Reinraumlabor

Das IGM besitzt einen der weltweit größten universitären Reinräume zur Fertigung von Flachbildschirmen und ähnlichen Systemen

Ausstattung

Der Reinraum

Insgesamt besitzt das IGM knapp 500m² Reinraumfläche. Der größte Teil entfällt auf das etwa 400m² Hauptlabor mit einer für einen Forschungsreinraum sehr hohen Reinheitsklasse (ISO5, d.h. < 100 Partikel mit einer Größe von mehr als 0,5µm pro Kubikfuß Luft; ISO 4, d.h. weniger als 10 Partikel größer 0,5µm pro Kubikfuß Luft im Lithographiebereich). Am IGM stehen alle Anlagen zur Verfügung, um mit industrienahen Prozessen Flachbildschirme und andere Dünnschichtsysteme fertigen zu können. Durch die industrieartige Ausstattung unseres Labors wird die Adaption der am IGM entwickelten Fertigungsverfahren in bestehenden Fertigungslinien wesentlich erleichtert.

Ein kleinerer Reinraum beherbergt insgesamt drei MBraun Handschuhboxen mit Stickstoffatmosphäre zur Prozessierung von auf Luftsauerstoff und Feuchtigkeit äußerst sensibel reagierenden organischen Halbleitern.

Eine Auswahl der zur Verfügung stehenden Anlagen:

  • PECVD: Es stehen mehrere PECVD Reaktoren zur Verfügung, darunter ein Balzers (heute Oerlikon) KAI 1M Reaktor zur Beschichtung von Gläsern bis 16" (400mm) Kantenlänge mit amorphem/mikrokristallinem Silizium (auch dotiert), Siliziumnitrid und Siliziumdioxid
  • Sputtern: Zur Sputterbeschichtung stehen zwei Leybold ZV6000 Inline-Sputteranlagen mit insgesamt 12 Targetplätzen (davon 9 DC, 3 RF) zur Verfügung. Typische Materialien der Displaytechnik wie Chrom, Aluminium, Molybdänlegierungen aber auch Gold, Nickel, Palladium sowie ITO, AZO, IGZO stehen zur Verfügung. Bei Bedarf verfügt das IGM über eine große Auswahl an Sputtertargets, die kurzfristig Verwendung finden können. Die Sputteranlagen können zur Beschichtung bis 16" (400mm) Kantenlänge eingesetzt werden.
  • Aufdampfen: Das IGM verfügt über eine Aufdampfanlage vom Typ Lesker Spectros mit zwei Quellen zum thermischen Aufdampfen von Metallen und insgesamt 8 Quellen zum Aufdampfen von organischen Materialien. Da die Anlage vor allem der Herstellung von OTFTs und OLEDs dient, ist sie in unseren Inertgasboxen integriert, so dass eine Beschickung ohne Kontakt mit Luftsauerstoff oder Feuchtigkeit möglich ist. Darüber hinaus stehen zwei ältere Aufdampfanlagen der Firma Balzers zur Verfügung, die neben thermischen Quellen auch mit Elektronenstrahlverdampfern ausgestattet sind. Alle Aufdampfanlagen eignen sich zur Beschichtung von Substraten bis 6" (150mm) Kantenlänge.
  • Aufscheudern: Das IGM bestitzt mehrere Schleudern zum Aufbringen von Photolacken und anderen flüssig vorliegenden Materialien auf Substrate bis maximal 16" (400mm) Kantenlänge. Eine Schleuder für Susbtratgrößen bis 6" (150mm) befindet sich innerhalb der Inertgasboxen.
  • Drucken: Zur direktabscheidung strukturierter Schichten besitzt das IGM verschiedene Drucker. Siebdrucker erlauben die flächige Abscheidung von Materialien mit hohem Durchsatz, benötigen aber ein präpariertes Sieb als Druckmaske. Ein Dimatix Inkjetdrucker, der ebenfals zur Verfügung steht, kann (fast) beliebige Lösungen und Suspensionen maskenlos nach einer digitalen Vorlage auf das Substrat aufbringen.
  • Belichtung durch Maske: Zur Belichtung von Photolacken durch vorgefertigte Masken besitzt das IGM zwei Kontaktbelichter vom Typ Süss MA6. Die maximale Substratgröße, die belichtet werden kann beträgt 6" (150mm). Es sind kleinste Strukturen von ca. 3µm realisierbar.
  • Direktbelichtung: Zur Direktbelichtung besitzt das IGM einen Laserbelichter DWL216 der Firma Heidelberg Instruments. Dieser kann Substrate bis zu einer Kantenlänge von 16" (400mm) maskenlos entsprechend einem in digitaler Form vorliegenden Layout belichten. Es sind kleinste Strukturen von ca. 2µm realisierbar.

