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研究生: 譚玉欣
Yu-Shin Tan
論文名稱: 建構半導體廠線上製程量測之抽樣策略架構及其決策分析
Constructing a Metrology Sampling Framework for In-line Inspection in Semiconductor Fabrication and Its Decision Analysis
指導教授: 簡禎富
Chen-Fu Chien
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工業工程與工程管理學系
Department of Industrial Engineering and Engineering Management
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 93
中文關鍵詞: 貝氏決策分析抽樣策略度量衡檢驗品值管制
外文關鍵詞: Bayesian decision analysis, sampling strategy, metrology, inspection, quality control
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  • 中文摘要

    在晶圓製造過程中會設置許多檢測、量測站用以監控製程參數是否符合規格,希望能及早發現製程問題,將損失減到最小。然而,現今需求量不斷增加,添購檢測機台的成本又很高,如何在檢測機台的有限產能下,提出一套有效之抽樣計畫將有限產能做合理之分配,一直是良率管理(yield management)所關心的議題。對於半導體產業產品生命週期短、產品需求變動大、產業競爭激烈與製造成本高的特性下,降低無附加價值的作業如減少不必要檢驗成本、縮短生產時間,才能提高公司的獲利。
    針對晶圓上的缺陷(particle or defect)檢驗已有適當之抽樣檢驗計畫(Nurani et al 1996 and Chien et al 2000),但對於線寬(critical dimension)、薄膜沈積(thin film)厚度等及時反映在製品度量衡(metrology)品質特性方面,卻少有研究提出完整的抽樣檢驗計畫,在實務上,針對檢驗的樣本大小與抽樣檢驗頻率大多僅依據工程師的經驗作判斷。
    本研究針對半導體廠製程中檢驗訂出一套明確且整體的抽樣檢驗計畫,並考慮預防成本、檢驗成本、內部失敗成本、外部失敗成本等品質成本,結合統計抽樣、經濟設計管制圖、品管等理論,針對半導體製程特性並分析歷史資料,以建立以成本為基礎之系統化抽樣策略與統計決策架構,並以敏感度分析方式探討抽樣策略變化對品質成本之影響,並以某半導體廠黃光製程資料進行實證分析,所建立之模式與結果,有效地提供工程師針對不同產品與品質成本,決定最合適的抽樣頻率,以兼顧產能之有效利用與產品良率之提升。
    關鍵字:抽樣頻率、抽樣策略、度量衡、檢驗、品值管制


    Abstract
    A number of inspection and measurement stations are set in the fabrication process to ensure that the quality of wafer meets the requirement. Because of the limited capacities and costs for in-line wafer inspections, only certain wafers are inspected among a specific number of lots.
    However, conventional semiconductor wafer fabs meet a variety of economic challenge. The combination of shrinking devices geometries and increasing interconnect levels rapidly increase process complexity, which leads to higher manufacturing costs and longer cycle times.
    Although there are many existing studies for IC sampling strategy in defect inspection, little research has been done the issue of metrology sampling. In-line metrology was real time to inspect the WIP. Currently, the sampling metrology numbers and sampling frequency are decided via the engineers’ experience. Thus, different engineers may build various sampling strategies.
    This study aims to determine the optimal sampling strategy by developing a risk-based heuristic for statistically determining the sampling strategy for in-line inspection in wafer fabrication. For general defect inspection in wafer fabrication, Nurani et al. (1996) defined five parameters of sampling strategy including layers to be monitored, frequency for lots, and number of inspection wafers per lot, percentage area of the wafer and pixel size. However, for metrology inspection, we combine forth and fifth parameter to another parameter called number of dies in a wafer. Except layers to be monitor, our sampling strategy considers acceptance sampling plan in a wafer and a lot and sampling frequency that tradeoff the various risk (i.e., the aggregation of cost and probability) under different lot size.
    Keywords: Bayesian decision analysis, sampling strategy, metrology, inspection, quality control

