Teilnahme am KMU-Innovativ Forschungsprojekt "PlasmaKlient"

Neuartige Plasmatechnologie für den Ausschluss klimaschädlicher Fluorkohlenwasserstoff-Emissionen in industriellen Trockenätzprozessen

Die weltweiten Emissionen von perfluorierten Kohlenwasserstoffen (auch FKW, F-Gase, PFC) stellen aufgrund ihrer extrem hohen Treibhauspotenziale und Langlebigkeit in der Atmosphäre eine maßgebliche Komponente des Klimawandels dar.

Ihr Einsatz wurde vor ca. 30 Jahren als Alternative zu ozonschädlichen FCKW-Verbindungen in Klima und Kühlanlagen, Sprays, Schäumen und Dämmstoffen sowie Feuerlöschmitteln forciert, wird aber spätestens seit der Klimakonferenz von Kigali 2016, auf der sich 150 Staaten zu einer drastischen Verbrauchsreduzierung verständigt haben, zurecht klar reglementiert.

Für Industrieländer wurde eine stufenweise Reduktion um insgesamt 85 Prozent bis 2036 beschlossen, während die Entwicklungs- und Schwellenländer sich auf Reduktionsziele von 80 bzw. 85 Prozent bis 2047 verpflichten. Vordergründig werden diese Zielstellungen vor allem mit dem rasant wachsenden Bedarf an Klimageräten verbunden, für die sich jedoch bereits heute natürliche Ersatzkältemittel wie Ammoniak, CO2 oder Propan anbieten.Die Vorgaben gelten jedoch gleichermaßen für industrielle Produktionsverfahren.

Dazu sind auch die Trocken- bzw. Plasmaätzprozesse in der Halbleiter- und Leiterplattenherstellung zu zählen, in denen fluorierte Treibhausgase heute in erheblichen Mengen ein- und freigesetzt werden. Die als Ätzgase verwendeten Stoffe wie Tetrafluormethan (CF4), Hexafluorethan (C2F6), Perfluorpropan (C3F8) oder Perfluorbutadien (C4F6) haben dabei die 7.390- (CF4) bis 12.200 fache (C2F6) Treibhauswirkung von CO2. Aus technologischer Sicht spielt das Plasmaätzen angesichts der immer komplexeren Schaltungsstrukturen und wachsenden Anforderungen an die Qualität der Kontaktierungs- und Verbindungsflächen eine entscheidende Rolle in der Leiterplatten- und Halbleiterherstellung.

So wird der Prozess für das Rückätzen von Schaltungslagen in mehrschichtigen Leiterplattenaufbauten, die Oberflächenaktivierung und -strukturierung oder das Reinigen von Bohrungen zur Durchkontaktierung genutzt. In der Halbleiterfertigung dient er z.B. der Substratstrukturierung aber auch der Reinigung von CVD-Beschichtungsanlagen. Alternative, FKW-freie Prozessgase, die sich durch adäquate Ätzraten, Prozessstabilitäten und Bearbeitungsergebnisse auszeichnen, bzw.Reinigungssysteme, die eine effektive und energieeffiziente Abscheidung der sehr stabilen Fluorverbindungen aus der Prozessabluft gewährleisten, stehen bislang nicht zur Verfügung. Daher ist die Gefahr groß, dass sich die absolut notwendigen FKW-Emissionsreduktionen für die Leiterplatten- und Halbleiterindustrie zeitnah zu einem ganz konkreten Problem entwickeln – nicht nur in Europa, sondern weltweit.

Um die Klimafreundlichkeit von Plasmaätzprozessen deutlich zu verbessern und somit deren langfristige Einsatzfähigkeit sicherstellen zu können, soll im geplanten Forschungsvorhaben zwischen der plasma technology GmbH und der Hochschule Furtwangen (HFU) ein neuartiges Prozess- und Anlagenkonzept erforscht und am Beispiel für Leiterplattenanwendungen demonstrativ umgesetzt werden.

Erreicht werden soll dies über einen mehrstufigen, hermetisch kreislaufgeführten Plasmaprozess,in dem folgende Verfahrensschritte direkt miteinander verschaltet werden: