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

1、等離子體增強化學(xué)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(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵，研究PECVD氮化硅薄膜制造過程的質(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，促進太陽能電池相關(guān)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(xiàn)實意義。
　　在國內(nèi)外已有的研究成果的基礎(chǔ)上，本文圍繞著PEC

2、 VD氮化硅薄膜制造過程質(zhì)量控制提出工藝參數(shù)具有相關(guān)性時的故障診斷、制造初期的質(zhì)量控制和兩種失控模式下的質(zhì)量控制三個的科學(xué)問題。基于已有的氮化硅薄膜沉積技術(shù)、正交試驗設(shè)計、貝葉斯理論、多元統(tǒng)計技術(shù)、多元診斷、計算機仿真技術(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程故障診斷、基于貝葉斯理論制造過程初期的質(zhì)量控制、兩種失控模式下多元統(tǒng)計過程質(zhì)量控制四個關(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。具體研究內(nèi)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(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、薄膜制造過程質(zhì)量控制的特點，分析了基于統(tǒng)計過程控制的質(zhì)量控制方法應(yīng)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(zhì)量控制的科學(xué)問題，提出了與PECVD氮化硅薄膜制造過程質(zhì)量控制方法相關(guān)的四個關(guān)鍵技術(shù)，提出了PECVD氮化硅薄膜質(zhì)量控制模型。
　?。?）通過領(lǐng)域知識和專家意見獲取氮化硅薄膜的主要影響因子和質(zhì)量特性參數(shù)，利用單因素物理實驗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、化的一般過程，給出了基于“綜合評分法”多響應(yīng)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(shù)，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(shù)快速優(yōu)化方法。
　?。?）利用領(lǐng)域內(nèi)專家的經(jīng)驗構(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個獨立因式的分解方式，并在過程均值向量與協(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(dǎo)致制造過程失控的根本原因，實現(xiàn)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(shù)具有相關(guān)性及過程均值向量與協(xié)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。
　?。?）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(jīng)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(zhì)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(dāng)前批次類似的樣本數(shù)據(jù)，利用貝葉斯理論分析歷史數(shù)據(jù)提供的先驗信息，引入EWMA系數(shù)來調(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算過程能力指數(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 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(xié)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(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，但是在實際制造過程中總體協(xié)方差矩陣通常都是未知的，需要使用樣本協(xié)方差矩陣作為估計值，基于不同的估計值構(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)計量的數(shù)學(xué)表達式；其次，對基于總體協(xié)方差的五種估值構(gòu)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(gòu)建兩種失控模式下PECVD氮化硅薄膜制造過程的質(zhì)量控制方法。
　　本文以問題為導(dǎo)向，企業(yè)的實際需求為依托，以統(tǒng)計學(xué)為理論根據(jù)，以正交試驗設(shè)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(zhì)量控制方法，為氮化硅