thermogrind – thermally controlled rotational grinding of sapphire

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PRODUKTIONSTECHNOLOGIE IPT
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THERMOGRIND –
THERMALLY CONTROLLED
ROTATIONAL GRINDING OF
SAPPHIRE WAFERS
Das Projekt
Fraunhofer-Institut für
Polieren erforderliche Bearbeitungszeit ebenfalls verringert. Dies wird ein entscheidender
Der Markt für diskrete Leuchtdioden (LEDs)
Schritt für die europäischen Waferhersteller
zeigt ein rasantes Wachstum. Substratwerk-
sein, um bedeutende Anteile in einem
Steinbachstraße 17
stoffe für weiße und blaue LEDs sind Wafer
hochprofitablen Markt zu gewinnen.
52074 Aachen
aus Siliziumkarbid (SiC) und Saphir (Al2O3).
Produktionstechnologie IPT
Ansprechpartner/Contact
Heute halten Europäische Unternehmen, die
Im EU-Projekt »ThermoGrind« (Förderkenn-
meisten von ihnen SMEs, weniger als
zeichen: 232600) leistet das Fraunhofer IPT
5 Prozent der weltweiten Waferproduktion.
einen Beitrag zu den Fortschritten in der
Dipl.-Ing. Maurice Herben
Der Grund dafür sind die hohen Fertigungs-
Saphirwaferfertigung und konzentriert sich
Telefon/Phone +49 241 8904-238
kosten im Vergleich zu den Hauptprodu-
dabei auf die Entwicklung des Rotations-
Fax +49 241 8904-6238
zenten in Russland, den USA und Japan.
schleifprozesses.
[email protected]
Die zeitaufwändigsten und damit teuersten
Bearbeitungsschritte in der Fertigung von
Dr. Olaf Dambon
Saphirwafern sind die Prozesse »Läppen«
Telefon/Phone +49 241 8904-233
und »Polieren«. Die Fertigungskette lässt
Fax +49 241 8904-6233
sich deutlich verkürzen, indem der Läpp-
Obwohl das Schleifen von Siliziumwafern,
[email protected]
prozess durch einen Schleifprozess ersetzt
Substratmaterial für rote und gelbe LEDs,
wird, da diese Technologie eine bedeutend
heute dem Stand der Technik entspricht,
bessere Oberflächenqualität innerhalb
scheitert die Technologie bei Saphirwa-
kürzerer Zeit erzielt. Dadurch wird die beim
fern an der Veränderlichkeit und der
www.ipt.fraunhofer.de
Die Technik
Wechselwirkung individueller Effekte im
The Project
Schleifprozess. Aus diesem Grund ist die
ments of the in-process parameters within
the contact zone between the workpiece
unmittelbare Erfassung von In-Prozess-
The market for discrete light emitting
and the grinding wheel in order to develop
Größen in der Kontaktzone zwischen Wafer
diodes (LEDs) is growing very quickly. The
a stable grinding process. The ThermoGrind
und Schleifwerkzeug von bedeutsamem
basic materials for white and blue LEDs are
technology can measure one of the key
Interesse für die Entwicklung eines stabilen
silicon carbide (SiC) and sapphire (Al2O3)
process parameters, grinding temperature,
Schleifprozesses.
wafers. Today, European companies, most
by exploiting the optical transparency of
of them SMEs, account for less than 5 % of
sapphire to infrared radiation within the
ThermoGrind erlaubt die Messung eines der
worldwide wafer production as production
contact zone. On the basis of this principle,
Schlüsselparameter: der Schleiftemperatur.
costs are higher here than in Russia, the
the ThermoGrind project will be used to
Dazu wird die optische Transparenz des
USA and Japan, where the main producers
develop an innovative infrared transparent
Werkstoffs Saphir für die in der Kontakt-
are located. The most time-consuming and
wafer clamping system (chuck) that mea-
zone initiierte Infrarotstrahlung genutzt.
therefore expensive manufacturing steps
sures temperature by capturing the infrared
Aufbauend auf diesem Ansatz wird im
in the production of sapphire wafers are
radiation transmitted through the wafer
Projekt ein neues infrarot-transparentes
lapping and polishing. This manufacturing
and clamping system. In a second project
Waferspannsystem (Chuck) entwickelt.
processes can be significantly shortened by
step, temperature-based loop control of the
Dieses erlaubt die Erfassung der durch den
substituting lapping with grinding – this
grinding process will be developed in order
Wafer und das Spannsystem transmittierten
technology generates a far superior surface
to achieve optimum process stability at
infraroten Strahlung und erlaubt so eine
quality in less time. This also reduces the
large-scale production conditions.
direkte Messung der Kontaktzonentem-
time needed for subsequent polishing. This
peratur. In einem zweiten Projektschritt
will be decisive for the European wafer
wird eine temperaturbasierte Regelung des
manufacturers in gaining significant shares
Schleifprozesses entwickelt, mit der eine
of this highly profitable market.
Together with the Department of Electrical,
optimale Prozessstabilität unter industriellen
Bedingungen erzielt werden kann.
Die Kooperation
Zusammen mit dem Department of
Within the European “ThermoGrind” proj-
Management and Mechanical Engineering
ect, funded by the European Commission
(DIEGM) at the University of Udine, Italy,
(contract number: 232600), the Fraunhofer
the Fraunhofer IPT is providing its research
IPT contributes to the advancement of
capacities to the following companies
sapphire manufacturing by focusing on the
involved in the project:
development of the wafer grinding process.
Electrical, Management and Mechanical
– G&N Genauigkeits Maschinenbau
Engineering (DIEGM) der Universität von
Udine, Italien, liefert das Fraunhofer IPT
Nürnberg GmbH, Germany
The technology
Forschungsleistungen für die folgenden
The grinding of silicon wafers – the basic
– G&N Genauigkeits Maschinenbau
material for red and yellow LEDs – is now
state-of-the-art; the grinding of sapphire
– Atlantic Diamond Ltd, Irland
wafers, on the other hand, fails to deal
– CrystalQ BV, Niederlande
with the variability and the interaction of
– TKF Technische Keramik Frömgen GmbH,
various effects during the grinding process.
Deutschland
– Atlantic Diamond Ltd, Ireland
– CrystalQ BV, The Netherlands
Unternehmen:
Nürnberg GmbH, Deutschland
Our Services
One must therefore take direct measure-
– TKF Technische Keramik Frömgen GmbH,
Germany