EP0924487A2 - Vakuumtechnisches Trocknen von Halbleiterbruch - Google Patents

Vakuumtechnisches Trocknen von Halbleiterbruch Download PDF

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EP0924487A2
EP0924487A2 EP98124206A EP98124206A EP0924487A2 EP 0924487 A2 EP0924487 A2 EP 0924487A2 EP 98124206 A EP98124206 A EP 98124206A EP 98124206 A EP98124206 A EP 98124206A EP 0924487 A2 EP0924487 A2 EP 0924487A2
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EP
European Patent Office
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semiconductor
drying
semiconductor material
broken
vacuum
Prior art date
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EP98124206A
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French (fr)
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EP0924487B1 (de
EP0924487A3 (de
Inventor
Wilhelm Schmidbauer
Hanns Dr. Wochner
Werner Ott
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Wacker Chemie AG
Original Assignee
Wacker Chemie AG
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Publication date
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Publication of EP0924487A3 publication Critical patent/EP0924487A3/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for Drying broken semiconductor material
  • semiconductor material is, for example, semiconductor material, such as silicon, indium phosphide, germanium, gallium arsenide or gallium phosphide.
  • the targeted dopants are the only "contaminants" which is the cheapest such material Case should have. One tries therefore the concentrations harmful contaminants as low as possible hold.
  • High-purity silicon is obtained by chemical conversion of the Raw silicon into a liquid silicon compound (for example Trichlorosilane) using distillation processes can be processed in the purest form. In a subsequent one chemical deposition process, this becomes highly pure Silicon compound then converted into high-purity silicon. It falls as polycrystalline silicon in the form of rods as an intermediate.
  • a liquid silicon compound for example Trichlorosilane
  • the majority of the polycrystalline semiconductor material is used for the production of crucible-grown single crystals, from Tapes and foils or for the production of polycrystalline Solar cell base material used.
  • the polycrystalline semiconductor material such as mentioned polycrystalline silicon rods
  • single-crystalline ones Semiconductor recycling material before melting crushed. This is usually always with a superficial Contamination of the broken semiconductor material, because the crushing mainly with mechanical crushing tools, such as metallic or ceramic jaw or roller crushers, Hammering or chiseling. Through the crushing process foreign atoms (iron, chromium, nickel, copper etc.) worked into the surface of the semiconductor material or stick to the surface. But also with the alternatives Crushing processes, e.g. Water jet breaking, shock wave crushing etc., it cannot be entirely excluded that such contaminations with foreign atoms occur or that harmful dust and / or particles on the fracture surface can reach.
  • contamination by metal atoms is critical to look at, as these the electrical properties of the Can change semiconductor material in a harmful way. Dust and / or particles on the surface can sustain the affect the subsequent drawing process (dislocations, etc.).
  • the semiconductor fragments have to be melted before melting chemical surface treatment with subsequent cleaning and subjected to drying to the specified purity values to reach the surface.
  • the surface of the machined semiconductor material with various acids such as a mixture etched from nitric acid and hydrofluoric acid. This Procedure is widely used. After that, usually the semiconductor breakage material, such as polycrystalline Silicon breakage, rinsed with ultrapure water and dried. There no contamination in the crucible with the semiconductor material the surface / surface structure of the semiconductor broken material absolutely dry, dust, stain and be acid free.
  • the semiconductor breakage material such as polycrystalline Silicon breakage
  • Semiconductor material is usually very brittle, which is why it is formed through the breaking process a sharp, jagged Semiconductor breakage material with a large number of fine hairline cracks, which spreads to the cm area below the surface to have. In particular, these cracks form due to the Capillary action Residual moisture (water, acid residues) in the Afterwards for contamination (stains) i.e. to committee material or even lead to burns.
  • contamination i.e. to committee material or even lead to burns.
  • To meet the high quality requirements, which are constantly being tightened to meet is a perfect drying, i.e. acid and stain free Semiconductor broken material, absolutely necessary.
  • the conventional convection drying (the material to be dried is overflowed or with pure air) does not bring hoped for success in a timely manner (under a Hour), which includes recognizable by the color of litmus paper is, unless that is complex, voluminous and therefore expensive Facilities are built, or the goods are stored unpacked for a longer period "outdoors", the Risk of increased dust contamination is very high.
