A mikrochipek iránti kereslet növekedésével párhuzamosan a félvezetőgyártás környezeti terhelése is egyre nagyobb. Egy nagyszabású európai kutatási programban több mint ötven ipari és tudományos partner dolgozik azon, hogy kevesebb veszélyes vegyi anyag, üvegházhatású gáz, víz és nyersanyag felhasználásával lehessen chipeket gyártani. A kutatók többek között a gyártás során keletkező anyagok visszanyerését és újbóli felhasználását vizsgálják.
Az elmúlt évtizedekben hatalmas fejlődés ment végbe a mikroelektronikában: a chipek egyre kisebbek, gyorsabbak és nagyobb teljesítményűek lettek. A technológiai teljesítmény mellett azonban egyre nagyobb figyelem irányul arra is, hogyan lehetne környezetkímélőbbé tenni az előállításukat. Ezt célozza a GENESIS, vagyis a GENerate in Europe a Sustainable Industry for Semiconductors elnevezésű európai projekt. A hároméves programban több mint ötven vállalat, kutatóintézet és egyetem vesz részt a félvezetőipari értéklánc különböző területeiről. A 2028-ig tartó fejlesztések célja többek között a kibocsátások csökkentése, a kritikus fontosságú nyersanyagok kiváltása, valamint új újrahasznosítási eljárások kidolgozása. A projektben meghatározó szerepet vállal a Fraunhofer Fotonikai Mikrorendszerek Intézete (Fraunhofer IPMS), amely a hulladék- és emissziócsökkentéssel foglalkozó munkacsomagot vezeti. A kutatás az Európai Zöld Megállapodás és az európai chipstratégia céljaihoz is kapcsolódik.
Kevesebb „örök vegyi anyag”
A Fraunhofer IPMS kutatásainak egyik fontos területe a félvezetőgyártásban alkalmazott per- és polifluorozott alkilvegyületek, vagyis a PFAS-anyagok felhasználásának csökkentése. Ezeket gyakran „örök vegyi anyagoknak” nevezik, mivel rendkívül lassan bomlanak le a környezetben. A kutatók ezért olyan alternatív anyagokat és gyártási módszereket keresnek, amelyekkel mérsékelhető vagy bizonyos technológiai lépésekben akár kiváltható a PFAS-vegyületek használata. A fejlesztések másik célpontját a félvezetőgyártás során alkalmazott technológiai gázok jelentik. Ilyen például a kén-hexafluorid (SF₆) és a nitrogén-trifluorid (NF₃), amelyek éghajlatra gyakorolt hatása sokszorosa lehet a szén-dioxidénak. A Fraunhofer kutatói alternatív gázkeverékeket vizsgálnak, és a már meglévő véggáztisztító rendszereket is továbbfejlesztik annak érdekében, hogy minél kisebb legyen a légkörbe kerülő káros anyagok mennyisége.
A polírozóanyagból is visszanyernék az értékes nyersanyagokat
A kutatás egyik érdekes területe a félvezetőlapkák, vagyis waferek megmunkálásához kapcsolódik. A chipgyártásban nélkülözhetetlen az úgynevezett kémiai-mechanikai síkba csiszolás, angol rövidítéssel CMP. Az eljárás során speciális folyékony polírozókeveréket használnak, amely vizet, különféle vegyi anyagokat és rendkívül finom csiszolószemcséket tartalmaz. Ezekből a szuszpenziókból jelentős mennyiség fogy a gyártás során. A Fraunhofer IPMS ipari partnereivel azt vizsgálja, miként lehetne a használt CMP-szuszpenziókat megtisztítani és ismét felhasználni. A cél egyszerre a nyersanyag- és vízfelhasználás, valamint a keletkező hulladék mennyiségének csökkentése. Emellett értékes alapanyagokat is visszanyernének a hulladékból, hogy azok újra bekerülhessenek a gyártási körfolyamatba.
Tisztatérben tesztelik az új eljárásokat
A fenntarthatóbb chipgyártási technológiák egyik legnagyobb kihívása, hogy az új eljárásoknak nemcsak laboratóriumi körülmények között kell működniük. Meg kell felelniük a félvezetőipar rendkívül szigorú tisztasági és technológiai követelményeinek is. A Fraunhofer IPMS ezért saját 200 és 300 milliméteres wafertechnológiára kialakított tisztatereiben teszteli az új folyamatokat. Így az ipari partnerekkel együtt már valósághű körülmények között vizsgálhatják, hogy egy környezetkímélőbb anyag vagy technológia milyen hatással lenne a tényleges gyártási folyamatokra. Ez egyben csökkentheti az ipari bevezetés kockázatát és felgyorsíthatja az új megoldások alkalmazását. Julia Osten, a Fraunhofer IPMS kutatási vezetője és a GENESIS projekt egyik irányítója szerint a kutatás valódi jelentőségét az adja, hogy a mindennapi elektronikai eszközökben felhasznált óriási mennyiségű chip gyártása kevesebb erőforrással és kisebb környezeti terheléssel válhat lehetővé. A GENESIS program a teljes félvezetőipari életciklust vizsgálja: a valós idejű emisszióméréstől és az új, környezetkímélőbb anyagoktól kezdve a kritikus nyersanyagoktól való függőség csökkentésén át egészen a hulladékok újrahasznosításáig. A cél az, hogy a kutatási eredmények a lehető leggyorsabban megjelenhessenek az ipari chipgyártásban.
0 hozzászólás