Ooit gehoord van extreme ultraviolette lithografie of EUV? Deze technologie produceert licht buiten de normale zichtbare golflengten met een krachtige laser en wordt gebruikt om patronen op de halfgeleiderwafers te etsen die in siliciumchips worden gebruikt. Om verontreiniging te voorkomen, vindt het EUV-proces plaats in een waterstofrijke omgeving.
Halfgeleiderfabrikanten (semi-fabs) zijn midden jaren 2000 begonnen met het gebruik van EUV omdat het kleinere, snellere en krachtigere chips voor smartphones en geavanceerde computers mogelijk maakt.
Toen semi-fabs de EUV-invoering op schaal moesten implementeren, stonden ze voor drie uitdagingen: voldoende waterstof garanderen, de grote vacuüm- en bestrijdingsinfrastructuur opvangen en de uitstoot verlagen.
Profiteren van tientallen jaren expertise
Edwards, een merk voor vacuümtechnologie binnen Atlas Copco Group, nam de innovatie-uitdaging aan. Het team had al sinds eind jaren 1990 een 'gouden draad' van expertise opgebouwd op het gebied van gaschemie, zuivering en systeemintegratie voor de halfgeleiderindustrie.
"In tegenstelling tot veel halfgeleiderprocessen werkt EUV in een stabiele toestand en bevat het geen vervelende chemie", zegt Chris Bailey, VP Emerging Technologies in de divisie Semiconductor van Atlas Copco Group. "We hadden al wat werk verricht op het gebied van waterstofrecycling in een andere technologie, dus als we het op iets konden doen, konden we het hierop doen."
Het team werkte samen met een elektrochemisch technologiebedrijf en systeemintegrator, beide gevestigd in de staat New York, en NYSERDA (New York State Energy Research and Development Authority), om een waterstofterugwinningssysteem (HRS) te ontwikkelen dat teruggewonnen waterstof kan zuiveren tot ultrazuivere kwaliteit.
Het door Edwards ontwikkelde waterstofterugwinningssysteem (HRS) is in staat om teruggewonnen waterstof tot ultrazuivere kwaliteit te zuiveren.
Beperkte uitstoot
De meeste waterstof wereldwijd wordt gemaakt op basis van fossiele brandstoffen. Met waterstofterugwinningssystemen kunnen koolstofemissies worden vermeden.
"Hier is absoluut een grote milieufactor", zegt Technology Manager Zach Dunbar, die in 2016 bij het team kwam werken toen het project begon met de opbouw van de elektrochemie achter het systeem.
"Meestal wordt waterstof geproduceerd uit methaangas, maar het kan steenkool of aardolie zijn, dus je stoot veel CO2 uit wanneer je het produceert. Als je de waterstof recycleert, gebruik je dat methaan of iets anders dat CO2 produceert natuurlijk niet."
Bevoorradingsrisico's wegnemen
Een andere, even sterke drijfveer voor klanten is de logistiek. Toeleveringsketens en veiligheidsvoorschriften creëren extra beperkingen voor opslag en leveringen op locatie.
"Er zijn logistieke beperkingen, vooral op een eiland als Taiwan waar enkele van de grootste chipproducenten gevestigd zijn. Elk waterstofmolecuul moet worden geïmporteerd", zegt Chris.
"Op sommige locaties heb je het over buistrailers van vloeibare waterstof die elke dag worden geleverd", voegt Anthony Keen, Global EUV Technology and Apps Manager van de Semiconductor divisie toe.
Door waterstof op het punt van gebruik te recyclen, kan HRS leveringsconvoys verminderen, het risico in de toeleveringsketen verlichten, de veiligheidsmarges verbeteren en opslagruimte vrijmaken.
Van theorie naar technologie
Wat begon als een verkennend R&D-project is uitgegroeid tot een commercieel aanbod dat is afgestemd op de roadmap van de halfgeleiderindustrie.
"Door het gas dat terug naar de EUV-tool wordt gevoerd te zuiveren en te regelen, maken we nu interfaces aan zowel de uitvoer- als de invoerzijde. We maken een systeem dat aan beide kanten stabiel moet zijn", legt Chris uit.
"In deze sector kun je 10 of 15 jaar geleden een geweldig idee hebben dat nu pas relevant wordt", zegt Anthony.
Het is een lange ontwikkelingsfase geweest, maar het is een technologie waarvan de tijd nu gekomen is.
