JP2008140307A - 不良工程推定方法、不良工程推定装置、プログラム、および記録媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】推定が正確であり、かつ処理時間も許容時間内となる不良工程推定方法を提供すること。
【解決手段】或る製造工程で用いる複数の製造装置で処理された製造品の各度数を表す処理数項目データを集計するとともに、検査工程の検査結果である良品の度数と不良品の度数とを表す良品/不良品数項目データを集計して、その処理数項目データおよび良品/不良品数項目データを分類した分割表を作成する。その分割表を用いて、その製造工程で用いる各製造装置で処理された製造品における不良品発生率に有意な差が有るかどうかの検定を行う場合に、独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうちいずれの検定が適するかを判断する。独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうち適すると判断した検定の結果に基づいて、その製造工程が不良品発生要因となっているかどうかの推定を行う。
【選択図】図1

Description

この発明は、製造品を製造するために順次実行される複数の製造工程の中から、不良品発生要因となっている製造工程を推定する不良工程推定方法に関する。
また、この発明は、そのような不良工程推定方法を実施するのに用いられる不良工程推定装置に関する。
また、この発明は、コンピュータにそのような不良工程推定方法を実行させるためのプログラムに関する。
また、この発明は、コンピュータにそのような不良工程推定方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
例えば、半導体や液晶パネルの製造品は、基板に対して複数の製造工程を順次実行して製造される。また、検査工程で製造品を良品、不良品のいずれかに分類している。不良品に分類される製造品が増加して歩留まりが低下していることが判明した場合、製造工程における不良品発生要因を究明して対策を行うことが重要である。しかし、半導体や液晶パネル等の製造品は、数十から数百の製造工程及び製造装置を経て生産される。そのため、一旦製造品に不良が発生すると、不良品発生要因を特定することは一般に非常に困難である。
不良品発生要因を特定するために、順次実行される複数の製造工程の間に検査工程が設けられている。もし、製造工程毎に検査工程を設けたならば、或る検査工程で歩留まりが低下した場合、その検査工程の直前に実行された製造工程が不良工程であることが容易に分かる。しかしながら、多数の検査工程を設けることは多額の設備投資が必要となるばかりか、検査工程のメンテナンス費用の発生、あるいはリードタイムが長くなるという欠点も生じる。そのため、検査工程は、必要最低限数のみ設けられるのが実情である。
従って、現実には、或る検査工程の検査結果を用いて、その検査工程の直前までに実行された複数の製造工程の中から、不良工程を推定することになる。従来のこのような不良工程推定方法として、特許文献1(特開2005−142406号公報)に製造装置履歴の偏りを検定する方法が記載されている。
この特許文献1に記載のカイ2乗検定を説明する。まず、検査工程によって製造品の或る品質を表す品質値を各製造品から得る。この得られた品質値と予め定められた基準値(例えば、製品が良品/不良品のいずれであるかを判定するための2値化閾値)との大小関係に基づいて、各製造品は良品/不良品に分類される。次に、各製造品が各製造工程でどの製造装置によって処理されたかを記録した製造履歴データを参照する。或る製造工程で3台の製造装置(それぞれ単独でその製造工程を実行可能な装置であるものとする。)1,2,3が並行して用いられる場合を例として説明する。或る期間内に、製造装置1,2,3で処理された製造品数を、それぞれf1・,f2・,f3・とする。また、製造装置1,2,3で処理された製造品の中で不良品数を、それぞれf11,f21,f31とする。また、製造装置1,2,3で処理された製造品の中で良品数を、それぞれf12,f22,f32とする。また、この製造工程で処理された不良品の合計数をf・1、良品の合計数をf・2とする。これらの数値を一覧にした分割表を、図9に示す。この分割表の表側の項目は製造装置番号であり、項目数は3個である。この分割表の表頭の項目は不良品/良品数であり、項目数は2個である。ここで、表側は縦方向にある変数であり、表頭は横方向にある変数である。一般に、表側の項目数がs個、表頭の項目数がt個の場合の分割表を、s×t分割表と呼び、図9の場合は3×2分割表である。全製造品数をnとすると、
n=f1・+f2・+f3・=f・1+f・2
である。また、f1・,f2・,f3・,f・1,f・2は、横方向あるいは縦方向の合計を表す度数であり、周辺度数と呼ばれる。f11,f21,f31,f12,f22,f32は、観測度数と呼ばれる。カイ2乗検定の統計量χ2は、
Figure 2008140307
と計算できる。この式中のfi・×f・j/nは、図9の分割表を構成するセル(i,j)の理論度数(あるいは期待度数)と呼ばれ、帰無仮説の下で、予測される(期待される)度数である。また、図9の分割表の自由度νは、(表側の項目数−1)×(表頭の項目数−1)=2×1=2である。
有意確率=1−F(χ2,ν)<α
であれば有意水準αで、製造装置と不良品発生率に相関があると推定される。有意水準αは、1%ないしは5%とすることが伝統的に多い。ここで、F(x,ν)は、自由度νのカイ2乗累積分布関数を表す。また、カイ2乗累積分布関数F(x,ν)は、カイ2乗確率密度関数f(x,ν)を使って、次式のように表すことができる。
Figure 2008140307
有意水準αで製造装置と不良品発生率に相関があると検定された場合、この製造装置の間には(図9の例では3台の製造装置1,2,3の間には)、不良品発生率に差があることになる。すなわち、3台の製造装置1,2,3の中に著しく不良品を発生させる製造装置が存在する可能性を見つけることができる。さらに、複数の製造工程毎に不良工程推定を行うことで、不良品を発生させる製造装置の候補をリストアップすることができる。
しかしながら、カイ2乗検定では、誤った検定結果となる場合がある。すなわち、帰無仮説を採択すべきところを棄却してしまう誤り(第1種の誤り)ないしは、帰無仮説を棄却すべきところを採択してしまう誤り(第2種の誤り)である。そこで、この第1種の誤りないしは第2種の誤りを無くすために、カイ2乗検定に代えて正確確率検定(Exact test)を行うことが知られている。
