Rein in die Chips!
Wo selbst Billionstel zählen: Die neue Ultra-Spuren-Analytik der Business Unit AII liefert den Nachweis für die außergewöhnliche Reinheit der Leverkusener Schwefelsäure – und eröffnet LANXESS neue Chancen in der globalen Halbleiterindustrie.
Haube auf. Schutzanzug schließen. Handschuhe und Überschuhe anziehen. Erst dann öffnet Ingo Strenge die Schleusentür und betritt den neuen Reinraum. Jeder Handgriff folgt einer festen Reihenfolge. Denn hier reichen schon winzige Fremdpartikel, um ein Messergebnis zu verfälschen.
Der Messtechnik-Experte wirft einen prüfenden Blick auf die Daten auf dem Monitor des neuen Analysegeräts – dem Herzstück des Laborbereichs in Gebäude S7. Es analysiert gezielt Verunreinigungen im Produkt bis in den sogenannten ppt-Bereich (parts per trillion) und macht selbst kleinste Spuren sichtbar. „Damit können wir die Qualität unserer hochreinen Schwefelsäure erstmals präzise nachweisen“, sagt Strenge. „Eine Transparenz, die uns ermöglicht, mit unseren Kunden in der Halbleiterindustrie auf Augenhöhe zu diskutieren.“
Was diese Größenordnung bedeutet, lässt sich selbst für Fachleute kaum vorstellen. „Vereinfacht gesagt: Wir finden zehn Silberstücke in einem Berg aus einer Billion Goldstücke“, erklärt Strenge. „Wir sind also quasi dem Nichts auf der Spur.“
Hochreine Chemie für kleinste Chips
Hochreine Schwefelsäure produziert LANXESS in Leverkusen bereits seit mehr als 20 Jahren. Was ursprünglich für Anwendungen in der Pharmaindustrie entwickelt wurde, hat sich mit dem Wachstum der Halbleiterindustrie zu einem Produkt in sogenannter Electronic-Grade-Qualität weiterentwickelt – genau jener Qualitätsklasse, die für die Herstellung moderner Mikrochips benötigt wird.
„Unsere Schwefelsäure ist über die Jahre immer besser geworden“, sagt Ansgar Eltner, Leiter Operations. „Irgendwann waren wir dann an einem Punkt, an dem die verfügbaren Analyseverfahren am Standort nicht mehr Schritt halten konnten. Die entscheidenden Qualitätsbewertungen kamen deshalb von unseren Kunden und Handelspartnern.“
Die Rückmeldung lautete eindeutig: Die Schwefelsäure erfüllt die geforderten Grenzwerte. Doch wie weit die tatsächlichen Werte darunter lagen, blieb offen. Eltner: „Deshalb haben wir entschieden: Wenn wir eine führende Marktposition halten und ausbauen wollen, müssen wir eine eigene Ultra-Spuren-Analytik aufbauen.“
An der Grenze des Messbaren
Was zunächst nur nach der Anschaffung neuer Technik klingt, war deutlich komplexer. „Ein Messgerät allein macht noch keine Ultra-Spuren-Analytik“, sagt Projektleiter Niklas Rische. Denn im ppt-Bereich wird bereits die Probenahme zur Fehlerquelle. „Wenn der erste Tropfen mit der Umgebungsluft in Kontakt kommt, verfälscht das umgehend die Probe“, erläutert er. Deshalb entstand rund um das neue Hightech-Analysegerät eine komplett neue Infrastruktur. Mehr als zwei Kilometer Spezialschläuche verbinden heute Produktionsanlagen, Tanklager und Labor. Die Proben werden automatisch entnommen, transportiert und analysiert – ohne Kontakt zur Umgebung. „Man kann sich das wie eine Rohrpost vorstellen“, sagt Rische. „Ein kleiner Probentropfen wird durch die Leitungen geschickt und mit Stickstoff bis zum Analysegerät transportiert.“
Auch für das Analysegerät selbst musste die passende Umgebung geschaffen werden. Dafür entstand ein Reinraum nach den international anerkannten Reinraumnormen (DIN EN ISO 14644-Reihe), wie es ihn in dieser Form bei LANXESS bislang nicht gegeben hat. „Wir mussten uns daher vieles selbst erarbeiten – von der Raumgestaltung bis zur Auswahl der passenden Lieferanten für die neue Technik“, sagt Rische.
Die Bewährungsprobe
Als die neue Analytik Anfang des Jahres in Betrieb ging, begann die spannendste Phase des Projekts: Wie gut ist die Schwefelsäure tatsächlich? Die Antwort übertraf die Erwartungen des Teams.
