Fehlerfreie Kunststoffteile finden

Neue Methoden, Einschlüsse in Kunststoffen aufzuspüren, sollen die Halbleiterproduktion vereinfachen

Villach – In kaum einem anderen Produktionsbereich gibt es so strenge Vorgaben was Reinheit, Genauigkeit und Sorgfalt betrifft, wie in der Fertigung von Halbleiterchips. Diese Mini-Bauteile werden immer kleiner und zugleich leistungsfähiger. Sie sind so etwas wie die Nervenzellen elektronischer Geräte und kommen in Mobiltelefonen ebenso zum Einsatz wie in Autos, Hörgeräten und Spielkonsolen.

Die Maschinen aus Kunststoff, die bei ihrer Herstellung verwendet werden, müssen höchste Ansprüche erfüllen. Genau hier setzt ein Forschungsprojekt des Kärntner Forschungszentrums Carinthian Tech Research (CTR) an: Ziel ist das Aufspüren von kleinsten Einschlüssen in den Kunststoffteilen, die in den Halbleiteranlagen benötigt werden.

Der Hintergrund: Schon minimale Störungen können eine Verwendung des jeweiligen Kunststoffteils unmöglich machen. Üblicherweise werden in den Unternehmen, die solche Maschinen herstellen, die Kunststoffplatten unter dem Mikroskop begutachtet – eine zeitraubende und anstrengende Tätigkeit. Und selbst beim Erkennen einer Unregelmäßigkeit im Material kann nicht bestimmt werden, ob es sich um Metalleinschlüsse oder andere Ursachen handelt. Zur Sicherheit werden diese Bauteile einfach komplett ausgeschieden, was nicht gerade kostengünstig ist.

Präventive Auswahl

Im Projekt „Optima“(kurz für „optimierte Produktion für polymere Fertigungsteile in der Halbleitermaschinenproduktion“) soll nun ein neues Induktionssystem entwickelt werden, mit dem kleinste Fehler rasch und mit wenig Aufwand erkannt werden. „Aus dem Pool verschiedener Methoden soll eine neue geschaffen werden, die dann in der Praxis zum Einsatz kommen kann“, sagt Christina Hirschl.

Die Physikerin ist als Bereichsleiterin für Smart Systems bei CTR für dieses Projekt verantwortlich. Konkret werden systematisch optische, spektroskopische und akustische Prüf- und Messverfahren untersucht und miteinander verglichen. Die erste Phase ist abgeschlossen, nun wird entschieden, welche dieser Verfahren zur genaueren Überprüfung im Labor zum Einsatz kommen.

Denkbar ist eine Kombination mehrerer Methoden. In Tests wird dann untersucht, ob und wie die drei Kriterien für Einschlüsse – Größe, Struktur und Material – in unterschiedlichen Settings tatsächlich identifiziert werden können. Dabei gibt es zwei Ziele: Erstens sollen aufgrund der Untersuchungen der Einschlüsse die grundsätzlichen Ursachen ermittelt werden, um von vornherein eine bessere Auswahl des Rohmaterials zu ermöglichen.

Zweitens soll ein Verfahren zur Qualitätssicherung entwickelt werden, das direkt in den Produktionsprozess integriert werden kann und eine nahezu fehlerfreie Herstellung ermöglicht. Schließlich sollen dann weniger Energie, weniger Rohstoffe und weniger Arbeitszeit benötigt werden, um Kunststoffmaschinen für die Halbleiterbranche herzustellen.

Sogenannte hochreine Kunststoffe, wie sie in dieser Sparte dringend benötigt werden, sind insgesamt noch selten im Einsatz – dabei wäre unter anderem eine Verwendung in der Lebensmittelindustrie als Verpackungsmaterial möglich. Neue Methoden zum Aufspüren von Einschlüssen könnten eine solche breitere Anwendung ermöglichen. Auch Anwendungen in der Medizintechnik wären denkbar.

Das Projekt Optima wurde vor einem Jahr gestartet und läuft noch bis 2017. Die Gesamtkosten betragen rund 830.000 Euro, von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG gibt es eine Förderung in Höhe von rund 600.000 Euro.

„Die neue Methode soll praktischen Einsatz in der Industrie finden“, so Christina Hirschl. Dabei müsse der Spagat zwischen der wissenschaftlich besten Lösung und einer wirtschaftlich sinnvollen Anwendung gelingen, etwa bezüglich Geschwindigkeit und Automatisierungsgrad. Hirschl: „Es ist wichtig, die gesamte Wertschöpfungskette zu betrachten.“