2、开炉前的检查 2.1 加热系统的检查
1)加热系统是设备运行的主要部分,炉内的发热是通过中频线圈通电形成电磁场致使石墨发热导体发热,再通过真空辐射的方式使硅料预加热,当硅料加热到导磁后再自身产生发热。我们在开炉前必须检查中频线圈和碳复合毡及炉体的绝缘性,测量的绝缘电阻必须大于2千欧姆以上。
2)中频加热的线圈的内部是通水冷却的,以保证线圈在高温状态下能正常工作,所以我们在加热前必须先通水给予压力,检查中频线圈是否漏水或完好,防止不良后果的产生。
3)中频线圈的电极接口是高温产生的地方,电极杆和出口法兰是依靠胶圈来密封的,所以应经常检查胶圈是否完好,以免泄露造成不良后果。
4)石墨发热体为拼接式,四周的链接是靠石墨螺栓来连接,故应经常检查高温过后的完好性,防止加热过程出现故障。
5)保温材料经过高温后会产生一定的变形量,经常检查紧固螺母是否松动,防止影响保温效果。
6)热电偶是由多层陶瓷管保护而成,需经常检查外部陶瓷管的完好性,如发现开裂及时更换。
6
2.2 坩埚护板的安装
坩埚的摆放和石墨护板之间必须保持一定的空隙,安装护板时螺母用力均匀,螺母旋紧时往回旋半圈,使之达到受热受力均衡,这样有利于坩埚加热时的保护。 2.3 断水报警
断水报警分为总管水压低报警和各分管路供水不足报警,报警时会亮起黄色报警灯,可通过计算机检查那根水管水压不足,一边及时修复。 2.4 硅液溢流保护
当炉子出现硅液溢流报警时,我们先进行人为的判断,可通过观察温度、观察观察窗等,再进行报警复位,复位不成功后炉子会在60S之后直接进入急冷状态。在开炉前必须保证硅溢流报警的正常。 硅液溢流属于危险报警,每个操作人员必需引以重视,采取必要行动,确保人身安全。
2.5 真空机组的检查和真空泵出现故障应急措施
真空机组是设备腔体保持高真空的关键设施,所以我们可经常检查机组的抽真空性能,检查机组的抽速和极限真空度。
该设备配有三级抽真空系统,每套设备配有四台滑阀泵、四台罗茨泵、和一台扩散泵、如设备在运行过程中滑阀泵出现故障,设备可进入“手动界面”来关闭出现故障的滑阀泵,设备可实现继续自动运行。如果设备在运行过程中罗茨泵出现故障,设备可进入“手动界面”关闭出现故障的罗茨泵,设备继续实现自动运行。
7
该设备的真空机组在运行过程中,其中一台滑阀泵或罗茨泵的故障产生,对抽速会产生一定的影响,因此泵的损坏,对“提纯阶段”的极限真空会产生一定的影响。
设备进入“长晶阶段”之后,整个机组只需要一台滑阀泵运行抽真空,因此其它泵的故障产生不会对产品有太大的影响。 3、 WZL-460型多晶硅提纯铸锭炉概述 3.1工作原理和设备硬件。
3.1.1 WZL-460型多晶硅提纯铸锭炉原理
WZL-460/600多晶硅提纯铸锭炉是一台具有除磷和除金属杂质的多晶硅铸锭设备,该设备的壳体为不锈钢双层水冷结构,上下炉盖和中间筒体全部由优质不锈钢制作而成,加热采用中频电源加热,加热功率在250KW。坩埚的一次装料可达到450KG,坩埚尺寸是878mmX878mmX480mm.铸成硅锭尺寸在840mmX840mmX280mm.
