Halbleiterfertigung Ohne Ewigkeitschemikalien: Polymermembrane für die Halbleiterfertigung entwickelt

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Ewigkeitschemikalien, auch als PFAS bezeichnet, finden nicht nur in der Bratpfanne, sondern auch in der Halbleiterfertigung Anwendung. Die Chemikalien, die eine Antihaftwirkung versprechen, stehen allerdings unter Verdacht, gesundheitsschädlich zu sein. Die Forscher vom Fraunhofer-Institut IAP haben deswegen eine Polymermembran für die Halbleiterfertigung entwickelt – ohne PFAS.

Sogenannte Ewigkeitschemikalien, Per- und Polyfluoralkylsubstanzen oder kurz PFAS, bringen einige praktische Effekte mit sich: Sie sorgen dafür, dass Materialien nicht aneinander haften. Allerdings sind PFAS mindestens umweltschädlich, weil sie aufgrund ihrer Stabilität nicht abgebaut werden können. Deswegen gelangen sie über die Nahrungskette bis in den Menschen, der sich obendrein auch noch selbst mit PFAS umgibt. Diese Ewigkeitschemikalien sind wahrscheinlich gesundheitsschädlich; eine Exposition kann wenigstens das Krebsrisiko erhöhen.

Die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) strebt deswegen ein Verbot der Herstellung, der Verwendung, des Inverkehrbringens und der Einfuhr von PFAS in den Europäischen Wirtschaftsraum an. Im Juni treten Ausschüsse für Risikobewertung und für sozioökonomische Analysen zu einer Tagung zusammen, um den Vorschlag zum PFAS-Verbot zu diskutieren und zu verfeinern.

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Die Halbleiterbranche sieht die Bestrebungen für ein Verbot kritisch, denn PFAS-haltige Materialien werden bei Ätz-, Reinigungs- und Filterprozessen eingesetzt. PFAS wird für solche Anwendungen bislang als alternativlos angesehen. Das muss allerdings nicht bedeuten, dass sich nicht welche entwerfen ließen.

Es wäre es allemal besser, wenn sich Mittel und Wege finden lassen, die Vorteile von PFAS zu wahren und die Nachteile zu umgehen. Die Forscher rund um Dr. Murat Tutus, Ingenieur am Fraunhofer IAP und Leiter der Abteilung „Membranen und funktionale Folien“, haben sich genau dieser Aufgabe angenommen.

Sie haben eine nachhaltige Alternative zu den Polymermembranen entwickelt, die in der Halbleiterfertigung eingesetzt werden. Genauer: Für einen Zulieferer der Halbleiterbranche wurde eine PFAS-freie Membran aus konventionellen, spezifisch stabilisierten Polymeren entwickelt, die PFAS-Membranen ersetzen kann.

PAN statt PFAS

Die Membran aus Polyacrylnitril (PAN) besticht durch hohe chemische und mechanische Stabilität sowie einen geringen Porendurchmesser von etwa sieben Nanometern. Diese Eigenschaften ermöglichen die effektive Abtrennung von partikulären Verunreinigungen und die Filtration sowie das Recycling von Betriebsflüssigkeiten wie Säuren und Lösemitteln.

Zudem kann die Membran etwa mit Blick auf die Durchlässigkeit an Kundenwünsche angepasst werden, was die Integration in bestehende Anlagen zur Herstellung der nächsten Chipgeneration erleichtert. Durch eine Modifikation mit einer vom Fraunhofer IAM patentierten Komponente ist es außerdem möglich, die Membran für harsche Prozessbedingungen zu stabilisieren.

„Beim Herstellen von Chips finden unzählige Prozessschritte wie Sägen, Reinigen und Planarisieren statt, um die Strukturen auf die Wafer aufzubringen. Bei all diesen Operationen fallen partikuläre Verunreinigungen an, die bei jedem Prozess abgetrennt werden müssen, da sie sonst die Herstellung der nanometergroßen Strukturen schädigen würden“, so Dr. Murat Tutus.

Dr. Tutus und sein Team sehen großes Potenzial für ihre Entwicklung, insbesondere in der pharmazeutischen und chemischen Industrie, wo aggressive Lösemittel verwendet werden. Bei der Herstellung der Membran werden nachhaltige, REACH-konforme Lösemittel verwendet und der gesamte Produktionsprozess erfolgt bei niedrigen Temperaturen nachhaltig. Die Membran wird mittels nicht lösungsmittelinduzierter Phasentrennung (NIPS) erzeugt, wobei die Morphologie und Druckstabilität der Membran angepasst werden können. (sb)

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