3.5. Причинно-следственная диаграмма

Как уже ранее отмечалось, качество изделий обеспечивается в процессе их изготовления и является результатом действия систе­мы факторов и причин, составляющих процесс. Все многообразие факторов и причин, составляющих технологический процесс, можно расслаивать с помощью 4М (см. § 3.1). Поэтому процесс изготовле­ния изделий, влияющий на качество изделия, можно рассматривать как взаимодействие 4М. Зависимость между процессом 4М, пред­ставляющим собой систему причинных факторов, и качеством, представляющим собой результат действия этих причинных фак­торов, можно выразить графически, как показано на рис. 3.18.

Если в результате процесса качество изделия оказалось неудов­летворительным, значит в системе причин, т. е. в какой-то точке процесса, произошло отклонение от заданных условий. Если эта причина может быть обнаружена и устранена, то будут произ­водиться изделия только высокого качества. Более того, если посто­янно поддерживать заданные условия хода процесса, то можно обеспечить формирование высокого качества выпускаемых изделий. Важно также, что полученный результат — показатели качества (точность размеров, степень чистоты, значение электрических вели­чин и т. д.) — выражается конкретными данными (поз. 10 на рис. 3.18). Используя эти данные, с помощью статистических методов осуществляют контроль процесса, т. е. проверяют систему причинных факторов. Таким образом, процесс контролируется по фактору качества (поз. 11 на рис. 3.18).

Рис. 3.18. Причинно-следственная диаграмма:

1 — система причинных факторов; 2 — основные факторы производства; В — материалы; 4 — оператор; 5 — оборудование, включая инструменты; 6 — ме­тоды операций; 7 — процесс 4М; 8 — следствие; 9 — параметры качества; 10 — показатели качества; 11 — процесс контролируется качеством

Для производства качественных изделий необходимо наиболее важным показателям качества (являющимся следствием) поставить в соответствие различные факторы производства (составляющие систему причинных факторов). Затем через воздействие на отрица­тельные факторы правильно подобранными мерами процесс вводят в стабильное состояние. Для этого важно хорошо понимать и конт­ролировать зависимость между характеристиками качества (следствием) и параметрами про­цесса (системой причин­ных факторов). При этом удобно использовать при­чинно-следственную диа­грамму, приведенную на рис. 3.19, которую из-за своего внешнего вида ча­сто называют «рыбьей ко­стью» или «рыбьим скеле­том».

Рис. 3.19. Причинно-следственная диаграмма («рыбья кость»):

1 — система причинных факторов; 2 - показатель

ка­чества (следствия)

Как показано на рис. 3.19, показатели качества (2), являющиеся «хреб­том» этого скелета и в то же время следствием (ре­зультатом) различных причин (факторов),— причины А, причины В и т. д. На рис. 3.19 они обозначены стрелками, которые называют «большими костями». Эти причины являются, в свою очередь, следствием других причин: A₁ ,A₂, ... (для следствия А); В₁, В_г, ... (для следствия В) и т. д. («средние кости»). Все они также обозначе­ны стрелками, направленными к соответствующим следствиям. Вторичным причинам могут соответствовать третичные причи­ны — G’₁ и т. д. («малые кости»).

При поиске причин важно помнить, что показатели качества, являющиеся следствием процесса, обязательно испытывают раз­брос. Поиск факторов, оказывающих особенно большое влияние на разброс показателей качества изделия (т. е. на результат), называют исследованием причин.

Таким образом, причинно-следственная диаграмма позволяет выявить и систематизировать различные факторы и условия (напри­мер, исходные материалы, условия операций, станки и оборудова­ние, операторы), оказывающие влияние на рассматриваемую про­блему (на показатели качества).

Рис. 3.20. Причинно-следственная диаграмма для анализа дефектов СБИС: Большие «кости» причинных факторов: I — этап проектирования и изготовления фотошаблонов; II — этап переноса, совмещения и проявления рисунков фотошаблонов на подложки СБИС; III — этап 1-й и 2-й термооб­работок; IV — этап травления топологии и удаления фоторезиста маски.

Средние и малые «кости» причинных факторов:

1 — ошибки в техническом задании ТЗ); 2 — невнимательность проектировщика; 3 — сбои в работе оборудования; 4 — сбои в работе генератора изображения; 5 — искажение объек­тива; 6 — сбои координатного стола фотоповторителя; 7 — сбои в работе ЭВС; 8 — низкое качество фотопластин; 9 — скрытые дефекты в стекле; 10 — некачественный фотоэмульсион­ный слой; 11 — несоответствие контрастности, разрешающей способности и т. д. фотопла­стин техническому условию (ТУ); 12 — нарушение условий хранения, транспортировки и т. д. фото пластин; 13 — недостаточная производственная чистота; 14 — погрешность конт­рольно-измерительного оборудования; 15 — снижение качества фотошаблонов в процессе эксплуатации; 16 — загрязнение фотошаблонов; 17 — осколки кремниевых пластин; 18 — за­грязнение используемыми химическими реактивами; 19 — износ фотошаблонов; 20 — повре­ждение маскирующего слоя при отмывке фотошаблонов; 21 — проявление заложенных скрытых дефектов фотошаблонов; 22 — погрешности контактной фотолитографии; 23 — не­достаточный зазор при совмещении; 24 — слишком плотный контакт; 25 — пропущенный брак фотошаблонов; 26 — нарушение режимов проявления и экспонирования; 27 — переэкс­понирование; 28 — перепроявление; 29 — несоблюдение режимов термообработок; 30 — по­вышенная температура 2-й сушки (расплывание фоторезиста); 31 — превышение времени сушки (растрескивание и т. д.); 32 — загрязнение подложек; 33 — попадание на подложки окалины из оборудования для сушки; 34 — несоблюдение оператором технологических норм; 35 — нарушение технологических режимов травления и удаления фоторезиста, 36 — перетра­вление; 37 — несоблюдение концентрации травителя; 38 — износ оборудования; 39 — ошиб­ки технологов и операторов; 40 — ошибка в выборе методов травления и удаления фоторе­зиста; 41 — ошибка в выборе травителя; 42 — ошибка в выборе режимов; 43 — проявление скрытых дефектов, заложенных на предыдущих операциях; 44 — контроль, 45 — погреш­ности оператора; 46 — погрешности методик контроля; 47 — случайные факторы; 48 — уро­вень профессионализма обслуживающего персонала; 49 — обучение и практика, 50 — рабо­тает постоянно или временно; 51 — уровень мастерства; 52 — стаж работы, 53 - одежда; 54 — личные достижения; 55 — подготовка рабочего места; 56 — уборка, 57 — индикация безопасности; 58 — вентиляция; 59 — шум; 60 — освещение; 61 — температура, 62 — уро­вень дизайна

