等離子體增強化學氣相沉積氮化硅薄膜制造過程質量控制方法研究.pdf

1、等離子體增強化學氣相沉積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）的氮化硅（SiNx）薄膜(以下簡稱PECVD氮化硅薄膜)是提高太陽能電池光電轉換效率的關鍵，研究PECVD氮化硅薄膜制造過程的質量控制技術能夠提高產品的成品率、合格率、優(yōu)質率，促進太陽能電池相關行業(yè)的快速發(fā)展，對我國太陽能電池行業(yè)有非常重要的理論和現實意義。
　　在國內外已有的研究成果的基礎上，本文圍繞著PEC

2、 VD氮化硅薄膜制造過程質量控制提出工藝參數具有相關性時的故障診斷、制造初期的質量控制和兩種失控模式下的質量控制三個的科學問題。基于已有的氮化硅薄膜沉積技術、正交試驗設計、貝葉斯理論、多元統(tǒng)計技術、多元診斷、計算機仿真技術等研究了PECVD氮化硅薄膜的工藝參數快速優(yōu)化、基于路徑圖的制造過程故障診斷、基于貝葉斯理論制造過程初期的質量控制、兩種失控模式下多元統(tǒng)計過程質量控制四個關鍵技術，建立了PECVD氮化硅薄膜的工藝參數快速優(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程初期質量控制模型，基于多種總體協方差矩陣估值構建的多元指數加權移動平均（Multivariate Exponentially Weighted Mo ving-Avera ge，MEWMA）控制圖的質量控制模型。具體研究內容從以下幾個方面展開：
　?。?）分析了 PECVD氮化硅薄膜的制造過程，論述了氮化硅薄膜的關鍵質量特征以及影響關鍵質量特征的關鍵影響因素。闡述了PECVD氮化硅

4、薄膜制造過程質量控制的特點，分析了基于統(tǒng)計過程控制的質量控制方法應用于PECVD氮化硅薄膜制造過程時存在的問題，提出了PECVD氮化硅薄膜制造過程質量控制的科學問題，提出了與PECVD氮化硅薄膜制造過程質量控制方法相關的四個關鍵技術，提出了PECVD氮化硅薄膜質量控制模型。
　　（2）通過領域知識和專家意見獲取氮化硅薄膜的主要影響因子和質量特性參數，利用單因素物理實驗確定了各主要影響因子和質量特征值之間的關系，提出了沉積參數快速優(yōu)

5、化的一般過程，給出了基于“綜合評分法”多響應優(yōu)化過程的綜合評分計算方法和評分規(guī)則，分析得到最佳的沉積工藝參數，從而減少了大量的實際物理試驗，提出了PECVD氮化硅薄膜制造過程的工藝參數快速優(yōu)化方法。
　　（3）利用領域內專家的經驗構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成一種統(tǒng)一的含有p個獨立因式的分解方式，并在過程均值向量與協方差矩陣未知的情況下利用F分布確定

6、各分解項的控制上限。通過已確定的各分解項的控制上限，確定各個變量對失控信號的貢獻值，并且用它來確定導致制造過程失控的根本原因，實現PECVD氮化硅薄膜多元統(tǒng)計過程診斷，解決了在PECVD氮化硅薄膜制造過程工藝參數具有相關性及過程均值向量與協方差矩陣未知的情況下的故障診斷問題，提出了基于路徑圖的PECVD氮化硅薄膜制造過程故障診斷方法。
　　（4）針對在PECVD氮化硅薄膜制造過程初期具有多批次小批量的制造特征，經常面臨樣本容量不足

7、的問題，提出了基于貝葉斯理論的PECVD氮化硅薄膜制造初期的質量控制方法。利用ANOVA方差檢驗和Bartlett齊次檢驗的方法從歷史批次中篩選出與當前批次類似的樣本數據，利用貝葉斯理論分析歷史數據提供的先驗信息，引入EWMA系數來調節(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前批次的總體均值和總體方差的加權平均，利用這些估值建立控制圖和計算過程能力指數，構建PECVD氮化硅薄膜的制造初期的質量控制方法。

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

9、提出五種總體協方差估值和MEWMA統(tǒng)計量的數學表達式；其次，對基于總體協方差的五種估值構建的MEWMA控制圖進行了仿真研究，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；構建兩種失控模式下PECVD氮化硅薄膜制造過程的質量控制方法。
　　本文以問題為導向，企業(yè)的實際需求為依托，以統(tǒng)計學為理論根據，以正交試驗設計、計算機仿真、物理試驗為手段，研究了PECVD氮化硅薄膜制造過程質量控制方法，為氮化硅