100吨单晶项目总结.docx

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100吨单晶项目总结

100吨单晶项目工艺概况

一、项目名称：

《年产100吨Φ150mm～300mm集成电路级硅单晶片生产线项目》

二、厂房规模

整个产房按200吨/每年单晶产能设计，其中100吨为新建抛光片配套，另100吨产能是从老厂房搬入，切磨倒角片能力折合单晶100吨/每年。

所有的公用工程水、电、气按300吨/每年产能预留。

三、生产工艺流程

本项目生产工艺流程，从原料多晶硅到成品磨片，其生产工艺流程如下：

多晶库多晶挑选多晶清洗烘干检验包装

切断晶棒检验拉单晶（拉重掺）多晶中间库

退火检验晶棒滚磨抛光检验晶棒入库切片切片清洗检验退火前清洗退火退火后检验倒角倒角后清洗倒角片检验磨片磨片清洗磨片检验最终清洗抽检包装成品库。

四、工艺所需条件介绍

工艺程序一：

多晶筛选

多晶库（101房间）：

作为多晶原料的存放区域，无温度及洁净度要求。

多晶分选区（102房间）：

选择适合拉单晶的多晶材料，无洁净度要求。

但是因为该房间需要工作人员对多晶进行分选，设置一台分体式空调调节室内温度达到人体需求即可。

多晶浸泡间（105房间）：

对选择好的多晶材料进行浸泡，所用药液为HF，因此该房间设置了HF酸排风及废气处理系统，对浸泡过程中发散的含酸气体进行处理。

原设计业主采用为全室排风，现在建议业主在订购浸泡设备时加设排风箱，尽量避免含HF酸气体泄露到房间内。

屋顶处理HF酸废气的设备为吸附塔加淋洗塔，具体的工艺条件需要进一步核实。

该房间没有温度及湿度要求，未设计空调系统。

多晶清洗间（106房间）：

采用强酸对浸泡过的多晶进行清洗，去除附着在多晶表面上的残留药液等脏物，同样有含酸气体挥发出来，因此要求房间空调采用新风空调加酸碱排风系统，将室内的空气全部置换，不设回风系统。

清洗的工艺为强酸去除表面污物纯水去除多晶表面残留的强酸，机器为多工位清洗机，分为HF清洗+纯水冲洗。

因此该房间还需要引入电阻率为18MΩ的纯水来清洗酸洗后的多晶。

清洗后的废液从预埋的耐酸碱PVC排水管道进入室外的酸废水收集池，经水泵输送至一期废水处理站进行处理。

该房间的风量通过新风送风+酸碱排风来保持房间的正压，因此在调试过程中要注意使送风与排风量保持一定的平衡，保证室内的正压在10Pa即可。

使用过程中要保证排风与空调同时开启，避免只开启一个系统造成房间的正压过大或形成负压。

该房间还设有一台坩埚清洗机，

多晶烘干室（107房间）：

对清洗过的多晶进行烘干。

因设备需要散热，设置了热排风系统+新风空调，无回风。

因此在使用中要注意与多晶清洗间同样的问题。

房间洁净度为十万级。

检验包装间（108房间）：

对烘干过后的多晶进行检验及包装，筛选合格的产品，不合格的产品进入回料区，重新清洗烘干。

房间设置吊顶式柜式空调机组+新风，采用顶送顶回送风方式，洁净度等级为万级。

施工前曾建议业主在房间内设置回风夹道，采用顶送侧回送风方式，改善房间气流组织，业主考虑经济因素，未采纳。

回料区（103、104房间）：

存放清洗后不合格的多晶，准备再次浸泡清洗。

考虑浸泡间没有洁净度要求，因此该存储房间也未设计洁净空调。

多晶中间库（110房间）：

存放经检验合格的多晶。

房间洁净度等级为十万级，房间设置吊顶式柜式空调机组+新风，采用顶送顶回送风方式，洁净度等级为万级。

与检验间同样的原因，业主未同意该房间作回风夹道。

单晶拉制：

本厂房设计了拉重掺及拉轻掺两种生产工艺流程，根据单晶生长过程中掺杂的添加物质不同进行区分。

拉重掺室（115房间）：

该房间面积216m2，吊顶高度8.2m。

房间下设地下室，层高3.2m，单晶炉所用的工艺条件如氩气、压缩空气管路；单晶炉冷却水管路、水池、水泵；单晶炉用真空泵设备及管路；单晶炉洗尘用管路等均敷设在地下室内。

