Rettung für beschädigte Solar-Wafer

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1 Rettung für beschädigte Solar-Wafer Automatische Ultraschallreinigung sorgt für verzögerungsfreien Bearbeitungsprozess Das mittelständische Unternehmen FST, Halsbrücke, hat sich als Spezialist für die Rettung beschädigter Silicium-Wafer für Solarzellen einen Namen gemacht. Um diese vor der Auslieferung effizient zu reinigen, setzt die sächsische Firma eine Ultraschall-Reinigungsanlage der schweizerischen UCM AG ein, einer Gesellschaft der Dürr-Ecoclean- Gruppe. Nur durch die Automatisierung der Teilereinigung können die auf mehrere Millionen pro Jahr gewachsenen Stückzahlen bewältigt werden. Das Schneiden spröder Materialien, vor allem von mono- und multikristallinem Silicium, ist das Spezialgebiet der Freiberger Silicium- und Targetbearbeitung GmbH (FST). In den letzten Jahren gewann vor allem das Retten beschädigter Solar-Wafer an Bedeutung und wuchs mit Stückzahlen in Millionenhöhe zu einem der größten Geschäftsfelder des Unternehmens. Wafer sind in der Regel runde oder quadratische Scheiben aus ein- oder polykristallinen Halbleiter-Rohlingen. Diese werden als Substrat für elektronische oder mikromechanische Bauelemente sowie photoelektrische Beschichtungen in der Mikroelektronik, Mikrosystemtechnik und Photovoltaik eingesetzt. Mit dem Boom der Solarindustrie wuchs auch das Aufgabengebiet der Wafer-Rettung. Denn die Bauteile sind teuer und eine Rettung wert. FST konnte sich mit seinem Spezialangebot im Zentrum des deutschen Solar Valley rund um Freiberg etablieren. 1

2 Beschädigte Teile der Wafer werden abgeschnitten Bei der Wafer-Herstellung kommt es immer wieder zu Beschädigungen im Randbereich der quadratischen Silicium-Scheiben. FST schneidet die beschädigten Ränder ab, sodass ein intakter Wafer des nächst kleineren Formats übrig bleibt. Aktuell werden 156-mm-Wafer auf Kantenlängen von 125 mm zurückgeschnitten im Jahr 2010 mehrere Millionen. Das Schneiden von Wafern ist eine anspruchsvolle Aufgabe, die FST in einzigartiger Weise beherrsche, betont Geschäftsführer Tilo Teichmann: Silicium ist sehr spröde, und bei Waferdicken von 150 bis 200 Mikrometern stellt das Schneiden eine große Herausforderung dar. Die Wafer werden bei der FST in Paketen geschnitten und mit einem speziellen Schleifprozess auf das endgültige Maß gebracht. Durch das Schneiden und Schleifen werden die Wafer verschmutzt, daher und sie vor der Auslieferung gereinigt werden. Das starke Wachstum in diesem Bereich erforderte bei FST eine Umstellung der Reinigungsprozesse. Früher wurden die fertig bearbeiteten Wafer in Ultraschallbecken gereinigt, die Mitarbeiter von Hand beschickten. Den gestiegenen Mengen wurde dieses Verfahren nicht mehr gerecht, wie Teichmann erläutert: Es waren immer wieder Unterbrechungen der Reinigung nötig, wenn sich im Wasser oder den Chemikalien eine kritische Menge Schmutz gesammelt hatte. Die Flüssigkeiten mussten ausgetauscht und die Becken gesäubert werden. Reinigung ohne Stillstandzeiten All diese zeitraubenden und unangenehmen Aufgaben entfallen, seit FST die automatische Ultraschallreinigungslinie der Schweizer Firma UCM AG (Ultrasonic Cleaning Machines) einsetzt. Die Tochter der Reinigungstechnikgruppe Dürr Ecoclean lieferte die Anlage mit einem Portalroboter, der die Körbe mit den Wafern von Becken zu Becken transportiert. Insgesamt durchlaufen bis zu 1800 Wafer pro Stunde fünf Wannen. In den ersten beiden Wannen erfolgen bei einer Ultraschallfrequenz von 40 khz die Grob- und die Feinreinigung 2

3 mit hoch- und mildalkalischen Reinigern. In den weiteren Becken werden die Wafer zunächst mit normalem Wasser, dann mit de-ionisiertem Wasser gespült. Um eventuell noch vorhandene Restpartikel zu entfernen, kommt im vierten Becken erneut Ultraschall zum Einsatz. Das Wasser im letzten Spülbecken durchläuft kontinuierlich eine separate Aufbereitungsanlage. So wird verhindert, dass nach dem Trocknen Wasserflecken auf den Siliciumscheiben zurückbleiben. Aus dem letzten Becken hebt der Roboter den Korb mit den Wafern schließlich so langsam heraus, dass durch die Oberflächenspannung des Wassers in Zusammenspiel mit der Schwerkraft bereits der größte Teil der Flüssigkeit von den Silicium- Wafern abgezogen wird. Abschließend sorgen zwei Warmluftstationen für die endgültige Trocknung. Seit die Reinigungsanlage in Betrieb ist, entfallen die Stillstandzeiten, die sich früher durch das Leeren, Reinigen und Befüllen der Becken ergaben, erläutert Tilo Teichmann. Denn jetzt werden die Flüssigkeiten in den Becken kontinuierlich gefiltert. Auch der Chemikalieneinsatz kann nun sparsamer erfolgen, da die Konzentration in den Wannen permanent überwacht wird. Bei Bedarf wird exakt die nötige Menge hinzudosiert. Zuverlässigkeit durch seitliche Ultraschalleinheiten Als größten Vorteil der UCM-Anlage sieht Teichmann die Konstruktion der Becken an. Denn die Ultraschalleinheiten sind außen an den Becken angeflanscht und lassen sich daher leicht austauschen. Bei anderen Anlagen, die FST in Betracht gezogen hatte, befanden sich die Ultraschalleinheiten fest montiert im Bodenbereich. Die Konsequenzen davon hat der FST- Geschäftsführer in einem anderen Unternehmen bereits zur Genüge erlebt: Bei der Reinigung lagern sich immer Splitterchen oder größere Teilchen auf dem Boden ab. Erstens dämpfen sie den Ultraschall erheblich. Zweitens schmirgeln sie sehr stark und nach eineinhalb Jahren ist der Boden durchgeschliffen, erinnert sich Teichmann. Dann stand die Anlage, und die Becken mussten herausgeschweißt werden. 3

