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GB／T10067.410-2014 电热装置基本技术条件 第410部分单晶炉PDF文本

ICS25.180.10K61GB中华人民共和国国家标准GB/T10067.410-2014电热装置基本技术条件第410部分：单晶炉asi icationTor eectroheat installationsPart 410:Single crystal growing furnace2014-12-05发布2015-04-16实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布闐素村网Z.ZC
GB/T10067.410-2014前言GB/T10067《电热装置基本技术条件》现有19个部分：一第1部分：通用部分；一第2部分：电弧加热装置；—第3部分：感应电热装置；—第31部分：中频无心感应炉；一第32部分：电压型变频多台中频无心感应炉成套装置；第33部分：工频无心感应熔铜炉；—第4部分：间接电阻炉；第41部分：网带式电阻加热机组；一第42部分：推送式电阻加热机组；第43部分：强迫对流井式电阻炉；—第44部分：箱式电阻炉；——第45部分：真空淬火炉：一第46部分：罩式电阻炉；一第47部分：真空热处理和钎焊炉；第48部分台车式电租炉有去J.NE-第49部分：自然对流并式电阻炉；一第410部分：单晶炉；-第411部分：电热浴炉；—第5部分：高频介质加热设备。根据需要还将陆续制定其他部分。本部分为GB/T10067的第410部分，应与GB/T10067的第1部分和第4部分配合使用。本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国工业电热设备标准化技术委员会(SAC/TC121)归。本部分起草单位：西安电炉研究所有限公司、江苏华盛天龙光电设备股份有限公司、西安理工晶科股份有限公司、中冶电炉工程技术中心、国家电炉质量监督检验中心、陕西省电炉工程技术研究中心。本部分主要起草人：陈巨才、李留臣、袁芳兰、束天和、朱琳。蜀素前网Z.Z沁.ET
GB/T10067.410-2014电热装置基本技术条件第410部分：单晶炉1范围GB/T10067的本部分规定了对TDR晶体炉的术语、产品分类、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存。本部分适用于直拉法拉制半导体硅、锗等单晶的单晶炉。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB150一2011钢制压力容器GB/T2900.23一2008电工术语工业电热装置GB3095一2012环境空气质量标准GB8702一1998，电磁辐射防护规定GB8978-196卖污本综合排放标准GB/T10066.1-2004电热设备的试验方法第1部分：通用部分GB/T10066.4一2004电热设备的试验方法第4部分：间接电阻炉GB/T10067.1一2005电热装置基本技术条件第1部分：通用部分GB/T10067.4一2005电热装置基本技术条件第4部分：间接电阻炉GB12348一2008工业企业厂界环境噪声排放标准GB16297一1996大气污染物综合排放标准JB/T9691一1999电热设备产品型号编制方法3术语和定义GB/T2900.23一2008、GB/T10066.4一2004界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1单晶炉crystal growing furnace利用直拉法(czochralski method)或区熔法((floating zone))拉制半导体单晶材料的一种工业电热设备。3.2熔料量charge单晶炉设计时规定的每炉次一次最大的装料量，不包括拉晶过程中添加的量。3.3直拉法czochralski method生长单晶最常用的方法，即把高纯的多晶材料放在坩埚内并加热使之熔化，用固定在提拉轴上的籽晶与熔融的材料相熔接，然后以一定的速度垂直向上提拉，晶体便在籽晶下端不断生长。又称引上法、理罚素前网Z.ZC.ET
GB/T10067.410-2014切克劳斯基法。3.4籽晶轴seed shaft用于固定已确定晶向的籽晶夹持机构，实现晶体生长过程液面自动跟踪的运动杆件。3.5坩埚轴crucible shaft用于支撑坩埚及坩埚中半导体材料熔液，实现晶体生长的运动杆件。3.6晶体直径控制crystal diameter control采用PLD程序或类似自动控制程序对晶体生长过程中的直径尺寸进行控制的一种方式。3.7光环法控径diameter control by light-ring method这种方法适用于材料在结晶过程中能够产生较强结晶潜热的单晶生长直径控制。在晶体生长过程中，在固-液界面生长晶体的圆周由于产生较强潜热而生成较熔池熔液而更明亮的光环，晶体直径控制器采集光环的光信号，经光电转换，依设定程序，达到控制温度，调整晶体生长速率，实现晶体等直径生长。3.8磁场直拉系统magnetic field czochralski system;MCZ超大规模集成电路(VLSI)半导体器件向着高密度、高集成度方向发展，品片大直径化是必然趋势。为了控制晶体生长过程中因生长界面上的温度波动和杂质分凝会在晶体内形成杂质浓度不均匀（条纹striatior),对直拉法晶体炉引天外加强磁场，以抑制熔体热对流、痊体温度波动等因素，从而达到晶体内杂质含量与分布、生长条纹的控制。磁场设备依据磁场方向分为纵向磁场(VMCZ)、横向磁场(HMCZ)、勾形磁场(CUSPMCZ)三种类型。3.9图像扫描直径测量系统image scanning diameter measuring system利用CCD(charge coincidence device)摄像器件（一种集光转换、存贮、自扫描转移、输出为一体非平衡态功能器件)作为单晶炉晶体直径的测量器件，依计算机设定程序，实现拉晶过程晶体直径准确测量的系统。3.10籽晶夹持与夹持机构（双夹持）seed grip and crystal grip mechanism(double grip)对已确定晶向的籽晶进行固定，针对投入大熔料量≥l50kg拉晶时，防止因籽晶缩颈(necking)而承受不住已拉制晶体自身重量及晶体与熔液表面黏滞力，而设计的一种晶体夹持机构。3.11搀杂剂装置dopant fixture由于半导体器件不同，半导体衬底的导电类型和电阻率也不同，在晶体生长过程中参人极少量杂质控制半导体电子和空穴密度来改变导电类型、调节电阻率的方法称作掺杂(doping),实现摻杂目的的装置称为摻杂剂装置。3.12激光液面控制laser melt level control利用激光发射单元及光电探测器接收单元，准确寻求拉晶过程中的最佳埚位(crucible position).,立合适温度梯度，实现液面温度的自动控制。2理筑素村网Z.
