Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFTIn der Halbleiterindustrie spielen klimawirksame Stoffe und Gase eine entscheidende Rolle, insbesondere fluorhaltige Sondergase wie C2F6, NF3 und SF6, die ein hohes Treibhausgaspotential aufweisen. Diese Gase werden beim Trockenätzen in der Wafer-Fertigung oder zur Prozesskammer-Reinigung von Ablagerungen aus Depositionsprozessen eingesetzt. Trotz ihres hohen Treibhausgaspotentials ist bislang wenig über ihren Beitrag zum globalen Treibhausgaseffekt bekannt, da die emittierten Mengen im Vergleich zu den bekannten Klimagasen Kohlendioxid und Methan sehr gering sind. Um diese Wissenslücke zu schließen, hat die Fraunhofer-Gesellschaft das Projekt „Klimawirksame Gase und Stoffe“ ins Leben gerufen. Dieses Projekt involviert mehrere Fraunhofer-Institute und hat das Ziel, die Emissionen dieser Gase zu erfassen und zu bewerten. Dadurch soll ihr Einfluss auf die Klimaerwärmung analysiert und Maßnahmen zur Reduzierung entwickelt werden.
Klimawirksame Prozessgase und ihr Einfluss auf den Treibhausgaseffekt
Effektive Maßnahmen zur Emissionssenkung in der Halbleiterindustrie
Mit der EU Chips Act Initiative, die die Halbleiterfertigung in Europa stärken soll, könnten die Emissionen dieser Sondergase in den nächsten Jahren erheblich zunehmen und somit zur europäischen Treibhausgasbilanz beitragen. Um diesen Entwicklungen entgegenzuwirken, sind Emissionsminderungsmaßnahmen unerlässlich. Dazu gehören neben der Optimierung der Prozessführung auch nachgeschaltete Reinigungssysteme (Abatement). Diese Systeme erfordern jedoch viel Energie, um die chemisch stabilen Prozessgase zu spalten, damit sie aus dem Abgas ausgewaschen bzw. chemisch gebunden werden können.
Ziel des Projekts
Das aus dem Fraunhofer Klimafond geförderte, institutsübergreifende Projekt „Klimawirksame Gase und Stoffe“ hat zum Ziel, Werkzeuge zu entwickeln, mit denen die Emissionen an fluorhaltigen Sondergasen der Fraunhofer Gesellschaft erfasst und hinsichtlich ihres Treibhausgaseffekts bewertet werden können. Darüber hinaus soll das Projekt breiteres Bewusstsein für den potentiellen Beitrag von fluorhaltige Prozessgasen zur Klimaerwärmung schaffen und mögliche Lösungswege zur Minimierung der Emissionen aufzeigen.
Implementierung und Analyse
Im Rahmen des Projekts wird sowohl Hard- als auch Software implementiert, um den Gasfluss aus Massflow-Controllern an Prozessanlagen auszulesen und den Verbrauch von Klimagasen präzise und prozessgenau zu erfassen und zu protokollieren. Dies kann z. B. genutzt werden, um Halbleiterprozesse gezielt auf geringe Gasverbräuche zu optimieren.
Verschiedene Gasanalysesysteme werden eingesetzt, um den Verbrauch der fluorhaltigen Prozessgase unter Reaktionsbedingungen in der Prozesskammer online zu überwachen. Diese Daten bilden einen weiteren Baustein zur Reduzierung der Emissionen von fluorhaltigen Treibhausgasen.
Um die Effizienz der nachgeschalteten Reinigungssysteme einschätzen zu können, wird der Anteil von fluorhaltigem Prozessgas im Gesamtabgasstrom vor und nach der Prozesskammer gemessen. Dabei kommen unterschiedliche Analysetechniken wie Massenspektroskopie und FTIR-Spektroskopie zum Einsatz. Diese Methoden sind notwendig, um die starke Verdünnung des Abgasstroms durch den Stickstoffballast der Vakuumpumpen und die zugeführten Brenngase im Reinigungssystem zu berücksichtigen.
Die Analyse der verschiedenen Methoden und deren Ergebnisse liefern wichtige Hinweise zur Wirksamkeit von Emissionsminderungsmaßnahmen und tragen dazu bei, den Beitrag fluorhaltiger Gase zur Klimaerwärmung besser zu verstehen.