JP2005173911A - 工程管理システムおよび工程管理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 工程の異常をより的確に検出することが可能な工程管理システムおよび工程管理方法を提供する。
【解決手段】 例えば1週間単位などで纏めた工程能力指数CpおよびCpkの推移と、コントロールリミット外れ(Ucl外れ)などといったSPCアラームの発生数の推移とを一つのグラフとして表示する手段を設け、このグラフを用いて工程管理を行う。これによって、上限および下限規格値から見た工程能力のマージンと、その規格値内での工程推移の安定性とを容易に把握することが可能になる。
【選択図】 図2
【解決手段】 例えば1週間単位などで纏めた工程能力指数CpおよびCpkの推移と、コントロールリミット外れ(Ucl外れ)などといったSPCアラームの発生数の推移とを一つのグラフとして表示する手段を設け、このグラフを用いて工程管理を行う。これによって、上限および下限規格値から見た工程能力のマージンと、その規格値内での工程推移の安定性とを容易に把握することが可能になる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、工程管理システムおよび工程管理方法に関し、特に、工程能力指数による管理と「統計的工程管理(SPC:Statistical Process Control)」を統合した工程管理システムおよび工程管理方法に適用して有効な技術に関するものである。
例えば、製品の製造工程などの管理を行う際には、統計学的手法が広く用いられている。その一例として、工程能力指数であるCpおよびCpkを用いた管理や、SPCと呼ばれる管理などが挙げられる。
ここで工程能力指数Cpの値は、規格に対する分布のばらつき(標準偏差)の程度を判定する指数であり、製品の上限規格値をUsl、下限規格値をLsl、ばらつきをσ1とすると、Cp=|Usl−Lsl|/6σ1で定義される。また、工程能力指数Cpkの値は、分布の偏り(平均値Xbarと規格の中心値とのずれ)を判定する指数であり、Ca=|(Usl−Lsl)/2−Xbar|/(Usl−Lsl)/2とすると、Cpk=1−Ca/Cpで定義される。これらの工程能力指数は、その値が高い程、工程能力が高いということになり、その値の大きさなどによって工程管理が行われる。
一方、SPCは、例えば、製品のロット単位などで取得される平均値Xbarや最大値と最小値の差である範囲Rなどの推移を統計管理し、異常点や異常な傾向を検出してアラーム(以下、SPCアラームと称す)を発生するような管理方法である。その一例として、例えば平均値Xbarを取得していった際の分布のばらつきをσ2とすると、平均値Xbarが±3σ2(以下、コントロールリミットと称す)の範囲を外れた場合や、そのコントロールリミットの範囲内においても一定期間上昇/下降が連続したような場合などでSPCアラームを発生する。つまり、SPCは、製品がコントロールリミットの範囲内で安定して製造されていることを保証するものである。
前記CpおよびCpkを用いた管理を行う装置としては、例えば、特許文献1における工程能力指数計算機能付き小型電子計算機が挙げられる。この装置は、統計グラフ(ヒストグラム)を画面表示すると同時に、その平均値、標準偏差、上限規格値ならびに下限規格値を参照線として画面表示する機能を有している。そして、これらのデータから、自動でCpおよびCpkの値を計算する機能も備えている。
特開平6−12377号公報
ところで、前記のような工程管理の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
一般的な工程管理方法として、例えば、前記背景技術で述べたような工程能力指数およびSPCを用いる方法が挙げられる。本発明者が検討したところ、これらの管理方法の実際の運用方法としては、例えば、工程能力指数CpおよびCpkの値をプロットしたグラフや、もしくは、SPC管理図と呼ばれる平均値Xbarや範囲Rなどをプロットしたグラフを用い、それらの推移を観測するといったことが考えられる。
ところで、前記工程能力指数のグラフは、製品の上限/下限規格値に対する工程能力を示すものであり、前記SPCのグラフ(SPC管理図)は、主にコントロールリミット内での工程の安定性を示すものである。したがって、それぞれのグラフは、工程管理に対する観点が異なる部分があり、また、工程の異常を検出する際、それぞれのグラフによって検出の容易性に優劣があるため、両グラフ共に活用して工程管理を行うことが望ましい。
