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捷佳伟创晶体硅电池高温扩散捷佳伟创晶体硅电池高温扩散炉的培训资料炉的培训资料 制作单位：深圳捷佳伟创集团公司 日期；二零一一年四月二十五日.目录1设备介绍 2设备结构设备结构3工艺控制工艺控制4人员操作人员操作 5设备的保养设备的保养.设备介绍1设备用途2产品特点3主要技术指标4技术特点.设备用途 晶体硅太阳能电池制造中硅片的扩散掺杂通过扩散所形成的PN结，就是晶体硅太阳能电池的核心太阳光照到PN结上，产生电子的定向移动，产生电流.产品特点l 串级温度控制精度高，恒温区稳定、真实l 工艺舟软着陆l 闭管扩散l 工艺气体流量精确l 性价比高l 具备手动/自动功能.主要技术指标1 电阻率误差范围：电阻率误差范围：5 o hms/sq 5 o hms/sq 2 2 温度控制范围：温度控制范围：350350130013003 3 温度控制方式：温度控制方式：5 5段智能串级温度控制器进行控温段智能串级温度控制器进行控温4 4 恒温区长度及精度（动态恒温区长度及精度（动态,即模拟工艺状态）：即模拟工艺状态）：350350600 1/1100mm600 1/1100mm 600 6001300 0.5/1100mm1300 0.5/1100mm5 5 温度斜变能力：温度斜变能力：A A最大可控升温速率：最大可控升温速率：15/min15/min；B B最大降温速率：最大降温速率：6/min6/min C CRT110090minRT110090min6 6 具有自动斜率升温及恒温功能。具有自动斜率升温及恒温功能。7 7 设置有超温、断偶、断点启动等自动保护系统设置有超温、断偶、断点启动等自动保护系统 8 8 送舟方式：采用送舟方式：采用SiCSiC悬臂桨自动送片机构，舟速悬臂桨自动送片机构，舟速20201000mm/min1000mm/min连续可调，连续可调，可选自动可选自动装卸舟装卸舟9 9 配备快速冷却系统配备快速冷却系统 10 10 工艺方式：工艺方式：软着陆闭管扩散软着陆闭管扩散（最大装片量（最大装片量400400片片/批）批）11 11 工艺过程由工业计算机全自动控制，直接在触摸屏上操作。工艺过程由工业计算机全自动控制，直接在触摸屏上操作。12 12 可存储可存储200200条工艺曲线、每条曲线不少条工艺曲线、每条曲线不少100100个拐点。个拐点。13 13 最大升温功率：最大升温功率：42KVA/42KVA/每管每管.技术特点5段自动适时恒温区工艺舟软着陆闭管扩散数字式MFC精确控制气体流量 自动装卸舟.技术特点技术特点5段自动适时恒温区 在1100mm的恒温区范围内，采用5点Profile热偶配合炉壁热偶进行串级温控温控元件应用高精度智能温控器完整的控制方案确保从低温到高温状态下，炉管内恒温区的持续与真实性。.技术特点技术特点5段自动适时恒温区+PID1PID2触发器温度设定值420mA输出420mA输入温变器温控仪温控仪380V380V380V 温度串级控制示意图温度串级控制示意图+.技术特点技术特点工艺舟软着陆.技术特点技术特点数字化控制，消除了模拟变量传输的干扰l悬臂桨的进出料运动与软着陆的上下运动，均运用通讯控制的256细分马达驱动器，防止运动过程中的阻步、丢步现象，从而确保机械运动的高度稳定与重复性。l数字式MFC的运用，确保了反应气体流量的控制精确、稳定、无干扰，对工艺生产的重复稳定控制具有非常有益的帮助，通过配合串级温度控制，可极大的提高工艺批次间的品质。同时具备手动设置调整功能，极大的方便设备测试、维护工作的开展。.