  • a Another disadvantage of convection drying is that Moisture remains in the finest hairline cracks and so does that Risk of subsequent staining / dust pollution increased becomes.
  • the upper layer is primarily used for radiation drying heated so that areas on the "shadow side" of the semiconductor fragments or deeper layers in the case of fillings cannot be recorded sufficiently. Furthermore is one Acid removal from the hairline cracks not given properly. This also leads to staining, that is to say Committee material.
  • the radiation intensity is increased, i.e. the surface temperature is increased to over 100 ° C, then diffuse at increasing temperature not cleaned metal ions in the Surface of the broken semiconductor material and contaminate sustainably the pure semiconductor material. This leads to a Decline in quality, if necessary, to committee.
  • Drum drying is not practical either because of the Movement of the piece goods between broken semiconductor material and process drum or on the other hand between the semiconductor fragments sustainable drum abrasion or
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art Technology to overcome, especially a dust, stain and to enable acid-free drying of semiconductor fragments, doing this in an efficient and economical Way is done.
  • the invention relates to a device for drying Semiconductor broken material, which is characterized in that the device has at least one vacuum-tight device at least one receiving device for broken semiconductor material and that there is a vacuum in the device can.
  • the device for drying broken semiconductor material has at least one vacuum-tight device, which can be a vacuum drying chamber, which has a lid which can be opened to introduce the broken semiconductor material and which can be closed in a vacuum-tight manner, the vacuum drying chamber preferably being wall-heated.
  • inertizing gases e.g. nitrogen, argon etc.
  • a vacuum pump with high suction power which generates a pressure of 10 -2 to 10 -5 mbar, preferably 10 -3 to 10 -4 mbar, and a suction power of 30 m 3 / h to 250 m 3 / h , preferably 100 m 3 / h to 200 m 3 / h (the suction power is dependent, among other things, on the number of receiving devices to be dried (process trays) and the amount of semiconductor material to be dried therein (the product throughput), the material layering (single-layer or multi-layer ) or the semiconductor rupture structure / size, ie the resulting vacuum drying chamber size).
  • a receiving device is preferably used, which preferably has openings, these openings preferably being in the bottom (perforated bottom), in which the broken semiconductor material is located, which preferably has a grain size distribution of 2 mm to 150 mm.
  • This vacuum drying chamber is preferably a container made of VA-2 or VA-4 steel, which is either electropolished or lined with clean room-compatible and temperature-resistant materials such as preferably silicon or the plastics Teflon and PFA.
  • the receiving device (process shell) is seated on a sealing strip, so that the receiving device, ie the broken semiconductor material, is forced to flow through the perforated bottom with heated pure air and / or pure inert gas.
  • the cycle time is preferably in a range from 2 to 10 minutes. (depending on, among other things, the fracture structure, size, suction power of the vacuum pump, quantity used and the gas volume flow).
  • This vacuum drying chamber can (as it were for pre-drying) also a conventional device for convection drying precede, this device being a chamber through from above through preferably a temperature-resistant laminar airflow ceiling dry ultrapure air with a humidity less than 20% and with a temperature of 60 to 100 ° C, can preferably flow from 70 to 90 ° C.
  • Their use and the drying time depends on the amount and type of Material (fraction size / structure) and is at a throughput from 250 kg / h, preferably 0 min to 1 h.
  • Another object of the invention is a method for Drying of broken semiconductor material, characterized in that is that the semiconductor debris in a vacuum is dried.
  • the semiconductor broken material preheated from the final cleaning with ultrapure water preferably at 80 ° C.
  • This vacuum drying chamber is preferably with the help of a vacuum pump with high suction power to a pressure of 10 -2 mbar to 10 -5 .
  • the suction power ranging from 30 m 3 / h to 250 m 3 / h, preferably 100 to 200 m 3 / h (the suction power depends, inter alia, on the number of to be dried Receiving devices (process trays) and the amount of broken semiconductor material to be dried (the product throughput), the material layering (single-layer or multi-layered) or the semiconductor broken structure / size, ie the resulting vacuum drying chamber size.