カイ2乗検定は、帰無仮説の下では統計量χ2の漸近分布がカイ2乗分布であることに基づくパラメトリックな方法である。一方、正確確率検定は、統計量の分布を仮定しないノンパラメトリックな方法である。正確確率検定は、直接確率検定とも呼ばれており、分割表の周辺度数を固定した場合に起こりえる観測度数の全組み合わせに基づいて有意確率を算出して検定を行う方法である。ここで、有意確率は、p値(p-value)とも呼ばれている。
図10に基づいて、正確確率検定を詳細に説明する。図10は、n=100の場合の分割表の一例である。製造装置数はm=2、平均不良品発生率は11%、製造装置1の不良品発生率は10/51=約20%,製造装置2の不良品発生率は1/49=約2%である。周辺度数を固定した場合、すなわちf1・,f2・,f・1,f・2を固定した場合に起こりえる観測度数の全組み合わせは、12通りである。組み合わせ毎に分割表が起こりえる生起確率を、図11に示す。例えば、第1行目(f11=0,f12=51,f21=11,f21=38)の生起確率は、次式で計算される。
Figure 2008140307
また、f11を確率変数とすれば、この確率分布は超幾何分布となることが知られている。
また、図11において、-ΔP1・ΔP2は、製造装置間の不良品発生率に差があることを示すパラメータである。ΔPiは、製造装置iの不良品発生率の平均不良品発生率からの差であり、次式で表される。
ΔPi=Pi−P
ここで、Pは全製造装置(この一例では製造装置1と製造装置2)の平均不良品発生率、Piは、製造装置iの不良品発生率であり、次式で表される。
P=f・1/n
Pi=fi1/fi・
従って、ΔP1・ΔP2は、各製造装置の不良品発生率の平均不良品発生率からの差を掛け合わせたものになる。なお、ΔP1・ΔP2は非正値となるので、これにマイナス符号を付けた−ΔP1・ΔP2は非負値となる。従って、−ΔP1・ΔP2が大きいほど、不良品発生率の製造装置間差が大きいことを表す。
さて、図10に示した観測された分割表は、図11の第11行目に相当し、生起確率は0.004421である。すなわち、帰無仮説が正しいとした場合に、図11に示す観測度数が得られる確率はわずか約0.4%であることを表している。有意確率は、この第11行目を含む稀な場合が起こる確率であるから、12通りの組み合わせの中からこの0.004421以下の生起確率の合計となり、第1,2,11,12行目の生起確率を合計すればよい。従って、有意確率は0.007921=約0.7%となる。例えば有意水準αを1%とすれば、有意確率は有意水準よりも小さいため、帰無仮説は棄却される。つまり、製造装置と不良品発生率に相関が有ると判断される。このようにして、正確確率検定は、検定結果(帰無仮説を棄却するのか採択するのか)と有意確率を求めることができる。
カイ2乗検定では誤った検定結果となる場合の分割表の一例を図12に示す。また、組み合わせ毎に分割表が起こりえる生起確率を図13に示す。カイ2乗検定に基づいて算出された有意確率は0.0006538=約0.07%、正確確率検定に基づいて算出された有意確率は0.080000=8%である。両者の有意確率は大きく隔たっている。例えば有意水準αを1%とすれば、カイ2乗検定では帰無仮説を棄却する一方、正確確率検定では帰無仮説を採択する。このように、カイ2乗検定が誤った検定結果となっている。
このように、カイ2乗検定では誤った検定結果となることがあるため、カイ2乗検定に代えて正確確率検定を行えば、文字通り正確な検定となる。従って、カイ2乗検定の代わりに正確確率検定を行うことが望ましい。
さて、カイ2乗検定が誤った検定結果となる可能性が有る条件も、従来から知られている。例えば、非特許文献1には、分割表の期待度数が1未満のセルが少なくとも1つある場合や、期待度数が5未満のセルが全セル数の20%以上ある場合には、正確確率検定を使うことを検討すべきであることが記載されている。この条件が成り立つ場合は正確確率検定を行い、成り立たない場合はカイ2乗検定を行えば、カイ2乗検定の誤りを無くすことができ、結果として検定結果を正確にすることができる。
特開2005−142406号公報 青木繁伸、"いくつかの注意点"、[online]、平成14年(2002年)5月16日、[平成18年5月16日検索]、インターネット、<URL:http://aoki2.si.gunma-u.ac.jp/lecture/Cross/warning.html>
しかしながら、正確確率検定は、組み合わせ数が膨大になることがある。そのため、有意確率を算出する処理が、非常に長時間を要することがあり、場合によっては許容時間内に計算が終わらないため検定結果が得られない場合もある。上述したカイ2乗検定が誤った検定結果となる可能性が有る条件であっても、組み合わせ数が膨大になることがある。このため、カイ2乗検定の代わりに一律に正確確率検定を採用することは困難である。
図14は、正確確率検定の処理が長時間を要する分割表の一例である。製造品総数はn=425、製造装置数はm=8、平均不良品発生率は23/425=約5%である。組み合わせ数は2035800もあり、非常に大きくなっている。また、図14の製造装置1が処理した製造品数80のうち、不良品数が一つ増えて3とし、良品数が一つ減って77とすると、組み合わせ数は2629575となり、元々の2035800に比べて約30%も増加する。このように、製造品総数nが同一でも、製造装置の不良品発生率が若干違うだけでも、組み合わせ数が大きく変動し、処理時間を予め予測することが困難である。このような製造プロセスを対象とする場合、有意確率を算出する処理が許容時間内に終わらないおそれがある。このため、従来は、現実問題として、カイ2乗検定に代わって正確確率検定を採用することは無かった。一方、検定にカイ2乗検定を採用した場合は、既述のように不良工程推定結果が不正確となる場合が生じるという問題があった。
そこで、この発明の課題は、推定が正確であり、かつ処理時間も許容時間内となる不良工程推定方法を提供することにある。
また、この発明の課題は、そのような不良工程推定方法を実施するのに用いられる不良工程推定装置に関する。
また、この発明の課題は、コンピュータにそのような不良工程推定方法を実行させるためのプログラムに関する。
また、この発明の課題は、コンピュータにそのような不良工程推定方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の不良工程推定方法は、
製造品に対して順次実行される複数の製造工程と、上記製造品が良品、不良品のいずれであるかを検査する少なくとも1つの検査工程とを含む製造プロセスを対象とし、上記検査工程の検査結果に基づいて、上記複数の製造工程のうち不良品発生要因となっている製造工程を推定する不良工程推定方法において、
