I sistemi di recupero dell’idrogeno consentono di riutilizzarlo, contribuendo a evitare le emissioni di carbonio generate dalla produzione di nuovo idrogeno.
“L’impatto ambientale è senza dubbio un elemento fondamentale”, afferma Zach Dunbar, Technology Manager, che è entrato a far parte del team nel 2016, nelle prime fasi dello sviluppo della tecnologia elettrochimica alla base del sistema.
“Normalmente l’idrogeno viene prodotto a partire dal gas naturale, ma anche dal carbone o dal petrolio, e la sua produzione comporta elevate emissioni di CO2”, afferma Dunbar. “Se si riesce a recuperare e riutilizzare l’idrogeno, si riduce la necessità di utilizzare metano o altre fonti che generano emissioni di CO2.”
Ridurre i rischi legati all’approvvigionamento
Un altro aspetto altrettanto importante per i clienti riguarda la logistica. Le catene di approvvigionamento e i requisiti di sicurezza impongono ulteriori limitazioni in termini di stoccaggio in loco e gestione delle forniture.
“Esistono limiti logistici significativi, soprattutto in un’isola come Taiwan, dove hanno sede alcuni dei maggiori produttori di semiconduttori al mondo. Ogni singola molecola di idrogeno deve essere importata”, afferma Chris.
“In alcune località, l’approvvigionamento richiede l’arrivo quotidiano di autocisterne cariche di idrogeno liquido”, aggiunge Anthony Keen, Global EUV Technology and Applications Manager della divisione Semiconductor.
Grazie al recupero e al riutilizzo dell’idrogeno direttamente nel punto di utilizzo, il sistema HRS riduce la dipendenza dalle forniture esterne, attenua i rischi della catena di approvvigionamento, migliora la sicurezza operativa e limita la necessità di capacità di stoccaggio in sito.
Dalla teoria alla tecnologia
Nato come progetto esplorativo di ricerca e sviluppo, questo sistema si è evoluto fino a diventare una soluzione commerciale in linea con la roadmap dell’industria dei semiconduttori.
“Purificando e controllando il gas reimmesso nel sistema EUV, oggi interveniamo sia sul lato di uscita sia su quello di ingresso del processo. Stiamo sviluppando una soluzione che deve garantire stabilità e affidabilità a entrambe le estremità del sistema”, spiega Chris.
“In questo settore, può accadere che un’idea innovativa concepita 10 o 15 anni prima trovi la sua piena applicazione soltanto oggi”, osserva Anthony.
È il risultato di un lungo percorso di sviluppo, ma oggi possiamo dire che questa è una tecnologia arrivata al momento giusto.