  • this evacuation process preferably allows the residual moisture to be removed from the so-called hairline cracks in the broken semiconductor materials.
  • the vacuum drying chamber After the vacuum drying chamber has been evacuated, it is cleaned with pure clean air with a relative humidity of less than 20% or pure, inertizing gases (e.g. nitrogen, argon etc.) at a temperature of 20 to 90 ° C, preferably approx. 80 ° C and a gas Volume flow of preferably 2 to 20 m 3 / h flooded.
  • inertizing gases e.g. nitrogen, argon etc.
  • the interplay of evacuation and flooding with ultrapure air and / or pure inert gas is preferably carried out 1 to 3 times, inter alia depending on the size and / or structure of the fracture.
  • the broken semiconductor material is forced to flow through during flooding or evacuation; this promotes the moisture absorption of the ultrapure air and / or the inert gas and accelerates and intensifies the drying process.
  • the evacuation and flooding of the vacuum drying chamber preferably takes 5 to 60 minutes. at a throughput of 250 kg / h (depending, among other things, on the size of the vacuum chamber, the size of the fracture and / or the structure of the fracture).
  • the pure air / gas volume flow is preferably in a range from 2 to 20 m 3 / h.
  • vacuum drying can depends on the Fracture size and / or structure (as predrying) another one preceded by conventional convection drying, in which the Recording device also preferably with dry pure air with a relative humidity of less than 20% and a temperature of 20 to 90 ° C preferred is flowed through from 60 to 90 ° C.
  • the influx of pure air is preferably carried out over a laminar airflow ceiling.
  • vacuum drying is done alone, it is preferably 10 min to 60 min. If convection drying is required, the total drying time is preferably 20 minutes up to 120 min. These times refer to throughput of semiconductor fragments of preferably 250 kg / h.
  • the semiconductor breakage material about a subsequent foreclosed Transport route which is preferably a conventional laminar flow ceiling of the clean room class 10 to 1000, on one cooled to a maximum temperature of 30 ° C before being in a Packaging device is welded in foil.
  • the process line is preferably with a laminar airflow ceiling, for example the RR class 100, built over.
  • the advantage of vacuum drying is that of drying by means of the usual convection / radiation drying in it, that complete drying of the semiconductor debris at temperatures below 100 ° C is possible. Especially there is no residual moisture (water / acid residues) in the Microstructure, such as the fine hairline cracks on the surface of the Semiconductor fragments, so as to reduce the risk of subsequent Reduce staining and / or chemical burns or dust pollution. Furthermore, since no temperatures above 100 ° C are required are the disadvantageous diffusion process of foreign metal ions in the semiconductor material - as with the Radiation drying - next to nothing. It can therefore be a Semiconductor broken material are produced, which the highest quality requirements enough.
  • the technical complexity, in particular the size (spatial dimension), of the drying device can be significantly reduced, thereby saving production space.
  • conventional convection drying comprises several meters, whereas vacuum drying is in the meter range.
  • the size and scope of the air conditioning technology and clean room technology facilities can be significantly reduced accordingly, which in particular saves investment costs but also ongoing operating / energy costs. Due to its small spatial dimensions, vacuum drying can advantageously be built in a modular design and can therefore be installed relatively easily in the existing production processes.

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Abstract

Vorrichtung zum Trocknen von Halbleiterbruchmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zumindest eine vakuumdichte Vorrichtung mit zumindest einer Aufnahmevorrichtung für Halbleiterbruchmaterial aufweist und daß in der Vorrichtung ein Vakuum herrschen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trocknen von Halbleiterbruchmaterial
Für die Herstellung von Solarzellen oder elektronischen Bauelementen, wie beispielsweise Speicherelementen oder Mikroprozessoren, wird hochreines Halbleitermaterial benötigt. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um Halbleitermaterial, wie Silicium, Indiumphosphid, Germanium, Galliumarsenid oder Galliumphosphid.
Die gezielt eingebrachten Dotierstoffe sind die einzigen "Verunreinigungen", die ein derartiges Material im günstigsten Fall aufweisen sollte. Man ist daher bestrebt, die Konzentrationen schädlicher Verunreinigungen so niedrig wie möglich zu halten.
