应对先进工艺碳排放挑战，Imec开发晶圆厂可持续发展评估模型

集微网消息，欧洲知名半导体研究机构Imec目前正在进行Beta测试的软件平台创建了一个虚拟晶圆厂，通过自下而上的方法，利用真实的工艺条件和来自合作伙伴的经过验证的数据及Imec技术量化制造过程的环境影响，从而帮助IC制造价值链实现减碳目标。

随着工艺制程变得更加先进，与IC制造相关的排放量也有所增加，光刻和蚀刻能耗尤其巨大，例如N3工艺中，光刻工序产生的二氧化碳当量排放量约占45%。Imec的工程师开发了一个软件平台，可以对半导体制造过程中产生的排放进行建模，它可用于优先考虑光刻和蚀刻等高排放工艺领域的研究，这就是其可持续半导体技术和系统计划（SSTS）的用武之地。

该机构专家Emily Gallagher表示：“建模软件最终将被公开，因为我们的使命是帮助半导体行业改善其环境足迹。它从最底层开始，着眼于制造芯片所需的不同工具：需要哪些工艺，消耗哪些气体，需要哪些公用设施？”

Gallagher继续表示，微软和苹果等大公司的管理层了解降低排放的必要性，不仅是他们自己的业务，还包括他们使用的芯片在内的整个价值链。“这就是我们提供帮助的地方，因为我们可以创建一个定量工具来识别问题领域并定义开发项目，以帮助降低半导体工艺排放。”

除了二氧化碳，许多其他气体具有更高的全球变暖潜力。对于相同质量的排放气体，含氟蚀刻气体和氢气比二氧化碳在大气中捕获更多的热量，EUV反射光刻中，污染物可能沉积在反射镜表面上，任何反射率的损失都会影响吞吐量，氢气可用于保护物镜系统，使颗粒远离反射表面，但氢气也具有很高的全球变暖潜力，约为二氧化碳的13倍。目前，它被稀释或只是被烧掉，而不是被回收。

目前，Imec在其300毫米晶圆洁净室中安装了用于EUV光刻的氢气回收系统，实现了约70%的再利用和回收。此外，Imec正在更加关注可减少EUV剂量所需的材料和曝光条件。减少剂量和减少每片晶圆的排放量之间存在明显的相关性。

除了自己采集提取数据，Imec也借助于来自合作伙伴提供的信息。例如，在处理模式和空闲模式下，功率和材料消耗可能不同。此外，工艺工程师必须考虑的不仅仅是工艺气体流量：“您需要考虑气体的产生、给定类型工艺的工艺气体体积，以及随后的气体减排。创建这个排放计算器需要大量的设备信息。对于光刻，排放主要由产生EUV光子所需的功率决定。对于蚀刻工具，排放是通过CF4、CHF3、NF3和SF6等高全球变暖潜势 (GWP) 气体驱动的。”

谈到未来工作，Gallagher表示：“如果不进行干预，与IC行业相关的排放量可能会增加多达12%。随着晶圆厂部署可再生能源，并且每个晶圆厂都采用最先进的温室气体减排措施，排放量可能会大幅减少，但我们仍比《巴黎协定》的50%减排目标低2.5倍。为了实现进一步的减排，需要对整个价值链进行研究，而且现在就需要。”