معدات لإزالة الغبار أثناء عملية تبلور السيليكون أحادي البلورية

عندما يتحدثون عنمعدات إزالة الغبارفي سياق زراعة بلورة واحدة، يتخيل الكثيرون على الفور مجرد أغطية عادم أو أعاصير في مكان ما على محيط ورشة العمل. ربما يكون هذا هو المفهوم الخاطئ الأكثر شيوعًا. في الواقع، إذا سبق لك أن رأيت كيف بدأ تجميع الخلع، بسبب جسيم مجهري عند حدود الطور، وهدرت الكرة بأكملها، فأنت تدرك أن إزالة الغبار ليست نظامًا مساعدًا، ولكنها جزء من تقنية التبلور. خاصة في ظروفنا الروسية، حيث لا تكون ورش العمل جديدة في كثير من الأحيان، وتنمو متطلبات نقاء السيليكون كل عام.

أين تكمن المشكلة: ليس المكان الذي يبحثون فيه

التحدي الرئيسي ليس حتى الغبار نفسه الموجود في هواء منطقة العمل، على الرغم من أن هذا أمر بالغ الأهمية. المصدر الرئيسي للخطر هو تكوين الغبار الثانوي من المعدات نفسها والعمليات المساعدة. على سبيل المثال، عند تحميل البولي سيليكون في بوتقة، أثناء تشغيل آليات الرفع والدوران، حتى عند استبدال السخانات. جزيئات الجرافيت، وبقايا أفلام الأكسيد، والتآكل الكاشطة للأدلة - كل هذا يطير إلى المنطقة الساخنة. التهوية العامة القياسية عاجزة هنا؛ هناك حاجة إلى تهوية محلية، ودمجها في العملية نفسها.

في وقت ما، حاولنا تكييف أنظمة من المعادن الخفيفة - ولكن لم ينجح الأمر. نظام درجة الحرارة حول فرن Czochralski محدد: تدفقات حرارية قوية، حمل حراري، مجالات مغناطيسية (إذا تم استخدام المغنطة). يجب ألا يزعج غطاء العادم صورة درجة الحرارة في الغضروف المفصلي، وإلا ستبدأ البلورة في "اللعب". كان علي أن أوازن بين قوة الشفط وضربة الحرارة. ثم غادرت عدة دفعات مع زيادة محتوى الأكسجين حتى تم اختيار الشكل الهندسي وموقع مآخذ الهواء.

بالمناسبة، حول المجالات المغناطيسية. إذا كان النظام يستخدم معدات للتسخين التعريفي أو ذوبان المنطقة بدون بوتقة، فإن العناصر المعدنية لمسارات جمع الغبار يمكن أن تؤثر على التكوين الميداني. هذه نقطة دقيقة غالبًا ما ينساها مصممو التهوية. اضطررت إلى التشاور مع المتخصصين المتعمقين في موضوع الأنظمة الكهرومغناطيسية، على سبيل المثال، مع مهندسين منشركة لونجي. أثبتت خبرتهم في تصميم معدات التعدين والكهرومغناطيسية فائدتها في فهم التفاعل بين المجالات والهياكل.

حلول محددة ومزالقها

الآن، يقدم معيار الصناعة تدريجيًا أنظمة التدفق الصفحي، التي تحيط بمنطقة النمو. ولكن ليس كل شيء على ما يرام هنا أيضًا. مواد التصفية هي قصة مختلفة. بالنسبة للمرحلة النهائية، فإن مرشحات HEPA بالطبع، ولكن قبلها تحتاج إلى تنظيف مسبق فعال، وإلا فسيتم تغييرها كل أسبوع. لقد اختبرنا الحل باستخدام المرسبات الكهروستاتيكية، لكننا واجهنا مشكلة الأوزون - وهو غاز نشط غير مرغوب فيه بالنسبة للسيليكون. لقد رفضوا.

أحد المشاريع الناجحة نسبيًا التي رأيتها في العمل مبني على مبدأ الشفط المزدوج الدائرة. الدائرة الأولى عبارة عن شفط منخفض السرعة مباشرة من أسفل غلاف الفرن، مما يلتقط كمية كبيرة من الغبار والحرارة. والثاني هو تنقية الهواء الموردة للسقف الرقائقي فوق منطقة العمل. كان المفتاح هو فصل هذه التدفقات ومنع الهواء "القذر" من الدائرة الأولية من التقاطع في أي مكان مع الثانية. إن هذا المخطط معقد ومكلف للتثبيت، ولكنه سدد تكاليفه عن طريق خفض معدل الخلل بنسبة 1.2% في ستة أشهر - وهي أرقام ضخمة للإنتاج.

فارق بسيط مهم هو الخدمة. يتم انسداد أي نظام، حتى النظام الأكثر مثالية. إذا كان الوصول إلى المرشحات أو مجاري الهواء يتطلب إيقاف الفرن لمدة يوم، فهذا غير مقبول. يجب أن يسمح التصميم بالخدمة في النوافذ بين الدورات، لمدة 4-8 ساعات. لقد أدرجنا ذات مرة في المشروع نظامًا مزودًا بأشرطة مرشح أفقية قابلة للسحب - لقد وفرنا المساحة، ولكن بعد ذلك اتضح أننا بحاجة إلى محمل خاص لاستبدالها، وهو ما لم يكن لدينا في ورشة العمل. اضطررت إلى تحويله إلى الوضع الرأسي، من سلم بسيط.

