來源：半導(dǎo)體芯科技編譯

Imec的虛擬工廠支持減少光刻和蝕刻工藝步驟的碳足跡的戰(zhàn)略

在最近舉行的2023 Advanced Lithography + Patterning Conference會(huì)議上，Imec提出了對(duì)先進(jìn)集成電路制造中圖案的環(huán)境影響的定量評(píng)估。在Imec.netzero建模平臺(tái)上開發(fā)了一個(gè)虛擬工廠。由此產(chǎn)生的分析使imec及其合作伙伴能夠評(píng)估當(dāng)前的制造選擇，確定重點(diǎn)領(lǐng)域，并預(yù)測(cè)未來。在imec的物理工廠中，對(duì)影響較大的領(lǐng)域探索了環(huán)保的工藝解決方案，其中包括減少氟化蝕刻氣體，最大限度地提高EUV掃描儀的產(chǎn)量，以及減少氫氣和水的消耗。

由于先進(jìn)技術(shù)的復(fù)雜性日益增加以及晶圓生產(chǎn)總量的預(yù)計(jì)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)未來十年與IC制造相關(guān)的二氧化碳排放量將翻兩番。為了應(yīng)對(duì)這種情況，先進(jìn)的半導(dǎo)體企業(yè)已承諾到 2030-2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和或凈零排放。在此背景下，Imec啟動(dòng)了可持續(xù)半導(dǎo)體技術(shù)和系統(tǒng)（SSTS）計(jì)劃，匯集供應(yīng)鏈，共同實(shí)現(xiàn)芯片制造的凈零排放。SSTS的目標(biāo)之一是為行業(yè)提供一種獨(dú)特的自下而上的方法，提供具有高粒度的可操作數(shù)據(jù)，從而在工藝和流程開發(fā)期間進(jìn)行影響評(píng)估。

通過使用在SSTS計(jì)劃框架內(nèi)開發(fā)的建模平臺(tái)Imec.netzero，Imec與其合作伙伴合作，首次量化了各種邏輯技術(shù)節(jié)點(diǎn)的圖案相關(guān)工藝步驟對(duì)環(huán)境的影響?！巴ㄟ^應(yīng)用這種'虛擬晶圓廠'工具，我們證明了光刻和蝕刻共同承擔(dān)了與制造3納米邏輯晶圓相關(guān)的范圍1和范圍2排放（即分別來自自有或運(yùn)營資產(chǎn)以及購買能源的排放）的45%。使用和不使用EUV圖案化的先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)（我們的示例圖表中的N7）的比較也清楚地證明了EUV作為限制與復(fù)雜多圖案技術(shù)（10nm-7nm-5nm過渡）相關(guān)的CO2eq排放的解決方案的價(jià)值，“Imec技術(shù)團(tuán)隊(duì)的主要成員Emily Gallagher解釋道。“此外，建模工具可以量化與實(shí)際晶圓廠實(shí)驗(yàn)相關(guān)的收益。例如，將EUV劑量降低10%可為每個(gè)晶圓節(jié)省約0.4千克二氧化碳當(dāng)量。這將導(dǎo)致大型晶圓廠每月節(jié)省約40噸二氧化碳當(dāng)量，相當(dāng)于從加利福尼亞州舊金山到俄勒岡州波特蘭的100個(gè)往返航班的排放量。

Imec利用其物理晶圓廠作為試點(diǎn)環(huán)境，探索高影響地區(qū)的工藝和設(shè)計(jì)方向。Emily Gallagher：“我們最近與我們的合作伙伴Edwards合作，在我們的300mm潔凈室中安裝了用于EUV光刻的氫氣回收系統(tǒng)，使我們能夠重復(fù)使用和回收~70%的氫氣。此外，我們?cè)絹碓疥P(guān)注0.33NA和0.55NA（高NA）EUV光刻的低劑量解決方案，這一努力也有助于降低光刻成本。我們還確定了提高可持續(xù)性的蝕刻方向，目前側(cè)重于整體減少傳統(tǒng)氣體消耗。下一步，我們將與我們的合作伙伴一起量化這些擬議解決方案對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體工藝流程的影響?！?/p>

Imec先進(jìn)圖案、工藝和材料高級(jí)副總裁Steven Scheer表示：“過去開發(fā)的圖案化工藝步驟在很大程度上促進(jìn)了半導(dǎo)體革命，要想跟上不斷提高的計(jì)算性能的需求，進(jìn)一步的進(jìn)步是必不可少的。在保持相同圖案化能力的同時(shí)制定減少二氧化碳排放的策略將是一項(xiàng)巨大的努力，為此我們現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了第一個(gè)里程碑。通過與設(shè)備和材料供應(yīng)商的合作，Imec.netzero內(nèi)開發(fā)的模型被不斷地進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試和驗(yàn)證。他們的作用對(duì)于推進(jìn)我們的SSTS計(jì)劃以及促進(jìn)實(shí)用的圖案化解決方案以減少全球半導(dǎo)體行業(yè)的碳足跡和環(huán)境影響至關(guān)重要。

“然而，我們注意到，并非所有環(huán)境影響都包含在碳當(dāng)量排放指標(biāo)中，”Steven Scheer補(bǔ)充道?！袄?，氣體排放可能是有害空氣污染物（HAPS），光刻膠和增透膜（ARC）都可能含有PFAS（全氟和多氟烷基物質(zhì)）。PFAS的碳-氟鍵強(qiáng)度有助于化學(xué)放大抗蝕劑（CAR）在成熟光學(xué)和不斷發(fā)展的EUV光刻膠中具有卓越的性能特征。然而，其生物蓄積潛力已導(dǎo)致社會(huì)對(duì)消除其使用的強(qiáng)烈興趣。除了直接降低碳排放的項(xiàng)目外，還必須考慮消除PFAS等項(xiàng)目?！?/p>

審核編輯：湯梓紅