Thực tế
Ứng dụng
Hỏi đáp
Dao động bất thường trong lò kéo tinh thể?
Thực tế giám sát｜ Dao động bất thường trong lò kéo tinh thể?Wafer (tấm bán dẫn) là vật liệu quan trọng nhất trong quá trình chế tạo mạch tích hợp bán dẫn. Làm thế nào để giám sát và chẩn đoán lò kéo tinh thể? Làm sao để ngăn ngừa hiện tượng rung động bất thường của lò kéo tinh thể gây ảnh hưởng đến chất lượng hình thành mầm tinh thể?
Lò kéo tinh thể và Wafer
Wafer
Wafer là vật liệu cốt lõi trong ngành chế tạo mạch tích hợp bán dẫn.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình thành mầm tinh thể.
Đơn tinh thể silicon được tạo ra bằng phương pháp Czochralski, trong đó silicon đa tinh thể được nung chảy, sau đó đưa một mầm tinh thể silicon nhỏ vào dung dịch nóng chảy và từ từ kéo lên để hình thành một thỏi silicon đơn tinh thể hình trụ.
Do thỏi silicon được phát triển dần dần từ một mầm tinh thể nhỏ trong trạng thái nóng chảy, quá trình này được gọi là “kéo tinh thể”.
Trong quá trình kéo tinh thể, nếu xuất hiện rung động bất thường, rất dễ gây ra các vấn đề như độ tinh khiết kém, phân bố tạp chất không đồng đều hoặc tăng trưởng tinh thể bất thường.
Giải pháp và mô tả giám sát
Thiết bị phân tích động học VMS®-PH
Trọng tâm khảo sát
Xác định nguyên nhân gây dao động bề mặt dung dịch và xây dựng phương pháp kiểm soát bằng dữ liệu là mục tiêu chính của khảo sát này.
Phương pháp kiểm tra
So sánh và phân tích giữa thiết bị có hiện tượng dao động bề mặt mạnh (lò kéo tinh thể số 1)
và thiết bị có trạng thái dao động bình thường (lò kéo tinh thể số 2)
để xác định vị trí phát sinh rung động bất thường.
Thiết bị sử dụng
Sử dụng thiết bị phân tích chất lượng động VMS®-PH
để so sánh trước tiên mức độ rung tại vị trí gần chén nung (crucible) nhất.
Tối ưu hóa quy trình
Chuyển đổi hiện tượng dao động bề mặt dung dịch thành dữ liệu định lượng,
từ đó hỗ trợ kiểm soát chất lượng quy trình sản xuất thỏi tinh thể trong tương lai.
Tình trạng đo lường
Cách giám sát rung động bất thường của lò kéo tinh thể
Xác định nguồn rung ảnh hưởng đến lò kéo tinh thể.
Sử dụng thiết bị phân tích chất lượng động VMS®-PH để so sánh giữa máy hoạt động bình thường và máy có bất thường.
Cảm biến được lắp tại các vị trí đo phù hợp (như hình minh họa) để phân tích.
Kết quả cho thấy biên độ rung theo phương ngang và phương đứng của lò kéo tinh thể số 1 lớn hơn đáng kể so với lò số 2.
Nhận định bằng kinh nghiệm thực tế phù hợp với dữ liệu đo (quan sát bằng mắt thường cũng cho thấy lò số 1 rung mạnh hơn).
Do đó, điểm đo này được đề xuất làm tiêu chuẩn dữ liệu cho việc đánh giá dao động bề mặt dung dịch trong tương lai.
Thông qua việc tích lũy dữ liệu tại điểm đo này, có thể xây dựng ngưỡng chất lượng cho mức dao động bề mặt dung dịch.
Phân tích nguồn rung tiềm năng của chén nung
Khảo sát nguồn rung.
