DE19847100A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Zerkleinerung von Halbleitermaterial - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Zerkleinern von Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Flüssigkeitstrahl erzeugt wird, indem eine Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt und durch eine Düse gepreßt wird, der Flüssigkeitsstrahl gegen das Halbleitermaterial gelenkt wird und auf dessen Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit auftrifft, wobei sich das Halbleitermaterial auf einer Oberfläche aus Eis befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontaminationsfreien Zerkleinerung von Halbleitermaterial und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Für die Herstellung von Solarzellen oder elektronischen Bauele­ menten, wie beispielsweise Speicherelementen oder Mikroprozes­ soren, wird hochreines Halbleitermaterial benötigt. Silicium ist das in der Elektronikindustrie mit Abstand am meisten ver­ wendete Halbleitermaterial. Reines Silicium wird durch thermi­ sche Spaltung von Siliciumverbindungen, wie beispielsweise Trichlorsilan, gewonnen und fällt dabei häufig in Form von po­ lykristallinen Stäben an. Die Stäbe werden als Ausgangsmaterial beispielsweise zur Herstellung von Einkristallen benötigt. Zur Herstellung von Einkristallen nach dem Czochralski-Verfahren müssen die Stäbe zunächst in Bruchstücke zu etwa 100 mm zer­ kleinert werden. Diese Bruchstücke werden in einem Tiegel ge­ schmolzen und anschließend wird der Einkristall aus der ent­ standenen Schmelze gezogen. Im günstigsten Fall sollten dabei die gezielt in das Halbleitermaterial eingebrachten Dotierstof­ fe die einzige Verunreinigung sein, die im Halbleitermaterial vorliegt.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Zerkleinerung von Stäben vorgeschlagen worden, deren Ziel es ist, die Verunreini­ gung des Halbleitermaterials zu minimieren. Hierzu sei bei­ spielsweise auf DE-43 16 626 A1 bzw. die entsprechende US-A 5,660,335 verwiesen, die ausführlich mit dem Zerkleinern von Halbleitermaterialien in Zusammenhang stehenden Probleme sowie verschieden bereits vorgeschlagene Lösungen beschreibt. DE-43 16 626 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem ein polykristalliner Stab durch Einwirken eines Hochdruckwasserstrahls zerkleinert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfah­ rens. Bei dem offenbarten Verfahren wird ein Stab eines Halb­ leitermaterials durch Beaufschlagung mit Hochdruckwasserstrah­ len zerkleinert. Voraussetzung für das Zerkleinern ist, daß ein genügend hoher Druck aufgewendet wird, der Wasserstrahl einen genügend großen Durchmesser aufweist, möglichst senkrecht auf die Staboberfläche trifft und die Entfernung der Staboberfläche zur Düsenöffnung möglichst gering ist. Um Kontamination beim Zerkleinern zu vermeiden, werden auch Siliciumunterlagen ver­ wendet. Diese haben jedoch den Nachteil, daß sie durch die Übertragung der Kräfte während des Zerkleinerungsvorgangs be­ schädigt oder zerstört werden und ersetzt werden müssen. Hinzu kommt, daß anschließend zertrümmerte Stücke ersetzt werden müs­ sen, damit nicht Bruchstücke der Unterlage in das zu verkaufen­ de Material gelangen.

Des weiteren müssen diese Unterlagen aus Silicium entsorgt wer­ den, was weitere Kosten verursacht, da dieses Material rissig ist oder auf unerwünschte Bruchgrößen zerkleinert worden ist und daher nicht mehr verkauft werden kann. Die Herstellung ei­ ner solchen Unterlage erfordert zusätzliche Abscheidung von Si­ licium, mechanische Bearbeitung bei der Herstellung der Form­ teile und deren aufwendige Reinigung, zum Beispiel durch Ätzen mit HF/HNO₃.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfah­ ren zur Verfügung zu stellen, das die zusätzliche Kontamination von Halbleitermaterial beim Zerkleinern vermindert. Diese Auf­ gabe wird durch die Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Zerkleinerung von Halbleitermaterial, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein Flüssigkeitsstrahl erzeugt wird, indem eine Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt und durch eine Düse gepreßt wird, der Flüssigkeitsstrahl gegen das Halbleitermaterial ge­ lenkt wird und auf dessen Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit auftrifft, wobei sich das Halbleitermaterial auf einer Oberflä­ che aus Eis befindet.

