―次世代300mmラインに向けて―semicon.jeita.or.jp/strj/strj/2006/8i_ws2006wg8fi_hirai.pdfad...

1Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 8, 2007, WG8 FI

生産納期短縮と能動的工場の可視化生産納期短縮と能動的工場の可視化―次世代300mmラインに向けて―

WG8： Factory Integration（FI）WGリーダ平井都志也

（ソニーセミコンダクタ九州）


略語の整理

• FI： Factory Integration• FO：工場運営• PE：製造装置• PV： Proactive Visualization• HM/SL： High Mix/Small Lot Size• CT： Cycle time• OEE： Overall Equipment Effectiveness• EES： Equipment Engineering System• FDC： Fault Detection and Classification• EEQM：装置基本性能の維持管理• AMHS： Automated Material Handling System• EFEM： Equipment Front End Module• L/P：ロードポート• NPW：非生産ウエハ


WG8：FI 委員構成

菅茂ローム浜松

秋森裕之日立製作所

鈴木圭介ソニーセミコンダクタ九州

岩崎順次Selete中馬宏之一橋大学

大谷幹雄アシストシンコ

大森雅司三菱電機

平井都志也（リーダ）ソニーセミコンダクタ九州

森本一弘（サブリーダ）シャープ

山本眞（サブリーダ）村田機械

本間三智夫（国際対応）NECエレクトロニクス小林秀（国際対応）ルネサステクノロジ

矢島比呂海（幹事）東芝

大塩修三富士通

金森信夫松下電器


ﾌｧｸﾄﾘｲﾝﾃｸﾞﾚｰｼｮﾝの活動範囲

The Factory

WaferMfg

ChipMfg

ProductMfg

Si S

ubst

rate

Mfg

Dis

trib

utio

n

• FEOL• BEOL

• Probe/Test• Backgrind• Singulation

• Packaging• Test

Scope of 2007Factory Integration

Roadmap


ﾌｧｸﾄﾘｲﾝﾃｸﾞﾚｰｼｮﾝのｽｺｰﾌﾟ

工場運営（ＦＯ）製造装置（ＰＥ）ファシリティ

搬送生産システム

ProcessEquipment Metrology

Equipment

Ground basedIntrabay Vehicle

ada a;;ldkaaddd’;ad’adkd;da[

Wafer & Carrier

Operator andMaintenancetechnicians

Ground basedIntrabay Vehicle

Facilities systems

InterbayMHS

Operatorproductivity

Lot ID

Cleanroom design• bay/chase• ball-room• other

Cleanroom Ceiling interface stds

Maintenance & spares

Cleanroom• Environment:• Temp, humidity• Ceiling height• Max weight, size• Others ..

Stocker

Overhead Hoist Transport MHS (OHT)

Factorysystems

FactoryOperations


半導体製造の課題

微細化によるプロセスマージンの縮小設計/製造間での品質管理の連携ウエハ単位での品質管理と制御

構造化されたモデルによる装置管理

多品種化による生産効率の低下

高混流生産における生産制御

製品ライフサイクル短縮


ITRSで検討されている製造技術のﾊﾟﾗﾀﾞｲﾑｼﾌﾄ

First Generation 300mmFirst Generation 300mm

300mm Prime300mm Prime

450mm450mm

1997 2005

20062010？

Pilot

GJG StandardSpec

Commonality is important

e-MfgAgile

ECMEES

PV

Lot base management for quality and delivery

SimplifiedOperation

OperationFor HM/SL &

Advanced device geometry

2012？Mass Production

Lot and wafer base, resource base managementOperation

For HM/SL &Advanced device

geometry

Source STRJ 2005


STRJ主題2006年から2007年への主な取組み

• STRJ主題顧客要求の多様化に対応した「フレキシブルな生産」に向け工場運営の改革と装置自身の小ロット対応の検討とロットが小さくなる事に伴う課題の検討が必要– 「多品種化」に対し制御性を向上しロット内，ウエハ内，チップ内のばらつき低減に向けた検討が必要

