Peralatan untuk menghilangkan debu selama proses kristalisasi silikon monokristalin

Ketika mereka membicarakan tentangperalatan penghilang debudalam konteks menumbuhkan kristal tunggal, banyak yang langsung membayangkan hanya kap knalpot atau siklon di suatu tempat di pinggiran bengkel. Ini mungkin kesalahpahaman yang paling umum. Faktanya, jika Anda pernah melihat bagaimana, karena partikel mikroskopis pada batas fase, agregasi dislokasi dimulai dan seluruh boule menjadi sia-sia, Anda memahami bahwa penghilangan debu bukanlah sistem tambahan, tetapi bagian dari teknologi kristalisasi. Terutama dalam kondisi Rusia kita, di mana bengkel seringkali bukanlah barang baru, dan persyaratan kemurnian silikon terus meningkat setiap tahun.

Di mana letak masalahnya: bukan di mana mereka mencari

Tantangan utamanya bahkan bukan pada debu yang beterbangan di udara area kerja, meskipun hal ini sangat penting. Sumber risiko utama adalah pembentukan debu sekunder dari peralatan itu sendiri dan proses tambahan. Misalnya, saat memuat polisilikon ke dalam wadah, selama pengoperasian mekanisme pengangkatan dan rotasi, bahkan saat mengganti pemanas. Partikel grafit, sisa-sisa film oksida, keausan pemandu yang abrasif - semua ini terbang ke zona panas. Ventilasi umum standar tidak berdaya di sini; ventilasi lokal diperlukan, dan diintegrasikan ke dalam proses itu sendiri.

Pada suatu waktu kami mencoba mengadaptasi sistem dari metalurgi ringan - tidak berhasil. Rezim suhu di sekitar tungku Czochralski bersifat spesifik: aliran panas yang kuat, konveksi, medan magnet (jika magnetisasi digunakan). Kap knalpot tidak boleh mengganggu gambaran suhu di meniskus, jika tidak kristal akan mulai 'bermain'. Saya harus menyeimbangkan antara kekuatan hisap dan serangan panas. Beberapa batch kemudian dibiarkan dengan kandungan oksigen yang meningkat hingga geometri dan lokasi saluran masuk udara dipilih.

Berbicara tentang medan magnet. Jika sistem menggunakan peralatan untuk pemanasan induksi atau peleburan zona tanpa wadah, maka elemen logam dari jalur pengumpulan debu dapat mempengaruhi konfigurasi lapangan. Ini adalah poin halus yang sering dilupakan oleh para desainer ventilasi. Saya harus berkonsultasi dengan spesialis yang mendalami topik sistem elektromagnetik, misalnya dengan insinyur dariPerusahaan LONGI. Pengalaman mereka dalam merancang peralatan pertambangan dan elektromagnetik terbukti berguna dalam memahami interaksi medan dan struktur.

Solusi spesifik dan kendalanya

Sekarang standar industri secara bertahap memperkenalkan sistem dengan aliran laminar, yang mencakup zona pertumbuhan. Tapi tidak semuanya mulus di sini juga. Bahan filter adalah cerita yang berbeda. Untuk tahap akhir, filter HEPA, tentu saja, tetapi sebelum filter tersebut memerlukan pembersihan awal yang efektif, jika tidak maka filter akan diganti setiap minggu. Kami menguji larutan dengan alat pengendap elektrostatik, namun mengalami masalah ozon - ini adalah gas aktif yang tidak diinginkan untuk silikon. Mereka menolak.

Salah satu proyek yang relatif sukses yang saya lihat sedang dikerjakan dibangun berdasarkan prinsip hisap sirkuit ganda. Sirkuit pertama adalah pengisapan berkecepatan rendah langsung dari bawah selubung tungku, menangkap banyak debu dan panas. Yang kedua adalah pemurnian halus udara yang disuplai ke langit-langit laminar di atas area kerja. Kuncinya adalah memisahkan aliran-aliran ini dan mencegah udara 'kotor' dari sirkuit primer bersinggungan dengan sirkuit kedua. Skema ini rumit dan mahal untuk dipasang, namun hal ini terbayar dengan mengurangi tingkat kerusakan sebesar 1,2% dalam enam bulan - ini adalah angka produksi yang sangat besar.

Nuansa penting adalah layanan. Apa pun, bahkan sistem yang paling sempurna sekalipun, akan tersumbat. Jika akses ke filter atau saluran udara memerlukan penghentian tungku selama sehari, hal ini tidak dapat diterima. Desainnya harus memungkinkan servis dalam jangka waktu antar siklus, 4-8 jam. Kami pernah memasukkan sistem dengan kaset filter horizontal yang dapat ditarik ke dalam proyek - kami menghemat ruang, tetapi kemudian ternyata untuk menggantinya kami memerlukan pemuat khusus, yang tidak kami miliki di bengkel. Saya harus mengubahnya menjadi vertikal, dari tangga sederhana.