しかしながら、これらのグラフは、通常、それぞれ個別に観測されるため、一方のグラフのみの観測では、工程の異常の傾向が判別し難い場合や、工程の異常な傾向を見落とす場合も考えられる。その一例として、例えば分布のばらつきσ2が大きく、製品の上限/下限規格値がコントロールリミットの範囲外になってしまうような工程に対しては、SPC管理図よりも工程能力指数のグラフで管理を行った方が工程の異常の傾向が判別し易いことなどが挙げられる。
そこで、本発明の目的は、工程の異常をより的確に検出することが可能な工程管理システムおよび工程管理方法を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明による工程管理システムは、製品を加工する製造装置と、前記加工された前記製品の管理対象項目を定量的に測定する測定装置と、前記測定装置による前記製品の測定値を処理する測定結果処理装置とを有するものである。そして、前記測定結果処理装置は、前記製品の測定値に対してSPCによる工程管理を行い、予め設定した前記製品の加工日時の期間を単位として、その各期間内で発生した発生条件毎のSPCアラームの発生数を取得する手段と、前記製品の測定値を参照して前記各期間内での工程能力指数CpおよびCpkを演算する手段と、前記取得した前記各期間内で発生した前記発生条件毎のSPCアラームの発生数と、前記各期間内での前記工程能力指数CpおよびCpkとを、時間軸を合わせて一つのグラフに表示する手段とを有するものである。
これによって、前記工程能力指数Cp,Cpkと前記SPCの両面から見た工程推移の傾向を容易に判断することなどが可能になる。
また、本発明による工程管理システムは、前記測定結果処理装置内に、さらに、前記取得した前記発生条件毎のSPCアラームの発生数の前記各期間毎の推移と、前記演算した前記工程能力指数CpおよびCpkの前記各期間毎の推移とを分析して、前記製造装置に対してフィードバックを行う時期を判断する手段を有するものである。
すなわち、前記工程能力指数CpおよびCpkと、前記発生条件毎のSPCアラームの発生数を定量的に分析できるため、フィードバックを行う時期を的確に判断することができる。なお、本発明による工程管理システムは、とりわけ、長期間に及ぶ工程管理や、最先端プロセスを用いる半導体装置の製造工程の管理などに適用して有益なものとなる。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
ある一定の期間を単位として、その各期間内で発生した発生条件毎のSPCアラームの発生数と、その各期間内での工程能力指数CpおよびCpkとを、一つのグラフに表示して工程管理を行うことで、工程の異常をより的確に検出することが可能になる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図1は、本発明の一実施の形態の工程管理システムにおいて、その構成および動作の一例を示す図である。ここでは、説明を判り易くするため、一例として半導体装置の成膜工程を管理する場合を想定して説明を行う。ただし、この工程に限定されるものではなく、一般的な製品の製造工程などを管理する場合にも同様に適用可能である。
図1に示す工程管理システムは、例えば、半導体ウェハ上に膜を生成する製造装置1と、前記生成された膜の厚さを測定する測定装置2と、前記測定された結果を処理し、前記製造装置1に対してフィードバックを行う測定結果処理装置3などを有しており、これらの装置は、互いに通信ネットワーク上で接続されている。前記測定結果処理装置3は、例えばパーソナルコンピュータ(PC)などであり、そのPC内に、測定結果格納部3aと、SPCデータ演算部3bと、SPCデータ格納部3cと、SPCアラーム判定部3dと、SPCアラームデータ格納部3eと、工程能力データ演算部3fと、統計結果処理部3gと、CRT表示部3hと、製造条件修正制御部3iなどを有している。
なお、前記演算部3b,3f、前記判定部3d、前記処理部3gおよび前記制御部3iは、CPUおよびメモリなどを用いたソフトウェアによる処理によって実現され、前記格納部3a,3c,3eは、ハードディスクなどの記憶媒体によって実現される。
この測定結果処理装置3の機能概要および動作概要は次のようになっている。
まず、測定装置2における膜厚の測定結果が、通信ネットワークを介して前記測定結果処理装置3に送信され、その測定結果が、半導体ロット番号および製造装置1による着工日時(加工日時)と共に測定結果格納部3aに保存される。SPCデータ演算部3bは、前記測定結果格納部3aに保存された測定結果などを参照して、例えば、各半導体ロット毎に測定結果の平均値Xbar、最大値と最小値の差である範囲R、およびコントロールリミットなどを演算する。そして、これらの演算結果は、半導体ロット番号やその着工日時などと共にSPCデータ格納部3cに保存される。
