原因分析
ジョージア Z. モーガン、シニア統計学者、退職
原因分析は、単一または複数の異常の原因要因を調査、分析し、最終的に特定するために使用されるタスクに適用される一般的な用語です。 高度な機械学習手法やその他のデータ マイニング ツールにより、データ分析の時間と労力が削減されました。
データの準備、つまりデータを取得して情報に変換する手順には、その分野の専門知識が必要です。 複雑な製造プロセスの根本原因を解決するには、各分野の専門家が異なる部門の組織に所属し、データが異なるソースから取得されている可能性があります。
私の経験は他の人にも共有されています。
「多くの場合、データは異なるシステムに存在しており、そこにアクセスして、データ マイニングや機械学習に使用できるデータ セットに変換する必要があります。…
これには、多くの場合、大量のデータの集約と変換が必要になります。 分析用の単一の分析ベース テーブルが集約されると、ライフ サイクルの他の側面が機能し始めます。 データを実験する必要があるため、最も正確な予測結果を得るためにアナリストがさまざまな種類のデータを試す準備段階も非常に反復的です。 」
(な)、 (nd)、 AからZまでのデータマイニング。217 年 7 月 31 日、SAS Web サイトから取得https://www.sas.com/content/dam/SAS/en_us/doc/whitepaper1/data-mining-from-az-104937.pdf
「私が何度も指摘してきたように、データのマイニングと質問に答えることの間には大きな違いがあります。 どのデータセットも現実を特定的に垣間見ることができますが、すべての存在全体についての完璧で全体的かつ公平なビューを提供する単一のデータセットはありません。 これは、データ分析に関しては、統計学の博士号を取得することよりも、見ているデータを理解することの方が多くの点ではるかに重要であることを意味します。 」
Leetaru, K. (2016 年 6 月 12 日)データサイエンス分野でさらに多くの専門家が必要な理由。 2017 年 7 月 31 日、フォーブス Web サイトより取得https://www.forbes.com/sites/kalevleetaru/2016/06/12/why-we-need-more-domain-experts-in-the-data-sciences/#14ee761e3b50
私の経験でも次のようなことがあります。
- ほとんどのデータの反復には時間がかかります。
- 結合はほとんどの場合オフラインであるため、反復ごとに別の会議が必要になります。
- アジャイルではありません!
このプレゼンテーションには 2 つの目的があります。 私の主な目標は、テーブルを結合する際に、JMP 仮想結合が根本原因分析チームの機敏性を高めるのにどのように役立つかを実証することです。 私の第二の目標は、提示される原因分析に対する代替案を収集することです。この例は、私が経験した実際の問題を説明したものではなく、何が問題になるかについてのいくつかの経験に基づいているという点で仮説です。 また、すべてのデータはシミュレーションされています。 この例は半導体 (IC) 製造を例にしていますが、この問題はどの加工工場でも、あるいは医薬品研究でも発生する可能性があります。
データと異常のコンテキストを提供するために IC 製造の側面の概要を説明し、その後、仮想結合に関する詳細をいくつか説明し、その後、分析を説明します。ここで示した例は、添付の資料に記載されている 2 つの例のうちの 1 つであることに注意してください。
キーワード:異常、 RCA (根本原因分析)、データマイニングツール、半導体製造、JMP® 仮想結合、JSL、リエントラントプロセス、IC (集積回路)、FEOL (フロントエンドオブライン)、BEOL (バックエンドオブライン)、EOL (エンドオブライン)ライン (通常、歩留まりおよび性能テスト、および金型準備)、PM (予防保守)。
いくつかのコンテキスト
集積回路 (IC) は、酸化、注入、さまざまな導電性とバリア (非導電性) 特性を持つ膜やスパッタリングされた金属の堆積、パターニング、平坦化、そしてもちろん洗浄と測定といった多数の処理ステップから作成されます。 それは、ベアのドープされたシリコン ウェーハ [1] から始まり、ウェーハごとに複数のダイ (IC) で終わります。 ウェーハあたりのダイの最大数は、ウェーハ サイズ (直径) とダイ サイズによって異なります[2]。 図 1(L) を参照してください。
