Wie kann die Mikroelektronikindustrie ihren ökologischen Fußabdruck verbessern?

Verbesserung der betrieblichen Effizienz mit wasserbasierten Reinigungsprodukten, ohne Zugeständnisse in der Leistung
 

In 2021 wird der weltweite Halbleiterabsatz einen Rekordwert von 1,15 Billionen Stück erreichen, und in 2022 wird der weltweite Umsatz der Halbleiterindustrie 573 Milliarden Euro übersteigen. Die Umweltauswirkungen der Branche sind erheblich. Die Dekarbonisierung der Energieversorgung ist ein nahe liegender Schritt zur Verringerung der Auswirkungen auf den Planeten, aber das reicht nicht aus. Rund um den Globus suchen Betriebsleiter und Nachhaltigkeitsbeauftragte in der Mikroelektronik nach nachhaltigen Lösungen für jeden Bereich ihrer Geschäftsfelder. 

Ein oft übersehenes Potenzial für die Einführung umweltfreundlicherer Betriebsabläufe liegt in der Umstellung der Reinigungsprozesse. Die nasschemischen Anwendungen in der Mikroelektronik sind eine 3-Milliarden-Dollar-Industrie oder, anders ausgedrückt, eine Industrie, die 500 Millionen Liter Chemikalien verbraucht. Da die Reinigung ein Schlüsselprozess in der Mikroelektronikindustrie ist, kann eine Änderung der Arbeitsweise beunruhigend sein: Eine nahtlose Integration in bestehende Prozesse und die Kompatibilität mit vorhandenen Anlagen sind von entscheidender Bedeutung. Außerdem muss sichergestellt werden, dass Effektivität und Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigt werden. Bisher haben sich die Lösungen entweder durch ihre Umweltfreundlichkeit oder durch ihre Effektivität ausgezeichnet.

In diesem Artikel erläutern wir, wie der Einsatz unserer Intelligent Gluid Produkte Betriebsabläufe in der Mikroelektronikindustrie umweltfreundlicher macht und die Verwendung giftiger Chemikalien hinfällig wird.

Die Reinigung von Mikroelektronik erfordert höchste Präzision

In den letzten Jahren hat der Trend zur Miniaturisierung zu immer kleineren Chips geführt. Mikrochips bestehen aus Transistoren, von denen jeder nur einige Dutzend Nanometer groß ist. Zum Vergleich: Ein menschliches rotes Blutkörperchen hat einen Durchmesser von 7.000 Nanometern. 

Jedes Maß an Oberflächenverschmutzung auf mikroelektronischen Bauteilen kann sich negativ auf die Leistung des elektronischen Endprodukts auswirken und sogar zu Defekten führen. Um ihre Leistung und Zuverlässigkeit zu erhalten, sind während der Produktion zahlreiche Reinigungsschritte erforderlich. Der Produktionsprozess eines Chips, der zum Beispiel in einen Computer eingebaut wird, umfasst eine lange Kette von 500 Bearbeitungsschritten. Jeder dieser Schritte findet im Nanometerbereich statt. Zwischen den verschiedenen Produktionsschritten muss immer wieder Resist entfernt werden. 

Mit der zunehmenden Verkleinerung von Mikrochips wird der Spielraum für Fehler in Form von Oberflächenverunreinigungen und Materialbeschädigungen unglaublich klein. Die kontinuierliche Reinigung dieser extrem kleinen Bauteile stellt eine große technische Herausforderung dar.

Intelligent fluids bietet entscheidende Vorteile gegenüber chemischen Produkten

Intelligent Fluids verwendet eine völlig neue wissenschaftlich fundierte Technologie, die physikalisch organische Verunreinigungen entfernt, während herkömmliche Reinigungsprodukte giftige und aggressive Chemikalien verwenden, um Verunreinigungenaufzulösen. Zwei grundverschiedene Ansätze, die das gleiche Problem lösen, aber mit unterschiedlichen Ergebnissen.

