半導体前工程（ウェハ加工工程）の課題とＩＴ技術

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ありあかんざとばる
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1 半導体前工程 ( ウェハ加工工程 ) の課題と IT 技術 2007 年 7 月 26 日 NEC エレクトロニクス ( 株 ) 本間三智夫

2 半導体前工程の課題目次これまでの IT 化の歴史情報連携機能別情報階層的情報 IT 化の方法 IT 化の課題まとめ

3 ラツキ制御要求微細化ノードバ90nm 半導体前工程の課題 ( 品質 ) バラツキ制御要求の増大を解決するためには装置メーカとデバイスメーカ間の情報交換の重要性増大 ( 品質制御と装置制御の融合 ) 前世代の関係に基づき装置側 /DM 側の責任分担決定 65nm AEC: 装置内部の FB/FF 制御 APC: 装置間を跨る FB/FF 制御 APC AEC 装置メーカーの差異化領域デバイスメーカーの差異化領域 FDC ( アラーム役 ) 45nm 装置の基本性能 (EEQA/EEQM) 装置プロセスの基本性能 32nm 先端プロセス要求性能 Source:2005SoC 製造エンジニアリングに関する調査報告書

4 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% <5 <10 <25 <100 <1000 <2000 >2000 オーダーサイズの分布イメージ半導体前工程の課題 ( コスト ) オーダサイズロットサイズの縮小は装置の有効稼働率 SoC 製造 Fab のロット枚数分布例 OEEを下 Hot-Lot 試作製品プロセス試作等 SoC では構成枚数の小さいロットの割合が多いげている ( 管理粒度の枚葉化 ) NPW Processing Set-Up ロット数割合 (%) 40% 35% 30% ロット数割合 ( 指数 ) 25% 20% 15% 10% 5% Unscheduled Down SoC 多品種変量対応製造 Fab のロット枚数分布イメージ生産制御技術の必要性を示唆平均サイズ以下 7 枚以下ロット 45% 平均サイズ平均サイズ :7 メシアン 0% フル 12 ロット内枚数ロットサイズ ( 枚 ) ロット内枚数の分布イメージライン Max Lot 枚数 OEE=Equipment Adding value is only 40%! Scheduled down waiting OEE: 装置が加工している時間率 ( 有効稼働率 ) Source - SEMATECH

5 半導体前工程の課題 ( 納期 ) 微細化によりマスク回数 ( 工程数 ) が増加するため顧客 TAT 要求を満たすために工程内のサイクルタイムを短縮しなければならない ( 生産性とサイクルタイムのバランス問題解決 ) マスク数TAT:Turn around Time マスクレイヤ当たりのサイクルタイムマスク回数 : 約 40 回工程数 : 約 700 微細化ノード

6 まとめ生産半導体前工程の課題 ( フレキシビリティ ) 見込みまとめ生産のリスクをさけるためにこまめ生産を実施しなければならないが低減搬送時間低減などの対策を実現しなければならない ( 装置観点とウェハ観点の情報統合 ) 工程 1NPW A A A A 工程 2 こまめ生産工程 1 工程 2 A B NPW: 非製品ウェーハ NPW B B B B NPW C C C C 作りすぎのムダ機会損失工程間の在庫の増大 A NPW C A オーダにあった生産開発とリンクした生産 B B B C 見込み生産大きな WIP 納期増大大きな品質事故 D 徹底した時間の削減搬送スケシュールの高度化迅速な品質管理技術確立等 E 新製品試作品の投入の増大品質確認の増大

7 これまでの IT 化の歴史それぞれの管理機能の自動化と人支援機能の高度化の IT 化が進んできた AGV/RGV: ロホット付自動搬送車 OHT: 吊り下げ式天井搬送車年代ウェハサイス 5 6 インチ 200mm 300mm 生産制御品質管理生産管理搬送全工程条件設定報告 PC 利用による履歴の統計解析仕掛実績把握人手搬送オンライン化率向上進度管理実績管理工程間 AGV 製品完全自動化管理図管理歩留管理システム化システム APC/FDC 予測管理生産シミュレータ利用工程間天井搬送特殊自動化工程内 AGV/RGV 情報の統合化指示高度化ロット単位の枚葉情報制御高速化 OHT 登場 EES の利用拡大

8 半導体工場イメージ装置 OHT: 吊り下げ式自動搬送者

9 MES H ソフトのプラットフォーム従来のソフトのプラットフォームは MES が役割を果たしていた (200mm 時代以前 ) (200mm 時代 :1990 年代 ) ホスト集中システム D/B MES 機能分散統合システム A B C M M M セルコントロールシステム MES H D/B BC PC C/T C/C M M M M D E F PC C/C M M M D/B H : ホスト M : 装置 D/B: データベース C/C M M M D/B MES: 工場ホスト ( ネットワークを含む ) C/C : セルコントローラ PC : データ出力ターミナル C/T : 通信端末 BC : 他システムとのネットワーク A~F: 各種機能サーバー ( 条件の指示, 報告の収集, 品質情報管理, 稼働情報管理, 順序の指示, 搬送コントロール etc)

