SPC管理在半導體生產中的有效運用

◆廖炳隆 王紅芳 / 文

編者按

SPC（Statistical Process Control，統計過程控制）起源于20世紀20年代以美國統計學者休哈特（W.A.Shewhart）首創過程控制理論及監控過程控制的工具——控制圖為代表，現今統稱為SPC，其重要意義與作用旨在貫徹預防原則，利用統計技術對過程中的各個階段進行監控，從而達到保證產品質量的目的。由于歷史原因，SPC在我國企業的質量管理中未曾得到廣泛的采用。本文介紹了某企業SPC應用的方法和經驗，具有啟發和借鑒的價值。

上海華虹NEC電子有限公司（以下簡稱華虹NEC）成立于1997年7月，是一家從事大規模集成電路產品的設計、開發、制造和銷售的專業集成電路制造企業。目前，華虹NEC已從當時為承擔國家“909工程”而建成的中國大陸第一條8英寸生產線發展成為擁有2條8英寸晶圓芯片生產線的世界領先的專業集成電路晶圓代工企業；產品從單一的存儲器發展到現在被廣泛應用于各種智能卡、通信、消費類電子產品和計算機等領域的逾千品種芯片；產能也從2萬片提升到9萬片。

“在Foundry(指代工)市場上，只有第一, 沒有第二。”這是半導體制造領域一條公認的箴言。隨著半導體產業競爭的日趨激烈，企業要立于不敗之地，質量是企業在市場競爭中成功的先決條件，所以，卓越質量管理是企業保持持續競爭力和快速發展的核心武器。質量管理的內容之——SPC（統計過程控制）管理的有效運用，也為取得各種獎項、提升企業競爭力和客戶滿意度起了非常重要的作用。華虹NEC從成立最初導入日本NEC的SPC統計技術和統計軟件，經歷了十多年的不斷改進和完善，已經形成了一套能獲得高水準的顧客滿意度和強勁的市場競爭力的全面高效的SPC管理方法。

一、領導重視并積極推動是加強SPC管理的動力源泉

SPC管理在卓越質量管理中占有重要的地位，是質量管理的一項重要內容。加強SPC管理，對企業實施質量控制和進行質量改進是十分必要的。在華虹NEC，領導的高度重視和積極推動是加強SPC管理的動力源泉，領導的重視和參與主要體現在以下幾方面。

1.領導要求將Cpk的達標率作為卓越績效考核的KPI。Cpk比率的目標，每年年初都會在公司高層領導的會議中討論制定，在過去的10年中，Cpk比率目標呈逐年上升趨勢（見圖1），體現了華虹NEC對卓越績效的不懈追求。在領導的高度重視下，Cpk作為重要的卓越績效考核指標之一，公司全員每季度要進行評估，并在公司的季度溝通會上發表。

圖1 Cpk比率目標趨勢圖

2.每次品管部召集的SPC會議，都有公司高層領導參加，還有工程部門的部長、科長及主任等中高級管理人員。特別是工廠廠長，不管有多忙，總是出席SPC會議，并會對SPC管理工作作出指導和對會議中的議題提出建設性的意見。有了領導的參與，SPC會議成為工程部門相互交流的平臺，更加有效地推動了SPC管理的運用。

3.每年9月的質量月活動，SPC的相關知識會被編入知識競賽題，SPC相關的Cpk達標率及OCAP比率也會作為各部門評比的項目，都會得到各級領導的積極關注。通過質量月的活動，一方面普及和鞏固了全員的SPC知識和相關的管理方法；另一方面對提高Cpk和降低OCAP起了很大的促進作用。

二、持續質量改進活動，推進半導體生產的過程控制的改善及提高

1.多管齊下，積極推進工程能力的提高

隨著工程能力指數Cpk比率目標的逐年上升，Cpk目標的達成也越來越具有挑戰性。而且，每年又有新品不斷推出，要達標就更困難了。面對挑戰，華虹NEC品管部工程質量分析組迎難而上，對于Cpk月報中Cpk＜1.33/1.67的項目，根據要求編制（“CpkImprovement Sheet”）Cpk改進表。同時，多管齊下，加強Cpk的檢查，以提高工程能力。一方面每周定期召開SPC會議，每次會前，品管部對所有項目的Cpk進行檢查，并將Cpk不達標的項目發出，要求相關工程師在會上進行原因分析和制定改善對策，會后品管部還要進行對策的跟蹤確認；另一方面，在原來月檢和周檢的基礎上，又增加了Cpk的動態檢查，通過系統自動監控，每天會將Cpk＜1.67的項目通過郵件的方式及時通知相關工程部門工程師，從而確保了Cpk目標的達成。下圖為2003～2012年Cpk達成率的趨勢圖，從圖中可以看出華虹NEC的關鍵工程能力指數均保持了穩定上升的態勢，2010年和2012年已連續3年達成了100%的項目工程能力指數Cpk大于1.33，以前一直困擾我們的Cpk＞1.67的比率，經過努力也已連續5年超額完成了年度目標。