تكامل العمليات: وجهة نظر المشغل

من وجهة نظر الشخص الجالس على الموقد، يجب ألا يتسبب النظام في حدوث ضوضاء أو اهتزازات غير ضرورية. الاهتزاز هو عدو بلورة واحدة. بمجرد وضع مروحة قوية على لوحة مشتركة مع أساس الفرن - تم نقل الاهتزازات الدقيقة عبر القاعدة، وظهرت الخطوط باستمرار على البلورات. كان علينا إنشاء أساس مستقل معزول عن الاهتزازات لنظام التهوية. قد يبدو هذا أمرًا صغيرًا، لكنك لن تجده في الاختصاصات.

جانب آخر هو الإدارة. محطات زراعة الكريستال الحديثة مؤتمتة بالكامل. مثالية عندما يكون النظامإزالة الغبارتم دمجه أيضًا في هذه الدائرة وينظم قوة الشفط اعتمادًا على مرحلة العملية: أكثر كثافة أثناء التحميل والتفريغ، والحد الأدنى من التدفق أثناء نمو الجسم البلوري. لكن مثل هذا التكامل يشكل مخاطرة على الدوام. إذا فشلت الخوارزمية وأحدثت قوة دفع زائدة في لحظة حرجة، فمن الممكن أن تفقد الكرة. لذلك، لدينا دائمًا دائرة احتياطية يدوية، ويتم تدريب المشغلين على استخدامها.

هنا، بالمناسبة، تجربة الشركات التي تتعامل مع المعدات الصناعية المعقدة مع أنظمة التحكم مفيدة. أنا أعرف ذلكشركة لونجي، بقاعدتها الإنتاجية والهندسية الجادة (أكثر من 1200 موظف، معظمهم من الحاصلين على تعليم عالٍ)، قادرة على تطوير مثل هذه الحلول المعقدة. موقعهم على الانترنتhttps://www.ljmagnet.ruيعكس حجم النشاط، على الرغم من أن الأمر قد لا يتعلق بشكل مباشر بالسيليكون - إلا أن مبادئ بناء أنظمة صناعية موثوقة عالمية.

اقتصاديات القضية: كل شيء يجب أن يحسب

يمكن أن تكون تكلفة النظام مرتفعة، ويتساءل الممولين دائمًا عن عائد الاستثمار. أبسط حساب هو من خلال الزواج المحظور. ولكن هناك أيضًا مدخرات أقل وضوحًا. على سبيل المثال، إطالة عمر السخانات باهظة الثمن وعزل الأفران، والتي يتم تدميرها تحت تأثير الغبار الموصل (نفس الكربون). أو تقليل تكلفة تنظيف وصيانة نظام التفريغ نفسه إذا كان الفرن يعمل تحت التفريغ.

كانت لدينا حالة تمكنا فيها، بعد تقديم إزالة فعالة للغبار في مرحلة التحميل، من زيادة الفاصل الزمني لخدمة مضخات التفريغ بنسبة 30% تقريبًا. يعد هذا توفيرًا مباشرًا في تكاليف الزيت والمرشحات والعمالة. هذه الأرقام تقنع الإدارة بالفعل بشكل أفضل من أي حجج تكنولوجية.

ولكن هناك أيضًا جانبًا سلبيًا - استهلاك الطاقة. تبلغ قوة المراوح وتسخين/تبريد الهواء في النظام كيلووات. تساعد الأنظمة الحديثة المزودة باسترداد الحرارة والمحركات المتغيرة السرعة على تقليل التكاليف. لكن تنفيذها يمثل جولة أخرى من استثمار رأس المال. من الصعب العثور على التوازن.

نظرة إلى المستقبل: ما الذي سيتغير؟

الاتجاه واضح - الأتمتة الكاملة والرقمنة. أعتقد أننا سنرى قريبًا أنظمة لا تراقب في الوقت الفعلي حجم الغبار فحسب، بل أيضًا تكوينه (التحليل الطيفي للجسيمات المحصورة)، وضبط معلمات الشفط أو حتى التحذير من الحاجة إلى صيانة قطعة معينة من المعدات التي يوجد منها زيادة في انبعاث الغبار. وسيكون هذا هو المستوى التالي من التكامل.

مجال آخر هو المواد. ظهور مواد ترشيح جديدة وأكثر متانة وانتقائية، ربما تعتمد على الأغشية، والتي ستحتفظ فقط بالجزيئات الصلبة ذات حجم معين دون خلق مقاومة كبيرة للتدفق. وهذا سوف يقلل من تكاليف الطاقة.

في نهاية المطاف،معدات لإزالة الغبار أثناء تبلور السيليكون أحادي البلوريةلن يُنظر إليه بعد الآن على أنه "شر لا بد منه" أو عنصر نفقات. وسوف تصبح نفس الوحدة التكنولوجية مثل نظام التحكم في القطر أو درجة الحرارة. وستؤثر فعاليتها بشكل مباشر على المؤشر الرئيسي - العائد وتكلفة الرقاقة. وفي أعمالنا، كما نعلم، الفائز هو من يتحكم في كل التفاصيل الصغيرة. حتى بقعة من الغبار غير مرئية للعين.