上記製造プロセス中の製造工程として、その製造工程を実行可能な複数の製造装置を並行して用いる製造工程が含まれており、
或る製造工程で用いる複数の製造装置で処理された製造品の各度数を表す処理数項目データを集計するとともに、上記検査工程の検査結果である良品の度数と不良品の度数とを表す良品/不良品数項目データを集計して、上記処理数項目データおよび良品/不良品数項目データを分類した分割表を作成し、
上記分割表を用いて、その製造工程で用いる各製造装置で処理された製造品における不良品発生率に有意な差が有るかどうかの検定を行う場合に、独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうちいずれの検定が適するかを判断し、
上記独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうち適すると判断した検定の結果に基づいて、上記製造工程が不良品発生要因となっているかどうかの推定を行うことを特徴とする。
この発明の不良工程推定方法では、独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうち適すると判断した検定の結果に基づいて、上記製造工程が不良品発生要因となっているかどうかの推定を行う。したがって、正確な推定を行うことができ、かつ処理時間も許容時間内に収めることができる。
一実施形態の不良工程推定方法は、上記独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうちいずれの検定が適するかを判断するために、まず独立性のカイ2乗検定を行い、上記カイ2乗検定の結果に基づく条件を含む所定の移行条件が成り立つときに、上記正確確率検定が適すると判断することを特徴とする。
この一実施形態の不良工程推定方法では、上記独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうち適すると判断した検定を実行できる。
一実施形態の不良工程推定方法は、上記カイ2乗検定の結果に基づく条件は、上記カイ2乗検定の結果として帰無仮説を棄却して、上記製造工程が不良品発生要因となっていると推定したという条件であることを特徴とする。
この一実施形態の不良工程推定方法では、不良工程でないにもかかわらず不良工程であると推定してしまう誤り(第1種の誤り)を防止できる。
一実施形態の不良工程推定方法は、上記カイ2乗検定の結果に基づく条件は、上記カイ2乗検定の結果として帰無仮説を採択して、上記製造工程が不良品発生要因となっていないと推定したという条件であることを特徴とする。
この一実施形態の不良工程推定方法では、不良工程であるにもかかわらず不良工程でないと推定してしまう誤り(第2種の誤り)を防止できる。
一実施形態の不良工程推定方法は、上記独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうちいずれの検定が適するかを判断するために、対象とする製造品数と製造装置数に基づいて上記正確確率検定の予想処理時間を算出し、この算出した予想処理時間が所定時間を超えないときは上記正確確率検定が適すると判断する一方、上記予想処理時間が所定時間を超えるときは上記カイ2乗検定が適すると判断することを特徴とする。
この一実施形態の不良工程推定方法では、上記正確確率検定の予想処理時間が所定時間を超えるときは上記カイ2乗検定を選択するので、処理時間を許容時間内に収めることができる。
一実施形態の不良工程推定方法は、上記移行条件は、上記分割表を構成する各セルの期待度数の中の最小値が所定値以下であるという条件を含むことを特徴とする。
一般に、上記分割表を構成する各セルの期待度数の中の最小値が所定値以下である場合、カイ2乗検定の検定結果が正確でないことが知られている。ここで、この一実施形態の不良工程推定方法では、上記分割表を構成する各セルの期待度数の中の最小値が所定値以下であれば上記正確確率検定を選択するので、正確な推定を行うことができる。
一実施形態の不良工程推定方法は、上記移行条件は、上記分割表を構成する各セルの期待度数の中の最小値が所定値以下であるようなセル数が上記分割表を構成する全セル数の所定割合以上を占めるという条件を含むことを特徴とする。
一般に、上記分割表を構成する各セルの期待度数の中の最小値が所定値以下であるようなセル数が上記分割表を構成する全セル数の所定割合以上を占める場合、カイ2乗検定の検定結果が正確でないことが知られている。ここで、この一実施形態の不良工程推定方法では、この一実施形態の不良工程推定方法では、上記分割表を構成する各セルの期待度数の中の最小値が所定値以下であるようなセル数が上記分割表を構成する全セル数の所定割合以上を占めていれば上記正確確率検定を選択するので、正確な推定を行うことができる。
一実施形態の不良工程推定方法では、
上記検定は、或る製造工程で用いる各製造装置で処理された製造品における不良品発生率が互いに等しいことを帰無仮説とするとともに、それらの不良品発生率が互いに等しくないことを対立仮説とし、
上記検定の結果が上記帰無仮説を棄却して上記対立仮説を採択する場合に、その製造工程が不良品発生要因となっていると推定する一方、上記検定の結果が上記帰無仮説を採択して上記対立仮説を棄却する場合に、その製造工程が不良品発生要因でないと推定することを特徴とする。
一実施形態の不良工程推定方法は、
上記各製造工程毎に、
上記独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうちいずれの検定が適するかを判断し、
その適すると判断したカイ2乗検定または正確確率検定によって、その製造工程で用いる製造装置と不良品発生率との相関を表す有意確率を算出することを特徴とする。
この一実施形態の不良工程推定方法では、上記各製造工程毎に、その製造工程で用いる製造装置と不良品発生率との相関の有無が分かる。
一実施形態の不良工程推定方法は、上記各製造工程毎に算出された有意確率の昇順に製造工程を並べて、不良品発生要因であると推定される製造工程を表す候補一覧を出力することを特徴とする。
この一実施形態の不良工程推定方法では、どの製造工程が不良品を発生させている不良発生要因であるかどうかを、人が容易に認識することができる。
一実施形態の不良工程推定方法は、上記各製造工程毎に算出された有意確率のうち最小の有意確率を示す製造工程を、不良品発生要因としての推定結果とすることを特徴とする。
この一実施形態の不良工程推定方法では、不良品発生要因である可能性が最も高い製造工程を推定することができる。
