PresseKat - Slim-Chips

(PresseBox) - Die Fraunhofer-Einrichtung für Modulare Festkörper-Technologien EMFT in München setzt eine heizbare Vakuum-Spannplatte ein, die das Lösen von Klebefolien auf extrem dünnen Wafern erleichtert
Der stetig fortschreitende Trend elektronische Geräte bei immer kleinerer Bauweise mit immer mehr Funktionen auszustatten, stellt hohe Anforderungen an die Forschung. In der Halbleiterindustrie werden elektronische und mikromechanische Bauelemente auf einkristallinen Silizium-Substraten, so genannten Wafern, hergestellt. Silizium-Wafer haben einen Durchmesser von typischerweise 200 mm oder 300 mm und eine Dicke von etwa 0,7 mm. Nach Beendigung der Waferbearbeitung in der Halbleiterfabrik werden die einzelnen Bauelemente (Mikrochips), die eine Kantenlänge von nur wenigen Millimetern aufweisen, aus dem Wafer-Substrat ausgesägt. Für viele Einsatzgebiete müssen die Silizium-Wafer bzw. Chips außerdem auf eine Restdicke von 50 µm bis 200 µm zurück gedünnt werden, um eine optimale Funktionalität zu gewährleisten. Wichtige Beispiele für solche Anwendungen sind Bauelemente für die Leistungselektronik (bspw. in Waschmaschinen, Toastern, Elektroherden, Staubsaugern etc.) und auch Bauelemente für die Chipkartenindustrie, die etwa für Bankkarten, Krankenkassenkarten oder auch für per Funk kontrollierbare Skipässe eingesetzt werden. Mikrochips in elektronisch lesbaren Reisepässen sind mit einer Dicke von ca. 70 µm heute schon dünner als ein Blatt Papier. Auch für zukünftige mikroelektronische Anwendungen spielt die Reduzierung der Siliziumdicke auf Werte von nur noch 10 µm - 50 µm eine entscheidende Rolle. Ein wichtiges Ziel ist hier beispielsweise das Übereinander-Stapeln ("vertikale Integration") von sehr dünnen Silizium-Chips zur Steigerung von Rechengeschwindigkeit, Speicherdichte und zur Realisierung von multifunktionalen Chip-Systemen, die Prozessortechnik, Sensorik und Datentransfer in einem hoch integrierten Baustein vereinen.
Für all diese Produktentwicklungen sind die Waferdünnungstechnik und Handhabungsverfahren von sehr dünnen, flexiblen aber auch bruchgefährdeten Silizium-Wafern eine entscheidende Grundvoraussetzung.

Die Fraunhofer-Einrichtung für Modulare Festkörper-Technologien (EMFT) in München beschäftigt sich u.a. mit der Verfahrenstechnik zur Herstellung und Verarbeitung sehr dünner Silizium-Wafer. Doch je dünner die Wafer werden, desto komplizierter wird deren Handhabung; es kommt leicht zu Beschädigungen. Da aus verschiedenen Gründen auch die Rückseitenbearbeitung der Wafer zunehmend an Bedeutung gewinnt, werden die Produktionstechniken immer diffiziler.
Die Bearbeitung der stark ausgedünnten Wafer erfordert spezielle Handhabungstechniken um Waferbruch und Einschränkungen der Funktionalität auszuschließen. Die Wafer werden für den Dünnungsprozess auf sogenannte Träger-Wafer geklebt, die den zu bearbeitenden Wafer stabilisieren. Nach erfolgter Bearbeitung wird der Stabilisierungs-Wafer wieder entfernt. Die Verbindung erfolgt durch Wachs, Kleber oder Folie. Wichtig ist dabei besonders die Lösbarkeit nach dem abgeschlossenen Dünnen. Wachs ist zu zeitintensiv und erfordert spezielle Reinigungsverfahren nach dem Ablösen.
Am Münchener Institutsteil des Fraunhofer EMFT hat man sich deshalb für die Verwendung von doppelseitigen temperaturlösbaren Klebefolien als Trägertechnik entschieden. "Die Schwierigkeiten liegen vor allem beim Anbringen der Folien, da dabei leicht Luftblasen eingeschlossen werden können. Durch Wärme wird das Anbringen erleichtert. Da die Wafer während der Schleifbearbeitung (Dünnung) extrem dünn werden, ist eine spezielle Unterlage erforderlich, die keine Abdrücke hinterlässt" erklärt Christof Landesberger, von der Arbeitsgruppe "Substrate Preparation & Handling" der Abteilung "Polytronische Systeme".
Um das Anbringen und - nach erfolgter Bearbeitung - das Lösen der Folie zu erleichtern, hat man sich von Witte Bleckede, dem Hersteller unterschiedlicher Werkstückspannsysteme, eine spezielle Vorrichtung entwickeln lassen. Auf diesem Chuck werden die Wafer ohne Entstehen von Abdrücken sicher gehalten Es handelt sich dabei um eine heizbare Vakuum-Spannplatte. Die Auflage- bzw. Spannfläche mit einem Durchmesser von 205 Millimetern besteht aus einem mikroporösen, luftdurchlässigen Material. Dieses wird speziell zum Halten sehr dünnwandiger Werkstücke wie z.B. Papier, Folien, Platinen eingesetzt. Da weder Nuten noch Bohrungen vorhanden sind, ist eine Verformung der Wafer ausgeschlossen. Durch das vollflächige Ansaugen werden die Materialien absolut plan gespannt. Das Abdecken freier Oberflächen, das bei vielen anderen Vakuum-Systemen ein Muss ist, ist hierbei nicht erforderlich.
Witte Bleckede, bekannt u.a. durch die Entwicklung mehrerer Vakuumspannsysteme, hat auch diese anwenderspezifische Sonderlösung entwickelt.
Für das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration wurde die Vakuumplatte zusätzlich mit einem Heizelement ausgestattet, welches für das Lösen der temperaturlöslichen Folien eingesetzt wird.
Da die Porengröße der Spannfläche ca. 10 - 12 Mikrometern entspricht, wird ein beschädigungsfreies Spannen der empfindlichen Wafer sichergestellt.
"Nach der Schleifbearbeitung legen wir den Waferstapel auf die Vakuum-Platte und schalten das Heizelement ein. Durch die Wärmezufuhr reduziert sich die Klebewirkung der Folie und der bearbeitete Wafer löst sich vom Träger-Wafer, der lediglich eine Stabilisierungsfunktion hatte. Der gedünnte Wafer kann nun einfach entnommen werden", erklärt Christof Landesberger.