精功铸锭炉安全操作规程文档格式.docx

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4铸锭炉操作规程

4.1精功铸锭炉工作原理简介：

精功铸锭炉工作顺序为：

加热、熔化、晶体生长、退火、冷却，并包含突发情况出现时的急冷。

控制原理及生产流程简述如下：

通过工控机设置完各种工艺参数和预设定参数后，送达SNAP智能控制器。

将经过SiN涂布处理的坩埚里装入多晶硅料，并放置在热交换台上。

关闭闭炉体及隔热笼并抽真空。

然后通过调整可控硅来控制变压器输出3800A的电流加到石墨加热器，并通过SNAP智能控制器，自动温度控制，加热若干小时以使多晶硅料熔化。

当多晶硅料完全熔化后，根据工艺要求，缓慢降低隔热底板，暴露出热交换台，使能量可以藉辐射方式散发至通有冷却水的炉壁。

热交换台的温度下降会使硅溶液形成垂直的温度梯度，此温度梯度控制硅由底部开始凝固结晶。

当所有硅料凝固结晶后，硅锭再经过热退火，供入惰性气体，控制冷却方式等步骤消除热应力，以避免铸块出现裂缝及减少差排的发生。

冷却到规定温度后，开炉出料。

4.2精功铸锭炉系统介绍：

4.2.1钢结构部件

钢结构部份分上下两层，中部三支腿支撑炉体以及驱动装置，外部四立柱支撑整个钢楼面，两侧装有楼梯（可选），钢结构平台上部围有护栏。

真空与供气系统、水冷却系统、电源供应系统、控制柜与操作面板的大部分管路都悬藏于钢结构平台下面。

图1系统硬件

4.2.2真空炉体

整个真空炉体的中部为圆柱形，上下端呈碟形，分内外两层，中间夹层通有冷却水。

从中部法兰面分为上下炉体，上炉体由三个支腿支撑固定；

下炉体悬挂于三个螺旋升降器末端，一个直流马达通过可弯曲的软轴驱动这三个螺旋升降器的丝杠，使下炉体上下移动。

当上下炉体闭合时，法兰面上的密封圈被紧压，同时合上法兰面外侧的锁紧装置，保证不漏气。

4.2.3加热隔热系统

隔热系统分为隔热笼，隔热底板，加热组件，热交换台四个部分。

隔热笼在上炉体内，由上下两层不锈钢框架组成，四周衬有碳纤维隔热材料，所有隔热材料为平板状，便与安装与更换，以两层堆积的方法避免流失热量。

整个框架用三根不锈钢杆悬挂于上炉体内侧凸台上。

隔热底板通过下炉体底部安装的平行驱动丝杠系统完成升降功能。

中部支撑杆外侧用不锈钢波纹管保护，防止漏气。

当隔热底板运行到最高位置时，和隔热笼配合组成一个密闭腔体。

加热组件由铜电极，石墨加热部件及绝缘陶瓷管组成。

六个铜电极从炉体上方穿入，提供交流电至石墨加热部件，加热部件悬挂于上炉体内，是由四组上下弯曲的石墨板组成，呈四方型，四角用连接板连接。

绝缘陶瓷管使加热组件和隔热笼相互绝缘，保证生产安全。

石墨加热部件周围即是隔热笼。

在下炉体内，用三根石墨柱支撑一个散热交换台，用于放置坩埚及均ࣔ坩埚底部温度。

4.2.4真空与供气系统

真空系统是由罗茨泵、机械滑阀抽气泵、安全阀及其他管路等附件组成。

罗茨泵和滑阀泵同时工作可以使炉内压力迅速降至0.06mbar。

当工作压力需维持在400～600mbar时，由机械滑阀抽气泵作用。

氩气注入量由质流控制器控制，抽气量是由连接真空泵的比例调节阀控制。

空气压力挡板阀用于关闭氩气进气系统及使炉体与真空系统分开。

4.2.5冷却系统

冷却循环水共有八路，通过管路和炉体水道分别流经炉体的上中下部、六路电极和真空泵。

冷却水歧管装在钢结构部件的后方支脚上，并配有流量计和温度传感器，便于监测冷却循环水的正常运行。

升温后的水通过外部冷却系统进行热交换，并用水泵送回。

4.2.6电源供应及控制系统

控制系统分为上位机和下位机，上位机以工业控制计算机为主体构成完成监控和输入参数等功能，下位机以SNAP智能控制系统为主体构成。

大致分为以下几大部分：

1）、工控机

整个控制系统以工控机作为上位机，上位机完成控制工艺的设置，控制过程的监

控，各种反馈信息（如：

温度，水流量，隔热区位置，控制阶段等）显示，出现异常

情况报警显示，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）、SNAP智能处理器

SNAP智能处理器作为控制系统的下位机单元，也是控制的核心单元，完成对温度的控制，真空度及充入氩气的压力控制，隔离笼的提升控制，多晶硅结晶的速度及冷却水流量等的检测，并送达上位机。

