紀錄管制圖使用的一些心得、誤區

1. SPC 問答錄
Made by Victor Huang
2019.03.15

2. 課程大綱
 1.管制圖的基本知識
1.1 工程師必須之知道的SPC術語、
1.2 製程中哪裡要建SPC ?
1.3 TS2 管制界線的計算和現實的差距、
1.4 管制圖要告訴你的的事
 2.製程能力評估-計量型和計數型的算法
 3.管制圖的管理-
 3.1 公式到UI，如何教工程師建立SPC、如何建立管制界線
 3.2 WECO rule有甚麼問題、如何導入?何時縮減、
 3.3 Alarm 的處理、SPC Alarm 與 Real time SPC 如何連結?
 4.OCAP 要怎麼work?

3. 課程大綱
 5.EDA工程資料分析 & SPC的關係
 EDA 和 Offline SPC 分析
 統計分析軟體
 6.Real Time SPC vs. Off line –SPC-你們廠內真的有SPC 嗎?
7.SPC 管理報表要如何設計?
 8.你真的敢Hold 機台?
9.建立SPC系統底層架構-從無到有，從硬體到軟體
 10.設備參數的SPC 監控?
 EQ CL 如何縮減?
 Particle CL如何設定?
 11.甚麼是APC、FDC?

4. 術語
名詞
計數型數據(Attributes Data) 好與壞、合格品與不合格品
計量型數據(Variable Data) 連續的數，多少錢、公分、重量、速度…
管制圖
中心線、管制上限、管制下限
基本上包含中心線、管制上限、管制下限，可以用來
看製程是否穩定的圖形
普通原因、特殊原因 恐怖分子與普通死老百姓
常態分佈 以平均值為中心兩邊3倍標準差對稱的鐘型曲線
製程能力
就是「製程」在固定生產條件並在穩定管制下的產品
生產品質(quality)能力。
標準差、平均值 值到一組數據的平均值的距離
統計值 由樣本數據所計算出來的值
統計管制 所有特殊原因已被排除，只有普通原因
統計製程管制 使用管制圖讓製程保持在統計管制的穩定狀態
變異 壞分子、惡勢力、壞菌

5. Fab SPC Scope
▪ SPC的管制對象生產過程中的各種影響因素上，進行
預防性的品質管制。
SPC Control
Wafer start
Equipment para.
(Pressure.Temp…)
Quality Output
(CD.TK...)
CP
Facility
(VOC,WRS…)
Material
(Purity…)
Equipment Monitor
(TK, Particle)
MSA

6. Necessary Item 是否皆完成建 Chart?
產品特性SPC
控片定期監測
設備參數管制
WAT 管制
環境監測
Necessary
Items
Definition

7. TS2 管制界線的計算和現實的差距






−
=
−
=
2
6
6
d
R
LSL
USL
LSL
USL
Cp
c







−
=
−
=






−
=
−
=
2
2
3
3
3
3
d
R
LSL
X
LSL
X
CPL
d
R
X
USL
X
USL
CPU
c
c


s
LSL
USL
LSL
USL
Pp
p 6
6
−
=
−
=

s
LSL
X
LSL
X
PPL
s
X
USL
X
USL
PPU
p
p
3
3
3
3
−
=
−
=
−
=
−
=








−
=






−
=
2
2
3
3
d
R
LSL
X
CPL
d
R
X
USL
CPU
s
LSL
X
PPL
s
X
USL
PPU
3
3
−
=
−
=
Unilateral
Tolerances
Bilateral
Tolerances
Cp
Cpk
Pp
Ppk
Sigma
Definition
( )
1
2
−
−
=

n
X
X
s i
None
None
2
d
R
s =
based on this formula.

8. Shewhart 管制圖假設與現況
抽樣分配
製程分配
UCL
n
X
x



=
=
LCL
X
UCL
LCL
X
抽樣分配
製程分配
2
2
2
3
3
3
3
d
R
n
d
R
n
R
A
X
X
x
x
=

=

=


=






n
n
X
X
X
X
X
X
,...,
,
,...,
,
2
1
2
1
S
X
LCL
S
X
UCL

−
=

+
=
3
3
1
)
( 2
−
−
=

n
X
X
s i
沒告訴你的事

9. 平均值與全距圖
UCL
LCL
R-chart
x-Chart 缺點移動
沒有缺點移動
(製程平均值正向上移動)
抽樣分配
UCL
LCL
要告訴你的事

10. 平均值與全距圖
UCL
LCL
LCL
R-管制圖 顯示出遞增
x-管制圖
UCL
管制圖最初並未顯示遞增
製程變異性在遞增中
抽樣分配
要告訴你的事

11. 變異來源
因子 特殊原因 共同原因
特
性
1. 不正確的物料
2. 不正確的操作方法
3. 作業員疲勞
4. 新手不熟悉
5. 不正確的設備工具
6. 機器故障
7. 停電
8. 地震
9. 水災
1. 機器老化
2. 產品設計不良
3. 環境不良(溫度、灰塵、濕度、光線)
4. 生產線排序不當
5. 合格物料的變異