Hình bên trái là kết quả đo của lò kéo tinh thể số 1, cho thấy rung động tại bệ cơ cấu phía dưới nhỏ hơn nhiều so với rung động ngang và dọc của chất lỏng từ tính,
do đó loại trừ bệ dưới là nguồn gây rung cho chén nung.
Hình bên phải là kết quả đo của lò số 2, rung động tại bệ và khung đỡ cũng nhỏ hơn đáng kể so với rung động ngang và dọc,
vì vậy tiếp tục loại trừ khung đỡ và kết cấu phía dưới.
Qua phân tích so sánh giữa lò số 1 và số 2, phạm vi điều tra được thu hẹp,
loại trừ các điểm đo tại bệ và khung đỡ, chuyển sang khảo sát sự khác biệt rung động giữa động cơ và hộp giảm tốc.
Đo lường động cơ và hộp giảm tốc
Thiết bị có quy trình phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao.
Rung động của hộp giảm tốc chủ yếu được dẫn động từ động cơ.
Ở lò kéo tinh thể số 2, mức rung của động cơ và hộp giảm tốc tương đương nhau.
Tuy nhiên, ở lò số 1, rung động của động cơ cao hơn rõ rệt,
sau khi truyền qua khớp nối đến hộp giảm tốc thì biên độ rung giảm xuống.
Điều này cho thấy động cơ của lò kéo tinh thể số 1 có khả năng là nguyên nhân chính gây rung động bất thường.
Kết luận đo lường
Nguồn rung động
Xác minh bằng phổ tần
Phân tích phổ tần cho thấy rung động truyền dẫn có thể được xác nhận thông qua các thành phần rung.
Kết quả chứng minh rung động trên chất lỏng từ tính đều bắt nguồn từ động cơ và hộp giảm tốc.
Đường truyền rung động là
Động cơ ＞ Hộp giảm tốc ＞ Chất lỏng từ tính.
Nếu trong tương lai rung động của hộp giảm tốc lớn hơn động cơ, có thể do bất thường của hộp giảm tốc.
Nếu rung động của chất lỏng từ tính lớn hơn hộp giảm tốc, có thể do bất thường của hệ thống chất lỏng từ tính (như hình minh họa).
So sánh kết quả đo giữa lò kéo tinh thể số 1 và số 2 cho thấy
nguồn rung không đến từ thiết bị bên ngoài hay kết cấu phía dưới.
Nguyên nhân chính gây dao động bề mặt dung dịch nóng chảy là rung động bất thường quá lớn từ động cơ.
Khuyến nghị bảo trì
Ưu tiên bảo trì hoặc sửa chữa động cơ để giảm dao động bề mặt dung dịch nóng chảy. Chất lượng động cơ càng tốt thì mức độ mài mòn của các bộ phận khác trong hệ thống càng được giảm thiểu.
Thông qua thiết bị phân tích động lực học VMS®-PH, điểm đo chất lỏng từ tính được sử dụng để xây dựng
ngưỡng tiêu chuẩn cho dao động bề mặt dung dịch, giúp số hóa công tác quản lý dao động,
rút ngắn thời gian xử lý sự cố và duy trì tỷ lệ vận hành của dây chuyền sản xuất.
Ở giai đoạn hiện tại, có thể thiết lập cơ chế kiểm tra định kỳ tại điểm đo chất lỏng từ tính
nhằm đảm bảo dao động bề mặt luôn được kiểm soát.
Sau khi thiết lập ngưỡng, điểm đo này có thể được sử dụng như một điểm giám sát tự động dài hạn,
đảm bảo dao động bề mặt trong quá trình tăng trưởng tinh thể luôn nằm trong phạm vi kiểm soát.
Khi xảy ra dao động bất thường, hệ thống có thể phát hiện ngay lập tức và điều chỉnh tham số kịp thời,
giúp tinh thể duy trì vùng sử dụng hiệu quả lớn hơn.
Thiết bị phân tích động lực học VMS-PH
Xác định chính xác nguyên nhân cốt lõi của sự cố thiết bị