JP4663808B2 - プロセスパラメータ選択装置、プロセスパラメータ選択方法、プロセスパラメータ選択プログラム、プログラム記録媒体、および、上記プロセスパラメータ選択装置を含む製造工程管理装置 - Google Patents

プロセスパラメータ選択装置、プロセスパラメータ選択方法、プロセスパラメータ選択プログラム、プログラム記録媒体、および、上記プロセスパラメータ選択装置を含む製造工程管理装置 Download PDF

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Description

この発明は、デバイス製造工程における多数のプロセスパラメータから有効なプロセスパラメータを選択するプロセスパラメータ選択装置、プロセスパラメータ選択方法、プロセスパラメータ選択プログラム、プログラム記録媒体、および、上記プロセスパラメータ選択装置を含む製造工程管理装置に関する。
デバイス製造装置における製造条件の調整は、良・不良の判定結果や特性値のような製品の品質に影響を与える。そのため、検査工程において各製品の品質が目標範囲内に収まっているか否かを確認し、もし品質が目標範囲内からずれていれば、製造条件を調整して品質が目標範囲内に収まるようにする必要がある。
しかしながら、品質を全数検査するには多くの工数や時間が必要となることや、検査工程によっては製品を破壊しなければ検査ができず、全製品の品質を検査できないという問題がある。
そこで、製造工程から取得できるプロセスパラメータ、例えば各種計測器によって、測定される製造中の装置内温度や装置内圧力のような状態の計測値から、当該製造中の製品の品質を予測する技術がある。このような品質を予測する技術としては、PLS(Partial Least Squares:部分最小二乗法)を利用する方法がある。PLSによって、上記プロセスパラメータの線形式で表現される品質の予測モデルを作成することにより、この予測モデルを用いて上記プロセスパラメータから品質を予測するのである。そのため、上記プロセスパラメータのみに基づいて品質が目標範囲内であるか否かを判別することができ、検査工程を通すことなく製造条件の調整を行うことが可能になるのである。
ここで、製造工程のプロセスパラメータを用いて品質の予測を行う場合に、予測しようとしている品質とは全く関係のないプロセスパラメータを用いると、品質の予測精度が落ちる。また、多数のプロセスパラメータを管理するには、多くの工数および時間を必要とする。
そのため、上記品質の予測モデルを作成するに先立ってプロセスパラメータの取捨選択を行い、限られたプロセスパラメータで予測モデルを作成する方法が提案されている(特開2004‐335841号公報(特許文献1))。
上記特許文献1に開示された「プラズマ処理装置の予測装置」においては、ウエハの処理ごとに得られる運転データ(プロセスパラメータ)と処理結果データとを運転データ記憶部と処理結果データ記憶部とに収集し、収集した運転データに対して解析処理部により多変量解析を行って予測に用いる運転データを選択し、この選択した運転データと処理結果データとの相関関係を求め、求めた相関関係に基づいて、この相関関係を得たウエハ以外のウエハを処理した際の運転データを用いて、プラズマ処理装置の状態あるいは被処理体の状態を予測するようにしている。
ここで、上記多変量解析として主成分分析を用いている。そして、上記予測に用いる運転データの選択では、収集した上記運転データに主成分分析を行い、得られた各主成分軸に関する元の運転データの相対的な貢献度であるローディングを求め、夫々の主成分軸から予め設定された距離内にあるローディングに対応する運転データを選択するようにしている。
しかしながら、上記従来の特許文献1に開示されたプラズマ処理装置の予測装置においては、以下のような問題がある。
短時間に多くの製品を製造するために、生産工程に、同一機能を有する多数の製造装置で構成された製造工程を設ける場合がある。この場合、同一機能を有する製造装置間においてもプロセスパラメータの変動に差があるため、全く同じ調整を行うことは効率的でない。そのため、製造装置毎に適切な調整を行う必要があるという問題がある。
具体的には、上記特許文献1には、単一の製造装置について状態を予測する旨が開示されているだけである。したがって、同一機能を有する複数の製造装置を有するデバイス製造工程において、上記特許文献1に開示された予測に用いるプロセスパラメータの選択方法によって上記製造装置別にプロセスパラメータの選択を行った場合には、製造装置間で異なるプロセスパラメータが選ばれる可能性がある。そのため、各製造装置別に、取得して管理するプロセスパラメータを予め設定して保守する必要があり、工数が増加する。また、各製造装置に対して、何れのプロセスパラメータが管理されているのかを考慮して、製造条件の調整を行う必要があり、調整者の負担が増加する。
さらに、製造装置の台数が多数の場合に、総ての製造装置において、管理されているプロセスパラメータを把握することは現実的ではないという問題もある。
製造装置の台数が多数の場合、同一機能を有する複数の製造装置において、特定の製造装置のみに品質に大きく影響を与えるプロセスパラメータが存在するのであれば、その製造装置が異常である可能性が高い。そのため、その製造装置のプロセスパラメータを使用して予測を行うよりも、寧ろその製造装置の調整を行うべきである。ところが、そうした点については、上記特許文献1においては何ら考慮されてはいない。
また、別の手法として、1つの製造工程を構成する複数の製造装置に対して、まとめて特許文献1に開示された予測に用いるプロセスパラメータの選択方法を適用することによって、全製造装置共通のプロセスパラメータを選択することが可能である。
図11(a)に、プロセスパラメータ1と品質との関係を表わす散布図を示し、図11(b)に、プロセスパラメータ2と品質との関係を表わす散布図を示している。図11(a)および図11(b)において、3台の製造装置の夫々を●,▲,■で表している。尚、この場合、図11(a)あるいは図11(b)に示す品質‐プロセスパラメータ平面上において、各製造装置のデータを略平行移動すれば、移動した製造装置に関するデータの散布領域が他の製造装置に関するデータの散布領域と、略重なるものと仮定する。
上記プロセスパラメータ1は、3台の製造装置をまとめると品質との相関が強いが、各製造装置別に見ると品質との相関関係がない。これに対し、プロセスパラメータ2は、3台の製造装置をまとめると品質との相関関係はないが、各製造装置別に見ると品質との相関が強い。したがって、上記3台の製造装置をまとめて特許文献1に開示された予測に用いるプロセスパラメータの選択方法を適用した場合には、各製造装置別では品質との相関関係がないプロセスパラメータ1が選ばれて、各製造装置別で見ると品質との相関関係が強いプロセスパラメータ2は選ばれないことになる。そのため、品質を予測するためのプロセスパラメータを適切に選択することができないという問題がある。
特開2004‐335841号公報
そこで、この発明の課題は、同一機能を有する複数の製造装置を有する製造工程において、高い保守性と高い精度とで製品の品質を予測する予測モデルを作成可能にするプロセスパラメータを選択することができるプロセスパラメータ選択装置、プロセスパラメータ選択方法、プロセスパラメータ選択プログラム、プログラム記録媒体、および、上記プロセスパラメータ選択装置を含む製造工程管理装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、第1の発明のプロセスパラメータ選択装置は、
同じ機能を有する複数の製造装置によって製品に対してプロセス処理が行われる製造工程において、上記各製造装置からプロセスパラメータを取得するプロセスパラメータ取得部と、
上記製造工程によってプロセス処理が行われた製品に対して検査装置によって検査が行われる検査工程において、上記検査装置から品質データを取得する品質データ取得部と、
上記取得されたプロセスパラメータおよび品質データを用いて、全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータを選択するプロセスパラメータ選択部と
を備え、
上記プロセスパラメータ選択部は、
上記取得されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記プロセスパラメータ毎に多変量解析結果の統計値を算出する第1多変量解析手段と、
上記取得されたプロセスパラメータから、上記第1多変量解析手段で算出された多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値が予め設定された基準値以上であるような上記プロセスパラメータを選択するプロセスパラメータ選択手段と、
上記プロセスパラメータ選択手段によって選択されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記品質の予測モデルを作成する第2多変量解析手段と、
上記第2多変量解析手段で作成された予測モデルの予測精度を算出する予測精度算出手段と
を含んでおり、
上記基準値を順次大きくすると共に、上記プロセスパラメータ選択手段によって夫々の上記基準値で順次選択されたプロセスパラメータを用いて上記第2多変量解析手段で順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを、上記全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータとして選択する
ことを特徴としている。
