ThermoGrind - Fraunhofer IPT

Der Markt für diskrete Leuchtdioden zeigt ein rasantes Wachstum. Substratwerkstoffe für weiße und blaue LEDs sind Wafer aus Siliziumkarbid (SiC) und Saphir (AL203). Heute halten Europäische Unternehmen, die meisten von ihnen kleine und mittlere Unternehmen, weniger als 5 Prozent der weltweiten Waferproduktion. Der Grund dafür sind die hohen Fertigungsskosten im Vergleich zu den Hauptproduzenten in Russland, USA und Japan. Die zeitaufwändigsten und damit teuersten Bearbeitungsschritte in der Fertigung von Saphirwafern sind die Prozesse »Läppen« und »Polieren«. Die Fertigungskette lässt sich deutlich verkürzen, indem der Läppprozess durch einen Schleifprozess ersetzt wird. Diese Technologie erzielt innerhalb kürzerer Zeit eine bedeutend bessere Oberflächenqualität. Dadurch verkürzt sich auch die zum Polieren erforderliche Bearbeitungszeit. Dies wird ein entscheidender Schritt für die Europäischen Waferhersteller sein, um bedeutende Anteile in einem hochprofitablen Markt zu gewinnen.

Das Fraunhofer IPT leistete einen Beitrag zu den Fortschritten in der Saphirwaferfertigung und konzentrierte sich dabei auf die Entwicklung des Rotationschleifprozesses. Dazu initiierte das Institut das EU-Projekt »ThermoGrind«, das von der Europäischen Kommission im Programm »Research for the benefit of SMEs« des siebten Rahmenprogramms gefördert wird (Förderkennzeichen: 232600).

Zusammen mit dem Department of Electrical, Management and Mechanical Engineering (DIEGM) der Universität von Udine, Italien, lieferte das Fraunhofer IPT Forschungsleistungen für die folgenden Unternehmen:

G&N Genauigkeits Maschinenbau Nürnberg GmbH, Deutschland
Atlantic Diamond Ltd, Irland
CrystalQ BV, Niederlande
TKF Technische Keramik Frömgen GmbH, Deutschland

Die Technik

Obwohl das Schleifen von Siliziumwafern, Substratmaterial für rote und gelbe LEDs, dem heutigen Stand der Technik entspricht, scheitert die Technologie bei Saphirwafern an der Veränderlichkeit und der Wechselwirkung individueller Effekte im Schleifprozess. Aus diesem Grund ist die unmittelbare Erfassung von In-Prozess-Größen in der Kontaktzone zwischen Wafer und Schleifwerkzeug von großer Bedeutung für die Entwicklung eines stabilen Schleifprozesses.

ThermoGrind erlaubt die Messung eines der Schlüsselparameter: der Schleiftemperatur. Dazu wird die optische Transparenz des Werkstoffs Saphir für die in der Kontaktzone initiierte Infrarotstrahlung genutzt. Aufbauend auf diesem Ansatz wurde im Projekt ein neues infrarot-transparentes Waferspannsystem (Chuck) entwickelt. Dieses erlaubt die Erfassung der durch den Wafer und das Spannsystem transmittierten infraroten Strahlung und erlaubt so eine direkte Messung der Kontaktzonentemperatur. In einem zweiten Projektschritt wurde eine temperaturbasierte Regelung des Schleifprozesses entwickelt, mit der eine optimale Prozessstabilität unter industriellen Bedingungen erzielt werden kann.

Forschungsprojekt »ThermoGrind«

ThermoGrind – Thermally controlled rotational grinding of sapphire wafers

Die Technik

Förderhinweis

Projektträger

Projektkoordination

Verbundpartner

Contact Press / Media

Cornelia Rojacher M.Sc.