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반도체 제조 공정의 군집성 불량 패턴의 원인 설비 탐색 체계
최승현,이동희,김은수,배영목,오영찬,박종범,김광재 한국품질경영학회 2021 한국품질경영학회 학술대회 Vol.2021 No.-
반도체 웨이퍼를 생산하는 팹 공정은 (wafer fabrication; FAB) 수백 개의 공정 단계로 구성되며 각 공정 단계는 동일한 기능을 수행하는 다수의 설비로 구성되어 있다. 생산된 웨이퍼에서 불량이 발생한 집적 회로 칩들의 위치 정보는 wafer bin map (WBM)의 형태로 기록된다. WBM에는 불량 칩들의 공간적 분포에 따라 다양한 군집성 불량 패턴을 발생할 수 있는데, 반도체 제조 공정의 수율을 향상하기 위해서 군집성 불량 패턴을 야기하는 팹 공정의 결함 설비를 탐색하는 것이 중요하다. 군집성 불량 패턴과 관련한 공정 단위 (공정 단계의 묶음)는 경험적으로 알려져 있으나, 결함 설비를 특정하는 연구는 미비한 실정이다. 본 연구는 공정 단계별로 웨이퍼를 작업한 설비를 기록한 공정 이력 데이터와 WBM 데이터를 분석하여 군집성 불량 패턴의 원인 설비를 탐색하는 체계를 제안한다. 제안된 체계는 현업 엔지니어의 경험적 지식을 반영하여 설계된 네 가지 단계로 구성되어 있다: (1) 공간 차원 기반의 군집성 불량 패턴 분류체계 정의, (2) 합성곱 신경망 기반의 군집성 불량 패턴 자동화 분류, (3) 군집성 불량 패턴 발생의 이항 분포 신뢰구간 추정을 통한 핵심 설비 도출, (4) 설비의 개별 효과와 설비 간 결합 효과를 고려한 결함 의심 설비 선택. 메모리 반도체 제품군 생산 공정의 CMP 공정의 결함 설비를 탐색하는 사례 연구를 통해 제안된 체계의 효용성을 검증하였다. 제안된 체계는 반도체 제조 공정에서 군집성 불량 패턴의 원인 설비를 탐색하는 데 소모되는 비용과 시간을 줄이는데 기여할 것으로 기대되며, 일반적인 다단계-다중설비 제조 공정의 범주형 불량에 대한 원인 설비를 탐색하는 체계 개발의 기반이 될 것으로 기대된다.
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반도체 제조 공정 내 웨이퍼 결함 패턴 관련 핵심 설비 탐색
최승현,김은수,배영목,황찬호,오영찬,이동희,김광재 한국품질경영학회 2020 한국품질경영학회 학술대회 Vol.2020 No.-
반도체 생산 공정은 다단계 제조 공정으로, 다수의 공정 단계로 구성되어 있다. 각 공정 단계는 동일한 기능을 수행하는 다수의 설비로 구성되어 있으며, 설비 사이에 존재하는 성능 차이는 완제품의 품질에 영향을 준다. 완제품의 품질은 웨이퍼를 구성하는 칩들의 결함 여부를 기록한 데이터인 웨이퍼 맵 (wafer map) 을 통해 측정되며, 결함 칩의군집 형태에 따라 다양한 웨이퍼 결함 패턴이 발생한다. 웨이퍼 결함 패턴을 기반으로 공정 이상을 유발하는 공정단계를 유추하는 연구들은 있으나, 공정 이상의 원인이 되는 설비를 탐색하는 연구는 미비한 실정이다. 본 연구는 웨이퍼의 공정 이력 데이터와 웨이퍼 맵 데이터를 분석하여 웨이퍼 결함 패턴 발생에 영향을 주는 설비와 설비 조합을 탐색한다. 제안하는 방법은 설비별 웨이퍼 결함 패턴 발생 이항신뢰구간(Binomial Confidence Interval) 분석을 통해 핵심 설비를 도출한다. 분석의 효율성을 위해 유의성이 높은 설비들을 기반으로 예비 핵심 공정 단계를 선정한다. 이후, 예비 핵심 공정 단계 내에서 발생 가능한 설비 조합의 이항신뢰구간 분석과 교호작용 효과 분석을 통해 핵심 설비조합을 도출한다. 도출된 핵심 설비, 설비 조합은 중요도에 따라 심층 분석 우선순위를 부여한다. 제안된 방법론은 실제 반도체 공정 이력 데이터에 적용되어 현업 엔지니어와의 협업을 통해 성능이 평가된다. 제안된 방법론은 웨이퍼결함 패턴 발생 원인 설비 및 설비 조합의 조기 탐색을 통해 공정 관리 능력 향상 및 신공정 램프업 시간 단축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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시뮬레이션을 활용한 흐름관점의 반도체 설비관리 기법에 관한 연구
이문수 ( Moon Su Lee ),심영학 ( Young Hak Shim ) 한국로지스틱스학회 2012 로지스틱스연구 Vol.20 No.2
최근 반도체 산업을 둘러싼 치열한 글로벌 경쟁환경으로 인한 끊임없는 원가혁신 요구로 반도체 메모리공정의 핵심공정인 Photo공정의 활용률(utilization) 극대화를 통한 loss의 최소화에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 Photo공정설비의 loss분석은 설비 내 발생되는 변동을 시뮬레이션으로 구현하여 동적(dynamic)인 상황에서 발생되는 loss를 예상하고, scanner의 능력을 저해하는 원인을 인지하여 개선안을 적용했을 때의 효과를 예측하는 일련의 체계적인 절차를 통해서만 가능할 것이다. 본 연구에서는 이를 위해 새로운 Flow Balance Analysis(FBA) 기법을 제시하고 이를 활용하여 Photo설비 내 scanner의 능력저해로 인해 발생되는 loss를 최소화하기 위한 다양한 개선안을 도출하고 이를 검증함으로써 설비 내부의 웨이퍼 흐름과 관련하여 각 unit들 간의 비 동기화에 의해 발생하는 loss의 근원을 차단할 수 있는 새로운 가능성을 제시하였다. Since the global market environment around semiconductor industries has become intensively competitive lately, cost saving efforts become the one of the most successful factors in the semiconductor memory business. These cost saving efforts generally focus on “Photo process” step in the semiconductor memory business because the “Photo process” step is the one of most critical steps in the semiconductor memory manufacturing. To save “photo process” cost, the loss analysis of “Photo process” equipment is critical and the loss analysis of the equipment can only be possible when we develop an appropriate simulation model to detect possible causes for underutilization of the equipment(scanner) and expect the amount of possible losses due to that underutilization, and provide and a structural algorithm to improve the utilization of the equipment. In this study, Flow Balance Analysis (FBA) algorithm was proposed and tested with variety of plans to improve the Photo Equipment utilization, and thus we suggested new possibilities that can significantly reduce the losses caused by the non-synchronization between units inside of Photo Equipment system.
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