SiC-Wafer schleifen: Tempo für die Chipfertigung

Siliziumkarbid ist so hart, dass erfahrene Schleifer davor zurückschrecken. Auf der Grindinghub 2026 zeigen Schweizer Unternehmen, wie die Bearbeitungszeit von SiC-Ingots von 24 auf drei Stunden sinkt und Oberflächen Qualitäten im Ångström-Bereich erreichen.

Der Halbleitermarkt wächst rasant. Mikrochips stecken längst nicht nur in Elektrofahrzeugen und Ladestationen, sondern auch in Solar- und Windkraftanlagen und in der gesamten Bandbreite der Kommunikationstechnik. Mit erwarteten Wachstumsraten von über 30 Prozent pro Jahr bietet dieser Multi-Milliarden-Markt der Schleiftechnik erhebliche Absatzchancen. Auf der Fachmesse Grindinghub, die der VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken) vom 5. bis 8. Mai 2026 in Stuttgart veranstaltet, können Fachbesucher aktuelle Maschinen und Präzisionsschleifprozesse im Ångström-Bereich in Augenschein nehmen. Klar ist: Wenn Europa bei der Halbleiterproduktion gegenüber Asien und den USA Boden gutmachen will, muss vieles schneller gehen, auch in der Fertigung.

Produktion durchläuft mehrere Verarbeitungsschritte

Bei Wafern handelt es sich um dünne Scheiben, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Mikrochips dienen. Ihre Produktion durchläuft mehrere Verarbeitungsschritte. Um Silizium (Si) oder Siliziumkarbid (SiC) für die Halbleiterindustrie verwenden zu können, muss es als Einkristall gezüchtet werden. Die sogenannten Ingots und Boules werden anschliessend zu einem Puck-Rohling bearbeitet. In Scheiben geschnitten, entstehen die Wafer, die dünn geschliffen, poliert und mit einer Epitaxie-Schicht versehen werden, bevor sie in den Fotolithografieprozess gelangen. Mit Hilfe von Maskierungen und Licht werden Schaltkreismuster in den Wafer geätzt. Am Ende lassen sich aus dem Wafer einzelne Mikrochips schneiden.

Für die Schleifbearbeitung stellt das Substrat allerdings eine Hürde dar. «Wir konnten bei Schleifern, die bisher fast ausschliesslich auf metallischen Werkstoffen gearbeitet haben, schon eine respektvolle Zurückhaltung feststellen», berichtet Egeter. Das Zerspanungsverhalten beim Schleifen von Keramiken sei vollkommen anders als bei Metall. Wer diese Schwelle überwinde, dem eröffne sich ein stetig wachsendes Anwendungsfeld: technische Keramiken und einkristalline Halbleitersubstrate. «SiC hat sich für gewisse Leistungsklassen bereits als Benchmark im Halbleiterbereich etabliert», so Egeter.

Von 24 auf drei Stunden: SiC-Ingots schneller bearbeiten

Die Halbleiterfertigung braucht Zeit. Die Lieferung der Chips erfordert einen langen Vorlauf, der etlichen Industriezweigen zu schaffen macht. Allein der Rohkristall, der im Hochtemperaturofen bei rund 2’400 °C gezüchtet wird, benötigt gut zwei Wochen, bevor er in eine Halbzeug-Form gebracht werden kann. Für diesen «Ingot/Boule to Puck»-Schritt hat die Hardinge-Gruppe, zu der Kellenberger gehört, ein Entwicklungsteam aus Ingenieuren und Anwendungstechnikern aufgebaut, unterstützt von SiC-Branchenexperten und Rohstofflieferanten. Das Team analysierte die Ineffizienzen der bisherigen SiC-Ingot-Verarbeitung. Die Erkenntnisse flossen in eine automatisierte All-in-One-5-Achs-Maschine, auf der sich alle derzeit relevanten Spezifikationen und Durchmesser von SiC-Ingots bearbeiten lassen.

Die zentrale Verbesserung: Mit automatisierter Be- und Entladung könne die Maschine die Bearbeitungszeit eines Ingots zu einem Puck von über 24 Stunden auf zwei bis drei Stunden reduzieren, heisst es bei Kellenberger. Das Präzisionsschleifen in der Halbleiterfertigung gewinnt damit nicht nur an Geschwindigkeit, sondern auch an Wirtschaftlichkeit.

Polieren verkürzen, Durchsatz erhöhen

Üblicherweise werden Wafer zunächst geschliffen und dann poliert, um die geforderten hohen Oberflächengüten zu erzielen. Die dabei eingesetzten Slurries, Mischungen aus feinen festen Partikeln und einer Flüssigkeit, sind teuer. «Je länger ein Polierprozess dauert und je grösser die Waferfläche, desto interessanter wird es, den Polierprozess weitgehend zu minimieren oder ganz herauszunehmen», so Sileno. Die grösste Herausforderung beim SiC-Wafer-Schleifen sei es gewesen, die passende Bindung für das Submikron-Diamantkorn (< 1 µm) zu entwickeln. Genau darin sieht Sileno die Stärke von Meister Abrasives: die Schleifbelagsstruktur für jede Anwendung detailliert anpassen zu können. Der Kunde spare durch verkürzte oder überflüssig gewordene Polierprozesse wertvolle Zeit, reduziere Kosten, benötige weniger Infrastruktur und erhöhe den Durchsatz.

Die Europäische Union hat sich zum Ziel gesetzt, ihren Marktanteil in der Halbleiterproduktion von derzeit 9 bis 10 Prozent in den kommenden Jahren deutlich auszubauen. Grössere Volumina würden auch der Schleiftechnik neue Aufträge bringen. «Angesichts der starken Dominanz weniger Anbieter auf dem Weltmarkt», so Sileno, «sind wir als kundenspezifisch positionierte Anbieter bevorzugte Partner.» Ob sich dieses Selbstbewusstsein in Aufträge übersetzt, hängt auch davon ab, wie schnell europäische Chipfabriken tatsächlich entstehen.

Die Grindinghub findet vom 05. bis 08. Mai 2026 in Stuttgart statt.