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【摘要】將spc系統運用到外延設備管理過程，通過SPC系統中的管理工具，做到系統在線監測和在線判異，提升機臺的標準化程度，保障產品的一致性。利用評判體系，優化設備參數，達到精細化管理的水平，提升機臺的可靠性和穩定性。
【關鍵詞】過程管理；優化；精細化；穩定性
SPC系統即統計過程控制系統（StatisticalProcessControl）作為統計學中重要的工具之一，常作為質量管理的手段應用于生產企業，它可以幫助企業對產品質量客觀的作出判斷，并且可以對生產過程中出現的波動狀況以及波動之間各因素之間的相互關系進行定量分析，是管理、改進產品質量的重要手段[1]。硅外延生長作為生長外延產品的設備[2]，它既有本身的機械電器以及控制因素，也有外在的能源、電力等輔助要素，這些要素對設備的影響變化情況也符合自然界的一般規律，因此可以將SPC系統運用的設備管理過程中。通過對外延設備運行過程中各參數進行監控，實現機臺運行狀態在線監控以及預防，統計機臺運行中過程能力參數，判斷機臺運行過程以及結果是否可控、機臺的能力提升是否存在潛在的空間，實現機臺能力提前預警，達到過程中的提前預防作用，以防止機臺運行事故的發生。最終管理的目的是提升機臺的潛在能力，保障產品的穩定可靠產出。
1SPC系統在外延設備管理中的應用
外延設備是一種生產硅外延片的專用設備，它利用化學反應在單晶襯底上生長一層單晶外延層，用作半導體器件的原材料[3]。在材料的運用過程中，對于外延層的厚度和電阻率等工藝參數提出了嚴格的要求，與之相對于的就是設備的管理能力，外延生產發生在設備的反應腔體中，作為外延生長的關鍵硬件架構，需要對反應腔體內的生長源、摻雜、注入源等流體進行嚴格的質量流量控制，并且作為熱反應外延設備，也需要對其反應腔體的溫度進行嚴格控制，因此對于機臺本身硬件的可靠性也要依據SPEC線進行嚴格的管理。對于外延設備其功率類參數、溫度類參數、流量類參數、機臺硬件運行參數都能直接影響其產出質量，是設備管理中的關鍵因素[4，5]。針對關鍵因素和關鍵參數，可以對設備運行的關鍵程序步驟進行數據采集，通過網絡層將其導入到SPC系統，系統對參數進行實時記錄，利用SPC系統的在線監測功能對設備運行狀態進行在線監測，然后利用系統的在線判異規則，及時提醒異常狀況，同時利用統計規律查找設備系統中存在的可改善項目進行系統優化，利用控制曲線對過程中設備運行變化進行預估，防止出現過度糾正造成機臺可靠性降低。在外延工藝過程中，除了機臺本身的控制因素，廠務等各個環節的變化也會對設備運行情況和產品質量產生影響，將這些環節的各個變量納入到管控范圍，對其變化情況進行統計，便于排除機臺波動時的外在誘因，提升機臺管理水平。
2SPC在設備管理過程中的具體應用
2.1在線監控及異常判定
在線監控功能是利用信息化技術，針對設備在生產過程中的關鍵因素進行統計監測[6]。在現代設備管理中，在線監測功能已經是一種比較普及的工具，常用的有聲光信息監測和數值量檢測，而作為外延設備，不僅要記錄參數的運行情況，也要針對同一批次產品生長中參數變化的過程情況進行分析，保證產品質量特性一致。針對不同的參數類型，采取不同的控制策略，對于設備而言，不僅要關心設備運行過程的穩定性，還要觀察過程的變換情況，所以在控制過程中一般選用均值-極差控制方式（xˉ-R圖）。在xˉ圖中，其計算公式為：CL=xˉUCL=xˉ+n*sigmaLCL=xˉ-n*sigma其中，xˉ為過程中采集參數的均值，sigma為參數標準差，n為管控參數，常用的有3sigma和6sigma管理，但在設備管理過程中可以根據管理能力的提升，進行調整。而在線判異規則，正是利用機臺管控特性曲線進行管理，常用的管理手段有超限報警和趨勢報警，超限報警即機臺參數變化情況超出設定的管控線，此時系統會發出異常警報，需要設備人員對異常情況進行報告確認，并決定是否停機排查；趨勢報警即根據機臺能力水平和異常因素進行設置，這是對機臺參數變化情況一種管控形式，它可以針對機臺緩慢變化過程進行檢測，當超出趨勢限時，則會觸發異常報警。在設備運行過程中，利用SPC系統框架下的判異系統，制定異常規則，當出現異常時，提示操作人員。其運行情況如下：外延設備在運行過程中，某一階段出現功率異常，其波動超過R值控制范圍，觸發機臺報警信息。設備人員根據報警信息進行排查，首先確認機臺相關硬件情況是否存在異常，然后對生產檢測人員發出管理指令，要求檢測人員對異常產品進行參數檢測，確認產品是否存在異常，經排查機臺以及產品均無異常，通過原因分析認定此次報警為系統原因引起的誤報警，判定機臺狀態正常，繼續恢復生產。在設備2運行過程中，發現機臺關鍵參數溫度發生連續波動，且超出控制范圍，機臺發出異常提示，設備管理人員根據提示對機臺和產品進行排查，經排查為加熱系統故障，且產品片存在質量缺陷，整改系統故障后繼續進行生產。
2.2機臺標準化管理
針對機臺標準化參數管控，具體思想是利用SPC系統對運行數據進行分析，采用周統計、月分析、找回歸的思想，按固定周期統計機臺運行參數，分析其歷史變化趨勢，進而判斷異常設備，找出異常原因后對參數進行改進，使得各個機臺參數回歸一致水平。在圖4中分別按周期統計4臺設備中關鍵參數R值的變化情況，從統計數據中可以看出設備2參數運行比較穩定，但是距離控制中心存在一定偏差，根據機臺調整規則，將設備2運行參數調整至控制范圍內，針對設備3，其變化波動存在異常，判斷其關鍵零件存在異常，根據分析因素更換備件后，機臺水平得到顯著提升，通過SPC控制，將機臺不同機臺參數控制在同一SPEC范圍內，這樣既能保證機臺運行的一致性，也能提高產品運行參數的一致性。
2.3設備運行關鍵參數評價體系
該評價體系基于SPC系統過程能力控制功能進行分析，利用統計學中的基本原理，根據評價指標分析系統運行情況和水平，利用過程能力參數如CA、PP、PPK等對運行情況進行分析，利用既定指標來提升機臺的管理水平，并根據機臺過程能力出現的異?，F象進行排查，分析異常原因的分類，常用的分析方法有根據參數直方圖中數據的分布形態進行分析，如圖5所示。該關鍵參數M，在實際運行過程中，會出現孤島型分布，根據統計學原理，這種現象一般出現在質量管理過程中工序出現異常或者測量有誤時，這對這個現象進行排查，發現故障原因為取值點異常，經過對程序進行改進，參數分布圖趨于正常水平。
3結論
將SPC統計方法作為工具應用到設備管理的過程中，并運用統計學的基本原理，對系統進行評價、判異和優化改進，分析機臺變化的具體誘因，找出提升機臺運行穩定性的關鍵因素，進行管理，提升機臺的運行水平，最終達到機臺管理過程中目標可控、運行狀態可靠、管理目標可達的具體方向，提升設備對產品質量的保障能力，提升設備管理水平。
作者：馮永平 任凱 宋占洋 單位：南京國盛電子有限公司