单晶炉为分段组装如下图所示

图1单晶炉设备外观图图2单晶炉及附属真空泵基础图

工艺接口部分（底部框架范围）在地下室内，炉体操作及观测部分在一层室内。

（图1）真空泵为单晶炉附带设备，为了满足拉单晶时炉体的抽真空需要而设置的。

但由于真空泵工作时震动较大（业主厂房所有设备上完后，真空泵数量达到49台），为了避免真空泵的震动由地面传递到单晶炉基础上影响单晶炉的正常工作，地下室分为高低区设计，高区为单晶炉地下室，标高-3.200m，低区为真空泵房，标高-4.200m，在地下室地板上铺垫砂石垫层后分别作混凝土基础，这样就最大限度的避免了真空泵的震动传导到单晶炉基础上。

（图2）

地面处理采用环氧自流坪地面，墙面与吊顶采用金属岩面夹心彩钢板装修。

房间吊顶高度为8.2m，墙板高度超过洁净装修壁板单张最长长度（6.18m），因此回风夹道的内侧墙板的加固就成为了保证墙板牢固程度的重要工序。

如下图，我们在实际工程中在标高3.000m及6.000m处进行了加固（图3），每道墙板加固两个点，加固后实际使用效果很好，在调试时房间达到35Pa时，房间墙板没有发生变形。

图3墙板加固节

洁净度等级要求为万级，采用组合式空调机组处理房间环境条件，送风方式为高效送风口顶送+回风夹道侧回形式。

原设计采用回风管路伸入到洁净室房间内距离地面30cm高加回风口形式，但是考虑到房间洁净度的要求及观感效果建议业主变更为回风夹道回风，采纳。

重掺厂房在工艺上与轻掺有区别，即在擦炉时，要加入砷（为什么）。

因此系统设计了砷排风系统（为什么，因为砷会挥发么），要求在设备擦炉时，砷排风系统开启，空调回风系统电动阀关闭，新风电动阀开启到最大，房间送风形式变为全新风系统+擦炉排风系统，擦炉结束后持续置换空气1-2小时，待房间内的砷随空气基本排干净后，空调回风电动阀完全打开，新风阀电动阀恢复到满足房间压力的工作状态。

图4重掺空调与擦炉排风工作原理图

目前系统存在的问题：

而擦炉排风系统的设备排风量为5000m3/h，擦炉时回风关闭，排风开启时，为保证房间压力不过于巨大，送风量只能保持在6000-8000m/h风量，房间换气次数为8000/（8.2*216）=5次，无法达到洁净室要求的换气次数，洁净度达不到要求。

这是设计时考虑不太周全的地方。

另外回风电动阀关闭要求必须严密，但是风阀的特性决定了其密封程度不严，有少量回风仍然能够回到循环风系统内，并且回风电动阀设置在主管路上，室内的回风夹道及回风主管内仍然有可能会有砷颗粒残留，待空调系统再次开启后进入循环系统，因此建议业主如果可能的话在空调机组的初效或高效末端出增加化学过滤器来保证房间的环境不被污染。

单晶炉擦炉真空系统：

对单晶重掺及非重掺抽真空在生产工艺中散发的气体，须经废气洗涤塔分别净化处理达到环保要求后再排入大气。

擦炉废气的成分及酸废气处理塔的吸附材

图5擦炉废气处理原理图

料需要弄明白。

另外需要明白真空排气是什么样的一个工艺过程，废气如何产生，如何进入真空泵，单晶炉拉晶时炉体的温度是很高的（有多高），那么排出来的气体是否需要冷却，如果需要冷却是如何冷却的。

