现代半导体制造中质量控制和评价的关键技术研究

【摘要】如今，在半导体和集成电路制造领域，随着工艺过程、技术和设备的日益复杂，电子元器件产品自身功能的不断完善，以及客户对工艺水平及产品质量要求的不断提高，使得生产过程质量控制和评价技术显得日益重要。同时，越来越多的国内企业为了向国际型企业标准迈进，开始重视质量控制与工艺评价技术。因此，全面实施工艺质量控制与评价技术具有重要意义。本论文以半导体生产过程中多品种小批量生产过程及多变量生产工艺为主要研究对象，以理论分析及计算机模拟仿真为手段，利用self-starting技术、多元数值积分与极大似然估计等，研究了多品种小批量生产过程中，工艺参数均值和标准偏差的监控，以及如何对多变量生产过程的产品质量和工艺进行评价。本论文同时介绍了基于截尾样本分析供应商所提供的产品质量的方法。本文的研究成果有助于提高产品质量，减少质量缺陷，对提高企业的市场竞争力具有深远的意义。本论文的主要研究内容包括：1).分析了在多品种小批量生产模式下，实施质量过程控制技术所面对的困难。创新性地提出了多品种生产模式下的质量控制方法——T-K控制图技术，用于检测工艺参数母体均值及标准偏差的波动。该控制图采用一种对样本量要求不高的方法，基于采集的每批样本数据，计算T、K统计量，使得T、K统计量各自相互独立且服从相同分布。该技术具有self-starting特点，无需经历分析用控制图阶段估计母体的分布参数，尤其是T控制图的建立过程与母体标准偏差无关。即便在母体分布参数未知的情况下，只要样本数据达到2批，T-K控制图即可对多品种小批量生产过程实施质量控制。2).从SPC技术的基本原理出发点，讨论了控制图性能的衡量方法。对平均运行长度的概念、意义及计算方法做出简单介绍。其次对T控制图及K控制图的ARL性能进行了分析。而后分析了self-starting控制图的缺陷，并提出了一种优化方法用于改进具有自启动特点的控制图的ARL性能。结果表明，改进后的Q控制图以及T-K控制图的ARL性能均有明显提升。3).以单变量工艺为核心简要介绍单变量工序能力指数与工艺成品率的关系，并结合6σ设计评价思路对常规Cpk计算方式进行了改进，提出了一种与成品率具有一一对应关系的等效工序能力指数ECpk。之后沿用这一思想引出基于成品率的多变量工序能力指数MECpk的概念及计算方法，并分析了协方差矩阵对多变量工艺成品率的影响，提出了一种提升工艺成品率的解决思路。最后通过实例详述了多变量工序能力指数的计算过程，通过与其他多变量工序能力指数评价结果对比，验证了MECpk指数的有效性。4).成品率反映了产品的内在质量和可靠性。从购买者的角度出发，介绍了如何利用产品特性参数的截尾样本数据来评价供应商所提供产品的质量；提出了利用服从截尾正态分布的样本数据推测产品成品率的方法，该方法同时适用于单侧及双侧截尾情况；定量分析了成品率计算结果的置信区间，进而给出了该方法对样本容量的要求。同时，结合半导体产品的实际测试数据介绍了基于截尾数据推测成品率的步骤，并验证了算法有效性。5).此外，在本课题的研究基础上，开发了质量控制与评价软件系统。该软件包含了质量过程控制与工艺评价功能，涵盖了多种控制图技术和工序能力指数计算方法，而且具有本文所提出的多变量工序能力指数计算模块。
【作者】顾铠；
【导师】庄奕琪；贾新章；
【作者基本信息】西安电子科技大学，微电子学与固体电子学，2014，博士
【关键词】质量过程控制；控制图；工序能力指数；多品种小批量；多变量；截尾样本；

【参考文献】
[1]邢科义,胡保生,陈浩勋.实时离散事件系统的反馈控制策略[J].控制与决策,1995,02:170-174.
[2]席裕庚,李德伟,林姝.模型预测控制——现状与挑战[J].自动化学报,2013,03:222-236.
[3]陈瑞.等离子体聚合类PEO薄膜的制备与抗生物粘附性能评价[D].西南交通大学,生物医学工程,2013,硕士.
[4]李伟,门佳,鲁华栋.基于无线射频识别技术的住宅区智能车位锁设计[J].温州职业技术学院学报.
[5]薛青.上海市机构养老与居家养老受养者比较研究[D].上海工程技术大学,社会保障,2014,硕士.
[6]王永松.领导干部权力道德观教育研究[D].湖南师范大学,思想政治教育,2014,硕士.
[7]廖文静.流动儿童学校适应问题的社会工作介入研究[D].华中师范大学,社会工作,2014,硕士.
[8]黄松英.中小企业CRM系统的OLAP设计与实现[J].绍兴文理学院学报,2005,02:36-38+42.
[9]陆秋子.中式建构精神：当代中式建筑的返魅设计理论[D].厦门大学,建筑历史与理论,2014,硕士.
[10]李明金.水田搅浆机平地装置的设计与试验研究[D].黑龙江八一农垦大学,农业机械化,2014,硕士.
[11]王黎明.四氧化三钴纳米材料的制备及其电化学性能研究[D].华中科技大学,光学工程,2013,硕士.