一実施形態の不良工程推定方法は、上記正確確率検定によって有意確率を算出する過程において、その算出中の有意確率が有意水準を超えることが判明したとき、その判明した時点で算出を中止し、その時点までに算出された有意確率を算出結果として出力することを特徴とする。
この一実施形態の不良工程推定方法では、処理時間の浪費を防止できる。
一実施形態の不良工程推定方法は、上記正確確率検定を開始した後、所定のタイムアウト時間が経過する時点でその検定を終えられないときは、上記正確確率検定の実行を中止して、上記カイ2乗検定によって算出した有意確率を出力することを特徴とする。
この一実施形態の不良工程推定方法では、予め定められたタイムアウト時間以内に不良工程推定を必ず終えることができる。
一実施形態の不良工程推定方法は、或る製造工程で用いられる複数の製造装置で処理された製造品における不良品発生率のうち最も高い不良品発生率を示す製造装置を、その製造工程における不良品発生要因となっている不良装置として推定することを特徴とする。
この一実施形態の不良工程推定方法では、不良品発生要因である可能性が最も高い製造装置を推定することができる。
一実施形態の不良工程推定方法は、或る製造工程で用いられる複数の製造装置で処理された製造品における不良品数のうち最も多い不良品数を示す製造装置を、その製造工程における不良品発生要因となっている不良装置として推定することを特徴とする。
この一実施形態の不良工程推定方法では、不良品発生要因である可能性が最も高い製造装置を推定することができる。
この発明の不良工程推定装置は、
製造品に対して順次実行される複数の製造工程と、上記製造品が良品、不良品のいずれであるかを検査する少なくとも1つの検査工程とを含む製造プロセスを対象とし、上記検査工程の検査結果に基づいて、上記複数の製造工程のうち不良品発生要因となっている製造工程を推定する不良工程推定装置において、
上記製造プロセス中の製造工程として、その製造工程を実行可能な複数の製造装置を並行して用いる製造工程が含まれており、
或る製造工程で用いる複数の製造装置で処理された製造品の各度数を表す処理数項目データを集計するとともに、上記検査工程の検査結果である良品の度数と不良品の度数とを表す良品/不良品数項目データを集計して、上記処理数項目データおよび良品/不良品数項目データを分類した分割表を作成する分割表作成部と、
上記分割表を用いて、その製造工程で用いる各製造装置で処理された製造品における不良品発生率に有意な差が有るかどうかの検定を行う場合に、独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうちいずれの検定が適するかを判断する検定選択部と、
上記検定選択部が上記独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうち適すると判断した検定の結果に基づいて、上記製造工程が不良品発生要因となっているかどうかの推定を行う推定部とを備えたことを特徴とする。
この発明の不良工程推定装置では、独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうち適すると判断した検定の結果に基づいて上記製造工程が不良品発生要因となっているかどうかの推定を行う。したがって、正確な推定を行うことができ、かつ処理時間も許容時間内に収めることができる。
この発明のプログラムは、上記不良工程推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
この発明の記録媒体は、上記不良工程推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
図3はこの発明の一実施形態の不良工程推定方法の適用対象となる製造プロセスを模式的に示している。この製造プロセスは、製造品に対して順次実行される複数の製造工程S0,S1,S2,S3と、製造品の品質値を調べる検査工程Tとを含んでいる。
図3に基づいて、製造品の流れを説明する。製造品は、製造工程S0,S1,S2,S3の順に処理されて、検査工程Tを通過する。製造工程S1には、この製造工程S1をそれぞれ単独で実行可能な2つの製造装置1−1,製造装置1−2を並行して用いている。同様に、製造工程S2には、この製造工程S2をそれぞれ単独で実行可能な3つの製造装置2−1,製造装置2−2,製造装置2−3を並行して用いており、製造工程S3には、この製造工程S3をそれぞれ単独で実行可能な3つの製造装置3−1,製造装置3−2,製造装置3−3を並行して用いている。検査工程Tは、各製造品を検査して品質値を得るとともに、得られた品質値と基準値との大小関係に基づいて、各製造品を良品と不良品のいずれかに分類している。
さて、製造工程S1に着目して、詳細な説明を行う。或る期間において、製造工程S1が用いる製造装置1−1で処理された製造品の個数をf1・とする。この製造工程S3の後で実行される検査工程Tで検査された製造品を、過去に遡って製造工程S1における製造履歴を調べることで、この製造装置1−1で処理された製造品の個数f1・を、不良品の個数f11と、良品の個数f12とに分類することができる。すなわち、
f1・=f11+f12
となる。同様に、製造工程S1が用いる製造装置1−2で処理された製造品の個数f2・を不良品の個数f21と、良品の個数f22とに分類することができる。すなわち、
f2・=f21+f22
となる。
また、或る期間において、この製造工程S1で処理された製造品の総数をnとする。このn個の製造品のうち、検査工程Tで不良品に分類された製造品の個数をf・1、良品に分類された製造品の個数をf・2とする。結局、
n=f1・+f2・=f・1+f・2
となる。
図4は、上記不良工程推定方法を実施するための不良工程推定装置300のブロック構成を示している。この不良工程推定装置300は、分割表作成部として働く入力部301と、検定選択部および推定部として働く演算部302と、出力部303とを備えている。入力部301は、検査結果データと製造履歴データを入力し、それらのデータを用いて、後述するような分割表を作成する。演算部302は、入力部301からの分割表データを用いて、後述するような検定の選択、および不良工程の推定を行う。出力部303は、演算部302から推定結果を受け取り、推定結果を出力する。
