Bạn đã từng nghe đến công nghệ quang khắc cực tím bước sóng siêu ngắn (Extreme Ultraviolet Lithography - EUV) chưa? Công nghệ này tạo ra ánh sáng có bước sóng ngắn hơn nhiều so với ánh sáng nhìn thấy, bằng cách sử dụng laser công suất cao, và được dùng để khắc các hoa văn siêu nhỏ lên các tấm wafer bán dẫn dùng trong sản xuất chip silicon. Để ngăn ngừa nhiễm bẩn, toàn bộ quá trình EUV được thực hiện trong môi trường giàu khí hydro.
Các nhà sản xuất chất bán dẫn (semi-fabs) bắt đầu sử dụng EUV vào giữa những năm 2000 vì nó cho phép chip nhỏ hơn, nhanh hơn và mạnh hơn cho điện thoại thông minh và máy tính tiên tiến.
Khi các nhà máy sản xuất chất bán dẫn mở rộng việc ứng dụng công nghệ EUV, họ phải đối mặt với ba thách thức chính: bảo đảm nguồn cung hydro đầy đủ, đáp ứng yêu cầu về hệ thống chân không và xử lý khí thải có quy mô lớn, đồng thời giảm phát thải.
Phát huy kinh nghiệm tích lũy qua nhiều thập kỷ
Edwards, một thương hiệu công nghệ chân không thuộc Tập đoàn Atlas Copco, đã nắm bắt thử thách đổi mới. Đội ngũ đã xây dựng được "chuỗi vàng" chuyên môn về hóa học khí, tinh chế và tích hợp hệ thống cho ngành công nghiệp bán dẫn từ cuối những năm 1990.
"Không giống nhiều quy trình trong ngành bán dẫn, EUV vận hành ở trạng thái ổn định và không liên quan đến các phản ứng hóa học phức tạp hay nguy hiểm,” Chris Bailey, Phó Chủ tịch phụ trách Công nghệ Mới nổi của bộ phận Semiconductor trong Tập đoàn, cho biết. “Trước đó chúng tôi đã thực hiện một số nghiên cứu về tái chế hydro cho một công nghệ khác. Vì vậy, nếu có thể áp dụng việc này ở bất kỳ đâu, thì EUV là một trong những ứng dụng phù hợp nhất."
Nhóm đã hợp tác với một công ty công nghệ điện hóa và nhà tích hợp hệ thống, cả hai đều có trụ sở tại Tiểu bang New York và NYSERDA (Cơ quan Nghiên cứu và Phát triển Năng lượng Tiểu bang New York), để phát triển một hệ thống thu hồi hydro (HRS) có khả năng tinh chế hydro thu hồi thành loại siêu tinh khiết.
Hệ thống thu hồi hydro (HRS), được phát triển bởi Edwards, có khả năng tinh chế hydro thu hồi thành loại siêu tinh khiết.
Giảm phát thải
Hầu hết hydro trên thế giới được sản xuất từ nguồn nhiên liệu hóa thạch. Với hệ thống thu hồi hydro, có thể tránh được phát thải carbon.
"Yếu tố môi trường chắc chắn là một động lực rất lớn ở đây" Giám đốc Công nghệ Zach Dunbar, người gia nhập nhóm vào năm 2016 đúng thời điểm dự án bắt đầu phát triển nền tảng điện hóa đằng sau hệ thống này.
"Thông thường, hydro được sản xuất từ khí methane, nhưng cũng có thể được tạo ra từ than đá hoặc dầu mỏ. Quá trình đó phát thải một lượng lớn CO₂. Rõ ràng, nếu bạn có thể tái chế hydro thì sẽ không cần sử dụng lượng methane hay các nhiên liệu khác tạo ra CO₂ để sản xuất hydro mới.
Loại bỏ rủi ro về nguồn cung
Một động lực quan trọng khác từ phía khách hàng là vấn đề hậu cần. Các chuỗi cung ứng cùng với các quy định về an toàn tạo ra thêm những hạn chế đối với việc lưu trữ hydro tại chỗ và tổ chức các đợt giao hàng.
"Có những giới hạn về hậu cần, đặc biệt là trên một hòn đảo như Đài Loan, nơi có một số nhà sản xuất chip lớn nhất. Mỗi phân tử hydro đều phải được nhập khẩu," Chris chia sẻ.
“Ở một số địa điểm, lượng hydro tiêu thụ lớn đến mức mỗi ngày phải có các xe bồn chuyên dụng (tube trailers) chở hydro lỏng đến nhà máy,” Anthony Keen, Giám đốc Công nghệ và Ứng dụng EUV Toàn cầu tại bộ phận Chất bán dẫn cho biết thêm.
Bằng cách tái chế hydro ngay tại điểm sử dụng, hệ thống HRS (Hydrogen Recycling System) có thể giảm số chuyến vận chuyển hydro, giảm rủi ro trong chuỗi cung ứng, cải thiện mức độ an toàn và giải phóng không gian lưu trữ.
Từ lý thuyết đến công nghệ
Khởi đầu từ một dự án nghiên cứu và phát triển mang tính tiên phong, giải pháp này đã trưởng thành thành một sản phẩm thương mại, đáp ứng lộ trình công nghệ và các yêu cầu trong tương lai của ngành công nghiệp bán dẫn.
Chris giải thích: “Bằng cách tinh chế và kiểm soát dòng khí được đưa trở lại hệ thống EUV, giờ đây chúng tôi tham gia vào cả phía đầu ra lẫn đầu vào của thiết bị EUV. Chúng tôi đang xây dựng một hệ thống phải duy trì độ ổn định ở cả hai đầu.”
Anthony cho biết: “Trong ngành này, một ý tưởng tuyệt vời có thể xuất hiện từ 10 hoặc 15 năm trước, nhưng chỉ đến thời điểm hiện tại mới thực sự trở nên phù hợp và có giá trị ứng dụng.”
Công nghệ này đã trải qua một quá trình phát triển dài hơi, nhưng giờ đây thời điểm của nó đã thực sự đến.
