DE102006003990A1

DE102006003990A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten bzw. Bearbeiten von Siliziummaterial

Info

Publication number: DE102006003990A1
Application number: DE102006003990A
Authority: DE
Inventors: Heinz Kappler
Original assignee: Gebrueder Schmid GmbH and Co
Current assignee: Gebrueder Schmid GmbH and Co
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-08-02
Also published as: WO2007082772A2; JP2009523601A; US20080295863A1; CN101374763A; IL192939A0; CA2639972A1; KR20080087173A; NO20083666L; MX2008009298A; WO2007082772A3; AU2007207104A1; EP1979271A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Aufbereiten bzw. Bearbeiten von Siliziummaterial (3) zur Durchführung eines Reinigungsprozesses mit den Schritten: Benetzen von Siliziummaterial (3), das in einer ersten räumlichen Orientierung ausgerichtet ist, mit einem ersten, flüssigen Prozessmedium (7), automatisierte Änderung der Orientierung des Siliziummaterials (3) mittels einer Wendeeinrichtung, Benetzen des Siliziummaterials (3) in der geänderten Orientierung mit dem ersten, flüssigen Prozessmedium (7).

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten bzw. Bearbeiten von Siliziummaterial.

Ein aus dem Stand der Technik bekanntes derartiges Aufbereitungsverfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung werden für eine Reinigung von Silizium-Rohmaterial eingesetzt. Das Silizium-Rohmaterial, das insbesondere in Form unterschiedlich großer Silizium-Bruchstücke oder Brocken vorliegen kann, wird durch das Aufbereitungsverfahren für eine Weiterverarbeitung vorbereitet, beispielsweise um daraus Silizium-Wafer für die Halbleiterherstellung oder Silizium-Platten für die Solarzellenherstellung zu erzeugen. Für eine Aufbereitung wird das Siliziummaterial in eine Prozesskammer transportiert und dort mit einem oder mehreren flüssigen und/oder gasförmigen Prozessmedien oder Prozessmediumkombinationen behandelt, um oberflächliche Verschmutzungen wie beispielsweise Metallreste und/oder Oxidschichten zu beseitigen. Bei der Verwendung eines flüssigen Prozessmediums kann nicht gewährleistet werden, dass alle Oberflächenbereiche des Siliziummaterials mit dem Prozessmedium benetzt werden. Zudem ist können Reste des flüssigen Prozessmediums oder vom Prozessmedium abgelöste Verunreinigungen trotz eines nachfolgenden Spülvorgangs auf der Oberfläche des Siliziummaterials verbleiben.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung sowie ein eingangs genanntes Verfahren zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere eine verbesserte Reinigungswirkung für das Siliziummaterial erzielt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Das Verfahren und die Vorrichtung werden teilweise gemeinsam erläutert, wobei diese Erläuterungen sowie die entsprechenden Merkmale dennoch unabhängig für Verfahren und Vorrichtung gelten. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch die ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufbereiten bzw. Bearbeiten von Siliziummaterial mit einem Reinigungsprozess vorgesehen, wobei der Reinigungsprozess die Schritte aufweist: Benetzen von Siliziummaterial, das in einer ersten räumlichen Orientierung ausgerichtet ist, mit einem ersten, flüssigen Prozessmedium, automatisierte Änderung der Orientierung des Siliziummaterials mittels einer Wendeeinrichtung, Benetzen des Siliziummaterials in der geänder ten Orientierung mit dem ersten, flüssigen Prozessmedium. Das Siliziummaterial, das insbesondere in Form von unregelmäßigen Bruchstücken mit einer typischen Kantenlänge von weniger als 10cm und einem typischen Volumen von weniger als 1000cm³, das heißt in ungefähr faustgroßen und kleineren Brocken oder Stücken vorliegt, wird zunächst in einer ersten räumlichen Ausrichtung mit einem ersten flüssigen Prozessmedium benetzt. Die räumliche Ausrichtung des Siliziummaterials ergibt sich willkürlich durch eine Beförderung der Brocken in die Prozesskammer, in der der Reinigungsprozess durchgeführt wird. Die Brocken liegen beispielsweise mit einer Kontaktfläche oder mit mehreren Kontaktpunkten auf einer Unterlage auf und werden in dieser räumlichen Ausrichtung mit dem flüssigen Prozessmedium benetzt, insbesondere besprüht. Trotz einer Besprühung des Siliziummaterials, die bevorzugt aus mehreren Raumrichtungen mit mehreren Sprühdüsen erfolgt, die insbesondere Sprühstrahlen oder Sprühnebel auf das Siliziummaterial aufbringen können, ist bedingt durch die Kontur der einzelnen Brocken nicht gewährleistet, dass alle Oberflächenabschnitte der typischerweise unregelmäßig geformten Bruchstücke des Siliziummaterials mit dem flüssigen Prozessmedium benetzt werden.