Höherer Ertrag und weniger Abfall

Im Gegensatz zu einem klassischen Lösungsmittel werden Verunreinigungen nicht in der verwendeten Chemikalie aufgelöst, sondern sie werden physikalisch entfernt.

Wenn zum Beispiel Resist entfernt werden soll, heben unsere intelligenten Flüssigkeiten die Schicht vom Substrat ab. Der Vorteil gegenüber dem Auflösen ist, dass die intelligenten Flüssigkeiten im Prozess nicht verunreinigt werden und bei erhöhtem Durchsatz viel länger verwendet werden können. Unsere Kunden haben eine Verlängerung der Badlebensdauer um 100 % und mehr beobachtet. 

Durch die Filterung der Verschmutzung kann der abgelöste Resist separat verbrannt werden. Dies führt zu weniger Abfall im Abwassersystem, erhöht die Lebensdauer des Reinigungsmittels und schont die Umwelt.

Verkürzte Prozesszeit

Unsere intelligenten Flüssigkeiten können genau auf die Bedürfnisse der Kunden abgestimmt werden. So kann beispielsweise die Ätzrate genau nach Kundenwunsch eingestellt werden. Das physikalische Funktionsprinzip ermöglicht eine so gründliche Reinigung, dass einige Prozessschritte übersprungen werden können, was zu kürzeren Prozesszeiten und geringeren Betriebskosten führt.

[Bildunterschrift] Vor dem Strippen

[Bildunterschrift] Nach dem Strippen mit intelligenten Fluiden

In diesem Beispiel für eine positive Fotolackentfernung werden durch den Einsatz intelligenter Flüssigkeiten die Prozessschritte um die Hälfte reduziert und die Notwendigkeit von Heiß- und Kaltlösungsprozessen, die die Seitenwände beschädigen, entfällt.

Geringere Gesamtbetriebskosten

Die Verwendung unserer intelligenten Flüssigkeiten senkt die Gesamtbetriebskosten, indem sie Kosten für Wartung, Betrieb, Transport, Handhabung und Lagerung sowie für Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsmaßnahmen einspart. Darüber hinaus senken niedrigere Betriebstemperaturen von nur 20-50 °C die Energiekosten um bis zu 60 % und vermindern die Brandgefahren.

Wenn wir herkömmliche Reinigungsverfahren mit der Verwendung unserer intelligenten Flüssigkeiten vergleichen, stellen wir fest:

• • Reduzierung der Kosten für Reinigungsmittel und Wasser um bis zu 67%.
  • Reduzierung der Wartungskosten um bis zu 72 %
  • Senkung der Betriebskosten um bis zu 40%
  • Reduzierung der Kosten für Versand, Handhabung und Lagerung von Reinigungsmitteln um bis zu 41 %.
  • Senkung der Kosten für Umwelt, Gesundheit und Sicherheit um bis zu 79 %
  • Senkung der Kosten für Waferschrott um bis zu 76 %
  • Reduzierung der Gesamtbetriebskosten um bis zu 67 %

Verbesserte betriebliche Effizienz

Die Verwendung aggressiver chemischer Lösungsmittel ist zwar wirksam, beschädigt aber oft das zu reinigende Material. Intelligente Flüssigkeiten sind mindestens so wirksam wie bestehende Lösungen, und die physikalische Lift-off-Technologie bedeutet, dass Materialien nicht beschädigt werden.

[Bildunterschrift] Die Entfernung von positivem PR mit NMP hinterlässt eine geriffelte Oberfläche und einen unregelmäßigen Seitenwanddurchmesser.

[Bildunterschrift] Die Entfernung von positivem PR mit intelligenten Flüssigkeiten erzeugt eine glatte Oberfläche und eine glatte Seitenwand.