図 1(R) は、5 層 Cu 金属相互接続 BEOL を備えたチップの非常に小さなセグメントを描いた漫画です [3]。アーキテクチャ、金属の厚さ、レイアウト、そして場合によってはレシピが各 Cu 層で異なる場合がありますが、通常、それらは同じ工場エリア (ファブベイ) で同じツールで処理されます。
図1 ( L ) 平らで完全に加工されたノッチ付きのベアシリコンウェーハ 25 枚のキャリア ( R ) 5 層 Cu 相互接続 BEOL の IC グラフィック。
FEOL と BEOL はセグメント化されています。 たとえ微量の Cu であっても、すぐに酸化物を通って拡散し、欠陥が生じ、ゲート酸化物の品質が低下します。
図 2 は、FEOL の考えられるファブ (工場) レイアウトを示しています [4]。 同じ種類および機能の処理装置がベイに配置されています。 それらのレイアウトは、大量の化学薬品の供給、排気、排水への配管に最適化されています。 自動マテリアル ハンドリング システム (AMHS) と呼ばれるオーバーヘッド レール システムは、ファブ ロットをあるステーションから次のステーションに運んだり、ツールが使用可能になるまでリモート ストッカーに一時的に保管したりします。 標準的なレイアウトはなく、各半導体企業には独自の工場計画グループがあります。 ファクトリ キューのほとんどは再入可能です。 たとえば、ベイ 7 と 9 の 4 つのツールは、7 つの異なるクリーン ステップを実行する可能性があります。 根本原因分析には工場の流れや設備の使用法に関する知識が不可欠です。 この例を使用すると、1 つのツールがファブ ロットに最大 7 回影響を与える可能性があり、一部のファブ ロットはその装置で一度も処理されなかった可能性があります。
半導体製造の詳細については、参考文献 [7] を参照するか、Web で簡単にビデオやその他のソースを検索してください。
図2 FEOL プロセスで考えられるファブ レイアウト。
処理シーケンス、ステップ間の時間、特定のツールで処理された時期、および取り扱いは、異常、つまり IC の品質に影響を与える問題の重要な要因となる可能性があります。 各シリコンウェーハにはウェーハ番号が刻まれています。 各ウェーハをその起源まで追跡できる業界標準があります。約 20 年間、ファブ (工場) の処理装置とハンドラーには RFID リーダーが搭載されてきました。 製造システムは、ウェーハがツールに出入りする正確な時刻などを捕捉します。 提示 (および添付) されたシミュレーション データでは、単純な番号付けシステムが使用されています。 これはファブ データのレプリカではありませんが、この例に必要な特性を提供します。
仮想参加
あ仮想参加:
- メインテーブルを物理的に結合せずに複数の補助テーブルにリンクできるようにします。
- 2 つの列プロパティを設定する必要があります。リンクリファレンス(メインテーブル)とリンクID （補助テーブル）。
- 参照 (リンク) データ テーブルの列は、メイン テーブルにグループ化された変数として表示されます。
- これらの列は、数式、グラフ、分析、テーブル コマンドで使用できます。
- UIから作成でき、JSLを使用して作成および管理できます。
図 3 (L) は 7 つの結合されたテーブルを示しており、それらは固有のウェーハ番号 (Wafernum) によって結合されています。 のリンクリファレンスリンクされている場合は青い影付きのキーとして表示され、リンクが解除されている場合は灰色で表示されます。 開示アイコンをクリックして、そのテーブルの列を参照します。
図3 (左) EOLの歩留まり/性能/異常データと7つのオペレーションの設備データを仮想的に結合、 (男) M1 リンク ID 付き補助テーブル パネル、 (R)テーブルメニュー、参照データのマージ、
図 3 (M) は、これらのテーブルの 1 つ (M1、最初の Cu 層) のテーブル パネルを示しています。 のリンクID金の鍵です。のリンクリファレンスそしてリンクID同じデータ型である必要があります。 のリンクID値は一意である必要があり、値が重複してはなりません。JSL を使用している場合、または別のセッションでテーブルを再リンクできるようにするには、テーブルをディスクに保存する必要があります。以下のリストは、仮想結合のいくつかの特性を示しています。 図 3(R) は、選択したテーブル リンクのセットをいつでもマージできることを示しています。 を選択リンク先マージするか、すべてのリンクされた列に対して何も選択せず、メイン テーブル メニューから [マージ] を選択します。それらをメインテーブルにマージするのはとても簡単です。
