半導(dǎo)體制造過程中的質(zhì)量控制

吳 希 吉林醫(yī)藥學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院

半導(dǎo)體制造過程中的質(zhì)量控制

吳 希 吉林醫(yī)藥學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院

隨著企業(yè)之間競爭的越來越激烈，企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量變得越來越重要。企業(yè)改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量可以提高自身的競爭力，使其在國際競爭中處于優(yōu)勢地位。本文分析了全球半導(dǎo)體制造企業(yè)目前的狀態(tài)，以及中國的半導(dǎo)體加工企業(yè)所面臨的困難，期望通過適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)過程控制手段，幫助中國的半導(dǎo)體制造企業(yè)改善它們產(chǎn)品的質(zhì)量，并提高競爭力。

半導(dǎo)體；質(zhì)量控制；統(tǒng)計(jì)過程控制

半導(dǎo)體是指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體在收音機(jī)、電視機(jī)以及測溫上有著廣泛的應(yīng)用。無論從科技或是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來看，半導(dǎo)體的重要性都是非常巨大的。今日大部分的電子產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)、移動電話或是數(shù)字錄音機(jī)當(dāng)中的核心單元都和半導(dǎo)體有著極為密切的關(guān)連。隨著科技發(fā)展的需要，半導(dǎo)體的制作工藝越來越復(fù)雜，制作的成本也越來越高，目前，全球半導(dǎo)體企業(yè)的整合已是大勢所趨，未來由少數(shù)企業(yè)壟斷的局面將更加嚴(yán)重。中國在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中，技術(shù)還是很落后的，缺乏競爭力，生產(chǎn)工藝水平有限。因此，中國的半導(dǎo)體制造企業(yè)必須加強(qiáng)對產(chǎn)品質(zhì)量的控制，努力提高產(chǎn)品的質(zhì)量，向更高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型[1][3]。

對半導(dǎo)體制造企業(yè)實(shí)施質(zhì)量控制的目的是為了全面的提升產(chǎn)品的質(zhì)量。以專業(yè)的知識為基礎(chǔ)，利用各種質(zhì)量控制中的有效手段，達(dá)到改進(jìn)質(zhì)量的目的[2]。

1.統(tǒng)計(jì)過程控制

統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）是通過降低變異來達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)和改進(jìn)性能目的的有力工具[4]。SPC可以適用于任何的過程，它的七種主要工具包括：直方圖和莖葉圖，檢查表，帕累托圖，因果圖，缺陷集中圖，散布圖，控制圖。通過這些工具，SPC構(gòu)建了一個環(huán)境，在這個環(huán)境中，系統(tǒng)中的所有個體都在質(zhì)量和生產(chǎn)力上尋求不斷的改變。一旦這個環(huán)境建立起來，這些工具的常規(guī)應(yīng)用就成為了在進(jìn)行商業(yè)行為時(shí)的常見方法，可以達(dá)到改善質(zhì)量的目的。

控制圖是通過圖形的方式展示了樣本的質(zhì)量特性和時(shí)間。圖形包括中心限，代表了質(zhì)量特性指標(biāo)的平均水平。還包含了兩條水平線，分別代表上控限（UCL）和下控限（LCL）。這些控制限代表了受控的狀態(tài)。幾乎所有的點(diǎn)都在受控限之內(nèi)。如果節(jié)點(diǎn)都在受控限以內(nèi)，則意味著系統(tǒng)處于受控的狀態(tài)，不需要采取任何的行動。否則，若一個節(jié)點(diǎn)超出了控制限，則可以作為系統(tǒng)失控的一個證據(jù)，并且需要研究是否產(chǎn)生了可指出因素所導(dǎo)致的變異，或者對這種情況的出現(xiàn)作出合理的解釋。我們習(xí)慣用直線將所有的點(diǎn)連接上，這樣可以更容易的觀察到隨著時(shí)間的推移這一系列點(diǎn)所產(chǎn)生的變化。

