虚拟晶圆工厂提供可持续发展的选择

来源：半导体芯科技编译

Imec的虚拟工厂支持减少光刻和蚀刻工艺步骤的碳足迹的战略

在最近举行的2023 Advanced Lithography + Patterning Conference会议上，Imec提出了对先进集成电路制造中图案的环境影响的定量评估。在Imec.netzero建模平台上开发了一个虚拟工厂。由此产生的分析使imec及其合作伙伴能够评估当前的制造选择，确定重点领域，并预测未来。在imec的物理工厂中，对影响较大的领域探索了环保的工艺解决方案，其中包括减少氟化蚀刻气体，最大限度地提高EUV扫描仪的产量，以及减少氢气和水的消耗。

由于先进技术的复杂性日益增加以及晶圆生产总量的预计增长，预计未来十年与IC制造相关的二氧化碳排放量将翻两番。为了应对这种情况，先进的半导体企业已承诺到 2030-2050 年实现碳中和或净零排放。在此背景下，Imec启动了可持续半导体技术和系统（SSTS）计划，汇集供应链，共同实现芯片制造的净零排放。SSTS的目标之一是为行业提供一种独特的自下而上的方法，提供具有高粒度的可操作数据，从而在工艺和流程开发期间进行影响评估。

通过使用在SSTS计划框架内开发的建模平台Imec.netzero，Imec与其合作伙伴合作，首次量化了各种逻辑技术节点的图案相关工艺步骤对环境的影响。“通过应用这种'虚拟晶圆厂'工具，我们证明了光刻和蚀刻共同承担了与制造3纳米逻辑晶圆相关的范围1和范围2排放（即分别来自自有或运营资产以及购买能源的排放）的45%。使用和不使用EUV图案化的先进技术节点（我们的示例图表中的N7）的比较也清楚地证明了EUV作为限制与复杂多图案技术（10nm-7nm-5nm过渡）相关的CO2eq排放的解决方案的价值，“Imec技术团队的主要成员Emily Gallagher解释道。“此外，建模工具可以量化与实际晶圆厂实验相关的收益。例如，将EUV剂量降低10%可为每个晶圆节省约0.4千克二氧化碳当量。这将导致大型晶圆厂每月节省约40吨二氧化碳当量，相当于从加利福尼亚州旧金山到俄勒冈州波特兰的100个往返航班的排放量。

Imec利用其物理晶圆厂作为试点环境，探索高影响地区的工艺和设计方向。Emily Gallagher：“我们最近与我们的合作伙伴Edwards合作，在我们的300mm洁净室中安装了用于EUV光刻的氢气回收系统，使我们能够重复使用和回收~70%的氢气。此外，我们越来越关注0.33NA和0.55NA（高NA）EUV光刻的低剂量解决方案，这一努力也有助于降低光刻成本。我们还确定了提高可持续性的蚀刻方向，目前侧重于整体减少传统气体消耗。下一步，我们将与我们的合作伙伴一起量化这些拟议解决方案对整个半导体工艺流程的影响。”

Imec先进图案、工艺和材料高级副总裁Steven Scheer表示：“过去开发的图案化工艺步骤在很大程度上促进了半导体革命，要想跟上不断提高的计算性能的需求，进一步的进步是必不可少的。在保持相同图案化能力的同时制定减少二氧化碳排放的策略将是一项巨大的努力，为此我们现在已经达到了第一个里程碑。通过与设备和材料供应商的合作，Imec.netzero内开发的模型被不断地进行基准测试和验证。他们的作用对于推进我们的SSTS计划以及促进实用的图案化解决方案以减少全球半导体行业的碳足迹和环境影响至关重要。

“然而，我们注意到，并非所有环境影响都包含在碳当量排放指标中，”Steven Scheer补充道。“例如，气体排放可能是有害空气污染物（HAPS），光刻胶和增透膜（ARC）都可能含有PFAS（全氟和多氟烷基物质）。PFAS的碳-氟键强度有助于化学放大抗蚀剂（CAR）在成熟光学和不断发展的EUV光刻胶中具有卓越的性能特征。然而，其生物蓄积潜力已导致社会对消除其使用的强烈兴趣。除了直接降低碳排放的项目外，还必须考虑消除PFAS等项目。”

审核编辑：汤梓红