NMP-Substitution für Fotolack-Entfernung in der Halbleiterfertigung 

Fraunhofer IPMS – N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) ist ein sehr effektives Lösungsmittel, das in der Halbleiterfertigung verwendet wird. Obwohl es als schädlich gemeldet wurde und seine Verwendung eingeschränkt ist, ist es weiterhin notwendig, effektive Ersatzstoffe zu finden. Fraunhofer IPMS untersucht im Rahmen des Green ICT-Projekts mögliche Ersatzstoffe für NMP, um die Qualität der Prozesse zu erhalten. Als Ausgangspunkt arbeitet IPMS an der Substitution von NMP in seinen eigenen Technologien. Ein vielversprechender Lackablösungsprozess wurde mit einem alternativen Lösungsmittel entwickelt. Weitere Experimente sind erforderlich, um die Substitution im Fall des Lift-off-Prozesses zu erreichen und dabei Qualität und Nachhaltigkeit in Einklang zu bringen. 

Ein Beitrag von: Dr. Kirstin Bornhorst, Maximilian Wagner, María Esperanza Navarro Fuentes 

N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) ist ein häufig verwendetes Lösungsmittel in der Mikroelektronikproduktion. NMP kann über die Haut, durch Einatmen oder Verschlucken aufgenommen werden und verschiedene gesundheitliche Auswirkungen haben. Es ist bekannt, dass es Reizungen und Schäden an der Haut, den Augen und den Atemwegen verursacht. Zudem wird es mit reproduktionstoxischen Effekten in Verbindung gebracht. Dies stellt ein enormes Risiko für jüngere Mitarbeiter, insbesondere Frauen, dar. Seit 2020 ist die Verwendung von NMP gemäß Anhang XVII der REACH-Verordnung eingeschränkt. Laut dieser Einschränkung ist die Verwendung von NMP in Konzentrationen von 0,3 % oder mehr verboten. 

Die Substitution von NMP in der Halbleiterproduktion stellt weiterhin eine Herausforderung dar. Es wird häufig als Fotolack-Stripper und als Lösungsmittel in Lift-off-Prozessen verwendet. Am Fraunhofer IPMS untersuchen wir die Substitution von NMP in unserem Reinraum. Diese Untersuchung ist Teil des Green ICT-Projekts, bei dem unter anderem Maßnahmen zur umweltfreundlicheren Halbleiterproduktion im Fokus stehen, wobei die Substitution kritischer Lösungsmittel eine wichtige Rolle spielt. 

Wir verwenden NMP als Stripper für zwei verschiedene Fotolacke und in Lift-off-Prozessen mit zwei weiteren Fotolacke. Mehrere Kandidaten für die Substitution von NMP wurden in Betracht gezogen. Diese Kandidaten müssen verschiedene Anforderungen erfüllen, um für die Qualität unserer Prozesse und Produkte geeignet zu sein. Nach der Analyse der Eigenschaften aller Kandidaten wählten wir einen aus, um Experimente durchzuführen, die die Wirksamkeit und die Qualität dieses Lösungsmittels als Ersatz für NMP bestimmen sollten. 

Wir haben die Partikelanzahl auf sauberen Dummy-Wafern sowie auf Testwafern gemessen, nachdem sie mit verschiedenen Lacken beschichtet wurden, die für die NMP-Substitution in Frage kamen. Wir entfernten die Lacke mit dem Substitutions-Lösungsmittel. Anschließend verglichen wir die Ergebnisse mit Wafern, bei denen der Lack mit NMP entfernt wurde. Die Experimente zeigten gute Ergebnisse für die Auflösung von beiden Lacken mit einer vergleichbaren Partikelanzahl nach der Behandlung mit NMP und dem untersuchten Lösungsmittel. Das evaluierte Lösungsmittel scheint ein guter Kandidat für die Substitution von NMP als Stripper in unseren Prozessen zu sein. Allerdings waren die bisherigen Experimente für den Lift-off-Prozess mit diesem Lösungsmittel nicht erfolgreich. Das Lösungsmittel konnte die für diesen Zweck verwendeten Lacke nicht entfernen. Daher müssen weitere Experimente durchgeführt werden, bei denen die Badbedingungen für das Lift-off geändert oder ein anderer Ersatz für NMP in Betracht gezogen wird. 

Die Bemühungen, die wir am IPMS unternehmen, um eine exzellente Qualität in der Halbleiterproduktion mit Nachhaltigkeit zu verbinden, sind notwendig und bringen ermutigende Ergebnisse. Unsere Arbeit zur Reduktion und Substitution gefährlicher Chemikalien schreitet in die richtige Richtung voran. Positive Ergebnisse wurden bei der Substitution von NMP in unserem Reinraum erzielt, aber eine vollständige Substitution ist noch nicht möglich und weitere Experimente sind erforderlich. 

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