【摘要】将SPC系统运用到外延设备管理过程，通过SPC系统中的管理工具，做到系统在线监测和在线判异，提升机台的标准化程度，保障产品的一致性。利用评判体系，优化设备参数，达到精细化管理的水平，提升机台的可靠性和稳定性。
【关键词】过程管理；优化；精细化；稳定性
SPC系统即统计过程控制系统（StatisticalProcessControl）作为统计学中重要的工具之一，常作为质量管理的手段应用于生产企业，它可以帮助企业对产品质量客观的作出判断，并且可以对生产过程中出现的波动状况以及波动之间各因素之间的相互关系进行定量分析，是管理、改进产品质量的重要手段[1]。硅外延生长作为生长外延产品的设备[2]，它既有本身的机械电器以及控制因素，也有外在的能源、电力等辅助要素，这些要素对设备的影响变化情况也符合自然界的一般规律，因此可以将SPC系统运用的设备管理过程中。通过对外延设备运行过程中各参数进行监控，实现机台运行状态在线监控以及预防，统计机台运行中过程能力参数，判断机台运行过程以及结果是否可控、机台的能力提升是否存在潜在的空间，实现机台能力提前预警，达到过程中的提前预防作用，以防止机台运行事故的发生。最终管理的目的是提升机台的潜在能力，保障产品的稳定可靠产出。
1SPC系统在外延设备管理中的应用
外延设备是一种生产硅外延片的专用设备，它利用化学反应在单晶衬底上生长一层单晶外延层，用作半导体器件的原材料[3]。在材料的运用过程中，对于外延层的厚度和电阻率等工艺参数提出了严格的要求，与之相对于的就是设备的管理能力，外延生产发生在设备的反应腔体中，作为外延生长的关键硬件架构，需要对反应腔体内的生长源、掺杂、注入源等流体进行严格的质量流量控制，并且作为热反应外延设备，也需要对其反应腔体的温度进行严格控制，因此对于机台本身硬件的可靠性也要依据SPEC线进行严格的管理。对于外延设备其功率类参数、温度类参数、流量类参数、机台硬件运行参数都能直接影响其产出质量，是设备管理中的关键因素[4，5]。针对关键因素和关键参数，可以对设备运行的关键程序步骤进行数据采集，通过网络层将其导入到SPC系统，系统对参数进行实时记录，利用SPC系统的在线监测功能对设备运行状态进行在线监测，然后利用系统的在线判异规则，及时提醒异常状况，同时利用统计规律查找设备系统中存在的可改善项目进行系统优化，利用控制曲线对过程中设备运行变化进行预估，防止出现过度纠正造成机台可靠性降低。在外延工艺过程中，除了机台本身的控制因素，厂务等各个环节的变化也会对设备运行情况和产品质量产生影响，将这些环节的各个变量纳入到管控范围，对其变化情况进行统计，便于排除机台波动时的外在诱因，提升机台管理水平。
2SPC在设备管理过程中的具体应用
2.1在线监控及异常判定
在线监控功能是利用信息化技术，针对设备在生产过程中的关键因素进行统计监测[6]。在现代设备管理中，在线监测功能已经是一种比较普及的工具，常用的有声光信息监测和数值量检测，而作为外延设备，不仅要记录参数的运行情况，也要针对同一批次产品生长中参数变化的过程情况进行分析，保证产品质量特性一致。针对不同的参数类型，采取不同的控制策略，对于设备而言，不仅要关心设备运行过程的稳定性，还要观察过程的变换情况，所以在控制过程中一般选用均值-极差控制方式（xˉ-R图）。在xˉ图中，其计算公式为：CL=xˉUCL=xˉ+n*sigmaLCL=xˉ-n*sigma其中，xˉ为过程中采集参数的均值，sigma为参数标准差，n为管控参数，常用的有3sigma和6sigma管理，但在设备管理过程中可以根据管理能力的提升，进行调整。而在线判异规则，正是利用机台管控特性曲线进行管理，常用的管理手段有超限报警和趋势报警，超限报警即机台参数变化情况超出设定的管控线，此时系统会发出异常警报，需要设备人员对异常情况进行报告确认，并决定是否停机排查；趋势报警即根据机台能力水平和异常因素进行设置，这是对机台参数变化情况一种管控形式，它可以针对机台缓慢变化过程进行检测，当超出趋势限时，则会触发异常报警。在设备运行过程中，利用SPC系统框架下的判异系统，制定异常规则，当出现异常时，提示操作人员。其运行情况如下：外延设备在运行过程中，某一阶段出现功率异常，其波动超过R值控制范围，触发机台报警信息。设备人员根据报警信息进行排查，首先确认机台相关硬件情况是否存在异常，然后对生产检测人员发出管理指令，要求检测人员对异常产品进行参数检测，确认产品是否存在异常，经排查机台以及产品均无异常，通过原因分析认定此次报警为系统原因引起的误报警，判定机台状态正常，继续恢复生产。在设备2运行过程中，发现机台关键参数温度发生连续波动，且超出控制范围，机台发出异常提示，设备管理人员根据提示对机台和产品进行排查，经排查为加热系统故障，且产品片存在质量缺陷，整改系统故障后继续进行生产。
2.2机台标准化管理
针对机台标准化参数管控，具体思想是利用SPC系统对运行数据进行分析，采用周统计、月分析、找回归的思想，按固定周期统计机台运行参数，分析其历史变化趋势，进而判断异常设备，找出异常原因后对参数进行改进，使得各个机台参数回归一致水平。在图4中分别按周期统计4台设备中关键参数R值的变化情况，从统计数据中可以看出设备2参数运行比较稳定，但是距离控制中心存在一定偏差，根据机台调整规则，将设备2运行参数调整至控制范围内，针对设备3，其变化波动存在异常，判断其关键零件存在异常，根据分析因素更换备件后，机台水平得到显著提升，通过SPC控制，将机台不同机台参数控制在同一SPEC范围内，这样既能保证机台运行的一致性，也能提高产品运行参数的一致性。
2.3设备运行关键参数评价体系
该评价体系基于SPC系统过程能力控制功能进行分析，利用统计学中的基本原理，根据评价指标分析系统运行情况和水平，利用过程能力参数如CA、PP、PPK等对运行情况进行分析，利用既定指标来提升机台的管理水平，并根据机台过程能力出现的异常现象进行排查，分析异常原因的分类，常用的分析方法有根据参数直方图中数据的分布形态进行分析，如图5所示。该关键参数M，在实际运行过程中，会出现孤岛型分布，根据统计学原理，这种现象一般出现在质量管理过程中工序出现异常或者测量有误时，这对这个现象进行排查，发现故障原因为取值点异常，经过对程序进行改进，参数分布图趋于正常水平。
3结论
将SPC统计方法作为工具应用到设备管理的过程中，并运用统计学的基本原理，对系统进行评价、判异和优化改进，分析机台变化的具体诱因，找出提升机台运行稳定性的关键因素，进行管理，提升机台的运行水平，最终达到机台管理过程中目标可控、运行状态可靠、管理目标可达的具体方向，提升设备对产品质量的保障能力，提升设备管理水平。
作者：冯永平 任凯 宋占洋 单位：南京国盛电子有限公司