生产事故案例分析(新版)

1、宁夏隆基技术工艺部培训材料系列（一）欢迎各位同事参加本次培训分享 交流 总结 提高第一部分：概述第一部分：概述1.1 案例来源案例来源 本次培训材料案例来源于2008.052009.07由技术工艺部整理分析的生产事故报告。 【说明】生产事故的及时分析和整理是技术工艺部的日常工作之一，因此编写这个材料的目的也是分享我们前期在生产事故分析方面的经验，以尽快促进我们技术员技术的积累和业务水平的提高。1.2 数据分类数据分类1.2.1 本材料涉及整理生产事故报告98起。 1.2.2 生产事故分类 表1-1事故分类事故分类发生次数发生次数百分比百分比掉棒（掉棒+漏硅）4849%墩埚（墩埚+漏硅）2324

2、%漏硅1010%重锤及钢丝绳88%其他99%49%24%10%8%9%事故分类事故分类掉棒（掉棒+漏硅）墩埚（墩埚+漏硅）漏硅重锤及钢丝绳其他1.3 生产事故损失简介生产事故损失简介 由于单晶硅材料制造成本的高昂，因此每一次生产事故均会造成巨大的损失，因此尽量减少避免生产事故的发生，是我们降低成本的有效途径之一。 生产事故损失成本构成简介： 1）材料加工成本，目前我公司材料加工成本为130140元/Kg； 2）石墨件及热场碳毡损耗（见表1-2）； 3）原料损耗，包括原料重新清洗损耗及费用，污染原料报废等； 4）设备受损，包括重锤报废，波纹管报废，炉体受损等。表1-2 20吋热场主要石墨件采购价

3、格 谨记：态度决定一切！ 如履薄冰，如临深渊！名称名称价格（元）价格（元）石墨加热器37000五瓣埚帮24500主保温筒39500副保温筒12500下保温筒9500热屏21500石墨碳毡600/kg 典型案例：表1-3 61#炉漏硅事故损失列表损坏的石墨件损坏的石墨件(20吋吋)价值（元）价值（元）三瓣埚一套31000细石墨加热器一只47000埚托一只9500隔热体680护底盘3500护底压板1800石墨电极2只320电极护套2只160石英护套2只160石墨螺丝+石墨盖 各2只60共计94180原料损失约（按3000元/kg）算约180000下轴波纹管一只10000总计总计282180第二部分

4、：生产事故分析第二部分：生产事故分析2.1 概述概述2.1.1 材料组织原则：按照事故分类介绍。 1）事故定义 2）发生原因分析 3）事故现象描述 4）处理措施（现场解决方法） 5）纠正预防措施（长期解决方法）2.1.2 目的 1）借鉴警示 2）明确原因 3）提供方法2.2 掉棒（掉棒掉棒（掉棒+漏硅）漏硅）2.2.1 定义 在等径或拆炉过程中，籽晶部位（老籽晶）或细颈部位断裂，造成晶棒坠落的生产事故称为掉棒。如果在晶体坠落后同时造成石英坩埚损坏而发生漏硅的生产事故称为掉棒+漏硅。由于这类事故均为掉棒引发，因此归为一类。 【说明】新籽晶使用后需要与熔硅熔接，长出细颈才能够进行放肩等径等操作，那

5、么使用后的籽晶熔接面以上的部分就称为老籽晶。掉棒中常说的老籽晶断裂主要指老籽晶上的钼销槽部分的断裂。 从前面统计数据可以看出掉棒在目前我们生产事故总数中所占比例最大，因此是我们最迫切需要解决的问题！2.2.2 掉棒原因 统计数据：人为原因27%籽晶问题38%原料问题6%重锤问题23%原因不明6%掉棒原因掉棒原因1）籽晶问题 通常为老籽晶断裂，在检查炉台过程中无其他明显的异常。无违规操作，拉速平稳，无结晶现象，检查钼夹头内壁无凸起等缺陷。籽晶质量问题包括两个方面：a）籽晶尺寸不合乎要求，我们目前籽晶尺寸为12.50.1mm，超过此尺寸的可视为不合格；b）籽晶在加工过程中受内伤，造成强度下降，在晶

