本發(fā)明涉及根據(jù)獨立權(quán)利要求前序部分的、一種用于將尤其是由多晶硅制成的棒狀材料片段化的方法、一種用于實施該方法的設(shè)備以及一種該設(shè)備的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

主要使用西門子法來制造高純度多晶硅，高純度多晶硅是用于太陽能或電子工業(yè)的多晶或單晶襯底的晶體培育的基本材料。借助該方法制造厚度在100mm至150mm之間的范圍內(nèi)的多晶硅棒，這些多晶硅棒必須被破碎成小塊才能用在晶體生長爐中。

在此應(yīng)注意，所述小塊應(yīng)盡可能具有介于10mm至30mm之間的大小，不應(yīng)小于2mm且不應(yīng)呈針狀，否則這會對流變特性產(chǎn)生不利影響。由于硅具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，因此很難將硅棒破碎成大小且形狀盡可能均勻的片段。

此外應(yīng)注意，高純度基本材料在破碎時不得因接觸雜質(zhì)而被污染。材料被雜質(zhì)、尤其是被金屬污染是很苛刻的并且應(yīng)小于5ppb、更優(yōu)選低于2ppb。

現(xiàn)有技術(shù)中公開了各種用于破碎硅棒的方法，在這些方法中，要么通過機(jī)械、要么通過熱作用、要么通過機(jī)械和熱作用的結(jié)合來破碎棒。也已知通過沖擊波來破碎棒。

但所有這些已知方法在運行成本及設(shè)備成本、能耗、材料粒度和/或材料污染方面都存在實質(zhì)性缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的任務(wù)在于提供不具有或至少部分避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點的方法和裝置。

該任務(wù)通過獨立權(quán)利要求的技術(shù)方案得以解決。

相應(yīng)地，本發(fā)明的第一方面涉及一種用于將優(yōu)選由半導(dǎo)體材料、如多晶硅制成的棒狀材料片段化的方法。

在此，將具有兩個或更多個電極的電極裝置這樣設(shè)置在待片段化棒狀材料的浸入工藝流體、優(yōu)選水中的區(qū)段的區(qū)域中，使得所述電極浸入工藝流體中并且不僅相互間具有距離而且分別與棒狀材料具有距離。

這樣選擇所述距離，使得通過給電極裝置加載高壓脈沖可在所述電極區(qū)域中產(chǎn)生穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿。所述距離的大小與工藝流體的導(dǎo)電率、棒狀材料的導(dǎo)電率及高壓脈沖的大小有關(guān)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)具體運行情況通過簡單的試驗確定適合的距離。

給電極裝置加載高壓脈沖，使得產(chǎn)生穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿。在產(chǎn)生高壓擊穿期間，在電極裝置和棒狀材料之間產(chǎn)生沿棒狀材料縱向方向的相對運動，由此穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿的位置在棒狀材料的縱向方向上不斷變化。

借助本發(fā)明方法例如可將棒狀半導(dǎo)體材料和尤其是硅棒以較低能耗破碎成大小和形狀相對均勻的片段，這些片斷最適合于在晶體生長爐內(nèi)進(jìn)一步處理。利用該方法也可將雜質(zhì)污染保持在極低水平。

在該方法的一種優(yōu)選實施方式中，棒狀材料在片段化時完全浸入工藝流體中。在此，棒狀材料優(yōu)選具有大致水平的位置。

在此進(jìn)一步優(yōu)選，棒狀材料在片段化時容納在向上開口的盆狀或碗狀容器中，并且由該棒狀材料的片段化產(chǎn)生的片段收集在該容器中并且在完全片段化后與該容器一起被運走。

因此，該方法可在工業(yè)批量處理中借助相對簡單且沒有復(fù)雜運輸裝置的設(shè)備來實施。

在該方法的另一種優(yōu)選實施方式中，棒狀材料在片段化時以一個端部浸入工藝流體中，并且棒狀材料在此優(yōu)選具有傾斜位置，在該傾斜位置中，棒狀材料的下端部浸入工藝流體中。由此，該方法可以按簡單的方式在準(zhǔn)連續(xù)運行中通過連續(xù)將棒狀材料供應(yīng)到被工藝流體灌滿的片段化區(qū)中來實現(xiàn)。

有利的是，電極裝置和棒狀材料之間的相對運動至少部分通過使棒狀材料沿其縱向方向移動產(chǎn)生。

替代或補(bǔ)充地規(guī)定，為了在電極裝置和棒狀材料之間產(chǎn)生相對運動，使電極裝置沿棒狀材料的縱向方向移動。

根據(jù)設(shè)備方案，所述一種或另一種方案或兩種方案的組合可以是特別優(yōu)選的。

在此，在后一種方案中，優(yōu)選使電極裝置與產(chǎn)生高壓脈沖的高壓發(fā)生器一起沿棒狀材料的縱向方向移動。由此可棄用電極裝置與高壓發(fā)生器復(fù)雜的可動連接。

