Neuartiges, laserbasiertes Trennverfahren für sprödbrüchige Materialien

Die Preistraeger Dr. Hans-Ulrich Zühlke, Dirk Lewke, Dr. Matthias Koitzsch und Dr. Martin Schellenberger (v.l.) vor einem TLS-Dicer des Fraunhofer IISB in Erlangen / Bildquelle: Kurt Fuchs / Förderkreis für die Mikrolektronik e.V.

Wissenschaftler des Fraunhofer IISB in Erlangen und der JENOPTIK Automatisierungstechnik 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 unter anderem 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. Die Preisverleihung fand im Rahmen der Jahrestagung des Fraunhofer IISB am 21. November 2013 in Erlangen statt.

Dr. Mathias Koitzsch im Reinraumlabor des Fraunhofer IISB mit einer durch Thermisches Laserstrahlseparieren (TLS) aus einem 300 mm-Wafer nachträglich ausgeschnittenen 200 mm-Siliziumscheibe / Bildquelle: Fraunhofer IISB

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 innovatives 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 Prototypanlage 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 Siliziumbasis. 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 Siliziumcarbid, 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 beispielsweise 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, so 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.

Der Innovationspreis Mikroelektronik wird jährlich für herausragende wissenschaftliche Leistungen ausgeschrieben und ist mit 3000 Euro dotiert. Bei der Beurteilung durch die Jury wird insbesondere der Erkenntnisfortschritt berücksichtigt und Wert auf die praktische Verwertung durch die Wirtschaft gelegt. Der Förderkreis für die Mikroelektronik e.V. ist ein Zusammenschluss von ca. 15 Unternehmen, zwei Fraunhofer-Instituten, vier Lehrstühlen der Universität Erlangen-Nürnberg und der IHK Nürnberg für Mittelfranken. Der Förderkreis verleiht jährlich den Innovationspreis, fördert technisch-wissenschaftliche Veranstaltungen und Kooperationen zwischen Forschung, Entwicklung und Anwendung.

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