半導體和光伏產業使用氟化氣體來蝕刻硅晶片和(PE)CVD室清潔，期望的結果是由于F原子和其他活性物質，但是未分解的PFC(全氟)氣體的排放是不希望的，因為它們具有高的全球變暖效應和高的大氣壽命。在這項研究中，我們華林科納使用了全生命周期評估，以便比較不同技術的環境影響，以及指出改進方案。

生命周期中的步驟如下:化合物的合成、運輸、在工廠中的分配(氣瓶的連接)、在工藝中的使用、消除以銷毀未反應的氣體以及氣瓶的回收，每個步驟的排放可以是直接的(來自氟化氣體的排放)或間接的(來自能源使用)。

部分基于最佳猜測的結果表明，合成過程中氟化氣體的逃逸性排放、減排系統的停工期和未完全清空的鋼瓶的清潔主導了生命周期全球變暖效應，這意味著氣體本身的全球變暖效應決定了對SF6的影響最大，F2被證明明顯優于其它氟化化合物，因為它的全球變暖潛能值為零，且合成努力適中，最大限度地減少氟化氣體的使用和排放的可能改進方案是(1)嚴格的氣瓶連接程序，(2)完全使用或可靠地消除瓶中的氣體，(3)回收或可靠地消除工藝中未使用的氣體，以及(4)工藝的終點檢測。

圖1顯示了給出總體二氧化碳當量排放量的標準情景，它顯示了在現場GWP效應以六氟化硫 > 四氟化碳 > 三氟化氮 >> F2的順序遞減，然而合成和氣瓶回收過程中未過濾排放的估計非常保守，而生產使用過程中未過濾排放的貢獻可以更精確地估計。

因此，我們華林科納準備了第二種方案，在合成和氣缸返回過程中，對未過濾的排放物采用不太保守的假設，為了預測未來的改進，應該有一種趨勢，即在未來的生產中，通過對現有設施進行改造，大幅增加全氟化碳的減排比例。然后，基于給出的流量數據，將導出的值應用于四氟化碳、三氟化氮和F2室清潔配方之間的比較。

使用標準假設的方案顯示了生產中使用的主要影響，這種影響是由于未過濾的釋放，主要有兩個原因:首先，相當一部分工廠沒有配備PFC設備，其次，安裝的標準設備有很長的停機時間，導致在停機期間PFC的滑動，由于這些數字是基于安裝經驗，因此可以認為它們具有代表性。關于化學合成和鋼瓶回收的數據質量不太精確，所以標準方案是基于保守的數字，假設后兩種來源的排放量更多(增加了3倍),則可獲得下圖。

據觀察，總排放量增加了20%,并且在生產使用過程中，未過濾的排放量仍然占主導地位，為了估計未來開發可能獲得的最低排放量，通過減少使用過程中的排放進行了改進。假設未減排的晶圓廠數量減少10倍，減排后未過濾的排放量減少5倍，而通過使用資源導致二氧化碳當量排放量的減排努力增加5倍，其他保持不變，這一套假設肯定是樂觀的，它顯著降低了總排放量，并且改變了對總排放量的相對貢獻權重。

獨立于所有這些假設，F2現場發電是迄今為止最生態的解決方案，除了基于kg CO2/kg PFC的考慮之外，使用氣體CF4、NF3和F2的清潔步驟也分別需要不同量(流量和時間)的相應氣體，基于給出的數據，進行了以下比較，假設過度蝕刻是適度的(< 10%)，或者使用終點檢測來避免工藝中更高的排放，在引用的研究中，氟/惰性氣體混合物取自瓶子，這一事實對于工藝結果和消耗并不重要，當通過現場生產提供所討論的氟時，它也可以用于評估環境影響。

所用CF4和NF3的流速由工具制造商給出，F2混合物由調查人員優化，評估中未包括的事實是，在這些環境和流量下，F2混合物顯示出最高的蝕刻速率，而CF4氣體最低，因此，如果適用，可以減少F2的流量，或者必須增加CF4的流量，以達到相同的性能結果。考慮到這一點，距離會更大，因為這種變化會偏離制造商的配方，所以它沒有在排放的基礎上增加，可以清楚地看到(對數標度),在減排的基礎上，F2清潔比下一個最佳方案NF3清潔好20倍，如果不減少PFC，差距甚至會更大。盡管CF4作為PFC在kg的基礎上甚至略好于NF3，但是在引用的配方中所需的較高流量使得CF4清潔的總體GWP平衡比NF3清潔的差。這必須從一個應用程序到另一個應用程序逐例進行檢查。

在引用的例子中使用的配方是典型的配方，在200mm晶片上使用舊設備，結果看起來很典型，但不一定與其他潛在的應用相似，因此對于每個預期的應用，必須檢查各個室清潔氣體的相對消耗，然而，F2的優勢是巨大的，它將允許改進大量的應用。

盡管并非所有GWP排放量估算的基礎數據都準確可用，但關于減排及其特性的最穩定數據允許確定與太陽能和半導體行業使用全氟化碳相關的GWP排放量的主要部分，雖然SF6的影響最大，但長期使用的CF4的影響并不高于每公斤NF3的影響，只要在類似的過程中使用較少的NF3，那么NF3就有優勢，正確設計具有高正常運行時間的工廠，并涵蓋工廠中的所有PFC源，是當今顯著減少排放的關鍵，對于未來的下一步減少，必須審查合成和氣瓶返回，并配備更好的預防措施，防止未經過濾的釋放，根據樂觀的假設對未來的預測顯示，盡管與今天相比大幅減少，但全氟化碳的使用會產生大量的GWP排放，F2現場發電優于所有其他替代方案，但它不適合或至少不能替代當今所有的應用，F2現場發電廣泛替代傳統PFC應用將對GWP減排產生最大效益。

審核編輯：符乾江