    目錄 第1章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 論文架構與研究流程 3 第2章 文獻回顧 4 2.1 抽樣檢驗計畫(Acceptance Sampling Plan) 4 2.1.1 抽樣檢驗計畫之理論基礎 4 2.1.2 抽樣檢驗方式 6 2.2 管制圖 9 2.2.1 統計設計管制圖(Statistical Design of Control Charts) 10 2.2.2 經濟設計管制圖(Economic Design of Control Charts) 11 2.3 統計決策分析 12 第3章 製程中量測監控抽樣策略分析架構 15 3.1 問題定義 16 3.2 量測站之抽樣檢驗計畫 19 3.2.1 單一晶片之抽樣檢驗計畫 20 3.2.2 檢驗批量之抽樣檢驗計畫 24 3.3 抽樣頻率 35 3.4 抽樣策略之相關成本探討 39 3.4.1 製造成本 40 3.4.2 品質成本 40 3.5 總期望品質成本損失 45 3.5.1 變動抽樣檢驗計畫之總期望品質成本損失函數 45 3.5.1.1 改變單一抽樣檢驗計畫 51 3.5.1.2 同時改變晶片與批量抽樣檢驗計畫 54 3.5.2 變動抽樣頻率之總期望品質成本損失函數 57 3.5.3 變動檢驗計畫與抽樣頻率之總期望品質成本損失函數 60 第4章 實證研究 64 4.1 資料蒐集 64 4.1.1 抽樣計畫與抽樣頻率 64 4.1.2 品質成本 65 4.2 從風險角度探討抽樣策略 66 4.2.1 改變抽樣檢驗計畫 66 4.2.2 改變抽樣頻率 72 4.2.3 改變檢驗計畫與抽樣頻率 74 4.3 從品質成本損失探討抽樣策略 78 4.3.1 改變抽樣檢驗計畫 78 4.3.2 改變抽樣頻率 84 4.3.3 改變檢驗計畫與抽樣頻率 85 第5章 結論與未來研究 91 參考文獻………………………………………………………………..92 表目錄 表 2.1批量狀態與抽樣結果之組合 5 表 3.1 檢驗批量允收情形示意表 27 表 3.2批量狀態與檢驗結果組合 35 表 3.3抽樣檢驗可能發生之結果 40 表 3.4品質成本相關活動細項(Montgimery,2001) 42 表 3.5 成本函數與損失函數 49 表 3.6貝氏決策分析相關函數彙整表 61 表 4.1抽樣檢驗相關成本項數據彙整表 65 表 4.2( )=(9,0)下,不同 組合之總期望品質成本損失 88 表 4.3相異製程能力表現下,總期望品質成本損失變化量 89 表 4.4 不同參數變化下之敏感度分析 90 圖目錄 圖 1.1研究流程圖 3 圖 2.1不同樣本數之作業特性曲線 6 圖 2.2不同允收數之作業特性曲線 6 圖 2.3雙次抽樣檢驗計畫示意圖 8 圖 2.4管制圖監控示意圖 10 圖 2.5作業特性曲線示意圖(Montgomery, 2001) 11 圖 2.6 Duncan經濟設計模型示意圖 12 圖 2.7貝氏決策分析架構圖(Sainfort. 1993) 14 圖 3.1 研究架構圖 15 圖 3.2 晶圓生產製造示意圖 16 圖 3.3 缺陷檢驗相關參數 17 圖 3.4 度量衡量測相關參數 18 圖 3.5 抽樣計畫 =(3,1)之下可能抽樣結果 23 圖 3.6 晶片抽樣檢驗影響圖 24 圖 3.7 批量抽樣檢驗影響圖 26 圖 3.8 晶片所有可能檢驗結果示意圖 28 圖 3.9 不同樣本表現下,批量允收情況示意圖 33 圖 3.10 批量檢驗與否之決策樹 37 圖 3.11 品質成本的分類 41 圖 3.12檢驗批量貝氏決策分析架構圖 46 圖 3.13晶圓生產過程簡圖 48 圖 3.14 批量檢驗結果及其損失函數 48 圖 3.15改變單一抽樣檢驗計畫之總期望品質成本損失架構圖 51 圖 3.16改變抽樣檢驗計畫之總期望品質成本損失架構圖 55 圖 3.17改變抽樣頻率之總期望品質成本損失架構圖 58 圖 3.18未檢驗批量之平均風險 59 圖 3.19改變抽樣策略之總期望品質成本損失函數架構圖 61 圖 4.1晶圓抽樣檢驗計畫對型Ⅰ誤差發生機率之影響 67 圖 4.2晶圓抽樣檢驗計畫對型Ⅱ誤差發生機率之影響 68 圖 4.3不同晶圓檢驗計畫下之總風險反應曲面圖 69 圖 4.4批量檢驗計畫對型Ⅰ誤差發生機率之影響 70 圖 4.5批量抽樣檢驗計畫對型Ⅱ誤差發生機率之影響 71 圖 4.6不同批量檢驗計畫下之總風險反應曲面圖 72 圖 4.7改變抽樣頻率平均每一批量之風險曲線圖 73 圖 4.8晶圓檢驗計畫與抽樣頻率於相異允收數下之生產者風險反應曲面圖 74 圖 4.9允收數為1,晶粒樣本數與抽樣頻率對生產者風險影響之等高線圖 75 圖 4.10允收數為2,晶粒樣本數與抽樣頻率對生產者風險影響之等高線圖 75 圖 4.11允收數為3,晶粒樣本數與抽樣頻率對生產者風險影響之等高線圖 75 圖 4.12晶圓檢驗計畫與抽樣頻率於相異允收數下之消費者風險反應曲面圖 76 圖 4.13批量檢驗計畫與抽樣頻率於相異允收數下之生產者風險反應曲面圖 77 圖 4.14批量檢驗計畫與抽樣頻率於相異允收數下之消費者風險反應曲面圖 78 圖 4.15晶圓抽樣檢驗計畫與平均風險之關係 79 圖 4.16批量抽樣檢驗計畫與平均風險之關係 80 圖 4.17不同允收數組合 與總期望品質成本損失之變化 82 圖 4.18不同( )組合與期望品質成本損失之變化 83 圖 4.19不同( )組合對期望品質成本損失影響之等高線圖 84 圖 4.20抽樣頻率對總期望品質成本損失之影響 85 圖 4.21晶圓抽樣檢驗計畫與抽樣頻率對總期望品質成本損失之影響 86 圖 4.22 Cp=1,( 與 對總期望品質成本損失影響 87 圖 4.23 Cp=1,抽樣策略與抽樣策略對總期望品質成本損失影響 88