上記構成によれば、取得したプロセスパラメータを説明変数とし、取得した品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行い、上記プロセスパラメータ毎に算出された多変量解析結果の統計値に基づいて、プロセスパラメータを選択している。したがって、上記製造工程における全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータのみを選択することができる。その結果、各製造装置毎の特定の操作および知識を必要とはせず、何れの製造装置に関しても同様に管理することができ、プロセスパラメータ管理の工数および時間を削減して高い保守性を得ることができる。また、上記選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成することによって、当該予測モデルによる品質の予測精度を上げることが可能になる。
さらに、上記製造装置別に算出された上記多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値値が、上記基準値以上である上記プロセスパラメータを選択している。したがって、全製造装置の平均予測精度等で表される全体の予測精度を向上させることができるプロセスパラメータを抽出することができる。
さらに、上記基準値を順次大きくすると共に、夫々の上記基準値によって選択されたプロセスパラメータを用いて品質の予測モデルを順次作成した場合に、この順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを選択するようにしている。したがって、上記品質の予測結果が最もよくなる予測モデルを作成できる最も少ない数のプロセスパラメータを選択することができる。
また、第2の発明のプロセスパラメータ選択装置は、
同じ機能を有する複数の製造装置によって製品に対してプロセス処理が行われる製造工程において、上記各製造装置からプロセスパラメータを取得するプロセスパラメータ取得部と、
上記製造工程によってプロセス処理が行われた製品に対して検査装置によって検査が行われる検査工程において、上記検査装置から品質データを取得する品質データ取得部と、
上記取得されたプロセスパラメータおよび品質データを用いて、全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータを選択するプロセスパラメータ選択部と
を備え、
上記プロセスパラメータ選択部は、
上記取得されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記プロセスパラメータ毎に多変量解析結果の統計値を算出する第1多変量解析手段と、
上記取得されたプロセスパラメータから、上記第1多変量解析手段で算出された多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値が予め設定された基準値以上であって尚且つ上記統計値の高い順に、予め設定された設定数分の上記プロセスパラメータを選択するプロセスパラメータ選択手段と、
上記プロセスパラメータ選択手段によって選択されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記品質の予測モデルを作成する第2多変量解析手段と、
上記第2多変量解析手段で作成された予測モデルの予測精度を算出する予測精度算出手段と
を含んでおり、
上記基準値を順次大きくすると共に、上記プロセスパラメータ選択手段によって夫々の上記基準値で順次選択されたプロセスパラメータを用いて上記第2多変量解析手段で順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを、上記全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータとして選択する
ことを特徴としている。
この実施の形態によれば、取得したプロセスパラメータを説明変数とし、取得した品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行い、上記プロセスパラメータ毎に算出された多変量解析結果の統計値に基づいて、プロセスパラメータを選択している。したがって、全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータのみを選択することができる。その結果、各製造装置毎の特定の操作および知識を必要とはせず、何れの製造装置に関しても同様に管理することができ、プロセスパラメータ管理の工数および時間を削減して高い保守性を得ることができる。また、上記選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成することによって、当該予測モデルによる品質の予測精度を上げることが可能になる。
さらに、上記製造装置別に算出された上記多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値が、上記基準値以上であって尚且つ上記統計値の高い順に、予め設定された設定数分のプロセスパラメータを選択している。したがって、全製造装置の平均予測精度等で表される全体の予測精度を向上させることが可能なプロセスパラメータを抽出することができる。さらに、使用する変数の数に制限がある場合でも、制限内で予測精度を向上させるプロセスパラメータを抽出することができる。
さらに、上記基準値を順次大きくすると共に、夫々の上記基準値によって選択されたプロセスパラメータを用いて品質の予測モデルを順次作成した場合に、この順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを選択するようにしている。したがって、上記品質の予測結果が最もよくなる予測モデルを作成できる最も少ない数のプロセスパラメータを選択することができる。
また、1実施の形態のプロセスパラメータ選択装置では、
上記多変量解析は、PLSであり、
上記多変量解析結果は、VIP値である。
この実施の形態によれば、上記多変量解析としてPLSを用いると共に、上記多変量解析結果としてVIP値を用いている。したがって、品質を予測する上で重要なプロセスパラメータを抽出することができる。
また、第3の発明のプロセスパラメータ選択方法は、
同じ機能を有する複数の製造装置によって製品に対してプロセス処理が行われる製造工程において、上記各製造装置から、プロセスパラメータ取得部によってプロセスパラメータを取得し、
上記製造工程によってプロセス処理が行われた製品に対して検査装置によって検査が行われる検査工程において、上記検査装置から、品質データ取得部によって品質データを取得し、
プロセスパラメータ選択部によって、
上記取得されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記プロセスパラメータ毎に多変量解析結果の統計値を算出し、この算出された多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値が予め設定された基準値以上である上記プロセスパラメータを選択し、
上記基準値を順次大きくすると共に、夫々の上記基準値によって選択されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記品質の予測モデルを順次作成した場合に、この順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを、全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータとして選択する
ことを特徴としている。
上記構成によれば、取得した上記プロセスパラメータを説明変数とし、取得した品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行い、上記プロセスパラメータ毎に算出された多変量解析結果の統計値に基づいて、プロセスパラメータを選択している。したがって、上記製造工程における全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータのみを選択することができる。その結果、各製造装置毎の特定の操作および知識を必要とはせず、何れの製造装置に関しても同様に管理することができ、プロセスパラメータ管理の工数および時間を削減して高い保守性を得ることができる。また、上記選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成することによって、当該予測モデルによる品質の予測精度を上げることが可能になる。
さらに、上記製造装置別に算出された上記多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値値が、上記基準値以上である上記プロセスパラメータを選択している。したがって、全製造装置の平均予測精度等で表される全体の予測精度を向上させることができるプロセスパラメータを抽出することができる。
さらに、上記基準値を順次大きくすると共に、夫々の上記基準値によって選択されたプロセスパラメータを用いて品質の予測モデルを順次作成した場合に、この順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを選択するようにしている。したがって、上記品質の予測結果が最もよくなる予測モデルを作成できる最も少ない数のプロセスパラメータを選択することができる
た、第4の発明のプロセスパラメータ選択方法は、
同じ機能を有する複数の製造装置によって製品に対してプロセス処理が行われる製造工程において、上記各製造装置から、プロセスパラメータ取得部によってプロセスパラメータを取得し、
上記製造工程によってプロセス処理が行われた製品に対して検査装置によって検査が行われる検査工程において、上記検査装置から、品質データ取得部によって品質データを取得し、
プロセスパラメータ選択部によって、
上記取得されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記プロセスパラメータ毎に多変量解析結果の統計値を算出し、この算出された多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値が、予め設定された基準値以上であって尚且つ上記統計値の高い順に、予め設定された設定数分の上記プロセスパラメータを選択し、
