多晶硅铸锭炉操作与生产流程.ppt

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1、多晶铸锭炉简介与硅锭生产流程,培训内容,主要用途和特性设备的组成和工作原理结晶炉操作界面硅锭生产流程注意事项,主要用途和特性,1 用途：JJL-240型多晶铸锭炉将不规则的硅原料，装炉后重熔,实现稳步定向凝固，生产出高质量，标准规格的多晶硅硅碇。2 特性：在58小时之内生产出275kg的多晶硅硅锭。在整个结晶过程中，只有一个部件运动，简化设备的操作性和复杂性。,设备的组成和工作原理,设备的组成:钢结构部件、炉体部件、加热隔热系统、真空与供气系统、冷却系统、电源供应及控制系统。,1 炉体部件,炉体的组成主要由顶盖、上炉体和下炉体组成，它们由双层不锈钢焊接形成。层与层之间留有一定间隙，便于冷却水通

2、过。,2 加热隔热系统,隔热笼在上炉体内，由上下两层不锈钢架组成。四周衬有碳纤维隔热材料，主要起保温、隔热作用。六个铜电极从炉体上方穿入，并提供交流电给石墨电极，电极通过石墨螺栓与加热片（呈四方形）连接。四角用转接片连接，上部被隔热材料覆盖，周围是隔热笼。在下炉体内，用三支石墨柱支撑着一个用双层隔热材料组成的平台，在隔热笼下降时形成一个密闭腔。在此平台上，悬空支撑着一散热交换台，用于放置坩埚。,3 真空与供气系统,真空系统是由机械泵、罗茨泵、安全阀等其他附件组成，当炉内压力抽到0.005毫帕时才可以运行。当真空抽到40毫帕以下时，罗茨泵自动开始细抽。炉内工作压力需维持600毫帕时，是靠机械泵抽

3、气作用。氩气进入的量是由质流控制器控制，抽气量是由连接真空泵的比例调节阀调整。空气压力控制阀用于关闭氩气进气系统及炉体与真空系统分开。,4 冷却系统,炉体上部进气冷却循环水分八路，F1，F2，F3三组对应六个电极，F4进气法兰，F5上炉体，F6下炉体上部，F7下炉体下部，F8真空泵。炉内的温度通过循环水散出，升温后的水通过外冷却塔进行冷热交换，并用水泵送回内循环。,5 电源供应与控制系统,电源供应与控制系统主要由电源柜和控制柜组成。电源柜包括电源开关，功率控制器等。控制柜系统包括工控机，SNAP智能处理器，加热器的电源系统，真空系统控制单元，检测单元，运动控制单元，系统供电单元。,1)工控机

4、整个控制系统以工控机操作为上位机，上位机完成控制工艺的设置，控制过程中的监控，各种反馈信息（如：温度、水流量、隔热区位置等）出现异常报警显示，统计和记录整个硅结晶过程的各种参量的变化情况并生成图表。2）SNPA智能处理器 是控制系统的下位机单元，是核心单元，完成对温度的控制，真空度及充入氩气的压力控制，隔热笼的提升控制，结晶的速度，水流量的检测，并送达上位机。3）加热器电源系统 包括大容量的降压变压器以及可控硅的控制单元。4）真空系统控制单元 包括对真空泵的控制，真空度的检测，以及气体流量控制。,5）检测单元 检测单元包括温度、水流量、隔热笼位置等检测。检测器件有热电偶，红外测温仪，流量计以及

5、位置反馈编码器组成。6）运动单元控制 运动单元控制下炉体的升降运动、隔热区的提升等动作。7）系统供电单元 系统电源单元包括总电源开关，控制柜内配电保护，以及UPS等构成。,工作原理,1 多晶硅铸锭炉的工作顺序分：加热，熔化，结晶，退火，冷却，急冷等六个步骤。加热：七个步骤（4-5小时）熔化：十二个步骤（12-13小时）结晶：七个步骤（24-25小时）退火：三个步骤（3小时）冷却：五个步骤（10-12小时）,通过工控机设置完成各种工艺参数和预定参数后，送达SNAP智能控制器。具体过程：将经过SiN喷涂处理后的坩埚装入硅原料，并放置在热交换台上。关闭炉体抽真空，然后通过调整可控制硅的控制单元的变压

6、器输出的低电压高电流，电流加到石墨加热器，并通过SNAP智能控制器，自动温度控制，加热若干小时以后完全熔化硅料。当硅料完全熔化后，根据工艺要求，缓慢提升隔热笼位置，暴露出热交换台，使一部分热量散发到炉壁，通过冷却水把炉壁热量带走，交换台温度的下降会传到坩埚底部，使硅溶液形成垂直的温度梯度，此温度梯度会使硅溶液下方凝固结晶至上方。当所有的硅液都凝固后，硅锭再经过退火、通入氩气、控制冷却方式等步骤以避免硅锭出现内应力，以及减少硅锭产生的晶体缺陷（主要是点、线、面缺陷），从而提高硅锭质量性能。（硅的导电性、可切割性。）,结晶炉操作界面,操作界面的组成 操作界面是有报警、监控、自动控 制、工艺、手动控