如果棒狀材料在片段化時具有傾斜位置或優(yōu)選水平位置，并且電極裝置的電極在此設(shè)置在棒狀材料上方、優(yōu)選相對于棒狀材料的縱軸線大致居中，那么由此可實現(xiàn)特別均勻的片段化結(jié)果。

優(yōu)選這樣設(shè)置電極裝置的電極，使得相應(yīng)電極到棒狀材料表面的距離分別處于2mm至40mm的范圍內(nèi)，并且各電極之間的距離處于40mm至100mm之間的范圍內(nèi)。所述范圍內(nèi)的距離已證明是特別適合的。

優(yōu)選以在100KV至300KV之間的范圍內(nèi)、尤其是以在150KV至200KV之間的范圍內(nèi)的高壓脈沖加載電極裝置，以便產(chǎn)生穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿。

高壓脈沖優(yōu)選具有在300焦耳至1000焦耳之間、尤其是500焦耳至750焦耳之間的每脈沖功率。

所述電壓范圍和功率范圍已證明是特別適合的。

優(yōu)選以具有在0.5Hz至40Hz之間的范圍內(nèi)、尤其是在1Hz至5Hz之間的范圍內(nèi)的脈沖頻率的高壓脈沖加載電極裝置，以便產(chǎn)生穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿。

優(yōu)選這樣進(jìn)行電極裝置和棒狀材料之間的相對運動和/或給電極裝置加載高壓脈沖，使得電極裝置每毫米相對運動被加載0.5至1.0個脈沖、尤其是0.1至2.0個脈沖。

這種脈沖頻率和每毫米相對運動的脈沖加載已證明是特別適合的。

優(yōu)選以工藝流體沖刷在電極裝置的電極和棒狀材料之間的區(qū)域，該區(qū)域被灌滿工藝流體。通過這種方式可從處理區(qū)中去除細(xì)料并且確保處理區(qū)中的工藝流體的恒定質(zhì)量，這有利于穩(wěn)定的工藝控制。

在本方法的一種優(yōu)選實施方式中，電極裝置的所述至少兩個電極的第一電極被加載高壓脈沖，而所述電極的第二電極位于固定電位、尤其是被接地，以便產(chǎn)生穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿。

在本方法的另一種優(yōu)選實施方式中，同時以具有不等于地電位的不同電位的脈沖加載電極裝置的所述至少兩個電極，以便產(chǎn)生穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿。

根據(jù)所使用的高壓脈沖源的類型和結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)選所述一種或另一種方案。

本發(fā)明的第二方面涉及一種用于實施根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的設(shè)備。該設(shè)備包括可用工藝流體、優(yōu)選水填充的處理室，并且棒狀材料或其區(qū)段可這樣設(shè)置在處理室中，使得棒狀材料或棒狀材料區(qū)段在處理室用工藝流體填充的情況下被工藝流體包圍。

此外，所述設(shè)備包括具有至少兩個電極的電極裝置，所述電極在處理室用工藝流體填充并且正常容納棒狀材料或容納棒狀材料區(qū)段的情況下可為正常運行這樣設(shè)置在棒狀材料或容納棒狀材料的所述區(qū)段的區(qū)域中，使得所述電極浸入工藝流體中并且在此相互間具有距離并且分別與棒狀材料具有距離，所述距離允許在正常運行中通過給電極裝置加載高壓脈沖來在所述電極區(qū)域中產(chǎn)生穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿。

如上所述，所述距離與工藝流體的導(dǎo)電率、棒狀材料的導(dǎo)電率及高壓脈沖的大小有關(guān)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)具體運行情況通過簡單的試驗來確定適合的距離。

所述設(shè)備還包括用于給電極裝置加載高壓脈沖以便產(chǎn)生穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿的器件以及用于在正常運行中產(chǎn)生高壓擊穿期間在電極裝置和棒狀材料之間這樣產(chǎn)生沿棒狀材料縱向方向的相對運動的器件，使得穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿的位置在該材料的縱向方向上不斷變化，棒狀材料在該位置上始終被工藝流體包圍并且電極在該位置上始終浸入工藝流體中。

借助本發(fā)明設(shè)備可以按簡單方式實施根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法。

在一種優(yōu)選實施方式中，所述設(shè)備包括用于容納棒狀材料的裝置、優(yōu)選用于容納棒狀材料的向上開口的盆狀或碗狀容器。借助該容器，棒狀材料可在正常運行中在處理室中完全被工藝流體包圍，更確切地說優(yōu)選處于水平位置中。