図5は、製造工程S1で処理された製造品を集計した分割表を示している。表側の項目は、各製造装置1−1,1−2で処理された製造品の各度数を集計した処理数項目であり、その項目数はm=2個である。表頭の項目は検査工程Tの検査結果である良品、不良品の各度数を集計した良品/不良品数項目であり、その項目数は2個である。このように、製造工程S1についての分割表は、2×2分割表となっている。この分割表を構成する各セル(i,j)の観測度数をfijで表す。ここで、iは、表側の項目を表し、i=1は製造品が製造装置1−1で処理されたことを表し、i=2は製造品が製造装置1−2で処理されたことを表す。また、jは表頭の項目を表し、j=1は製造品が不良品であることを表し、j=2は製造品が良品であることを表す。i行目の周辺度数fi・は、fijのjについての和を意味し、次式で表される。
Figure 2008140307
また、j列目の周辺度数f・jは、fijのiについての和を意味し、次式で表される。
Figure 2008140307
着目している製造工程S1が不良品発生要因となっているか否かを知るためには、処理/未処理数項目と良品/不良品数項目とが独立であるかどうかを検定する。ここで、独立性のカイ2乗検定による検定を説明する。帰無仮説H0を
H0:Pij=Pi・×P・j
とする。ここで、Pijは、セル(i,j)の生起確率である。Pi・は、i行目の周辺確率であり、
Pi・=fi・/n
となる。また、P・jは、j列目の周辺確率であり、
P・j=f・j/n
となる。
帰無仮説H0のもとで、生起確率Pijの最尤推定量P'ijは、
P'ij=(fi・/n)×(f・j/n)=(fi・×f・j)/n2
となる。帰無仮説H0のもとでのセル(i,j)の理論度数f'ijは、
f'ij=n×P'ij=fi・×f・j/n
となる。結局、カイ2乗の独立性の統計量χ2は、
Figure 2008140307
と計算できる。また、2×2分割表の自由度νは、(表側の項目数−1)×(表頭の項目数−1)=1×1=1である。カイ2乗検定では、
有意確率=1−F(χ2,ν)≦α
であれば有意水準αで、帰無仮説が棄却されて、製造装置と不良品発生率に相関があると推定される。すなわち、2つの製造装置の間で、不良品発生率に有意な差があることになる。また、有意確率が有意水準αより大きければ、帰無仮説が採択されて、製造装置と不良品発生率に相関があるとはいえない。すなわち、2つの製造装置の間で、不良品発生率に有意な差があるとはいえない。このようにして、著しく不良品を発生させる製造装置を用いている製造工程が存在する可能性を見つけることができる。
このように、製造工程S1について不良工程推定を行う。同様にして、製造工程S2および製造工程S3のそれぞれについて、不良工程推定を行う。すなわち、製造工程S1,S2,S3のそれぞれについて不良工程推定を行い、製造工程S1,S2,S3のそれぞれについて不良工程であるかどうかの推定結果を得ることができる。
図1は、この発明に従って、全製造工程について不良工程推定を行う一実施形態の不良工程推定方法100の手順を示すフローチャートである。検査結果データ101は、検査工程Tから出力される、製造品毎に関連付け(紐付け)された良品もしくは不良品を表すデータである。製造履歴データ102は、製造品毎にその製造品を処理した各製造工程の製造装置を表すデータである。処理ステップ103では、この検査結果データ101と製造履歴データ102を入力して、製造工程毎に分割表を作成する。次のステップ112は、製造工程毎に実行される推定の手順を大括りにして示している(詳細は後述)。ステップ112の次のステップ109では、すべての製造工程の推定を終えていない場合は、未推定の製造工程についてステップ112を実行するように処理を分岐させる。ステップ109で、すべての製造工程の推定を終えたと判断した場合は、ステップ110を実行するように処理を分岐させる(詳細は後述)。
ステップ112について説明する。まず、ステップ104では、分割表に基づいてカイ2乗検定を行い、対象の製造工程が不良工程であるかどうかの検定結果と、有意確率を算出する。ステップ105では、そのカイ2乗検定の結果に基づく条件を含む所定の移行条件(詳細は後述)が成り立つか否かを判断して、その判断結果に基づいて処理を分岐させる。上記移行条件が成り立つ場合は、独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうち正確確率検定が適すると判断して、ステップ107に進み、分割表に基づいて正確確率検定を行う。ステップ107を終えるとステップ108に進む。ステップ108では、正確確率検定を不良工程推定結果として、ステップ109に進む。一方、ステップ105で、上記移行条件が成り立たないと判断した場合は、上記カイ2乗検定が適すると判断して、ステップ106に進む。ステップ106では、上記カイ2乗検定の結果を不良工程推定結果として、ステップ109に進む。
さて、有意確率は、帰無仮説が正しいときに帰無仮説を棄却してしまう誤りの確率であり、第1種の誤りの確率と等しい。つまり、有意確率は、本当は製造工程が不良品発生要因でないときに、不良品発生要因であるという誤った推定をしてしまう確率である。従って、有意確率が低いほど、第1種の誤りを犯すことが少ないことになり、その製造工程が不良品発生要因である可能性が高いことになる。
ステップ110では、製造工程毎に推定された不良工程推定結果と有意確率を用いて、不良工程で有ると推定された製造工程のみを(帰無仮説を棄却した製造工程のみを)、有意確率の昇順に並べて一覧にする。すなわち、有意確率が最も小さかった製造工程を一覧のトップにする。また、不良工程でないと推定された製造工程は一覧に掲載されない。この一覧を最終的な推定結果111として出力する。これにより、どの製造工程が不良品を発生させている不良発生要因であるかどうかを、人が容易に認識することができる。
ところで、第1種の誤りを低減させることが重要な場合がある。すなわち、帰無仮説を採択すべきところを棄却してしまう誤りを低減させることである。不良工程推定においては、不良工程でないにもかかわらず不良工程であると推定してしまう誤りである。第1種の誤りが多いと、不良工程推定により推定された不良工程数が実際よりも多くなり、作業者はそれが正しいかどうかを確認する作業が増加する問題が生じる。第1種の誤りがあまりにも多いと、作業者は不良工程推定結果をどれも信じなくなってしまう。そこで、カイ2乗検定の第1種の誤りを低減させるためには、カイ2乗検定の結果として帰無仮説を棄却した場合には正確確率検定を実施すればよい。カイ2乗検定の結果として帰無仮説を採択した場合にはそのままカイ2乗検定の結果を採用することになる。このようにすれば、正確確率検定をいつも実施する必要が無く、複数の製造工程毎に検定を行う総処理時間を短縮することができる。
