反向燃料电池技术 如何助半导体制程减碳？

先进半导体制程需使用大量氢来避免内部材料氧化，极紫外光（EUV）微影机每分钟需使用约600公升氢。英国真空系统公司Edwards Vacuum与比利时微电子研究中心（Imec）开发出了回收大部分材料的方法。

根据IEEE Spectrum报导，EUV机台是让晶体管密度能不断增加的重要工具，这些价格高达1亿美元且大如拖车的系统，可将接近X光波长的光从复杂的镜面反射至矽芯片上，建立纳米级准确度的图案。由于空气会吸收系统的13.5纳米光，因此整个机制需在真空环境下进行。

系统和微影过程会产生污染物，因此机器需要每分钟吹送约600公升的氢流来清除可能弄脏其精密光学元件的污染物，且未来数量可能会持续增加，制程所产生的大量余氢如何循环再利用，成为业界关注的焦点。

要成功制造出EUV光源必须透过千瓦级的雷射，以高频率击打熔化的锡滴，产生电浆，才能激发出极紫外光。氢流可防止蒸发的锡弄脏系统的光学元件，并且可以带走电浆产生的高热。

为了降低EUV的碳足迹及拥有成本，Edwards的工程师想出一种方法，可回收高达80%的气体。技术经理Anthony Keen表示，氢虽可透过转化成电力回收，但仍会消耗100%的资源，将余氢清理乾净再送回机器才是最有效的方法。

Edwards的氢回收系统有点类似氢燃料电池，只是反过来。将气体与少量水份和氮气混合后，迫使被离子化的氢通过质子交换膜，膜的另一面，质子与电子会重新结合形成纯氢，最后的纯化步骤会去除任何通过膜迁移的水，将所有污染物都留在电池的另一面。

作为Imec永续半导体技术和系统（SSTS）计划的一部分，Edwards和Imec在Imec的12寸晶圆试产在线测试一个具有80个电化学堆叠、每分钟可处理750公升的回收系统，测试结果显示该系统可回收70~80%的氢，减少净能源的消耗。