| 在芯片的生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷許多次的摻雜、增層、光刻和熱處理等工藝制程，每一步都必須達(dá)到極其苛刻的物理特性要求。但是，即使是最成熟的工藝制程也存在不同位置之間、不同晶圓之間、不同工藝運(yùn)行之間以及不同時(shí)段之間的變異。有時(shí)，這種變異會(huì)使工藝制程超出它的制程界限，生產(chǎn)出不符合工藝標(biāo)準(zhǔn)的晶圓，從而嚴(yán)重地影響成品率(YiELd)。而任何對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)有過(guò)些許了解的人都知道：整個(gè)工業(yè)對(duì)其良品率都極其關(guān)注。因此，正確地*估和控制芯片生產(chǎn)過(guò)程中的變異顯得尤為重要，而研究過(guò)程變異的常用方法之一就是過(guò)程能力分析。
一般來(lái)說(shuō)，過(guò)程能力分析通常是指通過(guò)顧客質(zhì)量要求的范圍與實(shí)際產(chǎn)品質(zhì)量變異范圍之間的比較數(shù)值來(lái)衡量實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程滿(mǎn)足規(guī)格要求的能力。具體來(lái)說(shuō)，就是計(jì)算出過(guò)程能力指數(shù)Cp和Cpk值，確定其過(guò)程能力等級(jí)，判斷過(guò)程能力是不足、尚可還是充分，進(jìn)而采取相應(yīng)的改進(jìn)和維護(hù)措施。這個(gè)簡(jiǎn)單易行的質(zhì)量管理工具已經(jīng)在各行各業(yè)中都有了廣泛的應(yīng)用，頗受好*。
由于半導(dǎo)體制造工藝的復(fù)雜性，生產(chǎn)一個(gè)完整器件所需涉及的龐大工藝制程數(shù)量，以及檢測(cè)內(nèi)容的多樣化等等原因，必然要求芯片生產(chǎn)中的“過(guò)程能力指數(shù)”分析必須在遵循原先質(zhì)量統(tǒng)計(jì)理論的基礎(chǔ)上有所發(fā)展，創(chuàng)造出一套適合半導(dǎo)體工業(yè)的“過(guò)程能力指數(shù)”分析方法。
縱觀國(guó)內(nèi)的常規(guī)質(zhì)量管理咨詢(xún)和軟件市場(chǎng)，長(zhǎng)期以來(lái)都無(wú)法提出一個(gè)理想的解決方案。幸運(yùn)的是，被英特爾Intel、國(guó)家半導(dǎo)體National Semiconductor，中芯國(guó)際等全球芯片巨頭普遍采用的高端六西格瑪質(zhì)量管理統(tǒng)計(jì)分析軟件JMP已經(jīng)在這方面作出了很多卓有成效的工作，業(yè)已成為半導(dǎo)體行業(yè)的一種應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。接下來(lái)，本文將結(jié)合一個(gè)案例與大家一起在JMP軟件最新的JMP7平臺(tái)上分享這個(gè)研究成果。
如上圖所示，圖1是某晶圓工廠在最終的電子測(cè)試階段獲取的數(shù)據(jù)表格，共有1455條記錄(限于篇幅，圖一僅顯示了其中的前30條記錄)，考察的質(zhì)量特性有16個(gè)(實(shí)際情況會(huì)更多，此處僅取其中的一部分做演示，并且限于篇幅，圖一僅顯示了其中的前7個(gè)質(zhì)量特性)。如果按照傳統(tǒng)的分析方法，我們需要按部就班地計(jì)算16組過(guò)程能力指數(shù)，對(duì)各項(xiàng)質(zhì)量特性一一考核，但對(duì)它們之間的相互關(guān)聯(lián)以及產(chǎn)品的總體質(zhì)量性能卻缺少一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)總結(jié)。而且單純用數(shù)字說(shuō)明，也顯得有些枯燥抽象。
JMP軟件巧妙地通過(guò)一系列生動(dòng)形象的統(tǒng)計(jì)圖形，使我們得到一個(gè)全新的分析展示結(jié)果。先看圖2所示的“過(guò)程能力指數(shù)的目標(biāo)圖Goal Plot”。圖中等腰三角形的兩條紅邊表示所有Cpk恰巧等于1的情況，等腰三角形以?xún)?nèi)的部分表示所有Cpk大于1的情況，等腰三角形以外的部分表示所有Cpk小于1的情況，一般越遠(yuǎn)離三角形的點(diǎn)所代表的Cpk值越小。顯然，目標(biāo)圖用一個(gè)等腰三角形將過(guò)程能力充足和不足的兩部分質(zhì)量特性區(qū)分得一目了然。在此案例中，給我們印象最深的是INM2、IVP2、IVP1等特性的過(guò)程能力很差，因?yàn)橄鄬?duì)其他點(diǎn)而言，它們離這個(gè)等腰三角形最遠(yuǎn)。