GB/T10067.410-20143.13晶体移出装置crystal removal hoist一种用于熔料量≥45kg单晶炉，对生长出的单晶锭移出炉外的机械装置。3.14补充加料系统（颗粒加料器）batch feeder system(granular feeder)一种用于在拉品过程中，可连续对多晶熔池补充加入多晶材料（通常为颗粒状）的机械装置，其目的在于有效提高单晶炉的劳动生产率。3.15工作室尺寸dimensions of working chamber单晶炉设计时规定并在图样上标明的晶体生长室的空间尺寸，用其内径和高度表示。3.16晶体的等径部分isodiameter part of crystal晶体拉制过程中，自转肩后从投人等径控制开始到等径控制结束的那一部分晶体。3.17工作温度working temperature单晶炉设计时规定的多晶材料熔化及单晶从熔液中生长允许使用的温度范围。3.18最高加热温度maximum heating temperature单晶炉设计时规定的能够满足对加热系统（石墨加热器、石墨埚杆、石墨埚托、石墨坩埚及其屏蔽保温系统)进行预先煅烧处理目的而需达到的加热温度。3.19工作区working region能满足炉温均匀度要求的区域。通常指正常拉晶条件下加热器内坩埚液面附近的区域。4产品分类4.1单晶炉产品的型号应按JB/T9691一1999编制。4.2电阻炉按其工作室内径尺寸或拉制单晶的规格进行分类。4.2.1单晶炉按工作室内径尺寸（单位为cm)分为多个品种（通常以此分类方法为主）。4.2.2单晶炉按拉制单晶的规格（单位为英寸）分为多个品种：a)4"单晶炉；b)6”单晶炉：c)8"单晶炉，d)12"单晶炉：e)18"单品炉；)27"单晶炉。4.3在单晶炉的产品标准中应按GB/T10067.1一2005第4章的规定进一步按产品的结构类型、气氛、最高工作温度等进行分类。5技术要求5.1一般要求单晶炉的技术要求应符合GB/T10067.4一2005中第5章的规定。3罚素村网Z.ZC.T
GB/T10067.410-20145.2对设计和制造的补充要求5.2.1总体要求单晶炉主要由主机（包括炉体、籽晶提拉及旋转系统、坩埚上升及旋转系统）以及抽气系统、充气系统、液压系统、水冷系统、加热电路电源、磁场控制装置等组成。单晶炉的炉体通常由主炉室（生长室）、副炉室（提拉室）及隔离阀组成。炉体通常为内热式水冷炉壁结构。在单晶炉通电加热前，抽气系统应能把炉室抽到预定的真空度。在加热阶段，输人功率应能调节，在冷却阶段，已拉制的单晶应能在不同真空度下和中性气体（包括将性气体，下同）中冷却。磁场由磁场本体、磁场控制系统、磁场电源等部分组成，磁场冷却为水冷。磁场线圈通电前，应先检查磁场本体是否处于工作位置，磁场线圈及电源的冷却水是否打开，水压及流量是否正常。5.2.2材料所有处于炉室内的材料应适应设计规定的气氛、真空度、温度，并在该环境下保持稳定的成分和性能。5.2.3工作电压单晶炉的工作电压在企业产品标准中规定。在工作电压范围内和正常工作条件下，炉内应不产生火花做电.J.NE可5.2.4炉壳炉壳应采用水冷结构。筒体的设计和制造应符合GB150-2011的规定。炉壳内表面应光洁平滑。内外壁可用不锈钢材料制成。5.2.5炉室单晶炉的加热系统应根据拉晶工艺要求也可由用户自行设计制造。炉室的设计应把热胀冷缩引起的变形，以及通过绝热层的热损失限制到最小程度。单晶炉加热元件的引出部分应确保真空密封和正常工作并用水冷却。在炉室壳体上应配备测量工作区炉温均匀度用的热电偶引出装置，其连接热电偶的数量按GB/T10066.4一2004中6.15的要求。5.2.6水冷系统水冷系统应能使炉壳的筒体、封头和炉门的表面温升不超过5.3.6的规定；采用全水冷的电源装置(一般应采用可循环冷却水)，在水压不足或压力过高时应有指示或报警信号，关键水冷部位还应具备超温报警信号。各路冷却水路应装设开关，以便调节流量或维修。对水冷系统水质的要求：a)碱性pH值6~9；b)氯离子浓度≤10mg/L;c)碳酸钙浓度≤50mg/L(不加人化学试剂)；d)悬浮物≤10mg/L:e)溶解氧量≤10mg/L。览Z.ZC.E1
