为Fab性能的定义添加可持续性

随着半导体行业计划在未来几年大举扩张产能,该行业面临着一个重大挑战。新的晶圆厂将需要生产更多数量的、越来越复杂的芯片,并采用更严格的工艺,同时消耗更少的电力和产生更少的排放。幸运的是,应用材料公司的工beplay手机官网app程师和科学家几年前就报名参加了这项挑战,我们每个季度都取得了更大的进展。

本文是系列博客文章的第二篇,介绍如何以新方式构想和装备晶圆厂,以促进产业可持续发展。在以前的文章,我的同事们检查了居住在被称为亚工厂的区域下方的生产楼层的支持设备,并解释了应用程序isystem™对台积电等芯片制造商而言,可以提高效率、减少排放和降低能耗。

这篇文章审查了应用我们通过为芯片制造商开发的流程室,系统和软件来推动FAB可持续性的努力。更可持续的工厂需要新的一代设备,这一切都从这些系统的设计方式中的心态开始。

定义“绩效”以包括可持续性

提高“性能”是芯片制造中最常见的目标之一。工程师们专注于最大限度地提高计分卡标准,包括工具吞吐量、工艺一致性和电气特性等等。应用现在包括可持续性的性能计分卡和设计系统的重点是最小化:

  • 能源消耗,
  • 使用化学品对环境的影响
  • 足迹强度,或每一个被处理的晶圆片需要的洁净室空间的数量

2018年,应用为可持续发展卓越中心设计了设计,以帮助引导半导体行业识别清洁,更绿色的制造方法。使用专有的建模工具,我们的专家在设计阶段开发工艺设备的电力和排放策略,良好地切割前块以构建原型。创建数字模型还可以将新的想法应用于现有现有的现有产品。通过这些功能,我们可以在同等的CO方面模拟晶片处理中的能量和化学用途2排放,实现了一个现实世界,整体思想对我们的减少努力的影响。

2020年,我们加大了赌注,宣布了制造系统的“3 × 30”计划。在每片晶圆的基础上,Applied公司的目标是到2030年将等效能源消耗、化学品使用的环境影响和洁净室面积要求降低30%。

建模产生的见解

计算设备能源需求包括许多因素,而不仅仅是系统的直接电力需求。例如,许多系统需要使用在洁净室外产生的冷冻水进行冷却,并将其泵入整个工厂。这意味着节能可以通过设计更热效率的系统来减少对冷冻水的需求,同时提高冷水机和热交换器的效率。SEMI组织的S23准则建立了半导体制造设备中这类等效能量转换的标准。例如,该指南规定,每使用1000升超纯水,就需要9.0千瓦时的能源来净化水以达到fab规格,这为我们提供了一种量化减少用水所节省的能源的方法。beplay手机官网app应用材料公司在制定这些行业标准方面一直有发言权。事实上,其中一些是工程经理起草的,他把我招到Applied。

晶圆厂工具的数字模型包括关键部件的等效能源需求,提供了更全面的晶圆厂能源景观,在帮助芯片制造商确定如何有效降低能源消耗而不影响其他性能指标方面是非常宝贵的。

最大限度地减少化学影响

更高效的半导体加工化学用途是一个有价值的目标,但决定一个化学品是否比另一种化学品更重要,并不总是直截了当。为了帮助解决这个问题,开发了一种为建模我们的系统化学用途与该化学品对全球变暖的贡献的影响建模的框架。

生命周期库存(LCI)模型CO的数据2在材料的生产周期(从原材料提取到交货到最终使用地点)产生的排放可用于我们产品常用的许多化学品。即使是惰性气体,如氦和氩,不是温室气体,在生产和运输到工厂时也会产生碳排放,这有时被称为“从摇篮到大门”的足迹。例如,从Sphera获得的LCI数据显示,氦的碳浓度大约是等量氩的8倍。这些见解帮助我们的工程师在工艺开发过程中构思更绿色的配方。

我们的框架还考虑了减排后的流程室(或“坟墓”足迹)。详细研究已经量化了相对于CO的全球变暖潜力(GWP)2在半导体制造中使用的几种温室气体(见图1)。

图1:100年时间范围内,半导体行业常用的氟碳化合物和其他温室气体相对于二氧化碳的全球变暖潜势(按质量计)。
图1:100年时间范围内,半导体行业常用的氟碳化合物和其他温室气体相对于二氧化碳的全球变暖潜势(按质量计)。

我们结合这些模型来组成我们的化学使用的从摇篮到坟墓的视图(参见图2),并帮助确定减少整体环境影响的最佳机会。我们与客户分享我们的分析,以便他们可以将这些知识应用到自己的可持续发展努力中。

图2:从摇篮到坟墓的封套捕捉了输入化学品的生产和运输对全球变暖的影响,以及减少后的晶圆加工排放。
图2:从摇篮到坟墓的封套捕捉了输入化学品的生产和运输对全球变暖的影响,以及减少后的晶圆加工排放。

小很大

足迹是一个重要的 - 但有时被低估的 - 用于改善工厂可持续性的杠杆点。简单地说,一个具有较小洁净室占地面积的系统,可以更有效地利用空调,管道和材料等共用,能耗资源。通过提高给定占地面积的系统吞吐量可以进行额外的增益。

我们正在为我们的一些主要产品类别进行系统设计,以使每一个被加工的晶圆片单位的碳足迹减少20%。这些改进将反过来帮助我们的客户实现他们自己的可持续发展目标,使每一波新的产能扩张都更加生态高效。

这需要一个行业

创造一个更可持续的半导体行业是全球性的,合作挑战,我们3乘30乘以30次倡议的指导将在为我们的房间,系统和工艺技术提供更好的设计决策。

全球经济需要更多的半导体,几乎每个芯片制造商都在绘图板上有新的工厂。我们致力于与客户和供应商合作,在晶圆厂下方以及在应用材料的上游和下游的整个价值链中驾驶更多的可持续性。beplay手机官网app随着正确的心态,作为一个行业,我们真的可以让可能的®更美好的未来。beplay体育app 苹果

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