Um eine vorteilhafte Reinigungswirkung erzielen zu können, wird die Orientierung des Siliziummaterials nach der ersten Benetzung mit Prozessmedium mittels einer Wendeeinrichtung vorteilhaft automatisiert geändert, so dass das Siliziummaterial nunmehr auf einer anderen Kontaktfläche oder anderen Kontaktpunkten auf der Unterlage aufliegt und damit eine veränderte räumliche Orientierung einnimmt, also anders liegt. Somit können bei einem nochmaligen Aufbringen des flüssigen Prozessmediums auch Oberflächenabschnitte benetzt werden, die vor der Lageänderung nicht benetzt werden konnten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Wendeeinrichtung derart ausgeführt, dass zumindest 50 Prozent des Siliziummaterials beim Wendevorgang eine Lageänderung von zumindest 20 Grad erfährt. Bei einer be sonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest 75 Prozent des Siliziummaterials beim Wendevorgang eine Lageänderung von zumindest 20 Grad erfährt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei dem Reinigungsprozess zwischen zumindest drei Benetzungsvorgängen zumindest zwei Orientierungsänderungen stattfinden. Mit zumindest drei Reinigungsvorgängen, das heißt mit einer zeitlichen Abfolge von drei Benetzungsvorgängen für das Siliziummaterial und den zwischen den einzelnen Reinigungsvorgängen jeweils vorgesehenen Orientierungsänderungen, kann mit hoher Zuverlässigkeit eine zumindest nahezu vollständige Benetzung aller Außenoberflächen des Siliziummaterials mit dem Prozessmedium erreicht werden. Zwischen den Reinigungsvorgängen wird durch die Wendeeinrichtung jeweils eine Orientierungsänderung bewirkt, die gegebenenfalls noch nicht benetzte Oberflächenabschnitte einer nachfolgenden Benetzung mit Prozessmedium aussetzt. Einer Anzahl von n Reinigungsvorgängen steht damit eine Anzahl von n-1 Orientierungsänderungen gegenüber.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Benetzung des Siliziummaterials mit Prozessmedium auch zumindest während einer der Orientierungsänderungen stattfindet. Während der Orientierungsänderung, die gleichbedeutend mit einer Relativbewegung der einzelnen Brocken des Siliziummaterials gegenüber der Unterlage ist, können auch Oberflächenabschnitte des Siliziummaterials mit dem Prozessmedium benetzt werden können, die gegebenenfalls weder in der ersten noch in einer weiteren räumlichen Ausrichtung mit Prozessmedium benetzt werden. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Reinigungswirkung mit einer geringen Anzahl von Orientierungsänderungen, insbesondere mit nur einer Orientierungsänderung, erzielt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass einem ersten Reinigungsprozess zumindest ein oder mehrere, insbesondere gleichartig ablaufende Reinigungsprozesse mit unterschiedlichen Prozessmedien nachgeschaltet sind, bei denen zumindest eine erste Benetzung des Siliziummaterials mit Prozessmedium, zumindest eine Orientierungsänderung des Siliziummaterials und zumindest eine weitere Benetzung des Siliziummaterials mit Prozessmedium vorgesehen sind. Durch eine Reihenschaltung mehrerer Reinigungsprozesse, die insbesondere jeweils zumindest zwei Benetzungsvorgänge und zumindest eine dazwischen vorgesehene Orientierungsänderung verwirklichen, kann eine Entfernung unterschiedlicher Verunreinigungen von der Außenoberfläche des Siliziummaterials, bevorzugt mit unterschiedlichen Prozessmedien, verwirklicht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Prozessmedium zumindest eine Substanz aus der Gruppe: Flussäure (HF), Salzsäure (HCl), Salpetersäure (HNO₃), Kalilauge (NaOH), insbesondere in wässriger Lösung, verwendet wird. Mit diesen Prozessmedien können Oxidschichten, Metallionen und andere Verunreinigungen von der Außenoberfläche des Siliziummaterials abgetragen werden. Die Substanzen werden insbesondere in einer wässrigen Lösung eingesetzt, um eine definierte, nicht zu aggressive Reinigungswirkung hervorrufen zu können. Die Substanzen können auch miteinander vermischt und in wässrige Lösung gebracht werden, um einen kombinierten Reinigungseffekt erzielen zu können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für einen ersten Reinigungsprozess als Prozessmedium in Wasser gelöste Flussäure (HF_(aq)) oder in Wasser gelöste Salpetersäure (HNO_3(aq)), für einen zweiten Reinigungsprozess als Prozessmedium in Wasser gelöste Kalilauge (NaOH_(aq)) und für einen dritten Reinigungsprozess als Prozessmedium in Wasser gelöste Salzsäure (HCl_(aq)) eingesetzt werden.