6、棒达到一定重量后，造成掉棒。籽晶受到内伤的情况，以目前我们的检验条件是无法判定的，但是从发生事故的频次及供应商的考察来分析可以推断籽晶本身质量存在严重的缺陷。 注：本年度发生掉棒事件的频度远远大于去年，在同样的生产条件下出现这样有差异的结果，可以推断我们籽晶加工供应商的产品质量确实出现了严重问题。因此目前技术工艺部已经开始着手开发新的籽晶供应商。 图2-2-1 图2-2-2 分析过程：从拉晶曲线可以观察到在掉棒前晶体拉速运行平稳，无明显摆动现象，从拆炉后凝固的熔硅表面看无明显的结晶块。 图2-2-3 图2-2-4 老籽晶在拉晶过程中承受晶体的重量，主要受力点即为钼销与籽晶插槽的接触面，一旦老籽

7、晶内部存在缺陷，将直接导致老籽晶从插槽的接触面断裂。 晶体编号：0906077-10测量籽晶直径12.0812.12mm籽晶直径明显偏细。因此我们要求在籽晶使用前，特别是圆形籽晶使用前，需要测量籽晶直径，在直径满足要求的情况下才能交付炉台使用。 图2-2-5 圆籽晶在钼夹头内的链接方式，可见接触点为线接触，如果籽晶直径偏细，则会减小线接触的长度，使受力更为集中；如果籽晶本身有内伤，则容易从最薄弱，受力最集中的部位断裂，因此我们可以发现籽晶的断裂均位于钼销与老籽晶斜面连接处。而且籽晶在加工过程中，钼销连接斜面的加工也是容易产生内伤的部位。 图2-2-62）人为原因 主要包括以下几个方面： a）等

8、经过程中结晶掉棒； 等经过程中结晶，是造成掉棒的主要原因之一。由于操作工在巡视炉台的过程中未仔细观察炉内状况，在发生结晶后未作相应的处理，致使结晶块粘连在晶棒上，最终导致掉棒。 等经过程中发生结晶有多种原因： 等经后期温补不够，炉内温度过低； 原料脏，爬硅结晶； 误操作，如误升坩埚，导致坩埚伸入导流筒中导致结晶掉棒。 典型案例 21#掉棒事故 图2-2-7 图2-2-8 事故原因：埚跟过快、热场装配未对中致使液面与导流筒粘连结晶至晶棒，扭断籽晶，晶棒掉入埚内。 图2-2-9注：结晶掉棒几个关键的特点： 晶棒一般从细颈处拧断； 导流筒内壁溅硅较少； 拆炉后查看凝固的熔硅中有块状的结晶层； 等经后

9、期温度升幅较小，拉速波动较大，晶体直径有长大的趋势。典型案例： 0910245-12TC掉棒+漏硅事故 本次事故即为典型了结晶掉棒，掉棒后由于晶体的冲击及熔硅结晶向下的挤压，导致漏硅。其主要现象完全吻合上述特点。 b）引细颈过细，导致强度不够掉棒； 典型案例：71#掉棒事故 本炉为提纯，掉棒后测量籽晶断裂处细颈直径3.2mm。 注：工艺要求提纯炉台细颈直径为58mm。 c）细颈上有杂质导致细颈强度不够掉棒； 典型案例：66#掉棒事故 杜绝人为原因导致掉棒的措施：必须加强炉台巡视，特别是在拉提纯时，必须随时观察炉内是否有结晶现象；查看温度曲线，及时发现升温幅度慢的问题，必要时进行手动补温；引晶时

10、严格按照作业指导书要求的标准进行操作，避免引晶过细及在细颈上粘连杂质。 图2-2-10 从图片上可见细颈处有明显的杂质，导致细颈强度降低。3）重锤问题 重锤钼夹头内壁有烧结物突起或缺陷（凹坑，夹头与重锤连接松动，钼夹头内同心度不好）等，导致等径过程中籽晶受损而掉棒。 说明：出现过同一炉台连续掉棒的现象，检查重锤钼夹头发现有缺陷（夹头松动，钼夹头内壁有烧结物），在更换后正常。如一车间67#炉，在两周内掉了三支晶棒，在更换重锤后正常。 图2-2-11 图2-2-12 重锤内壁有烧结物及钼夹头松动导致掉棒事故典型图片。杜绝此类事故发生的办法主要为在合炉前对重锤内壁及钼夹头进行仔细检查。对出现有上述异

11、常的重锤需进行更换或将烧结物彻底打磨，使内壁尽量保持光滑。4）原料问题 对于提纯料在使用过程中容易出现结晶，并且在拉晶过程中常出现不熔物，不熔物与晶棒粘连或磕碰会造成晶体在炉内摆动，导致掉棒。这也是我们拉提纯料时出现掉棒频率比拉单晶时高的原因。 典型案例：N0907025-4TC 掉棒事故，从拆炉后晶体表面看有大量不溶物粘结在晶棒表面。 图2-2-13 注：如果掉棒后，发生将石英坩埚砸坏的情况则会造成漏硅。同样如果掉棒后采取不适当的操作也会造成漏硅，如不适当的升降埚位，回熔等。 典型案例：N0903030-12TC掉棒漏硅事故 本次事故为炉内结晶导致掉棒，掉棒之前主操即发现炉内不熔物较多，已经