单晶炉擦炉吸尘系统：

需要明白擦炉吸尘是怎么样的一个工艺过程。

所吸走的尘埃的成分是什么，末端的处理是采用的什么样的处理药剂来使废水达到排放标准。

单晶炉拉晶是怎样的一个过程，多晶是怎么成为单晶的。

单晶炉的氩气系统：

氩气是作为单晶生长的保护气体存在的，它是直接与熔硅接触的，因此要保持氩气的清洁。

但是如何对氩气的纯度提出要求，氩气中不能存在什么成分（水分、空气），存在这样的成分会有什么样的后果，那些成分是可以存在的，但是要达到一定的纯度。

对氩气提出这样的纯度要求是基于什么样的工艺要求。

单晶炉冷却循环水系统：

冷却循环水冷却的是什么（炉体？

）。

单晶炉冷却循环水系统的运行原理：

冷水经循环泵输送至单晶炉后回到热水池，然后从热水池经循环泵至屋顶闭式冷却塔冷却后回到冷水池，完成循环运行，循环水使用RO水。

如下图所示

图6单晶炉冷却循环水系统原理图

设计上从节能的角度设计了纯水站余热利用系统及冬季空调机组的余热利用系统。

纯水站板换余热利用系统是利用单晶炉热水对纯水站原水进行加热，使其达到制取纯水的温度要求。

空调机组余热利用系统是考虑冬季空调可以利用一部分单晶炉热水的热量，节省部分空气加热的能耗。

这两个系统从节能利用的角度上设计的很好，充分利用了单晶炉生产时产生的热量，体现了业主在节能减耗方面所做的思考是很积极的。

单晶炉生产过程中必须依靠冷却循环水冷却单晶炉体的温度，因此在生产过程中，一旦断电，虽然单晶炉停止工作了，但是炉子的温度却不能马上降下来，因此单晶炉冷却循环水不能断水。

设计考虑了增加两台单晶炉保安泵，并增加了柴油发电机组作为保安电源。

当市政电源停电时，柴油发电机启动，两台单晶炉保安泵开启，提供冷却循环水一直到单晶炉冷却为止。

在实际施工过程中考虑如果市政电源停电，而柴油发电机不能开启的情况，发现单晶炉循环水的系统压力为0.5MP，而市政水的压力能够满足循环水的压力要求，而市政自来水的水温又能够满足单晶炉的冷却要求，因此又增加了一路市政水作为保安水源，当设想的情况发生时，开启市政水的阀门，让自来水进入循环系统，并从单晶炉回水引一路排水管进入市政排水，用这样的方式来保证单晶炉运行中停电时的安全。

单晶炉余热水利用及双保安水源的方案全部是由业主的项目管理人员提出的，设计院的初步设计方案中是没有包含，说明了业主的管理人员不但在技术上达到了相当高的程度，而且表现出了相当认真的工作态度，是非常值得人们尊敬的。

单晶炉用压缩空气：

主要作为气动阀门开启的动力。

单晶炉真空泵用冷却水系统：

真空泵在抽气过程中会产生热量（是否也因为抽出来的气体也有一定的温度）。

单晶炉真空泵冷水采用运行原理如下图所示。

图7真空泵、空压机循环冷却水原理图

该系统比较简单，但是在运行过程中要注意的是系统内设备的开启顺序必须遵照热水池循环水泵-开式冷却塔-冷水池循环水泵-空压机、真空泵的顺序来操作，而且一旦设备停机后，开式冷却塔的水都会回到水池，而回水管进入空气后，锈蚀的就会很厉害，因此我们现在正在建议业主对开式冷却塔的管路进行钝化处理，并在循环水中增加药剂，减缓管道的锈蚀。

拉轻掺室（116房间）：

轻掺杂室因为没有有毒的气体及粉尘会挥发到室，因此没有设计与空调系统联动的废气处理系统，其余所需要的工艺条件均与重掺杂室的条件相同。

因此不做赘述。

但是在该系统施工过程中出现一个几乎无法解决的问题。

116房间面积为1200m2，房间高度同样为8.2m，设计三台风机联合处理房间的空气，每台风机的风量为80000m3/h。

厂家生产的空调机组净高3.4m，而二层空调机房的层高只有4.6，减去钢结构梁的高度0.5m，空调机组顶部与梁底只有70cm的间隙，如下图所示。

空调机组的送风管路（2000*1250）是要从空调机组的顶上走出空调机房的，而上方的空间根本不具备安装风管的空间，空调机组两侧也都不具备走风管的条件，所以在问题刚发现的时候基本上就是无解。

最后争得业主同意，将静压箱出口处主风管分解成两路支风管（1400*650）出空调机房后再合并成主风管解决了这个问题。

而且由于风管需要保温，如果风管先安装后，所留的空隙根本就不具备保温的操作空间，所以又将总长7m的风管先保温后从一侧推到另外一侧才安装上，给施工造成了很大的不便。

而且如果风管底部一旦保温在安装的过程受到破坏，那么底部产生的凝结水是根本无法处理的。

图8空调机房JK-3、JK-4设备及风管平面布置图

事后分析问题产生的原因，发现虽然设备是业主订货，但我们其实也要负一部分责任的。

因为在设备到场之前，有关设备的技术资料业主已经转交给我们了。

但是我们没有及时的发现设备的高度与房间的高度会对风管的安装造成这么大的困难。

如果能够及时发现的话，可以及时地通知厂家来修改设备的参数，降低箱体的高度（在安装过程中发现箱体的高度是可以降低的，因为风机段的空间还可以下降50cm，而冷盘管也可以通过增加排数来降低高度），即使在设备成型后发现也可以先做好风管再安装设备，也不至于会对后面的风管安装造成那么大的困难。