Häufig wird beobachtet, daß bereits hochrein hergestelltes Halbleitermaterial im Verlauf der weiteren Verarbeitung zu den Zielprodukten erneut kontaminiert bzw. verunreinigt wird. So werden immer wieder aufwendige Behandlungs- / Reinigungsschritte mit anschließendem Trocknungsvorgang notwendig, um die ursprüngliche Reinheit zurückzuerhalten. Fremdmetallatome, die in das Kristallgitter des Halbleitermaterials eingebaut werden, stören die Ladungsverteilung und können die Funktion des späteren Bauteils vermindern oder zu dessen Ausfall führen. Infolgedessen sind insbesondere Kontaminationen des Halbleitermaterials durch metallische Verunreinigungen zu vermeiden. Aber auch sonstige Verunreinigungen oder Partikel auf/in der Oberfläche des Halbleiterbruchmaterials können den nachfolgenden Schmelzprozeß nachhaltig beeinträchtigen und zu Ausschußmaterial führen.
Dies gilt insbesondere für Silicium, das in der Elektronikindustrie mit deutlichem Abstand am häufigsten als Halbleitermaterial eingesetzt wird.
Hochreines Silicium erhält man durch chemische Umwandlung des Roh-Silicium in eine flüssige Siliciumverbindung (beispielsweise Trichlorsilan), die mit Hilfe von Destillationsverfahren in höchstreiner Form aufbereitet werden kann. In einem anschließenden chemischen Abscheideprozess wird diese hochreine Siliciumverbindung dann in hochreines Silicium übergeführt. Es fällt dabei als polykristallines Silicium in Form von Stäben als Zwischenprodukt an.
Analoges gilt für die anderen Halbleitermaterialien. Auch sie werden überwiegend zunächst als polykristallines Zwischenprodukt hergestellt.
Der überwiegende Teil des polykristallinen Halbleitermaterials wird zur Produktion von tiegelgezogenen Einkristallen, von Bändern und Folien oder zur Herstellung von polykristallinem Solarzellengrundmaterial verwendet.
Da diese Produkte aus hochreinem, schmelzflüssigem Halbleitermaterial hergestellt werden, ist es notwendig, festes Halbleitermaterial in Tiegeln aufzuschmelzen.
Um diesen Vorgang möglichst effektiv zu gestalten, müssen großvolumige, massive Halbleiterstücke definierter Bruchgrößenverteilung hergestellt werden, wobei aus verfahrenstechnischen Gründen genau spezifizierte Anforderungen an die Oberflächenreinheit bestehen. Mit dem Halbleiterbruchmaterial dürfen keine Verunreinigungen in den Tiegel gelangen; die Oberfläche des Halbleiterbruches muß trocken, staub- und säurefrei sein, da ansonsten - insbesondere bei der Einkristallzucht - Fremdpartikel zu Versetzungen und Gitterstörungen führen und eine erfolgreiche Kristallzucht unmöglich machen.
Zur Herstellung von hochreinem Halbleiterbruchmaterial wird das polykristalline Halbleitermaterial (wie beispielsweise die erwähnten polykristallinen Siliciumstäbe) aber auch einkristallines Halbleiter-Recyclingmaterial vor dem Aufschmelzen zerkleinert. Dies ist üblicherweise immer mit einer oberflächlichen Verunreinigung des Halbleiterbruchmaterials verbunden, weil die Zerkleinerung überwiegend mit mechanischen Brechwerkzeugen, wie metallischen oder keramischen Backen- oder Walzenbrechern, Hämmern oder Meißeln, erfolgt. Durch den Zerkleinerungsvorgang werden Fremdatome (Eisen, Chrom, Nickel, Kupfer etc.) in die Oberfläche des Halbleitermaterials eingearbeitet oder haften auf der Oberfläche. Aber auch bei den alternativen Brechverfahren, wie z.B. Wasserstrahlbrechen, Stoßwellenzerkleinerung etc., läßt sich nicht gänzlich ausschließen, daß derartige Kontaminationen mit Fremdatomen erfolgen oder daß schädlicher Staub und/oder Partikel auf die Bruchoberfläche gelangen kann.
