[发明专利]多晶硅铸锭炉自动控制系统及方法

权利要求书

1.一种多晶硅铸锭炉自动控制系统，其特征在于包括：中央处理单元， 与中央处理单元连接的PLC可编程控制器，所述的中央处理单元连接多晶硅铸 锭炉的加热部分和气路部分，所述的PLC可编程控制器连接人机界面装置、开 关量真空泵组和电磁阀，所述的中央处理单元连接多晶硅铸锭炉加热部分的温 控仪，所述的中央处理单元通过计算设定相应的速度，通过PLC可编程控制器 实现隔热层的位置控制，所述的中央处理单元连接多晶硅铸锭炉气路部分的水 流量计、高温计、质量流量计和压力传感器。

2.一种多晶硅铸锭炉自动控制方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，自动抽真空和检漏，中央处理器通过与压力传感器通讯来检测多 晶硅铸锭炉的腔室压力大小，并结合工艺要求，通过PLC可编程器控制各路开 关量真空泵组和各路电磁阀的启停动作，当腔室压力达到工艺要求时开始检漏；

第二步，当检漏通过以后，进入配方运行阶段，中央处理器通过与多晶硅 铸锭炉的加热部分和气路部分的数据通讯，处理当前运行状况，并与工艺要求 进行对比，以输出控制信号来达到完成工艺要求的目的；

所述第一步的自动抽真空包括：打开机械泵、小口径抽气阀，进行抽气， 对炉内进行降压；当压力降到200mbar以下，打开插板阀，关闭小口径抽气阀， 进行大口径抽气，继续降压；炉内压力降至25mbar后，打开罗茨泵，继续降压， 使其压力降至0.005mbar；

所述第一步的检漏包括：关闭插板阀，保持5分钟，以确认检漏通过；关 闭检漏阀，打开充大气阀，保持5分钟，以确认检漏通过。

3.如权利要求2所述的多晶硅铸锭炉自动控制方法，其特征在于所述第二 步的配方运行分为以下阶段：

加热控制阶段，中央处理单元通过PLC可编程控制器控制实现隔热层的位 置归零，进气阀门处于关闭状态，以在真空模式下根据工艺要求控制温控仪输 出设定的功率对炉体进行加热，达到设定的温度值1175℃时，进入熔化阶段；

熔化控制阶段，首先保持设定的温度值，使硅料充分排出油脂和气体，其 后，中央处理单元控制PLC可编程控制器的开关量信号打开小口径氩气进气阀 门，以进入气体模式，并且通过调节进气或者出气的大小来保持达到腔室内的 压力大小为600mbar，控制温控仪提高加热功率达到熔化温度值1540℃，在熔 化结束后，降低加热功率以至温度值1440℃；

长晶控制阶段，中央处理单元根据工艺要求，用温控仪对温度进行精确控 制，用质量控制仪对晶体生长的流量进行精确控制，同时通过PLC可编程控制 器对隔热层进行位置控制，使硅体上下形成一个稳定的温度梯度，从而使晶体 垂直生长，在此阶段炉内压通过压力传感器来保持压力恒定，保证长晶处于一 个稳定的压力环境来达到工艺要求；

退火控制阶段，中央处理单元通过PLC可编程控制器控制关闭隔热层，使 硅锭上下温度保持均匀并根据工艺要求通过温控仪降低加热功率使硅体处于一 个临界温度，并且保持该温度一段时间，以消除硅体内部应力；

冷却控制阶段，中央处理单元根据工艺要求，使功率慢慢降至为零，以最 大限度的消除硅锭应力，当温度降至1000℃以下，通过PLC可编程控制器控制 隔热层打开，同时增加炉内压力加速冷却，缩短整个工艺过程时间。