多晶硅棒等級分類測量系統分析

張桂蕓

（中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024）

測量因素是影響產品質量特征值變異的6 種基本質量因素 （人員、機器、材料、操作方法、測量和環境）之一。與其他5 種基本質量因素不同的是，測量因素對工序質量特征值的影響獨立于其他5 種基本質量因素綜合作用的工序加工過程，這就使得單獨對測量系統進行研究成為可能。正確的測量，永遠是質量改進的第一步。如果沒有科學的測量系統評價方法，缺少對測量系統的有效控制，質量改進就失去了基本的前提[1]，為此，進行測量系統分析就成了企業實現連續質量改進中的一項重要工作[2]。

測量系統是一個用來獲得測量結果的過程，同時對測量進行量化或對被測物的特性進行評估，主要由測量儀器、標準、人員、環境等組成[3-4]。測量系統必須具有良好的準確性和精確性[5]，通過對測量系統分析來評價測量系統和測量數據的質量和可靠性是十分有意義的。本文中的多晶硅棒等級分類測量系統由現場檢測人員、少子壽命測試儀、紅外探傷測試儀、多晶硅棒等級分類標準組成，其中少子壽命測試儀用來測量硅棒的少子壽命值以及顯示少子壽命曲線圖像，紅外探傷測試儀用來測量硅棒紅外探傷情況，硅棒底部晶花由現場檢測人員判定為大晶花或小晶花。

1 硅棒質量標準等級分類

對多晶鑄錠質量的研究，主要是研究多晶硅棒的少子壽命及曲線、邊部紅區和中心紅區、多晶硅棒底部的晶花大小。硅棒質量標準分為4 個等級，分別為H4，H3，H2，H1，具體分類見表1。

表1 硅棒等級分類表

1.1 各等級硅棒對應的硅棒中心紅區要求

1）中心紅區要求中的無效區指按3 μs 篩選后的空白區域。

2）H4 硅棒需要滿足的要求：合格區內，單行不得超過5 格無效區或不得超過10 格連續無效區，見圖1、圖2；如不滿足，則降級為H3 或H2。

圖1 中心紅區的無效區示意圖

圖2 中心紅區的無效區實例

1.2 各等級硅棒對應的硅棒少子壽命曲線要求

壽命曲線判定方法：曲線判定降級時必須在有效截斷長度內進行，即頭部曲線按4 μs，尾部曲線按3 μs 篩選后，再按少子壽命值＜5 的點數判定是否降級。

1）H4 硅棒需要滿足的要求：合格區內，少子壽命曲線合格，滿足 “單3 合5”條件 （見圖3）；如不滿足 “單3 合5”條件，則降級為H3 或H2。

2）H3 硅棒少子壽命曲線需要滿足 “單6 合10”條件 （見圖4）；如不滿足 “單6 合10”條件，則降級為H2 （見圖5）。

圖3 H4 硅棒少子壽命低于5 μs 的點為3 個

圖4 H3 硅棒少子壽命低于5 μs 的點為6 個

圖5 H2 硅棒少子壽命低于5 μs 的點為17 個

1.3 各等級硅棒對應的硅棒底部晶花的要求

硅棒底部晶花判斷在平磨后外觀分類測量環節進行，等級硅棒的底部晶花要求如下。

1）經少子壽命判為H4，且籽晶100%保留的硅棒直接判定為小晶花 （硅棒底部任意一個晶粒面積要小于1 cm2；硅棒底部晶粒面積小于0.5 cm2的數量占總數90%以上，見圖6-a），或籽晶部分熔化或無籽晶的，在平磨后經分類測量判斷為小晶花的，歸為H4。

2）經少子壽命判為H4，經分類測量判定為大晶花 （硅棒底部出現任意一個晶粒面積大于1 cm2；硅棒底部晶粒面積大于0.5 cm2的數量占總數10%以上，見圖6-b），歸為H3。

3）經少子壽命判為H3，在平磨后分類測量底部晶花，經分類測量判斷為小晶花的，歸為H3；經分類測量判斷為大晶花的，歸為H2。

4）經少子壽命判為H2，不分類測量磨后晶花，不再降級。

圖6 硅棒底部晶花

5）經少子壽命判為H1，不分類測量磨后晶花，不再降級。

2 多晶硅棒等級分類測量系統分析

2.1 實驗方法

選擇檢驗車間4 名操作人員負責現場多晶硅棒等級分類測量，分別編號為A，B，C，D；選取11 根多晶硅棒，分別編號為1，2，3，…，10，11，每名操作員工對每個多晶硅棒分類測量兩次，對測量數據進行分析研究，測量結果見表2。

表2 多晶硅棒等級分類測量結果

2.2 多晶硅棒等級分類測量結果統計分析

對多晶硅棒等級分類測量系統中的H2，H3 分類測量結果進行統計，見表3。

表3 多晶硅棒等級分類檢測結果統計

2.3 多晶硅棒等級分類測量結果概率計算

對多晶硅棒等級分類分類測量結果進行概率計算，見表4。

表4 多晶硅棒等級分類概率計算

2.4 多晶硅棒等級分類測量結果評價

對多晶硅棒等級分類測量系統的效率、錯誤報警概率、錯過概率、偏差概率等進行評價，見第47 頁表5。

表5 多晶硅棒等級分類測量系統評價

2.5 結果分析

每日利用多晶硅棒等級分類測量系統進行分類測量前，現場操作員工都要對少子壽命測試儀和紅外探傷測試儀進行校準、點檢，設備的重復性和穩定性均比較好。硅棒底部晶花分類測量由現場操作人員判定，測量系統的再現性方面略有差異，由表4 和表5 可知，操作員 A 和 B 將 H3 判定為 H2 的概率為0.5，操作員A 將H2 判定為H3 的概率為0.2，操作員B 將H2 判定為H3 的概率為0.25，操作員C 將H2 判定為H3 的概率為0.1，操作員 A和B 在整個測量系統里出現了過緊判定，操作員C則出現了過松判定，操作員D 在整個測量系統里表現是最好的。

3 結論

多晶硅棒等級分類測量是多晶鑄錠行業硅棒檢測中的一個重要指標，多晶硅棒等級分類的準確性關系到生產企業的產品質量標準。對多晶硅棒等級分類測量系統的分析和有效性評價，不僅可以提高硅棒質量，滿足客戶要求，減少客戶及生產企業的經濟損失，帶來更高的經濟效益，還可以評估現場操作人員的能力水平，為企業人員績效考核提供數據支持。