技术特点技术特点自动装卸舟（机械手）l自动装卸舟功能的实现将大大的提高扩散工序的自动化操作程度l高度的重复性，避免了人工操作的随意性对工艺产生的影响。l全套动作由独立监控电脑控制，各种动作通过电机与导轨配合自动完成，系统通过与各管工位现场计算机及到位传感器进行联锁，保护舟及反应片的安全。.设备结构1.DS-300A型管式高温扩散炉：型管式高温扩散炉：控制部分、控制部分、推舟净化部分、炉体加热部分、推舟净化部分、炉体加热部分、气源部分。气源部分。2.外围外围3.工装夹具：工装夹具：石英舟石英舟 舟托架舟托架.DS-300A型管式高温扩散炉型管式高温扩散炉控制部分推舟净化部分炉体加热部分气源部分.控制部分控制部分 位于控制柜的计算机控制系统分布位于控制柜的计算机控制系统分布于各个层面，但每个层面的控制系统都于各个层面，但每个层面的控制系统都是相对的独立部分，每层控制对应推舟、是相对的独立部分，每层控制对应推舟、炉温及气路部分，是扩散炉温及气路部分，是扩散/氧化系统的控氧化系统的控制中心。制中心。在每层相应的前面板上，分布有触摸在每层相应的前面板上，分布有触摸屏，状态指示灯、报警器、急停开关和屏，状态指示灯、报警器、急停开关和控制开关。控制开关。控制部分是我们调节工艺参数的主要控制部分是我们调节工艺参数的主要途径。途径。.控制部分工控机软件功能强大工控机软件功能强大,人机接口界面友好人机接口界面友好:有工艺程序集中编辑功能。有计算机手动调试界面。工艺运行中,可方便地实现跳步在线编辑修改。具有程序断点启动功能。具有超温断偶报警保护及自动斜率升降温和故障自 诊断功能。能存储200条以上工艺曲线。(7)全中文图示，直观、易懂、方便.推舟净化部分推舟净化部分 推舟净化柜的顶部装有照明灯，正面是水平层流的高效推舟净化柜的顶部装有照明灯，正面是水平层流的高效过滤器及推舟的丝杠、导轨副传动系统，过滤器及推舟的丝杠、导轨副传动系统，SiC悬臂桨座，丝悬臂桨座，丝杠的前端安装有驱动步进电机，导轨下端按有限位开关。杠的前端安装有驱动步进电机，导轨下端按有限位开关。平移马达平移马达限位保护开关限位保护开关净化系统净化系统SIC 桨桨上上下下马马达达.推舟净化部分推舟净化部分精密直线导轨副配合精密丝杆副传动步进电机及数字通讯驱动器作驱动计算机通过通讯方式给驱动器发出控制信号可精确控制步进电机256细分，达到稳定可靠转速推舟的速度在20 1000mm/min内无级变化工艺反应过程中，悬臂桨外置，实现真正的闭管扩散自动机械手实现自动装卸舟功能，实现高度自动化.炉体加热部分炉体加热部分 主要工艺控制点：主要工艺控制点：炉门炉门 炉体（热电偶炉体（热电偶 加热丝）加热丝）温控表主要参数设置方法 .炉体加热部分炉体加热部分1）功率部件 变压器为低压大电流输出，原边以380V三相供电，设备中任意一管工作，都不影响电网负荷的平衡。采用 周波过零触发技术，克服了对电网的二次谐波干扰。2）炉体 优良热场设计，既有良好的热场均匀性，又能保证 升、降温的速度。3）炉丝 进口一级康泰尔丝，保证长寿命.炉体加热部分炉体加热部分c10.93010.93010.93710.93510.93510.93910.93410.94010.93910.93410.93210.93310.93610.93210.932靠炉尾(偏差7V）中(偏差6V）靠炉口(偏差4V）.炉门炉门 设备中炉门对于工艺的影响是比较的，如果接近炉口的方阻大量出现偏高，且片内的方阻出现上下分层现象，都是炉门没关紧引起的.炉体加热部分炉体加热部分（5个）热电偶（外偶的分布位置由个）热电偶（外偶的分布位置由5个控温点组成）个控温点组成）该部分主要配置该部分主要配置有：有：炉管炉管 控温热电偶、控温热电偶、超温保护热电偶超温保护热电偶加热点（加热点（6个）个）.