好在调试时风量基本没有受到影响，算是不幸中的万幸了。

（因为像这样的宽高比1450：

650以前是没有做过的，会不会造成风管阻力过大，送风不畅或是产生噪声，心里实在是没底。

）通过这样的问题我们可以总结很多教训，其实我们的工作并不是像大家想的那样做的不错了，而是有很多方面还需要继续加强，专业知识的持续积累，工作态度的认真细致，工作方法的合理有效都可以让我们的工作更具有成效，避免问题的发生。

晶棒检验室（118房间）：

对拉出单晶棒进行检验。

（需要检验那些数据，对环境及工艺有什么样的要求。

）PVC抗静电地板装修。

切断间（129房间）：

房间有温度要求，对洁净度及湿度没有要求。

切断房间的设备是什么样的设备，房间内的地沟用途应该是切断设备所用的冷却水排放使用的，这方面要弄清楚。

退火及快速冷却室（124、125房间）：

弄清楚退火间及快速冷却室的设备配置及用途，所需要的工艺条件。

退火后检验（126、127、128房间）：

检验项目及设备配置，所需要的工艺条件。

PVC抗静电地板装修。

滚磨间（130房间）：

滚磨工艺了解，了解设备配置及所需要的工艺条件。

抛光检验（123房间）：

包含设备抛光腐蚀柜及石英管清洗机，各自的用途及工艺，及所需要的配套条件。

单晶棒库（131房间）：

存放切断及滚磨后的晶棒的房间，无温度及洁净度要求。

晶棒是否是密封包装，否则不应该对温度及湿度没有要求。

晶棒定向粘胶间（132房间）：

是什么样的工艺，对晶棒做什么处理，对配套条件有什么样的要求。

切片间（133房间）：

多线切割机将晶棒切成切片。

多线切割机需要冷却，且对冷却水的进水温度要求较高，为12±2℃。

原设计为使用空调冷源，采用冰机出水作为设备循环冷却水，但是冰机的出水温度受室外温湿度影响大，室外温湿度高时，冰机出水温度会达到6℃，室外温湿度低时，冰机出水温度在11℃左右，达不到设备对冷却水的温度要求。

设计没有涉及独立冷源的，所以解决起来比较困难。

我们出具了两个方案：

方案一：

增加板换，通过调整一次侧的水量来控制二次侧的出水温度。

方案二：

增加混水水箱，使用冷冻水与自来水混合，使用温度传感器调整比例调节阀的开度来调整冷冻水与自来水的比例，达到设备要求的温度。

（但是20C上下的温度要求对于水箱来说可能比较高。

）最终业主选择了第一种方案。

图9切片机冷却水系统原理图

这套方案虽然解决了目前要到场的切片机用冷水的温度问题，但是根据业主的介绍，后续要进场的切片机设备型号可能会与本批不同，相应的对冷却水温的要求也会有差异，如果两种型号的设备对水温的要求没有交集或者交集的空间过小（如12±2℃和10±2℃，那么如果公用一套板换系统的话，水温的要求同时满足两套系统使用的话，那么温度的波动区间就是11±1℃），那么从温度控制上来说就更难达到。

所以后续可能还要增加板换来单独解决不同水温要求的设备对冷却水的需求。

（但是这样的过程在自控上是如何实现的，还需要请教自控方面的专家，弄明白自控的控制过程。

）

切片间要求温度为23±3℃，湿度要求≤65%，对洁净度没有要求。

设计在房间内布置了一台柜式空调，采用空调冷水制冷，室内风循环+新风空调处理过的新风来保证房间的温度与湿度，很容易达到要求。

浸泡清洗间（134房间）：

浸泡的目的是什么，浸泡的药液成分是什么，清洗是否采用超纯水。

浸泡清洗为什么没有洁净度要求。

切片检验（135房间）：

检验切片的什么数据，有什么样的设备，对配套工程有什么样的要求。

切片检验的洁净度等级为十万级，如果前道工序没有洁净度要求，那么为什么检验房间还要对房间颗粒度提出要求。

很纳闷。

退火前清洗（136房间）：

清洗的目的是什么，清洗的药液成分是什么，清洗是否采用超纯水。

退火前清洗的洁净度要求为十万级。