制造统计过程控制

3.9　TFT制造统计过程控制

在TFT制造过程中经常会出现各种故障和问题，为了贯彻以预防为主、不断改进的原则，运用统计过程控制（statistical process control，SPC）方法，对制造过程中的各个阶段进行监控、跟踪和评估，保证工艺过程处于可接受的并且稳定的水平，从而保证生产过程的连续性和稳定性。

对过程进行统计分析的依据是质量控制图。

1.定义

控制图（control chart）是对制造过程中产品质量特性值是否处于控制状态进行测定、记录、评估、监控而设计的一种统计图。

2.统计过程控制的管理与职责

技术部门制定控制项目和控制线，包括特性的选择与数量的决定，并对预警或异常情况采取纠正预防措施。

品质部门根据控制方案的样本及抽样间隔，绘制解析用控制图，并计算工程能力，制定判断基准并监督实施。

制造部门负责现场离线（Offline）状态下的数据输入。

信息部门负责SPC的记录下载。

3.工作程序

（1）统计控制流程：图3.47所示是统计过程控制的流程。从质量控制标准制定，过程解析直到过程控制大约有9个步骤。图中C_p为制程精确度，C_a为制程准确度。

图3.47　统计控制流程

首先确定质量控制总体目标。为了达到设定的目标，将总目标分解到具体的工艺控制上，设定工艺相关的重要控制项目（见表3.14）。

表3.14　TFT阵列工艺统计过程控制管理项目明细

（续表）

＊1：Av.（Ω/□），方块电阻的平均值；

＊2：Uni.（%），按百分比计算的均匀性；

＊3：range（），以（）为单位膜厚的范围。

（2）过程解析：按照统计学中常态分布的原则，可以根据控制图上的数据点的分布情况确认系统状态。如果服从随机分布，则系统处于控制状态，出现的随机波动是不可避免的。如果出现非随机分布图，则表明系统处于非控制状态，有干扰存在。

过程控制的目的就是要控制可以避免的干扰因素对生产过程的破坏。利用5W1H（Why，What，Where，When，Who，How）方法，对过程各个作业单元（人、机、地、物、原因、方法）的异常进行分析。由过程解析找出问题，及时解决问题，使系统回到正常控制状态。

过程有两种状态：

●控制状态：指过程中只有偶尔因素形成的服从正态分布的随机波动，人力无法进行调控与干预，如图3.48所示。

●非控制状态：指过程中不仅有偶尔因素而且有异常因素产生的变异状态，如图3.49所示。

图3.48　控制状态

图3.49　非控制状态

利用统计法中控制图显示的资料，如果系统处于控制状态，则可直接跳入步骤7。若系统处于非控制状态，则利用5W1H找出造成异常的原因，如：设备原因、人员原因、时间原因、操作原因、检验原因。

（3）控制项目：

●按步骤2确认可以避免的异常因素并展开调查，设定控制项目。

●确定控制对象：选择技术上最重要的控制对象。

●取预备数据：依检查表内设计（定时或定量）取样2～5件为限，样品相互之差距越小越好；测定并记录。

●计算每组之X（平均值）：测定组数，每日取样2组以上，以24～30组计算控制界限，每日取1组时，以50组计算控制界限。

（4）控制图的整理与管理：技术部门负责每月对控制线进行修正。品质部门将所有控制图整理成报表，在每月品质会议上进行发布，从宏观上掌握生产过程的质量控制情况。现场技术人员应及时发现问题，调查原因填写的SPC控制管理异常记录表，这是控制图发挥效率的基础工作；若发现的问题在现场不能解决，则应提交品质会议研究讨论，组成专案小组负责解决或指定专责部门处理。

（5）过程能力分析：

影响过程能力的因素是多方面的，从质量设计开始，包括原材料、机器设备、作业方法、检验设备、检验方法等因素，任何一个因素的变化都可影响其过程能力，所以要讨论过程能力，必须先固定这些因素。

要对可能影响过程能力的因素进行分析、归纳，找出主要因素，并将这些因素标准化，按照标准组织实施。只有某一工艺的测定值在稳定的控制状态下，这些过程能力才能作为该工艺的能力。

（6）过程能力指数（performance indies of process，PPK）和稳定过程的能力指数（capability indixes of process，CPK）的等级评估：PPK定义为不考虑过程有无偏移时，容差范围除以过程性能，是一个长期的生产过程能力；CPK定义为容差宽度除以过程能力，不考虑过程有无偏移，反应的是这短期内的生产过程能力。

过程能力PPK和CPK的等级评估分别见表3.15和表3.16。

表3.15　过程能力指数等级评估

表3.16　稳定过程的能力指数等级评估

●A级：过程能力足够，不必检查，继续维持现状。

●B级：过程能力一般，维持2个月现状，须寻找改善，在此期间需加强抽样检查。

●C级：过程能力不足，须寻找改善，在此期间需全数检查。

●D级：情形严重，应全面检查可能因素，必要时停止生产。

通过过程能力评估可以做出改善的决策，找出不合理的作业的问题，减少过程控制的成本。技术部门根据品质部门提供的过程能力报告，可制定规格；技术部门、设备部门可将其作为过程改善、模具改善计划的基本资料，定期检查过程能力可以预知模具、工具等的老化，残次品等，防患于未然，作为定期更换的参考；品质部可用来决定检查方式。