„ecoFluor“ setzt auf Klimaschutz im internationalen Maßstab. Es entwickelt ein Reinigungsgas, das den Treibhauswert bisher üblicher Gase in der Halbleiterbranche um das 17.000fache senkt. Das Mittel mit dem Klima-Bonus spart zudem Ressourcen, weil es effizient im Verbrauch ist. 

Innovation auf fundierter Basis

Quelle: Flyer ecoFlour

Mikrochips für Handys, Laptops oder Taschenrechner werden in Maschinen der Halbleiterindustrie gefertigt, die nach jedem Arbeitsschritt gründlich gereinigt werden müssen. Bisher geschieht dies mit perfluorierten Kohlenwasserstoffen und Stickstofftrifluorid (NF3) – Gasen, die für die Umwelt bis zu 17.000fach schädlicher sind als das als Treibhausgas bekannte Kohlendioxid. Denn die Gase sind besonders stabil und verbleiben lange in der Atmosphäre.

Das Team des „ecoFluor“-Projekts setzt auf einen alternativen Gasmix, der mit einer deutlich geringeren Menge an Fluor auskommt. Damit wäre sein Treibhauspotenzial gleich Null vergleichbar mit dem des Kohlenstoffdioxids gleich Eins. Zusätzlich soll das neue Gas die Reinigungszeit der Maschinen verkürzen und so Kosten einsparen.

Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Mikrosysteme und Festkörpertechnologien untersuchen bereits seit einigen Jahren gemeinsam mit Partnern des Chemieunternehmens Solvay verschiedene Fluorgasmischungen auf ihre umweldfreundliche Anwendbarkeit. Grundsätzlich sind diese Alternativen für die Reinigung geeignet, so ihr Ergebnis. Zudem reinigen sie äußerst effizient. Im Projekt erfährt die erfolgreichste Gasmischung aus dem Labor nun den praktischen Test in der industriellen Anwendung.

Quelle:8. AGAGE (Advanced Global Atmospheric Gases Experiment). 2016. ALE/GAGE/AGAGE data base. Accessed June 2016. http://agage.mit.edu/. 9. Rigby, M. 2016 update to data originally published in: Arnold, T., C.M. Harth, J. Mühle, A.J. Manning, P.K. Salameh, J. Kim, D.J. Ivy, L.P. Steele, V.V. Petrenko, J.P. Severinghaus, D. Baggenstos, and R.F. Weiss. 2013. Nitrogen trifluoride global emissions estimated from updated atmospheric measurements. P. Natl. Acad. Sci. USA 110(6):2029–2034. Data updated July 2016. 10. NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). 2016. Halocarbons and Other Atmospheric Trace Species group (HATS). Accessed June 2016. www.esrl.noaa.gov/gmd/hats.

Die Abbildung zeigt verschiedene halogenierte Gase (welche Fluor, Chlor oder Brom beinhalten) in der Atmosphäre, die in einem Konzentrationsbereich von parts per trillion(ppt) gemessen wurden. Die Daten sind von global verteilten Überwachungsstationen. Bitte beachten Sie, das es sich um eine Skalierungsfaktor von 10 handelt (Dekadischer Logarithmus). Dies ist notwendig, da die Konzentrationen der einzelnen halogenierten Gase um einige Größenordnungen variieren. Die  nachfolgende Numerierung der Bezeichnung der Gase ist gebräuchlich um die spezifische Bezeichnung des einzelnen Gases zu kennzeichnen.

Cleantech für Hightech

Der Markt für das neue Reinigungsgas ist umfangreich. Mikroelektronik auf Siliziumbasis ist der global player zeitgemäßer Technologie. Jegliche Informationstechnologie und damit viele Bereiche unseres öffentlichen und wirtschaftlichen Lebens basieren auf Silizium- Mikrochips. Die kleinen Elektronikteile entstehen mittels planarer Halbleitertechnologie. Schicht für Schicht werden dabei abwechselnd leitfähige und isolierende Schichten auf eine Silizium-Scheibe aufgebracht und strukturiert. Viele dieser Arbeitsvorgänge finden in speziellen Vakuumkammern, sogenannten PECVD- Kammern statt.
Bei dieser Feinstarbeit – die einzelnen Schichten und Strukturen sind nur wenige Nanometer groß – ist höchste Sauberkeit bei Prozessen, Maschinen und eingesetzten Materialien notwendig.
Deshalb müssen nach jeder aufgebrachten Schicht die Prozesskammern mit Gas gereinigt werden. Fluorchemische Mittel sind bewährte und effiziente Reinigungsgase. Viele diffizile chemischer und physikalische Vorgänge sind nötig, sie für das Säubern zu konditionieren.

Beteiligte Partner

Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

  • Solvay Fluor GmbH, Hannover Hersteller der Fluorgasgemische, Sicherheitskonzepte, Umsetzung des Konzepts in weltweitem Maßstab
  • Texas Instruments Deutschland GmbH, Freising: Transfer des Verfahrens in den industriellen Einsatz 
  • Muegge GmbH, Reichelsheim: Weiterentwicklung des diffizilen physikalischen und chemischen Verfahrens
  • Fraunhofer EMFT, München Entwicklung neuartiger und hocheffizienter Verfahren in der Halbleiterherstellung, in diesem Fall die Grundlagen und Industrieadaption der fluorbasierten Reinigungsprozesse