等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積氮化硅薄膜制造過(guò)程質(zhì)量控制方法研究.pdf

1、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）的氮化硅（SiNx）薄膜(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PECVD氮化硅薄膜)是提高太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵，研究PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程的質(zhì)量控制技術(shù)能夠提高產(chǎn)品的成品率、合格率、優(yōu)質(zhì)率，促進(jìn)太陽(yáng)能電池相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)我國(guó)太陽(yáng)能電池行業(yè)有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　在國(guó)內(nèi)外已有的研究成果的基礎(chǔ)上，本文圍繞著PEC

2、 VD氮化硅薄膜制造過(guò)程質(zhì)量控制提出工藝參數(shù)具有相關(guān)性時(shí)的故障診斷、制造初期的質(zhì)量控制和兩種失控模式下的質(zhì)量控制三個(gè)的科學(xué)問(wèn)題。基于已有的氮化硅薄膜沉積技術(shù)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、貝葉斯理論、多元統(tǒng)計(jì)技術(shù)、多元診斷、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等研究了PECVD氮化硅薄膜的工藝參數(shù)快速優(yōu)化、基于路徑圖的制造過(guò)程故障診斷、基于貝葉斯理論制造過(guò)程初期的質(zhì)量控制、兩種失控模式下多元統(tǒng)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，建立了PECVD氮化硅薄膜的工藝參數(shù)快速優(yōu)化模型，基于

3、路徑圖的多元故障診斷模型，基于貝葉斯理論的制造過(guò)程初期質(zhì)量控制模型，基于多種總體協(xié)方差矩陣估值構(gòu)建的多元指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均（Multivariate Exponentially Weighted Mo ving-Avera ge，MEWMA）控制圖的質(zhì)量控制模型。具體研究?jī)?nèi)容從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：
　?。?）分析了 PECVD氮化硅薄膜的制造過(guò)程，論述了氮化硅薄膜的關(guān)鍵質(zhì)量特征以及影響關(guān)鍵質(zhì)量特征的關(guān)鍵影響因素。闡述了PECVD氮化硅

4、薄膜制造過(guò)程質(zhì)量控制的特點(diǎn)，分析了基于統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制的質(zhì)量控制方法應(yīng)用于PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程時(shí)存在的問(wèn)題，提出了PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程質(zhì)量控制的科學(xué)問(wèn)題，提出了與PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程質(zhì)量控制方法相關(guān)的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，提出了PECVD氮化硅薄膜質(zhì)量控制模型。
　?。?）通過(guò)領(lǐng)域知識(shí)和專(zhuān)家意見(jiàn)獲取氮化硅薄膜的主要影響因子和質(zhì)量特性參數(shù)，利用單因素物理實(shí)驗(yàn)確定了各主要影響因子和質(zhì)量特征值之間的關(guān)系，提出了沉積參數(shù)快速優(yōu)

5、化的一般過(guò)程，給出了基于“綜合評(píng)分法”多響應(yīng)優(yōu)化過(guò)程的綜合評(píng)分計(jì)算方法和評(píng)分規(guī)則，分析得到最佳的沉積工藝參數(shù)，從而減少了大量的實(shí)際物理試驗(yàn)，提出了PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程的工藝參數(shù)快速優(yōu)化方法。
　?。?）利用領(lǐng)域內(nèi)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建氮化硅薄膜故障診斷路徑圖，研究了基于路徑圖的MYT分解方法，將傳統(tǒng)的MYT方法中所有p!種可能分解方式歸結(jié)成一種統(tǒng)一的含有p個(gè)獨(dú)立因式的分解方式，并在過(guò)程均值向量與協(xié)方差矩陣未知的情況下利用F分布確定

6、各分解項(xiàng)的控制上限。通過(guò)已確定的各分解項(xiàng)的控制上限，確定各個(gè)變量對(duì)失控信號(hào)的貢獻(xiàn)值，并且用它來(lái)確定導(dǎo)致制造過(guò)程失控的根本原因，實(shí)現(xiàn)PECVD氮化硅薄膜多元統(tǒng)計(jì)過(guò)程診斷，解決了在PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程工藝參數(shù)具有相關(guān)性及過(guò)程均值向量與協(xié)方差矩陣未知的情況下的故障診斷問(wèn)題，提出了基于路徑圖的PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程故障診斷方法。
　?。?）針對(duì)在PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程初期具有多批次小批量的制造特征，經(jīng)常面臨樣本容量不足

7、的問(wèn)題，提出了基于貝葉斯理論的PECVD氮化硅薄膜制造初期的質(zhì)量控制方法。利用ANOVA方差檢驗(yàn)和Bartlett齊次檢驗(yàn)的方法從歷史批次中篩選出與當(dāng)前批次類(lèi)似的樣本數(shù)據(jù)，利用貝葉斯理論分析歷史數(shù)據(jù)提供的先驗(yàn)信息，引入EWMA系數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)歷史信息在總信息中所占的比重，將總體均值和總體方差的估值表示為歷史批次和當(dāng)前批次的總體均值和總體方差的加權(quán)平均，利用這些估值建立控制圖和計(jì)算過(guò)程能力指數(shù)，構(gòu)建PECVD氮化硅薄膜的制造初期的質(zhì)量控制方法。

8、
　?。?）針對(duì) PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程的多輸入多輸出、兩種失控模式的特點(diǎn)，提出了基于總體協(xié)方差矩陣不同估值 MEWMA控制圖的PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程的質(zhì)量控制方法。Hotelling T2和MEWMA控制圖使用的前提都是要求總體協(xié)方差矩陣已知，但是在實(shí)際制造過(guò)程中總體協(xié)方差矩陣通常都是未知的，需要使用樣本協(xié)方差矩陣作為估計(jì)值，基于不同的估計(jì)值構(gòu)建控制圖的監(jiān)控性能有著重大的不同。本文在相關(guān)總體協(xié)方差估值研究成果的基礎(chǔ)上

9、提出五種總體協(xié)方差估值和MEWMA統(tǒng)計(jì)量的數(shù)學(xué)表達(dá)式；其次，對(duì)基于總體協(xié)方差的五種估值構(gòu)建的MEWMA控制圖進(jìn)行了仿真研究，尋找在在均值向量發(fā)生階躍偏移和單向持續(xù)偏移的條件下監(jiān)控效果最優(yōu)的MEWMA控制圖；構(gòu)建兩種失控模式下PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程的質(zhì)量控制方法。
　　本文以問(wèn)題為導(dǎo)向，企業(yè)的實(shí)際需求為依托，以統(tǒng)計(jì)學(xué)為理論根據(jù)，以正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真、物理試驗(yàn)為手段，研究了PECVD氮化硅薄膜制造過(guò)程質(zhì)量控制方法，為氮化硅