一種針對半導(dǎo)體制造業(yè)工藝能力分析追蹤的方法

摘 要：統(tǒng)計(jì)過程控制（Statistical Process Control-SPC）是一種監(jiān)測產(chǎn)品工藝質(zhì)量，提高工藝表現(xiàn)的一種方法。為了盡可能地提高工藝水平，減小產(chǎn)品缺陷，業(yè)界普遍采用SPC的方法，而Cpk則是SPC方法中最重要的一項(xiàng)參數(shù)，其值的高低反映工藝精準(zhǔn)度及穩(wěn)定性。文章介紹了一種能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算和監(jiān)管工藝Cpk的方法，它替代了傳統(tǒng)的人工滯后的方式獲取Cpk的方式，從而更有效更實(shí)時(shí)地監(jiān)控和追蹤工藝能力的表現(xiàn)，及時(shí)采取相關(guān)措施來修正工藝，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品利益的最大化。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體；制造業(yè)；工藝能力；分析；追蹤

1 介紹

當(dāng)前，業(yè)界有很多可利用的SPC工具，如本公司使用的e-SPC系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了一系列的計(jì)算和監(jiān)測功能來支持所需的SPC管控需求。然而，這些SPC的管控系統(tǒng)都缺少實(shí)時(shí)計(jì)算和監(jiān)控Cpk參數(shù)的功能，工程師想要獲得Cpk的指標(biāo)，都需要采取滯后手動(dòng)的方法，這樣既造成了人力的浪費(fèi)，又導(dǎo)致了對工藝能力的監(jiān)控不及時(shí)。

2 當(dāng)前SPC系統(tǒng)的介紹及不足

圖1所示是業(yè)界常用的工藝能力監(jiān)控框架，線上量測數(shù)據(jù)通過EAP先將數(shù)據(jù)傳入到MES系統(tǒng)當(dāng)中，后通過鏈接反饋到e-SPC系統(tǒng)當(dāng)中，通過SPC預(yù)先設(shè)置的各類規(guī)則計(jì)算Cpk并輸出對應(yīng)圖表，當(dāng)出現(xiàn)違反設(shè)置規(guī)則的OCAP時(shí)，會(huì)自動(dòng)反饋到機(jī)臺端，及時(shí)采取相關(guān)處理措施。

當(dāng)前的SPC系統(tǒng)只允許工程師手動(dòng)獲得Cpk，如圖2所示，對于某個(gè)量測數(shù)據(jù)的監(jiān)控，只能通過手動(dòng)選擇一段時(shí)間的量測數(shù)據(jù)，計(jì)算出該段時(shí)間的Cpk數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)缺乏實(shí)時(shí)性，同時(shí)缺少Cpk偏離控制界線的對應(yīng)觸發(fā)，因此比較低效。

3 實(shí)時(shí)Cpk監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)方法

文章提出的工藝能力實(shí)時(shí)分析追蹤系統(tǒng)，它彌補(bǔ)了當(dāng)前SPC系統(tǒng)的不足，建立了一個(gè)可以實(shí)時(shí)計(jì)算監(jiān)控Cpk，及時(shí)偵測工藝能力偏移并采取相關(guān)措施的新的系統(tǒng)框架。如圖3所示：線上機(jī)臺量測數(shù)據(jù)后通過EAP將數(shù)據(jù)傳入到MES系統(tǒng)當(dāng)中，先通過Cpk實(shí)時(shí)監(jiān)控規(guī)則設(shè)置數(shù)據(jù)庫的相關(guān)判斷，將所得到的數(shù)據(jù)同前期數(shù)據(jù)整合，反饋到e-SPC系統(tǒng)當(dāng)中得到實(shí)時(shí)Cpk值。當(dāng)不符合預(yù)先設(shè)置的各類監(jiān)控規(guī)則時(shí)，會(huì)自動(dòng)反饋到機(jī)臺端，及時(shí)采取相關(guān)措施。

下面具體討論實(shí)時(shí)Cpk的生成和實(shí)現(xiàn)方法，通過圖3框架可以看出，MES將量測數(shù)據(jù)送到Cpk實(shí)時(shí)監(jiān)控規(guī)則設(shè)置數(shù)據(jù)庫中，這里面包括工程師對不同產(chǎn)品特性預(yù)先設(shè)定實(shí)時(shí)Cpk的各種定義規(guī)則。通過這些關(guān)鍵信息，核心算法通過一系列的邏輯關(guān)系構(gòu)建（如圖3所示），并通過移位寄存的方式來處理數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出的滾動(dòng)數(shù)值。

關(guān)于移位寄存的算法，我們可以通過圖4中五點(diǎn)Cpk滾動(dòng)數(shù)值作為范例進(jìn)行說明。也就是說每五個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)累計(jì)后，Cpk指標(biāo)會(huì)被計(jì)算。系統(tǒng)會(huì)動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建一個(gè)存儲(chǔ)陣列，陣列的大小可以被工程師預(yù)先設(shè)定，數(shù)據(jù)從機(jī)臺輸出，并存儲(chǔ)到陣列當(dāng)中，系統(tǒng)會(huì)持續(xù)的追蹤接收到的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量。當(dāng)?shù)谖鍌€(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)接收到的時(shí)候，e-SPC系統(tǒng)和相關(guān)的SPC規(guī)則會(huì)被激活，并根據(jù)這五個(gè)點(diǎn)得出相關(guān)的指標(biāo)。而當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為新數(shù)據(jù)進(jìn)入時(shí)，B1會(huì)取代A1的位置，將A1移出陣列，而隨著B1的進(jìn)入，陣列會(huì)重新計(jì)算新的5點(diǎn)數(shù)據(jù)并激活相應(yīng)的監(jiān)控規(guī)則，只要不斷的有新的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)入，這個(gè)循環(huán)會(huì)持續(xù)進(jìn)行。

4 仿真結(jié)果

基于上面的理論和計(jì)算方法，我們通過仿真驗(yàn)證得出實(shí)時(shí)Cpk的監(jiān)控結(jié)果，如圖5可以看出，通過預(yù)先設(shè)定的30點(diǎn)滾動(dòng)數(shù)值和監(jiān)控規(guī)則，當(dāng)實(shí)時(shí)Cpk出現(xiàn)連續(xù)多點(diǎn)向下的趨勢，或是偏離控制界線時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測到異常，并發(fā)出觸發(fā)信號，采取相關(guān)措施。這樣，對線上產(chǎn)品工藝能力的監(jiān)控會(huì)更加的高效和及時(shí)。

5 結(jié)束語

文章介紹了一種更有效的工藝能力監(jiān)控方法，通過與傳統(tǒng)SPC系統(tǒng)相結(jié)合的方式，針對工藝能力表征參數(shù)Cpk，提出了實(shí)時(shí)Cpk的監(jiān)控方法，采用移位寄存的方式，來持續(xù)的計(jì)算新的Cpk值，并最終通過仿真結(jié)果得出了該方法的有效性和實(shí)用性。

感謝：文章感謝中芯國際集成電路制造（天津）有限公司產(chǎn)品質(zhì)量部門的相關(guān)工程師對該方法的建議和指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1]PEARN，W. L.，New generalization of process capability index Cpk[J].Journal of Applied Statistics，1998，25（6）：801-810（10）.

[2]周紀(jì)紀(jì)，茆詩松.質(zhì)量管理統(tǒng)計(jì)方法[M].中國統(tǒng)計(jì)出版社.