Wegen der Gefährlichkeit des Hochdruckwasserstrahls befindet sich das zu brechende Halbleitermaterial auf einem Bruchtisch mit einer zusätzlichen Einhausung, wobei die dem zu zerklei­ nernden Halbleitermaterial zugewandten Oberflächen eine Eis­ schicht aufweisen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Halbleitermaterial durch Ein­ wirken eines Hochdruckwasserstrahls, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Unterlage und eine Einhausung aufweist, auf deren dem zu zerkleinernden Halbleitermaterial zugewandten Oberflächen sich eine Eisschicht befindet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Ver­ fahren werden vorzugsweise dazu genutzt, Halbleitermaterial, wie Silicium, Germanium oder Galliumarsenid, zu zerkleinern, wobei Silicium, insbesondere ultrareines Polysilicium, bevor­ zugt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wir dadurch hergestellt, daß auf der Oberfläche einer Unterlage und deren Einhausung, die aus Stahl, Kunststoff, einem Halbleitermaterial, wie zum Bei­ spiel Silicium, oder einem anderen geeigneten Material bestehen können, eine Eisschicht aus Reinstwasser gegebenenfalls im Ge­ misch mit Partikeln aus Halbleitermaterial hergestellt wird.

Bei dem Halbleitermaterial, das zur Herstellung der Eisschicht verwendet werden kann, handelt es sich vorteilhafterweise um das gleiche, das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gebrochen werden soll.

Die Unterlage und deren Einhausung, die zur Herstellung der er­ findungsgemäßen Vorrichtung mit Eis beschichtet werden, können die gleichen sein, die auch bisher in Verfahren zum Zerkleinern von Halbleitermaterialien durch Einwirken eines Hochdruckwas­ serstrahls im Stand der Technik verwendet worden sind, wobei Un­ terlage wie auch Einhausung insbesondere aus Reinstsilicium sind.

Die Eisschicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird herge­ stellt, indem es auf der Oberfläche der Unterlage und deren Einhausung abgeschieden wird, wobei auf der Unterseite des je­ weiligen Trägers Rohre befestigt sind, die von einer Kälteflüs­ sigkeit, wie z. B. vorzugsweise einer wäßrigen Kaliumcarbonat- Lösung, durchströmt werden. Zur besseren Abkühlung des Trägers liegen die Rohre vorzugsweise in einer Wärmeleitpaste. Aus Gründen der Energieeinsparung ist die dem Träger abgewandte Seite der Rohre üblicherweise isoliert. Die Kälteflüssigkeit wird in einer Kältemaschine auf vorzugsweise unter -15°C und besonders bevorzugt auf weniger als -25°C abgekühlt und durch die Rohre des Trägers gepumpt.

Während des Abkühlvorgangs und in der Folgezeit wird die Ober­ fläche der Unterlage mit Reinstwasser, welches einen spezifi­ schen Leitwert von vorzugsweise kleiner 0,01 µS/cm aufweist, besprüht. Falls erwünscht werden während des Besprühens Parti­ kel aus Halbleitermaterial, insbesondere in Form von Staub oder Granulat, kontinuierlich oder völlig diskontinuierlich belie­ big, beispielsweise durch Streuen, auf die sich bildende Eis­ schicht gegeben, wobei die Partikel aus Halbleitermaterial, die auf die sich bildende Eisschicht gegeben werden, vorzugsweise einen Durchmesser von 10 µm bis 5 mm, besonders bevorzugt zwi­ schen 500 µm und 2000 µm, haben. Der Sprühvorgang wird so lange fortgesetzt, bis die Schicht vorzugsweise auf eine Dicke von 0,5 cm bis 30 cm, besonders bevorzugt auf 5 cm bis 20 cm, ins­ besondere auf 5 cm bis 10 cm angewachsen ist.