五块温控表，相对应五个温度点。温控表主要用于温度的整定，PB值的设置等。如果实际温度偏离设置值温度幅度很大，在排除其他加热正常的情况下，一般重新进行恒温即可。.RKC HA900温控表主要参数设置方法一面板操作键：A/M（自动/手动）切换 R/L（远程/本地）切换R/S（Run/Stop）运行/停止切换按set键进行SV1、SV2温度设置：SV1CH1（内热电偶），SV2CH2（外热电偶）按住set键3秒以上：EV3绝对值报警温度，（目前对应的是EV3=1100度 控CH2：本地控制，PID参数由自整定形成。(当CH2温度达300度后，稳定5分钟，再次设为600度，此时把CH2自整定打开，CH2自整定AT完成后，按R/S键切换进行远程控制，进行CH1的自总定，CH1设为860度，此时CH2可设为0度).二：按住mode键3秒以上：ATU=ON。CH1，CH2分别进行自整定。先在本地控制的模式下进行CH2的自总定，完毕后在远程模式下进行CH1的自总定。PID参数自总定完成。A-M手动/自动切换 r-L 本地/远程控制选择 r-5:RUN/STOP切换三一边按set键一边按mode键：1、Pb：2.pb修正 Add1：:通讯地址设置Lck:密码设置 bps1：19.2、b1T1：801、1nT1：30 PV数字滤波器：1dF=5 2dF=5四同时按set键和mode键3秒以上（工程技术模式设置），必须在Stop状态下才能修改：F0：spch=0。dE=6（通道2的操作输出值MV）dEuT=100条形分辨率)F11：Fn1=3（输入1与输入2自动/手动的切换）Fn2=1（远程/本地切换键操作）Fn3=1切换R/S F1：1np=3（热电偶种类 S型）UnIT=0(温度单位).PGdP=1（小数点以下1位）PGSL=0（输入刻度下限值0）PGSH=1500（输入刻度上限值1500）F22一样设置 F30：LoGC=5（输出逻辑）OUT4：对应EV3（5、6端子继电器输出）ALC1=01111 RLC2=00011F43：ES3=5（EV3的最大报警值，外热电偶断偶超温报警）EVA3=1事件分配（输入事件报警，内热电偶断偶超温报警）F50：pd:0(热启动)CAM：2(输入2的用途)级联控制 CAr=1(级联比率)CAb=000(通道CH2附加偏置)F51：1：OS：1逆动作（加热控制）F60：通讯协议：Cmps1:0(RKC通讯协议)：cmps2：0.注意事项首先进行第二通道的PID,这个时候,第二通道一定是在本地摸式.1.设定为本地模式。r-L=LoC2.设定第二通道的设定値的温度。2.SV=目标温度3.进行第二通道的AT(自整定演算)。2.ATU=on整定完成后,进行第一通道的自整定,这个是在串级的情况下做自整定:1.从 本地模式 设定为 远程模式。r-L=rEM2.设定主的设定値的温度。1.SV=目标温度3.进行第二通道的AT(自整定演算)。1.ATU=on.气源部分气源部分 气源柜顶部设置有排毒口，用以排除在换源过气源柜顶部设置有排毒口，用以排除在换源过程中泄露的有害气体。程中泄露的有害气体。柜顶设置有三路工艺气体及一路柜顶设置有三路工艺气体及一路CDA的进气接的进气接口，接口以下安装有减压阀、截止阀，用以对进气口，接口以下安装有减压阀、截止阀，用以对进气压力进行控制及调节。对应气路，分别装有相应的压力进行控制及调节。对应气路，分别装有相应的电磁阀、气动阀、过滤器、单向阀、及源瓶冷阱等。电磁阀、气动阀、过滤器、单向阀、及源瓶冷阱等。.气源部分气源部分CDAO2大N2小N2.