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研究生: 徐仙陽
Shiu, Shian-Yang
論文名稱: 應用支援向量機建構半導體黃光升溫製程之FDC系統
Applying SVM to Construct the FDC System of Semiconductor Photolithography Process
指導教授: 洪一峯
Hung, Yi Feng
劉淑範
Liou, Shu Fan
口試委員: 陳飛龍
Chen, Fei Long
劉淑範
Liou, Shu Fan
洪一峯
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: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 86
中文關鍵詞: 黃光製程升溫曲線失效偵測與分類系統支援向量機決策樹
外文關鍵詞: Photolithography Area, Heating Curves in Photo, Fault Detection and Classification system, Support Vector Machines, Decision Tree
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  • 隨著半導體產業蓬勃發展,晶圓之製造流程日趨繁雜,其面臨高品質要求、高成本壓力以及高標準生產環境,使得各半導體廠商紛紛致力於良率提昇與製程改善之系統開發,希望達到提昇品質與降低成本之目的。近年來許多半導體製造廠商投入龐大資源於先進製程控制(Advanced Process Control, APC)系統之開發,其中以失效偵測與分類(Fault Detection and Classification, FDC)系統之導入為重點部分,工程師藉由FDC系統能夠即時線上監控機台運作之異常狀況,以提升產品良率。本研究應用支援向量機(Support Vector Machines, SVM)與決策樹(Decision Tree)為基礎,針對黃光區軟烘烤製程之溫度曲線建構FDC系統。將所擷取之曲線特徵值透過歸屬函數映射得其隸屬度,作為第一階段支援向量機分類系統之輸入值,可將資料分類為正常或異常類別;第二階段利用事先所收集整理之異常升溫曲線資料,應用CART演算法建構決策分類樹,並進一步建構異常分類規則庫。本研究以桃園縣某半導體廠之410筆樣本資料進行實證分析,其中42筆異常曲線皆被此系統辨識出,其餘368筆正常曲線資料僅有6筆遭受誤判,而這些遭受誤判的資料經工程師研判後認定為製程發生偏移之前兆,其曲線特徵值之隸屬度皆位在模糊地帶,而造成系統誤判。經實證研究結果顯示本研究中所建構之支援向量機分類系統具有甚佳之偵錯與分類效率,藉由本系統可輔助工程師有效率地尋找出異常曲線;本研究中所建構之異常分類規則庫亦可提供製程工程師辨識異常曲線型態之參考依據,協助製程工程師迅速找出製程問題所在,進一步達到良率提昇之目標。


    With the burgeoning development of semiconductor industry and more complicated wafer fabrication process to come, semiconductor industry has been confronted with high quality demand, high cost pressure and strict production environment. Therefore, a lot of semiconductor manufacturers strive for system development of yield rate enhancement and manufacturing flow improvement, hoping to achieve the objectives of quality promotion and cost reduction. In recent years, many semiconductor foundries have invested a large sum of capital in Advanced Process Control (APC) system, in which the most important part is the induction and development of Fault Detection and Classification (FDC) system. The engineers can immediately detect the unusual situations of operator machines on-line by FDC to improve the yield rate. Based on Support Vector Machines (SVM) and Decision Tree theories, the study tries to construct FDC system on heating curves of soft bake in photolithography area. To get characteristics’ memberships of certain heating curve as the input values of SVM system, and this SVM system can classify raw data to normal or abnormal category at first stage. Through data collection and processing abnormal curves to obtain characteristics, this study adopts Classification and Regression Tree (CART) to construct its rule base. By using 410 process data collected from one wafer fabrication factory in Taoyuan to test and verify FDC system can 42 abnormal curves be identified successfully. The only 6 curves misjudged out of the other 368 normal curves are possibly the signs of aberrant process. And the characteristics' memberships of these 6 curves are located at the fuzzy region, which possibly makes the system misjudge. The research finding proves that the SVM system has better detection and classification efficiency. Processing engineers are able to detect an abnormal curve immediately, identify its situation correctly via the rule base, find out