在此，另外優(yōu)選這樣構(gòu)造該設(shè)備，使得所述盆狀或碗狀容器在正常的片段化運行后可與位于其中的由片段化產(chǎn)生的棒狀材料片段一起被從設(shè)備中取出。

由此可為工業(yè)批量處理提供無復(fù)雜運輸裝置的相對簡單的設(shè)備。

在另一種優(yōu)選實施方式中，所述設(shè)備包括用于容納棒狀材料的裝置，借助該裝置可這樣保持棒狀材料，使得該棒狀材料在處理室中以一個端部浸入工藝流體中，尤其是這樣浸入工藝流體中，使得棒狀材料在此具有傾斜位置并且其下端部浸入處理室內(nèi)的工藝流體中。由此可以按簡單的方式實現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)設(shè)備，在該準(zhǔn)連續(xù)設(shè)備中，棒狀材料連續(xù)地、尤其是通過重力輸送被供應(yīng)到被工藝流體灌滿的片段化區(qū)中并且在其中被片段化。

在設(shè)備的一種優(yōu)選實施方式中，所述用于在電極裝置和棒狀材料之間產(chǎn)生相對運動的器件構(gòu)造成用于使棒狀材料沿其縱軸線移動。

替代或附加地，所述器件構(gòu)造成用于使電極裝置沿棒狀材料的縱軸線移動。

根據(jù)設(shè)備方案，所述一種方案或另一種方案或兩種方案的組合可以是特別優(yōu)選的。

在此，在后一種方案中優(yōu)選，所述用于給電極裝置加載高壓脈沖的器件包括高壓脈沖發(fā)生器，并且所述用于在電極裝置和棒狀材料之間產(chǎn)生相對運動的器件構(gòu)造成用于使電極裝置與高壓脈沖發(fā)生器一起沿棒狀材料的縱軸線移動。由此可棄用電極裝置與高壓脈沖發(fā)生器復(fù)雜的可動連接。

優(yōu)選這樣構(gòu)造所述設(shè)備，使得電極裝置的所述至少兩個電極在正常情況下可設(shè)置在棒狀材料上方、優(yōu)選相對于棒狀材料的縱軸線大致居中。借助這種設(shè)備可實現(xiàn)特別均勻的片段化結(jié)果。

優(yōu)選可這樣設(shè)置電極裝置的電極，使得各電極與棒狀材料表面的距離分別處于2mm至40mm的范圍內(nèi)，并且所述電極之間的距離處于40mm至100mm之間的范圍內(nèi)。這種距離已證明是特別適合的。

此外，優(yōu)選所述設(shè)備包括用于尤其是自動調(diào)節(jié)相應(yīng)電極與棒狀材料的距離的器件、優(yōu)選在設(shè)備正常運行期間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

所述用于給電極裝置加載高壓脈沖的器件有利地構(gòu)造成用于以在100KV至300KV之間的范圍內(nèi)、尤其是150KV至200KV之間的范圍內(nèi)的高壓脈沖加載電極裝置，該高壓脈沖具有在300焦耳至1000焦耳之間的范圍內(nèi)、尤其是500焦耳至750焦耳之間的范圍內(nèi)的每脈沖功率和在0.5Hz至40Hz之間、尤其是在1Hz至5Hz之間的范圍內(nèi)的脈沖頻率。

這些參數(shù)范圍已證明是特別適合的。

此外優(yōu)選的是，這樣構(gòu)造所述用于在電極裝置和棒狀材料之間產(chǎn)生沿棒狀材料縱向方向的相對運動的器件或用于給電極裝置加載高壓脈沖的器件，使得在片段化運行中電極裝置每毫米相對運動可被加載0.5至1.0個脈沖、尤其是0.1至2.0個脈沖。這種每毫米相對運動的脈沖頻率已證明是特別適合的。

在另一種優(yōu)選實施方式中，所述設(shè)備包括用于在片段化運行期間用工藝流體沖刷在電極裝置的電極與棒狀材料之間的區(qū)域的器件。這種器件例如包括一個或多個供應(yīng)噴嘴，通過所述噴嘴可將新鮮或再生的工藝液體噴入在電極和棒狀材料之間的區(qū)域中。由此可從該區(qū)域去除細(xì)粒并且保持該區(qū)域中工藝液體的導(dǎo)電性恒定，這有利于穩(wěn)定的工藝控制。

在設(shè)備的另一種優(yōu)選實施方式中，電極裝置的所述至少兩個電極的第一電極可被加載高壓脈沖，而所述至少兩個電極的另一電極則處于固定電位、尤其是被接地，以便產(chǎn)生穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿。