一方、第2種の誤りを低減させることが重要な場合がある。すなわち、帰無仮説を棄却すべきところを採択してしまう誤りを低減させることである。不良工程推定においては、不良工程であるにもかかわらず不良工程でないと推定してしまう誤りである。第2種の誤りが多いと、不良工程を見逃してしまう問題が生じる。第2種の誤りがあまりにも多いと、不良工程を特定して不良発生要因を改善することができず、不良品をいつまでたっても低減できない問題が生じる。そこで、カイ2乗検定の第2種の誤りを低減させるためには、カイ2乗検定の結果として帰無仮説を採択した場合には正確確率検定を実施すればよい。カイ2乗検定の結果として帰無仮説を棄却した場合にはそのままカイ2乗検定の結果を採用することになる。このようにすれば、正確確率検定をいつも実施する必要が無く、複数の製造工程毎に検定を行う総処理時間を短縮することができる。
第1種の誤りを低減させるのか、第2種の誤りを低減させるのかは、一概に決まるのではなく、製造プロセスの事情に応じて決定すればよい。
次に、ステップ105で判断基準とする移行条件の詳細を説明する。上述したように第1種の誤りを低減させる場合は、上記移行条件は、次の条件(a)である。
条件(a):カイ2乗検定の結果として帰無仮説を棄却していること。
また、上述したように第2種の誤りを低減させる場合は、上記移行条件は、次の条件(b)である。
条件(b):カイ2乗検定の結果として帰無仮説を採択していること。
正確確率検定を行う理由は、カイ2乗検定のように誤った検定結果とならずに、正確な検定となることであった。従って、カイ2乗検定が誤らずに検定できる場合は、正確確率検定を行う必要がない。換言すれば、正確確率検定を行う条件は、カイ2乗検定の検定結果が正確でないときである。カイ2乗検定は、正確確率検定に比べて、処理が極めて少なく、短時間に検定を終えることができる長所がある。この正確確率検定を行う条件は、上述したように、次の条件(c)ないしは条件(d)が知られている。
条件(c):分割表の期待度数が1未満のセルが少なくとも1つあること。
条件(d):期待度数が5未満のセルが全セル数の20%以上あること。
上記移行条件としては、条件(a)と条件(b)とのうちいずれか一つと、条件(c)かつ/または条件(d)を組み合わせた条件が望ましい。このようにした場合、条件(a)と条件(c)かつ/または条件(d)を組み合わせた場合はカイ2乗検定の第1種の誤りを防止できる。また、条件(b)と条件(c)かつ/または条件(d)を組み合わせた場合はカイ2乗検定の第2種の誤りを防止できる。このようにして、より正確な推定を行うことができる。
図2は、この発明に従って、全製造工程について不良工程推定を行う別の実施形態の不良工程推定方法200の手順を示すフローチャートである。このフローチャート中のステップ212は、製造工程毎に実行される推定の手順を大括りにして示している(詳細は後述)。図2中の処理203,204,206,207,208,209,210は、図1中の処理103,104,106,107,108,109,110と同じである。符号201,202,211は、それぞれ検査結果データ、製造履歴データ、推定結果を示している。
ステップ212について説明する。このステップ212では、最初にステップ213で、製造品数とその製造工程で用いる製造装置数に基づいて正確確率検定の予想処理時間を算出する(詳細は後述)。続いて、ステップ205では、所定の移行条件(詳細は後述)が成り立つか否かを判断して、その判断結果に基づいて処理を分岐させる。上記移行条件が成り立つ場合は、ステップ207に進み、分割表に基づいて正確確率検定を行う。一方、上記移行条件が成り立たない場合は、ステップ204に進み、分割表に基づいてカイ2乗検定を行う。この例では、上記移行条件は、次の条件(e)である。
条件(e):予想処理時間が所定の許容時間を超えないこと。
つまり、予想処理時間が所定の許容時間を超えない場合はステップ207に進んで、正確確率検定を行う。予想処理時間が所定の許容時間を超える場合はステップ204に進んで、カイ2乗検定を行う。このように、上記正確確率検定の予想処理時間が所定時間を超えるときはカイ2乗検定を選択することによって、処理時間を許容時間内に収めることができる。
ステップ205で判断基準とする移行条件としては、条件(e)と、条件(c)かつ/または条件(d)とを組み合わせた条件が望ましい。例えば、条件(e)かつ条件(c)。別の例では、条件(e)かつ条件(c)かつ条件(d)である。更に別の例では、条件(e)が成り立っており、条件(c)と条件(d)とのうちいずれか一つ以上が成り立つ場合である。このようにした場合、より正確な推定を行うことができる。
次に、正確確率検定の予想処理時間を算出する方法について説明する。上述した有意確率の算出方法から容易に分かるように、正確確率検定の処理時間は組み合わせ数に比例する。しかし、前述したように、正確確率検定における組み合わせ数は、事前に算出することができない。組み合わせ数は、周辺度数によって決まる。従って、周辺度数と組み合わせ数の表を予め作成しておけば、この表を参照すれば組み合わせ数を知ることができる。しかしながら、周辺度数の数は、「製造装置数+2」個もあるため、現実的に不可能である。そこで、本発明者は、製造品総数nと製造装置数mに基づいて組み合わせ数の最大値の近似値を算出する方法を考案した。つまり、2つのパラメータ製造品総数nと製造装置数mによって作成できる全分割表の中で、最大組み合わせ数の近似値を算出する。実際の分割表の組み合わせ数は、この最大組み合わせ数以下であるから、次の近似式に示すように、正確確率検定の最大処理時間を予想することができる。
Figure 2008140307
ここで、yは、2つのパラメータ製造品総数nと製造装置数mによって作成できる全分割表の中で最大組み合わせ数を表す。また、y’は、yの近似値であり、近似値であることを表すためにダッシュ(’)を付している。また、b,b,b,bは係数、roundは四捨五入関数、expは指数関数、logは自然対数関数をそれぞれ表す。
図6は、製造品総数nと製造装置数mによって定まる最大組み合わせ数とその近似値を描画した図である。実線は真の最大組み合わせ数、点線は上記近似式のy’を算出して求めた最大組み合わせ数の近似値である。この図6から、上記近似式によって、概ね近似ができていることが分かる。
製造品数n=12、製造装置数m=3の場合を例にして、この近似式を説明する。この場合、組み合わせ数が最大となる分割表を図7に示す。すなわち、f1・=f2・=f3・=4,f・1=f・2=6である。図7のような周辺度数となる分割表の組み合わせ数は19になる。全組み合わせを図8に示す。この組み合わせ数19は、上記近似式によれば、次のように近似値17を計算できる。
Figure 2008140307
