Green ICT: Effiziente Fotolack-Entfernung ohne giftige Zusatzstoffe im Reinraum

Ein alternatives Stripmittel der Firma BASF zur Entfernung von Fotolack auf Wafern, das ohne häufig eingesetzte hochtoxische Zusatzstoffe auskommt, hat in ersten Tests am Fraunhofer IZM-ASSID äußerst vielversprechende Ergebnisse erzielt. Im Rahmen des Forschungsprojekts »Green ICT« wurde es unter realitätsnahen Bedingungen untersucht und mit einem etablierten Referenzmittel verglichen.

RealIZM hat erneut mit Dr. Maksym Myndyk, Experte für die Reinigung von Wafern am Fraunhofer IZM-ASSID, gesprochen. Seine Einschätzung: Schon die Formulierung eines Stripmittels ohne lebensbedrohliche Komponenten ist ein großer Erfolg. Umso bemerkenswerter ist es, dass das Produkt – Fotopur S-6108 – darüber hinaus auch klare prozesstechnische Vorteile bietet und mit deutlich kürzeren Stripzeiten sowie einer signifikant geringeren Kupferabtragungsrate überzeugt.

TMAH- und NMP-frei: Alternative zu toxischen Stripmitteln

In der Halbleiterfertigung kommen für das Entfernen von Fotolacken häufig chemische Stripmittel zum Einsatz, die zwar eine gute Wirksamkeit aufweisen, aber auch erhebliche gesundheitliche Gefahren bergen. Ein zentraler Kritikpunkt sind Zusatzkomponenten wie Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), ein lebensgefährlicher Stoff, der bereits in geringen Mengen hochgiftig für den Menschen ist, sowie das ebenfalls gesundheitsschädliche N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), das reproduktionstoxisch wirkt. Beide chemischen Substanzen unterliegen aufgrund ihres Gefahrenpotenzials der REACH-Verordnung in der Europäischen Union und sind im Einsatz mit speziellen Verwendungsbeschränkungen verbunden. Sie stellen damit auch hohe Anforderungen an Arbeitsschutz und Prozesssicherheit in der Produktion.

»Im Rahmen von ›Green ICT‹hat unser Partner aus der Chemieindustrie kontinuierlich an der Entwicklung eines alternativen Stripmittels gearbeitet. Ziel war es von Anfang an, eine vollständig TMAH- und NMP-freie Lösung zu realisieren, damit wir in der Anwendung nicht länger hochgefährlichen Substanzen ausgesetzt sind. Am Fraunhofer IZM-ASSID haben wir diese Entwicklung über mehrere Jahre hinweg begleitet und die Formulierungen unter realitätsnahen Bedingungen mit einem Referenzmittel verglichen und umfassend evaluiert«, fasst Maksym Myndyk den Prozess zusammen und ergänzt: »Das neue Stripmittel wurde in insgesamt drei Entwicklungsstufen entwickelt. Die Formulierung der dritten Generation kommt nun nicht nur vollständig ohne die lebensgefährlichen Stoffe TMAH und NMP aus, sondern ist darüber hinaus frei von Dimethylsulfoxid (DMSO).« Myndyk erklärt, dass der Stoff DMSO für sich genommen unkritisch ist, aber als Trägerstoff fungieren und andere potenziell schädliche Substanzen über die Haut in den Körper transportieren kann.

Überzeugende Testergebnisse:

Schnellere Prozesse und deutlich geringerer Kupferabtrag

Um die Leistungsfähigkeit des neuen Stripmittels zu bewerten, wurden am Fraunhofer IZM-ASSID umfassende Tests durchgeführt. Dabei stand vor allem im Fokus, ob sich Fotolackrückstände zuverlässig entfernen lassen und wie stark das darunterliegende Kupfer während des Prozesses angegriffen wird. Hierfür wurden unterschiedlich präparierte und metallisierte Wafer eingesetzt, um typische Bedingungen aus der industriellen Fertigung möglichst genau abzubilden.