10 情報連携の課題 ( 階層を跨る情報連携 )(1) 階層を跨った情報連携によりバラツキ制御を行うまた装置状態と連携したディスパティングを行う仕組み作りが必要生産管理情報 Factory System 品質管理情報 ( プロセス制御情報 ) Equipment group 装置管理情報 Equipment Copyright 2000 by Masato Fujita, Selete/Panasonic Inner equipment module parts

11 階層的品質管理ー装置プロセス制御装置プロセス制御ー日本が得意な装置プロセスの品質管理技術を製品の品質に結びつける技術開発が重要 EEQM 装置単体出来栄え品質プロセス結果出来映え膜厚などの保証装置機能品質 Temperature Pressure Gas 機能の Quality 保証制御の精度 (Offset Linearity など ) 制御逸脱の予測パーツレベル品質 Heater TC B. Valve CM MFC FM Component の Quality 保証オフセットドリフトの検知寿命予測プロセス結果 ( 出来栄え ) は装置の各機能によって支えられる装置の各機能は各パーツによって支えられる

12 御流量フィートハック制御電圧制階層的装置管理実例レヘル例内容図解ハーツレヘルマスフローメータ関係曲線のトリフトを監視しトリフト量が規格に達すると装置が自己診断してアラームを発するそれによりマスフローが故障する前に変更するマスフローメータ制御オフセットとトリフトを監視トリフト規格自己診断 5.5 機能レヘルウェハステーシウェハステーシの上下移動時間を監視し異常な時間分布がでてきたらメンテナンスを実施し故障前に処置をとるウェハステーシの上下移動 Operation time) /14 12/15 12/16 12/17 12/18 12/19 12/20 12/21 12/22 Calendar date Source 2002 e-manufacturing workshop ULVAC

13 2 つのラインバランス 1 装置能力の違いによるラインバランスネック設備の能力以上の能力を持つ設備はムダに能力を持っていることになる大規模ラインほど台数の調整で設備のムダ能力が小さくなる ( ラインバランスがよくなる ) 装置能力の違いによるラインバランス Equipment Group Capacity(%) 45,196 51,063 51,079 51,079 54,188 54,275 55,150 55,988 57,435 57,606 57,930 57,992 58,106 58,452 58,604 60,063 64,731 64,731 65,776 65,791 71,541 73,663 74,136 78,786 投資効率のロス 82,404 82,743 82,890 86,507 95,622

14 掛ロット数工程仕2 ジョブフローラインの仕掛の脈流によるラインバランス装置の台数が異なる生産では工期を一定レベルに設定するとラインのスループットが犠牲になる設備が不安定だったり多品種化で専用設備が多くなるとさらに生産能力低下が大きくなる仕掛が工程のよりバラツキ時間経過とともに変化する Lead time Relation between WIP and Lead time/output Lead time with equipment trouble Lead time Min EES Single wafer control APC/IM Integrated equipments Lead time Output Max Output 0 Output Output with Equipment trouble A WIP B

15 IT 化の方向 IT 化するドメイン ( 機能と階層 ) を限定するリソースをそのドメインで利用できる構造にモデル化する再利用化できる構造化を図るリソースを利用する業務者を決める ( 場合によっては自動化を考える ) その後リソースモデルを集合した新たなコンポーネントを作るこのコンポーネントをベースに機能別の判断ルールや業務フローなどを個別に決定しコンテンツ化する

16 工場の能動的可視化と俊敏な実行体制工場の変化する状況を戦略的に分析し解決施策を導き出すリソース能動的な可視化解決実行 Device Quality Assurance 製品 QA in process condition control Process conditions parametric assurance (such as level) Data spec 装置人 Copyright 2000 by Masato Fujita, Selete/Panasonic Event Begin Item Task Tool activity QA QA of process actuators End Eent Generation Operation Item Consumption Utilization loading Resource Order Lot WIP 再利用 / 構造化プラットフォーム化モデル化階層化戦略に従った分析検討責任と権限専任部隊固有技術者 Source:STRJ/FITWG

17 IT 化の課題コンテンツを以下に特許や著作権で守れるかの研究が不十分技術移転できるものと秘密として秘匿しなければならないものの区別が難しい例 : プロセスレシピーは特許になるのか設計情報と販売情報の連携はどのようにして実現すればいいのか

18 ECM とSCM の融合設計情報と販売情報は流れるように連携する必要がある Process development ECM Pilot production e-mfg Mass production SCM Engineering data Process develop customer design Hierarchical Quality Assurance DFM mask Sales data RosettaNet Wafer Fab YMS PCS EES APC AEC MES MCS PV Agile-Mfg DFM :Design for Manufacturing Assemble TEST Fab YMS :Yield Management System MES :Manufacturing Execution System MCS: Material control system PCS : Process Control System

19 まとめ半導体前工程は微細化と多品種化の進展にともない情報量の爆発的増大と業務領域を跨る情報の連携のニーズが増大これまでの IT 化は機能毎のシステム開発今後は機能化や階層間を跨る IT システムの開発が重要今後の IT システムはドメインの最適化と再利用できるコンポーネントの作成がプラットフォーム作成で重要コンテンツの特許化著作権化の研究が重要 ECM と SCM の統合化を指向

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