Nachhaltigkeit in der Halbleiterfertigung verankern

Gestaltung für eine kohlenstoffarme Zukunft

Die Planung kohlenstoffarmer Anlagen geht über die Verbesserung der betrieblichen Effizienz hinaus. Sie erfordert einen ganzheitlichen Ansatz, der den in den Materialien enthaltenen Kohlenstoff, die Materialauswahl, die Raumplanung, die Konfiguration der Versorgungsanlagen und eine anpassungsfähige Gebäudegestaltung für langfristige Anforderungen berücksichtigt. Die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft spielen bei diesem Ansatz eine zentrale Rolle, indem sie den Fokus von linearen „Bau-und-Entsorgungs“-Modellen auf die Planung von Anlagen verlagern, die Abfall minimieren, die Lebensdauer der Anlagen verlängern und eine Wiederverwendung ermöglichen, wo immer dies möglich ist.

„In der Halbleiterfertigung werden Nachhaltigkeitsergebnisse größtenteils schon lange vor der Inbetriebnahme einer Anlage festgelegt“, erklärt Padmaja. „Frühe Planungsentscheidungen – wie die Versorgungseinrichtungen konfiguriert werden, wie Materialien ausgewählt werden und wie Abfallströme gehandhabt werden – legen die Umweltleistung für Jahrzehnte fest. Genau darin liegt die größte Chance.“

Bei Exyte schlägt sich diese Denkweise in eingesetzten technischen Lösungen nieder, die messbare Auswirkungen und langfristige Betriebsfähigkeit in den Vordergrund stellen. Neben der Energie- und Kühleffizienz ist die Reduzierung der direkten (Scope-1-)Prozessgasemissionen aus Ätz- und Kammerreinigungsvorgängen einer der entscheidenden Hebel.

Ein zentraler Ansatz ist die Integration der Treibhausgasminderung in das gesamte Abgaskonzept, beispielsweise durch ein zentralisiertes Abgasreinigungssystem, das für die großtechnische Behandlung von Perfluorkohlenwasserstoffen (PFCs) mit hohem Treibhauspotenzial ausgelegt ist. Dies bietet eine robuste Alternative zu herkömmlichen Systemen am Einsatzort und ermöglicht eine effizientere Betriebs- und Wartungsplanung.

Dies wurde durch die erfolgreiche Inbetriebnahme von Singapurs erstem zentralisierten System zur Reduzierung von Treibhausgasen in einer in Betrieb befindlichen Halbleiterfertigungsanlage demonstriert, das die PFC-Emissionen um etwa 95 Prozent senkt und bei den „Project of the Year (POY) Awards 2025“ des PMI-Ortsverbands Singapur mit Gold ausgezeichnet wurde.

Dekarbonisierung der Versorgungssysteme in Halbleiterfabriken durch integriertes Design

Versorgungssysteme machen einen erheblichen Anteil des ökologischen Fußabdrucks einer Halbleiterfabrik aus. Die Stromverteilungs- und Kühlinfrastruktur trägt maßgeblich zum Strombedarf bei, während Systeme zur Abgasbehandlung und -minderung von Prozessgasen entscheidend für die Reduzierung direkter Treibhausgasemissionen aus der Fertigung sind.

Die Planung im Hinblick auf die Dekarbonisierung erfordert daher einen Ausgleich zwischen Effizienz und Zuverlässigkeit. Eine frühzeitige technische Planung ermöglicht die Bewertung verschiedener Versorgungskonfigurationen, Redundanzstrategien und Energiesparkonzepte noch vor Baubeginn.

Padmaja fügt hinzu: „Exyte nutzt Technologien zur virtuellen Inbetriebnahme und zum Digital Twin, um die Leistung der Versorgungssysteme vor der physischen Inbetriebnahme digital zu simulieren, zu integrieren und zu optimieren. Dies kann die Abhängigkeit von herkömmlichen manuellen Inbetriebnahmetechniken verringern, was dazu beiträgt, Zeitpläne zu verkürzen und gleichzeitig das Vertrauen in das Systemverhalten unter verschiedenen Betriebsszenarien zu stärken.“

Umgang mit Lösungsmittelabfällen nach Kreislaufwirtschaftsprinzipien

Während die Front-End-Waferfertigung oft die größte Aufmerksamkeit auf sich zieht, stellen die Back-End-Verpackungs- und Montagevorgänge ganz eigene Herausforderungen im Bereich der Nachhaltigkeit dar. Der Einsatz von Lösungsmitteln kann für die Reinigung und Verarbeitung in diesen Umgebungen unerlässlich sein, erzeugt jedoch komplexe Abfallströme, die einer sorgfältigen Bewirtschaftung bedürfen.