• STRJ活動指針– 工場運営（FO）

• 12枚/ロットのITRSへの指標の立案とITRSロードマップへの盛り込み

– 製造装置（PE）• 装置の信頼性および効率化の向上に向けた詳細データの取得の指針の提示


ITRS主題2006 Summary and 2007 Plan

• Business strategies, market demands, and process technology changes continue to make factories difficult to integrate

• Minor updates made to technology requirements tables and focus areas• Review and update technology requirements/potential solutions tables

– Operations, Equipment, AMHS, FICS and Facilities• Add small lot size metrics to the Factory Integration Technology Requirements

table– Cycle time per mask layer in Factory Operations

• Focus on converting energy conservation to requirements/metrics– Equipment sleep mode metrics for pumps, chillers, etc.– Evaluate fab MES and facility systems integration

• Work on the identified key focus areas and cross-cut issues– Need for 2nd data port for driving down equipment losses and better visibility– Technology requirement drivers for 300Prime/450mm– With FEP, Litho, Metrology, Yield Enhancement and ESH– EUVL, single wafer processing, IM, energy conservation, etc.

• Address technology requirements as applicable to 300Prime/450mm• Work with other forums/WG to ensure synergy


STRJ 工場運営チーム（FO Team）

• これまでのITRSロードマップはロット当り25枚ウエハにて運用される事を前提に全ての指標を決めてきたが，今後求められるロット当り12枚ウエハでの運用に対応した夫々の指標を追加し2種類の指標を掲載する

• この様な２種類の指標を持つことによるメトリクスの候補は以下を想定する– ｻｲｸﾙﾀｲﾑ– ﾚﾁｸﾙ当り処理枚数– NPW（非生産ｳｴﾊ）比率他


ウエハ供給における問題点キャリアに依存した生産制御においては個々のウエハの待ち時間が存在してしまう

枚葉処理装置

着工ウエハ

キャリア≒ロット

ｷｬﾘｱ

ウエハは，ﾛｰﾄﾞﾎﾟｰﾄ〔L/P〕上で，ｷｬﾘｱが揃うのを待つ

【ユニカセット運用】

ロットサイズ（ｷｬﾘｱ内ウエハ収納枚数）

着目点

①処理（ﾛｯﾄ処理完了）を待つ

②次工程への搬送を待つ

⇒当該ウエハの処理が完了したにもかかわらず，他のウエハの処理を待つ

〔搬送〕ロット：ウエハを装置に供給する単位L/P上で装置に拘束される単位


装置での処理時間と待ち時間装置へのｳｴﾊ供給枚数により装置の段取りやNPW（非生産ｳｴﾊ）に伴う待ち時間が変わるため，ｳｴﾊ供給枚数とのﾊﾞﾗﾝｽと待ち時間自体の削減がｻｲｸﾙﾀｲﾑ短縮の鍵を握る

枚/ カセット

0 １ 25

サイクルタイム

処理時間

待ち時間

搬送時間

12ホールド他

スーパーホットサイクルタイム

25枚時HOTサイクルタイム

【25枚ｻｲｸﾙﾀｲﾑ】-【スーパーホット】

1/2

12枚時のHOTサイクルタイム


STRJ 提案12枚/ロットでの量産時マスクレイア当りサイクルタイム

06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Technology Node 70 65 55 50 45 40 35 32 28 25

Wafer Diameter 300 300 300 300 300 300 450 450 450 450 450 450 450

0.6512 Wafer Bulk

–Cycle time per mask layer(days)–X-Factor

Non Hot–Cycle time per mask layer(days)–X-Factor 3.2 3.1 3.1 3.1 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.0 3.0 3.0

1.4 1.3 1.3 1.3 1.3 1.2 1.2 1.2 1.2 1.1 1.1 1.1

Hot Lot–Cycle time per mask layer(days)–X-Factor

Super Hot Lot–Cycle time per mask layer(days)

