JP2000502517A - 個別製品のバッチ的製造工程上での測定手順及び測定に誘発される不確定さを評価する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明によれば、個別製品のバッチ的に実行される製造工程上の測定手順を評価（該手順に関係する測定に誘発される不確定さの評価を含む）するために、以下のステップが実行される。バッチから製品品目を周期的に選択する。選択された各品目に繰り返しアクセスして、測定されたパラメータ値を取り出す。第１の統計的計算モジュール（２６）において、各品目につき、バラツキ値及び他の統計的特性を計算する。第２の統計的計算モジュール（２８）において、各バッチにつき、平均の平均及び他の統計的特性を計算する。そして、統計的工程管理を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】 個別製品のバッチ的製造工程上での測定手順及び測定に誘発される不確定さを評 価する方法及びシステム 技術分野 本発明は、個別製品のバッチ的に実行される製造工程上での測定手順を評価す る方法であって、該手順に関する測定に誘発される不確定さの評価を含むような 方法に関する。 背景技術 典型的なこのような製品は、多重バッチにおいて製造され、且つ、長い一連の 製造ステップを必要とするような電子集積回路である。上記ステップは、工程に 基づくステップ、ボンディングのような機械的扱いに基づくステップ及び試験（ テスト）に基づくステップを含んでいる。このような回路の価格構成は、実際に なされる連続したステップの数の急峻な関数である。従って、限界外製品は早い 製造段階ではじき（拒絶し）、それでいて根拠のない拒絶は出来る限り避けるよ うにしたいという大きな要求が存在する。測定工程を監視するための昔の手順は 、特性の分かっている基準製品、並びに基準インターフェース、基準ハンドラ及 び基準テスタを使用していた。このような設備の使用は、統計的な工程パラメー タを測定するための特別な測定現場の設定を必要としていた。更に、上記基準は 時間と共に変化し得るものであった。 発明の開示 従って、本発明の目的は、組織の種々のレベルにおいて測定されるパラメータ 値のバラツキを系統的に扱うことにある。更に、上記測定は製造工程の間にオン ラインで実行されるべきであり、その際、試験の標準装置を用いると共に実際の 製品バッチから取り出されるサンプルを専ら用い、これにより通常の製品の流れ への如何なる妨害も避けるようにする。本発明の特徴の一つによれば、本発明は 請求項１の特徴部により特徴付けられる。 本発明はバッチで扱われる集積電子回路に適用することができ、これらバッチ は典型的には各ウェハが数百から数千の個別回路を典型的に有するような数十の ウェハを有している。有利にも、各パラメータ測定には問題となる製品品目の合 格−不合格判定か伴う。この場合、拒絶された品目は他のパラメータの処理には 最早悪い影響は持たないであろう。 本発明は、上記方法を実施する装置にも関する。本発明の他の有利な特徴は従 属請求項に記載されている。 図面の簡単な説明 本発明の上記及び他の特徴及び効果を以下に好適な実施例に基づき及び添付図 面を参照して詳細に説明するが、添付図面において： 第１図は、本発明による装置の構成を示し、 第２図は、測定されたパラメータ値を示し、 第３図は、測定された繰り返し性の値を示し、 第４図は、当該工程の製品及び情報の流れを示し、 第５図は、測定されたパラメータＰｉの信号の流れを示し、 第６図は、試験工程の監視を示す。 本発明の大まかな考察 本発明の種々の特徴は下記の通りである： − 実際の状況の全ての影響が考慮に入れられる。接触針及び信号の即時捕捉を 含む、テスタ、製品ハンドラ及びインターフェースに関するような、全体の製造 構成は一定に維持される。従って、測定工程に対するこれら要因の影響は正確且 つ真に監視される。 − また、プローブ又は針を介してのような物理的アクセスは、ハンドラを介し ての単一の製品品目の繰り返しアクセスが接触品質も監視するようにすることに より、監視される。