Untersuchungen zum Trennen von polykristallinen Siliziumwafern mit frequenzverfielfachten Kurzpuls- Nd:YAG-Lasern

Abstract

Mit den Anforderungen der Mikroelektronikindustrie nach immer dünneren und flexibleren Siliziumchips, die sich in Papier, Folie oder Stoff einbauen lassen, gelangen die Wafersägen an ihre Grenzen. Durch mehrere Schleif- und Polierschritte innerhalb des Herstellungsprozesses entsteht aus einer ursprünglich relativ stabilen Siliziumscheibe ein fragiles Produkt von weniger als 100 Mikrometern [40]. Das Handling und die Weiterverarbeitung dieser dünnen Wafer stellen hohe Anforderungen an die Weiterverarbeitungstechnik.Die vorliegende Arbeit soll die Möglichkeiten des Einsatzes von UV- Kurzpulslaser zum Trennen von Siliziumwafern aufzeigen. In zahlreichen Veröffentlichungen seit Ende der Neunziger Jahre wird berichtet, dass mit Kurzpulslasern prinzipiell ein Prozess zum schädigungsarmen Trennen von Siliziumwafern möglich ist. Neuere Untersuchungen zeigen erstmals, dass die Verwendung von UV- Kurzpulslasern eine Reduzierung des thermischen Einflusses auf das Material Silizium wie auch ein Arbeiten nahe des Absorptionsmaximum von Silizium ermöglicht. Die dabei auftretenden Effekte lassen unter anderem neue Potenziale in der Entwicklung des Laserstahlmikroschneidens erkennen. Demnach eröffnen sich für das Trennen von Siliziumwafern interessante neue technische Möglichkeiten. Bisher sind noch keine Serienanwendungen zum Trennen von Siliziumwafern mit UV- Kurzpulslasern veröffentlicht worden.Ausgangspunkt dieser Arbeit war ein Defizit im Hinblick auf die Untersuchungen der Verfahrensparameter und atmosphärischen Bedingungen beim Schneiden von Siliziumwafern. Während sich eine Vielzahl vorangegangener Untersuchungen vor allem mit dem Einsatz von gepulsten Nd-YAG Laser sowie der Hybridanwendung von wasserstrahlgeführten Nd-YAG Lasern (SYNOVA) und deren technologischen Einsatzmöglichkeiten beschäftigen, liegt bisher kein übergreifendes Verständnis des Zusammenhanges zwischen den verschiedenen Verfahrensparametern und dem Schneidergebnis vor. Ohne dessen Kenntnis ist ein gezieltes Vorgehen für die gewünschte Anwendung nicht möglich. Untersuchungen zum Einfluss der Laserwellenlängen von 532 nm oder 355 nm zum Schneiden von Silizium kommen nur in wenigen Veröffentlichungen vor. Aussagen zum Wirken verschiedener Laserparameter wie z.B. Pulswiederholfrequenz und Polarisation existieren in wenigen Arbeiten. Der Einfluss von Bearbeitungsstrategie, Materialeigenschaften und Umgebungsatmosphäre beim Schneiden liegen nur in wenigen Studien vor, aus denen kein eindeutiger Aufschluss über das Verhalten beim Einsatz von UV- Kurzpulslasern hervorgeht. Außerdem wurden in diesen Studien keine direkt vergleichenden Untersuchungen durchgeführt, in denen eine direkte Gegenüberstellung zu den Eigenschaften der jeweiligen Einzelparameter vorliegt, weshalb die veröffentlichten Interpretationen der Ergebnisse auch nicht immer eindeutig nachvollziehbar sind bzw. eine Reihe von Frage offen lassen.12