Solvent recovery from photolithography waste using cellulose ultrafiltration membranes

Bu çalışmada, organik çözücüde ultrafiltrasyon uygulamalarında ve fotolitografi atıklarından çözücü geri kazanımında selüloz membranların ayırma performanslarının incelenmesi için selüloz ultrafiltrasyon membranları üretilmiştir. Selüloz membranların üretimi için, ilk olarak selüloz asetat membranlar üretilmiş ve ardından alkali hidroliz yöntemi ile selüloz membranlar elde edilmiştir. Membranlar; %20-30 derişim aralığında selüloz asetat, çözücü olarak dimetil sülfoksit (DMSO), ortak çözücü olarak aseton ve gözenek oluşturucu olarak polyethyelene glycol (PEG) içeren polimer çözeltilerinin dökülmesi ile üretilmiştir. Fotolitografi atıklarının saflaştırılması uygulamalarının öncesinde yüksek tutulum ve makul bir geçirgenlik performansına sahip membranların elde edilmesi amacıyla; polimer, ortak çözücü, gözenek oluşturucu kompozisyonları ve koagülasyon banyosu sıcaklığı değiştirilerek ve tavlama işlemi uygulanarak performans optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Membranların ayırma performansı molekül ağırlığı ayırma sınırı analizleri ile test edilmiş ve bu testler ilk olarak sulu ortamda gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, DMSO ve metanol ortamında membranların farklı çözücülerde molekül ağırlığı ayırma sınırı performansındaki değişim incelenmiştir. Molekül ağırlığı ayırma sınırı testlerinde, farklı molekül ağırlığına sahip PEG molekülleri filtrasyon testlerinde kullanılmış ve analizler için, Jel Geçirgenlik Kromatografisi yöntemi uygulanmıştır. Suda gerçekleştirilen molekül ağırlığı ayırma sınırı testlerinde, farklı membranlara ait molekül ağırlığı ayırma sınırı aralığı 3-10 kDa olarak belirlenmiştir. Öte yandan; DMSO, su ve metanol ortamında karşılaştırma amacıyla yapılan molekül ağırlığı ayırma sınırı testleri sırasıyla 1.3, 3 ve 5 kDa değerleriyle sonuçlanmıştır. Fotolitografi, mikroelektronik aletlerin fabrikasyonunda yaygın olarak kullanılan bir yöntem olup işlem aşamalarında kısa devre arızalarının engellenmesi için metal içermeyen yüksek saflık düzeyine sahip çözücülerin kullanımını gerektirmektedir. Bu çalışmada, tab banyosunun sentetik olarak elde edilmesinde 0.5-2.5 g/L konsantrasyonunda SU-8 fotorezisti içeren propilen glikol monometil eter asetat (PGMEA) çözeltileri hazırlanmış ve selüloz ultrafiltrasyon membranları ile iki aşamalı filtrasyonda filtrelenmiştir. 1. ve 2. filtrasyon aşamalarının sonunda sırasıyla %91 ve %80 SU-8 tutulum değerleri ölçülmüştür. Ardından, iki aşamalı filtrasyonda elde edilen süzüntülerin karışımı fotolitografide test edilmiş ve geri kazanılmış PGMEA'de elde edilen desen sonuçları, saf PGMEA ile uygulanan fotolitografinin desen sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, geri kazanılmış çözücü ile elde edilen desen umut vaat eden nitelikte olup; mikroelektronik endüstrisindeki büyük ölçekli uygulamalar için maliyet etkinliği, sürdürülebilirlik ve döngüsel ekonomi çerçevesinde kritik bir çıktı elde edilmiştir.