高純多晶硅是電子工業(yè)和太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原料，在未來(lái)的50年里，還不可能有其他材料能夠替代硅材料而成為電子和光伏產(chǎn)業(yè)主要原材料。近年來(lái)，全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)量快速增加，直接拉動(dòng)了多晶硅需求的迅猛增長(zhǎng)。
多晶硅市場(chǎng)需求經(jīng)歷了由“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)”向“光伏產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)”的轉(zhuǎn)變。光伏行業(yè)很快出現(xiàn)高速發(fā)展的局面，硅材料生產(chǎn)過(guò)程中必需的清洗設(shè)備的市場(chǎng)需求仍然非常大。這些設(shè)備分別用于半導(dǎo)體材料行業(yè)中多晶硅塊料、棒料和硅芯的清洗。我公司結(jié)合多年電子行業(yè)清洗機(jī)制造經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)該工藝的生產(chǎn)特點(diǎn)，開發(fā)出針對(duì)以上產(chǎn)品的專用全自動(dòng)清洗設(shè)備，并已在多家硅材料生產(chǎn)廠家得以成功應(yīng)用。
1、工藝研究
在多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中，清洗的作用是在盡量減小材料損失的前提下，有效去除晶片表面的有機(jī)物、顆粒、金屬雜質(zhì)、自然氧化層及石英器Ⅲ的污染物。采用酸液剝離表面沾污層，再通過(guò)純水進(jìn)行沖洗的方法達(dá)到洗凈效果。
在規(guī)模生產(chǎn)中，一般采用HF+HNO3,作為腐蝕液與硅材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。為了降低剝離層厚度，對(duì)于反應(yīng)溫度、時(shí)間的控制非常關(guān)鍵。對(duì)于塊狀料，由于其形狀不規(guī)則且處理過(guò)程互相堆疊，增加了清洗及干燥的難度，我們?cè)诮?jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：對(duì)腐蝕槽溶液降溫能有效控制反應(yīng)速度、降低材料損失并可以獲得更好的表面質(zhì)量。通過(guò)QDR、階梯溢流、加熱超聲的依次水洗，可以將殘留酸液去除。熱氮吹掃去除水滴，真空加熱干燥對(duì)于堆疊工件（塊狀料）的干燥效果良好。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
基于上述結(jié)果，結(jié)合考慮塊狀料和棒狀料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們進(jìn)行了專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工位排布。硅塊清洗設(shè)備工位排布：酸腐蝕→QDR水洗→2階梯溢流水洗→加熱超聲水洗→熱氮吹掃→真空加熱干燥（3工位并行）；
硅棒/硅芯清洗設(shè)備工位排布：酸腐蝕→QDR/溢流水洗→超聲水洗→熱氮吹掃。
2.1腐蝕槽
HF+HNO3與硅材料反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量的熱量及煙霧。在不加制冷的情況下，溶液溫度可達(dá)100℃以上。這樣，在工件由腐蝕槽取出后，熱的工件表面接觸空氣后迅速氧化，造成清洗效果差。有效的解決辦法是降低溶液溫度和減少傳送時(shí)間。我們?cè)诓蹆?nèi)四周布置波紋盤管。管內(nèi)通冷水用于溶液的降溫。底部設(shè)置氮氣鼓泡機(jī)構(gòu)有利于溶液的攪動(dòng)并防止二次氧化。試驗(yàn)證明：增加冷盤管可使溶液溫度降至40℃左右。在傳送方面，采取合理有效的移動(dòng)控制措施，使工件在空氣中的暴露時(shí)間減少至4s以內(nèi)。通過(guò)以上2項(xiàng)措施，有效避免了工件表面的二次氧化 。
2.2 真空加熱干燥
專為硅塊干燥而設(shè)計(jì)。其工作原理：通過(guò)對(duì)密閉容器抽真空，降低水的沸點(diǎn)。加熱器用于保證容器內(nèi)溫度氛圍，使得殘留水分汽化，并由真空泵抽出，達(dá)到干燥目的。此工位完全按照真空腔室設(shè)計(jì)，配備自動(dòng)開啟關(guān)閉蓋，真空壓力檢測(cè)開關(guān)，真空截止閥等。方形腔室的設(shè)計(jì)大大減小了體積、質(zhì)量，結(jié)構(gòu)緊湊美觀 。而且在多次的試驗(yàn)后，我們總結(jié)出了一套提高干燥效率的有效控制工藝，并在實(shí)際使用中得以成功應(yīng)用。
華林科納作為國(guó)內(nèi)最具競(jìng)爭(zhēng)力的硅材料清洗設(shè)備制造商，通過(guò)與硅材料生產(chǎn)企業(yè)的緊密合作，幫助我公司不斷完善和改良設(shè)備，為今后的設(shè)計(jì)研發(fā)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 。
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