半導體制造過程中的質量控制

吳 希 吉林醫藥學院生物醫學工程學院

半導體制造過程中的質量控制

吳 希 吉林醫藥學院生物醫學工程學院

隨著企業之間競爭的越來越激烈，企業產品的質量變得越來越重要。企業改進產品的質量可以提高自身的競爭力，使其在國際競爭中處于優勢地位。本文分析了全球半導體制造企業目前的狀態，以及中國的半導體加工企業所面臨的困難，期望通過適當的統計過程控制手段，幫助中國的半導體制造企業改善它們產品的質量，并提高競爭力。

半導體；質量控制；統計過程控制

半導體是指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。半導體在收音機、電視機以及測溫上有著廣泛的應用。無論從科技或是經濟發展的角度來看，半導體的重要性都是非常巨大的。今日大部分的電子產品，如計算機、移動電話或是數字錄音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關連。隨著科技發展的需要，半導體的制作工藝越來越復雜，制作的成本也越來越高，目前，全球半導體企業的整合已是大勢所趨，未來由少數企業壟斷的局面將更加嚴重。中國在半導體制造領域中，技術還是很落后的，缺乏競爭力，生產工藝水平有限。因此，中國的半導體制造企業必須加強對產品質量的控制，努力提高產品的質量，向更高質量的結構轉型[1][3]。

對半導體制造企業實施質量控制的目的是為了全面的提升產品的質量。以專業的知識為基礎，利用各種質量控制中的有效手段，達到改進質量的目的[2]。

1.統計過程控制

統計過程控制（SPC）是通過降低變異來達到穩定生產和改進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構建了一個環境，在這個環境中，系統中的所有個體都在質量和生產力上尋求不斷的改變。一旦這個環境建立起來，這些工具的常規應用就成為了在進行商業行為時的常見方法，可以達到改善質量的目的。

控制圖是通過圖形的方式展示了樣本的質量特性和時間。圖形包括中心限，代表了質量特性指標的平均水平。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。幾乎所有的點都在受控限之內。如果節點都在受控限以內，則意味著系統處于受控的狀態，不需要采取任何的行動。否則，若一個節點超出了控制限，則可以作為系統失控的一個證據，并且需要研究是否產生了可指出因素所導致的變異，或者對這種情況的出現作出合理的解釋。我們習慣用直線將所有的點連接上，這樣可以更容易的觀察到隨著時間的推移這一系列點所產生的變化。

需要注意的是，即使所有的節點都在控制限以內，如果這些節點的分布呈現了一定的規律或者非隨機分布，則意味著過程已經脫離了控制。例如，如果在連續的20個點中，有18個點位于中心限以上，上控限以下，只有2個點位于中心限以下，下控限以上，則此時我們有理由懷疑系統出現了錯誤。如果過程處于受控狀態，則所有的節點應該隨機分布。在控制圖中，我們可以通過尋找數列的非隨機模式來達到探查失控條件的目的。一般而言，在控制圖中出現非隨機模式是有原因的，如果可以找到這個原因并消除，則可以改善過程系統的性能。

2.控制圖在半導體制造中的應用

在半導體制造業中，一個重要的制造工藝就是光刻，在光刻的過程中，衡量預烤質量的重要指標就是光刻膠的線寬。假設線寬的均數為1.5微米，標準差為0.15微米。每個小時進行一次抽樣，計算線寬的均值，并標記在圖上。因為控制圖是用均數去監控加工過程，因此可將其稱為控制圖。若所有的點都在控制限以內，則意味著加工過程滿足統計控制。

控制圖最重要的應用是質量改進。我們發現：

(1)大多數過程沒有在統計控制下運行。

(2)一般地，按規定仔細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。使用控制圖進行過程改進的行為可由圖1所示。

(3)控制圖僅能發現可指出因素。管理者，操作者和技術實施者常常需要消除這些可指出因素。

為了識別和消除系統因素，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的，長期的過程沒有改進的作用。開發一個矯正過程的有效系統是SPC的主要功能[5]。

圖1 利用控制圖實現過程改進

3.總結

對于半導體的制造過程來講，過低的產品質量會造成嚴重的浪費。為了提高產品質量，需要對企業實施質量控制。目前在半導體產品的加工過程中，可以對設備的參數實施統計過程控制。利用控制圖及相關理論，可以快速探查生產過程中存在的問題，通過解決問題，提高了設備運行的穩定性，減少不合格產品的產出，提高了企業的競爭力。

[1]趙俊娟.半導體制造技術[M].電子工業出版社，2009.

[2]段天敏.統計過程控制技術在半導體行業中的應用[J].科技創新導報，2015(7):94-95.

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

[4]王振華，統計過程控制SPC概論，機電信息，2005年19期.

[5]常金玲，基于PDCA的信息系統全面質量管理模型，情報科學2006年04月.