09-2024_VV_EU_Wafer Bonding System

Diese Beschaffung betrifft die •Mechanische, thermische und elektrische Verbindung von extern produzierten Anwender-spezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs) mit den hoch-spezialisierten intern entwickelten und gefertigten Strahlungssensoren •Heterogene Integration von photonischen und elektrischen Baugruppen •Verbindung von vorproduzierten thermo-mechanischen Baugruppen mit aktiven Sensoren und ASICs, um ein effizientes material- und platzsparendes thermisches Management bei Detektorsystem zu erreichen. Die dazu notwendige Technologie ist das sogenannte „Wafer bonding“: die Verbindung von zwei Wafern mit polierten Oberflächen entweder direkt oder über andere funktionale Lagen wie SiO2, Metallen oder Polymeren. Die dabeiverwendeten Wafer sind entweder •unprozessiert •haben geätzte oder andersartig strukturierte Oberflächen •vorprozessiert mit mehreren Metalllagen •rekonstituierte Substrate mit einzelnen chips, die vorher mittels geeigneter Methoden aufgebracht wurden. Allgemeine Spezifikation der Wafer, bzw. Substrate: •Durchmesser 150mm und 200 mm, Dicke ca. 100 µm bis 1000 µm Der Prozess des Wafer-Bondens soll manuell ablaufen. Die Waferpaare werden manuell in die verschiedenen Teilprozesse geladen. Die wichtigsten drei Prozesse mit den Spezifikationen werden weiter unten aufgelistet. 1.Cavity SOI Bei dieser Anwendung werden zwei Wafer direkt gebondet. Das Ziel ist eine Struktur mit integrierten Mikro-Kühlkanälen Wafer a: Durchmesser 150 mm oder 200 mm, Dicke 100 µm - 1000 µm, CMOS mit Multi-metal oder active pixel sensor, Bondseite Si poliert Wafer b: Durchmesser 150 mm oder 200 mm, Dicke 500 µm - 1000 µm, Thermisches Oxid beidseitig, Bondseite vorprozessiert mit etwa 300 µm tiefen und 300 µm weiten Kanälen, aktive Bondfläche etwa 75% des Wafers Bond: Bonden in Vakuum bei etwa 100 mbar, Justage über Waferrand, Genauigkeit von +/-100 µm, abhängig von Wafertoleranzen, Bond bei RT, Annealing nach Bond bei T<300 °C, batch annealing Dauer max. 2h, Oberflächenenergie nach Annealing >2 J/cm2, Bond yield >95% bei Randaussschluß von 5mm 2.Unterstützung für dünne Wafer Bei dieser Anwendung werden zwei Wafer über eine zuvor aufgebrachte Polymerlage verbunden. Dabei dient ein dickerer Wafer als Unterstützung eines dünneren Wafers. Wafer a: Durchmesser 150 mm oder 200 mm, Dicke ca. 100 µm, CMOS mit Multi-metal oder active pixel sensor, Bondseite Si poliert Wafer b: Durchmesser 150 mm oder 200 mm, Dicke 500 µm - 1000 µm,Die Bondseite wurde zuvor mit einem geeigneten Polymer als Klebelage beschichtet Bond: Justage über Waferrand, Genauigkeit von +/-100 µm, abhängig von Wafertoleranzen, Bond bei RT und minimalem Druck, Annealing nach Bond bei T<300 °C (abhängig von verwendetem Polymer), batch annealing (Dauer abhängig von dem verwendeten Polymer), Oberflächenenergie nach Annealing abhängig von Polymerlage, Bond yield >95% bei Randaussschluß von 5mm 3.Hybrides Bonden Hierbei werden zwei Wafer gebondet, die nach der Verbindung sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung durch geeignete eingelagerte Kupferpads haben. Wafer a: Durchmesser 150 mm oder 200 mm, Dicke ca. 300 µm bis 1000 µm, Bondseite hat vorbehandelte aktive pixel sensoren mit definierten Flächen für die mechanische und elektrische Verbindung Wafer b: Durchmesser 150 mm oder 200 mm, Dicke 300 µm - 1000 µm, Zwei Varianten ?Ganzer CMOS Wafer mit ASICs und dem layout des Wafer a entsprechenden Bondflächen, Trägerwafer auf dem einzelne ASICs face-up aufgebracht wurden, um dann kollektiv mit Wafer a verbunden zu werden Bond: Justagegenauigkeit Wafer zu Wafer von mindestens 1 µm, Bond bei RT, Annealing nach Bond bei T<=300 °C, batch annealing Dauer max. 2 h, Oberflächenenergie nach Annealing >2 J/cm2, Bond yield >95% bei Randaussschluß von 5mm Systemanforderungen: Semiautomatisches Bond-System mit manueller Beladung SEMI S2/S8 Zertifikat; Bondkammer ?Einfaches und vollständiges Öffnen ohne zusätzliche Werkzeuge Schneller Wechsel zwischen Wafergrößen 150mm und 200 mm (~10 min) Wechsel zwischen Wafergrößen und zwischen den Prozessen ohne Sonderwerkzeug Vakuum System bis 0,1 mbar,Bondkraft regelbar bis 20 kN, Heizung: Aufheizrampe bis zu 30°C/Min, Maximale Temperatur bis zu 450°C, Heizer Temperatur Gleichmäßigkeit <+/-1,2%, Heizer Temperatur Wiederholbarkeit +/-1,0°C, Aktive Wasserkühlung, Bond Chucks Kompatibel zum Bond Aligner , Müssen eine Fixierung beinhalten, welche die Wafer in ausgerichteter Position hält, Zur Maximierung der Bondfläche dürfen die Wafer max. an zwei Stellen mittels Klemmen fixiert werden Systemanforderungen: Plasmaaktiverung Stand-alone semi-automatisches Plasmaaktivierungssystem mit manueller Beladung zur Oberflächenaktivierung für Fusionsbonding Anwendung, Kompatibel für Durchmesser 150 mm oder 200mm, Dual Frequency Plasma mit einstellbarer Matching Einheit, Prozessgase N2, O2, Edelgase, Formiergas N2 mit max. 4%H2, 3 Gase Misch Funktionalität über Rezeptsteuerung, Optionale Kammerdruck Kontrolle < ± 5 % bei Setpoint 0.1 to 1.0 mbar mit kontrollierter Evakuierung und Prozessgasfluss ± 1 % zwischen 20 - 100 %, Siliziumbasierte Beschichtung für Metallionenfreiheit nach SOI Standard , Partikelreinheit nach SOI Standard Anlage muss kompatibel zu Gesamtprozess sein