製品形式の変更も、上記のような接触に依存するパラメータ 値の一部に影響することがあることに注意すべきである。 − 監視は、バッチとは独立している。古い方法は、製造の歩留まりパーセント の測定に加えての形式パラメータ値、及びビン情報（後者は品目の種々のビンへ の区分けを示す）を、良／不良の特徴付けのため、及び多分プロセッサの最大の 動作可能なクロック周波数のような何らかのアナログ特性に従って、監視した。 これら自体は、通常の量である（統計的パラメータ制御についての文献参照）。 しかしながら、バッチ間（inter-batch）分散はバッチ内（intra-batch）分散よ りも大きい；更に、種々の品目間のバッチ内（in-batch）分散は、同一の品目に ついての連続した測定の間の測定間（inter-measurement）分散よりも大きい。 結果は、上記のものは全体の工程を監視するための十分な指針データを提供する ものではないということである。繰り返し性の品質を品質のための基本的物差し と仮定したことにより、描かれた問題が克服された。 − 帰還時間が極めて短い。測定固有の効果は分離されているものと考えられる ので、操作者は問題が測定工程自身に起因するか否かを結論することができる。 これがそうでない場合のみ、製品型式自体が原因であろう。本構成においては、 後者の判定は専門家でない操作者によりなすことが可能である。 測定工程は以下のように標準化されている。即ち、或るバッチの製品の測定の 間、これら製品は型式に応じて８００ないし２０００の群に分割される。各群内 で、選択した４０個の製品を、繰り返しの接触及び解放を含めて、各々２回づつ 測定する。次に、各個別の製品に関して、最初の測定と２番目の測定との間の選 択毎の平均差が計算される。これらデータにはシワート（SHEWHART）テストが施 される。罹るテストが警報信号を発したら、当該テスタは停止され、そこで、操 作者はＯＣＡＰ（out of control action plan）段階を開始することができる。 好ましい応用分野は、ＩＣについてのアナログ量の測定、及びプリント回路基板 のインライン測定である。 発明を実施するための最良の形態 第１図は本発明による装置の構成のブロック図である。帯状のもの２０はバッ チ的に製造される製品の流れを示し、各製品はブロック２２のように小さなブロ ックで示してある。製品は実際には、時間と共に移動される場合もあるし、集積 回路ウェハ上のように互いに固定の配列で位置される場合もある。集積回路の製 造においては、一つのバッチは、数十のウェハを有すると定義することができる 。その場合は単一のウェハは副バッチとして定義することができる。他の製品に 関しては、マッピングが適当であろう。本図の残りの部分は、測定工程及び制御 工程に関わるものである。ブロツク２４は測定ハンドラであり、該ハンドラは特 定の製品を操作し、測定用ピン又は非接触プローブ等を用いて該製品にアクセス することができる。実際のアクセスはアクセス制御モジュール３２により支配さ れる。製造工程及び測定工程の全体の制御は、総合制御モジュール３４によりな される。このモジュールは、製造ステップ、移送ステップ及び測定ステップであ り得る。総合ワークステーションは、本出願人の米国特許第５１９７０１１号に 開示されている。品目２２のような特定の製品はアクセスモジュール２４により 繰り返しアクセスされ、これにより測定されたパラメータ値を取り出す。電圧、 抵抗、容量、及び非破壊的に評価することができる他のパラメータ等のパラメー タ値の性質は、様々であり得る。測定されたパラメータ値は第１静止化モジュー ル（staticizing module）２６に供給され、該モジュールは各製品品目及び該品 目の各パラメータに関して上記種々の値の平均及びバラツキ値並びに、多分、共 分散等の他の統計的特性を算出する。以下に説明するように、統計的な製品制御 測定量は全製品品目からの比較的僅かの選択に基づくものである。