Wenn Löcher durch Ätzen gebohrt werden, ist die Reinigung der Seitenwände äußerst wichtig. Hier sehen wir, wie die Verwendung von NMP zu gewellten Wänden führt, während der Einsatz intelligenter Flüssigkeiten zu geraden und glatten Kanten führt. Da in diese Löcher Metall eingefüllt werden muss, sind glattere Ränder der Schlüssel zu hervorragenden Fertigungsergebnissen. Dies führt zu einer höheren Ausbeute an Wafern, was die Effizienz des Betriebs direkt verbessert.

Im obigen Beispiel beträgt die Abziehzeit weniger als zwei Minuten bei einer Betriebstemperatur von 50 °C. Im Gegensatz dazu benötigt der Prozess mit NMP über 20 Minuten bei einer Temperatur von 90°C. Die Aufrechterhaltung einer Badtemperatur von 90 °C trägt erheblich zum Energiebedarf des Prozesses bei.

Schließlich ermöglicht die Verwendung intelligenter Flüssigkeiten den Abschluss des Reinigungsprozesses in nur zwei Schritten, im Gegensatz zu drei Schritten mit NMP, da die Spülung mit Iso-Propyl-Alkohol (IPA-Spülung) vor der Spülung mit deionisiertem Wasser (DI) entfällt. Dies reduziert sowohl den Materialverbrauch als auch die Prozesszeit.

Wir haben diese überlegene Leistung auch bei anderen Verfahren beobachtet. Die Ergebnisse beim Negativ-PR-Strippen beispielsweise sind ähnlich vorteilhaft, wobei das NMP-Verfahren 60 Minuten bei 60 °C benötigt, während die Verwendung intelligenter Flüssigkeiten zu einem zehnminütigen Prozess bei nur 40 °C führt. 

Kompatibilität mit vorhandenen Materialien und Geräten sowie Einhaltung von Industrienormen und Umweltvorschriften 

Unsere gebrauchsfertigen Produkte können mit vorhandenen Geräten verwendet werden und erfordern weniger Wartung. Intelligente Flüssigkeiten sind Produkte auf Wasserbasis mit biologisch abbaubaren Inhaltsstoffen. Als solche sind sie sicher für die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Sie enthalten keine aggressiven toxischen Inhaltsstoffe, sind nicht entflammbar, ph-neutral, thermodynamisch stabil und dermatologisch getestet. Da keine aggressiven, giftigen chemischen Stoffe verwendet werden, erfüllen unsere intelligenten Flüssigkeiten alle Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltvorschriften der Mikroelektronikindustrie.

Von der Forschung zur industriellen Anwendung - Projekt Materials for Quantum Computing (MATQu)

Die Quanteninformatik stellt höchste Anforderungen an die Präzision. Wir haben mehrere gebrauchsfertige Produkte auf dem Markt, und unser Team steht weiterhin an der Spitze von Forschung und Entwicklung, indem es an der europäischen Initiative Materialien für Quantencomputer (MATQu)-Projekt beteiligt ist. Gemeinsam mit großen Forschungs- und Technologieorganisationen arbeiten wir an der industriellen Markteinführung neuartiger Materialien und Geräte, um eine vollständige Wertschöpfungskette für die Josephson-Übergangstechnologie in Europa zu schaffen.

Die Mikroelektronikindustrie macht Fortschritte auf dem Weg zu einem umweltfreundlicheren Betrieb

Unsere intelligenten Flüssigkeiten wurden von mehreren Unternehmen der Mikroelektronik getestet und für gut befunden. Das Bewusstsein dafür wächst schnell, und die großen Akteure sind von den Vorteilen einer umweltfreundlichen Reinigungslösung überzeugt, die keine Zugeständnisse an die Leistung macht.

Wir bauen derzeit unsere Produktionsanlagen in Europa aus und richten in Indien Produktionskapazitäten ein, um den asiatischen Markt zu bedienen.

Sind Sie an einer zuverlässigen und effektiven Reinigung interessiert, die Ihre Gesamtbetriebskosten deutlich senkt und Ihre Produktionsprozesse nachhaltiger macht? Nehmen Sie Kontakt mit uns und folgen Sie uns auf LinkedIn!