Insbesondere ist die Kontamination durch Metallatome als kritisch anzusehen, da diese die elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterials in schädlicher Weise verändern können. Staub und/oder Partikel auf der Oberfläche kann nachhaltig den nachfolgenden Ziehprozeß beeinträchtigen (Versetzungen etc.).
Um mechanisch bearbeitetes Halbleitermaterial als Ausgangsmaterial für den weiteren Fertigungsprozeß einsetzen zu können, ist es notwendig, vorab die Konzentration an Metallionen und Partikel herabzusetzen, die durch den Bearbeitungsvorgang und die Handhabung auf bzw. in die Oberfläche des mechanisch bearbeiteten Halbleitermaterials gelangt sind.
So müssen die Halbleiterbruchstücke vor dem Aufschmelzen einer chemischen Oberflächenbehandlung mit anschließender Reinigung und Trocknung unterzogen werden, um die spezifizierten Reinheitswerte der Oberfläche zu erreichen.
Die Oberfläche des mechanisch bearbeiteten Halbleitermaterials wird dazu mit diversen Säuren wie zum Beispiel einer Mischung aus Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure geätzt. Dieses Verfahren wird weithin angewendet. Danach wird üblicherweise das Halbleiterbruchmaterial, wie beispielsweise polykristalliner Siliciumbruch, mit Reinstwasser gespült und getrocknet. Da mit dem Halbleitermaterial keine Verunreinigungen in den Tiegel gelangen dürfen, muß die Oberfläche/Oberflächenstruktur des Halbleiterbruchmaterial absolut trocken, staub-, flecken- und säurefrei sein.
Halbleitermaterial ist in der Regel sehr spröde, daher entsteht durch den Bruchvorgang ein scharfkantiges, zerklüftetes Halbleiterbruchmaterial mit einer Vielzahl feiner Haarrisse, die sich bis in cm-Bereich unter der Oberfläche ausgebreitet haben. Insbesondere in diesen Rissen bildet sich aufgrund der Kapillarwirkung Restfeuchtigkeit (Wasser-, Säurereste), die im Nachhinein zu Verunreinigung (Flecken) d.h. zu Ausschußmaterial oder gar zu Verätzungen führen kann. Um die hohen Qualitätsanforderungen, die ständig verschärft werden, zu erfüllen, ist eine einwandfreie Trocknung, d.h. säure- und fleckenfreies Halbleiterbruchmaterial, zwingend notwendig.
Die herkömmliche Konvektionstrocknung (das Trocknungsgut wird mit Reinstluft überströmt bzw. durchströmt) bringt nicht den erhofften Erfolg in einer angemessener Zeitspanne (unter einer Stunde), was u.a. an der Färbung von Lackmus-Papier erkennbar ist, es sei denn, daß aufwendige, voluminöse und damit kostspielige Einrichtungen errichtet werden, oder das Gut lagert für einen längeren Zeitraum unverpackt "im Freien", wobei das Risiko der verstärkten Staubkontamination sehr hoch ist. Ein weiterer Nachteil der Konvektionstrocknung besteht darin, daß Feuchtigkeit in den feinsten Haarrissen verbleibt und so die Gefahr der nachträglichen Fleckenbildung/Staubbelastung erhöht wird.
Dies führt zu einer Qualitätsverschlechterung gegebenenfalls zu Ausschuß.
Bei der Strahlungstrocknung wird vorrangig die obere Schicht erwärmt, so daß Flächen auf der "Schattenseite" des Halbleiterbruchmaterials bzw. bei Schüttungen tiefer liegende Schichten nicht ausreichend erfaßt werden. Des weiteren ist eine Säureentfernung aus den Haarrißen nicht einwandfrei gegebenen. Dies führt ebenfalls zur Fleckenbildung, das heißt zu Ausschußmaterial.
Wird die Strahlungsintensität verstärkt, d.h. die Oberflächentemperatur wird auf über 100 °C erhöht, dann diffundieren bei zunehmender Temperatur nicht abgereinigte Metallionen in die Oberfläche des Halbleiterbruchmaterials und kontaminieren nachhaltig das reine Halbleitermaterial. Dies führt zu einer Qualitätsverschlechterung gegebenenfalls zu Ausschuß.