後者のデータ に関しては、前記第１静止化は副バッチの平均パラメータのバラツキの算出も含 む。 製品毎の値及びそれらの平均は第１解析モジュール３６に供給され、該モジュ ールは特定の解析結果を得ると総合制御モジュール３４に対し、特定の製品品目 には欠陥があり、従って以後使用されるべきでない旨を通知する。この場合、こ の品目には可視マークが付される。もし適切であれば、オペレータコンソール４ ２は警告又はその他の製造工程を特徴付ける信号のような操作者用の信号を得る 。 前記統計的製品制御測定量の実行に関しては、前記の選択された平均及びバラ ツキ値は第２静止化モジュール２８にも供給され、該モジュールは全バッチを通 しての種々の製品の対応するパラメータに関し平均の平均及び、多分、他の統計 的に関係する特徴値を算出する。これらの量は第２解析モジュール３８に供給さ れ、該モジュールは、更なる戦略記述に従って、警告及びその他の信号をオペレ ータコンソール４２に伝送することができる。このようにして算出されたバッチ 毎のバラツキ値は、第３静止化モジュール３０にも供給され、該モジュールは製 品の複数のバッチにわたっての統計的に関連する量を更に算出し、このようにし て得られた結果を第３解析モジュール４０に伝送する。後者のものは、更なる戦 略に従って、警告及びその他の関係のある信号をオペレータ制御モジュール４２ に伝送する。オペレータコンソール４２によれば、製造パラメータ及びその他の 関係のある量を双方向矢印４４に沿って制御することができる。当該コンソール は、ブロック３４により通知されて各バッチの開始及び終了を知っているので、 新たなバッチの開始のような適切な時点で相互やりとりを行うことができる。上 記順次の静止化動作により生成されたバラツキデータは、コンソール４２におい て、統計的制御対策を講じるのに使用することができる。そのような対策は、将 来の限界外製品の製造を前もって停止することであり得るので、操作者は幾つか の工程パラメータを調整することができる。 第２図は一連の測定されたパラメータ値を示しており、該図における各記入点 は副バッチにおける平均化された測定値を表している。図の上には、各バッチへ の色々の測定時点の対応関係が示されている。図示のように、最初の２つのバッ チは似たような平均値を有し、３番目のものは低いように見えるが、４番目のも のは高いように見える。ここで特に問題となるのは、バッチ間の該変動が当該製 造工程に対する相互作用的対策をとる理由となるか否かである。 第３図は、第２図の基本データから抽出された、測定された繰り返し性（repe atability）の値を示している。該図の色々の記入点から、これら種々のバッチ の間には悪い影響による相関関係がないことは明らかであり、従って訂正のため の対策をとるべき理由は存在しない。この結論は、統計的工程管理の標準的手順 により引き出される。 ＩＣ製造試験工程に対するＳＰＣ 上記のようにして提供される試験工程のエラー源の新規な監視は、試験される 製品とは無関係であることが判明した。即ち、この新規な監視は製造の流れを妨 害することはない。この監視は製造中に試験工程を制御するのに使用することが できる（ＳＰＣ）。通常、製造試験は製造される全てのウェハに対してなされる が、試験的製造（pilot production）においては最終的な封止製品に対しても同 様になされる。デジタル／混合信号のものも増加しているが、殆どの製品はリニ アなものである。リニア／混合信号の製品は主にパラメータ値について試験され る。接触の問題が発見されると、パラメータ的試験工程の更なる解析がなされる 。 パラメータ的試験工程の解析 第４図は試験工場６２における製品及び情報の流れを示している。試験されて いない製品は６０に到来する。当該工程は、製品仕様の測定６４と製品仕様限界 ６６に対するチェック６６とからなっている。出力は、“良い”製品６８、拒絶 製品７０、レベル及びバラツキに関する製品のパラメータ分布７２，試験当たり の拒絶７４、並びに歩留まり７６であり、後ろの３つは情報のみのものである。 