また、上述の不良工程推定方法100、200に対して、正確確率検定の処理時間にタイムアウト処理を更に加えても良い。すなわち、上記正確確率検定を開始した後、所定のタイムアウト時間が経過する時点でその検定を終えられないときは、上記正確確率検定の実行を中止して、上記カイ2乗検定によって算出した有意確率を出力する。正確確率検定が上記タイムアウト時間を経過するまでに終えられた場合は、正確確率検定の結果を出力する。このようなタイムアウト処理を行えば、不良工程推定の処理時間は、予め定められたタイムアウト時間を越えることがなくなる。換言すれば、予め定められたタイムアウト時間以内に不良工程推定を必ず終えることができる。
また、上記正確確率検定によって有意確率を算出する過程において、その算出中の有意確率が有意水準を超えることが判明したとき、その判明した時点で算出を中止し、その時点までに算出された有意確率を算出結果として出力するようにしても良い。これにより、処理時間の浪費を防止できる。
この発明の実施形態において、推定結果は不良品発生要因と推定された製造工程であった。つまり、製造工程を特定しても、その製造工程が並行して用いている複数の製造装置のいずれが不良品発生要因となっているかをさらに特定する必要がある。
そこで、推定結果の製造工程毎に、製造工程で用いられる複数の製造装置で処理された製造品における不良品発生率が最も高い製造装置を、不良品発生要因となっている不良装置として推定し、推定結果に加えて出力するのが望ましい。そのようにした場合、不良品発生要因となっている製造工程だけでなく、不良品発生率が最も高い製造装置も推定される。したがって、作業員は不良品発生要因を容易に特定することができる。
また、出力部は、推定結果の製造工程毎に、製造工程で用いられる複数の製造装置で処理された製造品における不良品数が最も多い製造装置を、不良品発生要因となっている不良装置として推定し、推定結果に加えて出力してもよい。そのようにした場合、不良品発生要因となっている製造工程だけでなく、不良品数が最も高い製造装置も推定される。したがって、作業員は不良品発生要因を容易に特定することができる。
なお、検査工程Tの検査結果である良品ないしは不良品とは、製造プロセスが製造品を製造する過程において、各製造品から測定された測定値から判別された結果を表す。例えば、測定値とは、製造品の性能を表す値、電気的検査結果、外観検査結果、目視検査結果、製造品に含まれる欠陥数等である。
分割表に集計する期間は、数時間,1日間,1週間,あるいは1ヶ月間等に適宜定めればよい。期間が短いほど、不良品発生要因が発生してから推定できるまでを短くする長所がある一方、集計する製造品ないしは基板数が少なくなるため推定精度が悪化する欠点がある。期間が長いほど、不良品発生要因が発生してから推定できるまでを長くなる欠点がある一方、集計する製造品ないしは基板数が多くなるため推定精度が向上する長所がある。
この発明の不良工程推定方法は、半導体や液晶パネルを製造する製造プロセスに限って適用されるものではなく、他の製造プロセスにも適用することができる。例えば、プラズマ(Plasma)ディスプレイ、有機EL(Electroluminescence)ディスプレイ、SED(Surface-conduction Electron-emitter Display;表面電界ディスプレイ)等のフラットディスプレイパネル、固体撮像素子、太陽電池、ハードディスク磁気ヘッド等にも適用することができる。
この発明の不良工程推定方法は、ソフトウェア(プログラム)をコンピュータに実行させることによって容易に実現される。
また、そのようなソフトウェアをCD−ROMなどの記録媒体に記録しておいても良い。その場合、その記録媒体に記録されたソフトウェアを一般的なパーソナルコンピュータなどに読み取らせることにより、パーソナルコンピュータにこの発明の不良設備推定方法を実行させることもできる。
この発明の一実施形態の不良工程推定方法によって、全製造工程について不良工程推定を行う手順を表すフローチャートである。 この発明の別の実施形態の不良工程推定方法によって、全製造工程について不良工程推定を行う手順を表すフローチャートである。 この発明の一実施形態の不良工程推定方法の適用対象となる製造プロセスを模式的に示した図である。 この発明の一実施形態の不良工程推定装置のブロック構成を示す図である。 製造工程S1で処理された製造品を集計した分割表を例示するである。 製造品総数nと製造装置数mによって定まる最大組み合わせ数とその近似値を描画した図である。 製造品数n=12、製造装置数m=3の場合に組み合わせ数が最大となる分割表を示す図である。 図7の分割表の全組み合わせを表す図である。 製造装置数m=3の場合の分割表を示す図である。 正確確率検定を説明するために用いた分割表を示す図である。 図10の分割表の周辺度数を固定した場合の全組み合わせを表す図である。 カイ2乗検定では誤った検定結果となるような分割表の一例を示す図である。 図12の分割表の周辺度数を固定した場合の全組み合わせを表す図である。 正確確率検定の処理が長時間を要するような分割表の一例を示すである。
符号の説明
300 不良工程推定装置
301 入力部
302 演算部
303 出力部

Claims (18)

  1. 製造品に対して順次実行される複数の製造工程と、上記製造品が良品、不良品のいずれであるかを検査する少なくとも1つの検査工程とを含む製造プロセスを対象とし、上記検査工程の検査結果に基づいて、上記複数の製造工程のうち不良品発生要因となっている製造工程を推定する不良工程推定方法において、
    上記製造プロセス中の製造工程として、その製造工程を実行可能な複数の製造装置を並行して用いる製造工程が含まれており、
    或る製造工程で用いる複数の製造装置で処理された製造品の各度数を表す処理数項目データを集計するとともに、上記検査工程の検査結果である良品の度数と不良品の度数とを表す良品/不良品数項目データを集計して、上記処理数項目データおよび良品/不良品数項目データを分類した分割表を作成し、
    上記分割表を用いて、その製造工程で用いる各製造装置で処理された製造品における不良品発生率に有意な差が有るかどうかの検定を行う場合に、独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうちいずれの検定が適するかを判断し、
    上記独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうち適すると判断した検定の結果に基づいて、上記製造工程が不良品発生要因となっているかどうかの推定を行うことを特徴とする不良工程推定方法。
  2. 請求項1に記載の不良工程推定方法において、