上記基準値を順次大きくすると共に、夫々の上記基準値によって選択されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記品質の予測モデルを順次作成した場合に、この順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを、全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータとして選択する
ことを特徴としている。
上記構成によれば、取得した上記プロセスパラメータを説明変数とし、取得した品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行い、上記プロセスパラメータ毎に算出された多変量解析結果の統計値に基づいて、プロセスパラメータを選択している。したがって、上記製造工程における全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータのみを選択することができる。その結果、各製造装置毎の特定の操作および知識を必要とはせず、何れの製造装置に関しても同様に管理することができ、プロセスパラメータ管理の工数および時間を削減して高い保守性を得ることができる。また、上記選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成することによって、当該予測モデルによる品質の予測精度を上げることが可能になる。
さらに、上記製造装置別に算出された上記多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値が、上記基準値以上であって尚且つ上記統計値の高い順に、予め設定された設定数分のプロセスパラメータを選択している。したがって、全製造装置の平均予測精度等で表される全体の予測精度を向上させることが可能なプロセスパラメータを抽出することができる。さらに、使用する変数の数に制限がある場合でも、制限内で予測精度を向上させるプロセスパラメータを抽出することができる。
さらに、上記基準値を順次大きくすると共に、夫々の上記基準値によって選択されたプロセスパラメータを用いて品質の予測モデルを順次作成した場合に、この順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを選択するようにしている。したがって、上記品質の予測結果が最もよくなる予測モデルを作成できる最も少ない数のプロセスパラメータを選択することができる。
また、1実施の形態のプロセスパラメータ選択方法では、
上記多変量解析は、PLSであり、
上記多変量解析結果は、VIP値である。
この実施の形態によれば、上記多変量解析としてPLSを用いると共に、上記多変量解析結果としてVIP値を用いている。したがって、品質を予測する上で重要なプロセスパラメータを抽出することができる。
また、第5の発明のプロセスパラメータ選択方法は、
同じ機能を有する複数の製造装置によって製品に対してプロセス処理が行われる部分製造工程を複数有する製造工程において、
夫々の上記部分製造工程で使用される複数の上記製造装置の組み合わせを上記製造工程の製造装置として扱い、上記製造工程の製造装置に対して上記第3の発明あるいは上記第4の発明のプロセスパラメータ選択方法を適用する
ことを特徴としている。
上記構成によれば、夫々の上記素材に関して、相関の強いパラメータを選択することができる。
また、第6の発明のプロセスパラメータ選択プログラムは、
コンピュータを
上記第1の発明あるいは上記第2の発明のプロセスパラメータ選択装置におけるプロセスパラメータ取得部,品質データ取得部およびプロセスパラメータ選択部
として機能させることを特徴としている。
上記構成によれば、上記第1の発明あるいは上記第2の発明のプロセスパラメータ選択装置の場合と同様に、上記製造工程における全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータのみを選択することができる。したがって、各製造装置毎の特定の操作および知識を必要とはせず、何れの製造装置に関しても同様に管理することができ、プロセスパラメータ管理の工数および時間を削減して高い保守性を得ることができる。また、上記選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成することによって、当該予測モデルによる品質の予測精度を上げることが可能になる。
さらに、上記プロセスパラメータ毎に算出された多変量解析結果の統計値が上記基準値を超えるまたは上記統計値がより高い有効なプロセスパラメータのみを選択することができる。したがって、この選択された有効なプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成することによって、当該予測モデルの予測精度を上げることが可能になる。
また、第7の発明のコンピュータ読出し可能なプログラム記録媒体は、
上記第6の発明のプロセスパラメータ選択プログラムが記録されたことを特徴としている。
上記構成によれば、本プログラム記録媒体をコンピュータで読み出して実行することによって、上記第1の発明あるいは上記第2の発明のプロセスパラメータ選択装置の場合と同様に、上記製造工程における全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータのみを選択することができる。したがって、各製造装置毎の特定の操作および知識を必要とはせず、何れの製造装置に関しても同様に管理することができ、プロセスパラメータ管理の工数および時間を削減して高い保守性を得ることができる。また、上記選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成することによって、当該予測モデルによる品質の予測精度を上げることが可能になる。
さらに、上記プロセスパラメータ毎に算出された多変量解析結果の統計値が上記基準値を超えるまたは上記統計値がより高い有効なプロセスパラメータのみを選択することができる。したがって、この選択された有効なプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成することによって、当該予測モデルの予測精度を上げることが可能になる。
また、第8の発明の製造工程管理装置は、
上記第1の発明あるいは上記第2の発明のプロセスパラメータ選択装置と、
上記プロセスパラメータ選択装置によって選択されたプロセスパラメータを用いて、上記各製造装置別に製品の品質を予測するための予測モデルを作成するモデル作成部と、
上記モデル作成部で上記各製造装置別に作成された上記予測モデルを、上記各製造装置別に記憶するモデル記憶部と
を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、上記各製造装置別に予測精度の高い予測モデルを作成することができるので、誤差の少ない品質を類推できる。
また、1実施の形態の製造工程管理装置では、
上記製造装置からプロセスパラメータを取得すると共に、上記モデル記憶部に記憶されている予測モデルの中から上記取得されたプロセスパラメータに関する上記製造装置に対応した予測モデルを選出し、上記選出された予測モデルと上記取得されたプロセスパラメータとを用いて製品の品質の予測値を算出し、上記算出された予測値が予め設定された設定範囲を逸脱した場合には異常の警告を出力する異常警告部を備えている。
この実施の形態によれば、品質異常を早期に発見できるため、早期のフィードバックを行うことができる。さらに、プロセスパラメータを選択により厳選しているので、異常の要因候補が少なく、異常要因を早期に発見することができる。さらに、上記選択されたプロセスパラメータは総ての上記製造装置に共通であるので、上記製造装置の調整者が扱うプロセスパラメータの数を減らし、負担を軽減することができる。
また、1実施の形態の製造工程管理装置では、
上記製造装置からプロセスパラメータを取得すると共に、上記モデル記憶部に記憶されている予測モデルの中から上記取得されたプロセスパラメータに関する上記製造装置に対応した予測モデルを選出し、上記選出された予測モデルと上記取得されたプロセスパラメータとを用いて製品の品質の予測値を算出し、上記算出された品質の予測値を出力する予測品質出力部を備えている。
この実施の形態によれば、上記製造装置から取得されたプロセスパラメータに基づいて品質の予測結果を生成して出力することができる。したがって、品質検査を行うに先立って、品質を類推することができる。さらに、品質検査のコストが高いため等の理由から、総ての製品の品質を検査することが難しい場合であっても、総ての製品の予測品質を得ることができる。
以上より明らかなように、第1から第4,第6および第7の発明によれば、取得した上記プロセスパラメータおよび品質データを用いて上記製造装置別に多変量解析による解析を行い、上記プロセスパラメータ毎に算出された多変量解析結果の統計値に基づいて、プロセスパラメータを選択している。したがって、上記製造工程における全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータのみを選択することができる。その結果、各製造装置毎の特定の操作および知識を必要とはせず、何れの製造装置に関しても同様に管理することができ、プロセスパラメータ管理の工数および時間を削減して高い保守性を得ることができる。また、上記選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成することによって、当該予測モデルによる品質の予測精度を上げることが可能になる。