气源进气图气源进气图电磁阀气动阀小氧 MFC小氮 MFC大氮MFC.炉体尾部气路炉体尾部气路尾气排废管道（尾部抽风）热电偶（内偶）气源进气口（喷淋管）恒温槽.恒温槽及源瓶恒温槽及源瓶源量对于方阻的影响是最直接的工艺点之一源源瓶瓶恒温槽的温度一般都为20度，偏高或偏低都会影响扩散氮的实际流量.三氯氯氧磷的使用和注意事项 三氯氯氧磷:1如果在装的过程中不小心发生泄漏或打破源瓶应立即通知车间人员疏散,同时处理人员应戴上防毒面具和相应工具对泄漏的三氯氯氧磷进行清理,尽量减少三氯氯氧磷的污染范围同时通知安全人员配合处理 2.磷源更换及注意事项:通知当班工艺人员准备更换磷源工艺人员应积极配合监督并陪同更换磷源全过程生产人员应事先将必备物件备好佩带自吸过滤或防毒面具内戴丁晴手套,外戴耐酸咸橡胶手套.检查新源瓶有无损坏裂痕及参透检查进气和出气口阀门是否关闭及标签是否真确.源瓶阀门进气口为锥形口出气口为平口在加一锥形噻在安装进出气管时需小心避免瓶颈的破坏 3.源瓶更换操作要领:先关闭进气口阀门,在关闭出气口拆卸进出气口需紧固螺母和连接气管.更换源瓶:开启源瓶包装箱之前必须检查源瓶是否有裂痕是否有损坏,阀门开关是否完好而且是关闭状态,检查是否有检验合格证.检查进出气口有没有装反.小口径为进气口其气管连接端深入到三氯氯氧磷液位一下,大口径为出气口其气管连接端未伸入到三氯氯氧磷液位.外围部分外围部分 1.抽风抽风：抽风过大，过小都会影响炉管内气体的稳定：抽风过大，过小都会影响炉管内气体的稳定 性，进一步影响方阻。性，进一步影响方阻。2.工艺气体及工艺气体及CDA的流量的流量：N2 和和O2都是扩散所需的重都是扩散所需的重要工艺气体，要工艺气体，CDA则是控制气动阀门等的重要气体。则是控制气动阀门等的重要气体。上诉上诉气体如果流量偏差时间持续过长，对工艺会产生很大的影响。气体如果流量偏差时间持续过长，对工艺会产生很大的影响。.抽风废弃柜处处于的抽风：一般抽走的是炉门打开时散发的残余废气废气柜处处于炉门边上的抽风：一般也是抽走的是炉门打开时散发的残余废气气源柜处的抽风是扩散工艺的主要控制点，该处抽风的过大，过小都会对方阻产生影响，一般在工艺正常运行后，很少进行调试，但如果外围抽风力道变大，炉口的方阻就会升高.工装夹具工装夹具 石英舟需要定时清洗，脏的石英舟会影响扩散后硅片边缘的外观。（清洗要求要跟距工艺变化来决定）距工艺 新舟或刚清洗完成的舟使用前一定要进行饱和。.工艺控制工艺控制影响工艺的主要参数：影响工艺的主要参数：1.温度温度 2.时间时间 3.工艺编辑和修改工艺编辑和修改 4.扩散氮扩散氮 5.大氮大氮 6.氧气氧气.工艺参数工艺参数时间扩散氮的浓度气体流量五个温度点小氧.温度温度 温度是影响扩散工艺的一个直接工艺参数之一，温度越高，分子运动越剧烈，进入硅片内部的P原子也就越多，形成的结深就越深。扩散一般有五个温度点（LL LM MM RM RR）,来控制炉管的五个温区。温度一般用于调节片间的均匀性。.时间时间 时间：一般不同工艺段的时间不一，但就目前扩散的工艺而言，进舟，出舟，和回温氧化步的时间比较固定，（一般都是800s左右）。一般时间越长，扩散形成的PN结越深，方阻越小。调时间的条件一般是在方阻整体偏高或偏低的情况下。.工艺编辑和修改 工艺编辑是在软件中的工艺编辑栏里面进行编辑。如果工艺不稳定的情况下，要对工艺进行修改。如修改温度可以在你所需要的温区进行温度修改，不要到手动设置中去修改温区的PB值，如果修改会导致炉体的温度混乱。.扩散氮扩散氮 扩散氮的主要物质是三氯氧磷（扩散氮的主要物质是三氯氧磷（POCl3）。）。