讓半導(dǎo)體制程更加環(huán)境友善　imec發(fā)表量化評(píng)估方案

日前由國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)(SPIE)舉辦的2023年先進(jìn)微影成形技術(shù)會(huì)議(2023 Advanced Lithography and Patterning Conference)上，比利時(shí)微電子研究中心(imec)展示了一套先進(jìn)IC圖形化製程的環(huán)境影響量化評(píng)估方案，并在imec.netzero模擬平臺(tái)上開發(fā)了一座虛擬晶圓廠。利用該平臺(tái)的分析結(jié)果，imec與其伙伴就能評(píng)估現(xiàn)有的製程方案，識(shí)別開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，并推算未來數(shù)據(jù)。imec在其實(shí)體晶圓廠探索各式高影響力(high impact)領(lǐng)域的環(huán)境友善製程方案，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。

IC製造所衍生的二氧化碳排放量預(yù)計(jì)在未來10年翻漲4倍，一來先進(jìn)製程技術(shù)漸趨複雜，二來晶圓總產(chǎn)量估計(jì)會(huì)增加。為了逆轉(zhuǎn)未來局勢，領(lǐng)先業(yè)界的半導(dǎo)體大廠已經(jīng)承諾在2030年~2050年前達(dá)到碳中和或淨(jìng)零。有鑑于此，imec啟動(dòng)了永續(xù)半導(dǎo)體技術(shù)與系統(tǒng)(Sustainable Semiconductor Technologies and Systems)研究計(jì)畫，廣邀半導(dǎo)體供應(yīng)鏈以晶片製造的淨(jìng)零碳排為發(fā)展目標(biāo)。該計(jì)畫的其中一項(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，以便在製程與流程開發(fā)階段進(jìn)行影響評(píng)估。

imec.netzero模擬平臺(tái)是這項(xiàng)計(jì)畫的產(chǎn)物，imec與其伙伴合作，利用該平臺(tái)，首次成功量化不同邏輯晶片世代的圖形化製程所帶來的環(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』這項(xiàng)工具，我們展示了生產(chǎn)3奈米邏輯晶圓的微影與蝕刻製程，在范疇1(自有或自行操作資產(chǎn)的直接碳排)與范疇2(外購電力的間接碳排)的碳排占比共達(dá)45%。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。舉例來說，減少10%的EUV曝光劑量，相當(dāng)于每片晶圓減少0.4kg的二氧化碳排放量。這能為大型晶圓廠省下每月40噸的二氧化碳排放量，等同于美國舊金山與波特蘭來回飛行100趟的碳排量。

imec.netzero模擬平臺(tái)針對(duì)不同邏輯晶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，雖然EUV給人耗電量高的印象，但若在7奈米製程引進(jìn)EUV技術(shù)，反而能精簡製程步驟，進(jìn)而減少碳排

imec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)域的製程與設(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吋晶圓廠無塵室架設(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，我們?cè)絹碓綄Ｗ⒃陂_發(fā)數(shù)值孔徑為0.33與0.55的低劑量EUV蝕刻解決方案，藉此降低蝕刻成本。為了強(qiáng)化永續(xù)發(fā)展，我們也指明蝕刻技術(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。接下來，我們將攜手合作伙伴來量化分析上述解決方案對(duì)半導(dǎo)體製程完整流程的影響。

imec先進(jìn)圖形化製程與材料研究計(jì)畫的研發(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，為了趕上對(duì)運(yùn)算效能不斷升級(jí)的需求成長幅度，持續(xù)改良至關(guān)重要。要在訂定減碳策略的同時(shí)，維持圖形化技術(shù)的水淮，勢必要付出許多努力，現(xiàn)在我們立下了第一座里程碑。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)行基淮測試與驗(yàn)證。這些廠商扮演關(guān)鍵要角，除了推行SSTS先導(dǎo)計(jì)畫，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接著補(bǔ)充：?我們也注意到碳排當(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 amplified resist)優(yōu)異的微影特性，包含發(fā)展成熟的光學(xué)微影光阻劑與持續(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)畫也應(yīng)納入考量。