注意事項
- パスでは大文字と小文字が区別されますが、補助 jmp データ テーブルがメイン データ テーブルと同じディレクトリにある場合は、パス名は必要ありません。 (チームが異なるオペレーティング システムを組み合わせて作業する場合は、posix 構文 c:/temp/ を使用してください)。
- ファブ データの場合、一般的なリンクはロット、ウェーハ ID、おそらくダイ (行、列) になります。 RCA チームは標準に同意する必要があり、各エリアの代表者はデータを所有し、リンクID 。 これにより、RCA 会議と並行してデータ修正が可能になり、準備ができたら簡単にリンクできます。
- 各リンクテーブルには一意のデータベース名が必要であるため、リンクには DB 名を使用しないでください。リンクリファレンスそして対応するリンクID。リンクには関数を使用します。 データの更新が簡単になり、リンク値も更新されます。 (各 Wafernum.M 列は、DB 列 Wafernum の列式を使用します。)
この単純な構文は機能するようです。
:名前( 「ツール[Wafernum.M1]」 」 ）言い換えると、 :名前( 」列名[リンクID]」 ）
- 特に、後で別のファイルにリンクが使用される可能性がある場合は、リンクを解除するのではなく、補助テーブルを閉じます。
推奨：
アドインまたはスクリプトを作成して、リンクを自動的に作成し、確立されたリンク ファイルを開きます。
仮想参加の利点:
- 列名管理者t図 4 は、7 つのリンクされたテーブルのうちの 3 つを示しています。 それぞれ同じ列名を持ちます。 すべての JMP 結合では、同じ名前の列のソース テーブルに関する情報が追加されますが、名前はソース テーブル名であり、多くの場合長く複雑です。 のために仮想参加を設定します。リンクリファレンスそしてリンクID名前。 冗長性の少ない構文により、名前管理が簡単になり、リンクやスクリプト作成がより読みやすくなります。
- 並行して作業するM5 の原因分析チームのメンバーが、データに問題があると述べたとします。 M5 データ テーブルを閉じ、チームの作業を続行し、準備ができたら修正したテーブルを開いて、メイン テーブルの列 Wafernum.M5 を右クリックして再リンクし、[Wafernum.M5] を選択します。リンクリファレンス。 ファイルのリストが表示されるので、M5 ファイルを選択します。
図4 3 つのオペレーションの製造装置データ、同じ列名
シミュレーション例 - 断続的な障害 EOL M3 抵抗
根絶するのがより困難な原因の 1 つは汚染の問題です。特に、汚染が定期メンテナンス (PM) によって除去され、使用とともに消散する (修理可能) 場合や、条件付きの場合は問題が生じます。 この異常を実証するために、BEOL 半導体製造工場の 7 層金属スパッタのシミュレーションが作成されました。
疫学、医薬品研究、食品および医薬品の加工では、同様の種類の異常が一定の頻度で発生する可能性があります。
SRHO金属抵抗の品質指標です。SRHO 増加の潜在的な原因には事欠きませんが、調査を M3 ループだけに限定したとしてもです。 線が細すぎると抵抗が増加します。 ラインに亀裂やその他の欠陥、または金属汚染がある場合、金属の導電特性に影響を与える可能性があります。 図 5 にその効果を示します。 上のグラフは、休日の閉鎖前の数週間の基準値を表しています。 下のグラフは休暇後の内容を示しています。 いくつかの断続的なロットの M3 耐性に関する EOL 指標は SPC を満たしておらず、制御不能になっているため、ウェーハを廃棄する必要があります。 異常なロットはほんの少しだけあり、その後は何も見られませんでした。 そして、「最終的なルール」が始まります: 小さな信号最終的に大きな信号になります。 不良ロットがラインの最後に大量に表示されます。
図5 M3.SRHO (た)ベースラインロット平均 ( B ) ホリデー後のロットの平均と M3 スパッタ ツールの比較
原因分析の質問
- 異常ツールは固有のものですか?
- プロセスは一貫していて、同じ化学薬品を使用していますか?
- 断続的な性質を考えると、これはツールの状態に関連している可能性がありますか?