1.05

0.55 0.55 0.55 0.51 0.51 0.47 0.47 0.44 0.44 0.39 0.39 0.39

0.32 0.32 0.32 0.31 0.31 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

0.65

1.05

0.65

1.05

0.70.7

1.13

0.7

1.13

0.70.7

1.2

0.7

1.2

0.85

1.4

0.9 0.9 0.9 0.85

1.5 1.5 1.5 1.4

‘06

Proposal STRJ提案


STRJ 生産装置チーム（PE Team）

• サイクルタイムの短縮や省エネの必要性が高まる中でｳｴﾊ視点での装置の振る舞いを認識するといった体系化された装置の詳細データを活用する事が重要となりつつある–装置の生産性や俊敏さに連携する装置の見える化

–装置のエネルギや材料消費の見える化–階層的品質管理–装置の性能，能力の向上と異常状態の検出


ｳｴﾊ視点

ｳｴﾊ視点ｳｴﾊ視点は単に管理粒度を小さくするだけでなく，迅速は単に管理粒度を小さくするだけでなく，迅速で詳細で詳細なな機能を統合する視点を与える機能を統合する視点を与える

Inter Process Time

SourceXTime

DestXTime

Source STKWait Time

Dest STKWait Time

Inter-BayXTime

Source ToolWait Time

Dest ToolWait Time

RetrievalCompletion

Speed

DeliveryCompletion

Speed

Inter-BaySpeed

ProcessCompletion

Speed

Process Time

Tool Tool

STK STK

全体サイクルタイム

装置稼動

ウエハ基準

Resource View

Cross ViewWafer View

ProactiveVisualization

ProcessStart

Speed


装置内ｳｪﾊｻｲｸﾙﾀｲﾑの監視

P : Valuable Processing time for a waferNP : Non Valuable Processing time for a wafer T : Transfer Time for a wafer

(or On Intermediate Buffer)T1 : Transfer Time for Lot

LoadComp

減圧等

昇圧等

待ち

装置内搬送

ProcessStart

T W4 NP P P P NP

Time

装置内搬送

TTTT

T TW5W5

T

TP T PT

OpeComp UnloadReq

#2

#3

#4

#24

#25

Process Time For a lot

待ち

枚葉処理部

W1 : Wait time for LotW2 : Wait time for a wafer on Carrier (Pre-Process)W3 : Wait time for a wafer on Carrier (Post-Process)W4 : Wait time for a wafer on Chamber (Pre-Process)W5 : Wait time for a wafer on Chamber (Post-Process)

Ch1

Ch2 Ch3 Ch4 Ch1Ch1仮想装置構成

Ch2 Ch3

Ch4Ch1

LP LP

InternalBuffer

InternalBuffer

WaferTransfer

UnitP W5

W3

W2

W1 W1T1 T1

Wafer #1

Ch4Ch3

Ch2

W4

出展： SEMICON Japan 2006 Workshop「ウエハから見た生産性」

※ﾊﾞｯﾁ処理は，枚葉処理部なしで減圧・昇圧部がProcess Timeとなる


多品種化における必要装置ﾃﾞｰﾀ

Copyright 2000 by Masato Fujita, Selete/Pan asonic

Send aheadQuality

Inspection

Seasoning

Reticle ExchangeIon Source Exchange

Recipe Download Dummy wafer set-up

Quality Stabilization

Material Handling

Recipe Equipment Stabilization

Process Monitoring

Net Processing

Carrier Handling

Wafer handling

Batch formatio

nCarrier Transfer

WIP analysis within toolWafer view TAT analysis

Eq. Sequence analysis for TAT reduction

Stand-by time and energy consumption analysis

Material cost and energy analysisAnalytical triggers

Process change time, B value Eq. Capability

performance healthProcess condition healthProduct quality forecast Eq. Performance adjustmentProcess time forecast

• ウエハ視点による装置の振る舞い監視• OEE / Agility• 装置信頼性

Constraint tool analysisTool behavior analysis

• ﾌﾟﾛｾｽ状態• ｴﾈﾙｷﾞと材料消費


第二世代300mmでのAMHSｺﾝｾﾌﾟﾄ

Less Wafers in CarrierC

ycle

tim

e (D

ays)

Faster EFEMLoading time

Faster EFEMLoading time

Tran

spor

t Cap

abilit

y

Conventional(OHV+Stocker)Conventional

(OHV+Stocker)Stocker-less(OHT+ZFB)

Stocker-less(OHT+ZFB)

Stocker-less(Dual U-

OHT+ZFB)

Stocker-less(Dual U-

OHT+ZFB)

Stocker-less(XX＋YY+ZZ+..)Stocker-less

(XX＋YY+ZZ+..)