    上記独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうちいずれの検定が適するかを判断するために、まず独立性のカイ2乗検定を行い、上記カイ2乗検定の結果に基づく条件を含む所定の移行条件が成り立つときに、上記正確確率検定が適すると判断することを特徴とする不良工程推定方法。
  3. 請求項2に記載の不良工程推定方法において、
    上記カイ2乗検定の結果に基づく条件は、上記カイ2乗検定の結果として帰無仮説を棄却して、上記製造工程が不良品発生要因となっていると推定したという条件であることを特徴とする不良工程推定方法。
  4. 請求項2に記載の不良工程推定方法において、
    上記カイ2乗検定の結果に基づく条件は、上記カイ2乗検定の結果として帰無仮説を採択して、上記製造工程が不良品発生要因となっていないと推定したという条件であることを特徴とする不良工程推定方法。
  5. 請求項1に記載の不良工程推定方法において、
    上記独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうちいずれの検定が適するかを判断するために、対象とする製造品数と製造装置数に基づいて上記正確確率検定の予想処理時間を算出し、この算出した予想処理時間が所定時間を超えないときは上記正確確率検定が適すると判断する一方、上記予想処理時間が所定時間を超えるときは上記カイ2乗検定が適すると判断することを特徴とする不良工程推定方法。
  6. 請求項2に記載の不良工程推定方法において、
    上記移行条件は、上記分割表を構成する各セルの期待度数の中の最小値が所定値以下であるという条件を含むことを特徴とする不良工程推定方法。
  7. 請求項2に記載の不良工程推定方法において、
    上記移行条件は、上記分割表を構成する各セルの期待度数の中の最小値が所定値以下であるようなセル数が上記分割表を構成する全セル数の所定割合以上を占めるという条件を含むことを特徴とする不良工程推定方法。
  8. 請求項1に記載の不良工程推定方法において、
    上記検定は、或る製造工程で用いる各製造装置で処理された製造品における不良品発生率が互いに等しいことを帰無仮説とするとともに、それらの不良品発生率が互いに等しくないことを対立仮説とし、
    上記検定の結果が上記帰無仮説を棄却して上記対立仮説を採択する場合に、その製造工程が不良品発生要因となっていると推定する一方、上記検定の結果が上記帰無仮説を採択して上記対立仮説を棄却する場合に、その製造工程が不良品発生要因でないと推定することを特徴とする不良工程推定方法。
  9. 請求項1に記載の不良工程推定方法において、
    上記各製造工程毎に、
    上記独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうちいずれの検定が適するかを判断し、
    その適すると判断したカイ2乗検定または正確確率検定によって、その製造工程で用いる製造装置と不良品発生率との相関を表す有意確率を算出することを特徴とする不良工程推定方法。
  10. 請求項9に記載の不良工程推定方法において、
    上記各製造工程毎に算出された有意確率の昇順に製造工程を並べて、不良品発生要因であると推定される製造工程を表す候補一覧を出力することを特徴とする不良工程推定方法。
  11. 請求項9に記載の不良工程推定方法において、
    上記各製造工程毎に算出された有意確率のうち最小の有意確率を示す製造工程を、不良品発生要因としての推定結果とすることを特徴とする不良工程推定方法。
  12. 請求項9に記載の不良工程推定方法において、
    上記正確確率検定によって有意確率を算出する過程において、その算出中の有意確率が有意水準を超えることが判明したとき、その判明した時点で算出を中止し、その時点までに算出された有意確率を算出結果として出力することを特徴とする不良工程推定方法。
  13. 請求項9に記載の不良工程推定方法において、
    上記正確確率検定を開始した後、所定のタイムアウト時間が経過する時点でその検定を終えられないときは、上記正確確率検定の実行を中止して、上記カイ2乗検定によって算出した有意確率を出力することを特徴とする不良工程推定方法。
  14. 請求項1に記載の不良工程推定方法において、
    或る製造工程で用いられる複数の製造装置で処理された製造品における不良品発生率のうち最も高い不良品発生率を示す製造装置を、その製造工程における不良品発生要因となっている不良装置として推定することを特徴とする不良工程推定方法。
  15. 請求項1に記載の不良工程推定方法において、
    或る製造工程で用いられる複数の製造装置で処理された製造品における不良品数のうち最も多い不良品数を示す製造装置を、その製造工程における不良品発生要因となっている不良装置として推定することを特徴とする不良工程推定方法。
  16. 製造品に対して順次実行される複数の製造工程と、上記製造品が良品、不良品のいずれであるかを検査する少なくとも1つの検査工程とを含む製造プロセスを対象とし、上記検査工程の検査結果に基づいて、上記複数の製造工程のうち不良品発生要因となっている製造工程を推定する不良工程推定装置において、
    上記製造プロセス中の製造工程として、その製造工程を実行可能な複数の製造装置を並行して用いる製造工程が含まれており、
    或る製造工程で用いる複数の製造装置で処理された製造品の各度数を表す処理数項目データを集計するとともに、上記検査工程の検査結果である良品の度数と不良品の度数とを表す良品/不良品数項目データを集計して、上記処理数項目データおよび良品/不良品数項目データを分類した分割表を作成する分割表作成部と、
    上記分割表を用いて、その製造工程で用いる各製造装置で処理された製造品における不良品発生率に有意な差が有るかどうかの検定を行う場合に、独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうちいずれの検定が適するかを判断する検定選択部と、
    上記検定選択部が上記独立性のカイ2乗検定と正確確率検定とのうち適すると判断した検定の結果に基づいて、上記製造工程が不良品発生要因となっているかどうかの推定を行う推定部とを備えたことを特徴とする不良工程推定装置。
  17. 請求項1に記載の不良工程推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  18. 請求項1に記載の不良工程推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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