Информация о показателях качест­ва для построения диаграммы собирается из всех доступных источ­ников: используются журнал регистрации операций, журнал регист­рации данных текущего контроля, сообщения рабочих производст­венного участка и т. д. При построении диаграммы выбираются наиболее важные с технической точки зрения факторы. Для этой цели широко используется экспертная оценка. Очень важно просле­дить корреляционную зависимость между причинными факторами (параметрами процесса) и показателями качества. В этом случае параметры легко поддаются корреляции. Для этого при анализе дефектов изделий их следует разделить на случайные и системати­ческие, обратив особое внимание на возможность выявления и по­следующего устранения в первую очередь причины систематических дефектов.

Сложная причинно-следственная диаграмма анализируется с по­мощью расслоения по обязательным факторам, таким, как матери­алы, исполнители, время проведения операций и др. При выявлен­ной заметной разнице в разбросе между слоями принимают соот­ветствующие меры для ликвидации причины ее появления. В ре­зультате должны остаться только случайные дефекты, уменьшить число которых значительно сложнее, но также возможно с помо­щью причинно-следственной диаграммы. Следует рекомендовать такую последовательность ее построения:

1. За заданный срок собрать данные, которые могут иметь отношение к браку, выявить количество видов дефектов и подсчи­тать сумму потерь, соответствующую каждому из видов.

2. С помощью диаграммы Парето и ABC-анализа оценить вклад каждого вида, в первую очередь систематических дефектов, в суммарный брак изделий, определив группы А, В и С видов дефектов.

3. Разбить весь процесс жизненного цикла изделия на основные этапы, влияющие на появление групп дефектов А и В.

4. Построить причинно-следственную диаграмму выбранных групп дефектов.

5. Рассортировать причины на устранимые, трудноустранимые и неустранимые.

6. Подготовить и реализовать план мероприятий по исключе­нию устранимых и уменьшению влияния трудноустранимых при­чин.

7. Собрать данные (за определенный срок после выполнения плана мероприятия), имеющие отношение к браку изделий; выя­вить количество дефектов, отнесенных ранее к группам А и В подс­читать сумму потерь, соответствующую каждому из этих видов де­фектов.

8. Построить вновь диаграмму Парето и проверить эффектив­ность проведенных улучшений.

Для примера можно рассмотреть процесс фотолитографии, вли­яющий, как видно из рис. 3.16, в большей степени, чем другие процессы изготовления кристалла, на дефектность ИС.

В то же время, как показывает отечественный и зарубежный опыт, основ­ными видами дефектов в результате этого процесса являются систе­матические дефекты (отклонения от заданного топологического рисунка), дефекты совмещения, ошибки топологии (пропуск на фо­тошаблоне элементов и т. п.) и случайные дефекты (выступы, ост­ровки, разрывы, пробелы, царапины, грязь, твердые частицы и т. п.).

Рис. 3.21. Причинно-следственная диаграмма для анализа отклонений от заданного топологического рисунка: 1.1 – дефекты в виде отклонений от заданного топологического рисунка.

Основными и сравнительно автономными этапами фотолитог­рафии, которые в свою очередь могут влиять на указанные дефекты, являются проектирование и изготовление фотошаблонов, перенос, совмещение и проявление рисунков фотошаблона на подложку СБИС, первая и вторая термообработки, удаление фоторезиста маски. Причинно-следственная диаграмма зависимости указанных дефектов СБИС и причин, соответствующих этапам фотолитог­рафии, приведена на рис. 3.20. Аналогичные причинно-следственные диаграммы могут быть построены отдельно для каждого вида дефекта.

На рис. 3.21 с использованием данных рис. 3.20 построена при­чинно-следственная диаграмма для дефектов отклонений от задан­ного топологического рисунка.

Контрольные вопросы

1. Какой метод расслаивания, широко применяемый при анализе производст­венных процессов, вам известен и как осуществляется расслаивание этим мето­дом?

2. Какие условия необходимо соблюдать при расслаивании статистических данных?

3. Какова цель расслаивания статистических данных с помощью дисперсионного анализа?

4. Как можно оценить степень корреляционной связи двух исследуемых призна­ков с помощью диаграммы разброса?

5. Что такое временной лаг и с какой целью его применяют?

6. Как можно с помощью диаграммы Парето распределить усилия для решения конкретной проблемы?

7. Поясните порядок построения причинно-следственной диаграммы.

8. Как можно использовать результаты анализа причинно-следственной диа­граммы для управления качеством выпускаемой продукции?