Mit dieser Abfolge von Prozessmedien in nacheinander geschalteten Reinigungsprozessen kann eine besonders zuverlässige Entfernung der relevanten Verschmutzungen an den Außenoberflächen des Siliziummaterials sichergestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach zumindest einem, insbesondere nach jedem, Reinigungsprozess ein Spülprozess, insbesondere mit deionisiertem Wasser, mit einer Spüleinrichtung durchgeführt wird. Mit einem Spülprozess, der mit oder ohne Orientierungsänderung für das Siliziummaterial verwirklicht werden kann, können die vom Prozessmedium von der Außenoberfläche abgetragenen Verschmutzungen und auch das Prozessmedium selbst entfernt werden und behindern somit nicht die weitere Reinigung des Siliziummaterials in einem nachfolgenden Reinigungsprozess. Zudem wird verhindert, dass Reste von Prozessmedium eines vorgeschalteten Reinigungsschrittes in einem nachgelagerten Reinigungsschrittes mit dem dort verwendeten Prozessmedium in unerwünschter Weise reagieren. Der Spülprozess kann in der gleichen Prozesskammer wie der Reinigungsprozess erfolgen, ebenso kann vorgesehen sein, dass das Siliziummaterial für den Spülprozess in eine separate Spülkammer mit Dosieröffnungen für das Spülmedium transportiert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine ringförmige Anordnung von Sprühdüsen vorgesehen, die eine zumindest nahezu allseitige Aufbringung des Spülmediums auf das Siliziummaterial ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der oder die Reinigungsprozesse mit einer im Wesentlichen kontinuierlichen, insbesondere automatisierten, Förderung von Siliziummaterial, mit einer im Wesentlichen kontinuierlichen Benetzung des Siliziummaterials mit Prozessmedium und mit zumindest einer Orientierungsänderung für das Siliziummaterial, insbesondere in einer Reinigungskammer, durchgeführt werden. Mit einer kontinuierlichen Förderung kann eine große Menge Siliziummaterial in einem kurzen Zeitabschnitt effektiv gereinigt werden. Die kontinuierliche Förderung des Siliziummaterials bedeutet, dass das Siliziummaterial mittels einer Fördereinrichtung in zumindest eine Raumrichtung bewegt wird und dabei zumindest eine erste Benetzungseinrichtung, eine Wendeeinrichtung und eine zweite Benetzungseinrichtung passiert. Während die Benetzungseinrichtungen für die im Wesentlichen kontinuierliche Abgabe von Prozessmedium auf die Außenoberfläche des Siliziummaterials ausgebildet sind, ist die Wendeeinrichtung für eine im Wesentlichen kontinuierliche Orientierungsänderung des Siliziummaterials ausgebildet. Durch die Kombination einer kontinuierlichen Förderung des Siliziummaterials mit der kontinuierlichen Benetzung und der kontinuierlichen Orientierungsänderung erfährt ein einzelner Brocken des Siliziummaterials beim Passieren der ersten Benetzungseinrichtung eine erste Benetzung mit Prozessmedium. Anschließend findet ein Wendevorgang mit Orientierungsänderung statt und dann erfolgt beim Passieren der zweiten Benetzungseinrichtung eine weitere Beaufschlagung mit Prozessmedium. Damit kann ein fortlaufender Reinigungsprozess verwirklicht werden, der dennoch eine zuverlässige Reinigung zumindest nahezu aller Oberflächenabschnitte des Siliziummaterials sicherstellt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Siliziummaterial für eine Änderung der räumlichen Orientierung von einer ersten Fördereinrichtung auf eine beabstandet angeordnete zweite Fördereinrichtung gefördert wird, die unterhalb der ersten Fördereinrichtung angeordnet ist, so dass das Siliziummaterial von der ersten Fördereinrichtung unter Änderung der räumlichen Orientierung auf die zweite Fördereinrichtung fällt.. Durch die Beabstandung der Fördereinrichtungen legt das Siliziummaterial zwischen den Fördereinrichtungen einen Wegabschnitt zurück, bei dem es zumindest kurzzeitig nicht mit einer Unterlage, dass heißt mit einer der Fördereinrichtungen, in Kontakt steht. Durch die Entfernung des Siliziummaterials von der ersten Förderein richtung und das Gelangen oder Aufbringen auf