Semilas

System- und Prozesstechnik zum Präzisionsschneiden von Halbleitern und refraktären Metallen mit Ultrakurzpulslasern

Semilas: Wafer aus der LED-Fertigung mit 150 bzw. 100 mm Durchmesser (Quelle: Osram OS)

Effiziente und ressourcenschonende Halbleiterfertigung mit Ultrakurzpulslasern

Die indus­tri­elle Her­stel­lung von elek­tri­schen Bau­tei­len geschieht heut­zu­tage in Batch­pro­zes­sen, das heißt: es wer­den viele iden­ti­sche Bau­teile par­al­lel auf einem gro­ßen Wafer gefer­tigt, die am Ende ver­ein­zelt wer­den müs­sen, ohne dabei Scha­den zu neh­men. Dies geschieht der­zeit ent­we­der durch Dia­mant­sä­gen oder Nano­se­kun­den­la­ser. Beide Ver­fah­ren erhit­zen das Mate­rial beim Schnei­den, was zu Ver­for­mun­gen an der Schnitt­kante füh­ren kann und so der mini­ma­len Schnitt­breite harte Gren­zen auf­er­legt. Außer­dem sind Dia­mant­sä­gen nicht geeig­net, um extrem dünne Wafer zu bear­bei­ten, da sie sich an die­sen nicht selbst nach­schär­fen kön­nen. Ultra­kurz­puls­la­ser bie­ten hier das Poten­tial berüh­rungs­los deut­lich klei­nere Schnitt­brei­ten zu erzie­len, ohne das Mate­rial ther­misch zu beein­flus­sen oder zu ver­for­men. Eine Ver­klei­ne­rung der Schnitt­breite führt durch eine höhere Bau­teilan­zahl pro Wafer unmit­tel­bar zu einer bes­se­ren Mate­ri­al­aus­nut­zung in der Pro­duk­tion und damit zu einer Effi­zi­enz­stei­ge­rung bei gleich­zei­ti­ger Res­sour­cen­scho­nung. Neben dem Tren­nen von Halb­lei­tern bei der Fer­ti­gung von LEDs, Solar­zel­len oder Tran­sis­to­ren ist auch das Schnei­den von Refrak­tär­me­tal­len für die Fer­ti­gung von Ener­gie­spar­lam­pen eine mög­li­che Anwen­dung. Damit erhielte die deut­sche Indus­trie in wich­ti­gen Wachs­tums­bran­chen eine neue Fer­ti­gungs­tech­nik, die einen kla­ren Wett­be­werbs­vor­teil bie­tet. 

Mit neuen Konzepten zur Materialbearbeitung in Höchstgeschwindigkeit

Um die Mate­ri­al­be­ar­bei­tung mit Ultra­kurz­puls­la­sern zu ermög­li­chen, muss zum einen der Leis­tungs­be­reich der Laser auf 50 W erhöht wer­den, zum ande­ren müs­sen Maschi­nen und Ver­fah­ren in der Lage sein, die schnell auf­ein­an­der fol­gen­den Pulse gezielt zu beherr­schen. Um diese Punkte zu adres­sie­ren, haben sich im Semi­las-Pro­jekt ein Ent­wick­lungs­in­sti­tut (Fraun­ho­fer ILT), ein Laser­her­stel­ler (Lumera), Her­stel­ler von Frei­form­op­ti­ken (Inge­ne­ric) und dif­frak­ti­ven opti­schen Ele­men­ten (Topag), Maschi­nen­her­stel­ler (Kug­ler) und zwei End­an­wen­der (Osram OS und Osram GmbH) zusam­men­ge­tan, die die gesamte Pro­zess­kette abde­cken. Vor­aus­set­zung für die Errei­chung die­ser Ziele ist eine geeig­nete Laser­tech­nik, die bei ultra-kur­zen Puls­dau­ern genü­gend hohe mitt­lere Leis­tung zur Ver­fü­gung stellt bei gleich­zei­tig gerin­ger Puls­ener­gie, um eine hohe Abtrags­qua­li­tät zu gewähr­leis­ten. Um trotz gerin­ger Puls­ener­gie einen wirt­schaft­li­chen Abtrags­pro­zess zu erlan­gen, muss der Abtrag im Multi-MHz-Bereich mit einem Multi-Pass-Ver­fah­ren gesche­hen. Der Laser muss also jeden zu bear­bei­ten­den Punkt mög­lichst kurz nach­ein­an­der mehr­fach tref­fen. Um dies zu ermög­li­chen, wird eine Maschi­nen- und Sys­tem­tech­nik benö­tigt, die Geschwin­dig­kei­ten über 20 m/s erlaubt. Auch eine Auf­tei­lung des Strahls in meh­rere Teil­strah­len soll unter­sucht wer­den. Mit dem Pro­jekt wird die Kon­kur­renz­fä­hig­keit Deutsch­lands nicht nur in der Halb­lei­ter- und Lam­pen­fer­ti­gung son­dern auch in der Laser-, Optik- und Maschi­nen­her­stel­lung gestärkt. Dies führt nicht nur unmit­tel­bar zur Siche­rung und Ent­ste­hung neuer Arbeits­plätze, son­dern trägt durch Res­sour­cen­scho­nung auch zum Umwelt­schutz bei.

Koordinator

Dr. Ralph Wagner
Osram Opto Semiconductors GmbH
Leibnizstraße 4
93055 Regensburg
Tel: 0941/8501790
E-Mail: ralph.wagner@osram-os.com

Projektvolumen

3,9 Mio. €
(ca. 54% Förderanteil durch das BMBF)

Projektlaufzeit

1.1.2012 — 31.12.2014

Projektpartner

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung Teil des Photonik Forschung Deutschland-Programms