半導体前工程半導体前工程（ウェハ加工工程）の（ウェハ加工工程）の

課題とＩＴ技術課題とＩＴ技術

２００７年７月２６日２００７年７月２６日

NECNECエレクトロニクス（株）エレクトロニクス（株）

本間本間 三智夫三智夫

目次目次

• 半導体前工程の課題

• 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

半導体前工程の課題（品質）半導体前工程の課題（品質）

90nm

65nm

45nm

32nm

装置の基本性能（EEQA／EEQM)

AEC装置メーカーの差異化領域

APCデバイスメーカーの差異化領域

装置プロセスの基本性能

先端プロセス要求性能

FDC（アラーム役）

前世代の関係に基づき、装置側／DM側の責任分担決定

微細化ノード

バラツキ制御要求

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）

AEC：装置内部のFB/FF制御APC：装置間を跨るFB/FF制御

Source：２００５ＳｏＣ製造エンジニアリングに関する調査報告書

半導体前工程の課題（コスト）半導体前工程の課題（コスト）

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

＜5 ＜10 ＜25 ＜100 <1000 ＜2000 >2000

オーダーサイズの分布イメージ

0%

5%

10%15%

20%25%

30%

35%40%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

ロッ

ト数

割合

(%)

ロットサイズ(枚) ライン Max Lot枚数

平均サイズ：7

ﾒｼﾞｱﾝ

多品種変量対応 生産制御技術の必要性を示唆

SoC製造Fabのロット枚数分布例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。

7枚以下ロット45%

0%

5%

10%15%

20%25%

30%

35%40%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

ロッ

ト数

割合

(%)

ロットサイズ(枚) ライン Max Lot枚数

平均サイズ：7

ﾒｼﾞｱﾝ

多品種変量対応 生産制御技術の必要性を示唆

SoC製造Fabのロット枚数分布例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。

7枚以下ロット45%

ロッ

ト数

割合

（指

数）

０ フルロット内枚数

平均サイズ

平均サイズ以下

SoC製造Ｆａｂのロット枚数分布イメージ

0%

5%

10%15%

20%25%

30%

35%40%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

ロッ

ト数

割合

(%)

ロットサイズ(枚) ライン Max Lot枚数

平均サイズ：7

ﾒｼﾞｱﾝ

多品種変量対応 生産制御技術の必要性を示唆

SoC製造Fabのロット枚数分布例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。

7枚以下ロット45%

0%

5%

10%15%

20%25%

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35%40%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

ロッ

ト数

割合

(%)

ロットサイズ(枚) ライン Max Lot枚数

平均サイズ：7

ﾒｼﾞｱﾝ

多品種変量対応 生産制御技術の必要性を示唆

SoC製造Fabのロット枚数分布例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。

7枚以下ロット45%

ロッ

ト数

割合

（指

数）

０ フルロット内枚数

平均サイズ

平均サイズ以下

SoC製造Ｆａｂのロット枚数分布イメージ

ロット内枚数の分布イメージ

OEE=EquipmentAdding value is only

40%!

