什么是绿色可持续半导体制造技术？
什么是绿色可持续半导体制造技术？
2024/06/19
绿色可持续半导体制造技术
是什么？
用科学的眼光来看，
社会关注的真正原因
什么是绿色可持续半导体制造技术？
绿色可持续半导体制造技术是一项考虑了半导体制造中使用的所有投入资源及其二氧化碳排放的技术2这是一种减少排放（绿色）等环境影响并使半导体制造可持续发展的技术。目前，半导体是支撑各产业基础的产品之一，且产量大。然而，半导体制造涉及从材料到最终产品的众多流程，形成了极其漫长的供应链。有多种技术和许多公司负责这些技术，目前尚不清楚半导体制造对环境造成的总体负担有多大。迫切需要创建指标来了解当前的环境影响，并基于该指标开发减少环境影响的对策技术。
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整个全球半导体行业已在 2020 年左右开始转向，目标是使半导体制造技术变得绿色和可持续。半导体制造具有供应链长、相关技术和产业数量极其庞大的特点。为了使半导体制造整体变得绿色和可持续，单个公司的努力是有限的，必须整个行业共同努力。作为公共研究机构，AIST 正在努力发挥推动这一作用。自2021年起由产业技术研究院主办的“下一代计算基础设施战略委员会”，将“系统化构建绿色可持续的半导体制造技术”作为其目标之一。电子与制造领域研究企划室主任室田典之将阐述目前正在考虑和采取措施的绿色可持续半导体制造的现状和内容。
半导体制造业走向绿色和可持续
半导体现在已包含在各种产品中，现在可以被视为现代社会基础设施的一部分。它是产业竞争力的源泉，对经济安全具有重大影响。因此，如果我们不能持续可持续地生产产品，就会成为社会的一大风险。另一方面，在气候变化和资源枯竭危机意识的背景下，各行业都需要通过遏制温室气体排放、减少资源消耗来走向绿色化，半导体也不例外。为了在未来继续制造半导体，“绿色可持续发展”至关重要。 2020年7月，美国苹果公司广泛认可了这一点，并宣布到2030年在其供应链中实现碳中和的目标。此时，各种举措开始涌现，包括欧洲半导体开发基地Imec的可持续半导体技术和系统研究计划（SSTS计划）以及美国SEMI领导的半导体气候联盟（SCC）。作为下一代计算基础设施战略委员会活动的一部分，AIST还召开了“绿色可持续半导体制造技术研究小组”，并一直在考虑未来的战略（2022/6/17 新闻稿）。
整个半导体行业需要解决什么问题
半导体制造的一大特点是，除了供应链长之外，制造步骤多，制造过程中涉及大量资源的投入和大量废物的产生。例如，在一些情况下，少于1％的输入原料气体保留在半导体芯片中，或者换句话说，99％被丢弃。也可以说，要用1%的材料制造，就需要剩下99%的材料。出于这个原因，每家相关公司都在采取措施变得更加绿色和可持续。我们相信，通过联系和协调这些努力并从“共同角度”开展工作，我们可以最大限度地提高反措施的效率和效果。其中一个例子就是美国SEMI主导的SCC活动，该活动对全球半导体行业影响很大。在AIST，我们正在考虑将这种“共同观点”作为评估绿色可持续性的制造业指数。
绿色可持续半导体制造技术相关供应链结构
旨在开发可供所有人共享的指标
为了面对如何制定绿色和可持续半导体制造的共同指标的问题，2022财年，我们在下一代计算基础设施战略委员会内成立了绿色和可持续半导体技术研究小组，由来自八家日本半导体制造公司和大学和研究机构的成员组成，以考虑方向。结果，这个共同指标被指定为绿色制造指标（GMM），并制定了以下政策。
1。所有投入资源统一评价，继性能、成本之后半导体制造的第三个评价指标
2。开发特定的GMM计算方法
3。使用 GMM 评估方法的标准化和传播
4。具有基于生命周期评估（LCA）的符合实际情况的环境负荷减少观点
而且一个重要的概念是，这样的指标不是用来“调节”的，而是可以为每项技术的发展提供反馈。
AIST会具体告诉你我们正在考虑什么样的指标和GMM。首先，我们将减少所有投入资源的碳排放量（CO2排放量）的模型。重要的是，它作为环境影响指标易于理解，就像欧洲的imec SSTS 计划一样。另外，从碳定价的角度来看，我认为换算成碳排放量会更好。目前，关于半导体制造相关的碳排放量有各种公告，但具体的计算方式尚未公开，因此不能说存在“共同观点”。因此，我们认为有必要制定一种融入LCA概念的计算方法，并在国际上进行标准化。 AIST自2023年起入选经济产业省国际标准化研究项目，正在推进“绿色可持续半导体制造技术国际标准化”的主题。
现在，建立基于 LCA 计算半导体制造碳排放的模型存在重大瓶颈。问题在于，半导体制造材料（气体、化学品、部件等）的生产过程几乎没有碳排放数据。 AIST正在开发世界上最大的LCA数据库之一，名为IDEA，涵盖18个领域的5,300个数据集，以评估工业对环境的影响并采取措施减少影响。 (点击此处了解有关 IDEA 的信息）
然而，几乎没有关于半导体制造优质材料的数据。半导体中使用的材料高度纯化，不含杂质和颗粒。此净化过程产生的碳排放量被添加，导致碳排放量比普通质量材料更高。无法估计这一增长。换句话说，即使已知气体、化学品和材料的使用量，也无法换算成碳排放量，也无法准确计算GMM。我们目前正在与AIST内的相关部门合作，编制该半导体材料的碳排放数据。
提供计算公式，帮助您做出决策
在准备碳排放数据的同时，我们还在开发计算半导体制造对环境影响的公式。基本上，它是一个简单的公式，将制造过程中使用的所有东西、设备（包括公用设备和减排设备）、必要的公用设施（电、水）、原材料（硅片、树脂等）、气体、化学品等转换并加起来为碳排放量。
重要的是，使用这个公式，半导体供应链中的每个企业都可以估计其产品在半导体制造过程中对环境产生的影响有多大。如果我们能够了解产品对环境的影响，我们就可以针对开发减少环境影响的产品等措施提供反馈，并且还可以促进这些措施的有效性。对于半导体制造商在考虑应重点关注哪些领域以有效减少碳排放时也很有用。这个计算半导体制造对环境影响的公式需要在全球范围内得到接受。我们的尝试是在国际上标准化绿色可持续半导体制造指标。
半导体制造分为晶圆工艺和封装工艺，其中晶圆工艺将微小电路写入晶圆上，封装工艺将晶圆切割成小块并嵌入树脂中形成芯片。我们将创建一个反映各自特征的碳排放计算公式，最终能够对从晶圆到芯片进行总体估算。为了实现这一目标，我们需要与长供应链中的许多企业合作。 AIST 希望成为这种合作的中心。
AIST于2023年成立了先进半导体研究中心，开发先进半导体领域的技术，以及开发绿色可持续发展技术和开发评估指标GMM。先进半导体中心拥有加工300mm硅片的研发基地“超级洁净室”，可以检验实际设备工艺是否实现绿色可持续发展。以该中心为基础，我们正在与环境科学和化学加工等领域的各种内部专家团队建立协作系统，以应对绿色和可持续半导体制造的广泛学术领域。
虽然有关绿色可持续半导体技术的全面讨论仍处于初期阶段，但产业技术研究院将以先进半导体研究中心为中心，充分利用与日本国内外各政府机构、大学和企业的合作关系的优势，致力于开发和传播绿色可持续半导体技术，以创造更美好的未来。