さらに、上記多変量解析結果の統計値と予め設定された基準値との比較結果、または、上記多変量解析結果の統計値同士の比較結果に基づいて、プロセスパラメータを選択している。したがって、上記プロセスパラメータ毎に算出された多変量解析結果の統計値が上記基準値を超えるまたは上記統計値がより高い有効なプロセスパラメータのみを選択することができる。その結果、この選択された有効なプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成することによって、当該予測モデルの予測精度を上げることが可能になる。
また、第5の発明によれば、同じ機能を有する複数の製造装置によって製品に対してプロセス処理が行われる部分製造工程を複数有する製造工程において、夫々の部分製造工程で使用される複数の上記製造装置の組み合わせを上記製造工程の装置として扱うので、複数の上記部分製造工程からの多数のプロセスパラメータから、有効な共通のプロセスパラメータを選択することができる。したがって、製造工程が増えることによる、上記製造装置の莫大な組み合わせの夫々に関してプロセスパラメータを選択する必要がなく、高い保守性を得ることができる。
また、第1〜第7の発明によって選択された有効なプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成し、この予測モデルを用いた予測結果が異常を示した場合には、上記プロセスパラメータを調整する必要がある。その際に、全製造装置に共通のプロセスパラメータが選択されているために、調整すべきプロセスパラメータが少なく、調整の負担が少なくなる。
さらに、製品に対する全数検査が難しい場合、あるいは、製品の品質検査に非常にコストが掛かる場合であっても、上記プロセスパラメータに基づいて、総ての製品の品質を高い予測精度で予測することができる。
また、第8の発明によれば、上記第1の発明あるいは上記第2の発明のプロセスパラメータ選択装置によって選択された有効なプロセスパラメータを用いて、モデル作成部によって予測モデルを作成し、モデル記憶部によってこの予測モデルを上記各製造装置別に記憶するので、上記各製造装置別に予測精度の高い予測モデルを作成することができ、誤差の少ない品質を類推できる。
この発明のプロセスパラメータ選択装置が搭載された製造工程管理装置におけるブロック図である。 図1に示す製造工程管理装置によって管理される製造工程を含む生産工程の構成図である。 図1におけるモデル作成部によって行われる予測モデル作成処理動作のフローチャートである。 データセットの形式の一例を示す図である。 プロセスパラメータとこのプロセスパラメータから作成された各予測モデルのVIP値とこのVIP値の平均値とを示す図である。 図5に続くプロセスパラメータと各予測モデルのVIP値と平均値とを示す図である。 プロセスパラメータとこのプロセスパラメータから作成された各予測モデルのVIP値の平均値とを、上記平均の値が高いものから降順に並べた図である。 2つの部分製造工程を1つの製造工程にまとめる方法の説明図である。 同時に複数のロットを処理する処理位置が1台の製造装置内に複数存在する場合の説明図である。 図1とは異なる製造工程管理装置におけるブロック図である。 プロセスパラメータと品質との関係の一例を示す散布図である。
・第1実施の形態
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1は、本実施の形態のプロセスパラメータ選択装置が搭載された製造工程管理装置におけるブロック図である。また、図2は、図1に示す製造工程管理装置によって管理される製造工程を含む生産工程の概略構成図である。
図1に示すように、本製造工程管理装置1は、生産工程9における製造工程10の製造装置から各種データ(以下、プロセスパラメータと言う)を取得するプロセスパラメータ取得部2と、生産工程9における検査工程11の検査装置から検査結果(以下、品質データと言う)を取得する品質データ取得部3と、上記取得されたプロセスパラメータを記憶するプロセスパラメータ記憶部4と、上記取得された品質データを記憶する品質データ記憶部5と、上記プロセスパラメータおよび上記品質データに基づいて上記プロセスパラメータから製品の品質を予測する予測モデルを作成するモデル作成部6と、作成された予測モデルを記憶するモデル記憶部7と、上記予測モデルによって予測された品質が予め定められた目標範囲から外れたことを検知して異常の警告を出力する異常警告部8とを備えている。
図2に示すように、上記生産工程9は、製品の製造を行う製造工程10と、製造工程10による製造の終了後に製品の検査を行う検査工程11とを、含んでいる。そして、製造工程10は、第1製造工程12a,第2製造工程12b,…第A製造工程12cでなるA個の部分製造工程(任意の部分製造工程で代表する場合には部分製造工程12と言う)で構成されている。さらに、各部分製造工程12は、同じ作業を行う複数の製造装置13を備えている。例えば、第A製造工程12cは、第1製造装置131,第2製造装置132,…第L製造装置13LでなるL個の製造装置13で構成されている。そして、各部分製造工程12において、何れか1つの製造装置13によって処理されて、次の検査工程11に進む。
製品は、単位数量(以下、ロットと言う)毎に番号を付して、このロット番号で管理されている。検査工程11は、第1検査工程14a,第2検査工程14b,…第B製造工程14cでなるB個の部分検査工程(任意の部分検査工程で代表する場合には部分検査工程14と言う)で構成されている。
上記構成を有する製造工程管理装置1のモデル作成部6は、プロセスパラメータ記憶部4から読み出したプロセスパラメータと品質データ記憶部5から読み出された品質データとに基づいて、多変量解析によって、品質を予測する予測モデルを作成する。その場合、製造工程10は、同じ作業を行う複数の製造装置13を備えた部分製造工程12を複数含んでいる。そのため、本モデル作成部6は、各製造装置13別に予測モデルを作成するのである。すなわち、本実施の形態における予測モデルとは、上記プロセスパラメータから品質を予測するための予測式のことである。
したがって、上記モデル記憶部7は、モデル作成部6で製造装置13別に作成された予測モデルを、製造装置13別に記憶するのである。
上記異常警告部8は、製造工程10からプロセスパラメータを取得すると共に、モデル記憶部7に記憶された予測モデルにおける品質予測の対象となる製造装置に対応した予測モデルを用いて、品質の予測値を算出する。そして、得られた品質の予測値が予め定められた目標範囲を外れた場合には、異常の警告を出力する。
そうすると、異常の警告を受けた調整者は、品質を目標範囲内に収めるために、対応する製造装置13に関する製造条件の調整を行うのである。
以下、上記モデル作成部6による予測モデルの作成について、さらに詳細に説明する。図3は、モデル作成部6によって行われる予測モデル作成処理動作のフローチャートを示す。モデル作成部6は、品質の予測精度が良くなるような有効なプロセスパラメータを選択して用い、各製造装置13別に予測モデルの作成を行う。但し、各製造装置13の予測モデルの作成に使用されるプロセスパラメータは、1つの部分製造工程12に関して共通である。以下、図3に示すフローチャートに従って、各製造装置13間で共通したプロセスパラメータを用いることを条件とした場合の、予測精度が良くなる予測モデルの作成方法について説明する。
ステップS1で、製造装置13別にプロセスパラメータと品質データとのデータセットを作成する初期設定が行われる。ステップS2で、上記ステップS1において作成された各データセットに関して、製造装置13別に、プロセスパラメータを説明変数とし、品質データを目的変数とするPLSが実行される。ステップS3で、各データセットのプロセスパラメータ毎に、VIP(Variable importance in the projection)値の平均が算出される。
ステップS4で、メモリ(図示せず)の作業領域に設定された上記VIP値の基準値を表す変数「V」と、前回の予測モデルの予測精度を表す変数「P0」とに、「0」が格納される。ステップS5で、上記ステップS3において算出されたVIP値の平均値がV以上であるプロセスパラメータが選択される。ステップS6で、上記ステップS1において作成された各データセットに関して、上記ステップS5において選択されたプロセスパラメータのみを説明変数として、製造装置13別にPLSが実行される。ステップS7で、予測モデル毎に、つまり上記ステップS6において実行されたPLS毎に(製造装置13毎に)、予測精度が算出される。さらに、全予測モデル(全製造装置13)に関する予測精度の平均値が算出されて、上記作業領域に設定された今回の予測モデルの予測精度を表す変数「P1」に格納される。
ステップS8で、前回の予測モデルの予測精度「P0」と今回の予測モデルの予測精度「P1」とが比較され、P0がP1よりも大きければステップS10に進み、そうでなければステップS9に進む。ステップS9で、変数「P0」の値が変数「P1」の値で更新されると共に、変数「V」の値が「0.1」だけインクリメントされる。そうした後、上記ステップS5に戻ってプロセスパラメータが選択される。
ステップS10で、今回の予測モデルの予測精度「P1」が前回の予測モデルの予測精度「P0」よりも低くなったので、前回上記ステップS6において実行されたPLSで作成された前回の予測モデルが、本製造工程管理装置1が製造工程10からのプロセスパラメータに基づいて製品の品質を予測する際に使用する予測モデルとして出力される。そうした後、上記予測モデル作成処理動作が終了される。
すなわち、本実施の形態においては、上記モデル作成部6による予測モデル作成処理動作の上記ステップS1〜上記ステップS9によって、上記特許請求の範囲におけるプロセスパラメータ選択部を構成するのである。
ここで、上記「目的変数」とは予測したい変数のことであり、「説明変数」とは目的変数の要因候補となる変数のことである。
以下、図3における各ステップでの処理内容について具体的に説明する。
(a)ステップS1:製造装置13別にプロセスパラメータと品質データとのデータセットを作成する。