在設(shè)備的另一種優(yōu)選實施方式中，電極裝置的所述至少兩個電極可同時被加載具有不等于地電位的不同電位的脈沖，以便產(chǎn)生穿過棒狀材料和/或沿棒狀材料表面的高壓擊穿。

根據(jù)電極裝置和所使用的高壓脈沖發(fā)生器，可以優(yōu)選所述一種或另一種實施方式。

此外優(yōu)選的是，本發(fā)明設(shè)備還包括設(shè)備控制裝置，借助該設(shè)備控制裝置優(yōu)選可在片段化運行期間有利地根據(jù)在正常運行中確定的設(shè)備參數(shù)和/或工藝參數(shù)優(yōu)選自動調(diào)節(jié)和/或控制高壓脈沖的能量、高壓脈沖的頻率、電極裝置和棒狀材料之間的相對速度、電極與棒狀材料之間的距離和/或特定設(shè)備參數(shù)。

本發(fā)明的第三方面涉及一種根據(jù)本發(fā)明第二方面的設(shè)備的應(yīng)用，即用于將由半導(dǎo)體材料、優(yōu)選由多晶硅制成的棒狀物片段化。對于設(shè)備的這種應(yīng)用而言，本發(fā)明的優(yōu)點尤為顯著地顯現(xiàn)。

附圖簡述

本發(fā)明的其它方案、優(yōu)點和應(yīng)用由從屬權(quán)利要求和參考圖1的下述說明給出。該圖示出本發(fā)明設(shè)備的局部剖視圖。

本發(fā)明的實施方式

圖1以剖視圖示出根據(jù)本發(fā)明的用于根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法將多晶硅棒1片段化的設(shè)備的一部分，該剖視圖橫向于設(shè)置在該設(shè)備中的待片段化硅棒1的縱向方向。

如可看出那樣，該設(shè)備包括沿硅棒1縱向方向延伸的槽池9，該槽池形成符合要求的處理室8，該處理室用工藝流體2、在當(dāng)前情況下是水2填充。

待片段化硅棒1設(shè)置在處理室8內(nèi)的盆狀容器7中，該容器的內(nèi)壁由聚氨酯墊10制成，所述聚氨酯墊向下支承在由PE(聚乙烯)制成的襯墊11上。所述待片段化硅棒在此具有水平位置并且完全被工藝流體2包圍。盆狀容器7這樣構(gòu)造并且支承在處理室8中，使得該容器可在硅棒1被完全片段化后與由此產(chǎn)生的硅棒1片段(其作為散料設(shè)置在容器中)一起被從處理室8中取出。

此外，該設(shè)備包括具有兩個電極5、6的電極裝置4，所述電極相對于硅棒1的縱軸線大致居中設(shè)置在該硅棒上方。兩個電極5、6浸入工藝流體2中，并且左側(cè)電極5在片段化運行中被同樣屬于該設(shè)備的高壓脈沖發(fā)生器(未示出)加載高壓脈沖，而右側(cè)電極6接地。兩個電極5、6之間的距離遠(yuǎn)大于其各自到硅棒1的距離。這樣選擇所述距離，使得在通過高壓脈沖發(fā)生器給左側(cè)電極5加載高壓脈沖時，在電極5、6區(qū)域中產(chǎn)生穿過硅棒1以及沿硅棒1表面的高壓擊穿，這種高壓擊穿導(dǎo)致硅棒1片段化。在當(dāng)前情況下，硅棒1的直徑約為120mm，其長度約為2m。電極5、6到硅棒1表面的距離約為8mm。電極5、6之間的距離約為60mm?？山柚邏好}沖發(fā)生器產(chǎn)生的高壓脈沖具有約200KV的電壓并且被以5Hz的脈沖頻率產(chǎn)生。每脈沖功率約為700焦耳。

在此，電極裝置4在產(chǎn)生高壓擊穿時可與高壓脈沖發(fā)生器一起在(未示出的)滑座上在硅棒1的縱向方向上沿其移動，從而使穿過硅棒1或沿硅棒1表面的高壓擊穿的位置在硅棒的縱向方向上不斷變化，且在此電極5、6與硅棒1的距離不明顯改變。在正常運行中，電極裝置4以每秒6mm至10mm之間的范圍內(nèi)的速度沿硅棒1移動。

所述設(shè)備還包括設(shè)備控制裝置，借助該設(shè)備控制裝置可在片段化運行期間調(diào)節(jié)電極5、6和硅棒1之間的距離以及電極裝置4的移動速度。

在此應(yīng)明確指出，本申請所描述的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明不構(gòu)成限制，并且本發(fā)明也可以按其它方式在現(xiàn)在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)被實施。