第５図はパラメータ的試験の信号の流れを示している。特定のパラメータＰｉ ８８を測定している間に、試験工程８０自体によりエラーｅ（８４）が加算（８ ２）され、これにより所謂エラー無し測定８６が得られる。試験工程の上記の加 算された値は製品に関する情報、即ち合格／不合格、歩留まり、拒絶パラメータ 分布等であり、測定された値Ｐｍ９０は上限ＵＬ及ひ下限ＬＬと比較（９２）さ れる。この結果は、次のパラメータ測定９４を命令することになるか、又は拒絶 ９４となる。上記の加算された試験エラー“ｅ”は精度、繰り返し性及び再現性 に関して物理的に数量化されている。エラー源は主に、 − テスタモジュール、 − インターフェースモジュール、 − 接触 等の“機械(machine)”である。全てのエラー源は既知であり、試験設備の設計 の際に考慮に入れることが可能である。しかしながら、問題は上記エラー源が時 間とともに変化することである。 試験工場の“如何に試験エラーを制御するか”なる主たる問題の現在の解決策 は、テスターインターフェースモジュールの規則的な較正、特に接点に関する標 準基準（金デバイス）を用いての頻繁な保守、及び製造バッチのデバイスのサン プルを再試験することによる品質受け入れである。これらの方法の特に不利な点 は、妨害される製造の流れによる、製造装置の停止時間（downtime）である。 もっと最近の解決策は、製品情報（歩留まり／拒絶／パラメータ−レベル等） を用いて試験エラーを監視することである。 利点：バッチの試験の間に行うことができる。 欠点：鈍感である。最も敏感な監視は製品のパラメータ−レベルのものである 。 実際には、ＩＣの製造の性質は製品−パラメータ変動が試験エラーよりも大幅に 大きいようなものであるから、“試験エラーの雑音”は“製品の雑音”の中に消 えてしまい、重大な問題だけしか検出されない。 他の欠点は、警報が生じた場合に、原因が試験の問題か又は製品の問題かを決 定することが不可能なことである。 試験工程の制御の新たな監視による改善 第６図は、製造の間に製造の流れを妨害することなく、且つ、製品のレベルと 無関係に用いられる監視を示している。 Ｐｉは“測定されるべき”製品パラメータであり、“Ｓ”は系統的エラー、“ ｒ”はランダムなエラーである。基本思想は再試験である。即ち、第２の測定（ Pm2）は、同一のパラメータ的レベルＰＩを与えることになるが、異なるランダ ムエラーを与えることにもなる。第１及び第２の測定を減算すると、エラーの差 が残る。後者は当該エラーの繰り返し性を計算するのに使用することができる。 実際の式は、 Ｐ_k1＝ｋ番目の製品のパラメータＰの第１の測定 Ｐ_k2＝ｋ番目の製品のパラメータＰの第２の測定 繰り返し性の尺度として“範囲”Ｒが選択される： Ｐ_k＝｜Ｐ_k1−Ｐ_k2｜ Ｎ個の製品のうちの一つのサンプルに関して、平均の範囲Ｒ_avは： 平均パラメータ値Ｐ_avは：と算出することができる。 実際には、４０個の製品のサンプルサイズが、９５％の信頼性レベルを達成す るために、とられる。第６図において、副バッチ即ちウェハのうち、ブロック１ ００、０２、１０４は統計的工程管理のためのパラメータ値を決定するために使 用されるサンプルを示している。全てのチップが合格−不合格チェックのために 測定されることに注意すべきである。副バッチは矢印１０６、１０８で示され、 １０００チップ程度に達する。４０個のデバイスの各々が再縮小（recontractin g）を含めて２回測定される。 第７図は測定の階層構造を示している。ブロック１１０は各デバイスに対して 測定される全てのパラメータを表している。各行は単一のデバイスを表し、該デ バイスは矢印の長さにより示されるように８００程度の測定されたパラメータを 有することができる。これらの全てのパラメータが合格−不合格測定に関して考 慮に入れられる。列１２２、１２４、１２６はバラツキを発見するために考慮に 入れられるパラメータを表している。この実施例は、最も有効な情報となること が判った５〜２０個の異なるパラメータをとるものである。下側のブロック１２ ０は第２の測定を表している。