需要注意的是，即使所有的節(jié)點(diǎn)都在控制限以內(nèi)，如果這些節(jié)點(diǎn)的分布呈現(xiàn)了一定的規(guī)律或者非隨機(jī)分布，則意味著過程已經(jīng)脫離了控制。例如，如果在連續(xù)的20個點(diǎn)中，有18個點(diǎn)位于中心限以上，上控限以下，只有2個點(diǎn)位于中心限以下，下控限以上，則此時(shí)我們有理由懷疑系統(tǒng)出現(xiàn)了錯誤。如果過程處于受控狀態(tài)，則所有的節(jié)點(diǎn)應(yīng)該隨機(jī)分布。在控制圖中，我們可以通過尋找數(shù)列的非隨機(jī)模式來達(dá)到探查失控條件的目的。一般而言，在控制圖中出現(xiàn)非隨機(jī)模式是有原因的，如果可以找到這個原因并消除，則可以改善過程系統(tǒng)的性能。

2.控制圖在半導(dǎo)體制造中的應(yīng)用

在半導(dǎo)體制造業(yè)中，一個重要的制造工藝就是光刻，在光刻的過程中，衡量預(yù)烤質(zhì)量的重要指標(biāo)就是光刻膠的線寬。假設(shè)線寬的均數(shù)為1.5微米，標(biāo)準(zhǔn)差為0.15微米。每個小時(shí)進(jìn)行一次抽樣，計(jì)算線寬的均值，并標(biāo)記在圖上。因?yàn)榭刂茍D是用均數(shù)去監(jiān)控加工過程，因此可將其稱為控制圖。若所有的點(diǎn)都在控制限以內(nèi)，則意味著加工過程滿足統(tǒng)計(jì)控制。

控制圖最重要的應(yīng)用是質(zhì)量改進(jìn)。我們發(fā)現(xiàn)：

(1)大多數(shù)過程沒有在統(tǒng)計(jì)控制下運(yùn)行。

(2)一般地，按規(guī)定仔細(xì)地使用控制圖能識別可指出因素。如果這些因素能從過程中被清除，則變異也將被消除，過程將得到改進(jìn)。使用控制圖進(jìn)行過程改進(jìn)的行為可由圖1所示。

(3)控制圖僅能發(fā)現(xiàn)可指出因素。管理者，操作者和技術(shù)實(shí)施者常常需要消除這些可指出因素。

為了識別和消除系統(tǒng)因素，重要的是找到問題的根本原因并且抓住它。表面的解決方法對于任何真實(shí)的，長期的過程沒有改進(jìn)的作用。開發(fā)一個矯正過程的有效系統(tǒng)是SPC的主要功能[5]。

圖1 利用控制圖實(shí)現(xiàn)過程改進(jìn)

3.總結(jié)

對于半導(dǎo)體的制造過程來講，過低的產(chǎn)品質(zhì)量會造成嚴(yán)重的浪費(fèi)。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，需要對企業(yè)實(shí)施質(zhì)量控制。目前在半導(dǎo)體產(chǎn)品的加工過程中，可以對設(shè)備的參數(shù)實(shí)施統(tǒng)計(jì)過程控制。利用控制圖及相關(guān)理論，可以快速探查生產(chǎn)過程中存在的問題，通過解決問題，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少不合格產(chǎn)品的產(chǎn)出，提高了企業(yè)的競爭力。

[1]趙俊娟.半導(dǎo)體制造技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2009.

[2]段天敏.統(tǒng)計(jì)過程控制技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015(7):94-95.

[3]Michael Quirk, Julian Serda 著，韓鄭生等譯，半導(dǎo)體制造技術(shù)，電子工業(yè)出版社，2004年01月.

[4]王振華，統(tǒng)計(jì)過程控制SPC概論，機(jī)電信息，2005年19期.

[5]常金玲，基于PDCA的信息系統(tǒng)全面質(zhì)量管理模型，情報(bào)科學(xué)2006年04月.