Falls zur Herstellung der Eisschicht der erfindungsgemäßen Vor­ richtung Halbleiterpartikel verwendet werden, liegt der Anteil von diesen in der Eisschicht zwischen 5 und 70 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt zwischen 15 und 35 Gewichtsprozent.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das zu zerkleinernde Halbleitermaterial, wie beispielsweise nach dem Siemensverfah­ ren erzeugte Siliciumstäbe, auf die Eisschicht der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung gelegt, um es durch Einwirken eines Hoch­ druckwasserstrahls zu brechen. Dazu wird mindestens ein Flüssig­ keitsstrahl erzeugt, indem eine Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, mit Druck beaufschlagt und durch eine Düse gepreßt wird, der Flüssigkeitsstrahl gegen das Halbleitermaterial gelenkt wird und auf dessen Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit auftrifft.

Maßnahmen und Einzelheiten von Zerkleinerungsverfahren unter Einwirken eines Hochdruckwasserstrahls sind bereits bekannt und unter anderem in der eingangs erwähnten DE-A 43 16 626 detail­ liert beschrieben, welche zum Offenbarungsgehalt der vorliegen­ den Erfindung zu zählen ist.

Nach dem Zerkleinerungsvorgang wird das entstandene Eis- Silicium-Gemisch mit einem Silicium-Schieber auf eine geheizte Silicium-Unterlage geschoben und mit Strahlungsheizern getrock­ net. Nach dem Trocknungsverfahren kann dann beispielsweise das übliche Klassieren auf Siliciumsieben stattfinden. Falls die Eisschicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung Siliciumpartikel enthält, werden diese üblicherweise von dem im erfindungsgemä­ ßen Brechverfahren zerkleinerten Halbleitermaterial getrennt. Dies kann beispielsweise durch Sieben erfolgen. Die Silicium­ partikel können aber auch mit Luft aus dem Halbleiterprodukt ausgeblasen werden.

Es ist selbstverständlich, daß bei Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens die erfindungsgemäße Vorrichtung gekühlt wird, um ein Auftauen der Eisschichten zu verhindern.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Eisschicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Hoch­ druckwasserstrahl kontinuierlich durch Spritzwasser regeneriert wird. Dadurch ist es möglich das erfindungsgemäße Zerkleine­ rungsverfahren ohne Prozessunterbrechung durchzuführen. Die sonst übliche Kontrolle zur Verhinderung der Kontamination des Halbleiterproduktes durch eine beschädigte Zerkleinerungsvor­ richtung kann vorteilhafterweise entfallen.

Des weiteren hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß Halbleitermaterial kontaminationsfrei zerkleinert werden kann.

Ist die Eisschicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit feinen Halbleiterpartikeln durchsetzt, werden Spannungen im Eis abge­ baut, was die Stabilität und innere Festigkeit der Eisschicht im erfindungsgemäßen Zerkleinerungsverfahren erheblich erhöht.

Claims (5)

1. Verfahren zum Zerkleinern von Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Flüssigkeitsstrahl erzeugt wird, indem eine Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt und durch eine Düse gepreßt wird, der Flüssigkeitsstrahl gegen das Halb­ leitermaterial gelenkt wird und auf dessen Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit auftrifft, wobei sich das Halbleitermaterial auf einer Oberfläche aus Eis befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß es sich bei dem Halbleitermaterial um Silicium handelt.

3. Vorrichtung zum Zerkleinern von Halbleitermaterial durch Einwirken eines Hochdruckwasserstrahls, die dadurch gekennzeich­ net ist, daß sie eine Unterlage und eine Einhausung aufweist, auf deren dem zu zerkleinernden Halbleitermaterial zugewandten Oberflächen sich eine Eisschicht befindet.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisschicht aus Reinstwasser hergestellt wird.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisschicht aus Reinstwasser und Partikeln aus Halbleiterma­ terial hergestellt wird.