die zweite Fördereinrichtung wird die gewünschte Orientierungsänderung hervorgerufen. Bevorzugt sind die Fördereinrichtungen in vertikaler Richtung voneinander beabstandet, also übereinander angeordnet, so dass das Siliziummaterial von der ersten Fördereinrichtung auf die zweite Fördereinrichtung fällt und dadurch seine räumliche Ausrichtung bzw. Lage ändert. Die Orientierungsänderung kann auch durch unterschiedliche Geschwindigkeiten der nacheinander angeordneten Fördereinrichtungen, insbesondere durch eine höhere Geschwindigkeit der jeweils nachgeschalteten Fördereinrichtung begünstigt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach zumindest einem Reinigungsprozess und/oder nach zumindest einem Spülprozess ein Trocknungsprozess für das Siliziummaterial durchgeführt wird. Damit kann verhindert werden, dass durch Feuchtigkeitsreste des Prozessmediums oder des Spülmediums an den Außenoberflächen des Siliziummaterials erneut Verschmutzungen anhaften. Zudem kann insbesondere bei Resten von Prozessmedium ein Fortschreiten der Reaktion des jeweiligen Prozessmediums mit der Außenoberfläche des Siliziummaterials reduziert oder gestoppt werden. Der Trocknungsprozess ist bevorzugt als Heißlufttrocknung oder Infrarottrocknung vorgesehen, bei der das Siliziummaterial kontinuierlich durch eine Trocknungskammer transportiert wird, in der der Trocknungsvorgang stattfindet.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Siliziummaterial, insbesondere zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens, vorgesehen, die zumindest eine Fördereinrichtung zur Förderung von Siliziummaterial in zumindest einer Transportrichtung, mit zumindest einer der Fördereinrichtung zugeordneten Wendeeinrichtung zur Änderung einer räumlichen Orientierung des Siliziummaterials und mit jeweils zumindest einer in Transportrichtung vor der Wendeeinrichtung und einer in Transportrichtung nach der Wende einrichtung angeordneten Benetzungseinrichtung zur Benetzung des Siliziummaterials mit einem Prozessmedium aufweist. Die insbesondere automatische Fördereinrichtung ermöglicht eine kontinuierliche Förderung des Siliziummaterials in die zumindest eine Transportrichtung. Die Förderung des Siliziummaterials kann insbesondere entlang einer geradlinigen oder gekrümmten Raumlinie erfolgen. Eine automatisierte Förderung kann insbesondere durch eine fremdkraftbetriebene Fördereinrichtung verwirklicht werden, beispielsweise mit einem elektromotorischen Antrieb. Die Wendeeinrichtung kann aktiv oder passiv ausgeführt sein. Bei einer aktiven Wendeeinrichtung wird mittels einer zyklischen oder azyklischen Kraftausübung eine Orientierungsänderung für das Siliziummaterial hervorgerufen, beispielsweise durch einen Greifarm, der das Siliziummaterial ergreift und aktiv die räumliche Ausrichtung ändert. Bei einer passiven Wendeeinrichtung wird beispielsweise die durch den Transport ohnehin vorliegende Bewegungsenergie und/oder die potentielle Lageenergie des Siliziummaterials für eine Orientierungsänderung genutzt, womit eine konstruktiv einfach gestaltete Wendeeinrichtung verwirklicht werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fördereinrichtung ein umlaufendes, endloses Förderband mit einem Obertrum und einem Untertrum aufweist, wobei das Obertrum in einem spitzen Winkel zu einer Horizontalen ausgerichtet und für den Transport des Siliziummaterials vorgesehen ist. Das Obertrum und das Untertrum werden von einem endlosen, ringförmigen, aus flexiblem Material hergestellten, umlaufenden Band gebildet. Das Obertrum des Förderbandes ist der nach oben von der Fördereinrichtung weg weisende, in die Transportrichtung bewegbare Oberflächenbereich, dessen Flächennormale im Wesentlichen in vertikaler Richtung nach oben gerichtet ist. Dieser Oberflächenbereich dient dem Siliziummaterial ohne weitere Hilfsmittel als Unterlage. Die Flächennormale kann insbesondere einen spitzen Winkel mit einer Vertikalen einnehmen, das heißt, dass das Siliziummaterial bei der Förderung einen Höhenunterschied überwindet.

