[发明专利]一种晶体硅铸锭炉压力控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制作工艺技术领域，更具体地说，涉及一种晶体硅铸锭炉压力控制系统及方法。

背景技术

硅片是太阳能电池的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池转换效率的高低，而硅片是由晶体硅锭切割而成的，晶体硅锭质量的好坏直接决定了所制备硅片的质量的好坏，因此，为了使得太阳能电池具有较高的转换效率，首先需要保证晶体硅锭的质量。

晶体硅锭的铸锭工艺包括：加热、熔化、长晶、退火和冷却五个步骤。整个生产过程需要50多个小时，且在生产过程中，为了保障硅锭的质量，对各个生产阶段铸锭炉内的气压以及环境气体都有特定的要求。

在生产时，工艺上要求炉内处于惰性气体低真空状态且气体压力稳定。在铸锭炉排气的同时，还需随时为铸锭炉补充工艺生产需要的惰性气体(如纯净的氩气)，这就造成了铸锭炉内气体压力的波动。但是，如果在生产过程中铸锭炉内真空压力值不稳定，产生较大波动，将会严重影响硅锭质量。

目前的常规的真空压力控制系统的实现方式主要有如下几种：

1、固定输入进气+排气开度PID连续控制方式。

此方式，能连续调节真空压力，但是真空压力易产生超调，调节稳定所需时间长，进气流量难以控制，进而导致气体压力波动较大，且消耗量大，运行成本高。

2、真空排气阀ON/OFF方式。

实现方式简单，但是真空压力只能实现区域控制，而且气体压力波动很大，不能连续调节真空压力。

3、蝶阀排气开度PID控制方式。

此方式能连续调节真空压力，但是由于蝶阀的驱动方式是电动或气动驱动，可靠性低，加上蝶阀的密封性能容易受到影响，故障率高，压力波动大。

晶体硅锭的铸锭工艺要求其环境气体的压力要稳定，压力波动要尽可能小，通过上述分析可知，现有的几种真空控制系统控制方式其气体压力波动较大，在铸锭过程中将会严重影响硅锭的质量。因此，开发一种新型的晶体硅铸锭炉压力控制系统对于晶体硅铸锭、半导体材料生产领域以及太阳能光电领域有着重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种晶体硅铸锭炉压力控制系统及方法，该系统通过充气链路、排气链路、压力传感器以及控制器联合调节并维持铸锭炉内压力值在工艺要求范围，可持续稳定的自动控制并调节各个工艺阶段炉内的压力值，进而保障了生产过程中晶体硅锭的生产质量，且方法简单，生产效率高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种晶体硅铸锭炉压力控制系统，所述系统包括：

铸锭炉炉体；

与所述炉体相连的充气链路和排气链路；

与所述充气链路相连的第一控制器以及与所述排气链路相连的第二控制器，用于接收炉体的压力信息，根据所述压力信息，所述第一控制器通过控制充气链路的充气速度和/或所述第二控制器通过控制排气链路的排气速度，进而维持炉内压力稳定；

与所述炉体相连的第一压力传感器，用于收集铸锭炉内的压力信息，并将所述信息提供给所述第一控制器和第二控制器；

其中，所述充气链路包括：主充气通道、旁充气通道和供气通道；

所述排气链路包括：主抽真空通道、预抽真空通道和维持真空通道。

优选的，所述主充气通道包括：

与所述炉体连接的气体流量计，用于控制充气速度；

与所述气体流量计连接的气动阀。

优选的，所述旁充气通道包括：

与所述炉体连接的第一调节阀；

与所述第一调节阀连接的手动阀。

优选的，所述供气通道包括：

与所述手动调节阀和气动阀连接的第二压力传感器；

与所述第二压力传感器连接的充气管道过滤器；

与所述充气管道过滤器连接的减压阀；

与所述减压阀连接的惰性气体储气罐。

优选的，所述主抽真空通道包括：

与所述第一压力传感器连接的真空主阀；

与所述真空主阀连接的真空泵；

与所述真空泵连接的前级泵。

优选的，所述预抽真空通道包括：

与所述第一压力传感器连接的真空管道过滤器；

与所述真空管道过滤器连接的预抽阀；

与所述预抽阀连接的第二调节阀；

所述真空泵和所述前级泵。

优选的，所述维持真空通道包括：

所述真空管道过滤器；

所述预抽阀；

所述第二调节阀；

所述前级泵；