多晶硅铸锭炉操作与生产流程

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/2/8,#,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,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,元,检测单元包,括,括温度、水,流,流量、隔热,笼,笼位置等检,测,测。检测,器件有热电,偶,偶，红外测,温,温仪，流量,计,计以及位置,反,反馈编码器,组成。,6）运动单,元,元控制,运动单元控,制,制下炉体的,升,升降运动、,隔,隔热区的提,升,升等动作。,7）系统供,电,电单元,系统电源单,元,元包括总电,源,源开关，控,制,制柜内配电,保,保护，以,及UPS等,构,构成。,工作原理,1,多,多晶硅铸锭,炉,炉的工作顺,序,序分：加热,，,，熔化,，,，结晶，退,火,火，冷却，,急,急冷等六个,步,步骤。,加热：七个,步,步骤（4-5小时）,熔化：十二,个,个步骤（12-13小,时,时）,结晶：七个,步,步骤（24-25小时,）,）,退火：三个,步,步骤（3小,时,时）,冷却：五个,步,步骤（10-12小时,）,）,通过工控机,设,设置完成各,种,种工艺参数,和,和预定参数,后,后，,送,送达SNAP智能控制,器,器。,具体过程：,将,将经过SiN喷涂处理,后,后的坩埚装,入,入硅原料，,并,并放置在热,交,交换台上。,关,关闭炉体抽,真,真空，然后,通,通过调整可,控,控制硅的控,制,制单元的变,压,压器输出的,低,低电压高电,流,流，电流加,到,到石墨加热,器,器，并通过SNAP智,能,能控制器,，,，自动温度,控,控制，加热,若,若干小时以,后,后完全熔化,硅,硅料。当硅,料,料完全熔化,后,后，根据工,艺,艺要求，缓,慢,慢提升隔热,笼,笼位置，暴,露,露出热交换,台,台，使一部,分,分热量散发,到,到炉壁，通,过,过冷却水把,炉,炉壁热量带,走,走，交换台,温,温度的下降,会,会传到坩埚,底,底部，使硅,溶,溶液形成垂,直,直的温度梯,度,度，此温度,梯,梯度会使硅,溶,溶液下方凝,固,固结晶至上,方,方。当所有,的,的硅液都凝,固,固后，硅锭,再,再经过退火,、,、通入氩气,、,、控制冷却,方,方式等步骤,以,以避免硅锭,出,出现内应力,，,，以及减少,硅,硅锭产生的,晶,晶体缺陷（,主,主要是点、,线,线、面缺陷,）,），从而提,高,高硅锭质量,性,性能。（硅,的,的导电性、,可,可切割性。,）,）,结晶炉操作,界,界面,操作界面的,组,组成,操作界面是,有,有报警、监,控,控、自动控,制、工艺、,手,手动控制、,趋,趋势图六大,窗,窗,口组成。,报警窗口,最常见的主,要,要报警有：,加热器断开,报,报警、丢失,主,主电源报警,、,、主电源缺,项,项报,警、隔热笼,提,提升故障报,警,警、TC1,热,热电偶故障,报,报警、,高温计不在,原,原点上报警,、,、UPS错,误,误报警、冷,却,却水流,量报警等。,监控窗口,在监控窗口,中,中可以看到,系,系统运行时,的,的状态，包,括,括当,前的模式，,步,步骤，剩余,时,时间以及当,前,前正在使用,的,的工艺 文,件,件名。,在屏幕上还,显,显示进气阀,的,的设定值和,实,实测值，出,气,气阀,的设定值和,实,实测值，炉,内,内压力的设,定,定值和实测,值,值，8,路水流量的,实,实测值，隔,热,热笼的目标,位,位置和实际,位,位置，瞬时,电,电流、电压,、,、功率、通,断,断百分比，,控,控制方式以,及,及各自的设,定,定值和实测,值,值等。,自动控制窗,口,口,自动控制窗,口,口主要包含,自,自动运行的,一,一些功能。,操,操作,者可以选择,正,正常启动或,定,定时启动来,开,开始一次自,动,动加,工。,只要按下自,动,动运行按钮,，,，系统就会,开,开始自动运,行,行；,自动运行开,始,始运行时，,旁,旁边会出现,一,一个绿色圆,图,图标，指示,当,当前正在自,动,动运行状态,。,。