NPW ProcessingSet-Up

NPW ProcessingSet-Up

Unscheduled DownUnscheduled Down

Scheduled downScheduled downwaitingwaiting

OEE：装置が加工している時間率（有効稼働率）

オーダサイズ、ロットサイズの縮小は、装置の有効稼働率OEEを下げている（管理粒度の枚葉化）

Source - SEMATECH

半導体前工程の課題（納期）半導体前工程の課題（納期）

微細化ノード

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）

半導体前工程の課題（フレキシビリティ）半導体前工程の課題（フレキシビリティ）

まとめ生産

作りすぎのムダ機会損失工程間の在庫の増大

見込み生産大きなWIP、納期増大

大きな品質事故工程１

工程２

段取り

作業

段取り

作業

NPW NPW AA AA AA AA

こまめ生産

段取り作業の増大品質確認作業の増大

オーダにあった生産開発とリンクした生産

新製品・試作品の投入

工程１

工程２

BB NPWNPW BBAA CCAA AA

段取り

作業

段取り

作業

段取り

作業

段取り

作業

段取り

作業

段取り

作業

BB EEDDCCBB

段取り

作業

段取り

作業

段取り

作業

•徹底した段取り時間の削減•搬送ｽｹｼﾞｭｰﾙの高度化•迅速な品質管理技術確立、等

NPW NPW BB BB BB BB NPW NPW CC CC CC CC

NPW:非製品ウェーハ

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、段取り低減、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）

これまでのこれまでのITIT化の歴史化の歴史

生産制御

生産管理

搬送

全工程条件設定作業報告

ｵﾝﾗｲﾝ化率向上

製品作業完全自動化

特殊作業

自動化

PC利用による履歴の統計解析

仕掛･実績把握

進度管理実績管理

予測管理生産ｼﾐｭﾚｰﾀ利用

作業指示高度化

人手搬送

工程間AGV工程間天井搬送

工程内AGV/RGV

高速化OHT登場

AGV/RGV:ﾛﾎﾞｯﾄ付自動搬送車 OHT：吊り下げ式天井搬送車

年代 1995 20001985 1990

ｳｪﾊｻｲｽﾞ 5 6インチ 200mm 300mm

ロット単位の枚葉情報制御

EESの

利用拡大

2005

情報の統合化

品質管理

管理図管理システム化

歩留管理システム

APC／ＦＤＣ

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

半導体工場イメージ半導体工場イメージ

OHT:吊り下げ式自動搬送者

装置

ソフトのプラットフォームソフトのプラットフォーム

Ｈ

Ｈ

(200mm時代以前) (200mm時代：1990年代)

Ａ Ｂ Ｃ

Ｄ Ｅ Ｆ

PC

BC

PCC/CC/T

Ｍ Ｍ Ｍ Ｍ

ホスト集中システム

ｾﾙｺﾝﾄﾛｰﾙｼｽﾃﾑ

機能分散統合システム

H ：ホスト

M ：装置

D/B：データベース

C/C ：セルコントローラ

C/T ：通信端末

A～F：各種機能サーバー(条件の指示,作業報告の収集,品質情報管理,

稼働情報管理,作業順序の指示,搬送ｺﾝﾄﾛｰﾙ etc)

