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Forschung & Technik
Waferproduktion
»
Entscheidender Vorsprung
Das Zersägen von Siliziumblöcken soll ausgerechnet
mithilfe von Diamanten billiger werden
Siliziumblöcke in hauchdünne Wafer
zu zerteilen ist eine komplizierte und
teure Angelegenheit. Standard war
hier lange Zeit die Verwendung von
Siliziumkarbid, doch nun sind Diamantdrähte
auf dem Vormarsch. Das
Verfahren hat nicht nur Vorteile, aber
es erspart Zeit und erhöht damit den
Durchsatz der teuren Maschinen. Dies
dürfte am Ende den Ausschlag geben.
Wer glaubt, die Herstellung von Solarzellen
sei eine Angelegenheit
für Reinraumtechnik oder zumindest
für akribisch sauber gehaltene Produktionshallen,
hat einen wichtigen Produktionsschritt
vergessen: Bevor aus einem
Siliziumblock (Ingot) die hauchdünnen
Wafer – das Vorprodukt zur Solarzelle –
werden, muss er zersägt werden. Und das
ist eine sehr schmutzige Sache.
Das bedeutet aber keinesfalls, dass es
nicht auch hier auf äußerste Präzision
ankommt. Bei monokristallinem Material
sind die Ingots zylinderförmig und
müssen zunächst auf einen rechteckigen
Querschnitt gebracht werden (wobei
normalerweise eine »semiquadratische«
Form mit abgerundeten Ecken gewählt
wird). Auch bei multikristallinem
Material sind die großen Blöcke in mehrere
kleine zu zerteilen. Schon bei diesem
Grobzuschnitt – »Cropping« und
»Squaring« genannt – kommt es auf extrem
saubere Führung und glatte Sägekanten
an. Richtig kompliziert wird es
dann beim »Wafering«, also dem Zerteilen
der Blöcke in möglichst dünne Scheiben.
Denn der Begriff »möglichst dünn«
bewegt sich hier in Bereichen zwischen
100 und 300 Mikrometern, also 0,1 bis
0,3 Millimetern.
Für Cropping und Squaring werden
standardmäßig Bandsägen benutzt. Für
das Wafering sind ihre Pendants, die
Innenlochsägen, schon seit längerem
Grobschnitt: Monokristalline Siliziumblöcke im Drahtnetz eines »Squarer« von Applied Matrials
nicht mehr gebräuchlich, hier kommen
Drahtsägen zum Einsatz, die mit einem
in extrem geringen Abständen gewickelten
Draht die Ingots zerteilen. Das Sägen
ist zeitaufwendig, hat enormen Einfluss
auf die Qualität der Wafer und damit die
Güte der aus ihnen gefertigten Solarzellen.
Und die Maschinen sind extrem teuer.
Deshalb sind technische Neuerungen
auf diesem Gebiet für die gesamte Industrie
von großer Bedeutung und ebenso natürlich
für den Endkunden, der bei gesunkenen
Produktionskosten auf günstigere
Modulpreise hoffen darf. Genau solch ein
Wandel ist derzeit im Gange: Es geht um
die kostengünstigste Sägemethode. Paradoxerweise
spielen hierbei ausgerechnet
Diamanten eine wichtige Rolle.
Den Nachteil zum Vorteil gemacht
Zunächst setzten die Veränderungen
schon beim Cropping und Squaring an.
Die Schweizer Applied Materials Switzerland
SA (ehemals HCT Shaping Systems
SA) hat bereits vor einigen Jahren ein Verfahren
namens »Structured wire« (strukturierter
Draht) entwickelt, bei dem auch
für diese beiden Schritte Drahtsägen benutzt
werden. Damit zog man die Aufmerksamkeit
des ebenfalls in der Schweiz
ansässigen Konkurrenten Meyer Burger
AG auf sich, der 2009 auch Drahtsägen
für den Ingot-Zuschnitt präsentierte mit
dem Unterschied, dass hierbei der auch
für das Wafering übliche Standard-Metalldraht
Verwendung finden sollte.
Das aber »funktioniert so nicht«, sagt
Romain Beau de Lomenie von der Abteilung
»Sawing solutions« des Konkurrenten
Applied Materials. Und zwar deswegen,
weil es nicht der Draht selber ist, der
beim Sägen das Material zerteilt, sondern
das »Slurry«, eine Mischung aus Flüssigkeit
und Siliziumkarbid. Letzteres wird
Applied Materials Inc.
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PHOTON Juni 2011