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半导体行业最重要的工具走向绿色

时间:2023-09-05   访问量:145

在不断提高晶体管密度的复杂过程中,极紫外 (EUV) 光刻是最关键的工具。这些拖车大小的系统耗资超过 1 亿美元,将近 X 射线波长的光从复杂的级联反射镜反射到硅晶片上,以创建纳米级精度的图案。由于系统的 13.5 纳米光被空气吸收,整个机制存在于真空中。嗯,差不多了。

系统和过程中存在足够的污染物,机器需要几股细小的氢气流来清除任何可能弄脏其精密光学器件的东西。这些流量每分钟流过约 600 升气体,未来这一数量可能会增加。

如今,所产生的受污染氢通常被燃烧形成水。因此必须不断补充新的氢气。问题在于,大多数氢气不是使用绿色能源制造的,而是通过用蒸汽处理天然气来制造的,在化学过程中以及从产生蒸汽的任何能源中释放二氧化碳。为了降低 EUV 的环境足迹及其拥有成本,英国真空系统公司Edwards的工程师想出了一种回收高达 80% 气体的方法。

“它类似于燃料电池,但相反。”——安东尼·基恩,爱德华兹真空公司

爱德华兹公司的技术经理安东尼·基恩 ( Anthony Keen)表示,想要回收氢气“是理所当然的” 。“你可以把它转化为电力,这是一种很好的、绿色的、循环的东西。但您仍然会消耗 100% 的资源。将氢气净化并送回机器实际上是最有效的。”

氢气在 EUV 机器的多个部分中流动。例如,帘状流动充当大多数光学器件和硅晶圆之间的屏障,在该阶段硅晶圆上涂有可能污染腔室的光活性化学物质。但大部分氢气以及爱德华兹氢气回收系统的重点是用于 EUV 光源。在这里,千瓦级激光器在飞行途中击碎熔化的锡滴,将它们喷射成用 EUV 发光的等离子体。氢气流可以防止汽化的锡弄脏系统的光学器件。它对于带走等离子体产生的灼热也很重要。

到 2040 年,半导体行业的排放量可能达到全球排放量的 3%。

基恩说,爱德华兹的氢气回收系统“与燃料电池相反”。将气体与少量水分和氮气混合后,氢气被电离,电场迫使产生的离子通过质子交换膜。在膜的另一侧,质子与电子重新结合形成纯氢。最后的纯化步骤去除了通过膜迁移的任何水。所有污染物都保留在电池的另一侧,可以在那里收集和处理。

作为Imec 可持续半导体技术和系统计划的一部分,Edwards 和 Imec 在 Imec 的 300 毫米硅试验线上测试了具有 80 个电化学堆栈的回收系统,该系统能够处理高达每分钟 750 标准升的水。测试表明,该系统回收了 70% 至 80% 的氢气,并实现了能源消耗的净减少。

在证明了自己的能力之后,Edwards 现在必须向英特尔、三星和台积电等顶级芯片制造商证明这一点。芯片制造商和芯片制造工具供应商正在努力减少集成电路生产的碳足迹,Imec 估计到 2040 年,碳足迹可能达到全球排放量的 3%。

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