,工艺窗口,工艺文件在,整,整个系统中,具,具体很重要,的,的意义，任,何,何一次自动,循,循环都是按,照,照工世文件,的,的设定进行,的,的，工艺文,件,件的更改可,以,以直接影响,生,生产出来的,硅,硅锭质量。,工,工艺文件总,共,共分四页，,操,操作者可以,按,按翻页按扭,在,在各页面之,间,间切换。在,一,一般情况下,不,不建议不懂,工,工艺的人员,随,随便修改工,艺,艺。,手动控制窗,口,口,在手动界面,上,上，允许操,作,作者对各个,阀,阀门以及电,源,源接,触器进行操,作,作，更改加,热,热控制方式,、,、功率设定,、,、温,度设定等。,此,此窗口还包,含,含隔热笼操,作,作、下炉体运行,控制、慢速抽真空,、,、维护操作,等,等子窗口。,趋势图窗口,趋势图界面,显,显示5个小,时,时内8个变,量,量的实时变,化,化趋势,，可以查看,功,功率、3个,热,热电偶的温,度,度、炉腔压,力,力、隔热笼,位,位置、高温,计,计和报警。,该,该趋势图分,为,为实时趋势,和,和历史趋势2个部分。,硅锭生产流,程,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,备好250g SiN,、,、1000mL水、放,入,入小烘箱进,行,行烘烤。,2 打开,加,加热开关，,待,待温度,升到30,后,后开始喷涂,。,。,3 重复,喷,喷涂，直至SiN溶液,喷完。,坩埚烘烤,步骤：,1 将坩,埚,埚小心抬到,烘,烘烤箱,内平放。,2 关闭,烘,烘箱门，锁,上,上锁扣。,3 打开,加,加热按钮进,行,行加热。,4 烘烤,时,时间需30,多,多小时后,使用。,备料,步骤：,1 拿好,备,备料单到仓,库,库领料。,2 按照,备,备料单上的,重,重量，,类型，电阻,率,率分类进行,备料。,3 校对,重,重量，领出,仓,仓库。,检验,步骤：,1 将领,出,出的硅原料,拉,拉到检,验室。,2 按照,原,原料的类型,，,，电阻,率进行抽检,。,。,3 认真,记,记录抽检的,数,数据。,4 发现,问,问题及时通,知,知负责,人。,装料,步骤：,1 用一,些,些比较有规,则,则的硅原,料平面对坩,埚,埚四周及底,部,部进行护面,，,，防止SiN涂层被破,坏,坏。,2 在装,料,料过程中，,应,应该轻拿轻,放,放。,3 装料,尽,尽可能以不,超,超高为目标,。,。,4 装料,完,完毕后要对,坩,坩埚四壁清,理,理。,进炉,步骤：,1 小心,用,用专用叉车,将,将装,好硅料的坩,埚,埚从小推,车上升起。,2 使用,专,专用叉车将,坩,坩埚,放到石墨交,换,换台上。,3 放入,交,交换台时应,缓,缓慢下,降。,4 坩埚,盒,盒与交换台,四,四周距,离412cm.,原料进炉,监控,步骤：,1 合,上,上炉体，关,上,上夹具。,2 点慢,速,速抽真空按,钮,钮，慢,抽真空。,3 检查,水,水，电，气,等,等相关辅助,设,设备并记录,各,各项参数。,4 当真,空,空抽到0.005mbar开,始运行。,5 熔化,第,第十步会有,报,报警需,人工确认。,6 长晶,第,第六步会有,报,报警需,人工确认。,7 长晶,第,第七步会有,报,报警需,人工确让。,出炉,步骤：,1 打,开,开炉体，使,用,用专用叉,车将结晶好,的,的硅锭从炉,体取出。,2 缓,慢,慢得将硅锭,放,放到专用,的推车上，,盖,盖上保温,罩，拉到指,定,定点。,3 标注,高,高温，小心,烫,烫伤。,脱锭入库,步骤：,1 取,出,出石墨侧,板,板，脱掉,石,石,英坩埚。,2 对,硅,硅锭四周,进,进行清理,卫,卫,生。,3 标,注,注硅锭编,号,号入库。,注意事项,1 在,生,生产过操,作,作程中应,穿,穿戴防护,服,服、手套,、,、口罩。,2 设,备,备在运行,过,过程中，,禁,禁止随意,开,开、关，,点,点击操作,界面。,3 在,需,需要确认,熔,熔化，透,顶,顶报警时,，,，要通过,确,确认后方,可跳步。,长,长角报警,时,时按取消,键,键以使这,步,步按设定,工,工,艺走完。,4 遇,到,到断水时,，,，应在最,短,短时间内,切,切换使用,备,备用水,以保证设,备,备的安全,。,。,5 在,处,处理突发,事,事件时，,同,同时要注,意,意人身安,全,全。,6 外,围,围辅助设,备,备发生故,障,障时及时,联,联系当班,人,人员修复,。,。,