GB/T10067.410--20145.2.7抽气系统单晶炉的抽气系统由真空泵、管道、阀门、冷阱、控制系统、真空计等组成。系统中应装有自动调节阀门，以便在发生停电事故时自动关闭，防止空气和真空泵油进人炉内。当要求在系统中配备粉尘捕集器或过滤器时，可按9.2提出。5.2.8充气系统单晶炉的充气系统通常是由气体流量控制单元来实现，并应具备安全防爆装置，在单晶炉产品标准中可具体规定不同的充气压力数值。5.2.9测量、控制和记录5.2.9.1一般要求单晶炉的测量、控制和记录应符合GB/T10067.4一2005中5.2.9除5.2.9.6外的各项规定和以下补充规定。5.2.9.2控制装置单晶炉应配备专门的控制柜，用来安装仪器、仪表和控制元件等。控制系统应配备速度控制单元、温度控制单元及功率部件、晶体生长控制器、冷却水温度显示、报警、运行状态报警装置和继电控制单元等。5.2.9.3炉温控制英统单晶炉的炉温控制系统具有自适应和自湖节控制功能。对温度控制器如有不同要求可按9,2提出。5.2.9.4真空仪表单品炉应配备薄膜规一热偶规复合真空测量仪，或热偶规管-电离规管，用来测量0.01P~10kPa之间的真空度。5.2.9.5晶体生长控制器单晶炉应配备晶体生长控制器，以实现自引晶一放肩一等径收尾等过程的全自动生长。在单晶炉的产品标准中应具体规定晶体等径部分的允许直径偏差。5.2.9.6自动化水平单晶炉应采用计算机控制。产品的主要技术功能（速度控制、温度控制、晶体直径控制等）应完善可靠；辅助技术功能（液面测距、晶体计长、过程监控诊断、激光液面测距、熔体表面温度读出系统等）应配置齐全。整个拉晶工艺过程可为用户提供使用方便，人机交互界面友好，软件功能强大，实现拉晶工艺过程自动化控制或实现网络群控的软件。5.2.9.7报警和保护装置单晶炉的籽晶轴与坩埚轴应具有超程报警和保护装置。5.2.9.8外加强磁场单晶炉外加强磁场应具备抑制熔体热对流的功能，并具有隔离、屏蔽操控仪器仪表干涉的功能。5興尚蜀素前网Z.Z心
GB/T10067.410-20145.2.9.9磁场控制装置单晶炉磁场可以配备专门的磁场控制装置，配置安装磁场自动升降系统、仪表和控制单元、冷却水温度显示、报警、运行状态报警装置和继电控制单元等。5.2.9.10环境保护单晶炉及零部件生产过程中的环境空气污染应符合GB3095一2012和GB16297一1996的规定。5.2.9.11污水排放单晶炉及零部件生产过程中的污水排放应符合GB8978一1996的规定。5.2.9.12噪音单晶炉生产、配套零部件和使用过程噪声应符合GB12348一2008的规定。5.2.9.13电磁防护磁场通电时电磁防护应符合GB8702一1998的规定。5.3性能要求5.3.1-般要求单品炉的性能应特合G/T9o6孕95.3和以下各零求SC÷王子关小5.3.2工作温度在工作温度范围内，单晶炉应能够满足5.3.7和5.3.8炉温均匀度和炉温稳定度要求。5.3.3工作真空度单晶炉的工作真空度应按具体生长单晶的工艺条件而定，并在企业产品中规定。5.3.4空炉抽气时间单晶炉应能在60min内抽气到所要求的工作真空度。5.3.5压升率单晶炉的压升率应不超过6Pa/h。5.3.6表面温升单晶炉炉体的表面温升应不超过35℃。5.3.7炉温均匀度炉温均匀度应不超过土2℃。5.3.8炉温稳定度单晶炉的炉温稳定度应不超过0.5℃。6興尚理蜀素衬网Z.ZS心