- これは、プロセスの順序、キュー時間、あるステップから別のステップまでの時間などに関連している可能性があります。
例外を除いて、M1 ～ M7 スパッタのみが FIFO キューを使用してシミュレートされました。 フルロットは25枚、ハーフロットは12枚、クイックターンロットは6枚です。FIFO の例外は、6 ウェーハ ロットが優先されることです。 シミュレーションにリアリティを加えるために、「他の」プロセス ステップのランダムなスループット時間を使用して、M1 と M2 などの間でリエントラント時間を変化させました。これらの他の処理時間は、固定のセットアップ時間に基づいていました。ウェーハの数と優先順位に基づく処理時間。そしてランダムな待ち時間。 実際のデータを使用した本当の原因分析では、ループ内の各ツールとキューを調査する必要があります。 複雑さを制限し、方法に焦点を当てるために、スパッタ ツールのみがシミュレートされました。 また、この論文では、インライン クリティカル ディメンション データではライン サイズの変化が見られなかったという説明が使用されていることに注意してください。 ラインの破損や亀裂を排除するには、通常、ストリップバックまたはインラインビジュアルがレビューされます。 何も見つからなかったため、金属自体に焦点を当てます。
質問 #1 に答えるために、ツールによる発生率の比較を検討します。 ほとんどの場合、これはモジュールによって一度に 1 つのツールずつレビューされ、最初の RCA チーム会議でレビューされます。 あるいは、機能を選択したデータ マイニング ツールを、複数のステップからの列を含む大規模なテーブルに適用することもできます。 単一のモノリシック ファイルの代わりに、図 3 (L) に示すような仮想的にリンクされたメイン テーブルを使用できます。
質問 #2、話を続けますと、バルク システムの化学的調査では何も見つかりませんでした。 すべてのツールは同じシステムに接続されています。 この時点で、異常データをインライン モニター データ、ツール センサー データのテーブルにリンクして分析できます。
物語が続くと、技術者は、運転停止の数週間前に、M5 の地形 (構造) に合わせて堆積をより均一にするために、M5 のレシピと化学混合物が変更されたと述べています。 実装前の特性評価には、数枚の M5 ウェーハ、続いて数枚の M1 ウェーハが含まれ、他の層についても同様でした。 すべての結果はベースライン内でした。
RCA チームの議長は、ツールの状態に関する質問 #3 に答えようとして、M3 と M5 の両方のウェーハ数の分析を求めました。 エンジニアの最初のファイルにはウェーハの総数のみが含まれていたとします。 テーブルを閉じて、エンジニアに、M3 より前に実行された M5 ウェーハの累積数の列を追加してもらいます。 データを変更した場合は、新しいファイルを開いてリンクします。 図 6 は、さまざまなファイル、さまざまな反復を異常データにリンクできることを示しています。
図6 M3 ツール PMCounters とリンクされたホリデー EOL 後の M3 異常データ
図7 - 休日後の M3.SRHO とツール別の PM_WFRCOUNT の比較 (ここでは SPUTT02 のみを表示)
図 7 は、M3.SRHO データと SPUTT02 のウェーハ数の Y by X の当てはめプロットで、ウェーハ数が少ない場合でもウェーハ数が多い場合でも障害が発生することを示しています。 シミュレーションでは、500 枚のウェーハごとに SPC をスケジュールし、5000 枚のウェーハまたはチャンバあたり約 2500 枚のウェーハの後に PM を実行するようにスケジュールしました。 フルロットで減少効果が見られるようです（ウェーハごとに減少）。 また、このシミュレーションの性質上、ホリデー後の初期の素材には 6 ウェハーのクイック ターン ロットが多くありました。
実装前の特性評価では、ほんの数枚の M5 ウェーハを実行しただけでは効果が見られなかったことを考えると、これは蓄積によるものでしょうか、それともシーケンスによるものでしょうか、つまり、質問 #4 でしょうか。
過去の分析では、次のステップのためにイベント分析を使用しました。
- すべてのツール イベントのテーブルを作成します。 (スパッタリング装置のMESデータ）
- 10 以上のラグを表す列を作成します。 これはツールを使用すると簡単です。 手順は次のとおりです。 ツールごとにサブセット化します。ラグを作成するスクリプトを作成します (lagit.jsl を参照) ツール ファイルを結合します。
- この潜在的なツール状態異常は M3 にのみ影響を与えると思われるため、M3 操作データを選択します。つまり、M3 行のみを使用します。ファイル M3 Last 20.jmp を参照してください。 を作成します。リンクIDウェファーナム.M3。
- このファイルを開き、異常データから列 Wafernum.M3 を右クリックし、選択しますリンクリファレンス。 ツリー方式 (パーティション) と機能選択を使用してパターンを見つけます。