3）、加热器的电源系统

电源系统包括大容量的降压变压器及可控硅控制单元。

提供给石墨加热部件所需要的低压大电流的电源。

4）、真空系统控制单元

真空系统控制单元包括对真空泵（罗茨泵、机械滑阀抽气泵）的控制，真空度检测及气体流量控制。

5）、检测单元

检测单元包括温度、水流量、隔热笼位置等检测。

检测器件包括热电偶，红外测温仪，流量计以及位置反馈编码器。

6）、运动控制单元

运动控制单元控制下炉体及隔热底板的升降动作。

7）、系统供电单元

系统电源单元由总电源开关，控制柜内配电保护装置，及UPS等构成。

4.3安全操作规程与要求

本节指导操作者如何进行铸锭炉的操作，以实现最终目的——生产合格的硅锭。

4.3.1操作步骤与方法

一般情况下，精功炉能在全自动模式下运行，几乎不需要操作工的干预。

操作工只负责装硅料，出锭，确认长晶阶段的设置是否正确，输入的操作参数是否正确，定期检查操作工控制盘上显示的输出值和信号是否正确以便推测炉子的运行状况。

操作工也必须定期记录这些操作参数，为接班的操作工提供参考及预测工艺流程。

该控制系统也需要操作工确认某个工艺阶段已经正常结束，例如：

确认熔化阶段已经结束。

4.3.1.1装炉

打开手动运行窗口，如果炉腔内压力小于980mbar，按一下气体回填按钮给炉内充氩气，使炉内压力恢复到正常大气压。

然后就可以在界面（图2）顶部找到一个下炉体操作按钮。

按下该按钮，并确认下炉体夹子已松开，然后在弹出的下炉体提升窗口（图3）中进行操作打开下炉体。

图2图3

安全的装上石墨板和螺栓将石墨支撑板放在坩埚周围。

将螺栓对准安装孔螺入且固定。

螺栓不能拧得太紧，只能用手指拧紧。

继续固定支撑板直到完全围住坩埚。

仔细地移动加料/卸料叉车，叉住坩埚底部（保证坩埚底板位于叉车的中间），使它慢慢地离开支架。

将叉车升到极限位置后小心地驱动直到两个橡胶缓冲器接触炉子前部。

调节上升/下降控制器，将速度调到最小值，慢慢地降低坩埚，小心地放到石墨块上。

继续降低叉车直到离开坩埚底板，慢慢地挪出叉车，放到安全的地方。

检查暴露在外的底部腔室是否有大块的硅料或者石英坩埚是否位于石墨块的中间。

不要用真空清洁陶瓷支架，否则它会变得很粗燥。

清洁上部腔室上的密封法兰和底部腔室上的O形环。

如果必要，可以涂抹适量真空脂在O形环表面。

在手动屏幕上，按下腔室提升按钮，打开下面的腔室提升屏幕，就可以合上下炉体了。

关闭下炉体的操作流程与打开下炉体的流程类似，只是需要将操作台左上角的旋钮向反方向旋转。

工控机炉腔升降按扭

注意：

检查下面腔室的最大速度是否小于或者等于40，递减速度是否为5，启动速度是否为0，递增速度是否为3。

可以按住操作工控制盘左上角的加速/减速按钮来更改。

下面的腔室开始向上运动。

加速到最大速度（40%），保持这个速度运动直到腔室传感器探测到减速开关的上限，此时速度降到最大速度的5%。

当腔室到达上限位时，将会停止运动。

在驱动器里有一个滑动式离合器以防止损坏提升驱动器的部件。

如果激发了一个制动动作，离合器将触发一个临近传感器，下面的腔室提升屏幕上的离合器指示灯会变成红色。

松开上升/下降按钮。

卡上4个夹子。

加热机械泵（泵先运行20分钟以抽出腔室内的空气后才能加热）。

在手动屏幕上，单击V/G中的G或者V直到显示V后在打开罗茨泵阀门继续降低腔内的压力。

按下“开始抽气”钮后开始计算降压的时间从主参数屏幕上规定的降压时间中减去机械泵的抽气时间，即启动罗茨泵抽气降压时才开始计算减压时间。

用机械泵降低腔室内的压力至40mbar，然后启动罗茨泵，这两个泵同时作用，继续降压到0.02mbar。

一般情况下，腔室压力从最初值降到0.02mbar需要1--2个小时，视坩埚放入炉内时DS-Block的温度和炉子打开的时间长短而定。