SPCアラーム判定部3dは、前記SPCデータ格納部3cに保存された演算結果(平均値Xbarや範囲Rなど)の時間的推移または半導体ロット番号毎の推移を監視し、その推移が利用者によって予め設定された発生条件を満たした際にSPCアラームを発生する。ここで、前記利用者が予め設定する発生条件の一例としては、例えば、前記平均値Xbarがコントロールリミットの範囲外となった場合、前記範囲Rがその管理レベルを外れた場合、平均値Xbarおよび範囲Rが一定期間連続して上昇/下降を続けた場合などが挙げられるが、その他にも一般的に知られている発生条件を用いてもよい。そして、SPCアラームが発生した際には、そのSPCアラームの発生条件と、当該半導体ロットの番号および着工日時などが、SPCアラームデータ格納部3eに保存される。
工程能力データ演算部3fは、例えば、前記測定結果格納部3aに保存された測定結果および着工日時などを参照し、利用者によって予め設定された期間を単位として、その各期間内で着工された前記測定結果のばらつきσ1を演算する。そして、工程能力データ演算部3fは、利用者によって予め設定された上限規格値Uslおよび下限規格値Lslを参照し、前記設定された期間毎の工程能力指数Cp,Cpkを演算する。
統計結果処理部3gは、前記SPCアラームデータ格納部3e(SPCアラームの発生条件、着工日時など)を参照し、前記利用者によって予め設定された期間を単位として、その各期間内で発生したSPCアラームの発生数を発生条件毎に集計する。そして、統計結果処理部3gは、前記工程能力データ演算部3fで演算したの工程能力指数Cp,Cpkの推移と、前記発生条件毎のSPCアラームの発生数の推移とを、一つのグラフとしてCRT表示部3hに表示する。
製造条件修正制御部3iは、前記統計結果処理部3gでの、前記工程能力指数Cp,Cpkの推移と前記発生条件毎のSPCアラームの発生数の推移とを分析して、製造装置1に対してフィードバックを行う。
ここで、前記統計結果処理部3gと前記製造条件修正制御部3iのより詳細な機能および動作について以下に説明を行う。
前記統計結果処理部3gは、図1のCRT表示部3hに、例えば、図2に示すようなグラフを表示することができる。図2は、本発明の一実施の形態の工程管理システムにおいて、図1の統計結果処理部によるCRT表示部への表示内容の一例を示すグラフである。図2においては、1週間単位で演算された工程能力指数Cp,Cpkと、1週間単位で集計され発生条件毎に分類されたSPCアラームの発生数とが、時間軸を合わせた状態で一つのグラフに表示されている。
このグラフを見ると、例えば、着工日時が10月16日から10月23日までの1週間分に該当する製品の測定結果を纏めた10/23のデータにおいて、その1週間分の測定結果から演算した工程能力指数Cpの値が向上していることから、ばらつきは小さくなっていることが判る。しかしながら、工程能力指数CpとCpkの差が大きくなっていることから、平均値Xbarが規格の中心値CL(目標値)からずれ始めていることが読み取れる。そして、10月23日から10月30日までを纏めた10/30のデータにおいては、工程能力指数CpとCpkの差が更に大きくなり、Cpも低下していることから、ばらつきが大きくなり、平均値Xbarと目標値とのずれも更に大きくなっていることが判る。
そして、さらに、10/30のSPCアラームの発生数のデータにおいて、Ucl外れ(+3σ2のコントロールリミットをオーバー)が増加していることから、平均値Xbarが目標値よりも高い方にずれていることが判る。ここで、この図2に示したグラフに対応したSPC管理図を図3に示す。図3は、本発明の一実施の形態の工程管理システムにおいて、図2の表示内容に対応したSPC管理図を示すものである。
図3に示すSPC管理図は、図2に示した10月23日付近から10月30日付近における平均値Xbarの推移を示すものであり、横軸が時間軸(半導体ロット番号)、縦軸が平均値Xbarとなっている。図3において、平均値Xbarは、右端の10月30日付近になる程目標値より大きい方向にずれてきており、+3σ2のコントロールリミット(Ucl)をオーバーしている箇所が存在している。なお、図3において、Lclは−3σ2のコントロールリミット、Uslは上限規格値、Lslは下限規格値、CLは前記目標値を示す。
このように、図2のようなグラフを用いることで、図3のSPC管理図の推移の傾向を把握することができる。また、他の一例として、図4および図5に、前記図2および図3とは異なるグラフおよびSPC管理図の一例を示す。
