Umweltschonende Lösungsmittel in der Lithographie

Nachhaltige, wasserbasierte Reinigungslösungen für die Halbleiterindustrie

Das Ziel des Vorhabens besteht darin, eine umweltfreundliche, wasserbasierte Alternative zu den derzeit verwendeten erdölbasierten umwelt- und gesundheitsgefährdenden Lösungsmittel-Prozessen in der Halbleiterindustrie zu evaluieren. Im Projekt sollen mehrere wesentliche Schritte unternommen werden, um die Reinraumfähigkeit, Funktion und Automatisierbarkeit der nachhaltigen, wasserbasierten Reinigungslösungen sicherzustellen und deren ökologisches Einsparpotenzial entlang der Prozesskette zu bewerten. Die Notwendigkeit aggressiver chemischer Zusätze und umfangreicher Abwasseraufbereitungen soll eliminiert werden, um den gesamten Reinigungsprozess nachhaltiger und umweltfreundlicher zu gestalten.

Evaluierung und Automatisierung nachhaltiger Reinigungslösungen im Reinraum

Die intelligent fluids GmbH hat eine innovative Phasenfluid-Technologie entwickelt, um Fotolacke und deren Rückstände nach Strukturierungsprozessen effektiv und rückstandslos zu entfernen. Im Green ICT Space-Projekt sollen nun Fluide, unterstützt durch ein produktionsnahes Waferhandling-System für 300mm Wafer, in den Reinraum  eingebracht und an industrie-relevanten Strukturen erprobt werden.

Dazu wird die intelligent fluids GmbH die optimalen Formulierungen auswählen und Materialkompatibilitätsuntersuchungen sowie Fluidcharakterisierungen unterstützen. Zudem wird der CO₂-Fußabdruck der ausgewählten Reinigungsformulierung spezifiziert. Das Fraunhofer IPMS CNT stellt 300mm-Testsubstrate, technischen Support im Reinraum und ein Nasschemie-Tool auf Industriestandard bereit. Gemeinsam werden die Partner Daten zur Prozessperformance und zum CO₂-Fußabdruck sammeln, vergleichen und die Ergebnisse publizieren. Ziel ist ein Vergleich der Fluide zu herkömmlichen Reinigungsprozessen und die Technologie für den Einsatz in Halbleiterfabriken zu evaluieren.

Ökologische Einsparpotenziale durch wasserbasierte Reinigungsformulierungen

Die ökologischen Einsparpotenziale des Projekts sind vielversprechend und vielfältig. Durch den Ersatz erdölbasierter Lösungsmittel durch wasserbasierte Formulierungen können erhebliche Reduktionen im CO2-Ausstoß und Energieverbrauch erwartet werden. Ein wesentlicher Hebel zur Optimierung der Ökobilanz liegt in der Erhöhung des Wassergehalts der Fluide, der in vergangenen Experimenten bereits erheblich gesteigert werden konnte. Zudem können durch die Identifikation optimaler Tensid-Systeme und den Einsatz nachwachsender Rohstoffe weitere ökologische Vorteile erzielt werden. Der Tensid-Gehalt soll minimal gehalten werden, und auch die Ölkomponente kann auf nachwachsende Rohstoffe optimiert werden.

Ein großes Potenzial besteht bei den Aktivatoren, die einen bedeutenden Anteil der Formulierung ausmachen, da neue, nachhaltige Rohstoffe auf den Markt drängen. Wesentliche Prozessparameter wie Prozess- und Spülzeit, Wasser- und Energieverbrauch, Verbrauch des intelligent fluid-Mediums sowie der Wartungsaufwand und Durchsatz werden ebenfalls maßgeblich zur Berechnung der Ökobilanz beitragen. Dadurch soll eine detaillierte Datenbasis geschaffen werden, um das CO2-Einsparpotenzial genau zu quantifizieren und die Umweltbelastung signifikant zu reduzieren.

Nachhaltigkeit als neues Verkaufsargument und Wachstumstreiber

Nach Abschluss des Projekts eröffnen sich vielfältige Verwertungsmöglichkeiten der Ergebnisse sowie Chancen zur Weiterentwicklung. Die Ökobilanz stellt für intelligent fluids GmbH ein Alleinstellungsmerkmal dar. Durch die gewonnenen Daten kann die Produktimplementierung bei Kunden fundierter unterstützt werden. Zudem steigert sich durch die neuen Rezepturentwicklungen und Prozessoptimierungen die Qualität der Produkte deutlich.

Bevor ein Chip in der Mikroelektronik hergestellt wird, sind viele einzelne Prozessschritte notwendig. Oft ist es erforderlich, Wafer zu reinigen oder vorhandene Schichten ganz oder teilweise zu entfernen. In der Regel geschieht dies mit aggressiven chemischen Reinigungsverfahren. Gemeinsam mit Partnern entwickelt das Fraunhofer IPMS eine alternative Technologie, die effizienter, kostengünstiger und vor allem umweltfreundlicher ist.

Die auf Phasenflüssigkeit basierende Technologie setzt neue Maßstäbe in Sachen Umweltfreundlichkeit, Arbeitssicherheit und Anlagenverträglichkeit und ist ein großer Schritt in Richtung Green Fab in der Halbleiterproduktion. Darüber hinaus können Prozessabläufe vereinfacht werden, was zu Einsparungen bei Produktionszeit und Verbrauchsmaterialien führt und neue Anwendungsszenarien in der Prozessintegration ermöglicht.

Im Gegensatz zu konventionellen Prozessen, bei denen z.B. Photoresists mit aggressiven Lösungsmitteln und teilweise giftigen Chemikalien aufgelöst und anschließend aufwendig entsorgt werden, infiltrieren Phasenflüssigkeiten die entsprechenden Schichten, fragmentieren sie und „heben“ sie defektfrei von der Waferoberfläche ab. Die Phasenflüssigkeit und der gelöste Photoresist werden anschließend mit DI-Wasser gespült und rückstandsfrei entfernt.

„Intelligent fluids“ hebt Reinigungsprozesse auf ein neues Niveau in Bezug auf Leistung und Umweltverträglichkeit und reduziert den Einsatz kritischer Chemikalien drastisch. Diese neue Generation von Flüssigkeiten schont die Umwelt und die Menschen und wurde mit dem Global Green Product Award 2021 für Circular Materials ausgezeichnet.

Das Fraunhofer IPMS ist seit Jahren unser wichtigster Entwicklungspartner. Gemeinsam entwickeln wir hochwirksame und nachhaltige Flüssigkeiten für die neuesten Technologien in der Mikroelektronik, die in die Halbleiterfertigung der nächsten Generation integriert werden können.“ 

Andreas Bartzsch – Sales Director Microelectronics at Intelligent Fluids GmbH.