书 书 书犐犆犛 ７７ ． ０４０ 犎 ２１ 中华人民共和国国家标准 犌犅 ／ 犜 ３７２１３ — ２０１８ 硅晶锭尺寸的测定 　 激光法 犜犲狊狋犿犲狋犺狅犱犳狅狉狊犻犾犻犮狅狀犫狉犻犮犽犱犻犿犲狀狊犻狅狀 — 犔犪狊犲狉狋犲犮犺狀狅犾狅犵狔犿犲狋犺狅犱 ２０１８  １２  ２８ 发布 ２０１９  １１  ０１ 实施 国家市场监督管理总局 中国国家标准化管理委员会 发布书 书 书前 　　 言 　　 本标准按照 ＧＢ ／ Ｔ１．１ — ２００９ 给出的规则起草 。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会 （ ＳＡＣ ／ ＴＣ２０３ ） 与全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分会 （ ＳＡＣ ／ ＴＣ２０３ ／ ＳＣ２ ） 共同提出并归口 。 本标准起草单位 ： 苏州协鑫光伏科技有限公司 、 江苏协鑫硅材料科技发展有限公司 、 山东大海新能源发展有限公司 。 本标准主要起草人 ： 宫龙飞 、 金善明 、 林清香 、 夏根平 、 唐珊珊 、 刘坤 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ３７２１３ — ２０１８ 硅晶锭尺寸的测定 　 激光法 １ 　 范围 本标准规定了采用激光法非接触式测量方形硅晶锭尺寸的方法 ， 包括对角线 、 倒角 、 垂直度 、 边长和长度 。 本标准适用于半导体及光伏领域硅单晶棒或多晶硅铸锭切割成的方形硅晶锭尺寸的测量 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。 凡是注日期的引用文件 ， 仅注日期的版本适用于本文件 。 凡是不注日期的引用文件 ， 其最新版本 （ 包括所有的修改单 ） 适用于本文件 。 ＧＢ ／ Ｔ１４２６４ 　 半导体材料术语 ＧＢ ／ Ｔ２５０７６ 　 太阳能电池用硅单晶 ＧＢ ／ Ｔ２９０５４ 　 太阳能级铸造多晶硅块 ３ 　 术语和定义 ＧＢ ／ Ｔ１４２６４ 、 ＧＢ ／ Ｔ２５０７６ 和 ＧＢ ／ Ｔ２９０５４ 界定的术语和定义适用于本文件 。 ４ 　 方法原理 采用激光技术构架一个尺寸测量系统 ， 用激光光源作为入射光照射硅晶锭 。 通过激光探头接收激光反射信号 ， 形成激光脉冲波形图 ， 并将数据反馈至计算机软件处理控制系统 。 通过计算机软件处理控制系统对硅晶锭对角线 、 倒角 、 垂直度 、 边长 、 长度参数进行模拟与计算 ， 从而得出硅晶锭的尺寸参数 。 硅晶锭对角线 、 倒角 、 垂直度参数由激光测量组件 Ａ 、 Ｂ 、 Ｃ 、 Ｄ 测量 ， 如图 １ 所示 。 硅晶锭边长 、 长度参数由激光测量组件 Ｐ 、 Ｌ 、 Ｑ 、 Ｒ 测量 ， 如图 ２ 所示 。 测量硅晶锭长度时 ， 硅晶锭垂直于激光测量组件平面运动 ， 当硅晶锭第一端面通过激光测量组件平面时 ， 记录四个侧面的初始位置 ， 当硅晶锭第二端面通过激光测量组件平面时 ， 记录四个侧面的终止位置 ， 进而确定硅晶锭长度 。 　　 说明 ： Ａ 、 Ｂ 、 Ｃ 、 Ｄ ——— 激光测量组件 。 图 １ 　 硅晶锭对角线 、 倒角 、 垂直度测量示意图 １ 犌犅 ／ 犜 ３７２１３ — ２０１８ 　　 说明 ： Ｐ 、 Ｑ 、 Ｒ 、 Ｌ ——— 激光测量组件 。 图 ２ 　 硅晶锭边长 、 长度测量示意图 ５ 　 干扰因素 ５ ． １ 　 测量环境的温度会影响激光探头的响应 ， 环境温度不应波动过大 ， 否则会影响检测信号稳定性 ， 因此应将温度控制在 ２５℃±５℃ 。 ５ ． ２ 　 测量环境的湿度会影响到激光探头的响应速度 ， 当环境湿度太大时 ， 容易在激光探头或者激光发生器外表面结露 ， 影响测量结果 ， 因此应将湿度控制在不大于 ６５％ 。 ５ ． ３ 　 同一硅晶锭表面不同区域的起伏等不均匀变化可能会影响测量结果 ， 涉及的表面影响因素有崩边 、 缺角 、 表面沾污等 。 ５ ． ４ 　 测量过程中 ， 测量系统定位装置偏移 ， 会影响硅晶锭尺寸的测量结果 。 ５ ． ５ 　 硅晶锭运动方向与激光测量组件平面的垂直或平行精度会影响硅晶锭尺寸的测量结果 。 ５ ． ６ 　 硅晶锭运动导轨平面应平整 ， 否则会影响硅晶锭尺寸的测量结果 。 ５ ． ７ 　 硅晶锭运动速度应适宜 ， 传送装置应避免皮带打滑 ， 否则会导致硅晶锭定位不准 ， 影响测量结果 。 ６ 　 仪器 ６ ． １ 　 硅晶锭尺寸测量仪包括激光测量组件 、 定位装置 、 传送装置和计算机软件处理控制系统等 ， 其中激光测量组件包含激光发生器和激光探头等 。 对于对角线 、 倒角 、 边长 、 长度 ， 仪器的检测分辨力不大于 ０．００１ｍｍ ； 对于垂直度 ， 仪器的检测分辨力不大于 ０．０１° 。 ６ ． ２ 　 激光测量组件用于准确测量硅晶锭的外观轮廓 ， 然后根据计算机软件处理控制系统准确提取硅晶锭轮廓数据 ， 并进行数据处理 。 ６ ． ３ 　 定位装置用于对测量样品进行准确定位 ， 确保激光测量组件平面与样品表面对准 ， 并通过传送装置实现对硅晶锭长度的测量 。 ６ ． ４ 　 硅晶锭及其传送平面应在激光测量组件的测量范围内 ， 硅晶锭传送方向与激光测量组件所在的平面垂直 。 ６ ． ５ 　 测量点的数量和位置 ， 可根据实际情况通过计算机软件处理控制系统进行设置 。 ７ 　 试样 硅晶锭表面应保持清洁 、 干燥 。 如有必要 ， 需用酒精清洁硅晶锭表面 ， 去除硅晶锭表面明显的沾污 。 ２ 犌犅 ／ 犜 ３７２１３ — ２０１８ ８ 　 试验条件 除另有规定外 ， 应在下列条件下进行测量 ： ａ ） 　 环境温度保持在 ２５℃±５℃ ； ｂ ） 　 环境相对湿度不大于 ６５％ 。 ９ 　 试验步骤 ９ ． １ 　 测量已知尺寸的样品 ， 对激光测量组件进行校准检验 ， 确认设备测量正常 。 ９ ． ２ 　 将硅晶锭放置在传送装置的定位处 ， 选择需要测量的项目参数 ， 如对角线 、 倒角 、 垂直度 、 边长 、 长度等 。 ９ ． ３ 　 设置对角线 、 倒角 、 垂直度 、 边长 、 长度等参数的测量点数量 、 测量点间距 。 ９ ． ４ 　 开启激光测量组件和传送装置 ， 对传送装置上的硅晶锭进行自动测量 ， 计算机软件处理控制系统分析获取的各个参数 ， 并保存 ， 输出测量结果 。 １０ 　 试验数据处理 １０ ． １ 　 对角线 、 倒角 、 垂直度 １０ ． １ ． １ 　 根据测量获得的激光脉冲波形图可以直接获得以下内容 ： ａ ） 　 ４ 个激光测量组件 Ａ 、 Ｂ 、 Ｃ 、 Ｄ 分别到样品 ４ 个倒角的最小距离 犔 Ａａ２ 、 犔 Ｂｂ２ 、 犔 Ｃｃ２ 、 犔 Ｄｄ２ 。 ｂ ） 　 ４ 个倒角上的拐点 ａ １ 、 ａ ３ 、 ｂ １ 、 ｂ ３ 、 ｃ １ 、 ｃ ３ 、 ｄ １ 、 ｄ ３ 的位置坐标 。 通过该坐标可由计算机软件处理控制系统直接拟合计算出倒角长度 。 ｃ ） 　 硅晶锭样品 ４ 个相邻侧面的垂直度参数 β １ 、 β ２ 、 β ３ 、 β ４ 值 。 １０ ． １ ． ２ 　 硅晶锭的对角线长度按式 （ １ ）、 式 （ ２ ） 计算 ： 犔 ａ２ｃ２ ＝ 犔 ＡＣ － 犔 Ａａ２ － 犔 Ｃｃ２ …………………………（ １ ） 　　 式中 ： 犔 ａ２ｃ２ ——— 硅晶锭对角线的长度 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 ＡＣ ——— 激光测量组件 Ａ 、 Ｃ 之间的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 Ａａ２ ——— 激光测量组件 Ａ 到硅晶锭倒角 ａ ２ 的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 Ｃｃ２ ——— 激光测量组件 Ｃ 到硅晶锭倒角 ｃ ２ 的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）。 犔 ｂ２ｄ２ ＝ 犔 ＢＤ － 犔 Ｂｂ２ － 犔 Ｄｄ２ …………………………（ ２ ） 　　 式中 ： 犔 ｂ２ｄ２ ——— 硅晶锭对角线的长度 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 ＢＤ ——— 激光测量组件 Ｂ 、 Ｄ 之间的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 Ｂｂ２ ——— 激光测量组件 Ｂ 到硅晶锭倒角 ｂ ２ 的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 Ｄｄ２ ——— 激光测量组件 Ｄ 到硅晶锭倒角 ｄ ２ 的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）。 １０ ． ２ 　 边长 硅晶锭的边长按式 （ ３ ）、 式 （ ４ ） 计算 ： 犔 ｐｑ ＝ 犔 ＰＱ － 犔 Ｐｐ － 犔 Ｑｑ …………………………（ ３ ） ３ 犌犅 ／ 犜 ３７２１３ — ２０１８ 　　 式中 ： 犔 ｐｑ ——— 硅晶锭的边长 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 ＰＱ ——— 激光测量组件 Ｐ 、 Ｑ 之间的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 Ｐｐ ——— 激光测量组件 Ｐ 到硅晶锭表面 ｐ 点的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 Ｑｑ ——— 激光测量组件 Ｑ 到硅晶锭表面 ｑ 点的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）。 犔 ｌｒ ＝ 犔 ＬＲ － 犔 Ｌｌ － 犔 Ｒｒ …………………………（ ４ ） 　　 式中 ： 犔 ｌｒ ——— 硅晶锭的边长 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 ＬＲ ——— 激光测量组件 Ｌ 、 Ｒ 之间的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 Ｌｌ ——— 激光测量组件 Ｌ 到硅晶锭表面 ｌ 点的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犔 Ｒｒ ——— 激光测量组件 Ｒ 到硅晶锭表面 ｒ 点的距离 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）。 １０ ． ３ 　 长度 硅晶锭四个侧面的长度 犔 １ 、 犔 ２ 、 犔 ３ 、 犔 ４ 分别按式 （ ５ ）、 式 （