100% Ref.

AMHS System Configurations and Capacity

Impact of EFEM Performance to Overall CT

Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 8, 2007, WG8 FI

ﾄﾞﾗｲﾎﾟﾝﾌﾟの間欠運転＜可視化事例＞装置待機時における，該当装置の省エネや運転コスト低減施策のためロードロック用ドライポンプを間欠運転にする

エッチング装置構成

運転

/停止

ゲージ圧力

ｱｲｿﾚｰｼｮﾝﾊﾞﾙﾌﾞ

T/C

ﾌﾟﾛｾｽ室1

ﾛｰﾄﾞﾛｯｸ1

ｹﾞｰｼﾞ圧力ウェハ搬送

切替制御

内蔵装置制御システム

ｱｲｿﾚｰｼｮﾝﾊﾞﾙﾌﾞ

ﾄﾞﾗｲﾎﾟﾝﾌﾟ

ﾌﾟﾛｾｽ室 2

ﾛｰﾄﾞﾛｯｸ2

制御シーケンス

プロセス処理

ﾛｰﾄﾞﾛｯｸ真空引き

真空引き真空保持/開放

シーケンス

運転.

停止.

ドライポンプ

開

閉ｱｲｿﾚｰｼｮﾝﾊﾞﾙﾌﾞ

大気圧

真空

ゲージ圧力

真空引き

ﾛｰﾄﾞﾛｯｸﾍﾞﾝﾄ

ﾛｰﾄﾞﾛｯｸ真空引き

ドライポンプ間欠運転

・可視化要件 ⇒ ロードロック室圧力，アイソレーションバルブ開閉状態，ドライポンプ運転/停止状態


装置基本性能の維持管理 (EEQM)装置の基本性能を維持するために装置の階層毎の管理レベルを向上させる事が求められる特に部品レベルの信頼性向上は装置サプライヤとの協業が必要

＜部品レベル事例＞マスフローコントローラの流量と開度の関係を指標とする事で部品レベルの管理を実現する

Mass flow meter control（Self diagnostics）

Feedback voltage

Mass flow

drift

limit

φφ

Wafer追跡ｸﾞﾗﾌ

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

12/27 0:07 12/27 0:14 12/27 0:21 12/27 0:28 12/27 0:36 12/27 0:43 12/27 0:50 12/27 0:57 12/27 1:04 12/27 1:12

時刻

Slot ID

LA

LB

F2（TaN）

TaN SPT_Process

F3（Cu）

Cu SPT_Process

６枚周期

６枚周期

3

3.5

4

4.5

5

5.5

12/1412/1512/1612/1712/1812/1912/2012/2112/22

動作時間（秒）

3

3.5

4

4.5

5

5.5

12/1412/1512/1612/1712/1812/1912/2012/2112/22

動作時間（秒）

Process Set-Up CapabilitiesProcess Sequence Control

Actuator Activities

Process Control & Execution

Laye

red Q

uality

Assu

rance

Product QualityAssurance and Control

Data reduction per usage model

Task

shari

ng sc

heme


まとめ

• 生産の制御単位を替える事で生まれるﾌﾚｷｼﾌﾞﾙな生産方式のﾒﾘｯﾄを業界全体で共有し，デバイスメーカ，装置サプライヤ，搬送メーカの総力を上げた改革につなげる–小ロットに対する目標値を業界総意でITRSに掲載（合意形成）してゆく

–装置の詳細データの必要性について検討し定義を明らかにしてゆく

―次世代300mmラインに向けて―semicon.jeita.or.jp/strj/strj/2006/8i_ws2006wg8fi_hirai.pdfad...

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