由于设备要达到除磷的目的,所以该设备采用中频变频加热,在预热阶段、熔化阶段、长晶阶段、退火阶段采用1500HZ加热,以提高加热效率。在提纯阶段采用500HZ加热,以提高提纯时的搅拌作用。真空系统的配臵必须是高抽速和高真空度,有利于磷挥发并及时地被抽走,因此该设备配备了三级抽真空系统,极限真空可达6.7X10-3。 坩埚下部的保温部分和上部中频加热的保温部分做成可拆卸式,有利于保温材料损坏时及时调换。
设备的整体控制由15寸研华工业计算计来实现,生产时间约60小时
8
左右。设备操作简单,计算机共分为7个界面,即报警、监控、模式、配方、手动、曲线和设定,设备操作简单傻瓜化,自动化程度高,设备除装料和出料以外全部实现自动化。显示屏可动画显示当前系统运行状态,如电机运行、冷却水流量指示、阀门的开启和闭合、真空度显示、温度状态显示、充气比例阀显示、设备所处状态、功率输出百分比等。 显示屏还可设臵温度控制曲线,设臵系统内部时间及其他内部的数据。操作人员可随时观察真空度和温度的工艺曲线。可实现Recipe菜单功能,能储存一定量的工艺生产数据,每次生产产品只需输入产品编号即可。并可将生产工艺曲线从工控机上下载至个人电脑中长期归档保存,并可通过电脑作EXCEL表格式打印或记录式曲线化打印。
设备的整个工艺过程分为装料,抽真空,检漏,加热预热,熔化,提纯、长晶,退火,冷却等工艺。装料是在喷有氮化硅涂层的石英坩埚内,在保证不破坏涂层的条件下,进行装料。装料完毕后,关闭炉门开始抽真空,当压力降到0.008mbar时即可检漏,如果设备检漏通过,此时我们即可开始自动运行设备,按照配方工艺步骤运行。
我们首先要对硅料进行除磷作业,先将加热融化的硅料升温至提纯温度,抽高真空,根据磷含量的大小来确定所需保温的提纯时间,保温结束进入长晶状态,在晶体生长过程中,原则上水平方向温度保持一致,垂直方向形成温度梯度,在此过程中坩埚和隔热门可实现同时下降,并可根据工艺条件来设定运行曲线,运行过程中,通过隔热层的向下打开和坩埚向下运行,在热场内产生温度梯度,实现由下向上定向长晶。
9
所以一般自坩埚底部开始降温,当硅熔体温度低于熔点时,在接近坩埚底部处首先凝固,形成许多细小的核心,然后横向生长,当核心相互接触时,再逐渐向上生长,长大,形成柱状晶,柱状方向与晶体方向平行,直至所有的硅熔体都结晶为止,这样制备出来的多晶硅的晶粒大小,晶界结构,缺陷类型都很相似。 3.1.2 WZL-460型多晶硅提纯铸锭炉的组成 1).炉体部分:
炉体主体部分主要包括有:真空炉体,炉体支撑架、平台等部分组成。
真空炉体为圆形立式、双层夹套水冷结构,炉膛内层采用低炭不锈钢制作而成。上炉体上设有真空抽气口、热偶口、中频电源接口、观察窗等。在上炉体顶部为一法兰接口,安装通水冷却活动盖板,该炉盖可以打开以方便对炉内进行安装调试。顶部中央设有观察窗,方便观察炉内的加热状况。上盖还设有充气接口,供长晶时充气和炉壁换热之用。 下炉体向下移动,作为开门,通过软轴和减速机提升装臵来升降炉门,炉体支撑采用优质碳钢焊接加工,由3根支柱及底座组成。整个上炉体通过螺钉与支撑柱连接,下炉体落在3根支撑柱的支撑台上,通过丝杠连接,可以使下炉体上下移动。在支撑台上设有橡胶支撑块作为炉门落下的缓冲。
炉门提升装臵采用3根进口滚珠丝杠,装在支撑柱上,通过丝杠将炉门拉住。动力为一台伺服电机,经减速机减速后传递给丝杠。3根丝杠
10