降压前和压力降到0.02mbar前，用泵抽出坩埚和硅料上粘附的潮气。

4.3.1.2检查工艺及参数

装料完毕，合紧下炉体后，操作者需要检查工艺文件及参数是否正确。

打开自动控制窗口，检查工艺文件名称。

如果工艺文件名称确认是正确的，然后打开工艺窗口检查工艺文件的每一条是否都正确。

工艺检查完全正确后，再返回自动控制窗口，然后按参数表按钮打开主参数窗口。

检查各个参数是否都设置正确，检查加载功率曲线是否正常。

自动控制屏自动运行

4.3.1.3开始自动运行

启动一个自动循环前，检查浏览屏幕顶部中间方框里名称说明的内装配方是否正确。

如果没有配方的名字或者名字错误，按下屏幕底部的模式按钮后再按下装入配方钮，从显示的清单中选择一个正确的名字。

按下模式按钮，再按下主参数钮，检查所有的值是否正确。

按下报警钮，确认没有任何报警状态。

返回到浏览屏幕，确认8个水路中都有适量的水流。

4.3.1.4抽真空检测

抽真空检测时，如果水流量不足，就会在抽真空检测窗口右边显示如下信息。

操作者可以按照提示信息，首先点击确认报警按钮停止报警声，然后选择是要继续抽气或者终止运行。

抽真空时，如果在设定的时间内炉内压力没有抽到要求的真空压力值，就会显示另一个报警信息，如图。

在抽真空时还会出现一个如下的报警，该报警在闭气检测泄漏时产生，即在一定时间内的漏气量超出了允许值。

每一步操作结束后，如果正常，淡绿色的灯会变成深绿色。

监控罗茨泵打开（只有在真空模式时才打开）的时间以保证固有压力的正确性。

同时监控炉子的整个降压时间—即剩下的降压时间（秒）减去达到固有压力后的降压时间。

只有在手动屏幕上才能显示达到固有压力的时间（分钟）和整个降压抽气的时间。

一旦剩下的抽气时间降到0，将会关闭所有阀们开始测试压力上升率。

如果系统出现水流报警，炉子在允许时间内不会降到固有压力或者不会正确地进行压力上升率的测试，在屏幕右边会显示对应的信息。

4.3.1.5熔化结束

在工艺文件熔化模式时，其中某一步会有一个特殊功能——熔化结束，系统自动运行到这一步，会自动启动一个熔化结束监视子程序，判断炉内的硅料是否已完全熔化。

如果检测到已完全熔化，系统就会产生一个熔化结束报警。

报警产生后，要求操作者确认硅料确实已熔化完毕。

此时操作者可以先按下关闭报警音按钮关掉报警声，然后从炉体顶部观察孔中观察硅料是否确实已熔化。

如确定已熔化，操作者就可以按下同意按钮，系统就直接跳过当前正在运行这步工艺，转到下一条工艺去执行。

如操作者发现硅料并未完全熔化，则必须按下取消按钮，继续执行本条工艺，直至再次出现熔化结束报警。

熔化报警透顶报警

一旦确认了熔化结束，程序会降低配方里各个阶段的温度以备长晶。

4.3.1.6中央结晶结束

工艺进行到结晶模式后，系统会自动启动另一个子程序，辅助判断硅料中央顶部是否已经结晶。

如果检测到中央已结晶，系统就会产生一个中央结晶结束报警。

如图10

报警产生后，同样需要操作者确认。

操作者可以先按下关闭报警音按钮关掉报警声，然后从炉体顶部观察孔中观察硅料中央是否确实已结晶。

如确定已结晶，操作者就可以按下开始延时按钮，系统等主参数中设定的延时时间走完，然后直接跳过当前正在运行这步工艺，转到下一条工艺去执行。

如操作者发现硅料并未完全结晶，则必须按下取消按钮，继续执行本条工艺，直至再次出现结晶结束报警。

4.3.1.7边角结晶结束

一般来说，工艺文件中结晶模式的最后一步有一个特殊功能——边角结晶结束。

系统运行到有该标志工艺步时，会自动启动一个辅助子程序，判断硅料边角部分是否已结晶。

当检测到已完成边角结晶时，就会弹出边角结晶结束窗口。

如图12。

边角结晶结束

同样，需要操作者确认该报警是否正确。

4.3.1.8终止一个自动运行程序

在一个偶然的情况下，有必要终止一个自动循环后转换到紧急冷却阶段:

