Har du noen gang hørt om ekstrem ultrafiolett litografi, eller EUV? Denne teknologien produserer lys utenfor de normale synlige bølgelengdene med en høyytelseslaser og brukes til å etse mønstre på halvlederplater som brukes i silisiumbrikker. For å forhindre forurensning foregår EUV-prosessen i et hydrogengassrikt miljø.
Halvlederprodusenter (semi-fabrikker) begynte å bruke EUV på midten av 2000-tallet, da det muliggjør mindre, raskere og kraftigere brikker for smarttelefoner og avansert databehandling.
Da halvlederprodusenter (semi-fabs) økte bruken av EUV, møtte de tre utfordringer: å sikre nok hydrogen, å tilpasse den store vakuum- og renseteknologien, og å redusere utslippene.
Utnyttelse av flere tiårs ekspertise
Edwards, et vakuumteknologimerke innen Atlas Copco-konsernet, tok på seg innovasjonsutfordringen. Teamet hadde allerede bygget opp en «gylden tråd» av ekspertise innen gasskjemi, rensing og systemintegrasjon for halvlederindustrien siden slutten av 1990-tallet.
"I motsetning til mange halvlederprosesser opererer EUV i en stabil tilstand, og det er ingen ubehagelig kjemi i den," sier Chris Bailey, visepresident for Emerging Technologies i konsernets halvlederdivisjon. "Vi hadde allerede gjort noe arbeid med hydrogenresirkulering i en annen teknologi, så hvis vi kunne gjøre det på noe som helst, kunne vi gjøre det på dette."
Teamet samarbeidet med et elektrokjemisk teknologiselskap og systemintegrator, begge basert i delstaten New York, samt NYSERDA (New York State Energy Research and Development Authority), for å utvikle et hydrogengjenvinningssystem (HRS) som er i stand til å rense gjenvunnet hydrogen til ultrarent nivå.
Hydrogen-gjenvinningssystemet (HRS), utviklet av Edwards, er i stand til å rense gjenvunnet hydrogen til ultrarent nivå.
Reduserte utslipp
Det meste av hydrogenet i verden produseres fra fossile brensler. Med hydrogengjenvinningssystemer kan karbonutslipp unngås.
"Det er absolutt en stor miljøfaktor her," sier teknologisjef Zach Dunbar, som ble med i teamet i 2016 da prosjektet begynte å bygge elektro-kjemien bak systemet.
Vanligvis produseres hydrogen fra metangass, men det kan også være fra kull eller petroleum, så du slipper ut mye CO2 når du produserer det. Klart, hvis du resirkulerer hydrogenet, bruker du ikke den metanen eller hva det nå enn er som produserer CO2.
Fjerne forsyningsrisikoer
En annen like sterk kundedriver er logistikk. Forsyningskjeder og sikkerhetsforskrifter skaper ytterligere begrensninger for lagring og leveranser på stedet.
"Det finnes logistiske begrensninger, spesielt på en øy som Taiwan hvor noen av de største chip-produsentene er lokalisert. Hver eneste molekyl av hydrogen må importeres," sier Chris.
"På noen steder snakker vi om at rørtrailere med flytende hydrogen leveres hver dag," legger Anthony Keen, Global EUV Technology and Apps Manager i halvlederdivisjonen, til.
Ved å resirkulere hydrogen på bruksstedet kan HRS redusere leveringskonvoier, lette forsyningskjede-risiko, forbedre sikkerhetsmarginer og frigjøre lagringsplass.
Fra teori til teknologi
Det som begynte som et utforskende FoU-prosjekt, har modnet til et kommersielt tilbud i tråd med halvlederindustriens veikart.
"Ved å rense og kontrollere gassen som føres tilbake til EUV-verktøyet, grensesnittet vi nå både på utgangs- og inngangssiden. Vi lager et system som må være stabilt i begge ender," forklarer Chris.
"I denne bransjen kan du ha en god idé for 10 eller 15 år siden som først blir relevant nå," sier Anthony.
Det har tatt lang tid å utvikle, men dette er en teknologi hvis tid nå har kommet.
