Neue Tools zur Vereinzelung von UV-LEDs

Im Rahmen des Vorhabens „Ertüchtigung der Prozesskette für UV-LEDs – FBH“ als wichtiger Teil des Zwanzig20-Vorhabens „Advanced UV for Life“ konnten neue Ausrüstungen zur Chipvereinzelung von UV-LEDs angeschafft und in Betrieb genommen werden. Durch die Installation eines Laserscribers und eines Waferbreakers, die speziell auf die Anforderungen der Bearbeitung von Saphir und AlN abgestimmt sind, wurden die technologischen Grundlagen für die effiziente Bereitstellung von Chips gelegt.

Saphir wird als Substratmaterial bei der Herstellung von UV-LEDs angewendet. Seine hohe Härte erfordert besondere Trennverfahren bei der Chipvereinzelung. Um die kostbare Waferfläche bestmöglich auszunutzen, stehen nur sehr schmale Straßen für die Chiptrennung zur Verfügung. Trennschleifverfahren, wie sie zum Vereinzeln von Silizium eingesetzt werden (Wafer dicing) oder das mechanische Ritzen mit Diamanten und Brechen stoßen hier schnell an ihre Grenzen.

Am FBH wurde ein Verfahren entwickelt und eingesetzt, bei dem die Wafer mit einem Nanosekundenpuls-UV-Laser angeritzt werden. Ausgerichtet an den Bauelementestrukturen werden Gräben erzeugt, die als Bruchperforationen dienen. Allerdings sind hohe Pulsenergien notwendig, um einen Materialabtrag zu erreichen, denn bei der vorhandenen Laserwellenlänge von 355 nm ist Saphir transparent. Bei einer genügend hohen Photonendichte führt Mehrphotonenabsorption zum Abtrag von Saphir. Die Bearbeitungszeiten sind jedoch relativ lang und das aus dem Graben ausgeworfene Material kann zu Kontaminationen der Waferoberfläche und Ausbeuteverlust führen.

Mit dem neuen Verfahren soll Ausbeute und Durchsatz beim Vereinzeln von Bauelementen auf Saphir-Substraten verbessert werden. Eingesetzt wird dabei ein Pikosekundenlaser mit einer Wellenlänge von 532 nm und einer Leistung von bis zu 8 W (40 µJ/Puls, Pulsdauer <10 ps, Wiederholfrequenz 200 kHz, Vorschub bis 400 mm/s). Der in das transparente Substrat fokussierte Laserstrahl modifiziert dabei das Material lokal im Inneren, ohne dass Partikel durch Materialabtrag erzeugt werden. Durch laterale und vertikale Bewegung des Laserfokus im Substrat wird ein Gitter aus Linien erzeugt, an denen in einem separaten Waferbreaker die Wafer gebrochen werden. Bei der Abnahme der beiden Geräte konnte gezeigt werden, dass es mit dieser Technologie gelingt, UV-LED-Chips mit hoher Ausbeute und Prozessgeschwindigkeit herzustellen. Nun geht es darum, die Prozesse auf die Besonderheiten der Bauelemente des FBH anzupassen und dafür zu optimieren.