4 Beim UCM-Konzept hingegen lagern sich auf der Ultraschalleinheit kaum Teilchen ab, da sie einfach seitlich herunterfallen. Daher, so Teichmann, werde der Ultraschall auf seinem Weg zu den Wafern kaum gedämpft. Und das Schmirgeln am Beckenboden entfalle. Effiziente und unbürokratische Zusammenarbeit Nach eineinhalb Jahren kann Teichmann auch eine fundierte Bilanz der Zusammenarbeit mit UCM ziehen: Die Anlage wurde aufgestellt, es wurden Funktionstests gemacht, sie wurde befüllt, unsere Leute bekamen eine sehr gute Schulung und vom erstentag an konnten wir damit arbeiten. Dieser positive Eindruck hat sich für Teichmann im Lauf der Zeit gefestigt. Bei den extrem seltenen technischen Problemen habe UCM stets sehr effizient geholfen. Nennenswerte Stillstandzeiten hat Teichmann bei der Anlage noch nicht erlebt vielleicht mal eine Stunde, wenn ein Teil der Peripherie auszutauschen war. Kontakte: Volker Lehmann Mühlenstr Filderstadt Tel: FST Freiberger Silicium- und Targetbearbeitung GmbH Zoxy-Platz 1 D Halsbrücke Tel:

5 Fax: Bildunterschriften UCM-FST_Bild_1.jpg Reinigung per Ultraschall: Die geretteten Wafer durchlaufen in der Ultraschall-Reinigungsanlage von UCM fünf Becken. UCM-FST_Bild_2.jpg Die Reinigungslösungen und das Wasser in den Becken der UCM-Anlage werden kontinuierlich gefiltert. 5

6 UCM-FST_Bild_3.jpg Ein Portalroboter transportiert die Körbe mit den Wafern von Becken zu Becken und abschließend in die Trockenstation. UCM-FST_Bild_4.jpg Zuverlässigkeit steht für FST-Geschäftsführer Tilo Teichmann ganz oben auf seiner Prioritätenliste. Für die Ultraschallreinigungsanlage von UCM entschied er sich vor allem, weil sich die Ultraschalleinheiten nicht am Beckenboden befinden, sondern seitlich eingeschoben sind. UCM-FST_Bild_5.jpg Sechs Träger mit je 25 Wafern durchlaufen gemeinsam in einem Korb die Reinigungsbecken. Pro Stunde werden in der automatischen Anlage bis zu 1800 Wafer gereinigt und getrocknet. 6

7 Zum Unternehmen Dürr Ecoclean Die Dürr Ecoclean Gruppe ist der führende Anbieter industrieller Reinigungstechnik sowie der dazugehörigen Filtrations- und Automatisierungsanlagen. Die Unternehmensgruppe beliefert die Automobilhersteller und -zulieferer sowie den allgemeinen Markt rund um den Globus mit innovativen Standardanlagen, maßgeschneiderten Systemlösungen und Dienstleistungen. Die UCM AG mit Sitz in Rheineck (Schweiz) ist auf Anlagen zur Feinstreinigung von Werkstücken spezialisiert. In UCM-Anlagen werden Werkstücke mit höchsten Reinheitsanforderungen, zum Beispiel optische Linsen oder medizinische Implantate, partikel- und fettfrei gereinigt. Dürr Ecoclean ist Mitglied des Dürr-Konzerns und hat Standorte in Deutschland, Frankreich, Tschechien, den USA, China und Indien. Dürr ist ein Maschinen- und Anlagenbaukonzern, der in seinen Tätigkeitsfeldern führende Positionen im Weltmarkt einnimmt. Gut 80% des Umsatzes werden im Geschäft mit der Automobilindustrie erzielt. Darüber hinaus beliefert Dürr die Flugzeugindustrie, den Maschinenbau sowie die Chemie- und Pharmaindustrie mit innovativer Produktions- und Umwelttechnik. Die Dürr-Gruppe agiert mit zwei Unternehmensbereichen am Markt: Paint and Assembly Systems bietet Produktions- und Lackiertechnik, vor allem für Automobilkarosserien. Maschinen und Systeme von Measuring and Process Systems kommen unter anderem im Motoren- und Getriebebau und in der Fahrzeugendmontage zum Einsatz. Weltweit verfügt Dürr über 48 Standorte in 21 Ländern. Im Geschäftsjahr 2010 erzielte der Konzern mit rund Mitarbeitern einen Umsatz von 1,26 Mrd.. 7