Neues aus der Welt der Chips

Die Chipproduktion bewegt sich im Takt des Moorschen Gesetzes. Es besagt, dass sich alle 18 Monate die Kapazität der Mikrochips verdoppelt, während sich gleichzeitig die Herstellungskosten halbieren. Damit die Chipindustrie dieses enorme Tempo zu immer kleineren Strukturen halten kann, sind neue und innovative Fertigungstechnologien gefragt. Schließlich wird in wenigen Jahren ein Technologiesprung zu einer neuen Lithografie erwartet. Denn die Grenzen der optischen Lithografie sind bald erreicht. Auf der Productronica in München präsentieren Wissenschaftler aus fünf Fraunhofer-Instituten unter dem Motto »Von der Idee zum Produkt« vom 6. bis zum 9. November in München Neues aus der Welt der Mikrosystemtechnik und Mikroelektronik.

Elektrostatischer Waferchuck: Die Lithografieverfahren der neuen Generation arbeiten mit extremen ultravioletten Strahlungsquellen (EUV). Da extremes Ultraviolett mit Wellenlängen von 11 bis 14

Nanometern weit unterhalb des sichtbaren Lichts nahe bei den Röntgenstrahlen liegt, wird es von allen Materialien – auch von Gas – absorbiert. Deshalb müssen die Chips im Vakuum beschrieben werden. Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena stellen auf der Productronica einen Metrologietisch mit integriertem elektrostatischen Waferchuck – einer Halterung für 300-Millimeter-Siliziumwafer – vor, der in Elektronenstrahl- und Ionenstrahlbelichtungsanlagen im Hochvakuum eingesetzt wird. Tisch und Halterung bestehen aus Glaskeramik und ermöglichen höchste Stabilität und Genauigkeit. Durch die besonderen Eigenschaften des Materials – sehr hohe Haltekräfte bei sehr kleinen Spannungen, lassen sich Masken und Wafer mit einer Strukturgenauigkeit von 20 Nanometern und besser belichten. Das Exponat entstand im Rahmen des europäischen MEDEA-Projekts »Ionen-Projektions-Lithografie« in Zusammenarbeit mit LEICA Mikrosystems Lithography Jena, Infineon, ASML, IMS Wien, IMS Stuttgart, IMMS und TU Ilmenau. Die neue IOF-Technologie ist für die EUV-Lithografie tauglich und kann einen Beitrag zur Herstellung der Chips der Zukunft leisten.

Wafer-Level-Packaging-Linie: Immer mehr Chiphersteller setzen weltweit auf ein neues Verfahren optimierter Gehäusetechnik, das Wafer-Level-Packaging (WLP). WLP gilt als die Aufbautechnik der Zukunft. Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe haben zusammen mit Industriepartnern eine solche Packaging-Linie aufgebaut und in der Praxis bereits erfolgreich erprobt. Bisher wurden die Chips zunächst aus dem Wafer ausgesägt, bevor sie in Gehäuse gebaut, verdrahtet und getestet werden – zumeist in eigenen Fertigungseinrichtungen in Fernost, separat von der Chipproduktion. Im Gegensatz zu den zur Zeit noch üblichen Verfahren werden bei WLP die einzelnen Chips bereits auf dem Wafer gehäust. »Beim Wafer-Level-Packaging werden Teile der Aufbautechnik, wie zum Beispiel das Umverdrahten der Chips, in den Herstellungsprozess der Bauelemente selbst integriert. Damit erreichen wir sehr gute elektrische Eigenschaften«, erläutert Dipl.-Physiker Wolfgang Reinert vom ISIT den Clou des Verfahrens. »Zudem entfallen durch die gemeinsame Bearbeitung aller Bauelemente auf einem Wafer sehr viele Handhabungsschritte. Erst nach der Reinigung und Inspektion beginnen wir mit dem Vereinzeln der Chips.« Ein großer Vorteil des neuen Verfahrens: Elektrische Kontakte können nun nicht nur an den Rändern der Chips angebracht werden, sondern auf der gesamten Unterseite der Bauelemente. Darüber hinaus liefert WLP kleinere und leistungsfähigere Bauelemente als die herkömmlichen Packagingverfahren. Zur Weiterverarbeitung der robusten Bauteile werden keine Spezialgeräte benötigt, sondern sie können mit Standard-Hochgeschwindigkeits-Bestückern auf Leiterplatten montiert werden. Die ISIT-Wissenschaftler stehen auf der Productronica als Ansprechpartner für Interessenten zur Verfügung.

Modulare Mikrosysteme: Mikrosysteme aus dem Baukasten stellen Wissenschaftler aus dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart vor. Bei Match-X entstehen komplette Systeme aus einzelnen Sensor-, Actor- und Signalbausteinen. Der Baukasten wurde speziell für Industriepartner aus den Bereichen Maschinen- und Anlagenbau entwickelt. »Gerade hier braucht man Mikrosysteme oft nur in kleinen und mittleren Stückzahlen. Das ist teuer. Nun kann man sie auf einfachem Wege wirtschaftlich herstellen«, erläutert Dirk Schlenker vom IPA die Vorteile des Baukastenprinzips. »Durch vereinheitlichte Schnittstellen können gleichzeitig die Entwicklungszeiten und -kosten drastisch gesenkt werden.«

Um Match-X erfolgreich weiter zu entwickeln und auf dem Markt zu etablieren, wurde gleichzeitig eine Arbeitsgemeinschaft gegründet. Die »Industrieplattform Modulare Mikrosysteme« ist als Schnittstelle zwischen Herstellern und Anwendern gedacht. Sie setzt sich aus interessierten Industrieunternehmen, dem VDMA, dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM zusammen.

Auf der Productronica in München finden Sie den Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Institute in Halle B6, Stand 504 unter anderem mit folgenden Themen aus Fertigungstechnologie, Materialentwicklung und Qualitätssicherung: die Mini-Fabrik aus dem Baukasten, Mikromontage, Metrologiesysteme für die Lithographie, elektro-optische Materialien, wiederaufladbare Folien-Batterien, automatische Röntgenprüftechnik für Mikrosysteme und Elektronikbaugruppen sowie Messgeräte zur Kontaminationskontrolle auf technischen Oberflächen.