半导体制造中嵌套性工艺参数的统计过程控制研究

摘要

在半导体制造领域，随着技术的发展，工艺过程和设备的日益复杂，电子元器件产品自身功能的不断完善，以及顾客不断升级的消费需求和与日俱增的质量期望，促使企业全力加强质量管理，持续保障和提高产品质量。推广先进质量管理方法，实施统计过程控制，确保产品研制与生产过程的稳定受控，正是保证产品质量的重要手段。
　　本论文针对半导体生产过程中晶圆批加工或单片晶圆加工中工艺参数存在嵌套性，常规统计过程控制图不再适用的问题，以理论分析及 matlab模拟仿真为手段，研究了嵌套性工艺参数的统计过程控制，完善了现有一阶嵌套控制图并开发了二阶控制图。本文的研究成果有助于提高半导体晶圆批加工或单片晶圆加工的产品质量，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）分析了半导体制造中，晶圆批加工或单片晶圆生产中工艺参数嵌套性产生的原因，并提出嵌套性检验的方法，即方差分析(ANOVA)，为工艺参数是否存在嵌套性提出了科学依据。提出了嵌套性检验的步骤，并实例说明了具体的操作过程。
　　2）介绍了一阶嵌套模型，指出有关一阶嵌套控制图的某些文献中的一个常见错误，即将均值方差2xbar?与均值期望值方差2between?混为一谈，针对这一错误进行了仿真，最终明确了二者的区别，进而指出其得到的一阶嵌套控制图是错误的。
　　3）比较了现有一阶嵌套控制图中计算均值标准偏差σxbar的三种方法，选出了其中最优的计算方法。从而完善了一阶嵌套均值控制图。并根据常规控制图的组成，提出一阶嵌套控制图由两个控制图组成，并给出了各个控制图控制限的计算方法。
　　4）介绍了二阶嵌套模型，并对二阶嵌套模型进行了仿真验证。
　　5）针对二阶嵌套问题开发了二阶嵌套控制图，确定了二阶嵌套控制图由四个控制图组成。根据 SPC技术的基本原理，通过理论推导和仿真，提出了各个控制图控制限的计算方法。该控制图不仅可以用于统计过程控制，还具有诊断功能，可以为失控后的工艺调整提供指导意见。
　　6）为了更好的将本文研究的内容应用于实践，开发了新的质量控制软件工具。该软件可自行判断数据是否存在嵌套性，如存在嵌套性是一阶嵌套还是二阶嵌套，并自动选择相应的控制图，降低了操作人员的学习成本；该软件同时还具有生成 SPC报告的功能，为撰写SPC报告节省了时间。

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第一章 绪论

1.1统计过程控制技术的发展

1.2研究背景与意义

1.3国内外研究现状

1.4本文主要的研究内容

第二章 SPC的理论基础与嵌套性检验

2.1 SPC的理论基础

2.2嵌套性检验

2.3本章小结

第三章 一阶嵌套控制图

3.1一阶嵌套模型

3.2一阶嵌套“均值-标准偏差“控制图

3.3一阶嵌套“均值-极差”控制图

3.4本章小结

第四章 二阶嵌套控制图

4.1二阶嵌套模型

4.2二阶嵌套控制图的组成

4.3子批均值统计过程控制

4.4子批标准偏差的统计过程控制

4.5二阶嵌套控制图诊断功能说明

4.6本章小结

第五章 软件工具说明

5.1软件工具界面介绍

5.2 软件工具的操作

5.3本章小结

第六章 全文总结

6.1本文的主要贡献

6.2后续工作展望

参考文献

附 表 一

致谢

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