Grüne Revolution in der Halbleiterindustrie

Bis 2030 wird die weltweite Halbleiterproduktion voraussichtlich nahezu doppelt so hoch sein wie heute. Um die negativen Umweltauswirkungen abzufedern, haben sich 58 europäische Partner im EU-Projekt GENESIS das Ziel gesetzt, umweltfreundlichere Materialien und Prozesse in der Halbleiterindustrie zu entwickeln. Im Rahmen des Vorhabens arbeiten Forschende des Fraunhofer EMFT daran, Verfahren zur Abgasreinigung zu optimieren und die Effizienz von Produktionsprozessen zu steigern.

Bis 2030 wird die weltweite Halbleiterproduktion voraussichtlich fast doppelt so hoch sein wie heute. Um die technologische Souveränität Europas zu erhalten und zu stärken, wollen die EU-Staaten im Rahmen des European Chips Act die EU-Produktionskapazität auf 20 % der globalen Chips erhöhen. Dieses ambitionierte Ziel entspricht etwa dem vier-bis fünffachen der aktuellen Kapazität und bringt neben Chancen auch Herausforderungen mit sich:  Die massive Produktionssteigerung wird unvermeidlich zu einem Anstieg negativer Umweltauswirkungen führen, darunter erhöhten Energie- und Wasserverbrauch sowie gefährliche Abfälle.

Das EU-Projekt GENESIS verfolgt das Ziel, umweltfreundliche Materialien, Prozesse und Lösungen zu entwickeln, um den ökologischen Fußabdruck der Halbleiterindustrie zu verringern. Ein Fokus liegt insbesondere auf PFAS-freie Verbindungen und Prozessgasen mit niedrigem Treibhauspotenzial. Zudem sollen skalierbare, sensorgestützte Systeme zur Überwachung, Kontrolle und Emissionsminderung geschaffen werden, um Umweltrisiken durch Treibhausgase, PFAS und andere gefährliche Stoffe zu erfassen und zu reduzieren. Schließlich arbeitet GENESIS an Lösungen zur Minimierung des Gesamtabfalls und fördert die Wiederverwendung und das Recycling von Materialien. Die Projektergebnisse sollen die Basis für eine vollständige und umfassende europäische Lieferkette für eine umweltfreundlichere Produktion bilden, welche Materialien, Prozesse, Ausrüstung und Infrastruktur umfasst.

Optimierung von Plasma-Tiefenätzen mit umweltfreundlichen Gasen

Im Rahmen dieser grünen Revolution arbeiten Forschende des Fraunhofer EMFT an neuartigen, umweltfreundlichen Materialien für Halbleiterprozesse, die sowohl Umwelt- als auch Leistungsziele erfüllen und die Emissionen von PFAS und Treibhausgasen reduzieren. Ein Schwerpunkt ist die Entwicklung eines nachhaltigen reaktiven Ionen-Tiefenätzverfahrens (DRIE) und das Strippen von Polymeren mit alternativen Gasen sowie die Verbesserung von fluorbasierten Plasmaprozessen zur Entfernung von kohlenstoffhaltigen Rückständen. Darüber hinaus werden PFAS-freie Materialien für den Einsatz in der Sensorverpackungsindustrie getestet. Darüber hinaus bringt die Fraunhofer EMFT ihre Expertise in der Abgasreinigung ein, um die Effizienz einer neuartigen Abgasreinigungsanlage zu erhöhen.

Konkrete Ziele sind die Optimierung des Plasma-Tiefenätzens mit umweltfreundlichen Gasen, der vollständige Ersatz von CF4-Gas durch ein umweltfreundlicheres Gasgemisch in Plasmastripping-Prozessen sowie die Entwicklung von Test- und Charakterisierungsmethoden für PFAS-freie Sensorpackages. Der Ersatz von CF4-Gas eröffnet Möglichkeiten für Pilotprojekte und wird durch Schulungen zur Verwendung der neuen Gase unterstützt. Die Entwicklung von Testmethoden für PFAS-freie Materialien schafft auch neue Möglichkeiten für zukünftige Sensorentwicklungen. Darüber hinaus soll der Abgasreinigungsgrad auf bis zu 99,999% erhöht werden. Die Überwachung der Abgasreinigung wird dabei helfen, die tatsächliche Sauberkeit der Prozesse zu ermitteln.

Grüne Revolution: Chancen und Marktpotentiale für umweltfreundliche Lösungen

Das Fraunhofer EMFT wird die erzielten Ergebnisse nutzen, um als führender Ansprechpartner für die Halbleiterindustrie, Umwelttechnikfirmen und Forschungsinstitute im Bereich der PFAS-Reduktion zu agieren und die grüne Revolution in dieser Branche voranzutreiben. Die Marktchancen dafür sind vielversprechend, da die Nachfrage nach umweltfreundlichen Technologien in der Halbleiterindustrie stetig wächst und nicht zuletzt durch staatliche Regulierungen zur Schadstoffreduktion auch obligatorisch wird.