長晶爐熔湯液面已有肉眼可辨識的抖動現象，如何找出異常振動源？

監診實績｜長晶爐熔湯液面已有肉眼可辨識的抖動現象，如何找出異常振動源？

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晶圓 Wafer 是半導體製造積體電路中，最重要的材料。如何監診長晶爐？預防長晶爐的異常抖動造成晶種生成的不良現象？

長晶爐與晶圓

晶圓 Wafer
是半導體製造積體電路中，最重要的材料。影響晶種生成品質因素很多，單晶矽圓片由普通矽砂拉製柴可拉斯基法將此多晶矽熔解，再於溶液內摻入一小粒的矽晶體晶種，然後將其慢慢拉出，以形成圓柱狀的單晶矽晶棒，由於矽晶棒是由一顆小晶粒在融熔態的矽原料中逐漸生成，此過程稱為「長晶」。而在長晶的過程中，若是有異常振動，容易造成純度不良、雜質分佈不平均、生長異常等。

解決與監測說明

VMS-PH 設備動態分析儀
調查重點找出液面抖動原因並設計數據化管控方式為本次調查重點。
檢測辦法液面抖動較大機台(長晶爐1)與抖動情況正常機台(長晶爐2)分析出可能的振動原因產生點。
儀器設備使用VMS®-PH動態品質分析儀先比較離坩鍋最靠近點振動情況。
優化程序將液面抖動情況數據化，藉此來幫助日後晶棒生產流程品質管控。

量測狀況

如何監測長晶爐振動異常

找出影響長晶爐的振動來源
利用 VMS®-PH 動態品質分析儀量測比較正常與異常的機台，將感測器安裝於適當量測點(如下圖），進行分析。我們可以從結果中了解水平與垂直向振動量測長晶爐1所測得數據皆遠大於長晶爐 2，人為經驗判斷與數據結果吻合(肉眼見長晶爐 1 抖動較長晶爐 2 大)，故此量測點數據建議可做為日後判斷液面抖動情況的數據標準，可藉由此量測點的數據累積,建立液面抖動是否合乎標準的品質門檻。

坩鍋可能振動源調查分析

振動來源調查
左圖是量測長晶爐 1 的結果，明顯得到下層機構座振動遠小於磁流體水平、垂直，排除下層結構為坩鍋振動來源。右圖是量測長晶爐 2 的結果，下層機構座與支架振動也遠小於磁流體水平、垂直，故排除支架及下層結構為坩鍋振動來源。由長晶爐1與長晶爐2振動源調查分析收斂量測點排除下層結構量測點、排除支架量測點，故調查馬達與減速機振動情況差異。

馬達與減速機量測

製程精密複雜的設備機台
減速機振動基本上由馬達帶動，長晶爐2馬達振動量與減速機振動量相當，長晶爐1馬達振動量明顯較大，振動經由聯軸器傳至減速機後變小，長晶爐1馬達可能為振動異常原因

測量結論

振動來源
頻譜驗證頻譜分析振動傳遞率，藉由振動成分分析，可再次驗證說明磁流體上的振動成分皆來自於馬達與減速機。振動傳遞路徑為馬達＞減速機＞磁流體，若日後減速機振動大於馬達，可能為減速機異常：若日後磁流體振動大於減速機，可能為磁流體異常。（如下圖）經由長晶爐 1 與長晶爐 2 量測比較，可以得知，振動來源非外部機台干擾或是下層構造因素。熔湯液面抖動主要原因為馬達振動異常過大。

保養建議

建議以保養或修復馬達為減緩熔液面抖動情況的首要動作，馬達品質越好就越可以降低其他設備部件的磨損率。

藉由 VMS®-PH 設備動態分析儀，以磁流體量測點建立一個液面抖動的標準門檻，將液面抖動情況數據化管理，加快日後異常排除的速度及維持產線稼動率。

現階段可針對磁流體量測點建立巡檢機制，來確保液面抖動情況可受到管控。磁流體量測點建立門檻後，可做為一個長時間的自動監測點，確保晶棒生長過程中液面抖動情況有受到控制，若抖動發生亦可第一時間得知並進行調整參數，確保晶棒保有較多的可利用區域。

VMS-PH 設備動態分析儀

精確找到設備問題癥結點

常見問題（FAQ）

長晶爐熔湯液面抖動會影響晶棒品質嗎？
會。長晶過程中，單晶矽晶棒由晶種在熔融矽原料中逐漸拉製成形，若熔湯液面出現異常抖動，可能造成純度不良、雜質分佈不平均、生長異常與晶棒可利用區域下降，因此需要找出振動來源並建立數據化管控方式。

如何找出長晶爐熔湯液面抖動的振動來源？
可透過 VMS-PH 設備動態分析儀比較液面抖動較大機台與正常機台的振動差異，並在坩鍋、磁流體、支架、下層機構座、馬達與減速機等位置進行量測。透過不同量測點的振動大小與頻譜成分比較，可逐步排除外部干擾與結構因素，收斂真正的振動來源。

為什麼要比較正常長晶爐與異常長晶爐？
比較正常機台與異常機台，可建立客觀的振動判斷基準。若異常機台在水平與垂直方向的振動量明顯高於正常機台，且與肉眼觀察到的液面抖動情況一致，即可將該量測點作為日後判斷液面抖動是否超標的數據標準。

長晶爐振動來源一定是下層結構或支架嗎？
不一定。本案例透過長晶爐 1 與長晶爐 2 的振動來源調查，發現下層機構座與支架的振動皆小於磁流體水平與垂直方向振動，因此可排除下層結構與支架為主要振動來源，進一步將調查重點收斂到馬達與減速機。

馬達與減速機如何影響長晶爐液面抖動？
長晶爐的減速機通常由馬達帶動，若馬達振動量明顯較大，振動可能經由聯軸器傳遞至減速機，再傳遞到磁流體與坩鍋區域，造成熔湯液面抖動。本案例量測結果顯示，長晶爐 1 的馬達振動明顯較大，因此判斷馬達可能為主要異常來源。

導入長晶爐振動監測有什麼效益？
導入長晶爐振動監測後，可將熔湯液面抖動情況數據化，建立磁流體量測點的品質門檻，協助日後快速判斷異常是否超標。透過長期巡檢或自動監測，可在抖動發生時第一時間得知並調整參數，維持晶棒品質與產線稼動率。