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Ultrapure Water Technology - nanoparticle free water for the advanced nanoelectronics industry enabling further miniaturization of electronic devices

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Außergewöhnlich „sauberes“ Brauchwasser öffnet die Schleusen für Innovationen in der Halbleiterbranche

Die zunehmende Verkleinerung von Mikrochips geht auch mit immer kleineren Abständen zwischen den leitenden Drähten – mittlerweile weniger als 10 nm – einher, wodurch winzige, dazwischen liegende Partikel leichter zu Kurzschlüssen führen können. Eine EU-finanzierte Anlage bietet eine einzigartige, umweltfreundliche Möglichkeit, diese Verunreinigungen loszuwerden.

Industrielle Technologien

Technologien der Nanoelektronik haben sich mit atemberaubender Geschwindigkeit weiterentwickelt und ermöglichen es, die Komponenten auf den Chips immer dichter zu positionieren und so enorme Speicherkapazitäten zu schaffen. Dies erhöht jedoch das Risiko von Verunreinigungen, was die Erträge und damit die Rentabilität verringert. Die in hochtechnischen Reinräumen verarbeiteten Chips werden während der Fertigung rund 100 Mal gespült. Der europäische Halbleiterhersteller NXP (ehemals Philips) verbraucht etwa 30 Millionen l/Tag. Moderne Verfahren zur Gewinnung von Ultra-Reinstwasser (URW) haben Mühe, Partikel zu entfernen, die kleiner als 20 nm sind, geschweige denn kleiner als 10. Je kleiner die Mikrochips werden, desto problematischer werden diese Nanopartikel. Ihr Vorhandensein erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Chips entsorgt werden, was zu einer erheblichen Verschwendung natürlicher Ressourcen, Zeit und Geld führt. Daher ist die Verbesserung der Wasserreinheit bei gleichzeitiger Reduzierung des Energie- und Wasserverbrauchs, des Rohstoffabfalls sowie der Kosten entscheidend für die weitere Verkleinerung der Mikrochips und die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie. Das EU-finanzierte Projekt ULTRAWAT bietet eine Lösung, die das Ergebnis jahrzehntelanger Arbeit zur Lösung dieser Herausforderungen ist.

Reines Genie

Vor vierzig Jahren entwickelte die schwedische Firma Scarab mit ihrer patentierten Wasseraufbereitungstechnologie eine Pilotanlage für die Entsalzung. Zur Überraschung aller war das Wasser außerordentlich rein. Es schien wie geschaffen für eine Schlüsselrolle in der Halbleiterindustrie, deren immer dichter werdende Bestückung auf einen zukünftigen Bedarf hindeutete. Ehrgeizige Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen begannen in den Sandia National Laboratories in den Vereinigten Staaten, woraufhin Scarab und sein Spin-off-Unternehmen Xzero damit begannen, sich auf URW für die Mikrochip-Herstellung zu konzentrieren. Seit 2010 beseitigt die Vorführanlage von Xzero in Stockholm u. a. pharmazeutische Rückstände aus kommunalen Abwässern und reinigt Rauchgaskondensat aus Kraftwerken. Die H2020-Förderung von ULTRAWAT ermöglichte die komplette Neugestaltung der Kernausstattung, wodurch die Effizienz gesteigert und Kosten gesenkt werden konnten. Miriam Åslin, CEO von Xzero und Koordinatorin des ULTRAWAT-Projekts, erklärt: „Aktuelle Produktionssysteme für Ultra-Reinstwasser nach dem neuesten Stand der Technik verwenden etwa 10 Schritte. Die LastRinse-Anlage von Xzero kommt mit zwei Schritten aus, einschließlich unseres proprietären Verfahrens zur Beseitigung aller nicht flüchtigen Stoffe durch Verdampfung und Kondensation der Wassermoleküle, während der Rest im Speisewasser verbleibt. Außerdem nutzt sie Abwärme anstelle von Elektrizität, um den Trennprozess zu betreiben.“ Dieser einfachere und effizientere Prozess ermöglichte die Entwicklung eines kompakten Systems für den Einsatz vor Ort und bei Bedarf, was das Kontaminationsrisiko vermindert und die Wartung und Reparatur vereinfacht. Die Testphase ist im Gange und kommerzielle Systeme sollen 2023 auf den Markt kommen.

Eine Kreislaufwirtschaft in kleinem Maßstab

ULTRAWAT übertraf alle Erwartungen mit seinem integrierten Abwasseraufbereitungs- und Ressourcen-Rückgewinnungssystem, das alle Verunreinigungen isoliert. Circular Water Technologies AB wird das kreislaufbasierte Wasseraufbereitungssystem ohne Flüssigkeitsabgabe für die Halbleiterindustrie anbieten. In Zusammenarbeit mit imec hat Xzero auch das Projekt „Resource Recovery“ initiiert, das darauf abzielt, wertvolle Komponenten wie Seltenerdmetalle aus dem Abwasser der Halbleiterindustrie zurückzugewinnen. Schließlich wurde angesichts der mit COVID-19 verbundenen Hürden ein kleineres System entwickelt, das an potenzielle Interessierte versandt wird. Es wird von Type1water AB als Laborgerät vertrieben. LastRinse kann ohne Störungen oder Ausfallzeiten in bestehende Wasseraufbereitungsanlagen integriert oder in neue Anlagen implementiert werden. Aapo Sääsk, Vorstandsvorsitzender von Xzero, fasst zusammen: „LastRinse ist das einzige System, das Nanopartikel unter 20 nm im Ultra-Reinstwasser vollständig beseitigt, eine absolute Notwendigkeit für zukünftige profitable Entwicklungen in der Nanoelektronik. Xzero wird ein entscheidender Wegbereiter für das Wachstum der europäischen Nanoelektronik-Branche sein, der sie aus der Abhängigkeit von US-amerikanischen und asiatischen Herstellern befreit und heimische Innovationen fördert.“ Den Film zu Xzero finden Sie hier als Video.

Schlüsselbegriffe

ULTRAWAT, Wasser, Xzero, Ultra-Reinstwasser (URW), Nanoelektronik, Chip, Halbleiter, LastRinse, Abwasser, Mikrochip, Nanopartikel

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