Integrasi Proses: Pandangan Operator

Dari sudut pandang orang yang berada di depan kompor, sistem tidak boleh menimbulkan kebisingan atau getaran yang tidak perlu. Getaran adalah musuh dari satu kristal. Begitu mereka menempatkan kipas yang kuat di piring umum dengan fondasi tungku - getaran mikro ditransmisikan melalui alasnya, dan garis-garis muncul secara konsisten pada kristal. Kami harus membuat fondasi isolasi getaran independen untuk sistem ventilasi. Tampaknya hal kecil, tetapi Anda tidak akan menemukannya dalam kerangka acuan.

Aspek lainnya adalah manajemen. Pabrik penanaman kristal modern sepenuhnya otomatis. Ideal ketika sistempenghilangan debujuga dibangun ke dalam sirkuit ini dan mengatur daya hisap tergantung pada tahap proses: lebih intens selama bongkar muat, aliran minimal selama pertumbuhan badan kristal. Namun integrasi seperti itu selalu mengandung risiko. Jika algoritme gagal dan menimbulkan daya dorong berlebih pada saat kritis, Anda bisa kehilangan boule. Oleh karena itu, kami selalu memiliki sirkuit cadangan manual, dan operator dilatih untuk menggunakannya.

Omong-omong, di sini pengalaman perusahaan yang menangani peralatan industri kompleks dengan sistem kontrol sangat berguna. Saya tahu ituPerusahaan LONGI, dengan basis produksi dan teknik yang serius (lebih dari 1.200 karyawan, sebagian besar memiliki pendidikan tinggi), mampu mengembangkan solusi kompleks tersebut. Situs web merekahttps://www.ljmagnet.rumencerminkan skala aktivitas, meskipun mungkin tidak secara langsung mengenai silikon - namun prinsip membangun sistem industri yang andal bersifat universal.

Masalah ekonomi: semuanya harus dihitung

Biaya sistem bisa jadi tinggi, dan pemodal selalu bertanya tentang ROI. Perhitungan yang paling sederhana adalah melalui pernikahan yang dicegah. Namun ada juga penghematan yang kurang jelas. Misalnya, memperpanjang masa pakai pemanas mahal dan insulasi tungku, yang rusak karena pengaruh debu konduktif (karbon yang sama). Atau mengurangi biaya pembersihan dan pemeliharaan sistem vakum itu sendiri jika tungku beroperasi dalam kondisi vakum.

Kami mempunyai kasus di mana, setelah menerapkan penghilangan debu yang efektif pada tahap pemuatan, kami berhasil meningkatkan interval servis pompa vakum hampir 30%. Ini merupakan penghematan langsung pada oli, filter, dan biaya tenaga kerja. Angka-angka ini sudah lebih meyakinkan manajemen dibandingkan argumen teknologi mana pun.

Namun ada juga sisi negatifnya – konsumsi energi. Kipas yang kuat dan pemanasan/pendinginan udara dalam sistem adalah kilowatt. Sistem modern dengan pemulihan panas dan motor berkecepatan variabel membantu mengurangi biaya. Namun penerapannya merupakan putaran lain dari investasi modal. Keseimbangan sulit ditemukan.

Pandangan ke masa depan: apa yang akan berubah

Trennya jelas – otomatisasi total dan digitalisasi. Saya pikir kita akan segera melihat sistem yang memantau secara real-time tidak hanya volume debu, namun juga komposisinya (analisis spektrometri partikel yang terperangkap), dan menyesuaikan parameter penghisapan atau bahkan memperingatkan perlunya memperbaiki peralatan tertentu yang menyebabkan peningkatan emisi debu. Ini akan menjadi tingkat integrasi berikutnya.

Area lainnya adalah material. Munculnya bahan filter baru yang lebih tahan lama dan selektif, kemungkinan berbahan dasar membran, yang hanya akan menahan partikel padat dengan ukuran tertentu tanpa menimbulkan banyak hambatan terhadap aliran. Hal ini akan mengurangi biaya energi.

Pada akhirnya,peralatan untuk menghilangkan debu selama kristalisasi silikon monokristalintidak akan lagi dianggap sebagai 'kejahatan yang diperlukan' atau item pengeluaran. Ini akan menjadi modul teknologi yang sama dengan sistem kontrol diameter atau suhu. Dan keefektifannya akan secara langsung mempengaruhi indikator utama - hasil, biaya wafer. Dan dalam bisnis kita, seperti yang kita ketahui, pemenangnya adalah orang yang mengendalikan setiap detail kecil. Bahkan setitik debu pun tidak terlihat oleh mata.