：

按下模式屏幕上的暂停钮，再按下终止自动钮。

点击确认键就转换到紧急冷却阶段或者点击删除后再返回到模式屏幕。

如果错误地选择了终止程序或者错误地选择了删除，可以点击“继续运行”使程序从暂停的地方继续开始运行。

在程序控制的紧急冷却期间，会凝固剩余的硅和迅速冷却炉子以防炉子受损。

如果操作工想早点结束紧急冷却程序，也可以终止紧急冷却过程：

点击模式屏幕上的暂停后再终止紧急冷却程序。

会打开第二个屏幕询问操作工是否想终止紧急冷却程序。

提问你确实想结束紧急冷却吗？

点击确认键，结束紧急冷却程序或者点击删除返回到模式屏幕。

如果选择确认键，炉子将转移到闲置（停顿）模式，结束所有的自动控制过程。

4.3.1.9调节操作状态

有时需要利用配方程序调节当前值。

按下暂停钮可以做暂时的更改。

按下真实值钮可以打开真实值屏幕。

可以在这个屏幕上将炉子从温度控制模式转换到功率控制模式，改变设定温度和设定功率，改变隔热层的目标位置，设定压力和压力控制模式。

警告：

只有合格人员才能更改这些值和移动隔热层等等。

更改前，必须知道改后的效果。

即使改错了，也得等到当前的自动控制阶段运行结束后才能再次更改。

记住：

功率，温度，隔热层的位置将从当前设定值变到当前阶段配方里的规定值。

当转换到功率控制模式时，设定功率为0。

在某些时候，有必要更改某一个阶段里的时间或者从一个阶段改到另一个阶段。

可以按下模式屏幕上的暂停钮，将一个新时间/一个新模式输入到显示的方框里（屏幕底部的注解里有各种模式/模式编号）。

一旦输入一个新模式编号，就可以看见一个新阶段编号。

如果没有输入一个新时间（将显示时间0），会打开一个屏幕要求操作工确认他是否想将0输入新阶段里，并且给他一个输入新时间的机会。

必须按下一个确定按钮以便接受输入的时间或小时/分钟，程序才能继续运行。

操作工利用装载新值的钮进行更改。

4.3.1.10出锭

系统按照工艺文件的流程自动运行完成后，炉内温度一般已经降至400℃以下，注意：

建议用户在炉内温度下降到300℃以下再进行开炉，并戴上防护目镜，防止温度过高时打开炉体使坩埚急速冷却导致碎裂飞溅。

小心地驱动电动叉车直到叉车臂三个支撑面与石墨底板距离均匀。

小心地升起叉车且叉住装有硅料的坩埚支撑板，继续提升直到限位开关停止运动。

慢慢地取出硅锭，保证坩埚顶部没有触碰隔热层和任何其它部件。

一旦确认坩埚没有触碰炉子，将叉车降低到距离地面10cm-20cm处，把硅锭放到一个安全的地方，使它完全冷却。

4.3.1.11卸锭

当硅锭完全冷却且能够随意处理时，取下坩埚支撑板后放到没有污染和安全的地方。

仔细地取下和扔掉坩埚碎片，如果有必要，用一个象剪刀似的大夹子夹走剩下的坩埚。

当硅锭低于100℃时，才可以用冷夹子夹取以防硅锭碎裂。

当夹子碰到硅锭顶部时，松开夹子。

上升天车滑轮夹起硅锭，读取重量，并作好记录。

提升前，夹子必须紧紧地夹住硅锭。

保证夹子的平衡移动。

4.3.2参数的设置

详见《铸锭炉工艺作业指导书》

4.3.3安全注意事项

出装炉过程中硅锭一般在300-400摄氏度左右，需佩戴好隔热手套、袖套，口罩，眼罩，防砸鞋等；

谨防叉车运动过快。

卸锭时需佩戴口罩，眼罩，袖套，穿好防砸鞋。

装板时穿戴好手套、防砸鞋，并两人配合完成。

4.4设备调整与校验方法、要求

5设备的维修与保养

详见《精功铸锭炉维修保养作业指导书》。

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