12、导致晶体摆动。在掉棒后主操采取了回熔的措施，在回熔40分钟时漏硅。 在掉棒后，如果等经长度较短，通常在100mm内，炉内剩料较多的情况下可以采取回熔措施，但必须确保掉棒时石英坩埚未受损伤，如果等经长度超过100mm，则一般不允许回熔。另外掉棒后，必须立即关闭埚升、埚转，一般不再进行升降埚位操作。2.2.3 掉棒解决方案 技术工艺部提出的解决方法： 1）下达关于保护籽晶及钢丝绳的通知，并检查执行情况； 具体要求参考工艺通知拉晶时上轴管理规定及提纯时引晶要求。 2）建议更换重锤； 3）检查籽晶直径，与钼夹头的配合是否合适； 3）更换籽晶供应商； 4）设计锥形籽晶（最终解决方案）。 我部门新设计的锥

13、形籽晶及石墨夹头草图，解决了籽晶受力集中的问题，能够大大提高籽晶的承重能力。目前正在尽快推进重锤的技术改造，和锥形籽晶的使用。 图2-2-142.3 墩埚（墩埚墩埚（墩埚+漏硅）漏硅）2.3.1 定义 由于异常情况导致拉晶不能继续进行，在原料剩余较多的情况下被迫停炉的生产事故称为墩埚。 如果剩余原料较多，在停炉过程中冷却过程不当会进一步造成漏硅。2.3.2 墩埚原因 61%18%13%4% 4%墩埚原因墩埚原因原料问题人为事故三瓣埚裂坩埚问题原因不明1）原料问题 原料脏，特别是提纯料，在熔料过程中会严重腐蚀坩埚，造成渗硅，引起电阻过低报警，被迫停炉。在这种情况下如果继续加热，石英坩埚将被腐蚀穿

14、，导致漏硅，造成更大的损失。（补充粉末料在熔料过程中造成墩埚的情况） 典型案例： N0903045-7墩埚事故 本次事故判断为原料清洗出现问题，导致坩埚析晶腐蚀，由于考虑到继续拉晶的危险系数过大，因此采取停炉措施。 图2-3-1 典型案例：0812027-1TC墩埚事故、0812034-1TC墩埚事故这两起事故原料均为N/A多晶粉沫（颗粒状）料。高温后电阻过低报警停炉。拆炉时发现热场损坏严重，原因为坩埚腐蚀严重，有漏硅现象。 图2-3-2 图2-3-3 2）人为事故 a）装料不当，造成挂边，导致坩埚严重变形，被迫墩埚； 坩埚在变形严重的情况下，埚位不能升高，降低液面温度梯度，导致引晶困难，容易

15、结晶。另外为防止坩埚进一步损坏而造成漏硅，权衡损失，选择墩埚。 b）埚升设定错误导致导流筒浸入熔硅中结晶墩埚； 典型案例：N0902048-1墩埚事故 事故原因分析：操作工改动后坩埚升速给了两次，第一次为0，第二次为3，根据操作工口述过程，给晶升慢速升晶体，但实际并没有给晶升，却给了埚升慢速3mm/min。到发现时间有27分钟，埚升了81mm,导流筒浸硅并结晶，被迫墩埚。 图2-3-4 从生长记录上可以看出主操在给晶升慢速时错给成埚升慢速。3）三瓣埚帮破裂导致墩埚 在拉晶过程中三瓣埚帮发生破裂，导致墩埚。三瓣埚帮破裂会造成等经过程中液面严重晃动，无法拉晶。 鉴别方法：如发现液面异常晃动，则可停

16、埚转检查，如在停埚转的情况下液面晃动停止则基本可以判断三瓣埚帮已损坏。补救措施：在无埚转的情况下如果剩料较多可尝试引晶拉多晶，尽量将原料提出，如果剩料较少则不容易引晶，则可直接停炉。另外在无埚转的情况下拉晶时间不能过长，否则容易造成漏硅。 典型案例：SG0905128-5墩埚事故 本次事故具体现象： 1）拉晶过程中无异常,第一段断线提出后,第二段引晶放肩时出现电极故障报警。 2）电极故障报警后,发现液面抖动,怀疑三瓣埚裂开。 3）为防止漏硅,经同意停炉。 4）拆炉后,三瓣埚明显裂开一块，取出石英坩埚后，另外两块也破裂。 5）加热器一处有明显的朝外张开，是造成电极故障报警的主要原因。 图2-3-