    參考文獻
    Barbara, M. J. and V. D. Paul (1975), “Measure of clinical efficacy cost- effectiveness calculations in the diagnosis and treatment of hypertensive renovascular disease”, The New England Journal of Medicina, vol. 293, no. 5, pp. 216-221.
    Bonnin, O., Mercier, D., Levy, D., Henry, M., Pouilloux, I., and Mastromatteo, E. (2003), “Single-wafer/ mini-batch approach for fast cycle time in advanced 300-mm fab”, IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, Vol. 16, No. 2. pp. 121-120.
    Chien, C. F., S. C. Hsu, S. Peng and C. H. Wu (2000), “A cost-based heuristic for statistically determining sampling frequency in a wafer fab”, Semiconductor Manufacturing Technology Workshop
    Duncan, A. J. (1956), “The economic design of X-bar charts used to maintain current control of a process”, American Statistical Association Journal, Jun, pp. 228-241.
    Hald A. (1967), “Asymptotic properties of Bayesian single sampling plan”, J. R. Statist. Soc., B 29, pp.162-173.
    Hald A. (1968), “Baye’s single sampling attribute plans for continuous prior distribution”, Technometrics, vol. 10, no. 4, pp. 667-683.
    Ikeda, S., Nemoto, K., Funabashi, M., Uchino, T., Yamamoto, H., Yabuoshi, N., Sasaki, Y., Komori, K., Suzuki, N., Nishihara, S., Sasabe, S., and Koike, A. (2003), “Process integration of single-wafer technology in a 300-mm fab, realizing drastic cycle time reduction with high yield and excellent reliability”, IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, Vol. 16, No. 2.
    Lorenzen, T. J. and L. C. Vance (1986), “The economic design of control charts: a unified approach”, Technometrics, vol. 28, no. 1, pp. 3-10.
    Montgomery, D. C. (2001), Introduction to Statistical Quality Control, 4th ed., John Wiley & Sons, New York.
    Nurani, R. K., R. Akella, and A. J. Strojwas (1996), “In-line defect sampling methodology in yield management: an integrated framework”, IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, vol. 9, no. 4, pp. 506-515.
    Phelps, R. I. (1982), “Skip-lot destructive sampling with Baye’s inference”, IEEE Transactions on Reliability, vol. R-31, no. 2, pp. 191-193
    Sainfort, F. (1993), “A generalized ROC analysis”, Evaluation of Medical Technologies on Reliability, vol. 11, no. 3, pp. 208-220.
    Wang, Z., G. Gielen and W. Sansen (1998), “Probabilistic fault detection and the selection of measurement for analog integrated circuits”, IEEE Transactions on Computer-aided Design of Integrated Circuits and Systems, vol. 17, no. 9, pp. 862-872.
    Wood, S. C. (1997), “Cost and cycle time performance of fabs based on integrated single-wafer processing”, IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, Vol. 10, No. 1.
    Woodall, W. H. (1985), “The statistical design of quality control charts”, The Statistician, vol. 34, pp. 155-160.
    Yeh, L. (1988), “Bayesian approach to single variable sampling plans”, Biometrika, vol. 75, no. 2, pp. 387-391.

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