Imec toont de wereldwijde halfgeleiderindustrie de weg naar duurzamere productie van computerchips

Toonaangevende partners

Amazon, Apple, Microsoft, ASM, ASML, KURITA, SCREEN en Tokyo Electron: het lijstje met bedrijven die het voorbije jaar toetraden tot het SSTS-duurzaamheidsprogramma van imec is op zijn minst indrukwekkend te noemen (en nog zeker niet compleet). SSTS staat voor ‘Sustainable Semiconductor Technologies and Systems’ en heeft als doel om kennis op te bouwen en uit te wisselen waarmee de partnerbedrijven de ecologische voetafdruk van chipproductie kunnen verkleinen.

De halfgeleiderindustrie moet een versnelling hoger schakelen om een onaanvaardbare stijging van haar ecologische voetafdruk te vermijden.

De productie van halfgeleiders is naar schatting goed voor zowat 0,1 procent van de wereldwijde emissies van alles wat de opwarming van de aarde kan veroorzaken in CO_2-equivalenten. Met een vooropgestelde groei van acht procent in productievolumes en de bijkomende toename in emissies vanwege de grotere complexiteit in elke technologiegeneratie, is het duidelijk dat de halfgeleiderindustrie een versnelling hoger moet schakelen om een onaanvaardbare stijging van haar ecologische voetafdruk te vermijden.

De meeste halfgeleiderbedrijven onderschrijven de ‘net zero’-ambitie tegen 2030 of 2050. Veel van hen doen ook al substantiële inspanningen om hun emissies van broeikasgassen in kaart te brengen en te verminderen. Maar met de wetenschap dat 75 procent van de koolstofemissies van een mobiele telefoon gerelateerd is aan de productie ervan, is het duidelijk dat de sector nog voor grote uitdagingen staat om haar duurzaamheidsambities te behalen.

Samenwerking noodzakelijk

Een holistische aanpak en samenwerking doorheen de keten zijn een vereiste om deze uitdagingen succesvol te lijf te gaan. Bijvoorbeeld door inzicht in de emissiecijfers doorheen de volledige productieketen. Ook een uniformere en transparantere manier om deze gegevens te verzamelen en te delen is cruciaal om tot een georkestreerde aanpak te komen. Zo rapporteren vandaag sommige bedrijven hun koolstofemissiecijfers in relatie tot hun omzet, terwijl andere ze afzetten tegenover hun productievolumes.

Imecs SSTS-programma bouwt voort op een softwaremodel, imec.netzero, dat inzicht geeft in de duurzaamheidsdata van de productie van de huidige en toekomstige generaties halfgeleiders. Als een ‘virtuele productiefab’ biedt dit model een simulatieomgeving voor het meten van energie- en waterverbruik, de impact van materiaalkeuzes zoals zeldzame mineralen en de uitstoot van broeikasgassen. Kort na de lancering van het SSTS-programma begin 2022 trad Apple toe als eerste industriële partner. Inmiddels zijn meer dan tien toonaangevende bedrijven van over de hele wereld en doorheen de hele productieketen aangehaakt.

Een uniformere en transparantere manier om emissiegegevens te verzamelen en te delen is cruciaal.

Met het programma heeft imec de ambitie om de data uit het imec.netzero-platform te valideren en te verrijken met data van de industriële partners. Vervolgens kan het platform dienen als uitgangspunt om te bepalen op welke domeinen en uitdagingen de meeste impact gerealiseerd kan worden. Dit in parallel met de kennis en informatie die de industriële partners inbrengen vanuit hun dagelijkse bedrijfsvoering en eigen inzichten in de duurzaamheidsproblematiek. Door nauw samen te werken met materiaal- en toestelleveranciers wil imec relevante oplossingen uitwerken om de ecologische voetafdruk van halfgeleiderproductie te verkleinen zonder in te boeten op de prestaties ervan. In imecs cleanroom kunnen imec en zijn partners de vooropgestelde hypotheses en oplossingen testen vooraleer ze overgedragen worden naar industriële productieomgevingen.

Bepalen waar de grootste ecologische winst geboekt kan worden

Imec stelt zich in het programma tot doel om de processen te identificeren waarop de grootste ecologische winst geboekt kan worden op het vlak van energie- en waterverbruik, en op het vlak van de uitstoot van broeikasgassen. Qua energieverbruik speelt de transitie naar hernieuwbare energie een belangrijke rol, maar evenzeer het optimaliseren van de energie-efficiëntie van elke processtap en elke gebruikte machine. Als het gaat over broeikasgassen, is een van de voor de hand liggende doelstellingen om het materiaalgebruik bij ets- en reinigingsprocessen te evalueren. Zo is NF₃ een veelgebruikt gas waarvan bekend is dat het een grote negatieve impact kan hebben op de klimaatopwarming. Maar het programma kijkt naar alle gebruikte materialen. Want met elke technologiegeneratie komen er nieuwe exotische en zeldzame elementen bij in het productieproces, elk met een eigen ecologische impact.

In imecs cleanroom kunnen imec en zijn partners de vooropgestelde hypotheses en oplossingen testen vooraleer ze overgedragen worden naar industriële productieomgevingen.

Uiteindelijk is het de bedoeling om op basis van de resultaten concrete richtlijnen uit te werken voor de betrokken spelers uit de halfgeleiderindustrie, een roadmap op te stellen die de industrie helpt om hun net zero-doelen te halen, nieuwe standaarden te definiëren voor het meten en rapporteren van de ecologische impact van de sector, en kennis en data te delen met de wetenschappelijke wereld en het bredere publiek. De grootste uitdaging lijkt echter niet technisch of wetenschappelijk, maar het besef dat tijd weleens het meest schaarse goed is om deze noodzakelijke stappen te nemen. 

Meer weten?

• Duik in deze whitepaper (ENG).
• Lees dit artikel (ENG)
• Bezoek de SSTS-programmapagina (ENG)