半導(dǎo)體設(shè)備在支撐整個半導(dǎo)體行業(yè)方面發(fā)揮著重要作用。由于半導(dǎo)體制造過程復(fù)雜，每個環(huán)節(jié)所需的設(shè)備也不同。從工藝分類的角度來看，半導(dǎo)體設(shè)備主要可分為晶圓制造設(shè)備（前一道工序）、包裝試驗設(shè)備(后道工序)等。
本文是半導(dǎo)體設(shè)備專題欄目的第一部分 1 本文介紹了晶圓制造的第一道工序設(shè)備——單晶爐。
直拉式單晶硅生長爐是一種高效制備單晶硅的設(shè)備。
將多晶硅原料放入爐體的石英坩堝中進(jìn)行高溫熔化（1450℃以上）。在低真空度和氬氣的保護(hù)下，多晶硅熔體通過紫色晶體插入，在紫色晶體周圍形成過冷狀態(tài)，并定期生長，形成單晶棒。
單晶生產(chǎn)的基本過程是：將多晶硅原料放入單晶爐中，加熱熔化，逐步進(jìn)行頸部收縮生長、肩部放置生長、等徑生長和尾部生長，然后打開爐子提取材料，進(jìn)行晶體測試，最后進(jìn)行包裝、儲存和交付。
單晶爐的基本結(jié)構(gòu)(如下圖1所示)由以下九部分組成：
上爐室、下爐室、爐蓋、隔離閥室、觀察窗、晶體提升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、坩堝提升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、控制柜、底座
提拉頭：主要由其他部件組成，如安裝盤、減速機、籽晶腔、劃線環(huán)電機、磁流體、籽晶稱重頭、軟波紋管等。
輔助室：主要由輔助室筒和上下法蘭組成
爐蓋：輔助室連接法蘭，翻板閥，觀察窗，抽真空管組成
爐筒：包括取光孔
下爐筒：包括抽真空管道蒸循頌
底座機架：全鑄鐵機架和底座
坩堝下傳動裝置:主要由磁流體、電機、坩堝支撐軸、減速機、軟波紋管海棄檔束、立柱、上下傳動支撐架、導(dǎo)軌等部件組成。
水分離器已布置在水路上，包括水分離器、進(jìn)水管、若干膠管、水管卡套等
氬管布置：質(zhì)量流量計，3根以上柔性管，不銹鋼管三個壓力探測器，高密封性卡套等部件
真空泵及真空除塵裝置：油壓真空泵、水環(huán)真空泵、過濾器、真空管、硬波紋管等
電源及電控柜：電源柜、濾波柜、控制柜及連接線
單晶爐的主要控制方面：
晶體直徑(尺寸)
溫度(功率控制)
三、原材料(硅材料)
泄漏率、氬氣質(zhì)量等
單晶爐熱場的設(shè)計與模擬
在生長過程中，單晶的直徑可能受到溫度、提升速度和速度、坩堝跟蹤速度和速度、保護(hù)氣體流速等因素的影響。其中，溫度主要決定晶體是否可以形成，速度將直接影響晶體的內(nèi)在質(zhì)量，但這種影響只能通過單晶拉出后的檢測來了解。
溫度分布適當(dāng)?shù)臒釄霾粌H單晶生長順利，而且質(zhì)量高；如果熱場的溫度分布不是很合理，很容易在單晶生長過程中產(chǎn)生各種缺陷，影響質(zhì)量。在嚴(yán)重的情況下，單晶無法生長。因此，在投資單晶生長企業(yè)的早期階段，我們必須根據(jù)生長設(shè)備配置最合理的熱場，以確保單晶生產(chǎn)的質(zhì)量。
在晶體生長分析與設(shè)計中，實驗與數(shù)值模擬相輔相成，其過程可分為兩部分：
(1)在第一階段，通過引放定法晶體生長實驗，對參戰(zhàn)捐匪數(shù)量進(jìn)行數(shù)值模擬調(diào)整。
(2)在第二階段，使用數(shù)值模擬來確定晶體生長的最佳工藝參數(shù)。
數(shù)值模擬是一種非常有用或必要的方法，用于獲得廉價、完整和全面的結(jié)晶過程，以預(yù)測晶體生長并改善晶體生長技術(shù)。數(shù)值模擬是一種非常有用或必要的方法，當(dāng)實驗成本過高或無法定期進(jìn)行時。
例如，對于沒有經(jīng)驗的人來說，熔體流動的歷史缺陷和熱應(yīng)力細(xì)節(jié)可以直觀地顯示出來。因此，數(shù)值模擬是實現(xiàn)更高生產(chǎn)率、更好地滿足市場對晶體直徑和質(zhì)量要求的最佳方式。
FEMAG面向過程的模擬軟件為用戶提供了一個可以深入研究的數(shù)值工具，用戶可以通過有效的計算機模擬來設(shè)計和優(yōu)化工作流程。通過對單晶爐熱場的模擬計算，對單晶爐的機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并在拉晶過程中根據(jù)模擬結(jié)果設(shè)置合理的理論拉晶曲線，可以在實際生產(chǎn)中生長出合格的單晶棒。