再看圖3所示的“過(guò)程能力指數(shù)的箱型圖Box Plot”。圖中兩條綠色的虛線(xiàn)分別表示的是將16組規(guī)格限統(tǒng)一規(guī)格化后的規(guī)格上下限，VPM3、INMI1、NPN2等特性的箱型圖比較狹窄，且都落在虛線(xiàn)范圍中，說(shuō)明它們的過(guò)程能力比較充分，INM2、IVP2、IVP1等特性的箱型圖比較寬泛，且都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了虛線(xiàn)范圍，說(shuō)明它們的過(guò)程能力嚴(yán)重不足。
最后看圖4所示的“過(guò)程能力指數(shù)的規(guī)格化箱型圖Normalized Box Plot”。此時(shí)圖中16個(gè)箱型圖是分別通過(guò)轉(zhuǎn)化而得，所有箱型圖的波動(dòng)范圍幾乎都在[-5，5]之間，16組綠色的小短線(xiàn)表示分別經(jīng)過(guò)同樣轉(zhuǎn)換后得到的規(guī)格上下限。相對(duì)而言，VPM3、INMI1、NPN2等特性的箱型圖都穩(wěn)穩(wěn)地落在規(guī)格范圍中間的位置，再次說(shuō)明它們的過(guò)程能力比較充分，INM2、IVP2、IVP1等特性的箱型圖的波動(dòng)明顯比規(guī)格限寬泛，再次說(shuō)明它們的過(guò)程能力嚴(yán)重不足。
當(dāng)然，傳統(tǒng)的過(guò)程能力指數(shù)的具體數(shù)值也很重要，我們可以參考“過(guò)程能力指數(shù)列表”對(duì)所有16個(gè)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行定量的*價(jià)，其內(nèi)容包括常用的Cp、Cpk和PPM值。
總之，半導(dǎo)體制造業(yè)面臨著巨大的質(zhì)量和成本的挑戰(zhàn)。想象一下，在極其苛刻的潔凈空間內(nèi)，不到1/2平方英寸芯片范圍里，制作出數(shù)百萬(wàn)個(gè)微米量級(jí)的元器件平面構(gòu)造和立體層次……單憑這一點(diǎn)就應(yīng)當(dāng)充分重視芯片制造中的過(guò)程能力分析。專(zhuān)業(yè)質(zhì)量管理統(tǒng)計(jì)分析軟件JMP有機(jī)地整合了質(zhì)量統(tǒng)計(jì)理論、數(shù)據(jù)可視化手段和半導(dǎo)體制造業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)，將復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)分析用各種簡(jiǎn)單易懂的方式展現(xiàn)出來(lái)，大大提高了我們分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，希望有更多的工程技術(shù)人員可以從中受益。
備注：
JMP是全球頂尖的統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件集團(tuán)SAS的業(yè)務(wù)部門(mén)之一，旨在為全球的客戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)的高端六西格瑪統(tǒng)計(jì)分析解決方案。JMP軟件是目前最先進(jìn)的六西格瑪質(zhì)量管理統(tǒng)計(jì)分析軟件，易用、高效、高速，被譽(yù)為“六西格瑪時(shí)代的統(tǒng)計(jì)分析大師”，是全球試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)方法的領(lǐng)導(dǎo)者。JMP支持對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具備卓越的運(yùn)行速度；他以解決問(wèn)題為中心，按照解決問(wèn)題的思路設(shè)置菜單(常規(guī)統(tǒng)計(jì)軟件大都按照統(tǒng)計(jì)方法設(shè)置菜單)；JMP用交互性圖形及卓越的可視化能力極大地降低統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用的難度。目前，JMP已經(jīng)在全球擁有超過(guò)15萬(wàn)名用戶(hù)，遍布各個(gè)行業(yè)。在半導(dǎo)體行業(yè)，JMP已經(jīng)成為一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，正在幫助英特爾、國(guó)民半導(dǎo)體、華虹NEC、中芯國(guó)際、日立、村田電子等國(guó)內(nèi)外著名企業(yè)提升質(zhì)量管理、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程和改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 |