12. WECO rule有甚麼問題
▪常用之管制圖異常判定法則
▪ WE1,WE5：1點超過  3
違反WE1的機率: P = (1-99.7)/2=0.15%
▪ WE2,WE6：連續三點中有兩點超過  2 。
違反WE3的機率: P = = 0.15 %
▪ WE3,WE7：連續五點中有四點超過  1 。
違反WE5的機率:P = = 0.27 %
▪WE4,WE8：連續八點在中心線的同一側。
違反WE7的機率: P=(1/2)8=0.39%
▪WE9,WE10：連續七點上升或下降。
違反UMC07的機率: P=0.01~0.05%
違反rule的發生機率很低,
故製程異常的可能性很高
)
2
955
.
0
1
1
(
)
2
955
.
0
1
( 2
3
2
−
−

−

C
)
2
683
.
0
1
1
(
)
2
683
.
0
1
( 4
5
4
−
−

−

C
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
CL
UCL
LCL
違反WE3
違反WE2
違反WE5
違反WE8
違反UMC3
+3
+2
+1
-2
-1
-3

13. 如何設計管制圖
• 管制圖假設與現況是決定管制界線的設定，依假設，
管制圖穩定了，沒有組內變異了，才會依公式去查
A2，D3、D4的管制界線參數表，但實際情況是相反
的，這也是真的有玩過管制圖與看書照著做的不同。
• 總歸就是Alarm 高低，會促使你反思這個問題，如過
繞得出來，你的功力又會上升了。

14. 平均值與全距管制圖
▪使用時機：計量型數據，每一樣本之樣本量n<10時。
Ex：產品CD量測時，每一Lot抽一片，每一片量5 點，此時樣
本量 n =5，適合使用平均值與全距管制圖。
管制圖類別 管制界限計算公式
平均數管制圖
( X -Chart)
R
A
X
X
LCL
R
A
X
X
UCL
X
CL
X
X
X
X
X
2
2
3
3
−
=
−
=
+
=
+
=
=


全距管制圖
(R-Chart)
R
D
R
LCL
R
D
R
UCL
R
CL
R
R
R
R
R
3
4
3
3
=
−
=
=
+
=
=



15. 平均值與標準差制圖
▪ 使用時機 ：計量型數據，樣本量n 並無限制。
(n<5 時 S-chart與R-chart趨勢一致，當n>10時R-chart 易受離值群值影響。)
Ex：產品WAT參數建立管制圖，每一Lot 25片，每一片量5筆資料，此
時 n=125，適合使用平均值與標準差管制圖。
▪ 平均值與標準差制圖( -S Chart)
X
管制圖類別 管制界限計算公式
平均數管制圖
(X -Chart)
S
A
X
X
LCL
S
A
X
X
UCL
X
CL
X
X
X
X
X
1
1
3
3
−
=
−
=
+
=
+
=
=


標準差管制圖
(S-Chart)
S
B
S
LCL
S
B
S
UCL
S
CL
S
S
S
S
S
3
4
3
3
=
−
=
=
+
=
=



16. 缺點數管制圖(C Chart)
▪ 缺點數管制圖(C Chart)
總組數
各組缺點數之總和
=
=

m
c
c
i
0
LCL
c
3
+
c
=
UCL
c
CL
=
=
▪ 管制界限：
▪ 使用時機 ：最常用在Particle 的管制，但是重點在管制界線的設定。

17. X-Rm Chart(個別值與移動全距管制圖)

18. Chart UI 設計
項目 屬性
Chart Group
Active Yes or no
Data collected Type Lot or Wafer
Necessary by Key node or Customer
Control Type PROD, Daily, EQ
項目 屬性
PRODUCT Recipe
PROCESS Chamber
ROUTE Parameter
STEP Chart Category
Area
項目 屬性
Chart Modification Lot type or slot
Define EQ ID
1.Clear, 2.Add(create new)
3.Update(update old),4.Delete(delete chart)
5.Specification
(update control
limit/rule)
6.Mail define
(define response)
7.Dup1Icate
8.Cancel: close
9.Find:produce the
condition

19. Chart UI 設計
Exclude/Except
Product
Process
Route
Recipe
Chamber
Step
Monitor Type
Insert, Remove, Save
Define Chart Type
XBAR Chart
EANBLE USL
X-BAR Target
N LSL
SIGMA
Control Limit Yes or no
Control Spec Yes or no
Alarm rule Yes or no
Control type Calculated or user define
Spec Type Both or lower/upper side