Mittels des endlosen Förderbandes und einer beispielsweise als Elektromotor ausgeführten Antriebseinrichtung kann eine große Menge an Siliziummaterial in geringer Zeit gefördert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Förderband aus einem für Prozessmedium durchlässigen Material, insbesondere einem Maschenmaterial, besteht. Damit ist gewährleistet, dass das Prozessmedium nach der Aufbringung auf die Außenoberfläche des Siliziummaterials abtropfen kann, ohne sich zwischen der Unterseite des Siliziummaterials und einer als geschlossene Oberfläche ausgeführten Unterlage zu sammeln. Damit kann insbesondere vermieden werden, dass sich an der Unterseite des Siliziummaterials die vom Prozessmedium abgetragenen Verunreinigungen ansammeln. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels einer unterhalb des Obertrums angeordneten Benetzungseinrichtung für Prozessmedium auch eine Benetzung der Unterseite des Siliziummaterials mittels im Wesentlichen vertikal nach oben gerichteter Sprühstrahlen erfolgen kann. Durch die durchlässige Gestaltung des Förderbandes kann somit sowohl eine Anreicherung von Verunreinigungen an der Unterseite des Siliziummaterials wie auch eine vorteilhafte Benetzung der Unterseite des Siliziummaterials bewirkt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Wendeeinrichtung zumindest eine, in einem spitzen Winkel zur Transportrichtung angeordnete, orthogonal und benachbart zu einer Oberfläche des Obertrums ausgerichtete Führungsschiene für eine Orientierungsänderung des Siliziummaterials ausgebildet ist. Dabei handelt es sich um eine passive Wendeeinrichtung, die in der Art eines Ablenkblechs eine im Wesentlichen senkrecht zur Transportrichtung gerichtete Kraft auf das Siliziummaterial ausübt und damit eine Orientierungsänderung herbeiführen kann. Zu diesem Zweck ist die Führungsschiene benachbart zu einer Oberfläche des Obertrums angeordnet, so dass sie zumindest nahezu alle auf dem Obertrum aufliegenden Brocken des Siliziummaterials erfassen kann. Die Führungsschiene weist eine Ablenkoberfläche auf, die einen spitzen Winkel mit der Transportrichtung einnimmt und deren Flächenormale im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Durch die Fördereinrichtung in Transportrichtung gefördertes Siliziummaterial prallt im spitzen Winkel an die Führungsschiene und erfährt dadurch eine Krafteinwirkung orthogonal zur Transportrichtung, womit eine Orientierungsänderung hervorgerufen werden kann. Durch eine Einstellbarkeit des Winkels zwischen Führungsschiene und Transportrichtung kann die Stärke des Anpralls des Siliziummaterials an die Führungsschiene und damit die Wirkung des durch die Führungsschiene hervorgerufenen Wendevorgangs bestimmt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere, unterschiedlich orientierte Führungsschienen nacheinander am Obertrum angeordnet, um eine zuverlässige Orientierungsänderung für das Siliziummaterial zu gewährleisten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wendeeinrichtung durch eine Anordnung von zumindest zwei insbesondere in Transportrichtung überlappend angeordneten Förderbändern gebildet ist, um eine Orientierungsänderung zu bewirken. Die zumindest zwei Förderbänder können insbesondere beabstandet zueinander angeordnet sein, so dass das Siliziummaterial zwischen den Förderbändern einen freien Wegabschnitt zurücklegt, bei dem es zumindest kurzzeitig nicht mit einer Unterlage, dass heißt mit einer der Fördereinrichtungen, in Kontakt steht. Das Siliziummaterial entfernt sich vom ersten Förderband und trifft auf das zweite Förderband auf, wodurch die gewünschte Orientierungsänderung hervorgerufen wird. Bevorzugt sind die Förderbänder in vertikaler Richtung voneinander beabstandet, so dass das Si liziummaterial vom ersten Förderband in zumindest nahezu freiem Fall auf das zweite Förderband fällt und dadurch seine räumliche Ausrichtung ändert. Die Orientierungsänderung kann auch durch unterschiedliche Geschwindigkeiten der nacheinander angeordneten Förderbänder, insbesondere durch eine höhere Geschwindigkeit des nachgeschalteten Förderbands begünstigt werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die aufeinander folgenden Förderbänder winklig zueinander ausgerichtet sind, das heißt, dass die Transportrichtungen unterschiedlich, insbesondere gegenläufig, gewählt sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine automatische Fördereinrichtung, zumindest eine Wendeeinrichtung und zumindest zwei Benetzungseinrichtungen in einer zumindest nahezu abgeschlossenen Reinigungskammer untergebracht sind, um ein Entweichen von Prozessmedium zu verhindern. Damit kann das typischerweise aggressive Prozessmedium auch mit großem Druck auf das Siliziummaterial aufgebracht, insbesondere vernebelt werden. Somit lässt sich eine vorteilhafte Reinigungswirkung erzielen, ohne dass eine Umgebung mit dem Prozessmedium beaufschlagt wird. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an einer Eintrittsöffnung und/oder an einer Austrittsöffnung der Reinigungskammer, durch die das Siliziummaterial in die Prozesskammer eingebracht oder aus der Prozesskammer abtransportiert werden kann, eine Abdichteinrichtung, insbesondere in Form von flexiblen Materialstreifen und/oder in Form eines Luft- oder Wasserschleiers vorgesehen, mit denen ein Austreten von vernebeltem Prozessmedium aus der Reinigungskammer nahezu vollständig verhindert werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Spüleinrichtung in die Reinigungskammer integriert ist. Damit kann eine vollständig integrierte nasschemische Reinigung des Siliziummaterials mit einem Prozessmedium und unmittelbar nachgeschaltetem Spülprozess in einer Reinigungskammer verwirklicht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spüleinrichtung als separates Spülmodul ausgeführt und in Transportrichtung hinter der Reinigungskammer angeordnet ist. Dies ermöglicht die getrennte Aufbereitung des Prozessmediums und des Spülmediums, die in den getrennten Modulen aufgefangen werden können, so dass jeweils eine spezifisch angepasste Behandlung der jeweiligen Medien vorgenommen werden kann. Außerdem beeinflussen sich bei einer derartigen Anordnung von Reinigungskammer und Spüleinrichtung die jeweils ablaufenden Reinigungs- und Spülprozesse nicht gegenseitig in unerwünschter Weise.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spüleinrichtung, eine Trocknungseinrichtung und die Reinigungskammer modular und in beliebiger Reihenfolge aneinander ankoppelbar ausgeführt sind. Damit kann eine frei vorgebbare Reihenfolge von Reinigungsprozessen mit unterschiedlichen Prozessmedien und gegebenenfalls dazwischen vorgesehenen Spül- und/oder Trocknungsprozessen verwirklicht werden. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Anpassung an unterschiedliche Reinigungsanforderungen für das aufzubereitende Siliziummaterial.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fördereinrichtung eine Aufnahmestation und/oder eine Abgabestation zugeordnet sind, die für einen Zu- und/oder Abtransport des Siliziummaterials ausgebildet sind. Die Aufnahmestation und die Abgabestation können als Förderbänder ausgeführt sein und ermöglichen einen kontinuierlichen Transport des Siliziummaterials in die zumindest eine Reinigungskammer und einen Abtransport des aufbereiteten Siliziummateri als aus der Reinigungskammer oder der nachgeschalteten Spüleinrichtung oder der Trocknungseinrichtung.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Reinigungskammer mit einer nachgeschalteten Spüleinrichtung und mehreren, als Förderbändern ausgeführten Fördereinrichtungen.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine Vorrichtung 1 zur Aufbereitung von Siliziummaterial 3 weist mehrere hintereinander abschnittsweise in vertikaler Richtung überlappend angeordnete automatische Fördereinrichtungen auf, die als Förderbänder 2.1 bis 2.7 ausgeführt sind und die zur Förderung von Siliziummaterial 3 in zumindest einer Transportrichtung 4 vorgesehen sind. Mittels der Förderbänder 2.1 bis 2.7 kann das Siliziummaterial 3 durch eine Reinigungskammer 5 und eine nachgeschaltete Spülkammer 6 gefördert werden und mit Prozessmedium 7 sowie mit Spülmedium 8 beaufschlagt werden.
Ein erstes Förderband 2.1 ist als Aufnahmestation ausgeführt und ist für den Transport des Siliziummaterials 3 in die Reinigungskammer 5 vorgesehen. Das erste Förderband 2.1 ist in vertikaler Richtung oberhalb und überlappend zu einem zweiten Förderband 2.2 angeordnet, so dass Siliziummaterial 3 von dem ersten Förderband 2.1 längs einer kurzen Freifallstrecke auf das zweite Förderband 2.2 fallen kann. Allen Förderbändern 2.1 bis 2.7 ist gemeinsam, dass das Siliziummaterial 3 auf einer vom Förderband 2.1 bis 2.7 weg weisenden Oberfläche eines Obertrums 9 eines flexiblen, maschenförmigen und somit flüssigkeitsdurchlässigen Bandes 10 gefördert werden kann. Dabei ist eine Flächennormale 11 der Oberfläche des Obertrums 9 zumindest im Wesentlichen in vertikaler Richtung 14 ausgerichtet, so dass durch das umlaufende Band 10 ein Transport des Siliziummaterials 3 in zumindest überwiegend horizontaler Richtung stattfinden kann. Um eine kompakte Anordnung der Förderbänder 2.2 bis 2.6 zu ermöglichen und somit den Platzbedarf der Reinigungskammer 5 und der nachgeschalteten Spülkammer 6 gering zu halten, sind die Förderbänder 2.2 bis 2.6 jeweils parallel zueinander ausgerichtet und die Flächennormalen 11 nehmen einen spitzen Winkel mit der Vertikalen 14 ein, beispielsweise einen Winkel von 5 Grad bis 30 Grad.