図4は、本発明の一実施の形態の工程管理システムにおいて、図2とは異なるCRT表示部への表示内容の一例とそれに対応するSPC管理図を示すものであり、(a)は、その表示内容の一例となるグラフであり、(b)は、(a)のグラフに対応するSPC管理図である。図5は、本発明の一実施の形態の工程管理システムにおいて、図2および図4とは異なるCRT表示部への表示内容の一例とそれに対応するSPC管理図を示すものであり、(a)は、その表示内容の一例となるグラフであり、(b)は、(a)のグラフに対応するSPC管理図である。
図4および図5は、例えば、ばらつきが大きく、コントロールリミット(UclおよびLcl)が上限および下限規格値(UslおよびLsl)よりも外側に位置してしまうような工程を管理した場合の例である。このような管理は、例えば、最先端プロセスの半導体装置の製造工程などにおいて、製造装置の能力を超えた精度で、製品の製造を行う必要がある場合などで行われる場合が多い。そして、その管理方法の一例としては、例えば、コントロールリミットの代わりに、利用者の判断によって、上限および下限規格値の内側にアクションリミット(UactおよびLact)などを設定し、管理する方法などが挙げられる。
このような工程管理において、図4(a)では、11/6〜11/27の間で、工程能力指数Cp,Cpkが共に低く、また、アクションリミットUact外れとアクションリミットLact外れのSPCアラームが同様な確率で発生している。このことから、分布の偏りは少なく、分布が全体的にばらついていることが読み取れる。そして、図4(b)に示すSPC管理図を見ると、図4(a)から読み取った事項と同様、分布の偏りは少なく、分布が全体的にばらついており、アクションリミットを外れている箇所が多く存在していることが判る。
また、図5(a)においては、11/6〜11/27の間で、工程能力指数Cpに比べて工程能力指数Cpkの値が低く、定常的に分布の偏りが発生していることが読み取れる。しかしながら、アクションリミット外れのSPCアラームはほとんど発生していないため、アクションリミットの位置を見直さなければならない可能性があることが判る。そして、図5(b)に示すSPC管理図を見ると、図5(a)から読み取った事項と同様、分布は偏っているが、アクションリミットを外れている箇所は殆どないことが判る。
以上のように、例えば1週間などといった一定期間の単位で演算された工程能力指数Cp,Cpkと、一定期間の単位で集計され、発生条件毎に分類されたSPCアラームの発生数とを表示したグラフを用い、SPC管理図の推移の傾向を把握しながら工程管理を行うことによって、例えば、下記(1)〜(3)のような効果を得ることができる。
(1)工程管理能力から見たの観点とSPCから見たの観点を総合して、工程推移の傾向を把握することが可能になる。すなわち、図2の工程能力指数Cp,Cpkの推移から、上限規格値および下限規格値に対して工程推移がどの程度のマージンを備え、そして、SPCアラーム数およびその発生条件の推移から、工程推移がどの程度安定しているかを1つのグラフで容易に把握することができる。これによって、より的確に異常な工程を検出することが可能になる。
(2)とりわけ長期間に対する工程推移の傾向を、容易に把握することができる。すなわち、図3のようなSPC管理図は、例えば1週間分といった短期間での工程推移の傾向は比較的容易に把握することができるが、数週間ならびに数ヶ月にも及ぶ工程推移の傾向を把握する場合には、可視性などの面から容易とは言えない。したがって、例えば、製造装置1の状態が長期で徐々に変動していった場合などでは、その傾向の検出が遅れる場合などが予想される。一方、図2のグラフを用いると、長期間にも及ぶ工程能力指数Cp,Cpkの推移とSPCアラームの発生数および発生条件が容易に把握できるので、このような問題を解決することができる。すなわち、より的確に異常な工程を検出することが可能になる。
(3)工程推移の長期的な傾向を、定量的に把握することができ、製造装置1などに対してフィードバックを行う時期などを容易に把握することができる。すなわち、図3のSPC管理図では、値が上下等に頻繁かつ継続的に推移しているため、その長期的な工程推移の傾向を定量化することは困難と考えられる。このため、例えば、コンピュータによる判断によって自動でフィードバックを行う時期を定めることも困難と言える。
一方、図2のグラフを用いると、工程能力指数Cp,Cpkの値から工程推移の長期的な傾向を定量的に判断することができるため、例えば、図1の製造条件修正制御部3iにおいて、数値的な条件を定義し、その条件を満たした際にフィードバックを行うようにすればよい。また、図2のグラフを用いると、図1の製造条件修正制御部3iにおいて、SPCアラームの発生数およびその発生条件から判る工程推移の安定性も定量的に判断することができるため、より的確に異常を検出し、より的確な判断でフィードバックを行う時期を定めることが可能となる。