2.實時監控，做好生產線上各關鍵項目的傾向管理

圖2 Cpk 達成率趨勢圖

半導體生產從晶圓到IC器件成品有好幾百道工序，為確保產品質量和提升良品率，就要做好關鍵工程的關鍵項目的過程質量控制。華虹NEC通過運用從日本NEC引進的先進的自動化生產控制系統以及SPC軟件（Quality early Warning Alarm Control System即早期質量預警系統，簡稱QWACS），對生產線上各關鍵工程進行過程控制。公司的產品，從成立最初的單一存儲芯片產品到現在的多品種Foundry產品，要管理的產品數和項目數也愈益龐大，線上控制圖的張數也隨著產品的增加而日益激增，從最初的幾百、幾千張上升到現在的十幾萬張，控制圖的控制界限的設定和維護的工作量相當浩大。品管部工程師運用QWACS系統，對線上所有的控制圖進行實時監控和處理，真正做到事前控制、適時控制和反饋控制。當控制圖出現異常傾向時，系統自動報警，及時發郵件通知工程部門各責任工程師，在真正的制品或設備異常發生之前，就解決問題，避免了很多異常的發生和產品的廢棄。同時，還加強控制圖的定期維護，確保控制界限的設定比較合理，保證產品的質量能滿足客戶的要求。

3.卓有成效，開展OCAP rate降低活動

公司成立至今已有15年了，生產線上的設備也在不斷的老化，使得異常(OOS: Out Of Spec;OOC: Out Of Control Limit)的發生率也在不斷的增加。為降低異常的發生率，使生產線更加穩定，華虹NEC將OCAP（Out of Control Action Plan失控行動計劃）檢查作為每周SPC會議的一項重要的內容，每次SPC會議都會選一至兩個科進行OCAP檢查，會前由品管部收集數據并發出通知，輪到的科必須對變差的項目進行原因分析并在會上發表改善對策。為推進OCAP 發生率遞減，各科的OCAP 發生率目標每半年會在會上作定期的設定和調整。最近3年各科OCAP 發生率及目標在逐年下降，華虹NEC在推進OCAP改善的活動是卓有成效的。

4.實用獨特，定制開發合適的SPC軟件

公司成立初期從日本NEC引進的SPC軟件（QWACS）雖然先進，但之后一直未進行軟件更新，所以該軟件已遠遠不能滿足現在SPC管理的需要。五年前，公司曾與多家軟件開發商接洽考慮更換SPC軟件，由于數據接口及費用問題沒能實現。2009年起，為了彌補現有軟件的局限性，華虹NEC品管部積極配合IT，在保證原軟件各項功能并參考其它先進SPC軟件的基礎上，勇于探索，開發了特有的適合公司生產和管理需要的SPC輔助軟件——QWACS Advanced Chart, 簡稱QAChart。該系統可提供完善的SPC相關信息的分類查詢以及CPK、OCAP 和Particle Review功能。該系統的成功開發并在使用中的不斷完善，為工程師及時發現異常、盡快采取對策和進行數據統計分析提供了很大的方便，也使我們的產品質量得到有效的保障。而且，在某種程度上提升了客戶滿意度和企業的競爭力。

5.形式多樣，開展SPC管理培訓工作

為了普及SPC知識，更好地開展SPC管理工作，品管部為公司全員提供形式多樣的SPC內部培訓，有自學、網上學習和集中授課等多種學習方式。對于新進公司的工程部門員工，既可上公司內網隨時自習SPC初級培訓的E-Learning課程，也可參加由人力資源部組織的集中培訓；對于制造部新員工，則采取集中授課的方式。對于進公司半年以上的工程部門工程師，品管部還每年定期舉辦SPC中級培訓。在培訓中，既有SPC的相關知識，又有SPC管理的實際應用的相關內容。為評估培訓的效果，每次培訓后都要求參加培訓的員工進行考核。通過開展有針對性的SPC培訓，提高了大家的SPC質量意識以及運用SPC質量管理工具的能力。

三、結束語

華虹NEC有效運用SPC統計技術，做好過程管理，為產品質量保駕護航，取得了顯著的成效，為公司獲得各種獎項做出了很大的貢獻。隨著集成電路在中國的飛速發展，公司的規模也在不斷發展壯大，從原來的一個工廠，現擴展到三個工廠，SPC的有效管理模式也水平推廣到各工廠，并在實際工作中持續完善和提升。十五年彈指一揮間，未來的路還很長，面對新的全球化競爭形勢，華虹NEC將繼續開拓創新，探索適合新形勢發展需要的SPC管理模式和方法，以提升公司的整體競爭力和客戶滿意度，把華虹NEC建成世界一流半導體企業！