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Schnellere und bessere Massenfertigung von Wafer

Leistungsfähige Schleifmaschinenkonzepte für die Halbleiterindustrie
Schnellere und bessere Massenfertigung von Wafer

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Der Bedarf an Wafern in der Mikroelektronik, der Photovoltaik und der Mikrosystemtechnik wächst stetig. Hersteller stehen dabei vor der Herausforderung, immer dünnere Wafer immer schneller und bei bester Qualität wirtschaftlich in Masse zu fertigen. Hierfür stellt der Schleifmaschinenhersteller Okamoto der Halbleiterindustrie leistungsfähige Anlagenkonzepte zur Verfügung.

Okamoto Machine Tool Europe GmbH, Langen

Die Geschichte des Halbleiters reicht bis 1727 zurück: Damals entdeckte der englische Naturwissenschaftler Stephen Gray den Unterschied zwischen Leiter und Nichtleiter. Nach einer langen Reihe grundlegender Entdeckungen und Entwicklungen begründet 1947 der Spitzentransistor beziehungsweise Bipolartransistor die Mikroelektronik. Danach setzte bis heute eine rasante Entwicklung in der Elektronikbranche ein. Halbleitertechnologien kommen unter anderem in integrierten Schaltkreisen, Leuchtdioden, Speicherplatten, Sensoren und Wandlern sowie in der Photovoltaik zum Einsatz. 2015 peilt die Branche einen weltweiten Umsatz von 400 Milliarden US-Dollar an (Quelle: statista.com).
Thomas Loscher, Technical Manager bei Okamoto: „Ein Schlüsselprodukt für die mikroelektronischen Bauelemente und Baugruppen ist der Wafer. Die große Nachfrage ist nur durch eine leistungsfähige und wirtschaftliche Produktion mit neuesten Technologien zu bewältigen. So kommt es bei der Waferherstellung unter anderem darauf an, das Ursprungsmaterial Silizium möglichst effizient auszunutzen sowie Silizium-Ingots als Rohlinge für Wafer mit extrem genauen Seitenflächen und Kanten auszustatten.“
Mit dem Okamoto Maschinenkonzept des Solar Ingot Grinders SiG 154 H(P) zum vollautomatischen Oberflächenschleifen und Kantenverrunden von Silizium-Ingots ist das wirtschaftlich machbar: Mit ihnen können gleichzeitig mehrere Blöcke aufgespannt und mit Tischgeschwindigkeiten von bis zu 12.000mm/min bearbeitet werden. Die permanente Fertigungsüberwachungs- und Korrektureinheit sorgt für vollautomatische Prozesssicherheit. Die Kantenbearbeitung ist sowohl als Radius wie auch als Fase möglich.
Thomas Loscher erläutert: „Das erhöht die Produktivität um das 3-fache gegenüber ähnlichen Systemen am Markt, da sich auch Rüstzeiten spürbar minimieren. Darüber hinaus erfüllen die Oberflächen mit einer Genauigkeit von Ra = 0,05µm in den Flächen beziehungsweise 0,15µm im Radius sämtliche Anforderungen in punkto Präzision.“
Darüber hinaus bietet das Unternehmen mit SiG 154 X die Möglichkeit, Halbleiter-Ingots zu bearbeiten, wobei mittels des integriertem XRD-Systems die Ausrichtung des Kristallgitters erkannt und Notch oder Flats angeschliffen werden können.
Leistungsfähiges Backside Grinding
Nach dem Tranchieren des präparierten Ingots mit der Drahtschneidetechnik Multi Wire Slicen (MWS) werden die geschnittenen Halbleiterrohlinge auf ihr Endmaß geschliffen. Dazu stellt das Unternehmen verschiedene Systeme bereit – so den Backside Grinder GNX 300B. Die Anlage arbeitet vom Entnehmen der Wafer aus der Kassette über das Schleifen und Reinigen bis hin zum Wieder-Einsetzen in die Kassette vollautomatisch.
Der Index-Tisch hat drei luftgelagerte Chucks, die zum Spannen der Wafer dienen. Er übernimmt den Transport der Wafer zu den einzelnen Bearbeitungsstationen. Dabei rotiert er so, dass jeweils ein Chuck be- beziehungsweise entladen wird und je ein Chuck beim Vorschleifen sowie einer beim Feinschleifen positioniert ist.
Während des Downfeed-Grinding-Schleifvorgangs dreht sich der Chuck mit dem Wafer. Die Schleifscheibe rotiert entgegengesetzt, während sie sich nach unten bewegt, bis das gewünschte Wafermaß erreicht ist. Dabei führt die In-Prozess-Messung permanent einen Differenzabgleich durch, um kontinuierlich die Waferdicke zu ermitteln. Auf diese Weise kann die Feinzustellung optimal gesteuert und beim Erreichen der vorgegebenen Stärke präzise gestoppt werden. Das so genannte „Dry in, Dry out“-System sorgt für gleichmäßige, integrierte Reinigung und Trocknung. Der Maschinendurchsatz liegt bei u003E35 Wafern pro Stunde.
Thomas Loscher erklärt: „Die Toleranz für die Oberflächengenauigkeit bei Wafern beträgt oft nur 3µm oder weniger. Mit GNX300 erreicht der Halbleiterhersteller Ebenheiten mit einer Total Thickness Variation (TTV) von sehr guten 1,5µm und eine Rauheit von Rmax u003C0,10µm und Ra u003C0,01µm.“
Schleifen und Polieren in einem System
Eine weitere Möglichkeit, vollautomatisch bei hohem Durchsatz Wafer auf ein definiertes Maß zu schleifen, bietet die Schleif- und Poliereinheit GDM300. Mittels der integrierten Dual-Poliereinheit können die Wafer exakt auf die vorgegebene Dicke mit spiegelglatten Oberflächen im Nanometerbereich gebracht werden. Ein Hochgeschwindigkeits-Roboter mit sechs Achsen arbeitet dazu die einzelnen Arbeitsprozesse vollautomatisch ab.
Ausgerüstet ist die GDM300 mit zwei aerostatisch luftgelagerten Spindeln und drei Vakuum-Spannvorrichtungen für reibungsloses Schleifen ohne Maschinenstillstand. Über eine Zweipunkt-In-Process-Messung werden alle Zustellparameter kontinuierlich überwacht und bei Bedarf unmittelbar korrigiert. Das gewährleistet durchgehend gleichbleibende Ergebnisse im erlaubten TTV-Profil. Der kleinste Zustellschritt beträgt 0,1µm. Die Polierstation arbeitet mit zwei Hochpräzisions-Spindeln. Die Oszillations-Geschwindigkeit ist von 100mm/min bis 9.000mm/min einstellbar.
Thomas Loscher verdeutlicht: „Durch den automatisierten Arbeitsprozess in Kombination mit der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung auf mehreren Schleif- und Polierplätzen liegt der Ausstoß bei 30 Wafern pro Stunde. GDM300 und GNX 300B sind so konzipiert, dass nachfolgende Prozesse wie Laminieren, Beschichten oder Montieren nahtlos angeschlossen werden können.“
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