以下、予測モデル作成の対象となる製造工程が、図2における第A製造工程12cの場合を例に説明する。この場合、第A製造工程12cを構成する製造装置13の台数は、第1製造装置131,第2製造装置132,…第L製造装置13LのL台となる。
以下の説明においては、上記単位数量(ロット)は1であり、個々の製品(素材)にロット番号が付加されている。そこで、以下の説明では、個々の製品(素材)を「ロット」と称する場合もある。
素材に第A製造工程12cで製造処理が行われた場合に得られる第A製造工程12cからのプロセスパラメータと、第A製造工程12cで製造処理された製品に対して検査工程11における第1検査工程14a,第2検査工程14b,…第B製造工程14cのうちの何れかの部分検査工程14で検査された品質データと、でなるデータセットをL個作成する。
上記第1製造装置131〜第L製造装置13Lの夫々で処理された素材の数をS1〜SL、製造工程10で取得できるプロセスパラメータの数をN、検査工程11で予測する品質の数をMと置く。また、第1製造装置131のデータセットの形式は、図4に示すように、縦方向にロット番号(1〜SL)、横方向にプロセスパラメータ1〜プロセスパラメータNおよび品質1〜品質Mが、配列された形式である。
(b)ステップS2:各データセットに関して、プロセスパラメータを説明変数とし、品質データを目的変数とするPLSを実行する。
上記ステップS1において作成されたL個のデータセットの夫々に、多変量解析の1つであるPLSを行う。PLSとは、説明変数Xから目的変数Yを予測する予測モデルを作成する手法である。例えば、上記第1製造装置131の場合には、図4において、「説明変数X」はプロセスパラメータを表わすS1×Nの行列であり、「目的変数Y」は品質を表わすS1×Mの行列である。
上記PLSのアルゴリズムを以下に示す。
Figure 0004663808
(2) a=1
(3) ua=Ya-1の分散最大の列
(4) wa=Xa-1 Ta/‖Xa-1 Ta-1
(5) ta=Xa-1a
(6) ca=Ya-1 Ta/‖Ya-1 Ta
(7) ua=Ya-1a
(8) 直前のuaと比較して収束したら(9)へ、そうでなければ上記(4)へ
(9) pa=Xa-1 Ta/‖ta2
(10)qa=Ya-1 Ta/‖ta2
(11)Xa=Xa-1−taa T
(12)Ya=Ya-1−taa T
(13)次のPLS成分が不要であれば終了、必要であれば「a=a+1]として上記(3)へ
ここで、「t」と「u」とは説明変数Xと目的変数Yとの潜在変数、「p」と「c」とはローディングベクトル、「w」はPLS重みベクトル、「q」はtの回帰係数である。添え字「a」はa番目のPLS成分を表す。また、XTはXの転置行列を表わす。
y^Tの重回帰式による表現は以下の通りである。
Figure 0004663808
ここで、W=(w1,w2,…,wa)、P=(p1,p2,…,pa)、Q=(q1,q2,…,qa)である。また、「B」は重回帰式における各プロセスパラメータに対する係数を表わし、「bT」は重回帰式における切片を表わす。
PLSの成分の数を定めるために予測誤差を使用する。以下、クロスバリデーション法を用いて予測誤差を算出する方法を示す。
n個のロットがある場合、1個のロットを除き、残りの(n−1)個のロットで1成分のPLSモデルを計算する。そのモデルを使用して取り除いた1個のロットにおけるyの推定値y^predを求める。取り除くロットを変えてn個のロットのy^predを求める。そして、y^predを用いて予測誤差PRESS(Prediction Residual Sum of Squares)を以下のように求める。
Figure 0004663808
ここで、yobsはyの実測値、y^predはバリデーションによる予測値である。上記PRESSが最小のPLS成分数を、最適な成分とする。
(c)ステップS3:各プロセスパラメータ毎にVIP値の平均を算出する。
上記VIP値の計算式を以下に示す。
Figure 0004663808
ここで、DはPLSの成分数を、dはPLSの各成分を、nは各プロセスパラメータを、SSYdはYdの偏差平方和を、wdnはベクトルwdのn番目の要素を表す。
上記計算式によって、各プロセスパラメータ毎に、L個の予測モデルのVIP値が得られる。そして、プロセスパラメータ毎に、VIP値の統計値として、平均を計算する。
(d)ステップS4:VIP値の基準値「V」と前回の予測モデルの予測精度「P0」とに、初期値「0」を格納する。
以下に述べるように、ステップS5〜ステップS9はループしており、ループの初期値として、VIP値の基準値Vに値0を設定し、前回の予測モデルの予測精度P0に値0を設定する。
(e)ステップS5:VIP値の平均値がV以上のプロセスパラメータを選択する。
(f)ステップS6:各データセットに関して、上記選択されたプロセスパラメータのみを説明変数として、PLSを実行する。
上記ステップS1において作成されたL個のデータセットの夫々に関して、上記ステップS5において選択されたプロセスパラメータのみを説明変数とし、上記ステップS2の場合と同じ品質データを目的変数として、各製造装置別にPLSを行う。こうして、L個のPLSモデルを作成する。
(g)ステップS7:予測モデル毎に(つまり製造装置13毎に)予測精度を算出し、全予測モデル(全製造装置13)に関する予測精度の平均値を算出する。
上記予測精度は、上記(b)ステップS2において算出した予測誤差の場合と同様に、クロスバリデーション法によって算出する。尚、各予測モデルの予測精度Q2の算出式を以下に示す。
Figure 0004663808
上記式によって予測モデル毎の(製造装置13毎の)予測精度を算出した後、全予測モデル(全製造装置13)に関する予測精度の統計値として平均値を計算し、今回の予測モデルの予測精度P1に格納する。
(h)ステップS8:前回の予測モデルの予測精度「P0」と今回の予測モデルの予測精度「P1」とを比較し、P0>P1であればステップS10に、そうでなければステップS9に進む。
前回の予測モデルの予測精度「P0」と今回の予測モデルの予測精度「P1」とを比較し、P0の方が大きい場合には、これ以上プロセスパラメータを削減することは予測精度を低下させると判断して、ステップS10に進む。そうでなければ、さらにプロセスパラメータを削減して予測精度を上げることができる可能性がまだあると判断し、ステップS9に進む。
(i)ステップS9:変数「P0」の値を変数「P1」の値で更新し、変数「V」の値を「0.1」だけインクリメントする。
前回の予測モデルの予測精度「P0」よりも今回の予測モデルの予測精度「P1」の方が高いため、「P1」に「P0」の値を格納する。そして、プロセスパラメータの選択条件を厳しくするためVIP値の基準値Vに0.1を加える。そうした後、上記ステップS5に戻る。
(j)ステップS10:前回上記ステップS6において作成された前回の予測モデルを出力する。
今回の予測モデルの予測精度「P1」が前回の予測モデルの予測精度「P0」よりも低いため、前回上記ステップS6において作成された前回の予測モデルを、本製造工程管理装置1が製造工程10からのプロセスパラメータに基づいて製品の品質を予測する際に使用する予測モデルとして出力する。
したがって、本実施の形態におけるプロセスパラメータ選択部は、前回の上記ステップS5において選択されたプロセスパラメータを、本製造工程管理装置1が使用する予測モデルを作成可能にするプロセスパラメータとするのである。
以下、上記プロセスパラメータ選択方法について、具体的なプロセスパラメータおよび品質データを例に挙げて説明する。
本例における予測モデル作成の対象となる部分製造工程12の条件は、以下の通りである。
・部分製造工程12の製造装置数L=8(第1製造装置131〜第8製造装置138
・部分製造工程12のプロセスパラメータ数N=41(X1〜X41)
・検査工程11の品質数(部分検査工程数)M=1(Y1)
・各製造装置13のロット数
1=70, S2=72, S3=91, S4=105,
5=85, S6=73, S7=60, S8=48
先ず、41個総てのプロセスパラメータを用いて、製造装置13別のPLSモデルを作成する。図5および図6に、プロセスパラメータ毎の作成された各予測モデルのVIP値とVIP値の平均値とを示す。図5および図6では、縦方向に41個のプロセスパラメータを、横方向に各予測モデルのVIP値とモデル平均のVIP値とを配置している。尚、横方向のM1〜M8は第1製造装置131〜第8製造装置138の予測モデルであることを表し、VIP[D]のDはPLS成分数を表している。また、図5および図6中の空欄は、取得できなかったデータ、あるいは、変動がなかったデータを表しており、「0」として扱わず、平均値を求める場合には使用しない。
図7は、図5および図6に関して、各VIP値毎に、第1製造装置131〜第8製造装置138の値の平均をとり、当該VIP値の平均の値が高いものから降順順に並べ替えたものである。図7においては、1列目に順位を、2列目に上記順位に相当するプロセスパラメータを、3列目に当該プロセスパラメータに関するVIP値の平均値を示している。
先ずは、上記VIP値の基準値Vを「0」とし、図7において、VIP値の平均値が基準値V=0以上であるプロセスパラメータを選択する。そして、この選択されたプロセスパラメータ、つまり総てのプロセスパラメータを用いた予測モデルの予測精度Q2を求める。表1に各製造装置13の予測精度と全製造装置の平均予測精度とを示す。
Figure 0004663808
続いて、プロセスパラメータの選択基準を厳しくする。図3に示すフローチャートにおける上記ステップS9では、VIP値の基準値Vを「0.1」ずつインクリメントしているが、本例ではVIP値の基準値Vを、適当な値に設定することにする。以降の予測モデルの場合も同様である。この場合、VIP値の基準値Vを0.8として、図7において、VIP値の平均値が基準値V=0.8以上である上位20個のプロセスパラメータを選択する。そして、この選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成し、その予測精度Q2を求める。
