多晶硅棒等级分类测量系统分析

张桂芸

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024）

测量因素是影响产品质量特征值变异的6 种基本质量因素 （人员、机器、材料、操作方法、测量和环境）之一。与其他5 种基本质量因素不同的是，测量因素对工序质量特征值的影响独立于其他5 种基本质量因素综合作用的工序加工过程，这就使得单独对测量系统进行研究成为可能。正确的测量，永远是质量改进的第一步。如果没有科学的测量系统评价方法，缺少对测量系统的有效控制，质量改进就失去了基本的前提[1]，为此，进行测量系统分析就成了企业实现连续质量改进中的一项重要工作[2]。

测量系统是一个用来获得测量结果的过程，同时对测量进行量化或对被测物的特性进行评估，主要由测量仪器、标准、人员、环境等组成[3-4]。测量系统必须具有良好的准确性和精确性[5]，通过对测量系统分析来评价测量系统和测量数据的质量和可靠性是十分有意义的。本文中的多晶硅棒等级分类测量系统由现场检测人员、少子寿命测试仪、红外探伤测试仪、多晶硅棒等级分类标准组成，其中少子寿命测试仪用来测量硅棒的少子寿命值以及显示少子寿命曲线图像，红外探伤测试仪用来测量硅棒红外探伤情况，硅棒底部晶花由现场检测人员判定为大晶花或小晶花。

1 硅棒质量标准等级分类

对多晶铸锭质量的研究，主要是研究多晶硅棒的少子寿命及曲线、边部红区和中心红区、多晶硅棒底部的晶花大小。硅棒质量标准分为4 个等级，分别为H4，H3，H2，H1，具体分类见表1。

表1 硅棒等级分类表

1.1 各等级硅棒对应的硅棒中心红区要求

1）中心红区要求中的无效区指按3 μs 筛选后的空白区域。

2）H4 硅棒需要满足的要求：合格区内，单行不得超过5 格无效区或不得超过10 格连续无效区，见图1、图2；如不满足，则降级为H3 或H2。

图1 中心红区的无效区示意图

图2 中心红区的无效区实例

1.2 各等级硅棒对应的硅棒少子寿命曲线要求

寿命曲线判定方法：曲线判定降级时必须在有效截断长度内进行，即头部曲线按4 μs，尾部曲线按3 μs 筛选后，再按少子寿命值＜5 的点数判定是否降级。

1）H4 硅棒需要满足的要求：合格区内，少子寿命曲线合格，满足 “单3 合5”条件 （见图3）；如不满足 “单3 合5”条件，则降级为H3 或H2。

2）H3 硅棒少子寿命曲线需要满足 “单6 合10”条件 （见图4）；如不满足 “单6 合10”条件，则降级为H2 （见图5）。

图3 H4 硅棒少子寿命低于5 μs 的点为3 个

图4 H3 硅棒少子寿命低于5 μs 的点为6 个

图5 H2 硅棒少子寿命低于5 μs 的点为17 个

1.3 各等级硅棒对应的硅棒底部晶花的要求

硅棒底部晶花判断在平磨后外观分类测量环节进行，等级硅棒的底部晶花要求如下。

1）经少子寿命判为H4，且籽晶100%保留的硅棒直接判定为小晶花 （硅棒底部任意一个晶粒面积要小于1 cm2；硅棒底部晶粒面积小于0.5 cm2的数量占总数90%以上，见图6-a），或籽晶部分熔化或无籽晶的，在平磨后经分类测量判断为小晶花的，归为H4。

2）经少子寿命判为H4，经分类测量判定为大晶花 （硅棒底部出现任意一个晶粒面积大于1 cm2；硅棒底部晶粒面积大于0.5 cm2的数量占总数10%以上，见图6-b），归为H3。

3）经少子寿命判为H3，在平磨后分类测量底部晶花，经分类测量判断为小晶花的，归为H3；经分类测量判断为大晶花的，归为H2。

4）经少子寿命判为H2，不分类测量磨后晶花，不再降级。

图6 硅棒底部晶花

5）经少子寿命判为H1，不分类测量磨后晶花，不再降级。

2 多晶硅棒等级分类测量系统分析

2.1 实验方法

选择检验车间4 名操作人员负责现场多晶硅棒等级分类测量，分别编号为A，B，C，D；选取11 根多晶硅棒，分别编号为1，2，3，…，10，11，每名操作员工对每个多晶硅棒分类测量两次，对测量数据进行分析研究，测量结果见表2。

表2 多晶硅棒等级分类测量结果

2.2 多晶硅棒等级分类测量结果统计分析

对多晶硅棒等级分类测量系统中的H2，H3 分类测量结果进行统计，见表3。

表3 多晶硅棒等级分类检测结果统计

2.3 多晶硅棒等级分类测量结果概率计算

对多晶硅棒等级分类分类测量结果进行概率计算，见表4。

表4 多晶硅棒等级分类概率计算

2.4 多晶硅棒等级分类测量结果评价

对多晶硅棒等级分类测量系统的效率、错误报警概率、错过概率、偏差概率等进行评价，见第47 页表5。

表5 多晶硅棒等级分类测量系统评价

2.5 结果分析

每日利用多晶硅棒等级分类测量系统进行分类测量前，现场操作员工都要对少子寿命测试仪和红外探伤测试仪进行校准、点检，设备的重复性和稳定性均比较好。硅棒底部晶花分类测量由现场操作人员判定，测量系统的再现性方面略有差异，由表4 和表5 可知，操作员 A 和 B 将 H3 判定为 H2 的概率为0.5，操作员A 将H2 判定为H3 的概率为0.2，操作员B 将H2 判定为H3 的概率为0.25，操作员C 将H2 判定为H3 的概率为0.1，操作员 A和B 在整个测量系统里出现了过紧判定，操作员C则出现了过松判定，操作员D 在整个测量系统里表现是最好的。

3 结论

多晶硅棒等级分类测量是多晶铸锭行业硅棒检测中的一个重要指标，多晶硅棒等级分类的准确性关系到生产企业的产品质量标准。对多晶硅棒等级分类测量系统的分析和有效性评价，不仅可以提高硅棒质量，满足客户要求，减少客户及生产企业的经济损失，带来更高的经济效益，还可以评估现场操作人员的能力水平，为企业人员绩效考核提供数据支持。