PC ：データ出力ターミナル

BC ：他システムとのネットワーク

Ｍ Ｍ

D/B

D/B

C/C D/B

Ｍ Ｍ Ｍ

C/C D/B

Ｍ Ｍ Ｍ

Ｍ

MES

MES

MES

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

MES：工場ホスト（ネットワークを含む）

情報連携の課題（階層を跨る情報連携）（１）情報連携の課題（階層を跨る情報連携）（１）

Copyright 2000 by Masato Fujita, Selete/Panasonic

parts

Equipment

Inner equipment module

Equipment group

Factory System

装置管理情報

品質管理情報（プロセス制御情報）

生産管理情報

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

階層的品質管理階層的品質管理ｰー装置・プロセス制御装置・プロセス制御ｰー

• 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

EEQM

パーツレベル品質

装置・機能品質

装置単体出来栄え品質 プロセス結果

Temperature Pressure

Heater TC B. Valve CMComponentのQuality保証

•オフセット、ドリフトの検知•寿命予測

機能 のQuality保証•制御の精度（Offset、Linearityなど）

•制御逸脱の予測

出来映え• 膜厚などの保証

Gas

MFC FM

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

階層的装置管理・実例階層的装置管理・実例

ﾚﾍﾞﾙ 例 内容 図解

ﾊﾟｰﾂ

ﾚﾍﾞﾙ

ﾏｽﾌﾛｰ

ﾒｰﾀ

•関係曲線のﾄﾞﾘﾌﾄを監視し、ﾄﾞ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。

機能

ﾚﾍﾞﾙ

ｳｪﾊ

ｽﾃｰｼﾞ

•ｳｪﾊｽﾃｰｼﾞ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。

ﾏｽﾌﾛｰﾒｰﾀ制御

ﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ制御電圧

制御流量

規格

自己診断ﾄﾞﾘﾌﾄ

ｵﾌｾｯﾄとﾄﾞﾘﾌﾄを監視

ｳｪﾊｽﾃｰｼﾞの上下移動

3

3.5

4

4.5

5

5.5

12/14 12/15 12/16 12/17 12/18 12/19 12/20 12/21 12/22

Ope

rati

on t

ime）

Calendar dateSource 2002 e-manufacturing workshop ULVAC

3

3.5

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12/14 12/15 12/16 12/17 12/18 12/19 12/20 12/21 12/22

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Ope

rati

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Calendar dateSource 2002 e-manufacturing workshop ULVAC

２つのラインバランス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

45,19651,06351,07951,079

54,18854,27555,15055,988

57,43557,60657,93057,99258,10658,45258,604

60,06364,73164,73165,77665,791

71,54173,66374,136

78,78682,40482,74382,890

86,50795,622

Equipm

ent Group

→

Capacity(%)→

投資効率のロス

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

Relation between WIP and Lead time/Output

Lead time

0

Output

Lead time Min

Lead time with equipment trouble

Output with Equipment trouble

Output Max

WIPA B

Lead time

Output

EES

Integrated equipmentsSingle wafer controlAPC/IM

Relation between WIP and Lead time/Output

Lead time

0

Output

Lead time Min

Lead time with equipment trouble

Output with Equipment trouble

Output Max

WIPA B

Lead time

Output

EES

Integrated equipmentsSingle wafer controlAPC/IM

工程

仕掛ロット数

仕掛が工程のよりバラツキ時間経過とともに変化する

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。

ＩＴ化の方向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

工場の能動的可視化と俊敏な実行体制工場の能動的可視化と俊敏な実行体制

Dataspec

Dataspec

・戦略に従った分析、検討

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

Copyright 2000 by Masato Fujita, Selete/Panasonic

ItemItem OperationOperation ItemItem

ResourceResource

OrderOrderEventEvent

TaskTask LotLot

EentEent

Begin End

Consumption

Generation

Utilization

loading

WIP

ItemItem OperationOperation ItemItem

ResourceResource

OrderOrderEventEvent

TaskTask LotLot

EentEent

Begin End

Consumption

Generation

Utilization

loading

WIP

・再利用／構造化・プラットフォーム化・モデル化・階層化

専任部隊

固有技術者

責任と権限

能動的な可視化 解決・実行

製品

装置

人

ﾘｿｰｽ

Tool activity QAQA of process

actuators

Tool activity QAQA of process

actuators

QA in process condition control

Device Quality Assurance

Process conditions parametric assurance

(such as FDC @factory level)

Tool activity QAQA of process

actuators

Tool activity QAQA of process

actuators

QA in process condition control

Device Quality Assurance

Tool activity QAQA of process

actuators

Tool activity QAQA of process

actuators

QA in process condition control

Device Quality Assurance

Process conditions parametric assurance

(such as FDC @factory level)

Source：ＳＴＲＪ/FITWG

ITIT化の課題化の課題

• 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

ECMECMととSCMSCMの融合の融合

e-MfgECM SCM

customer

design

mask

Processdevelop

YMSEES

MESWafer Fab

Engineering data

Sales data

PCS

YMS :Yield Management SystemMES :Manufacturing Execution SystemMCS: Material control systemPCS : Process Control System

Agile-Mfg

DFM

DFM :Design for Manufacturing

APCAEC PV

HierarchicalQualityAssurance

MCS

Process development

Pilotproduction

AssembleTEST Fab

RosettaNet

Massproduction

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

まとめまとめ

• 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