Analoges gilt für die Trocknung mit Hilfe von Mikrowellen. Auch hier muß, aufgrund der Erwärmung des Materials, mit der Eindiffusion von schädlichen Metallionen d.h. mit Ausschußmaterial gerechnet werden.
Auch die Trommeltrocknung ist nicht praktikabel, da durch die Bewegung des Stückgutes einerseits zwischen Halbleiterbruchmaterial und Prozeßtrommel bzw. andererseits zwischen den Halbleiterbruchstücken selber nachhaltig Trommelabrieb bzw.
Halbleiter-Feinbruch/-Staub entsteht, wodurch der nachfolgende Ziehprozeß stark beeinträchtigt wird (hohe Versetzungsrate) und ebenfalls zu Ausschußmaterial führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere ein staub-, flecken- und säurefreies Trocknen von Halbleiterbruchmaterial zu ermöglichen, wobei dies in einer effizienten und wirtschaftlichen Weise erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Trocknen von Halbleiterbruchmaterial, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung zumindest eine vakuumdichte Vorrichtung mit zumindest einer Aufnahmevorrichtung für Halbleiterbruchmaterial aufweist und daß in der Vorrichtung ein Vakuum herrschen kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trocknen von Halbleiterbruchmaterial weist zumindest eine vakuumdichte Vorrichtung auf, die eine Vakuumtrockenkammer sein kann, die einen Deckel aufweist, der geöffnet werden kann, um das Halbleiterbruchmaterial einzubringen und die vakuumdicht verschließbar ist, wobei die Vakuumtrockenkammer vorzugsweise wandbeheizt ist. Vorzugsweise im oberen Bereich der Vakuumtrockenkammer befindet sich eine Öffnung, durch die trockene Reinstluft mit einer relativen Feuchtigkeit von kleiner 20 % oder vorzugsweise reine, inertisierende Gase (z.B. Stickstoff, Argon etc.) bei einer Temperatur von 20 °C bis 90°C bevorzugt ca. 80 °C und einem Gas-Volumenstrom von vorzugsweise 2 bis 20 m3/h einströmen können. Im unteren Bereich befindet sich eine Vakuum-Pumpe hoher Saugleistung, die einen Druck von 10-2 bis 10-5 mbar, bevorzugt 10-3 bis 10-4 mbar erzeugt und eine Saugleistung von 30 m3/h bis 250 m3/h, bevorzugt 100 m3/h bis 200 m3/h aufweist (die Saugleistung ist u.a. abhängig von der Anzahl der zu trocknenden Aufnahmevorrichtungen (Prozeßschalen) und der darin zu trocknenden Menge an Halbleiterbruchmaterial (dem Produktdurchsatz), der Material schichtung (einschichtig oder mehrschichtig) bzw. der Halbleiterbruchstruktur/-größe; d.h. der sich daraus ergebenden Vakuumtrockenkammergröße). In diese Vakuumtrockenkammer wird vorzugsweise eine Aufnahmevorrichtung, die vorzugsweise Öffnungen aufweist, wobei diese Öffnungen vorzugsweise im Boden (Lochboden) sind, eingesetzt, in der sich das Halbleiterbruchmaterial befindet, das vorzugsweise eine Korngrößenverteilung von 2 mm bis 150 mm aufweist. Diese Vakuumtrockenkammer ist vorzugsweise ein Behälter aus VA-2 oder VA-4 Stahl, der entweder elektropoliert wird oder mit reinraumtauglichen und temperaturbeständigen Materialien wie vorzugsweise Silicium oder die Kunststoffe Teflon und PFA ausgekleidet ist. Die eingesetzte Aufnahmevorrichtung (Prozeßschale) sitzt auf einer Dichtleiste auf, so daß die Aufnahmevorrichtung d.h. das Halbleiterbruchmaterial zwangsweise über den Lochboden mit erwärmter Reinstluft und/oder reinem Inertgas durchströmt wird. Die Zykluszeit liegt hierbei vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 10 min. (u.a. abhängig von Bruchstruktur,-größe, Saugleistung der Vakuumpumpe, Einsatzmenge und des Gas-Volumenstromes).
