Ultraczysta woda zmienia przemysł półprzewodników
Technologie nanoelektroniczne rozwijają się z zawrotną prędkością, umożliwiając coraz ściślejsze upakowywanie komponentów na układach i zapewniając ogromną pojemność pamięci. Zwiększyło to jednak ryzyko zanieczyszczeń, które obniżają współczynnik wydajności, a tym samym rentowność. Układy scalone poddawane obróbce w zaawansowanych technologicznie pomieszczeniach czystych są podczas produkcji płukane około 100 razy. Europejski producent półprzewodników NXP (dawniej Philips) zużywa dziennie ok. 30 milionów litrów wody. Zaawansowane procesy produkcji wody ultraczystej mają trudności z usuwaniem cząstek o rozmiarach poniżej 20 nm, a tym bardziej mniejszych niż 10 nm. W miarę zmniejszania rozmiarów układów scalonych nanocząstki te stają się coraz bardziej problematyczne. Ich obecność zwiększa prawdopodobieństwo uszkodzenia i konieczności złomowania układów scalonych, co wiąże się ze znacznym marnotrawstwem zasobów naturalnych, czasu i pieniędzy. Dlatego też poprawa czystości wody przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii i wody oraz redukcji ilości odpadów surowcowych i kosztów ma kluczowe znaczenie dla dalszej miniaturyzacji układów scalonych i konkurencyjności przemysłu europejskiego. W ramach finansowanego ze środków UE projektu ULTRAWAT opracowano rozwiązanie, które jest zwieńczeniem trwających od dziesięcioleci prac nad rozwiązaniem tych problemów.
Czysty geniusz
Czterdzieści lat temu szwedzka firma Scarab opracowała pilotażową instalację do odsalania wody, wykorzystując opatentowaną przez siebie technologię uzdatniania wody. Otrzymana przez nich woda była zaskakująco czysta. Stało się jasne, że technologia ta może odegrać istotną rolę w sektorze półprzewodników, których coraz gęstsze upakowywanie wskazywało na nadchodzące zapotrzebowanie. W Sandia National Laboratories w Stanach Zjednoczonych (USA) rozpoczęły się ambitne prace badawczo-rozwojowe, po czym firma Scarab i jej spin-off, Xzero, zaczęły koncentrować się na produkcji ultraczystej wody na potrzeby produkcji mikroukładów scalonych. Urządzenie demonstracyjne firmy Xzero od 2010 roku usuwa w Sztokholmie pozostałości leków ze ścieków komunalnych, oczyszcza kondensat gazów spalinowych z elektrowni i pełni wiele innych funkcji. Finansowanie projektu ULTRAWAT ze środków programu „Horyzont 2020” umożliwiło całkowitą przebudowę podstawowego sprzętu, co zwiększyło efektywność i obniżyło koszty. Miriam Åslin, dyrektor generalna firmy Xzero i koordynatorka projektu ULTRAWAT, wyjaśnia: „Obecne najnowocześniejsze systemy produkcji ultraczystej wody procesowej obejmują około 10 etapów. Sprzęt LastRinse firmy Xzero obejmuje dwa etapy, w tym nasz opatentowany proces usuwania wszystkich substancji nielotnych poprzez odparowanie i skroplenie cząsteczek wody, pozostawiając resztę w wodzie zasilającej. Ponadto do zasilania procesu separacji zamiast energii elektrycznej wykorzystuje ciepło odpadowe”. Ten prostszy i bardziej wydajny proces umożliwił opracowanie kompaktowego systemu działającego na żądanie w punkcie poboru, minimalizując ryzyko zanieczyszczenia oraz upraszczając konserwację i naprawy. Obecnie trwają testy, a komercyjne wersje systemów powinny trafić na rynek w 2023 roku.
Mini-gospodarka o obiegu zamkniętym
Osiągnięcia projektu ULTRAWAT przerosły wszelkie oczekiwania dzięki opracowaniu zintegrowanego systemu oczyszczania ścieków i odzyskiwania zasobów, który oddziela wszystkie zanieczyszczenia. Circular Water Technologies AB zaoferuje zamknięty system oczyszczania wody na potrzeby sektora półprzewodników, który nie generuje ścieków. We współpracy z imec firma Xzero rozpoczęła również projekt „Resource Recovery”, którego celem jest odzyskiwanie cennych składników, takich jak metale ziem rzadkich, ze ścieków powstałych podczas produkcji półprzewodników. Ostatecznie, biorąc pod uwagę przeszkody związane z pandemią COVID-19, opracowano niewielki system, który trafi do zainteresowanych potencjalnych klientów. Będzie on sprzedawany jako sprzęt laboratoryjny przez Type1water AB. System LastRinse można zintegrować z istniejącymi stacjami uzdatniania wody bez zakłóceń pracy i przestojów lub wdrożyć w nowych stacjach. Aapo Sääsk, prezes zarządu firmy Xzero, podsumowuje: „LastRinse jest jedynym systemem, który całkowicie usuwa nanocząstki o wielkości poniżej 20 nm z ultraczystej wody procesowej, co jest absolutną koniecznością z punktu widzenia rentowności przyszłych rozwiązań w dziedzinie nanoelektroniki. Firma Xzero odegra główną rolę we wzroście europejskiego sektora nanoelektroniki, uniezależniając go od producentów z USA i Azji oraz napędzając innowacje na rodzimym rynku”. Fi;m na temat rozwiązania Xzero można obejrzeć tutaj.
Słowa kluczowe
ULTRAWAT, woda, Xzero, woda ultraczysta, nanoelektronika, układ scalony, półprzewodnik, LastRinse, ścieki, mikroukład, nanocząstki