„Unsere Kunden fordern einen Wert unter 50 ppt für relevante Elemente wie Eisen, Chrom und Nickel, weil bereits kleinste Verunreinigungen die Funktion moderner Mikrochips beeinträchtigen können“, sagt Eltner. „Wir haben festgestellt: Bei fast allen der 40 überwachten Elemente liegen wir noch deutlich unter diesen Grenzwerten. Damit haben wir in Europa aktuell die beste Qualität für hochreine Schwefelsäure.“
Für die Halbleiterindustrie zählt dabei nicht nur ein einzelner Spitzenwert, sondern vor allem nachhaltige Stabilität. „Die neue Analytik hilft uns, kleinste Veränderungen in den jeweiligen Anlagenteilen frühzeitig zu erkennen und gezielt gegenzusteuern“, erläutert Eltner. So wurde beispielsweise die Aufbereitung des Prozesswassers weiter optimiert, um Spitzenwerte noch zuverlässiger zu halten.
Neuer Maßstab für die Zukunft
Das Team ist sich sicher: Mit der neuen Ultra-Spuren-Analytik schafft LANXESS die Grundlage dafür, die wachsenden Anforderungen der Halbleiterindustrie auch künftig zu erfüllen. „Aktuell sind wir weltweit die einzige Schwefelsäure-Produktionsanlage mit einem direkt angeschlossenen Hightech-Labor dieser Art“, sagt Eltner. „Mit dieser Kombination aus Produktion und modernster Analytik haben wir etwas geschaffen, das uns vom Wettbewerb abhebt.“
Infobox
Europas Chip-Offensive
Mit dem European Chips Act will die EU ihre Abhängigkeit von asiatischen Lieferketten verringern und die Halbleiterproduktion in Europa stärken. Dafür fördert sie Forschung, neue Fabriken und Investitionen entlang der gesamten Wertschöpfungskette.
Ein Schwerpunkt liegt auf dem Ausbau des europäischen Halbleiterstandorts Dresden. Allein die neue ESMC-Chipfabrik von TSMC, Bosch, Infineon und NXP steht für Investitionen von mehr als 10 Milliarden Euro.
Interview
„Wir bieten Premiumqualität“
Maria Guixà, Leiterin der Business Line INA (BU AII), über die Dynamik der Halbleiterindustrie, steigende Anforderungen an Prozesschemikalien und die Bedeutung der Ultra-Spuren-Analytik für das Schwefelsäuregeschäft.
Frau Guixà, warum ist die Halbleiterindustrie ein so wichtiger Markt für LANXESS?
Guixà: Die Halbleiterindustrie wächst weltweit rasant. Künstliche Intelligenz, Digitalisierung und neue Technologien treiben die Nachfrage nach immer leistungsfähigeren Mikrochips. Dadurch steigen auch die Qualitätsanforderungen an die eingesetzten Prozesschemikalien. Schon kleinste Verunreinigungen können die Funktion der Bauteile beeinträchtigen oder sogar Kurzschlüsse verursachen.
Welche Rolle spielt unsere Schwefelsäure in diesem Prozess?
Guixà: Unsere hochreine Schwefelsäure ist eine wichtige Prozesschemikalie bei der Herstellung moderner Mikrochips. Sie kommt unter anderem bei Reinigungs- und Ätzprozessen von Wafern zum Einsatz. Deshalb sind nachhaltig höchste Reinheit und ein belastbarer Nachweis dieser Qualität entscheidend. Mit der neuen Ultra-Spuren-Analytik können wir die Reinheit unserer Schwefelsäure erstmals selbst exakt nachweisen. Die Ergebnisse zeigen: Wir erreichen Premiumsegment-Qualität und diese wird derzeit in Europa von keinem anderen Hersteller produziert.
Welche Chancen ergeben sich daraus für LANXESS?
Guixà: Die neue Analytik verschafft uns einen wichtigen Wettbewerbsvorteil in einem anspruchsvollen Wachstumsmarkt. So wollen wir eine führende Marktposition sichern und weiter ausbauen.
Heute arbeiten wir vor allem mit strategischen Partnern der Halbleiterindustrie zusammen. Ein starkes Signal war für uns daher vor Kurzem der Besuch erster Endkunden, die sich gemeinsam mit unseren Geschäftspartnern den neuen Laborbereich angeschaut haben. Sie waren beeindruckt von den Möglichkeiten, die wir mit der Ultra-Spuren-Analytik geschaffen haben. Mit den belegbaren eigenen Messdaten stärken wir das Vertrauen und können auf Augenhöhe diskutieren. Damit schaffen wir die Grundlage, unser Produkt künftig noch stärker im Premiumsegment positionieren zu können.