表2に、VIP値の平均値が0.8以上のプロセスパラメータを用いた各製造装置13の予測精度と全製造装置の平均予測精度とを示す。尚、平均予測精度において、括弧内は少数点以下4桁まで表記したものであり、括弧外は括弧内の値の少数点以下4桁目を四捨五入した値である。
Figure 0004663808
上記予測モデル2の予測精度Q2の平均「0.745」は、上述の予測モデル1の予測精度Q2の平均「0.663」よりも大きい。したがって、予測モデル2は予測モデル1よりも予測精度の平均が上昇している。
続いて、VIP値の基準値Vを1.0として、図7において、VIP値の平均値が基準値V=1.0以上である上位12個のプロセスパラメータを選択する。そして、この選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成し、その予測精度Q2を求める。
表3に、VIP値の平均値が1.0以上のプロセスパラメータを用いた各製造装置13の予測精度と全製造装置の平均予測精度とを示す。尚、平均予測精度において、括弧内は少数点以下4桁まで表記したものであり、括弧外は括弧内の値の少数点以下4桁目を四捨五入した値である。
Figure 0004663808
上記予測モデル3の予測精度Q2の平均「0.7452」は、上述の予測モデル2の予測精度Q2の平均「0.7448」よりも大きい。したがって、予測モデル3は予測モデル2よりも予測精度の平均が上昇している。
続いて、VIP値の基準値Vを1.2として、図7において、VIP値の平均値が基準値V=1.2以上である上位8個のプロセスパラメータを選択する。そして、この選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成し、その予測精度Q2を求める。
表4に、VIP値の平均値が1.2以上のプロセスパラメータを用いた各製造装置13の予測精度と全製造装置の平均予測精度とを示す。
Figure 0004663808
上記予測モデル4の予測精度Q2の平均「0.754」は、上述の予測モデル3の予測精度Q2の平均「0.745」よりも大きい。したがって、予測モデル4は予測モデル3よりも予測精度の平均が上昇している。
続いて、VIP値の基準値Vを1.3として、図7において、VIP値の平均値が基準値V=1.3以上である上位4個のプロセスパラメータを選択する。そして、この選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成し、その予測精度Q2を求める。
表5に、VIP値の平均値が1.3以上のプロセスパラメータを用いた各製造装置13の予測精度と全製造装置の平均予測精度とを示す。
Figure 0004663808
上記予測モデル5の予測精度Q2の平均「0.597」は、上述の予測モデル4の予測精度Q2の平均「0.754」よりも小さい。したがって、予測モデル5は予測モデル4よりも予測精度の平均が減少している。
よって、前回VIP値の平均値が1.2以上のプロセスパラメータを用いて作成した予測モデル4を、本製造工程管理装置1が製造工程10からのプロセスパラメータに基づいて製品の品質を予測する際に使用する予測モデルとして採用するのである。
上記5つの分析結果をまとめたものを表6に示す。表6中の1列目は各予測モデルと条件、2列目は予測モデル作成に使用したプロセスパラメータの数、3列目は作成したモデルの予測精度Q2の平均値を表わしている。
Figure 0004663808
上記予測モデル1〜予測モデル4においては、VIP値の基準値Vを高く設定する程予測精度が高くなっている。これに対して、予測モデル5の場合には、VIP値の基準値Vを高くしてプロセスパラメータ数を減らしも、予測精度Q2は低くなっている。これは、プロセスパラメータの数が少な過ぎると、逆に予測精度Q2が低くなる傾向があることを示している。プロセスパラメータを選択するための選択条件としては、最も予測精度Q2が高くなるように設定することが望ましい。したがって、本例の場合には、表6から分かるように、VIP値が1.2以上を基準とした場合に最も良い予測モデルを作成できるのである。
以上のごとく、本実施の形態においては、同じ機能を有する複数の製造装置13を含む部分製造工程12からプロセスパラメータ取得部2によってプロセスパラメータを取得する。また、上記部分製造工程12によって製造された製品を検査する部分検査工程14から品質データ取得部3によって品質データを取得する。
そして、上記モデル作成部6によって、製造装置13別にプロセスパラメータと品質データとのデータセットを作成し、作成した各データセットに関して、プロセスパラメータを説明変数とし、品質データを目的変数とするPLSを行って、各プロセスパラメータ毎にVIP値の平均を算出する。また、上記VIP値の基準値「V」と前回の予測モデルの予測精度「P0」とを初期値0に設定する。
そうした後、上記算出されたVIP値の平均値がV以上であるプロセスパラメータを選択し、上記各データセットに関して、上記選択されたプロセスパラメータのみを説明変数としてPLSを行い、予測モデル毎(製造装置13毎)に予測精度を算出し、全予測モデル(全製造装置13)に関する予測精度の平均値を算出して「P1」とする。そして、前回の予測モデルの予測精度「P0」が今回の予測モデルの予測精度「P1」以下の場合には、「P0」を「P1」で更新すると共に「V」を「0.1」だけインクリメントしながら、上記プロセスパラメータの選択〜「P0」と「P1」との比較を繰り返す。
そして、「P1」が「P0」よりも低くなると、前回の予測モデルを、本製造工程管理装置1用の予測モデルとして出力するようにしている。
したがって、上記部分製造工程12から取得されたプロセスパラメータの中から、品質に関係のないプロセスパラメータを削減して、有効なプロセスパラメータのみを選択することができる。その結果、上記選択されたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成することによって、当該予測モデルによる品質の予測精度を上げることを可能にする。
また、管理するプロセスパラメータの数を減らすことができ、プロセスパラメータ管理の工数および時間を削減し、高い保守性を得ることができる。また、プロセスパラメータを部分製造工程12の全製造装置13に共通とすることができるので、各製造装置毎の特定の操作および知識を必要とはせず、何れの製造装置に関しても同様に管理することができ、プロセスパラメータ管理の工数および時間を削減して高い保守性を得ることが可能になる。
このように、本実施の形態のプロセスパラメータ選択方法を適用することによって、全製造装置に共通のプロセスパラメータを選択することができ、プロセスパラメータの管理作業を減らすことができる。さらに、予測精度を向上させることができる。
以上、図面を参照しながらこの発明における好適な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、図3に示すフローチャートにおける上記ステップS3において、VIP値の代りに、係数のような、各プロセスパラメータを用いてPLSを行うことによって得られる値を用いることもできる。また、上記実施の形態において用いられた平均の他に、例えば中央値や標準偏差を用いることができる。
また、上記ステップS4において、VIP値の基準値Vの初期値を「0」に設定しているが、最初から、例えば「0.5」等の正の数を設定しても構わない。
また、上記ステップS5においてプロセスパラメータを選択する場合に、予め選択するプロセスパラメータの数が決まっている場合には、VIP値の平均値の上位から順番に上記所定の数だけ選出して、選ばれたプロセスパラメータを用いて予測モデルを作成しても構わない。
また、上記ステップS7においては、前回の予測モデルとの比較用の値として予測精度Q2を算出し、全製造装置に関する平均値を算出ている。しかしながら、この発明は予測精度Q2に限定されるものではなく、予測誤差のようにPLSを行うことによって各予測モデル毎に算出できる値を用いても差し支えない。さらに、上記平均値の他に、例えば中央値や標準偏差を用いても差し支えない。
また、上記ステップS8においては、前回の予測モデルの予測精度と今回の予測モデルの予測精度とを比較しているが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、目標の予測精度に近いか否かを比較しても構わない。あるいは、前々回の予測モデルの予測精度と比較しても構わない。
また、上記ステップS9においては、選択するプロセスパラメータの数を絞り込むために、VIP値の基準値Vの値を「0.1」だけインクリメントしている。しかしながら、この発明は「0.1」に限定されるものではなく、正の数であれば構わない。あるいは、プロセスパラメータの削減数が一定になるように、基準値Vの上昇値を変動させても構わない。また、VIP値の基準値Vの値を上昇させるのではなく、プロセスパラメータの数を1つずつ減らしていき、夫々のプロセスパラメータについて予測モデルを作成し、その中で最も予測精度の良いものを最良の予測モデルとして選出することも可能である。
また、本実施の形態においては、多変量解析としてPLSを用いているが、例えば主成分分析やニューラルネットワークを用いることも可能である。
尚、上記主成分分析を用いる場合には、図3に示すフローチャートにおける上記ステップS1において、品質データがない場合には、プロセスパラメータだけで上記データセットを作成することができる。また、上記ステップS3においては、PLSのVIP値の代りとして、例えば主成分軸に関するローディングのように、各プロセスパラメータに対して主成分分析を行うことによって得られる値を用いることができる。
また、上記多変量解析としてニューラルネットワークを用いる場合には、図3に示すフローチャートにおける上記ステップS3において、PLSのVIP値の代りとして、例えば係数のように、各プロセスパラメータに対してニューラルネットワークを適用することによって得られる値を用いることができる。