[12]王威翔.海南省五指山市土地适宜性评价[D].中南林业科技大学,农业资源利用（专业学位）,2014,硕士.
[13]马国帅,韩丹丹.电化学电容器中NiO电极材料的研究进展[J].吉林化工学院学报,2013,05:65-71.
[14]傅泫铭.论我国未成年人刑事犯罪的前科消灭制度[D].甘肃政法学院,法律,2012,硕士.
[15]胡静,谢亚红,柏特,张春阳,王吉德.ZnO/TiO_2复合材料在染敏太阳能电池中的应用研究进展[J].材料导报,2014,19:31-35.
[16]孙宜莉.核桃文化及其休闲农业开发研究[D].南京农业大学,专门史,2012,硕士.
[17]杨丹.角钢活性粉末混凝土短柱轴压与滞回性能研究[D].东北石油大学,结构工程,2013,硕士.
[18]郑波.氮掺杂石墨烯修饰电极的制备及对鸟嘌呤的电催化氧化[J].分析科学学报,2012,06:780-784.
[19]郭杨,张雷.虚拟现实技术在风景园林专业教学和实践的探索[J].山西建筑,2014,21:263-264.
[20]杨沿浪.芜湖市健康体检人群慢性肾脏病流行病学调查及其相关危险因素分析[D].南方医科大学,肾脏内科学,2014,博士.
[21]张敏.基于应用层和传输层的网络测量分析研究[D].北京交通大学,2012.
[22]樊晗璐.对转FABP基因小鼠脂肪沉积及生长发育指标的研究[D].天津农学院,预防兽医学,2014,硕士.
[23]孙龙.废旧轮胎加筋边坡力学特性试验研究[D].湖北工业大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[24]程平茹.一个多功能邮件接收代理平台的设计与实现[D].苏州大学,计算机应用技术,2003,硕士.
[25]贡云芸,黄伟,刘幸海,翁建全,谭成侠.含1-甲基环己基的酰基硫脲类化合物合成及除草活性[J].有机化学,2013,11:2396-2401.
[26]宣勇.巴彦淖尔市商贸流通业发展现状及对策研究[D].内蒙古大学,高级管理人员工商管理,2013,硕士.
[27]刘忠梁.热膨胀误差对飞行器装配中互换协调的影响及其排除方法[J].航空制造技术.2001(01)
[28]杨初.导电油墨的组分设计及流变性能研究[D].国防科学技术大学,材料科学与工程,2012,硕士.
[29]徐凯.6S60MC-C大型船用曲拐挤压成形工艺研究[D].燕山大学,材料加工工程,2014,硕士.
[30]高姗.目的原则下菲茨杰拉德作品话语分析[D].西安工业大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[31]曾妍.团体归因训练对高职生感恩及主观幸福感的影响研究[D].苏州大学,应用心理学,2013,硕士.
[32]鲁小勇.情感语音合成的研究[D].西北师范大学,电路与系统,2013,硕士.
[33]姜军明.现场改善在X医用器材企业的应用研究[D].西安科技大学,工商管理,2013,硕士.
[34]覃峰.我国内幕交易法律监管研究[D].湘潭大学,法律,2003,硕士.
[35]黄娟秀.内镜治疗胆总管结石的临床分析[D].广西医科大学,消化内科（专业学位）,2013,硕士.
[36]王一印.直扩通信系统中伪码同步技术的研究[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[37]贾丽霞.奉天省报业研究（1912-1931）[D].辽宁大学,中国近现代史,2012,硕士.
[38]潘开妮.一类平均曲率型方程解的水平集的几何刻画[D].曲阜师范大学,基础数学,2013,硕士.
[39]杨思静.二氧化氯固体制剂及其母体材料安全性研究[D].中北大学,环境工程,2014,硕士.
[40]耿佳.移动载荷作用下梁响应及小波损伤检测[D].太原科技大学,一般力学与力学基础,2014,硕士.
[41]胡应交,王松涛.吸附式低反动度轴流压气机气动设计思想在多级轴流压气机中的应用[J].航空动力学报,2014,11:2550-2560.
[42]李善平,何志均.基于开放式标准化思想的CIMS信息集成方法[J].自动化学报,1995,04:440-447.
[43]付义琴.唐五代“V+（O）+X”句法研究[D].西南师范大学,汉语言文字学,2004,硕士.
[44]冷巧辉,马利,文东辉,鲁聪达,潘国庆.燃料电池双极板材料及其流场研究进展[J].机电工程,2013,05:513-517+523.
[45]胡少芬.护理本科生对生命教育知识需求性探讨[D].山西医科大学,护理学,2013,硕士.
[46]刘晓阳.基于SSH架构的采购销售系统的设计与实现[D].西安电子科技大学,软件工程,2011,硕士.
[47]王增凤.初中生母亲教养方式、自立人格与学校适应的关系[D].山东师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[48]田季雨.培补肝肾中药治疗帕金森病的机制研究[D].第四军医大学,中西医结合临床,2004,硕士.
[49]黄鹏.纳米材料的可控合成、功能化及其在肿瘤诊疗中应用研究[D].上海交通大学,2012.
[50]田文明.完善我国金融监管立法研究[D].吉林大学,法律,2013,硕士.