Ein Chip entsteht auf einer Siliziumscheibe, die viele Male bearbeitet und gereinigt wird. Dafür braucht die Fabrik Wasser von außergewöhnlicher Reinheit. Gebrauchtes Wasser wiederzuverwenden kann die Entnahme verringern. Doch zwischen einem Spülbecken und dem nächsten Einsatz liegen Aufbereitung, Messung und eine schwierige Frage: Welche Verunreinigung darf an welcher Stelle noch vorhanden sein?
Die Antwort ist kein einziger geschlossener Kreislauf. Eine Fabrik hat verschiedene Wasserströme mit unterschiedlichen Aufgaben. Manche lassen sich nach geeigneter Behandlung erneut nutzen, andere müssen als Abwasser behandelt werden. Je sauberer das Wasser für einen Arbeitsschritt sein muss, desto anspruchsvoller wird die Kontrolle.
Warum eine Scheibe immer wieder gespült wird
Die Siliziumscheibe heißt Wafer. Auf ihrer Oberfläche werden in vielen Schritten die Strukturen für zahlreiche Chips aufgebaut. Zwischen den Arbeitsschritten muss die Oberfläche vorbereitet und gereinigt werden. Wasser ist dabei ein Hilfsmittel: Es trägt Reste aus vorherigen Schritten fort, bevor die nächste Bearbeitung beginnt.
Das belgische Forschungszentrum imec beschreibt Reinstwasser beim Spülen der Wafer und bei der chemisch-mechanischen Politur. Letztere glättet Oberflächen, damit weitere Schichten darauf aufgebaut werden können. Jeder zusätzliche Reinigungsschritt braucht wiederum Wasser und eine verlässliche Versorgung.
Trinkwasser allein erfüllt diese Aufgabe nicht automatisch. Es ist für Menschen aufbereitet, enthält aber weiterhin gelöste Stoffe. Für empfindliche Fertigungsschritte werden andere Reinheitsanforderungen gestellt. Auch nach der Aufbereitung muss das Wasser auf dem Weg zur Anlage so behandelt werden, dass seine Qualität zum Einsatz passt.
Was Wiederverwendung tatsächlich bedeutet
Wasser aus einer Fabrik ist kein einheitlicher Stoffstrom. Wie es wieder eingesetzt werden kann, hängt davon ab, womit es in Berührung kam und welche Qualität der nächste Einsatz verlangt. Ein Teilstrom muss nicht zwangsläufig wieder direkt auf einen Wafer gelangen, um nützlich zu sein. Die Unterscheidung ist wichtig, wenn ein Standort über wiederverwendete Wassermengen berichtet.
Das Forschungszentrum imec nennt in seinem Jahresbericht für 2024 am Standort Leuven rund 751.951 Kubikmeter Wasserentnahme und 243.581 Kubikmeter recyceltes und wiederverwendetes Wasser. Die zweite Zahl beschreibt eine erfasste Wiederverwendungsmenge. Sie ist nicht gleichbedeutend mit dem Anteil des Waferwassers, der im Kreis geführt wird. Auch lässt sie sich nicht ohne Weiteres durch die Entnahme teilen und als geschlossene Recyclingquote für eine Chipfabrik ausgeben.
Leuven ist zudem ein Forschungsstandort. Sein Wasserbedarf und seine Anlagen stehen für diesen konkreten Betrieb, nicht für jede große Serienfabrik. Die Zahlen zeigen dennoch, weshalb es sich lohnt, die Wege des Wassers als Ganzes zu betrachten: Die Scheibe im Reinraum ist nur eine Station in einem größeren Versorgungssystem.
Sauberer zurück, konzentrierter Rest
Wird ein geeigneter Teilstrom zurückgewonnen, muss weniger Wasser als Abwasser abgegeben werden. Die Stoffe, die aus dem zurückgewonnenen Wasser entfernt werden, verschwinden damit aber nicht. Sie verbleiben in anderen Strömen und müssen dort behandelt oder anderweitig gehandhabt werden.
Imec weist in seinem Bericht darauf hin, dass Wiederverwendung die abgegebene Wassermenge verringert und zugleich die Konzentration verbleibender Stoffe im Abwasser erhöhen kann. Der Standort untersuchte deshalb 2024 sein zukünftiges Abwassermanagement. Die Aufgabe besteht also nicht nur darin, sauberes Wasser zurückzugewinnen. Auch der Reststrom muss zur Behandlung und zu den geltenden Vorgaben passen.
Hinzu kommt die Messfrage. Ein Reinigungsverfahren kann nur dann zuverlässig in eine Fertigung eingebunden werden, wenn klar ist, ob das Wasser für den vorgesehenen Schritt geeignet ist. Dabei geht es nicht allein um eine einzelne Zahl: Welche Verunreinigungen und welche Fehler auf der Scheibe relevant sind, hängt vom Prozess ab.
Forschung an der Grenze zur Fertigung
Wie diese Prüfung aussehen kann, zeigen Pläne des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme mit AlixLabs und NSS Water. Die Partner wollen eine Wasseraufbereitung mit Analytik und Erfahrungen aus der Halbleiterfertigung verbinden. Vorgesehen sind Tests an Wafern mit 300 Millimetern Durchmesser; Fraunhofer soll dabei Verunreinigungen und Defekte kontrollieren.
Das Projekt beschreibt eine Erprobung. Aus der Ankündigung lässt sich keine erreichte Einsparung für eine laufende Chipfabrik ableiten. Der Ansatz macht aber den entscheidenden Zusammenhang sichtbar: Wasser sparen und die empfindliche Oberfläche zuverlässig reinigen müssen zusammen funktionieren.
Auch imec und der Wasserspezialist FTD Solutions wollen laut einer Ankündigung von 2026 Fertigungsprozesse und technische Versorgung stärker gemeinsam modellieren. Die Partner nennen unter anderem Wasseraufbereitung und Rückgewinnung. Ziel sind bessere Entscheidungsgrundlagen für den Standort; ein bereits erzielter allgemeiner Spareffekt wird damit nicht belegt.
Warum die Zahl aus einer anderen Fabrik nicht genügt
Eine Fraunhofer-ISE-Studie untersuchte 2024 Wasserkreisläufe für eine modellierte Solarzellenfabrik. Dort verglich das Team unterschiedliche Wege, leicht belastetes Wasser wiederzuverwenden und Reststoffe zu behandeln. Solarzellen und Computerchips nutzen beide Fertigungsschritte mit besonderen Anforderungen, doch ihre Prozesse und Wasserströme sind nicht identisch. Die modellierten Einsparwerte lassen sich deshalb nicht auf Chipfabriken übertragen.
Für einen belastbaren Vergleich braucht es Angaben zum Standort, zum betrachteten Wasserstrom und zur gewünschten Qualität. Entscheidend ist außerdem, ob eine Zahl eine Simulation, einen Versuch oder den laufenden Betrieb beschreibt. Erst dann zeigt sich, wie viel Frischwasser ein konkretes System tatsächlich ersetzen kann und welcher Aufwand für den verbleibenden Rest entsteht.
Quellen
- Fraunhofer IPMS: Reinstwasser-Management in der Halbleiterfertigung
- imec: Annual and Sustainability Report 2024
- imec: Environmental footprint of logic CMOS technologies
- imec und FTD Solutions: Zusammenarbeit beim Wassermanagement, 2026
- Fraunhofer ISE: Wasserkreislauf in Solarzellenfertigungen, 2024
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