Silizium besser schneiden

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Um Siliziumblöcke in hauchdünne Wafer zu zersägen, braucht man das richtige Werkzeug: einen Kilometer langen Draht, benetzt mit einer Art Schleifpaste. Doch müssen alle Parameter optimal angepasst sein – nur so vermeidet man beim Schneiden große Materialverluste.

Damit aus den Siliziumblöcken, auch Ingots genannt, hauchdünne Wafer entstehen, ist ein besonderes Sägewerkzeug nötig: Ähnlich einem Eierschneider fräst sich ein filigraner Draht mit einer Geschwindigkeit von bis zu 60 Stundenkilometern durch den Ingot. Mehrere Hundert Kilometer lang ist dieser Draht – und er wird so geführt, dass der Quader gleichzeitig in Hunderte von Wafern zersägt wird. Dieser Prozess dauert etwa sechs Stunden. Die Scheiben, die dabei entstehen, sind etwa 180 Mikrometer dick.

“Die Herausforderung beim Sägen der Wafer ist, die Sägespaltbreite zu reduzieren”, sagt Dr. Rainer Kübler, Leistungsbereichsleiter am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM. Die Sägespaltbreite ist der Abstand zwischen zwei Wafern, der maßgeblich durch die Dicke des Drahtes bestimmt ist. Der Stahldraht wird mit einer Art Paste, der Slurry, benetzt – eine Mischung aus Siliziumcarbid und Polyethylenglycol. Sie ist härter als Silizium und fräst sich durch den Ingot. Der Spalt entsteht, weil das Silizium beim Sägen zerstaubt.


Lichtmikroskopische Untersuchung von gesägten Siliziumwafer-Oberflächen. Vorne im Bild: Ein Silizium-Block mit gesägten Wafern, Drahtspulen sowie eine fertige Solarzelle.
Foto: Fraunhofer IWM

“Bisher betragen die Spaltbreiten etwa 180 Mikrometer. Das bedeutet: Bei einer Waferdicke von 180 Mikrometern haben wir pro Siliziumscheibe die gleiche Menge an Verschnitt. Das ist ineffizient.” Das Ziel der Forscher: “Wir wollen geringere Sägespaltbreiten von etwa 100 Mikrometern erreichen, die auch industriell umgesetzt werden können.”