Laura López
Editora Sénior - TechC. C. Wei, el presidente y director general de TSMC, acaba de participar en la inauguración del parque tecnológico de Pingtung, al sur de Taiwán. La ceremonia se ha celebrado bajo una lluvia muy intensa, y el máximo responsable de la mayor compañía de fabricación de chips del planeta lo ha festejado públicamente: "El mes pasado aún me preguntaba: ¿qué deberíamos hacer con el agua? ¿Deberíamos empezar a usar camiones cisterna?".
Wei tiene razones de peso para estar preocupado por el agua. En Taiwán es un recurso muy escaso, y, además, es imprescindible para sus fábricas de semiconductores. La industria de la producción de circuitos integrados se enfrenta a cinco grandes carencias: agua, energía, mano de obra, suelo y talento. Y probablemente el agua es el recurso más preciado de todos y el desafío más difícil de superar. Lai Ching-te, el presidente de Taiwán, ha comunicado a C. C. Wei los planes del Gobierno para conectar entre sí los embalses de la isla en un claro intento de suavizar este problema.
El agua con la que estamos familiarizados, como la que sale del grifo, la de los manantiales, e, incluso, el agua mineral embotellada, está llena de impurezas. Contiene bacterias, gases disueltos, sales minerales y partículas microscópicas en suspensión. Esto no representa ningún problema para la mayor parte de las aplicaciones cotidianas para las que solemos utilizarla, pero esta agua no sirve para fabricar chips. Incluso la más mínima impureza invisible al ojo humano es veneno puro cuando interviene en la producción de semiconductores de vanguardia, como los circuitos integrados de 2 nm que están fabricando actualmente TSMC, Intel y Samsung.
Las sequías son la mayor amenaza para TSMC
El proceso de fabricación de circuitos integrados exige limpiar las obleas de silicio decenas de veces. Cada vez que se transfiere un patrón geométrico a las obleas mediante litografía es necesario limpiarlas. También después de verter sobre ellas los reactivos químicos y los fluidos fotorresistentes.
No obstante, el agua que se utiliza para eliminar cualquier residuo que haya podido depositarse sobre la oblea no puede tener la más mínima impureza. Debe ser absolutamente pura. De hecho, el estándar de la industria exige agua con una resistividad eléctrica de 18,2 megaohmios por centímetro, que es el límite teórico de la pureza del agua a temperatura ambiental.
El problema es que producir agua ultrapura no es sencillo. Y no lo es debido a que es necesario someterla a ósmosis inversa en múltiples etapas y a tratamientos de intercambio iónico. También es preciso desgasificarla al vacío, eliminar cualquier microorganismo que pueda contener con luz ultravioleta y filtrarla utilizando unas membranas diseñadas expresamente para capturar la más mínima impureza.
En este artículo no necesitamos indagar en estos procesos, pero hay algo que no podemos pasar por alto: este tratamiento consume energía y requiere emplear una gran cantidad de productos químicos. Además, una parte importante del agua que se procesa no se transforma en agua ultrapura, por lo que no se puede aprovechar.
En 2021 Taiwán se enfrentó a la sequía más agresiva de las últimas décadas
En 2021 Taiwán se enfrentó a la sequía más agresiva de las últimas décadas. Los embalses que abastecen el norte de la isla, que es la región en la que se encuentra la mayor parte de las plantas de fabricación de circuitos integrados, alcanzaron un nivel crítico. Este escenario obligó al Gobierno a suspender el riego agrícola con el propósito de proteger el suministro industrial.
Aun así, TSMC tuvo que recurrir a camiones cisterna para transportar agua desde otras zonas de la isla. Esta crisis pasó, pero dejó al descubierto una vulnerabilidad estructural de una industria profundamente sensible a los fenómenos climáticos extremos y para la que el agua es tan valiosa como el silicio o algunas tierras raras.
Actualmente TSMC reutiliza el 85% del agua que consume en sus procesos, pero sus plantas requieren diariamente tanta agua que el 15% que no es posible reutilizar continúa siendo una cantidad muy grande. Paradójicamente algunas de las fábricas de chips más importantes de EEUU residen en Arizona, que es el segundo estado más seco del país solo por detrás de Nevada.
En esta región tienen plantas de vanguardia tanto Intel como TSMC, y Samsung gestiona varias fábricas de última generación en Texas, otro estado en el que el agua no sobra precisamente. Además, Intel tiene varias plantas muy importantes en Israel, de nuevo un país para el que el agua es un recurso escaso, y, por tanto, de un gran valor estratégico.
La elección de estas ubicaciones responde a factores geoestratégicos y geopolíticos, y no a una planificación que prioriza la sostenibilidad. Además, hay otra realidad inapelable que complica aún más este panorama: los nodos de fabricación de circuitos integrados más avanzados consumen más agua ultrapura que los nodos maduros.
Un chip de 3 nm de TSMC pasa por más de 1.000 etapas individuales, y muchas de ellas requieren un lavado con agua ultrapura
A medida que los transistores son más pequeños y los chips más sofisticados el número de etapas que requiere su proceso de producción es más elevado, por lo que es necesario limpiar las obleas con agua ultrapura más veces. Un semiconductor de 3 nm de TSMC pasa por más de 1.000 etapas individuales, y muchas de ellas requieren un lavado con agua ultrapura. Los chips de 2 nm son aún más exigentes, y los que llegarán en el futuro con toda seguridad multiplicarán el consumo de agua.
El problema al que se enfrentan TSMC, Intel, Samsung, SK Hynix, Micron, GlobalFoundries y otros fabricantes de semiconductores intimida. Estas compañías están elaborando soluciones, pero por el momento no son suficientes. TSMC, Samsung e Intel tienen unos programas muy avanzados de reciclaje y reutilización de agua. Además, estas compañías están desarrollando sistemas de limpieza en seco de las obleas empleando plasmas reactivos en vez de agua para usarlos en algunos pasos.
E, incluso, están buscando nuevos materiales para las tuberías de distribución del agua ultrapura con el propósito de minimizar las pérdidas del sistema de circulación. El problema es que estas soluciones no eliminan la profunda dependencia que tienen las fábricas de chips del agua. La solución definitiva todavía no ha llegado. Y urge. Urge muchísimo.
Imagen | TSMC
Más información | Reuters
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