Als Referenz kam ein branchenübliches Stripmittel zum Einsatz, das in der Praxis häufig verwendet wird und sich durch eine grundsätzlich gute Reinigungsleistung etabliert hat. Allerdings enthält es rund zwei Prozent TMAH und ist damit mit den bekannten gesundheitlichen Risiken verbunden. Zudem weist es eine eher hohe Kupferabtragungsrate auf. Die Ergebnisse können sich sehen lassen: Die Leistungsfähigkeit des neuen Mittels geht über die ursprünglichen Anforderungen eines TMAH- und NMP-freien Stripmittels hinaus, da es neben der Reduktion gesundheitlicher Risiken auch deutlich verbesserte Prozessparameter aufzeigen konnte.

Geringere Kupferabtragungsrate

Ein zentrales Ergebnis der Untersuchungen ist die signifikant reduzierte Kupferabtragsrate des neuen Stripmittels. Diese wurde in Ångström pro Minute gemessen und mit dem etablierten Referenzmittel verglichen. Dabei zeigte sich, dass die neue Formulierung den Materialabtrag um etwa das 20-Fache verringern kann.

Warum das so entscheidend ist, erklärt Myndyk anhand des Herstellungsprozesses der Wafer: Auf diesen wird zunächst eine Kupferschicht (Seed-Layer) aufgebracht, auf deren Basis anschließend feine Kupferstrukturen (sogenannte Mikro-Pillars) entstehen. Die Pillars werden dann mithilfe von Fotolack gezielt strukturiert. Nach dem Plating muss der Fotolack wieder entfernt werden, die Kupferstrukturen sollen aber erhalten bleiben.

Stripchemikalien greifen nicht nur den Fotolack, sondern auch das darunterliegende Kupfer an. Eine zu hohe Abtragsrate kann dazu führen, dass die filigranen Mikrostrukturen beschädigt oder in ihrer Geometrie verändert werden. Der deutlich reduzierte Kupferabtrag des grünen Stripmittels sichert also die Integrität dieser Strukturen im Produktionsprozess.

Deutlich verkürzte Stripzeiten

Auch hinsichtlich der Prozessdauer überzeugt die neue Chemikalie über verschiedene Anwendungsfälle hinweg. Getestet wurden unter anderem Wafer mit unterschiedlich dicken Fotolackschichten, etwa mit TOK-Fotolack in Schichtdicken von bis zu 70 µm sowie mit Materialien wie AZ 10XT.

Während mit dem Referenzmittel für solche dicken Fotolackstrukturen typischerweise rund zehn Minuten benötigt werden, um sie vollständig zu entfernen, konnte derselbe Effekt mit dem neuen Stripmittel bereits nach etwa 90 Sekunden erzielt werden.

REM-Aufnahmen eines strukturierten Wafers mit geplateten Pillars der Testreihe: V3AT mit 70 μm TOK PR; Ergebnisse nach 60 Sekunden bei 70 °Celsius

Von links nach rechts: Nach dem Stripping in 10-facher, 50-facher und 150-facher Vergrößerung – Fokus auf Seed-Layer. Deutlich zu erkennen ist die komplette Entfernung des Fotoresists.| © Fraunhofer IZM-ASSID

REM-Aufnahmen eines strukturierten Wafers mit geplateten Pillars der Testreihe: V3AT mit 70 μm TOK PR; Ergebnisse nach 65 Sekunden bei 70 °Celsius

Von links nach rechts: Vor dem Stripping in 10-facher Vergrößerung und nach dem Stripping in 10-facher und 50-facher Vergrößerung. Deutlich zu erkennen ist die komplette Entfernung des Fotoresists. | © Fraunhofer IZM-ASSID

REM-Aufnahmen eines strukturierten Wafers mit geplateten Pillars der Testreihe: ATC4 mit 20 μm AZ10XT PR; Ergebnisse nach 30 Sekunden bei 70 °Celsius

