半导体制造过程中的质量控制

吴 希 吉林医药学院生物医学工程学院

半导体制造过程中的质量控制

吴 希 吉林医药学院生物医学工程学院

随着企业之间竞争的越来越激烈，企业产品的质量变得越来越重要。企业改进产品的质量可以提高自身的竞争力，使其在国际竞争中处于优势地位。本文分析了全球半导体制造企业目前的状态，以及中国的半导体加工企业所面临的困难，期望通过适当的统计过程控制手段，帮助中国的半导体制造企业改善它们产品的质量，并提高竞争力。

半导体；质量控制；统计过程控制

半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。随着科技发展的需要，半导体的制作工艺越来越复杂，制作的成本也越来越高，目前，全球半导体企业的整合已是大势所趋，未来由少数企业垄断的局面将更加严重。中国在半导体制造领域中，技术还是很落后的，缺乏竞争力，生产工艺水平有限。因此，中国的半导体制造企业必须加强对产品质量的控制，努力提高产品的质量，向更高质量的结构转型[1][3]。

对半导体制造企业实施质量控制的目的是为了全面的提升产品的质量。以专业的知识为基础，利用各种质量控制中的有效手段，达到改进质量的目的[2]。

1.统计过程控制

统计过程控制（SPC）是通过降低变异来达到稳定生产和改进性能目的的有力工具[4]。SPC可以适用于任何的过程，它的七种主要工具包括：直方图和茎叶图，检查表，帕累托图，因果图，缺陷集中图，散布图，控制图。通过这些工具，SPC构建了一个环境，在这个环境中，系统中的所有个体都在质量和生产力上寻求不断的改变。一旦这个环境建立起来，这些工具的常规应用就成为了在进行商业行为时的常见方法，可以达到改善质量的目的。

控制图是通过图形的方式展示了样本的质量特性和时间。图形包括中心限，代表了质量特性指标的平均水平。还包含了两条水平线，分别代表上控限（UCL）和下控限（LCL）。这些控制限代表了受控的状态。几乎所有的点都在受控限之内。如果节点都在受控限以内，则意味着系统处于受控的状态，不需要采取任何的行动。否则，若一个节点超出了控制限，则可以作为系统失控的一个证据，并且需要研究是否产生了可指出因素所导致的变异，或者对这种情况的出现作出合理的解释。我们习惯用直线将所有的点连接上，这样可以更容易的观察到随着时间的推移这一系列点所产生的变化。

需要注意的是，即使所有的节点都在控制限以内，如果这些节点的分布呈现了一定的规律或者非随机分布，则意味着过程已经脱离了控制。例如，如果在连续的20个点中，有18个点位于中心限以上，上控限以下，只有2个点位于中心限以下，下控限以上，则此时我们有理由怀疑系统出现了错误。如果过程处于受控状态，则所有的节点应该随机分布。在控制图中，我们可以通过寻找数列的非随机模式来达到探查失控条件的目的。一般而言，在控制图中出现非随机模式是有原因的，如果可以找到这个原因并消除，则可以改善过程系统的性能。

2.控制图在半导体制造中的应用

在半导体制造业中，一个重要的制造工艺就是光刻，在光刻的过程中，衡量预烤质量的重要指标就是光刻胶的线宽。假设线宽的均数为1.5微米，标准差为0.15微米。每个小时进行一次抽样，计算线宽的均值，并标记在图上。因为控制图是用均数去监控加工过程，因此可将其称为控制图。若所有的点都在控制限以内，则意味着加工过程满足统计控制。

控制图最重要的应用是质量改进。我们发现：

(1)大多数过程没有在统计控制下运行。

(2)一般地，按规定仔细地使用控制图能识别可指出因素。如果这些因素能从过程中被清除，则变异也将被消除，过程将得到改进。使用控制图进行过程改进的行为可由图1所示。

(3)控制图仅能发现可指出因素。管理者，操作者和技术实施者常常需要消除这些可指出因素。

为了识别和消除系统因素，重要的是找到问题的根本原因并且抓住它。表面的解决方法对于任何真实的，长期的过程没有改进的作用。开发一个矫正过程的有效系统是SPC的主要功能[5]。

图1 利用控制图实现过程改进

3.总结

对于半导体的制造过程来讲，过低的产品质量会造成严重的浪费。为了提高产品质量，需要对企业实施质量控制。目前在半导体产品的加工过程中，可以对设备的参数实施统计过程控制。利用控制图及相关理论，可以快速探查生产过程中存在的问题，通过解决问题，提高了设备运行的稳定性，减少不合格产品的产出，提高了企业的竞争力。

[1]赵俊娟.半导体制造技术[M].电子工业出版社，2009.

[2]段天敏.统计过程控制技术在半导体行业中的应用[J].科技创新导报，2015(7):94-95.

[3]Michael Quirk, Julian Serda 著，韩郑生等译，半导体制造技术，电子工业出版社，2004年01月.

[4]王振华，统计过程控制SPC概论，机电信息，2005年19期.

[5]常金玲，基于PDCA的信息系统全面质量管理模型，情报科学2006年04月.