Berliner entwickelten Laser-Ritzer für die Chip-Industrie

Wie kommen die kleinen Silizium-Solarzellen in Taschenrechner, Uhren, Laptops und tragbare Telefone? Das Vorprodukt, die so genannten Wafer-Scheiben, sind in der Regel zwölf mal zwölf Zentimeter groß und müssen auf die kleinen Geräte zugeschnitten werden. Die Laser- und Medizin-Technologie GmbH Berlin (LMTB) hat dazu einen Laser-Ritzer entwickelt, der die Wafer schonender und präziser als herkömmliche Diamant-Schneider in passende Größe zerlegt.

Diamantsägen sind relativ grobe Instrumente. Sie rauen die Schnittkanten auf, was an den Solarzellen zu Kurzschlüssen und zu Leistungsverlusten von bis zu 30 Prozent führt, wie LMTB-Maschinenbauingenieur Alexander Binder erläutert. Der LMTB-Laser hingegen ritzt nur die Rückseite der Wafer an und die Solarzellen können mit wesentlich saubereren Schnittkanten getrennt werden. Die Bruchkante entspricht dabei der Korngröße der Silizium-Oberfläche. Zwei Zahlen verdeutlichen den Unterschied: Diamant-Sageblätter schneiden mit einer Breite von 400 Mikrometer (Millionstel Meter) in das Material, der Laser mit nur noch 20 Mikrometer oder 0,02 Millimeter.

Das klingt alles noch nicht besonders spektakulär, doch die Auswirkungen sind enorm. Wegen der stark schwankenden Qualität nach dem Schneiden werden Silizium-Zellen in sechs Leistungsklassen eingeteilt; beim Laser-Ritzen sind sie immer in der besten. Da der Laser ohne Wärme arbeitet, lässt er sich gut auch für das Trennen von Computer-Schaltkreisen verwenden; die Gefahr, dass die Rechen-Chips wegen des relativ groben Diamant-Trennens an den Schaltungen durchschmurgeln und unbrauchbar werden, ist gebannt.

Auf mindestens eine Million Exemplare täglich schätzt LMTB-Geschäftsführer Gerhard Müller die weltweite Wafer-Produktion. Ungefähr fünf Prozent der Wafer fallen wegen Staubentwicklung aus. Staub fällt beim Diamantschneiden in nicht unerheblichem Maße an, nicht jedoch beim Laser-Ritzen: "Der Laser verschleißt nicht, der Abtrag am Wafer ist deutlich vermindert und das Verfahren damit praktisch staubfrei", führt Binder die Vorteile der neuen Methode an. Das Verfahren bringe zudem eine deutlich höhere Ausbeute an Solarzellen. "Das sind täglich Tonnen, die man an Silizium sparen könnte", sagt Müller.

"Die Kunst besteht darin, die optimale Ritztiefe zu ermitteln und diese konstant zu halten", sagt Binder zu seiner Arbeit in den LMTB-Laboren. Die Laser-Lichtimpulse sind 40 bis 50 Nanosekunden lang (Milliardstel Sekunde) und dringen einige Zehntel Millimeter ein. Der weltweit bekannte Chip-Hersteller Intel habe Laser-Ritzer im Einsatz, "aber nicht mit der LMTB-Präzision", wie Müller mit Stolz hervorhebt.

Die Testphase wurde finanziell gefördert vom Bundesforschungsministerium und dem Senat Berlin. Jetzt hat ein Hersteller, den die LMTB-Leute nicht nennen dürfen, den Bau einer Wafer-Ritzanlage bezahlt. Sie steht in der LMTB-Außenstelle in Berlin-Adlershof und kann zehn 4-Zoll-Wafer gleichzeitig bearbeiten. Jetzt werde daran gearbeitet, die Prozessgeschwindigkeit, also das Tempo des Wafer-Ritzens zu erhöhen. Der Laserstrahl schaffe vier Meter pro Minute, langsamer als der Diamant. Müller: "Da kneift es noch, aber in wenigen Monaten haben wir eine Lösung." (dpa) / (se)