GB/T10067.410-20145.3.9加热能力和热炉抽气能力在炉温和多晶料都等于环境温度下，把重量等于熔料量的多晶料盛入坩埚，并装入炉内，启动抽气系统。当炉内达到预定真空度时开始加热。对工作区尺寸容积不大于0.63的单晶炉，炉温应能在加热开始后1h内上升到最高工作温度，对工作区尺寸容积大于0.6m3高压晶体炉，应在1.5h内达到上述要求。5.3.10运动参数相对偏差和速度百分偏差单晶炉在其速度控制系统的调速范围内，各项运动参数的实际测量值与指示计的指示值（或显示值)的相对偏差应不大于5%；各项运动参数的速度百分偏差应不大于2%；各运动机构运转应工作灵活，在正常拉晶工艺条件下应无明显振动。5.3.11同轴度及径向圆跳动单晶炉的籽晶轴与坩埚轴的同轴度及径向圆跳动应在晶体炉的产品标准中具休规定。5.3.12爬行量单晶炉的籽晶轴与坩埚轴以低速（速度范围下限）上升时的爬量应在晶体炉的产品标准中具体规定。5.3.13能耗指标曲单晶炉的等径功率能耗应不超过60kW·h/kg。5.3.14其他单晶炉其他方面的性能应分别符合本部分5.2以及在企业产品标准和供货合同中的相应规定。5.4成套要求在企业产品标准中应列出供方规定的单晶炉成套供应范围，一般包括下列各项：a)单晶炉主机；b)控制装置；c)加热电源；d)电源电缆；e)抽气机组各组件；f)充气装置；g)除尘器；h)液压泵站；)磁场及控制系统（选配）；)磁场电源（选配）；k)选配部件，如晶体移出机构、二次加料机构、热场装卸机构、坩埚与硅料吊装机构等；1)备件。在企业产品标准中可对上述项目作必要的补充，并应列出各个项目的具体内容，包括型号、规格和数量。需方如对供方规定供应的项目有不同要求，可按9.2提出。7興尚運蜀素前网Z.ZS沁
GB/T10067.410-20146试验方法6.1一般要求单晶炉的试验按GB/T10066.1一2004和GB/T10066.4一2004进行。6.2压升率的测量按GB/T10066.1一2004中7.1.10.3的规定。6.3最大加热功率的检查单晶炉使用的石墨加热器应与加热电源匹配，即单晶炉所配置的加热电源，最大输出电压与最大输出电流之比，为电源输出内阻，其数值应与石墨加热器的电阻相同，保证加热电源的最大功率输出。6.4炉温均匀度的测量参照GB/T10066.4一2004中6.15的规定，工作区内测温点的布置按GB/T10066.4一2004中6.15.5的规定。试验温度应以单晶材料的结晶温度为准。在试验温度下进行试验。试验应在130Pa到极限真空度之间不同压力下各测取三组数据，然后求三者的算术平均值。试验温度下的炉温均匀度应满足5品.6的要测JZ,J.NE6.5加热能力和热炉抽气能力试验本试验的目的在于测定单晶炉的加热能力和热炉抽气能力，并检验单晶炉的热炉运行情况。先进行加热能力试验，把炉温设定在最高工作温度上，当炉室真空度达到6.5Pa时开始加热，并根据企业标准中规定的升温程序，把炉温升到设定值，保温30min,加热开始后1h或1.5h(见5.3.9)炉温应达到设定值，炉室应在5.3.3规定的时间内达到规定的工作真空度。当有要求时（见9.2），高压晶体炉应在最高工作温度和满载荷的情况下累计运行24h以上。停炉后应按GB/T10066.1一2004中7.2.8进行检查。6.6运动参数相对偏差的测量在规定的速度范围内，籽晶轴及坩埚轴处于某一（任意选定）位置，取某一（任意设定）速度（指示计指示值或显示值)，用秒表和百分表（或千分表）测量该速度下两轴上升速度；用秒表测量两轴旋转速度。测量时间以1min计。测量5次。相对偏差按式(1)计算：相对偏差=指示值（或显示值）一实际测盘值×1O0%指示值（或显示值）…(1)67速度百分偏差的测量在规定的速度范围内，籽晶轴及坩埚轴处于某一（任意选定）位置，用秒表和百分表（或千分表）每间隔5min测量某一（任意设定）速度下两轴上升速度；或用秒表测量某一（任意设定）转速下的两轴旋转速度。每次测量时间以1min计。测量5次。速度百分偏差按式(2)计算：速度百分偏差=实测速度最大值一实测速度最小值实测速度平均值×100%**…(2)8理蜀素前网Z.Z沁.NE可
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