一種針對半導體制造業(yè)工藝能力分析追蹤的方法

摘 要：統(tǒng)計過程控制（Statistical Process Control-SPC）是一種監(jiān)測產品工藝質量，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參數，其值的高低反映工藝精準度及穩(wěn)定性。文章介紹了一種能夠實時計算和監(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，從而更有效更實時地監(jiān)控和追蹤工藝能力的表現(xiàn)，及時采取相關措施來修正工藝，從而實現(xiàn)產品利益的最大化。

關鍵詞：半導體；制造業(yè)；工藝能力；分析；追蹤

1 介紹

當前，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)都缺少實時計算和監(jiān)控Cpk參數的功能，工程師想要獲得Cpk的指標，都需要采取滯后手動的方法，這樣既造成了人力的浪費，又導致了對工藝能力的監(jiān)控不及時。

2 當前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，線上量測數據通過EAP先將數據傳入到MES系統(tǒng)當中，后通過鏈接反饋到e-SPC系統(tǒng)當中，通過SPC預先設置的各類規(guī)則計算Cpk并輸出對應圖表，當出現(xiàn)違反設置規(guī)則的OCAP時，會自動反饋到機臺端，及時采取相關處理措施。

當前的SPC系統(tǒng)只允許工程師手動獲得Cpk，如圖2所示，對于某個量測數據的監(jiān)控，只能通過手動選擇一段時間的量測數據，計算出該段時間的Cpk數據。該數據缺乏實時性，同時缺少Cpk偏離控制界線的對應觸發(fā)，因此比較低效。

3 實時Cpk監(jiān)控的實現(xiàn)方法

文章提出的工藝能力實時分析追蹤系統(tǒng)，它彌補了當前SPC系統(tǒng)的不足，建立了一個可以實時計算監(jiān)控Cpk，及時偵測工藝能力偏移并采取相關措施的新的系統(tǒng)框架。如圖3所示：線上機臺量測數據后通過EAP將數據傳入到MES系統(tǒng)當中，先通過Cpk實時監(jiān)控規(guī)則設置數據庫的相關判斷，將所得到的數據同前期數據整合，反饋到e-SPC系統(tǒng)當中得到實時Cpk值。當不符合預先設置的各類監(jiān)控規(guī)則時，會自動反饋到機臺端，及時采取相關措施。

下面具體討論實時Cpk的生成和實現(xiàn)方法，通過圖3框架可以看出，MES將量測數據送到Cpk實時監(jiān)控規(guī)則設置數據庫中，這里面包括工程師對不同產品特性預先設定實時Cpk的各種定義規(guī)則。通過這些關鍵信息，核心算法通過一系列的邏輯關系構建（如圖3所示），并通過移位寄存的方式來處理數據，從而實現(xiàn)先進先出的滾動數值。

關于移位寄存的算法，我們可以通過圖4中五點Cpk滾動數值作為范例進行說明。也就是說每五個數據點累計后，Cpk指標會被計算。系統(tǒng)會動態(tài)的創(chuàng)建一個存儲陣列，陣列的大小可以被工程師預先設定，數據從機臺輸出，并存儲到陣列當中，系統(tǒng)會持續(xù)的追蹤接收到的數據點的數量。當第五個數據點接收到的時候，e-SPC系統(tǒng)和相關的SPC規(guī)則會被激活，并根據這五個點得出相關的指標。而當第六個數據點作為新數據進入時，B1會取代A1的位置，將A1移出陣列，而隨著B1的進入，陣列會重新計算新的5點數據并激活相應的監(jiān)控規(guī)則，只要不斷的有新的數據點進入，這個循環(huán)會持續(xù)進行。

4 仿真結果

基于上面的理論和計算方法，我們通過仿真驗證得出實時Cpk的監(jiān)控結果，如圖5可以看出，通過預先設定的30點滾動數值和監(jiān)控規(guī)則，當實時Cpk出現(xiàn)連續(xù)多點向下的趨勢，或是偏離控制界線時，系統(tǒng)會自動檢測到異常，并發(fā)出觸發(fā)信號，采取相關措施。這樣，對線上產品工藝能力的監(jiān)控會更加的高效和及時。

5 結束語

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)相結合的方式，針對工藝能力表征參數Cpk，提出了實時Cpk的監(jiān)控方法，采用移位寄存的方式，來持續(xù)的計算新的Cpk值，并最終通過仿真結果得出了該方法的有效性和實用性。

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

參考文獻

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