LCA del processo di Dry Etching: Sviluppo di un modello per l’analisi e il miglioramento della carbon footprint = LCA of the Dry Etching process: Development of a model for the analysis and improvement of the carbon footprint

Questo lavoro è il risultato di un tirocinio durato sei mesi, svolto presso ST Microelectronics, un’azienda leader nella produzione di semiconduttori. ST ha sempre ritenuto prioritario un approccio virtuoso ai temi ambientali specialmente considerando l’elevato consumo di chimiche climalteranti (PFC) e i consumi energetici necessari a soddisfare volumi di produzione sempre crescenti. Questo progetto si propone lo sviluppo di un modello innovativo per la quantificazione della carbon footprint di un singolo processo della catena di produzione, il dry etching, allo scopo di minimizzarne l’impatto ambientale, rispettando le specifiche di prodotto. Il modello si basa sull’applicazione della metodologia Life Cycle Assessment (LCA) attenendosi alle normative ISO vigenti in materia, per permetterne la validazione dei risultati e il loro inserimento in un’analisi complessiva del ciclo di vita del prodotto. Il dry etching è un processo che tramite l’utilizzo di plasma, effettua lavorazioni di precisione microscopica su wafer di silicio. Si compone di una seria di passaggi (step) ognuno caratterizzato da parametri fisici e chimiche differenti, a seconda della lavorazione. Il modello è stato strutturato in modo da poter studiare l’impatto di ogni singolo step, in termini di emissioni, consumi elettrici e di gas. La raccolta dei dati si basa principalmente su misure effettuate in sito corredate da analisi bibliografiche. Per la stima degli impatti, coerentemente con le politiche aziendali, è stata selezionata la categoria climate change (GWP100) definita dall’IPCC nel 2006. I risultati dell’applicazione del modello ad un processo specifico mostrano che le emissioni dirette, dovute alle chimiche utilizzate (PFC) e all’assenza di sistemi di abbattimento performanti, costituiscono la parte predominante rispetto a quelle indirette legate, invece, al consumo energetico e all’approvvigionamento dei gas (80% su un totale che nel caso in esame risulta 1.39 kgCO2eq per wafer). Oltre ad una generale, il modello permette un’analisi più specifica degli impatti, identificando le criticità processuali ed assistendo nella definizione di diverse azioni mitigative. Modifiche al processo produttivo con approccio top-down, ponendo l’aspetto ambientale come priorità e successivamente sperimentando la loro applicazione in ambito produttivo. Queste hanno mostrato un potenziale miglioramento sugli step più critici, che in seguito alle prove pratiche si è attestato ad una riduzione massimale del 44% (0.50 kgCO2eq per wafer). La simulazione di sistemi di abbattimento attivi ad alto potenziale. Questo generebbe una riduzione massimale degli impatti pari al 30% (0.45 kgCO2eq per wafer), sul totale della ricetta, al netto delle emissioni del sistema di abbattimento stesso. Simulazione dell’effetto che la variazione nel mix di approvvigionamento energetico avrebbe sugli impatti indiretti. L’aumento delle quote ad origine garantita, in linea con gli obiettivi di ST, mostra un miglioramento del 7% sul totale di ricetta. Dai risultati, quindi, si evince l’effettiva possibilità di ridurre l’impatto ambientale del processo. Riduzione che, considerando una produzione tipica dell’ordine di migliaia di wafer a settimana e sommando le azioni mitigative più promettenti, permetterebbe una riduzione pari a 25 tCO2eq per anno (un terzo della stima iniziale). Il tutto mediante l’applicazione di modifiche che non impattano negativamente né i volumi di produzione né la qualità del prodotto.