    目錄 摘要………………………………………………………………………………………I Abstract…………………………………………………………………………II 致謝詞…………………………………………………………………………………IV 目錄………………………………………………………………………………………V 圖目錄…………………………………………………………………………………VII 表目錄…………………………………………………………………………………IX 第一章 緒論……………………………………………………………………1 1.1 研究背景…………………………………………………………………1 1.2 研究動機…………………………………………………………………2 1.3 研究目的…………………………………………………………………3 1.4 論文架構與研究內容……………………………………………4 第二章 文獻探討……………………………………………………………6 2.1 半導體製造流程之介紹…………………………………………6 2.2 半導體製程之即時監控系統…………………………………15 2.3 模糊理論之簡介………………………………………………………18 2.4 支援向量機之簡介……………………………………………………22 2.4.1 支援向量機之發展與原理……………………………22 2.4.2 支援向量機之相關研究…………………………………25 2.4.3 支援向量機之現存問題…………………………………29 2.5 決策樹分析之簡介……………………………………………………30 第三章 研究方法…………………………………………………………………33 3.1 半導體黃光製程異常升溫之問題……………………………34 3.2 研究架構與方法…………………………………………………………37 3.3 特徵值之選取………………………………………………………………39 3.4 模糊歸屬函數與隸屬度………………………………………………43 3.5 支援向量機演算法………………………………………………………47 3.5.1 線性支援向量機(Linear Support Vector Machines)…………………………………………………………48 3.5.2 非線性支援向量機( Nonlinear Support Vector Machines) …………………………………………………………………………………52 3.6 決策樹分類模式………………………………………………………………55 第四章 系統實務建構與實證析……………………………………………59 4.1 資料收集與特徵值之選取……………………………………………60 4.2 支援向量機建構失效偵測與分類系統…………………………62 4.2.1 曲線特徵值模糊化…………………………………………………62 4.2.2 支援向量機分類系統之實務建構………………………64 4.2.3 模擬分析與問題探討……………………………………………70 4.3 決策樹分析與異常分類規則庫之建構…………………………71 4.4 實證分析與總結…………………………………………………………………76 第五章 結論與未來發展……………………………………………………………78 5.1 結論………………………………………………………………………………………78 5.2 未來研究發展………………………………………………………………………80 參考文獻 …………………………………………………………………………………………81 圖目錄 圖1.1 軟烘烤製程狀態之比較圖……………………………………………………2 圖1.2 升溫曲線圖………………………………………………………………………………3 圖1.3 論文架構流程圖………………………………………………………………………4 圖2.1 半導體製造流程圖…………………………………………………………………8 圖2.2 空白矽晶圓之製造流程………………………………………………………10 圖2.3 半導體後段製程之流程圖……………………………………………………15 圖2.4 模糊控制系統之基本架構……………………………………………………18 圖2.5 支援向量機之二維空間分類圖……………………………………………23 圖2.6 支援向量機分類流程………………………………………………………………24 圖2.8 極端值對於最佳超平面的影響……………………………………………29 圖3.1 升溫曲線圖………………………………………………………………………………35 圖3.2 正常升溫曲線及異常升溫曲線之差異比較………………………36 圖3.3 研究架構流程圖………………………………………………………………………38 圖3.4 升溫曲線之溫度平均值示意圖……………………………………………39 圖3.5 升溫曲線之溫度標準差示意圖……………………………………………40 圖3.6 升溫曲線之全距示意圖…………………………………………………………41 圖3.7 升溫曲線之斜率示意圖…………………………………………………………42 圖3.8 三角形歸屬函數示意圖…………………………………………………………44 圖3.9 梯形歸屬函數示意圖………………………………………………………………44 圖3.10 高斯歸屬函數示意圖……………………………………………………………45 圖3.11 使用超平面區分二元類別資料……………………………………………48 圖3.12 二元類別線性分割之最優超平面示意圖…………………………49 圖3.13 超平面之圖形判斷…………………………………………………………………51 圖3.14 核心函數之空間轉換示意圖………………………………………………52 圖3.15 二元樹分枝圖…………………………………………………………………………57 圖4.1 本研究FDC系統之實務建構流程圖………………………………………59 圖4.2 升溫曲線之樣本資料………………………………………………………………60 圖4.3 特徵值之歸屬函數設定結果…………………………………………………63 圖4.4 支援向量機分類系統之資料分析結果…………………………………65 圖4.5 升溫曲線之差異比較示意圖……………………………………………………68 圖4.6 部份異常曲線之Excel檔案示意圖………………………………………72 圖4.7 異常升溫曲線之分類樹狀圖……………………………………………………73 圖4.8 本研究建構FDC系統之實務操作流程……………………………………77 表目錄 表2.1 模糊理論之應用……………………………………………………………………………20 表4.1 線性核心函數之支援向量機的實作結果…………………………………66 表4.2 高斯逕向基核心函數之支援向量機的實作結果……………………66 表4.3 實作結果比較…………………………………………………………………………………67 表4.4 電腦硬體規格表……………………………………………………………………………69 表4.5 模擬資料與辨識結果比較……………………………………………………………70 表4.6 異常曲線類型…………………………………………………………………………………71 表4.7 異常升溫曲線之分類規則庫…………………………………………………………74 表4.8 模擬資料與規則庫分類結果…………………………………………………………75

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