イベントの順序付けは、文字列で動作する JMP 関数 Lag( :col, n ) を使用して非常に迅速に行うことができます。 この場合、ツールが以前に実行した内容であるツール履歴が作成されます。
図8ツール イベントのラグを含むテーブル M3 Last 20.jmp 構造のスニペット
図9 M3.SRHO ロット平均と過去 20 個のツール イベントのパーティション
図 8 はテーブル構造の一部を示し、図 9 はパーティション履歴を示します。 ラグ 1、2、3 が順番に選択され、毎回イベント M5LotMoveIn で分割されます。 図 8 は、順序付けを簡素化するための数式列を示しています。 これはコード化されたイベントを連結したもので、0 = PM、5 = M5、その他すべてのイベントは 1 となります。 図 10 は、RCA 管理の更新について示されたグラフです。
図10 M3SRHOロット処理効果のプレゼンテーショングラフ
コメント
- シミュレーションでは意図した効果が得られました。
- このタイプの異常の標準的なモデリングは、内蔵の飽和、PM、および枯渇のため困難です。
- シーケンスを作成し、特定のエフェクトを探すのが私の BKM です (だった)。
- 直前に M5 が実行されたすべての M3 ロットを検索します。
- ベースラインまでのデルタを計算します。 効果をウェーハの枚数と比較してください。
- ウェーハの消耗の影響を調査します。
- 現在、私は信頼性シーケンスを研究しており、これらの方法を標準化するための提案を探しています。
- この論文には、より詳細な情報と、別の原因分析の例が記載されています。 添付のデータ フォルダーには、シミュレーションとモデル化された効果に関する readme.txt ファイルが含まれています。 リンクされたデータ ファイルには、グラフとパーティションを再作成するためのスクリプトが添付されています。
仮想結合により、機敏なデータの更新と再構築が可能になり、RCA にとって特に役立ちます。
参考文献
[1] 図 1(L) ベアシリコンウェーハ、(na)、 (nd)、 シリコンウェーハ。 2017 年 7 月 31 日、TechInstro Web サイトから取得。 https://www.techinstro.com/silicon-wafer/
[2] 図 1 (L)、(na)、 2013 年 4 月 9 日、ウェーハごとのダイの計算式と (無料) 計算ツール。 2017 年 7 月 31 日、anysilicon Web サイトから取得。 http://anysilicon.com/die-per-wafer-formula-free-calculators/
[3] 図 1(R) (na)、 (nd)、 ラインの後端。 2017 年 7 月 31 日、ウィキペディア、フリー百科事典、ウェブサイトから取得https://en.wikipedia.org/wiki/Back_end_of_line
[4] 図 2、유광재、2015 年 1 月 20 日、 KAIST 産業システム工学部 Optimal Fab SDM LAB 、図2。 プロセス間のマテリアルフローに基づいた最適なFABレイアウト設計。 2017 年 7 月 31 日に取得、以下からhttp://sdm.kaist.ac.kr/wordpress/korean/%EC%9C%A0%EA%B4%91%EC%9E%AC/ 、 http://sdm.k aist.ac.kr/wordpress/korean/wp-content/uploads/sites/2/2015/01/YGJ_2.png。
[5] Leetaru, K. (2016 年 6 月 12 日)データサイエンス分野でさらに多くの専門家が必要な理由。 2017 年 7 月 31 日、フォーブス Web サイトより取得https://www.forbes.com/sites/kalevleetaru/2016/06/12/why-we-need-more-domain-experts-in-the-data-sciences/#14ee761e3b50
[6] (な)、 (nd)、 AからZまでのデータマイニング。217 年 7 月 31 日、SAS Web サイトから取得https://www.sas.com/content/dam/SAS/en_us/doc/whitepaper1/data-mining-from-az-104937.pdf
[7] 半導体製造についてさらに詳しく知るためのその他の Web サイト
https://www.bloomberg.com/news/articles/2016-06-09/how-intel-makes-a-chip
https://www.youtube.com/watch?v=vmAyXWvLHeI (FOUPロードムービー)
https://www.youtube.com/watch?v=4Q_n4vdyZzc (TSMC の半導体技術、2011 年)