Von links nach rechts: Vor dem Stripping in 50-facher Vergrößerung und nach dem Stripping in 50-facher und 150-facher Vergrößerung – Fokus auf Seed-Layer. Deutlich zu erkennen ist die komplette Entfernung des Fotoresists um die 13 µm großen Bumps. | © Fraunhofer IZM-ASSID

Überraschender Erfolg bei schwierig entfernbarem Dry Film

Ein besonders bemerkenswertes Ergebnis zeigte sich bei der Testung mit sogenanntem Dry Film. Dabei handelt es sich um laminierte Fotolackfolien, die beispielsweise für den Aufbau dicker Strukturen oder in der Leiterplatten- und Advanced-Packaging-Fertigung eingesetzt werden.

»Nach dem Platingprozess ist die Dry-Film-Schicht auf den Wafern mit bis zu 230 Mikrometern bisher sehr schwierig zu entfernen. Weder das Referenzmittel noch die beiden ersten Iterationen des neuen Stripmittels konnten diesen Film zuverlässig ablösen. Mit der dritten Generation des alternativen Stripmittels gelingt dies nun vollständig – wenn auch bisher noch in rund 90 Minuten. Das Resultat ist aber dennoch ein wichtiger Fortschritt, da es ganz neue Anwendungsmöglichkeiten für risikoärmere und umweltfreundlichere Chemie eröffnet«, erläutert Maksym Myndyk.

Von der Forschung in die Anwendung

Das Forschungsprojekt »Green ICT«, im Rahmen dessen die Auftragsarbeit am Fraunhofer IZM-ASSID durchgeführt wurde, ist mittlerweile abgeschlossen. Die positiven und aussichtsreichen Ergebnisse der mehrjährigen Entwicklung und Evaluation eines alternativen Stripmittels zeigen, dass dieser Prozess durchaus lohnenswert ist: »Das neue Stripmittel vereint mehrere entscheidende Vorteile: Neben dem erreichten Ziel, das Gefährdungspotenzial für Menschen zu verringern, ist es umweltfreundlicher. In der Prozessanwendung kann es die herkömmlichen Mittel mit toxischen Zusatzmitteln nicht nur gleichwertig ersetzen, sondern übertrifft das Referenzmittel darüber hinaus sogar im Hinblick auf die Stripzeiten und die Kupferabtragungsrate«, fasst Maksym Myndyk abschließend zusammen. Die Ergebnisse hat er auch beim CMP & WET User Group Meeting in Halle (23. und 24. April 2026) vorgestellt.

Als nächster Schritt stehen Wiederholbarkeitsstudien an, um die Formulierung gezielt in Richtung Marktreife und industrieller Anwendung weiterzuentwickeln. Parallel deuten die Ergebnisse bereits auf weiteres Potenzial hin: Perspektivisch könnte auch eine Kreislaufführung der eingesetzten Chemikalie realisiert werden, etwa durch Aufbereitung und Wiederverwendung, bei der Abbauprodukte entfernt und Additive gezielt ergänzt werden. Damit eröffnet das Stripmittel nicht nur kurzfristige Vorteile für Sicherheit und Prozesseffizienz, sondern auch langfristige Perspektiven für ressourcenschonendere und nachhaltigere Fertigungsprozesse.

Das Green-ICT-Kompetenzzentrum bei der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland ist eine zentrale Anlaufstelle für ökologische nachhaltige Elektronik. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt das Vorhaben im Rahmen der Initiative Green ICT, die Bestandteil des Klimaschutzprogramms 2030 der Bundesregierung ist.

Hinweis der Redaktion: Das Titelbild des Beitrags wurde am 30. April 2026 aktualisiert. Die erste Fassung hatte vier Piktogramme gezeigt. Laut dem Sicherheitsdatenblatt muss die Chemikalie weiterhin mit zwei dieser Piktogramme gekennzeichnet sein.