POCl3在高温下（在高温下（600）分解生成五氯化磷（）分解生成五氯化磷（PCl5）和）和五氧化二磷（五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：），其反应式如下：生成的生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：）和磷原子，其反应式如下：.扩散氮扩散氮 由上面反应式可以看出，由上面反应式可以看出，POCl3热分解时，如果没有外来的氧热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，存在的情况下，PCl5会进一步分解成会进一步分解成P2O5并放出氯气（并放出氯气（Cl2）其反应式如下：）其反应式如下：生成的生成的P2O5又进一步与硅作用，生成又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子。和磷原子。.扩散氮扩散氮 在有氧气的存在时，在有氧气的存在时，POClPOCl3 3热分解的反应式为：热分解的反应式为：POClPOCl3 3分解产生的分解产生的P P2 2O O5 5淀积在硅片表面，淀积在硅片表面，P P2 2O O5 5与硅反应生成与硅反应生成SiOSiO2 2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。中进行扩散。在实际调节扩散工艺的时候，一般是在方阻整体偏高或偏低在实际调节扩散工艺的时候，一般是在方阻整体偏高或偏低的情况下。另外，源瓶中的源量会随着时间逐步减少，此时也要的情况下。另外，源瓶中的源量会随着时间逐步减少，此时也要适当的增加扩散氮的流量。适当的增加扩散氮的流量。.大氮及氧气大氮及氧气 大氮：大氮：属惰性气体，主要起填充介质的作用，使进入炉管属惰性气体，主要起填充介质的作用，使进入炉管内的三氯氧磷分布得更加均匀。内的三氯氧磷分布得更加均匀。氧气：工艺气体之一，使三氯氧磷氧化的更加充分。氧气：工艺气体之一，使三氯氧磷氧化的更加充分。总气体流量总气体流量=扩散氮扩散氮+大氮大氮+氧气氧气 一般为了增加硅片片间和片内的均匀性，要求气体的总流一般为了增加硅片片间和片内的均匀性，要求气体的总流量相对稳定。量相对稳定。.人员操作人员操作插片插片进舟进舟.插片插片插片时正确的翻片姿势插片时正确的翻片姿势：（图）：（图）.进舟进舟 1.进舟时，操作人员一定要选择对的工艺号（进舟时，操作人员一定要选择对的工艺号（01）。）。2.检查报警声音及实际舟后状态确认这两栏是否打开。检查报警声音及实际舟后状态确认这两栏是否打开。3.如有需要要进行跳步操作，不要去更改系统因此产生的如有需要要进行跳步操作，不要去更改系统因此产生的其他操作（比如将桨降到下限位），这样会导致系统无法其他操作（比如将桨降到下限位），这样会导致系统无法正常进出舟。正常进出舟。4.系统重启后，进舟之前一定要进行实际舟状态确认及平系统重启后，进舟之前一定要进行实际舟状态确认及平移原点和上下原点复位。移原点和上下原点复位。.人员操作人员操作及时甩干可以减少水痕印及时甩干可以减少水痕印扩散面朝上甩干可以较少水痕印扩散面朝上甩干可以较少水痕印.设备的保养设备的稳定需要靠日常的维护和保养。1丝杆和导轨的保养是清理污糟，清理后打好黄油即可（一般半个月做一次保养）。2检查软着陆和炉门组件等部分的螺丝是否固定（一般半个月做一次）。3石英器件的清洗，要看工艺是否稳定（如有工艺不稳定就要及时的进行清洗）。4每天都要保证设备的清洁度。.结束 欢迎客户提出宝贵的意见，一定更加完善我们的设备和客户的建议。制作人：王湘林 日期：2011年4月25日.