また、本実施の形態では、図3に示すフローチャートにおける上記ステップS2と上記ステップS6とにおいて、同じ多変量解析であるPLSを実行している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、上記ステップS2と上記ステップS6とにおいて、異なる多変量解析を行っても一向に構わない。同様に、上記ステップS10において前回の予測モデルを出力する代りに、前回に選択されたプロセスパラメータを用いて、上記ステップS6の場合とは異なる多変量解析によって予測モデルを作成して出力するようにしても構わない。
・第2実施の形態
本実施の形態は、予測モデル作成の対象となる製造工程が、複数の部分製造工程である場合に関する。以下、図2における第1製造工程12aと第2製造工程12bとの2つの部分製造工程12に本発明のプロセスパラメータ選択方法を適用する場合を例に説明する。
図2における上記第1製造工程12aと第2製造工程12bとの2つの部分製造工程12に本発明のプロセスパラメータ選択方法を適用する場合には、図8に示すように、第1製造工程12aと第2製造工程12bとを1つの部分製造工程にまとめる。尚、第1製造工程12aはL1台の製造装置で構成され、第2製造工程12bはL2台の製造装置で構成されている。そして、第1製造工程12aの製造装置1で処理された素材は、次に第2製造工程12bの製造装置1〜製造装置L2の何れかで処理される。また、第1製造工程12aの製造装置2で処理された素材は、次に第2製造工程12bの製造装置1〜製造装置L2の何れかで処理される。以下同様である。
そして、上記第1製造工程12aと第2製造工程12bとを合わせて、第12製造工程12abを作成するのである。その結果、第12製造工程12abにおける製造装置1は、第1製造工程12aの製造装置1と第2製造工程12bの製造装置1との組み合わせである。また、第12製造工程12abにおける製造装置2は、第1製造工程12aの製造装置1と第2製造工程12bの製造装置2との組み合わせである。このように第1製造工程12aの製造装置と第2製造工程12bの製造装置との各組み合わせを1つの製造装置として、(L1×L2)台の製造装置で構成された1つの第12製造工程12abとして扱うのである。このとき、第1製造工程12aで得られる総てのプロセスパラメータと第2製造工程12bで得られる総てのプロセスパラメータとから、品質の予測精度を上げることができる予測モデルの作成を可能にする有効なプロセスパラメータを選択するのである。3つ以上の部分製造工程12に対して本予測モデル作成処理を適用する場合も同様に扱う。
すなわち、上記特許請求の範囲に記載された「製造工程」とは、本実施の形態における部分製造工程および複数の部分製造工程を組み合わせてなる製造工程に相当するものである。
以上、図面を参照しながら、この発明における好適な実施の形態について説明したが、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
例えば、2つの部分製造工程12に本発明のプロセスパラメータ選択方法を適用する場合、夫々の部分製造工程12に対して別々に本発明を適用することもできる。その場合には、先ず、夫々の部分製造工程12に対して別々に本発明を適用して、各部分製造工程12毎に有効なプロセスパラメータを選択する。その後、各部分製造工程12を1つの部分製造工程にまとめ、各部分製造工程12別に選択した総てのプロセスパラメータに対して本発明を適用して有効なプロセスパラメータを選択する。このように、2段階(あるいは2段階以上)に分けてプロセスパラメータを選択することもできる。
また、上記部分製造工程12に関わらずプロセスパラメータを幾つかのグループに分けて、本発明を適用することもできる。その場合には、先ず、夫々のプロセスパラメータグループに対して本発明を適用して有効なプロセスパラメータを選択し、次に、各プロセスパラメータグループ別に選択された総てのプロセスパラメータに対して再び本発明を適用して、有効なプロセスパラメータを選択する。このように、2段階(あるいは2段階以上)に分けて本発明を適用するのである。その場合、プロセスパラメータの分け方としては、相関の高いもの同士でグループ化する等のごとく何らかの基準で分けることも、ランダムに分けることもできる。
・第3実施の形態
本実施の形態は、上記製造工程10の部分製造工程12を構成する製造装置13において、処理ロット,外部要件,製造条件,時間条件等が変化する場合に関する。
例えば、図2に示す第A製造工程12cの製造装置131において、図9に示すように、同時に第1ロット131a〜第4ロット131dの複数のロットを処理するために、製造装置131内にロットを処理する位置が複数存在する場合を想定する。図9においては、製造装置131に4つのロットを処理する処理位置がある。このような場合、各ロット131a〜131dの処理位置の夫々を製造装置と見なし、製造装置131を複数の製造装置として扱って、本発明を適用するのである。
このように、1台の製造装置131における夫々の処理位置を製造装置として扱うことによって、各処理位置が図11に示す●,▲,■のごとく分かれたとしても、図11(a)に示すような処理位置別に相関のないプロセスパラメータ1ではなく、図11(b)に示すような処理位置別に相関の強いプロセスパラメータ2を選択することができるのである。
また、1台の製造装置13において、メンテナンス等の外部要因によって、製造装置13内の状態が変わる可能性もある。そのような場合、メンテナンスの前と後とを別の製造装置として扱って、本発明を適用することもできる。
また、1台の製造装置13において、製造条件を変更することによって、製造装置13内の状態が変わる可能性もある。そのような場合、製造条件変更の前と後とを別の製造装置として扱って、本発明を適用することもできる。
また、1台の製造装置13において、時間的な変化によって製造装置13内の状態が変わる可能性もある。そのような場合、一定期間あるいは不定期期間で区切り、各期間を別の製造装置として扱って、本発明を適用することもできる。
このように、1台の製造装置13を何らかの条件で分割した場合における、分割後の夫々の製造装置を別の製造装置として扱って、本発明を適用することができるのである。
また、複数の製造装置13を幾つかのグループに分け、各グループに属する製造装置13を統合して1つの製造装置として扱う等、2台以上の製造装置を1つの製造装置として扱って、本発明を適用することも可能である。
すなわち、上記特許請求の範囲に記載された「製造装置」とは、1台の製造装置に限らず、本実施の形態における製造装置131の処理位置、メンテナンスの前後、製造条件変更の前後、一定期間あるいは不定期期間で区切った際の各期間等の、1つの製造装置を様々な条件で分割した場合における分割後の夫々を製造装置と見なし、複数の製造装置を1台の製造装置にまとめたものにも相当するのである。
・第4実施の形態
本実施の形態は、上記第1実施の形態における製造工程管理装置とは異なる製造工程管理装置に関する。
図10は、本実施の形態の製造工程管理装置におけるブロック図である。本実施の形態における製造工程管理装置は、上記第1実施の形態における図1に示す製造工程管理装置の異常警告部8を、図10に示すように予測品質出力部15に置き換えたものである。
本実施の形態の製造工程管理装置によれば、プロセスパラメータ取得部2で取得したプロセスパラメータから、モデル作成部6で作成された予測モデルによって予測された総ての製品の予測品質を出力することができる。このような構成の製造工程管理装置を用いれば、ある製造工程10のプロセスパラメータから製品の品質を予測し、予測品質の出力値に基づいて、最終的な品質が目標品質になるように次の製造工程を調整することが可能になる。また、総ての製品の品質を検査することが難しい場合であっても、総ての製品の予測品質を得ることができる。したがって、予測品質の出力値を品質検査結果の代用として用いることもできる。
また、本実施の形態の製造工程管理装置に、上記第1実施の形態における異常警告部8と同様の異常警告部を設けて、予測品質出力部15に加えて上記異常警告部を備えるようにしても構わない。その場合、予測品質が上記目標範囲から外れて上記異常警告部によって異常が警告された際に、予測品質出力部15からの出力により上記予測品質を確認することによって、当該異常が突発的な異常であるのか、少しずつ上記目標範囲から離れていく異常であるのかを、判別することが可能になる。
本発明のプロセスパラメータ選択装置は、複数の同機能を有する製造装置を含む製造工程において、品質の予測モデルの予測精度を上げる技術として有用であり、半導体デバイス製造工程等に利用することができる。また、予測された品質を監視することにより、検査工程を通す前に異常を発見することができ、異常を発見した際も、プロセスパラメータが厳選されているために異常要因となるプロセスパラメータ候補が少なく、異常要因となるプロセスパラメータを早期に発見できる技術として有用である。
1…製造工程管理装置、
2…プロセスパラメータ取得部、
3…品質データ取得部、
4…プロセスパラメータ記憶部、
5…品質データ記憶部、
6…モデル作成部、
7…モデル記憶部、
8…異常警告部、
9…生産工程、
10…製造工程、
11…検査工程、
12…部分製造工程、
12a…第1製造工程、
12b…第2製造工程、
12c…第A製造工程、
13…製造装置、
131…第1製造装置、
132…第2製造装置、
13L…第L製造装置、
14…部分検査工程、
14a…第1検査工程、
14b…第2検査工程、
14c…第B製造工程、
15…予測品質出力部。

Claims (12)

  1. 同じ機能を有する複数の製造装置によって製品に対してプロセス処理が行われる製造工程において、上記各製造装置からプロセスパラメータを取得するプロセスパラメータ取得部と、
    上記製造工程によってプロセス処理が行われた製品に対して検査装置によって検査が行われる検査工程において、上記検査装置から品質データを取得する品質データ取得部と、