Das Denken in Kreisläufen betrachtet Lösungsmittelabfälle nicht mehr als Entsorgungsproblem, sondern als Herausforderung für das Ressourcenmanagement. Strategien zur Rückgewinnung, Wiederverwendung und Substitution können das Abfallaufkommen und die Umweltbelastung verringern, wenn sie von Anfang an in die Anlagen- und Prozessplanung einbezogen werden.

Verankerung der Kreislaufwirtschaft über den operativen Betrieb hinaus

Nachhaltigkeitsüberlegungen erstrecken sich zunehmend über den täglichen Betrieb hinaus und umfassen auch Baumaterialien, Modularität sowie die Auswirkungen über den gesamten Lebenszyklus der Anlagen. Die Off-Site-Manufacturing-Module (OSM) von Exyte können den Abfall vor Ort reduzieren und durch modulare „Plug-and-Play“-Konzepte eine zukunftsfähige, schrittweise Erweiterung ermöglichen. 4D-Building-Information-Modeling (BIM) unterstützt die digital optimierte Bauplanung und -koordination; darüber hinaus ermöglicht es eine frühzeitige Kollisionserkennung zwischen Systemen und Reinraumstrukturen noch vor der Fertigung und Installation.

„In Singapur, wo die langfristige Effizienz der Landnutzung und der verantwortungsvolle Umgang mit der Umwelt nationale Prioritäten sind, fördert die Gestaltung anpassungsfähiger Halbleiteranlagen sowohl die Nachhaltigkeit als auch die wirtschaftliche Widerstandsfähigkeit“, sagt Padmaja. Anlagen, die sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln können, verringern die Umweltbelastung und sichern gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit in einer sich schnell verändernden Branche.

Zusammenarbeit als Katalysator für nachhaltiges Wachstum

Nachhaltigkeitsherausforderungen in der Halbleiterfertigung lassen sich nicht isoliert angehen. Eine Zusammenarbeit innerhalb des gesamten Ökosystems – einschließlich Eigentümern, Ingenieuren, Zulieferern und Aufsichtsbehörden – ist unerlässlich, um den Fortschritt zu beschleunigen. Die Ausweitung dieses kooperativen Ansatzes auf kohlenstoffarmes Design, Kreislaufwirtschaft und Governance wird entscheidend sein, während die Branche weiter wächst.

Die von Exyte in Singapur realisierte Siltronic FabNext-Anlage ist ein überzeugendes Beispiel: Das Projekt erhielt die BCA Green Mark Gold-Zertifizierung und wurde 2024 mit dem „Project of the Year“-Preis des Singapore Project Management Institute (SPMI) sowie dem „Singapore Business Review (SBR) International Business Award“ in der Kategorie „Industriebau“ ausgezeichnet, was die erstklassige Leistung der Fabrik neben glaubwürdigen Nachhaltigkeitsergebnissen unter Beweis stellt.

Bei Exyte wird das Thema Nachhaltigkeit systematisch angegangen und in die Planung, Konstruktion und Umsetzung von Projekten integriert. Angesichts sich wandelnder Kundenerwartungen und technologischer Fortschritte wird Nachhaltigkeit auch weiterhin ein zentraler Treiber bei allen von Exyte realisierten Projekten sein.

Leitend sind dabei klare Leistungsziele wie das Bekenntnis des Unternehmens, bis 2040 einen Netto-Null-Betrieb zu erreichen. Dieses Bekenntnis spiegelt sich in einem designorientierten, ingenieurtechnisch geprägten Ansatz wider, der Energieeffizienz und Kreislaufwirtschaft bereits in den frühesten Planungsphasen in die Anlagen integriert und es den Kunden so ermöglicht, gesetzliche Anforderungen zu erfüllen und gleichzeitig widerstandsfähige, zukunftsfähige Betriebsabläufe aufzubauen.