Heiß und kalt serviert - Vereinzelung von Mikrochips mittels Laserstrahl und Wasser-Aerosol
Wissenschaftler des Fraunhofer IISB in Erlangen und der JENOPTIK Automatisie-rungstechnik GmbH in Jena wurden für die Entwicklung eines neuartigen, laserbasierten Trennverfahrens für sprödbrüchige Materialien mit dem Georg Waeber Innovationspreis 2013 des Förderkreises für die Mikroelektronik e.V. ausgezeichnet. Das Verfahren kann u.a. in der Halbleiterfertigung zur Vereinzelung integrierter Schaltkreise eingesetzt werden. Als Vertreter des Förderkreises überreichte Knut Harmsen, Leiter der Geschäftsstelle Erlangen der IHK Nürnberg für Mittelfranken, die Auszeichnung an das Forscherteam.
Dr. Matthias Koitzsch, Dirk Lewke und Dr. Martin Schellenberger vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen sowie Dr. Hans-Ulrich Zühlke von der Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH in Jena haben mit dem „Thermischen Laserstrahlseparieren“ (TLS) ein Verfahren entwickelt, mit dem sich sprödbrüchige Materialien ohne Materialverlust und in hoher Qualität trennen lassen. Das Trennverfahren basiert auf der Führung eines Risses mittels thermisch induzierter mechanischer Spannungen. Dazu wird die Materialoberfläche lokal mit einem Laser erwärmt und anschließend durch ein Aerosol abgekühlt. Aufbauend auf grundlegenden Untersuchungen zum Prozessverständnis wurde das TLS-Prinzip bis zur Marktreife gebracht und in eine Prototyp-Anlage implementiert. Die wesentlichen Vorteile des neuartigen Verfahrens sind der abtragsfreie Trennvorgang, die hohe Geschwindigkeit und die nahezu perfekte Trennkante.
Die Anwendungen, die während der Technologieentwicklung alleine für den Bereich der Halbleiterfertigung erschlossen wurden, sind vielfältig. Ein erstes Einsatzgebiet für das thermische Laserstrahlseparieren ist die Vereinzelung integrierter Schaltkreise (Mikrochips) auf Silicium-Basis. TLS ermöglicht hier beispielsweise bei der Herstellung von Mikrochips eine höhere Packungsdichte auf den Halbleiterscheiben (Wafer) und durch die Qualität der Trennkanten auch eine höhere Bruchfestigkeit der vereinzelten Chips, was insgesamt einer höheren Ausbeute (Yield) zu Gute kommt. In Siliciumcarbid, einem Halbleitermaterial mit großem Zukunftspotential in der Leistungselektronik, arbeitet TLS bis zu 100-mal schneller als etablierte Trennverfahren. Ebenso erlaubt TLS eine nachträgliche Größenanpassung von Wafern, was z.B. für Forschungs- und Versuchszwecke von Interesse ist.
„Mit dem TLS-Trennverfahren steht einem heimischen Gerätehersteller eine innovative und konkurrenzfähige Technologie zur Verfügung, die etablierten Trennverfahren in entscheidenden Belangen deutlich überlegen ist. TLS besitzt ein großes Potential nicht nur in der Halbleiterindustrie“, meint Dr. Martin Schellenberger, der am Fraunhofer IISB für die wissenschaftliche Planung und Koordination der Geräte- und Prozessentwicklung für das TLS-Trennverfahren sowie die Verbreiterung der Anwendungsfelder verantwortlich zeichnete.
Dr. Hans-Ulrich Zühlke, seitens der Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH als Projektleiter für die Spezifikation des TLS-Geräts, die Koordinierung der Entwicklungsarbeiten mit dem Fraunhofer IISB und den Aufbau der ersten Prototyp-Anlage zuständig, resümiert: „Wir freuen uns mit unseren Kollegen vom IISB über die Auszeichnung mit dem Innovationspreis Mikroelektronik und möchten uns im Namen aller Beteiligten beim Förderkreis Mikroelektronik für die Anerkennung unserer Arbeit bedanken. Ebenso erfreulich ist für uns als Industriepartner natürlich auch die Tatsache, dass schon mit zwei renommierten Halbleiterherstellern der Einsatz des TLS-Verfahrens in deren Produktion untersucht wird.“
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