Fraunhofer IPMS will Polierflüssigkeiten aus der Chipfertigung wieder nutzbar machen. Im europäischen Projekt GENESIS untersucht das Institut, wie sich die gebrauchten Mischungen aufbereiten lassen. Das könnte Materialverbrauch, Wasserbedarf und Abfall verringern – sofern die Flüssigkeiten auch beim nächsten Einsatz die benötigte Polierqualität liefern.
Polierflüssigkeit ist ein Verbrauchsmaterial der Halbleiterfertigung. Fraunhofer IPMS erforscht gemeinsam mit Industriepartnern, wie daraus nach dem Gebrauch erneut ein geeignetes Poliermittel werden kann. Rohstoffe sollen so in die Produktion zurückkehren, statt nach ihrem ersten Einsatz auszuscheiden. Der Ansatz setzt an einem Gemisch an, dessen Bestandteile gemeinsam eine präzise Aufgabe erfüllen: Sie helfen, Waferoberflächen gezielt einzuebnen.
Damit verbindet das Forschungsvorhaben zwei Anforderungen, die sich nicht getrennt betrachten lassen. Weniger frisches Material einzusetzen wäre ein Ressourcengewinn. In der Fertigung ist die aufbereitete Flüssigkeit aber nur dann brauchbar, wenn sie weiterhin zur gewünschten Oberfläche führt. Um zu verstehen, weshalb das anspruchsvoll ist, lohnt sich ein Blick auf das Polieren selbst.
Wie Wasser, Chemie und Schleifpartikel zusammenwirken
Beim chemisch-mechanischen Polieren, kurz CMP, wird Material von Metall- oder elektrisch isolierenden Schichten abgetragen. Die dabei verwendeten Flüssigkeiten heißen CMP-Slurries. Sie bestehen aus Wasser, Chemikalien und feinsten Schleifpartikeln. Das Wasser ist Bestandteil der Suspension, in der die Partikel verteilt sind. Es geht also um eine Mischung mit aufeinander abgestimmten Eigenschaften, nicht einfach um Wasser mit Schleifstaub.
Während des Polierens bewegen sich die feinen Partikel zwischen einem Polierpad und dem Wafer. Sie übernehmen den mechanischen Anteil der Bearbeitung. Erst zusammen mit den chemischen Wechselwirkungen entsteht jedoch der gewünschte Materialabtrag, der die Oberfläche glättet. Weder die Schleifwirkung noch die Chemie allein erklärt deshalb, was eine solche Flüssigkeit leisten muss.
Dabei genügt es nicht, möglichst viel Material abzutragen. Die Oberfläche soll eben werden und möglichst wenige Defekte aufweisen. Wie die Grundlagenveröffentlichung „Slurry Design for Chemical Mechanical Polishing“ erläutert, hängen diese Eigenschaften von der Chemie, den Partikeleigenschaften und der Stabilität der Suspension ab. Diese Zusammenhänge erklären auch die Herausforderung beim Recycling: Zurückgewonnene Bestandteile müssen wieder als funktionierende Mischung nutzbar sein.
Aus gebrauchter Slurry soll wieder Poliermittel werden
An dieser Aufgabe arbeitet das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS im europäischen GENESIS-Projekt. Nach Angaben von Fraunhofer untersuchen das Institut und seine Industriepartner die Aufbereitung und erneute Nutzung gebrauchter CMP-Slurries. Angestrebt werden ein geringerer Materialverbrauch, weniger Wasserbedarf und weniger Abfall. Wie groß diese Entlastung ausfallen könnte, ist bislang nicht durch veröffentlichte Einsparergebnisse belegt.
Für die Entwicklung stehen dem IPMS Reinräume zur Bearbeitung von Wafern mit 200 und 300 Millimetern Durchmesser zur Verfügung. Laut Fraunhofer lassen sich dort Verfahren unter realistischen Bedingungen testen und für industrielle Prozesse bewerten. Warum solche kontrollierten Umgebungen zur Chipproduktion gehören, erklärt auch unser Beitrag über Reinräume und die neue Mikrosystemfabrik Fab4Micro in Erfurt.
Was die Forschung noch zeigen muss
Die Fraunhofer-Mitteilung beschreibt den Forschungsansatz und die verfügbare Infrastruktur, legt aber weder einen konkreten Aufbereitungsweg noch eine Versuchsreihe zur Wiederverwendung offen. Auch Rückgewinnungsquoten und eine Wasserbilanz fehlen. Die Angaben stammen von der beteiligten Forschungsorganisation; eine unabhängige Ergebnisbewertung liegt damit nicht vor. Ein geschlossener Slurry-Kreislauf im Fabrikbetrieb ist auf dieser Grundlage ebenso wenig belegt wie eine bestimmte Filtertechnik oder Rezeptur.
GENESIS startete am 1. Mai 2025 und läuft 36 Monate. Das von CEA-Leti koordinierte Projekt soll bis 2028 neue Technologien entwickeln. Dieser Zeitraum bezeichnet den Forschungshorizont, nicht einen zugesagten Termin für die breite industrielle Nutzung. Für die Slurry-Aufbereitung bleibt die entscheidende Frage, wie viel frisches Poliermittel sich durch wiedergewonnenes Material ersetzen lässt, während die benötigte Waferoberfläche erhalten bleibt. Davon hängt ab, welchen praktischen Beitrag das Verfahren zu weniger Verbrauch und Abfall leisten kann.
Quellen und weiterführende Informationen
- Fraunhofer: Mikrochips nachhaltiger produzieren – Angaben zum IPMS-Forschungsansatz und zur Testinfrastruktur.
- GENESIS EU: Projektwebsite – Projektbeginn und Laufzeit.
- Slurry Design for Chemical Mechanical Polishing – Ältere Grundlagenveröffentlichung zu Zusammensetzung, Wechselwirkungen und Polierqualität; keine Ergebnisse aus GENESIS.
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