17、5 图2-3-64）坩埚问题 因坩埚质量问题，出现严重变形，造成墩埚事故。此类事故一般出现于实验坩埚，由于目前提纯炉台降低成本的需要，对石英坩埚的质量有所放宽，在这样的情况下有可能出现因石英坩埚质量问题而导致墩埚事故。 图2-3-75）设备问题 在拉晶过程中出现设备异常，如加热器跳闸、电控柜烧坏等导致墩埚。 典型案例：N0910243-11TC（C15）墩埚事故 事故原因：电控柜后有两根线接触短路，造成电控柜断电。同时设备部未能及时排除故障，给炉台送上电，造成墩埚约33.5kg。 注意：在原料脏的情况下墩埚，很容易造成漏硅，另外如果墩埚后埚位处理不当也容易造成漏硅。 图2-3-82.3.3 墩

18、埚解决方案 1）加强原料管理，尽量避免使用特别脏的原料。过脏的原料同样容易引起掉棒和漏硅； 2）如果使用粉末料在装料和抽空时必需按照要求进行，技术工艺部关于粉末料关于装料和抽空的通知沫子料提纯要求。 3）保证石墨埚帮和石英坩埚质量，防止拉晶过程中出现异常； 4）杜绝人为操作失误造成墩埚； 5）运行过程中设备异常处理办法：及时通知设备部维修人员进行抢修，如果为加热器或电源柜出现故障，在无加热情况下，可降低埚位，尽量让熔硅处于高温区，等待检修结果。在液面未完全结晶的情况下维修成功可再进行加热，如液面已完全结晶为安全起见可选择墩埚，并将埚位升高，防止发生漏硅。 2.4 漏硅漏硅2.4.1 定义 由于

19、坩埚破裂造成熔化的原料从坩埚中流出的生产事故称为漏硅，漏硅是单晶生产中最为严重的事故之一！严重的漏硅会造成整个热场的损坏，原料的损失，甚至造成炉体的损坏。另外在其他单晶公司还发生过因漏硅造成炉体爆炸伤人事故。 注：渗硅是指在停炉后由于埚位的不当，熔硅先从液面开始结晶，液面完全结晶后，挤占了下部熔硅结晶的空间，在下部熔硅结晶过程中必会对坩埚施加压力，从而从坩埚的缺陷处渗出的现象。通常渗硅会造成三瓣埚与埚托粘连，但造成的损害要比漏硅小。由于两者有相同的产生原因，因此可以说渗硅是漏硅的一种。2.4.2 漏硅原因 数据分析： 60%40%漏硅原因漏硅原因原料问题人为事故 根据公司发生的多起漏硅事故总结

20、出的相关漏硅原因有： 1）拉晶时多次断线回熔，特别是在石墨埚帮破裂或石英坩埚严重变形而无埚转的情况下拉晶时间太长，造成漏硅； 2）熔硅由上至下结晶，下部熔硅由于体积膨胀撑坏石英坩埚后熔硅漏出； 3）石墨埚帮没有处理干净或料太脏，造成石英坩埚析晶破损漏硅； 4）人为的误操作，如回熔时将晶体一次性下降太多，戳坏石英坩埚 5）石英坩埚本身质量问题； 6）原料为沫子料，塌料时原料在石英坩埚R处形成二次结晶，导致撑裂坩埚，或沫子料被泵抽至石墨埚帮与石英坩埚缝隙间造成石英坩埚析晶漏硅； 7）石墨埚帮之间配合不良，有较大缝隙，造成熔料后石英坩埚变形导致漏硅； 8）没有认真执行工艺要求，如装料时硬挤硬塞造成坩

21、埚受损，塌料后没有及时升起埚位等等。1）原料问题 a）原料脏，造成坩埚严重腐蚀，直接导致坩埚破裂而漏硅。 典型案例：N0905042-5渗硅事故 石英坩埚严重析晶导致漏硅。 图2-4-1 典型案例： FB0907058-3漏硅事故 原料异常导致坩埚底部严重析晶漏硅。 图2-4-2 b）原料为粉末料，在熔化过程中凝结成一块，在塌料时倒向一侧造成坩埚损坏而漏硅，此种原料本来较脏，坩埚已被腐蚀，强度不够，再加之这样的撞击，漏硅的几率大大增加。 典型案例：N0903077-4漏硅事故 本炉手动加热化料，中间过程没异常，高温3.5小时后塌料，发现坩埚有一条裂缝，从裂缝形状来看如同拿玻璃刀划过裂开，加热器