また、特に図4および図5のようなばらつきが大きい工程の管理においては、例えばAPC(Advanced Process Control)などのように直前の検査結果で製造装置1へのフィードバックを行うようなことが困難となる。このような場合において、工程能力指数Cp,Cpkの推移と発生条件毎に分類されたSPCアラームの発生数の推移とを用いて製造装置1へフィードバックを行えば、製品の歩留まりなどを向上させることが可能になる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、図2などにおいては、工程管理指数Cp,Cpkの推移として折れ線グラフ、SPCアラーム数の推移としてその発生条件毎に積み重ねた棒グラフを用いたが、一般的に知られている他のグラフ表示形式を用いてもよい。
1 製造装置
2 測定装置
3 測定結果処理装置
3a 測定結果格納部
3b SPCデータ演算部
3c SPCデータ格納部
3d SPCアラーム判定部
3e SPCアラームデータ格納部
3f 工程能力データ演算部
3g 統計結果処理部
3h CRT表示部
3i 製造条件修正制御部
2 測定装置
3 測定結果処理装置
3a 測定結果格納部
3b SPCデータ演算部
3c SPCデータ格納部
3d SPCアラーム判定部
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3f 工程能力データ演算部
3g 統計結果処理部
3h CRT表示部
3i 製造条件修正制御部
Claims (5)
- 製品を加工する製造装置と、前記加工された前記製品の管理対象項目を定量的に測定する測定装置と、前記測定装置による前記製品の測定値を処理する測定結果処理装置とを有する工程管理システムであって、
前記測定結果処理装置は、
前記製品の測定値に対してSPCによる工程管理を行い、予め設定した前記製品の加工日時の期間を単位として、その各期間内で発生した発生条件毎のSPCアラームの発生数を取得する手段と、
前記製品の測定値を参照して前記各期間内での工程能力指数CpおよびCpkを演算する手段と、
前記取得した前記各期間内で発生した前記発生条件毎のSPCアラームの発生数と、前記各期間内での前記工程能力指数CpおよびCpkとを、時間軸を合わせて一つのグラフに表示する手段とを有することを特徴とする工程管理システム。 - 請求項1記載の工程管理システムにおいて、
前記測定結果処理装置は、さらに、前記取得した前記発生条件毎のSPCアラームの発生数の前記各期間毎の推移と、前記演算した前記工程能力指数CpおよびCpkの前記各期間毎の推移とを分析して、前記製造装置に対してフィードバックを行う時期を判断する手段を有することを特徴とする工程管理システム。 - 請求項1または2記載の工程管理システムにおいて、
前記予め設定した前記製品の加工日時の期間は、1週間以上であることを特徴とする工程管理システム。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載の工程管理システムにおいて、
前記工程管理システムは、半導体装置の製造工程の管理に用いられることを特徴とする工程管理システム。 - 製品を加工する製造装置と、前記加工された前記製品の管理対象項目を定量的に測定する測定装置と、前記測定装置による前記製品の測定値を処理する測定結果処理装置とを用いた工程管理方法であって、
前記測定結果処理装置に、
SPCによる工程管理機能を用いて前記製品の測定値の推移を監視し、その推移が利用者によって予め設定された発生条件を満たした際にSPCアラームを発生するステップと、
前記SPCアラームが発生した際に、その発生条件と、その発生元となった前記製品の加工日時とを記憶するステップと、
予め設定した前記加工日時の期間を単位として、その各期間内で発生した前記SPCアラームの発生数を前記発生条件毎に集計するステップと、
前記各期間内での工程能力指数CpおよびCpkを、前記製品の測定値から演算するステップと、
前記演算するステップと前記集計するステップによって得られた、前記発生条件毎の前記SPCアラームの発生数と、前記工程能力指数CpおよびCpkとを、時間軸を合わせて一つのグラフに表示するステップとを実行させることを特徴とする工程管理方法。
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Cited By (9)
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