    上記取得されたプロセスパラメータおよび品質データを用いて、全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータを選択するプロセスパラメータ選択部と
    を備え、
    上記プロセスパラメータ選択部は、
    上記取得されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記プロセスパラメータ毎に多変量解析結果の統計値を算出する第1多変量解析手段と、
    上記取得されたプロセスパラメータから、上記第1多変量解析手段で算出された多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値が予め設定された基準値以上であるような上記プロセスパラメータを選択するプロセスパラメータ選択手段と、
    上記プロセスパラメータ選択手段によって選択されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記品質の予測モデルを作成する第2多変量解析手段と、
    上記第2多変量解析手段で作成された予測モデルの予測精度を算出する予測精度算出手段と
    を含んでおり、
    上記基準値を順次大きくすると共に、上記プロセスパラメータ選択手段によって夫々の上記基準値で順次選択されたプロセスパラメータを用いて上記第2多変量解析手段で順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを、上記全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータとして選択する
    ことを特徴とするプロセスパラメータ選択装置。
  2. 同じ機能を有する複数の製造装置によって製品に対してプロセス処理が行われる製造工程において、上記各製造装置からプロセスパラメータを取得するプロセスパラメータ取得部と、
    上記製造工程によってプロセス処理が行われた製品に対して検査装置によって検査が行われる検査工程において、上記検査装置から品質データを取得する品質データ取得部と、
    上記取得されたプロセスパラメータおよび品質データを用いて、全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータを選択するプロセスパラメータ選択部と
    を備え、
    上記プロセスパラメータ選択部は、
    上記取得されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記プロセスパラメータ毎に多変量解析結果の統計値を算出する第1多変量解析手段と、
    上記取得されたプロセスパラメータから、上記第1多変量解析手段で算出された多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値が予め設定された基準値以上であって尚且つ上記統計値の高い順に、予め設定された設定数分の上記プロセスパラメータを選択するプロセスパラメータ選択手段と、
    上記プロセスパラメータ選択手段によって選択されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記品質の予測モデルを作成する第2多変量解析手段と、
    上記第2多変量解析手段で作成された予測モデルの予測精度を算出する予測精度算出手段と
    を含んでおり、
    上記基準値を順次大きくすると共に、上記プロセスパラメータ選択手段によって夫々の上記基準値で順次選択されたプロセスパラメータを用いて上記第2多変量解析手段で順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを、上記全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータとして選択する
    ことを特徴とするプロセスパラメータ選択装置。
  3. 請求項1あるいは請求項2に記載のプロセスパラメータ選択装置において、
    上記多変量解析は、部分最小二乗法であり、
    上記多変量解析結果は、VIP値である
    ことを特徴とするプロセスパラメータ選択装置。
  4. 同じ機能を有する複数の製造装置によって製品に対してプロセス処理が行われる製造工程において、上記各製造装置から、プロセスパラメータ取得部によってプロセスパラメータを取得し、
    上記製造工程によってプロセス処理が行われた製品に対して検査装置によって検査が行われる検査工程において、上記検査装置から、品質データ取得部によって品質データを取得し、
    プロセスパラメータ選択部によって、
    上記取得されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記プロセスパラメータ毎に多変量解析結果の統計値を算出し、この算出された多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値が予め設定された基準値以上である上記プロセスパラメータを選択し、
    上記基準値を順次大きくすると共に、夫々の上記基準値によって選択されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記品質の予測モデルを順次作成した場合に、この順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを、全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータとして選択する
    ことを特徴とするプロセスパラメータ選択方法。
  5. 同じ機能を有する複数の製造装置によって製品に対してプロセス処理が行われる製造工程において、上記各製造装置から、プロセスパラメータ取得部によってプロセスパラメータを取得し、
    上記製造工程によってプロセス処理が行われた製品に対して検査装置によって検査が行われる検査工程において、上記検査装置から、品質データ取得部によって品質データを取得し、
    プロセスパラメータ選択部によって、
    上記取得されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記プロセスパラメータ毎に多変量解析結果の統計値を算出し、この算出された多変量解析結果の上記プロセスパラメータ毎の統計値が、予め設定された基準値以上であって尚且つ上記統計値の高い順に、予め設定された設定数分の上記プロセスパラメータを選択し、
    上記基準値を順次大きくすると共に、夫々の上記基準値によって選択されたプロセスパラメータを説明変数とする一方、上記取得された品質データを目的変数として、上記製造装置別に多変量解析による解析を行って上記品質の予測モデルを順次作成した場合に、この順次作成される予測モデルの予測精度を最大にするプロセスパラメータを、全製造装置に共通のプロセスパラメータであって、品質に関係のあるプロセスパラメータとして選択する
    ことを特徴とするプロセスパラメータ選択方法。
  6. 請求項4あるいは請求項5に記載のプロセスパラメータ選択方法において、
    上記多変量解析は、部分最小二乗法であり、
    上記多変量解析結果は、VIP値である
    ことを特徴とするプロセスパラメータ選択方法。
  7. 同じ機能を有する複数の製造装置によって製品に対してプロセス処理が行われる部分製造工程を複数有する製造工程において、
    夫々の上記部分製造工程で使用される複数の上記製造装置の組み合わせを上記製造工程の製造装置として扱い、上記製造工程の製造装置に対して請求項4から請求項6までの何れか一つに記載のプロセスパラメータ選択方法を適用する
    ことを特徴とするプロセスパラメータ選択方法。
  8. コンピュータを
    請求項1あるいは請求項2におけるプロセスパラメータ取得部,品質データ取得部およびプロセスパラメータ選択部
    として機能させることを特徴とするプロセスパラメータ選択プログラム。
  9. 請求項8に記載のプロセスパラメータ選択プログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータ読出し可能なプログラム記録媒体。
  10. 請求項1あるいは請求項2に記載のプロセスパラメータ選択装置と、
    上記プロセスパラメータ選択装置によって選択されたプロセスパラメータを用いて、上記各製造装置別に製品の品質を予測するための予測モデルを作成するモデル作成部と、
    上記モデル作成部で上記各製造装置別に作成された上記予測モデルを、上記各製造装置別に記憶するモデル記憶部と
    を備えたことを特徴とする製造工程管理装置。
  11. 請求項10に記載の製造工程管理装置において、
    上記製造装置からプロセスパラメータを取得すると共に、上記モデル記憶部に記憶されている予測モデルの中から上記取得されたプロセスパラメータに関する上記製造装置に対応した予測モデルを選出し、上記選出された予測モデルと上記取得されたプロセスパラメータとを用いて製品の品質の予測値を算出し、上記算出された予測値が予め設定された設定範囲を逸脱した場合には異常の警告を出力する異常警告部を備えた
    ことを特徴とする製造工程管理装置。
  12. 請求項10に記載の製造工程管理装置において、
    上記製造装置からプロセスパラメータを取得すると共に、上記モデル記憶部に記憶されている予測モデルの中から上記取得されたプロセスパラメータに関する上記製造装置に対応した予測モデルを選出し、上記選出された予測モデルと上記取得されたプロセスパラメータとを用いて製品の品質の予測値を算出し、上記算出された品質の予測値を出力する予測品質出力部を備えた
    ことを特徴とする製造工程管理装置。
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