この測定の結果、同一のデバイスに対する２つの 測定の間の再縮小により見出される５〜２０のパラメータの部分集合（subset） が得られる。これらのデバイスの他のパラメータは２回目は測定されてもよいし 、されなくてもよい。楕円１２８は単一の副バッチ内での静止化を示している。 その結果は同一バッチの他の副バッチと結合され、関連する静止化は楕円１３０ により示されている。もし必要なら、組織のもっと高いレベルを使用することが できる。勿論、他のサイズのバッチその他を使用することもできる。 当該新規な監視、サンプル数当たりの平均範囲、がパラメータレベル又は値と は確かに無関係であることが証明された。 備考： − この監視には系統的エラーは含まれていない。経験によれば、系統的エラー の大きな変化は常にランダムなエラーの変化と相関関係があることが示されてい る。 − 現実的実施化のためには、幾つかのハンドラを適応化して、試験されたデバ イス（試験プログラムにより制御されて）を強制的に再縮小させる必要がある。 − 各パラメータ測定は自身のエラ−源を有している。これらを全て制御するの は、あまりに多くの監視を必要とし、有益ではない。目標は、当該製品が最も敏 感であるようなエラー源のみを制御することである(例えば、大電流製品は小電 流製品よりも接触抵抗に一層敏感である)。従って、各製品に関して、これらエ ラー源の選択と、対応する監視の選択とは別個になすことができる。 実際には主たるエラー源は接触であるので、接触に直接関係のある測定が最も 頻繁に選択される。これは、接触試験又は付加的な特定の接触抵抗試験でありえ る。また、接触に対して非常に敏感な高調波歪等の動的測定を選択することもで きる。 上記の選択に関する知識は、操作者、試験開発者、装置の操作者、工場技術者 及び装置技術者等の試験部門における異なる訓練により得られる。このようにし て選択された監視を管理図（control chart）に配置し,シワート規則（Shewhart rules）に対して試験すれば、管理外れ（out-of-control）状態を検出すること が可能であり、これら状態は防止策を可能とする“ＯＣＡＰ(Out Of ControlAct ion Plan)”を実施することにより解決される。 ＯＣＡＰの“最終解決策”、即ち管理外れ状態の解決策である行為、は“終結 者”と呼ばれている。これらを原因と共に記録すれば、試験工程の弱点を洞察す ることができ、継続的な改善の可能性が得られる。 試験工程に対するＳＰＣの利点 顧客に対して： − 最善に試験された製品、 − 製品データが最大限に信頼性がある。 試験工場に対して： − 試験が正しいか正しくないかをチェックするツール、 − 最高レベルでの行為のための明確な命令：従来技術者によりなされていた行 為を、ＯＣＡＰの明確な命令により操作者によって一層速く且つ一層安価になす ことができる−全ての訓練の間での最適なやりとり、 − 試験工程の洞察が、一層予測可能なものとする−ＱＡの置換、 − 試験上の問題が殆どなくなり再試験も少なくなるので停止時間が減少する− 試験上の問題からの製品の拒絶が減少する、 − 技術者の努力が少なくてすむ。 開発されたソフトウェアツールは、全てのＳＰＧ監視のための管理図を構築し 、８つのシワート規則の１以上に対して結果をチェックする。試験装置は、ＯＣ ＡＰ状態が発生すると、上記ツールにより自動的に阻止される。該ツールはＯＣ ＡＰを提示し、及び“ＯＣＡＰ終結者”を記録する。 ３つの典型的な結果が提示される。第１に、監視としての“繰り返し性”対監 視としての“歩留まり”を用いて歩留まり問題を検出する感度がチェックされた 。 第１監視が活性化されていない場合は、歩留まりが大幅に低かった時点のみで行 為がなされた。新たな監視が活性化された場合は、適切なシワート規則を活性化 することにより警報がもっと早く発生された筈である。このことは、先行学習的 （pro-active）行為が可能であることを示している。 