Dieser Vakuumtrockenkammer kann (gleichsam zur Vortrocknung) auch noch eine übliche Vorrichtung zur Konvektionstrocknung vorausgehen, wobei diese Vorrichtung eine Kammer ist, durch die von oben durch vorzugsweise eine temperaturbeständige Laminarairflow-Decke trockene Reinstluft mit einer Luftfeuchtigkeit kleiner 20% und mit einer Temperatur von 60 bis 100 °C, vorzugsweise von 70 bis 90 °C einströmen kann. Deren Einsatz und die Trocknungszeit sind abhängig von der Menge und Art des Materials (Bruchgröße/-struktur) und beträgt bei einem Durchsatz von 250 kg/h vorzugsweise 0 min bis 1 h.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Trocknung von Halbleiterbruchmaterial, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Halbleiterbruchmaterial in einem Vakuum getrocknet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Trocknung von Halbleiterbruchmaterial wird das aus der Endreinigung mit vorzugsweise 80 °C heißem Reinstwasser vorgewärmte Halbleiterbruchmaterial in vorzugsweise einer oben beschriebenen Vakuumtrockenkammer getrocknet. Diese Vakuumtrockenkammer wird mit Hilfe einer Vakuumpumpe hoher Saugleistung vorzugsweise auf einen Druck von 10-2 mbar bis 10-5. mbar, bevorzugt 10-3 bis 10-4 mbar evakuiert, wobei die Saugleistung von 30 m3/h bis 250 m3/h, bevorzugt 100 bis 200 m3/h reicht (die Saugleistung ist u.a. abhängig von der Anzahl der zu trocknenden Aufnahmevorrichtungen (Prozeßschalen) und der darin zu trocknenden Menge an Halbleiterbruchmaterial (dem Produktdurchsatz), der Materialschichtung (einschichtig oder mehrschichtig) bzw. der Halbleiterbruchstruktur/-größe; d.h. der sich daraus ergebenden Vakuumtrockenkammergröße). Insbesondere durch diesen Evakuierungsvorgang läßt sich bevorzugt die Restfeuchte aus den sogenannten Haarrissen der Halbleiterbruchmaterialien entfernen. Nachdem die Vakuumtrockenkammer evakuiert ist, wird sie mit trockener Reinstluft mit einer relativen Feuchtigkeit kleiner 20 % oder reinen, inertisierenden Gasen (z.B. Stickstoff, Argon etc.) bei einer Temperatur von 20 bis 90 °C bevorzugt ca. 80 °C und einem Gas-Volumenstrom von vorzugsweise 2 bis 20 m3/h geflutet. Das Wechselspiel aus Evakuieren und das Fluten mit Reinstluft und /oder reinem Inertgas erfolgt vorzugsweise 1 bis 3 mal u.a. abhängig von der Bruchgröße und/oder der Bruchstruktur. Dadurch daß die Aufnahmevorrichtung auf einer Dichtleiste in der Vakuumtrockenkammer aufsitzt, wird das Halbleiterbruchmaterial beim Fluten bzw. Evakuieren zwangsweise durchströmt; dies fördert die Feuchtigkeitsaufnahme der Reinstluft und/oder des Inertgases und beschleunigt und verstärkt den Trocknungsvorgang.
Das Evakuieren und Fluten der Vakuumtrockenkammer dauert vorzugsweise 5 bis 60 min. bei einem Durchsatz von 250 kg/h (u.a. abhängig von der Vakuumkammergröße, der Bruchgröße und/oder der Bruchstruktur). Der Reinstluft-/Gas-Volumenstom liegt bevorzugt in einem Bereich von 2 bis 20 m3/h.
Bei Bedarf kann der Vakuumtrocknung u.a. abhängig von der Bruchgröße und/oder Bruchstruktur (als Vortrocknung) noch eine herkömmliche Konvektionstrocknung vorausgehen, bei der die Aufnahmevorrichtung ebenfalls zwangsweise vorzugsweise mit trockener Reinstluft mit einer relativen Feuchtigkeit von kleiner 20 % und einer Temperatur von 20 bis 90 °C bevorzugt von 60 bis 90 °C durchströmt wird. Der Zustrom der Reinstluft erfolgt vorzugsweise über eine Laminarairflowdecke.
