SPC管理在半导体生产中的有效运用

沈金晶

贵州振华风光半导体股份有限公司  贵州省贵阳市550018

摘要：在半导体生产过程中，质量检测和管理是重要内容，也是关键的工作环节，其可以有效保证产品质量符合规定的标准。半导体与广大人民群众的生产生活息息相关，通过有效的质量检测，可以促进相关行业的发展进步。SPC是半导体生产中常见的管理手段，对提高半导体的生产质量方面具有重要意义。基于此，本文对SPC管理在半导体生产中的有效运用展开了探究，以期能够为半导体质量控制工作提供有价值的参考。

关键词：SPC管理；半导体；质量控制

随着社会经济的不断进步，各种规模的半导体生产企业开始出现在人们的视野中，生产技术也在不断更新，这给行业的发展带来了新的动力。但是与此同时，各种生产质量问题也逐渐显现出来，从统计学的角度来看，影响产品质量的因素分为系统性原因和随机性原因。系统性原因往往造成产品与质量标准发生较大的整体偏差。系统性原因产生的误差，一经查明都是可以纠正的。此时SPC即统计过程控制技术就能够在半导体生产的质量管理中发挥作用。

一、SPC（统计过程控制）相关概述

SPC是“Statistical Process Control”的英文缩写，中文意为统计过程控制。其主要是指通过统计分析技术来事实监控生产的各个环节，然后分析生产过程中产品质量的随机波动与异常波动情况，发现产品质量问题后机制发出警报，从而为相关生产管理人员采取措施、消除隐患、恢复生产提供便利，从而提高生产水平和生产质量。在半导体生产过程中，SPC管理系统建立通常分为三个阶段：首先是分析过程阶段，即通过组织开展技术小组会议，促进操作过程人员的交流互动，对失效模式以及后果进行分析，基本了解整个生产过程，使系统达到统计控制状态。其次是维护过程阶段，也是就维护受控过程，确保在一定能力水平上有效地运行。需要通过控制图和能力指数的预测，监控过程的能力，并采取有效的措施来防止过程发生不良变化。因为受到发展水平的限制，很多半导体生产企业会在这个阶段停滞不前。但是，倘若不进一步发展，就会在市场上丧失竞争优势。要想让半导体的生产质量得到有效控制，就必须平稳地进入下个阶段。也就是改进过程阶段，在保持有效控制状态的基础上，对生产过程进行积极改进，降低变异的概率，提高能力指数。实践证明，管理人员需要对统计方法进行改进，例如通过试验设计或者使用更高水平的控制图，提高整个控制过程的精确度，从而达到良好的质量控制效果。

二、SPC管理在半导体生产中的具体实施过程

通常情况下SPC管理贯穿于半导体生产的全过程，具体体现为以下几个步骤：

第一，准备生产过程流程图（Prepare FlowChart）不同产品的生产过程有所差异，以半导体生产为例，在进行SPC管理前，首先要把生产产品的主要生产过程要有流程图作为参考。方便分析和计算各项数据，发现生产过程可能面临的问题。

第二，分析潜在失效模式及后果（FMEA）半导体生产往往要根据流程图，分析整个过程的失效风险，以此来找到需要进行控制的项目和参数分析时要充分考虑工程师的经验水平和客户的实际需求，其中设计FMEA表是重要的工作环节，可以邀请质量工程师、工艺工程师、产品工程师、设计工程师、班组长、管理层代表以及客户参与，处理好FMEA表中的细节问题。然后对在线生产的所有半导体产品都进行FMEA，接下来结合工程师的经验与客户的要求，对关键的、紧迫的过程制定出控制计划。控制计划要列出过程名称、生产设备、控制特性、规格、测量设备、采样方法等。

第三，量具的计量和评估控制计划定出后，就要进行数据采样，而采得的数据是否准确、可靠是非常重要的。因此，首先要确保测量仪器是准确、稳定、可靠的，才能用测量的数据对过程进行分析评估。对控制计划中列出的每台测量仪器都要进行全面考核。考核的内容和方法包括计量校验、重复性。

第四，数据采集（Data Collection）根据控制计划制定的控制过程和参数及采样方式，进行数据的采集工作。实践中，至少需要对50批半导体产品进行采样，这样才能保证数据的准确性。

第五，数据分析（Data Analysis），因为半导体产品的线宽、膜厚、电阻率等都属于可计量的产品质量特征，其次其在正常的生产过程中都必须服从正态分布。所以分析都按正态分布来进行。这样就可以对采集到的数据进行偏差分析，从而发现问题所在。

第六，变异分析（Components of Variance）在半导体生产过程中，变异可能发生在许多方面，我们必须确定变异的位置、变异的程度以及变异的影响范围，以便于选择合适的采样群组和控制图。

第七，确定控制图并实施控制计划经过变异分析，确定了需要进行控制的过程和参数的控制图类型，就可以实施控制计划。首先要制作控制图，因为控制图是帮助人们达到统计控制状态的重要工具，可以为质量管理工作提供有价值的分析依据，其优势在于监督过程在有效的统计控制下展开，使操作人员在生产时可以通过对产品的抽样测试和控制图描点参与质量控制，树立质量控制意识，而且控制图还有区分系统性原因和随机性原因的功能，为管理人管就出现的问题应采取何种改进措施还是管理措施提供依据。如此一来可以最大限度地避免因判断失误而造成的成本消耗。其次，制程能力分析，用控制图表中的数据计算过程能力指数，评估工艺过程的能力。同时还能反映该生产工艺过程的能力及对规格是否存在偏移。一旦发现偏移问题，就要考虑系统性的质量影响因素。

第八，控制图异常处理。半导体出现点子超出控制限的问题就说明处于失控状态主要依据。因为根据正态分布的概率得知，超出3sigma区域的概率只有0.03%，因此它是由特殊原因造成的。我们建立了操作员检查表（Operator Control Sheet）和工程师问题分析和处理表（OCAP），对异常的点子进行及时处理。

第九，改进过程能力半导体生产线经过一段时间的运行，要对各个生产工艺过程进行能力评定，评定的标准是：过程处于统计稳定状态（控制图正常）；过程的各测量值服从正态分布；工艺规格准确地代表顾客的要求；测量变差相对较小、设计目标值位于规格的中心（cpk大）评定的目标是对过程的性能进行持续的改进，既要考虑提高质量，又要考虑经济性必须重视减少系统原因。

三、结束语

总而言之，在半导体生产过程中应用SPC技术，不但可以有效增强监督效果，而且还可以推动半导体整体质量的提升。近年来，我国半导体行业发展迅速，对生产质量的要求也在不断提高，所以，有关管理人员应当在在质量检测过程中采用先进的检测技术，并加强对检测过程信息化管理和质量监督管理，只有这样才有效提升质量控制水平。

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