20. Chart UI 設計
Rule Name Description Alarm Only notice Hole lot Hold EQ
WE1
WE2
WE3

21. 中央極限定理 Central Limit Theory
中央極限定理指不論母體的分佈如何﹐其平均數的分佈都會傾向常態分佈(Normal
Distribution)﹐當抽樣數達到4以上時﹐平均數開始有顯著常態分佈的現象﹐此即管
制圖抽樣數大多採用4或5的原因﹐而當抽樣數大於30時﹐其平均數分佈可以視為常
態分佈！
抽樣分配
製程分配
平均值
管制下限 管制上限
n
X
x



=
=

22. 常態分佈機率

23. 製程能力分析
偏差
誤差
增加精確度 (Precision)
增加準確度
(Accuracy)
Ca
Cp
Cpk

24. 了解【製程能力】後可以做什麼？
• 提供資料以利新產品的設計或現有產品的品質改善。
• 驗收一項全新或經過修理後設備的製程能力是否可以
允收。
• 幫助我們選擇不同的原材料、任用新的操作人員或採
用新的作業方法。
• 對一生產批調整各項生產因素作成實驗計畫，挑選出
最佳的製程參數組合。
• 當製程能力超過規格容許差時，可設定一適當的中心
值，使其能最經濟生產。

25. 製程能力
• 一個製造工程的能力是由許多因素所組成的，從產品的設計開
始，包含原材料(Material)、機器(Machine)、設備
(Equipment)、作業方法(Method)、作業者的技能(Man)、檢
驗設備(Measurement Equipment)、檢驗方法、檢驗檢查的技
能…等因素
• 所以要討論製程能力前，必須要先固定這些可能影響製程能力
的所有因素。

26. 製程能力分析
•檢驗目前之集中趨勢，Ca值愈小表示製程平
均值離規格中心愈近。
•注意：單邊規格因沒有規格中心值故不能算
Ca
•檢驗目前之離中趨勢，Cp值愈大表示
製程變異愈小。
𝐶𝑝𝑘 = 𝑀𝑖𝑛(
ሜ
𝑋 − 𝐿𝑆𝐿
3𝜎
,
𝑈𝑆𝐿 − ሜ
𝑋
3𝜎
)
= 𝐶𝑝 × (1 − 𝐶𝑎 )
 雙邊、單邊規格皆適用
𝐶𝑝 =
𝑈𝑆𝐿 − 𝐿𝑆𝐿
3𝜎𝑠
𝐶𝑎 =
ത
𝑋 − 𝑇𝑎𝑟𝑔𝑒𝑡
ൗ
𝑇
2
T=USL-LSL
 只適用雙邊對稱規格

27. 製程能力分析
無準確度經度好 無準確度無精度 確確度好無精度 確確度好精度也好
時間 時間 時間 時間

28. 製程能力分析
平均值未偏離規格中心值
3𝜎 ҧ
𝑥
2𝜎 ҧ
𝑥
1𝜎 ҧ
𝑥
3𝜎 ҧ
𝑥
3𝜎 ҧ
𝑥
3𝜎 ҧ
𝑥
Cpk=2
Cpk=1.67
Cpk=1.33
LSL USL

29. 建構SPC要項
⚫ 廠內SPC data 收集基礎架構
⚫ SPC Chart分析應用系統
⚫ SPC Charts的管理
• 範圍：產品、測機、設備參數、電性
• 建charts(Xbar-R/S)的時機與步驟
• 管制界線與alarm rule設定
• 異常處理OCAP與管理

30. 資料自動化傳輸架構
DCU
EAP
Sensor Based
MES
Database
Equipment
直接連線
Equipment
DCU
Equipment
EAP
透過EAP資料收集
透過Pass through 機制
Metrology based
Sensor Based

31. 資料傳輸界面考量
•需考量不同量測機台端的界面：包含不同傳輸介面RS232、RS485 、
RS422、GPIB、USB、PLC控制並可連結無線傳輸模組等資料傳送並
結合SPC chart 發送異常通知。
CMM三次元量床
CNC影像檢測
卡尺分厘卡
SPC異常通知
OCAP

32. WECO Rules
• 西方電器公司之異常警示原則(WECO rules)：
– Rule1: 任一數據落在管制界限之外(與中線距離超過 3 sigma)
– Rule2:連續三點中的兩點落在 2 sigma之外 (與中線距離超過 2 sigma)
– Rule3:連續五點鐘的四點落在 1 sigma之外 (與中線距離超過 1 sigma)
– Rule4:連續九點在中線之同一側

33. 離線SPC 分析軟體開發
•計量/計數管制圖表：
• 直方圖、 X bar-R 、X bar-S、X-RM、散佈圖、製程合
併出圖、Short-Run、Box Chart、常態分配圖、製程能力趨
勢圖、P、Pn、C、U、柏拉圖、不良推移圖、層別法 分析
圖……
•製程能力評估:
• Max、Min、Ave、Std、Dev、UCL、CL、LCL、Ca、
Cp、Cpk、Ppk、USL、SL、LSL..相關圖表與指標，滿足User
分析需要。