監視の繰り返し性を利用して、或る問題の発生がＯＣＡＰにより解決され、結 果として２％高い前置試験歩留まりが得られた。歩留まりを監視事項として用い ては、上記問題は検出さえもできなかったであろう。何故なら、２％は製品の典 型的な歩留まり変動内では検出することができないからである。従って、試験上 の問題による２％の拒絶は避けられる。 繰り返し性を監視項目として使用するため、管理限界は幾つかのテスタ上で幾 つかのバッチを試験した後に設定される。或るサンプルでは、最初特定のテスタ が使用される。ＯＣＡＰが活性化され、テスタの問題に向けられた。当該問題を 解決するには或る程度の時間が掛かった。その間でテスタが使用され、警報が無 視され、その後当該問題は解決された。このテスタの問題は較正によっては検出 されなかった。通常、再現性の問題は検出され、特に較正等の他の方法によって は検出することができないエラーも検出される。 経験に基づく、期待される（数量化された）結果： − 試験上の問題による拒絶が少ないことによる歩留まりの改善：１％ − 試験による妨害の減少：５０％ − 少ない再試験及び置換ＱＡ：効率改善：バッチ当たり４５分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．個別製品のバッチ的に実行される製造工程上での測定手順を評価する方法で あって、前記手順に関係する測定に誘発される不確定さの評価を含むような方法 において、 前記バッチから製品品目を周期的に選択し、 上記のように選択された各品目に繰り返しアクセスし、このような各アクセス においては当該品目について予め決められたパラメータの測定を実行し、これに より各品目の１以上の選択されたパラメータに関し、対応するパラメータの測定 から品目のバラツキ値を算出し、 最初に、複数の上記のような品目の品目バラツキ値を同一のパラメータにつき 静止化して、このようなバッチ内でバッチバラツキ値を関連する第１信頼水準で 発生し、 次いで、複数のバッチにわたりバッチバラツキ値を静止化して、該静止化され たバッチバラツキ値に基づいて統計的工程管理を実行する、 ような各過程を有していることを特徴とする方法。 ２．請求項１に記載の方法において、前記最初の静止化に先行して、複数の上記 のような品目の品目バラツキ値を同一のパラメータにつき初期静止化して、この ようなバッチの副バッチ内で副バッチバラツキ値を関連する第２信頼水準で発生 することを特徴とする方法。 ３．請求項２に記載の方法において、前記副バッチが集積回路製造用のウェハで あることを特徴とする方法。 ４．請求項１に記載の方法において、前記品目が同一のパラメータの測定対の間 で機械的に解放され、再びアクセスされることを特徴とする方法。 ５．請求項１に記載の方法において、各品目が正確に２度測定されるパラメータ を有していることを特徴とする方法。 ６．請求項１に記載の方法において、各パラメータ測定が当該製品品目の合格− 不合格判定を伴うことを特徴とする方法。 ７．個別製品のバッチ的に実行される製造工程上での測定手順を評価するシステ ムであって、前記手順に関係する測定に誘発される不確定さの評価を含むような システムにおいて、 前記バッチから製品品目を周期的に選択するための入力手段と、 上記のように選択された各品目に繰り返しアクセスし、このような各アクセス においては当該品目について予め決められたパラメータの測定を実行するような アクセス及び測定手段と、 各品目の１以上の選択されたパラメータに関し、対応するパラメータの測定か ら品目のバラツキ値を計算する計算手段と、 前記計算手段から供給を受けて、複数の上記のような品目の品目バラツキ値を 同一のパラメータにつき静止化し、このようなバッチ内でバッチバラツキ値を関 連する第１信頼水準で発生する第１静止化手段と、 前記第１静止化手段から供給をうけて、複数のバッチにわたりバッチバラツキ 値を静止化する第２静止化手段と、 前記第２静止化手段から供給を受けて、静止化されたバッチバラツキ値に基づ いて統計的工程管理を実行する統計的工程管理手段と、 を有していることを特徴とするシステム。