Dem zweiten Förderband 2.2 wie auch den weiteren Förderbändern 2.3 und 2.4 ist jeweils eine Benetzungseinrichtung zugeordnet. Mittels der als Sprühdüsenanordnungen 12 ausgeführten Benetzungseinrichtungen, die teilweise in vertikaler Richtung oberhalb des Obertrums 9 und teilweise in vertikaler Richtung unterhalb des Obertrums 9 angeordnet sind, kann eine zumindest nahezu allseitige Benetzung des Siliziummaterials 3 mit einem Prozessmedium 7 vorgenommen werden. Das Prozessmedium 7 wird den Sprühdüsenanordnungen 12 über Mediumleitungen 13 zugeführt, mittels Druckbeaufschlagung durch nicht näher dargestellte Düsenöffnungen als vernebelter Sprühkegel in Richtung des Obertrums 9 und somit in Richtung des Siliziummaterials 3 ausgetragen und auf das Siliziummaterial 3 aufgesprüht. Durch die Anordnung der Sprühdüseneinrichtungen 12 in einer Reinigungskammer 5 kann eine Benetzung des Siliziummaterials 3 mit Prozessmedium 7 unter hohem Druck erfolgen, ohne dass das dadurch vernebelte Prozessmedium unkontrollierbar in die Umgebung austritt. Die Sprühdüsenanordnungen 12 sind jeweils des Förderbändern 2.2, 2.3 und 2.4 zugeordnet, wobei die Sprühkegel der Sprühdüseneinrichtungen 12 jeweils auch die Endbereiche der Förderbänder 2.2 und 2.3 erfasst. Damit ist sichergestellt, dass das Siliziummaterial 3 auch während der durch die kaskadenartige Anordnung der Förderbänder hervorgerufenen Orientierungsänderungen mit Prozessmedium 7 benetzt wird.
Überschüssiges Prozessmedium 7 und mit abgelösten Verunreinigungen des Siliziummaterials versehenes Prozessmedium 7 kann in vertikaler Richtung nach unten abtropfen und somit in einem nicht näher dargestellten Sammel- bzw. Aufbereitungsbecken für eine Entsorgung oder Aufbereitung des verbrauchten Prozessmediums 7 aufgenommen werden. Die Sprühdüsenanordnungen 12 sind für eine kontinuierliche Abgabe von Prozessmedium 7 vorgesehen, so dass das auf den Förderbändern 2.2 bis 2.4 geförderte Siliziummaterial ebenfalls einer nahezu kontinuierlichen Benetzung mit Prozessmedium ausgesetzt ist.
Das Siliziummaterial 3 liegt mit einer ersten räumlichen Ausrichtung auf dem ersten Förderband 2.1 auf und wird in Transportrichtung 4 auf das zweite Förderband 2.2 transportiert. Durch die vertikal nach unten versetzte, überlappende Anordnung des zweiten Förderbandes 2.2 fällt das Siliziummaterial 3 bei Erreichen eines Endbereichs des Förderbandes 2.1 in vertikaler Richtung auf das zweite Förderband 2.2, wobei auch eine Änderung der räumlichen Ausrichtung des Siliziummaterials 3 ein tritt, also eine Drehung stattfindet. Gleiches gilt für die weiteren Förderbänder 2.3 bis 2.7, so dass das Siliziummaterial 3 bei jedem Übergang von dem vorhergehenden auf das nachfolgende Förderband 2.1 bis 2.7 eine Orientierungsänderung erfährt, wie dies schematisch in der 1 angedeutet ist. Somit bilden jeweils überlappend angeordnete Förderbänder 2.1 bis 2.7 eine Wendeeinrichtung für das Siliziummaterial 3.
Das Förderband 2.5 ist für eine Überführung des Siliziummaterials 3 aus der Reinigungskammer 5 in die Spülkammer 6 vorgesehen, in der ebenfalls eine Sprühdüsenanordnung 12 vorgesehen ist, die das Siliziummaterial zumindest nahezu allseitig mit Spülmedium 8, insbesondere mit deionisiertem Wasser, benetzt.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine Sortiereinrichtung vorgesehen, die das behandelte Siliziummaterial während oder nach einem Reinigungsschritt hinsichtlich der Größe der einzelnen Brocken sortiert. Bevorzugt ist die Sortiereinrichtung der Abgabestation zugeordnet, so dass eine Sortierung nach vollständiger Reinigung des Siliziummaterials erfolgt.