22、内壁无划痕、打火现象。 图2-4-3 2）人为事故 由于操作失误造成的漏硅事故。 典型案例：0807061-4漏硅事故 事故漏料原因： 在拉晶中发现液面抖动后，将埚转停掉，并持续了有12个小时，造成了石英坩埚长时间受热不均，尤其在石墨三瓣埚的接缝处，直接受热辐射，高温时间长。 典型案例：N0902052-3TC(REC-8)漏硅事故 事故原因： （1）设备部检修炉台时未将副室波纹管密封圈固定，导致在后续的操作中密封圈滑落至料中，被迫在高温1.5小时后停炉。 （2）生产部操作人员在停炉9小时取出密封圈后，第二次加热前未将原料取出，没有确认石英坩埚是否完好可用的情况下继续加热，造成石英坩埚在加热过

23、程中破损漏硅而墩埚，并造成三瓣埚和部分石墨件损耗。 图2-4-4 判断漏硅方法： 在渗漏较快的情况下的判断方法 1）发生过流，电压电流异常波动； 2）加热器电阻过低报警； 3）电极故障报警； 4）炉压升高； 5）熔硅明显变少； 6）波纹管温度升高。 在缓慢渗硅情况下的判断方法 由于目前采用热场的保温性较好，底毡较厚的情况下，熔硅渗漏可能会以一种较缓慢的情况出现，从石墨器件内部渗透至碳毡中。出现这种情况在前期最主要的异常为电极故障报警（通常情况下电极故障并不影响拉晶），如果在设备部检查电极输出电压明显无异常时，仍然需要长时间观察炉内液位变化，如发现液位异常应立即上报，寻求解决处理。 在此我们将引

24、晶埚位作为我们判断液位是否正常的重要依据： 1）查阅前次等径末段埚位，对比目前引晶埚位是否有明显差距，如差距在10mm以上即可怀疑发生漏硅（使用大肚导流筒判断引晶埚位需要10mm以上才有明显的差距）。 2）查看显示剩料重量，估算正常引晶埚位，如发现估算埚位与实际引晶埚位相差过大即可怀疑发生漏硅。具体估算过程可使用技术工艺部编写软件埚位判断软件。 3）将液面放置于与导流筒下沿刚好相切的位置，待5分钟后观察是否液面下降。在此位置液面有微小变化一般都能较为明显的观察到。2.4.3 解决途径 1）现场处理：停加热，如果炉压不断上升，可以判断下轴波纹管烧破，漏气，可关闭氩气，调整节流阀开度为100%，加

25、大抽气效果。让炉体自然冷却。 2）针对粉末原料防止漏硅技术部下发的操作通知； 前面在墩埚环节已经讲到关于粉末料的提纯要求。 3）杜绝人为操作失误造成漏硅。 a）禁止掉棒回熔； b）禁止原料二次加热； c）在无埚转或三瓣埚破裂的情况下长时间拉晶。 2.5 重锤及钢丝绳2.5.1 定义 钢丝绳因为异常原因断，导致重锤掉入熔硅中造成的生产事故。2.5.2 事故原因 38%25%12%12%13%人为事故设备设计缺陷钢丝绳连接设计缺陷钢丝绳质量问题原因不明1）人为事故 升降重锤过程中未关闭插板阀，导致重锤卡在插板阀上将钢丝绳拉断。 典型案例：0906044-12TC重锤掉入埚内事故 事故原因：当事人事

26、故描述，稳重锤后引晶温度过高升重锤，重锤掉入埚内。检查炉台发现插板阀未合严，拆炉后钢丝绳断头比较毛，降下钢丝绳断头距副室底距离为485推算出重锤位置在插板阀位置，插板阀与重锤上有卡痕。结合当事人事故描述及工作站记录确认本次事故原因为：稳重锤后未将插板阀打开，升重锤时重锤卡在主插板阀边缘拉断钢丝绳，重锤掉入埚内。2）设备设计缺陷 a）卷丝轮设计缺陷，导致钢丝绳在缠绕过程中跳槽，将钢丝绳卡断。 典型案例：N0902062-2钢丝绳扯断事故 从右图可见，卷丝轮上无卡槽，此结构容易造成钢丝绳跳槽。 图2-5-1 b）宁晋炉台上轴限位不起作用，导致钢丝绳运行到副室顶部被卡断。 3）钢丝绳连接设计缺陷 典型案例：N0903016-13（M