Falls die Vakuumtrocknung allein erfolgt, beträgt sie vorzugsweise 10 min bis 60 min. Falls eine Konvektionstrocknung voraus, beträgt die gesamte Trocknungszeit vorzugsweise 20 min bis 120 min. Diese Zeiten beziehen sich auf einen Durchsatz von Halbleiterbruchmaterial von vorzugsweise 250 kg/h.
Nach der erfindungsgemäßen Trocknung wird das Halbleiterbruchmaterial über eine sich anschließende abgeschottete Transportstrecke, die vorzugsweise eine herkömmliche Laminarflowdecke der Reinraum-Klasse 10 bis 1000 aufweist, auf eine maximale Temperatur von 30 °C abgekühlt, bevor es in einer Verpackungsvorrichtung in Folie eingeschweißt wird.
Zur Verminderung von Kontamination während der einzelnen Prozeßschritte ist die Prozeßstraße vorzugsweise mit einer Laminarairflowdecke, zum Beispiel der RR - Klasse 100, überbaut.
Der Vorteil der Vakuumtrocknung besteht gegenüber einem Trocknen mittels der üblichen Konvektions-/Strahlungstrocknung darin, daß eine vollständige Trocknung des Halbleiterbruchmaterials bei Temperaturen unter 100 °C möglich ist. Insbesondere verbleibt keine Restfeuchtigkeit (Wasser-/Säurereste) in der Mikrostruktur, wie den feinen Haarrissen der Oberfläche des Halbleiterbruchmaterials, um so die Gefahr der nachträglichen Fleckenbildung und/oder Verätzung oder Staubbelastung zu vermindern. Des weiteren, da keine Temperaturen über 100 °C erforderlich sind, tritt der nachteilige Diffusionsvorgang von fremden Metallionen in das Halbleitermaterial - wie bei der Strahlungstrocknung - so gut wie nicht ein. Es kann somit ein Halbleiterbruchmaterial erzeugt werden, was den höchsten Qualitätsanforderungen genügt.
Ferner kann der anlagentechnische Aufwand, insbesondere die Größe (räumliche Abmessung), der Trocknungseinrichtung deutlich reduziert werden, wodurch Produktionsfläche eingespart wird. (z.B. umfaßt eine herkömmliche Konvektionstrocknung mehrere Meter, wohingegen eine Vakuumtrocknung im Meterbereich liegt. Hierbei lassen sich auch Größe und Umfang der Klimatechgnischen und Reinraum-technischen Einrichtungen dementsprechend deutlich reduzieren, wodurch insbesondere Investitionskosten aber auch laufende Betriebs-/Energiekosten eingespart werden können.
Die Vakuumtrocknung läßt sich aufgrund ihrer kleinen räumlichen Abmessungen vorteilhaft in Modulbauweise errichten und somit relativ einfach in die bestehenden Fertigungsabläufe einbauen.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Trocknen von Halbleiterbruchmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zumindest eine vakuumdichte Vorrichtung mit zumindest einer Aufnahmevorrichtung für Halbleiterbruchmaterial aufweist und daß in der Vorrichtung ein Vakuum herrschen kann.
  2. Vorrichtung zum Trocknen von Halbleiterbruchmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung Öffnungen aufweist.
  3. Vorrichtung zum Trocknen von Halbleiterbruchmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung vor der vakuumdichten Vorrichtung zumindest eine Vorrichtung zur Konvektionstrocknung aufweist.
  4. Verfahren zur Trocknung von Halbleiterbruchmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbruchmaterial in einem Vakuum getrocknet wird.
  5. Verfahren zur Trocknung von Halbleiterbruchmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbruchmaterial zuvor zumindest mittels einer Konvektionstrocknung getrocknet wird.
  6. Verfahren zur Trocknung von Halbleiterbruchmaterial nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung von Halbleiterbruchmaterial durch mehrmaliges Anlegen eines Vakuums im Wechsel mit dem Fluten mit Reinstluft und /oder inertisierenden Gasen erfolgt.
  7. Verfahren zur Trocknung von Halbleiterbruchmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die trockene Reinstluft und/oder inertisierenden Gase eine relative Feuchtigkeit von kleiner 20 % aufweisen.
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