Claims

Verfahren zum Aufbereiten bzw. Bearbeiten von insbesondere festem Siliziummaterial (3) mit einem Reinigungsprozess mit den Schritten: Benetzen von Siliziummaterial (3), das in einer ersten räumlichen Orientierung ausgerichtet ist, mit einem ersten, flüssigen Prozessmedium (7), Änderung der Orientierung des Siliziummaterials (3) mittels einer Wendeeinrichtung, Benetzen des Siliziummaterials (3) in der geänderten Orientierung mit dem ersten, flüssigen Prozessmedium (7).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reinigungsprozess zumindest drei Benetzungsvorgänge mit jeweils einer Orientierungsänderung dazwischen stattfinden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Benetzung des Siliziummaterials (3) mit Prozessmedium (7) auch während der Orientierungsänderung stattfindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem ersten Reinigungsprozess zumindest ein oder mehrere insbesondere gleichartig ablaufende Reinigungsprozesse mit unterschiedlichen Prozessmedien (7) nachgeschaltet sind, bei denen zumindest eine erste Benetzung des Siliziummaterials (3) mit Prozessmedium (7), zumindest eine Orientierungsänderung des Siliziummaterials (3) und zumindest eine weitere Benetzung des Siliziummaterials (3) mit Prozessmedium (7) vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessmedium (7) zumindest eines aus der Gruppe: Flussäure (HF), Salzsäure (HCl), Salpetersäure (HNO₃), Kalilauge (NaOH), insbesondere in wässriger Lösung, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass für einen ersten Reinigungsprozess als Prozessmedium (7) in Wasser gelöste Flussäure (HF_(aq)) oder in Wasser gelöste Salpetersäure (HNO_3(aq)), für einen zweiten Reinigungsprozess als Prozessmedium (7) in Wasser gelöste Kalilauge (NaOH_(aq)) und für einen dritten Reinigungsprozess als Prozessmedium (7) in Wasser gelöste Salzsäure (HCl_(aq)) eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach zumindest einem, insbesondere nach jedem, Reinigungsprozess ein Spülprozess, insbesondere mit deionisiertem Wasser, mit einer Spüleinrichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Reinigungsprozesse mit einer im Wesentlichen kontinuierlichen, insbesondere automatisierten, Förderung von Siliziummaterial (3), mit einer im Wesentlichen kontinuierlichen Benetzung des Siliziummaterials (3) mit Prozessmedium (7) und mit zumindest einer Orientierungsänderung für das Siliziummaterial (3), insbesondere in einer Reinigungskammer (5), durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziummaterial (3) für eine Änderung der räumlichen Orientierung von einer ersten Fördereinrichtung (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) auf eine beabstandet angeordnete zweite Fördereinrichtung (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) gefördert wird, die unterhalb der ersten Fördereinrichtung (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) angeordnet ist, so dass das Siliziummaterial von der ersten Fördereinrichtung (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) unter Änderung der räumlichen Orientierung auf die zweite Fördereinrichtung (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) fällt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach zumindest einem Reinigungsprozess und/oder nach zumindest einem Spülprozess ein Trocknungsprozess für das Siliziummaterial (3) durchgeführt wird.
Vorrichtung (1) zur Aufbereitung von Siliziummaterial (3), insbesondere zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens, mit zumindest einer Fördereinrichtung (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) zur Förderung von Siliziummaterial (3) in zumindest einer Transportrichtung (4), mit zumindest einer der Fördereinrichtung (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) zugeordneten Wendeeinrichtung zur Änderung einer räumlichen Orientierung des Siliziummaterials (3) und mit jeweils zumindest einer in Transportrichtung (4) vor der Wendeeinrichtung und einer in Transportrichtung nach der Wendeeinrichtung angeordneten Benetzungseinrichtung (12) zur Benetzung des Siliziummaterials (3) mit einem Prozessmedium (7).
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) langgestreckt ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) ein umlaufendes, endloses Förderband mit einem Obertrum (9) und einem Untertrum aufweist, wobei das Obertrum (9) in einem spitzen Win kel zu einer Horizontalen ausgerichtet und für den Transport des Siliziummaterials (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderband (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) aus einem für Prozessmedium (7) durchlässigen Material, insbesondere einem Maschenmaterial, besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Wendeeinrichtung zumindest eine, in einem spitzen Winkel zur Transportrichtung (4) angeordnete, orthogonal und benachbart zu einer Oberfläche des Obertrums (9) ausgerichtete Führungsschiene für eine Orientierungsänderung des Siliziummaterials (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendeeinrichtung durch eine Anordnung von zumindest zwei insbesondere in Transportrichtung (4) überlappend angeordneten Förderbändern (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) gebildet ist, um eine Orientierungsänderung des Siliziummaterials (3) zu bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Spüleinrichtung (6) vorgesehen ist, die für eine Entfernung des von der Benetzungseinrichtung (12) aufgebrachten Prozessmediums (7), insbesondere mit deionisiertem Wasser, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine automatische Fördereinrichtung (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7), zumindest eine Wendeeinrichtung und zumindest zwei Benetzungseinrichtungen (12) in einer zumindest im Wesentlichen abgeschlossenen Reinigungskammer (5) untergebracht sind, um ein Entweichen von Prozessmedium (7) zu verhindern.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spüleinrichtung (12) in die Reinigungskammer (5) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spüleinrichtung als separates Spülmodul (6) ausgeführt und in Transportrichtung (4) hinter der Reinigungskammer (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Spüleinrichtung (6), eine Trocknungseinrichtung und die Reinigungskammer (5) modular und in beliebiger Reihenfolge aneinander ankoppelbar ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Fördereinrichtung (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) eine Aufnahmestation (2.1) und/oder eine Abgabestation (2.7) zugeordnet sind, die für einen Zu- und/oder Abtransport des Siliziummaterials (3) ausgebildet sind.