 

  • Ionenimplantation: Zur Ionenimplantation steht ein Ionenimplanter Eaton (heute: Axcelis) NV3206 zur Verfügung. Die Serienmäßige Substratschleuse wurde entfernt und durch einen modifizierten Aufbau ersetzt, der die Implantation auch großflächiger Substrate bis 16" (400mm) Kantenlänge ermöglicht. Implantiert werden können Phosphor-, Bor-, Fluor- sowie Argonionen. Die maximale Beschleunigungsspannung beträgt 200kV.
  • Excimer-Laser: Die Rekristallisation von amorphem zu polykristallinem Silizium findet am IGM mit einem Sopra VEL 15 Excimer Laser statt. Dieser XeCl Laser mit einer Wellenlänge von 308nm kann pro ca. 200ns langem Laserpuls eine Fläche von 67mm x 27mm schmelzen. Weitere Einsatzmöglichkeiten bestehen in der Aktivierung implantierter Dotanden und der Verbesserung der Kristallqualität anderer Halbleiter. Die Maximale Substratgröße, die durch Schrittweises Verfahren des Substrates behandelt werden kann, beträgt 16" (400mm).
  • UV-Ozon Behandlung: Zur Substratreinigung und Verbesserung der Haftung folgender Schichten durch Oberflächenmodifikation besitzt das IGM eine UV-Ozonanlage für Substrate bis 16" (400mm). Intensives UV-Licht erzeugt aus dem Luftsauerstoff Ozon. Licht und Ozon bewirken eine Reinigung der Substratoberfläche von organischen Verunreinigungen und durch das Aufbrechen von Bindungen eine Aktivierung der Substratoberfläche.
  • Reibeanlage: Das IGM besitzt zur Erzeugung von Orientierungsschichten für Flüssigkristalle eine Hörnell Reibeanlage. In dieser wird die vorher aufgebrachte Polyimidschicht mit einer rotierenden samtbespannten Walze gerieben und so eine Vorzugsrichtung geschaffen, an der sich die Flüssigkristallmoleküle ausrichten.
  • Spacersprühanlage: Spacer dienen der Einhaltung eines exakten Zellabstandes zwischen den Glassubstraten einer Flüssigkristallzelle. Für das Aufbringen von 5µm großen, kugelförmigen Polymerspacern besitzt das IGM eine elektrostatische Spacersprayanlage der Firma Accudyne. Andere Spacergrößen können als Suspensionen aufgesprüht oder aufgeschleudert werden.
  • Kleberoboter: Ein X-Y-Z Roboter dient dem reproduzierbaren Aufbringen von Kleberahmen zum Fügen der beiden Substrate einer Flüssigkristallzelle.
  • Füllkammer: Für das Vakuumfüllen von Flüssigkristallen steht eine Vakuumkammer der Firma Balzers mit beweglichem Substrattisch zur Verfügung.
  • Zellenbau: Für den Zellenbau stehen verschiedene Hilfsmittel zur mikrometergenauen Ausrichtung von Grund- und Decksubstrat zur Verfügung.

Alle Zellenbauprozesse sind für Substratgrößen bis 16" (400mm) durchführbar.

  • Waferprober: Ein Waferprober der Firma Süss erlaubt in Verbindung mit einem Keithley 4100 Halbleitermessgerät die zuverlässige Charakterisierung von TFTs und anderen Halbleiterbauelementen. Darüber hinaus stehen mehrere Picoamperemeter zur schnellen Charakterisierung von Bauelementen im Reinraum, im Klimaschrank sowie unter Intertgasbedingungen zur Verfügung.
  • Kontrastwinkelmessplatz: Das Eldim EZ Contrast 160 Messgerät dient der Vermessung von Helligkeit, Kontrast und Farbort sowie der Blickwinkelabhängigkeit dieser Größen bei transmissiven, reflektiven und selbstleuchtenden Displays mit hohem Durchsatz.
  • Klimaschrank: Der Klimaschrank ermöglicht die Einstellung exakter Umweltbedingungen und somit die evaluierung der Zuverlässigkeit von Systemen unter verschiedenen Klimabedingungen sowie die beschleunigte Alterung durch erhöhte Temperaturen.
  • Optische Mikroskope: Mehrere optische Mikroskope erlauben die schnelle Inspektion von Substraten. Die optische Mikroskopie ist auf Substraten bis 16" (400mm) möglich.
  • Rasterelektronenmikroskop: Für die Anfertigung  von Bildern von Strukturen, die der optischen Mikroskopie nicht mehr zugänglich sind, steht ein Rasterelektronenmikroskop JEOL JSM 6100 zur Verfügung. Dieses wurde mit einem System zur digitalen Bildaufnahme nachgerüstet.
  • Rasterkraftmikroskop: Zur exakten Vermessung von Schichtrauhigkeiten und Oberflächentopologien besitzt das IGM ein Rasterkraftmikroskop (AFM) von DME.
  • TAB Bonder: Zur Verbindung von als Chip auf Folie (Chip on Foil, COF) vorliegenden Aktiv-Matrix Treiberchips mit Glassubstraten mittels anisotrop leitfähiger Klebefilme stehen TAB (Tape Automated Bonding) Maschinen (manuell und halbautomatisch) zur Verfügung
  • Flip-Chip Bonder: Lose vorliegende Siliziumtreiberchips können kopfüber (Flip-Chip) auf Displaygläser aufgebondet werden. Diese Technik erlaubt besonders kleine Ränder um das Display herum und bietet sich daher insbesondere für Tablet- und Smartphonedisplays an. Am IGM steht ein Flip Chip Bonder der Firma Süss zur Verfügung.

Weitere Informationen zum Labor gibt es bei:

Dieses Bild zeigt Rau
Dipl.-Ing.

Lothar Rau

Stellvertretender Institutsleiter, Laborleiter

Dipl.-Ing.

Holger Baur

Stellvertretender Laborleiter

Dieses Bild zeigt Schalberger
Dr.-Ing.

Patrick Schalberger

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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