Imec開發(fā)虛擬晶圓廠

如今，傳統(tǒng)IDM晶圓廠模式越來越不吃香了，新方案不斷涌現(xiàn)，高效又環(huán)保。

比利時(shí)微電子研究中心（imec）展示最新先進(jìn)IC圖形化工藝的環(huán)境影響量化評(píng)估方案。 imec 藉由在 imec.netzero 模擬平臺(tái)開發(fā)虛擬晶圓廠，利用分析結(jié)果，與其伙伴評(píng)估現(xiàn)有制程，識(shí)別開發(fā)重點(diǎn)領(lǐng)域、推算未來數(shù)據(jù)，并在實(shí)體晶圓廠探索高影響力的環(huán)境友善制程，包含減少使用含氟的蝕刻氣體，致力于極紫外光（EUV） 曝光機(jī)的產(chǎn)量最大化，以及減少氫氣用量與用水。

imec指出，IC制造衍生的二氧化碳排放量預(yù)計(jì)在未來10年增長(zhǎng)4倍，一來是先進(jìn)制程技術(shù)漸趨復(fù)雜，二來晶圓總產(chǎn)量增加; 為逆轉(zhuǎn)未來局勢(shì)，領(lǐng)先業(yè)界的半導(dǎo)體大廠已承諾在2030至2050年前達(dá)到碳中和或凈零。

有鑒于此，imec啟動(dòng)可持續(xù)半導(dǎo)體技術(shù)與系統(tǒng)（Sustainable Semiconductor Technologies and Systems）研究計(jì)劃，廣邀半導(dǎo)體供應(yīng)鏈以芯片制造的凈零碳排為發(fā)展目標(biāo)，其中一項(xiàng)目標(biāo)是提供業(yè)界一套獨(dú)到的由下而上（bottom-up）設(shè)計(jì)方法，提供可付諸行動(dòng)的高度細(xì)化資料， 以便在制程與流程開發(fā)階段進(jìn)行影響評(píng)估。

imec.netzero 模擬平臺(tái)是這項(xiàng)計(jì)劃的產(chǎn)物，imec 與其伙伴合作，利用該平臺(tái)首次量化不同邏輯芯片世代的圖形化工藝所帶來的環(huán)境影響;imec 技術(shù)研究主任 Emily Gallagher 解釋，透過應(yīng)用虛擬晶圓廠可展示生產(chǎn) 3 nm邏輯晶圓的光刻與蝕刻制程，在范疇 1（自有或自行操作資產(chǎn)的直接碳排）與范疇 2（外購(gòu)電力的間接碳排） 的碳排占比共達(dá) 45%。

imec.netzero模擬平臺(tái)針對(duì)不同邏輯芯片世代的每片晶圓碳排量進(jìn)行分析的結(jié)果。值得注意的是，7nm制程引進(jìn)EUV技術(shù)，透過精簡(jiǎn)多道制程步驟，成功減少碳排。

另外，該模擬工具還能在晶圓廠實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)時(shí)量化收益，如減少10%的EUV光刻劑量，相當(dāng)于每片晶圓減少0.4kg的二氧化碳排放量，能為大型晶圓廠省下每月40噸的二氧化碳排放量，等同于美國(guó)舊金山與波特蘭來回飛行100趟的碳排量。

imec也將自有的實(shí)體晶圓廠作為試驗(yàn)環(huán)境，從而探索高影響力領(lǐng)域的制程與設(shè)計(jì)方針。Emily Gallagher表示，我們與愛德華先進(jìn)科技（Edwards）合作，近期在我們的12英寸晶圓廠無塵室架設(shè)了一套EUV蝕刻的氫氣回收系統(tǒng)，最多能回收與再利用70%的氫氣。

此外，imec也專注在開發(fā)數(shù)值孔徑為0.33與0.55的低劑量EUV蝕刻解決方案，借此降低蝕刻成本，為強(qiáng)化永續(xù)發(fā)展，也指明蝕刻技術(shù)的未來動(dòng)向，目前焦點(diǎn)放在降低傳統(tǒng)蝕刻氣體的整體消耗量，未來將攜手合作伙伴來量化分析上述解決方案對(duì)半導(dǎo)體制程完整流程的影響。

imec先進(jìn)圖形化制程與材料研究計(jì)劃的研發(fā)VP Steven Scheer表示，過去開發(fā)的圖形化技術(shù)是掀起半導(dǎo)體革命的主要成因，為趕上對(duì)運(yùn)算效能不斷升級(jí)的需求成長(zhǎng)幅度，持續(xù)改良至關(guān)重要。

在 imec.netzero 模擬平臺(tái)上開發(fā)的模型經(jīng)由設(shè)備與材料廠商不斷進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試與驗(yàn)證。這些廠商扮演關(guān)鍵要角，除了推行SSTS先導(dǎo)計(jì)劃，還能強(qiáng)化可行的圖形化解決方案，以減少全球半導(dǎo)體業(yè)的碳足跡與環(huán)境影響。

Steven Scheer 補(bǔ)充，我們注意到碳排當(dāng)量 （carbon equivalent emissision） 的計(jì)算方法并不包含碳排對(duì)環(huán)境的所有影響。例如，排放氣體可能是有害空氣污染物（HAPS），而光阻劑與抗反射鍍膜（ARC）皆含有全氟與多氟烷基物質(zhì)（PFAS）。

這些物質(zhì)的碳氟鍵結(jié)強(qiáng)度提供化學(xué)放大阻劑 （chemically amplifiedresist） 優(yōu)異的光刻特性，包含發(fā)展成熟的光學(xué)光刻光阻劑與持續(xù)發(fā)展的 EUV 光阻劑。然而，由于其潛在的生物累積特性，社會(huì)因此亟欲禁用 PFAS。除了直接降低碳排，禁用 PFAS 的研究計(jì)劃也應(yīng)納入考慮。

審核編輯 ：李倩