7、制、趋势图六大窗 口组成。,报警窗口,最常见的主要报警有：加热器断开报警、丢失主电源报警、主电源缺项报警、隔热笼提升故障报警、TC1热电偶故障报警、高温计不在原点上报警、UPS错误报警、冷却水流量报警等。,监控窗口,在监控窗口中可以看到系统运行时的状态，包括当前的模式，步骤，剩余时间以及当前正在使用的工艺 文件名。在屏幕上还显示进气阀的设定值和实测值，出气阀的设定值和实测值，炉内压力的设定值和实测值，8路水流量的实测值，隔热笼的目标位置和实际位置，瞬时电流、电压、功率、通断百分比，控制方式以及各自的设定值和实测值等。,自动控制窗口,自动控制窗口主要包含自动运行的一些功能。操作者可以选择正常启动

8、或定时启动来开始一次自动加工。只要按下自动运行按钮，系统就会开始自动运行；自动运行开始运行时，旁边会出现一个绿色圆图标，指示当前正在自动运行状态。,工艺窗口,工艺文件在整个系统中具体很重要的意义，任何一次自动循环都是按照工世文件的设定进行的，工艺文件的更改可以直接影响生产出来的硅锭质量。工艺文件总共分四页，操作者可以按翻页按扭在各页面之间切换。在一般情况下不建议不懂工艺的人员随便修改工艺。,手动控制窗口,在手动界面上，允许操作者对各个阀门以及电源接触器进行操作，更改加热控制方式、功率设定、温度设定等。此窗口还包含隔热笼操作、下炉体运行控制、慢速抽真空、维护操作等子窗口。,趋势图窗口,趋势图界面

9、显示5个小时内8个变量的实时变化趋势，可以查看功率、3个热电偶的温度、炉腔压力、隔热笼位置、高温计和报警。该趋势图分为实时趋势和历史趋势2个部分。,硅锭生产流程,生产流程图：,坩埚喷涂,坩埚烘烤,检验,装料,进炉,监控,出炉,备料,脱锭入库,坩埚喷涂,步骤：1 准备好250g SiN、1000mL水、放入小烘箱进行烘烤。2 打开加热开关，待温度 升到30后开始喷涂。3 重复喷涂，直至SiN溶液 喷完。,坩埚烘烤,步骤：1 将坩埚小心抬到烘烤箱 内平放。2 关闭烘箱门，锁上锁扣。3 打开加热按钮进行加热。4 烘烤时间需30多小时后 使用。,备料,步骤：1 拿好备料单到仓库领料。2 按照备料单上的

10、重量，类型，电阻率分类进行 备料。3 校对重量，领出仓库。,检验,步骤：1 将领出的硅原料拉到检 验室。2 按照原料的类型，电阻 率进行抽检。3 认真记录抽检的数据。4 发现问题及时通知负责 人。,装料,步骤：1 用一些比较有规则的硅原 料平面对坩埚四周及底部进行护面，防止SiN涂层被破坏。2 在装料过程中，应该轻拿轻放。3 装料尽可能以不超高为目标。4 装料完毕后要对坩埚四壁清理。,进炉,步骤：1 小心用专用叉车将装 好硅料的坩埚从小推 车上升起。2 使用专用叉车将坩埚 放到石墨交换台上。3 放入交换台时应缓慢下 降。4 坩埚盒与交换台四周距 离412 cm.,原料进炉,监控,步骤：1 合上

11、炉体，关上夹具。2 点慢速抽真空按钮，慢 抽真空。3 检查水，电，气等相关辅助设备并记录各项参数。4 当真空抽到0.005mbar开 始运行。5 熔化第十步会有报警需 人工确认。6 长晶第六步会有报警需 人工确认。7 长晶第七步会有报警需 人工确让。,出炉,步骤：1 打开炉体，使用专用叉 车将结晶好的硅锭从炉 体取出。2 缓慢得将硅锭放到专用 的推车上，盖上保温 罩，拉到指定点。3 标注高温，小心烫伤。,脱锭入库,步骤：1 取出石墨侧板，脱掉石 英坩埚。2 对硅锭四周进行清理卫 生。3 标注硅锭编号入库。,注意事项,1 在生产过操作程中应穿戴防护服、手套、口罩。2 设备在运行过程中，禁止随意开、关，点击操作 界面。3 在需要确认熔化，透顶报警时，要通过确认后方 可跳步。长角报警时按取消键以使这步按设定工 艺走完。4 遇到断水时，应在最短时间内切换使用备用水 以保证设备的安全。5 在处理突发事件时，同时要注意人身安全。6 外围辅助设备发生故障时及时联系当班人员修复。,