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Fab でよく発生する問題？
応用分野 ｜FABFAB におけるウエハ製造プロセスは非常に複雑であり、各工程はさまざまな設備の動作異常によって影響を受ける可能性があります。設備の予知診断を今すぐ始めましょう。
実施の動機
Fab でよく発生する問題？
半導体工場のFab（Fabrication）は、結晶成長工場、ウエハファウンドリ、IC製造、封止工場、ディスプレイ工場などを含みます。ウエハの製造プロセスには、精製、結晶引き上げ、切断、研磨を経てシリコンウエハが作られ、その後ICチップが製造されます。ICチップの製造プロセスも多岐にわたり、金属スパッタリング、フォトレジスト塗布、エッチング、レジスト除去などの工程を経て、完成したウエハは切断され、封止工場で封止処理が行われます。
ウエハは最も一般的な半導体材料であり、一般的な直径は6インチ、8インチ、12インチなどがあります。現在、市場の主流は8インチウエハであり、テレビ、コンピュータ周辺機器、モバイルデバイス、コンシューマーエレクトロニクスなどの分野で広く使用されています。また、車載電子機器、AI（人工知能）、IoT（モノのインターネット）、エッジコンピューティングの発展によって恩恵を受けています。
歩留まりに影響を与える要因
ウエハ製造プロセスは非常に複雑であり、さらにナノレベルのプロセスが関与するため、難易度が高くなります。製造中にわずかな欠陥や異物が発生すると、製品の歩留まりに大きな影響を及ぼします。Fab の製造ラインにおける不良率に影響を与える要因は多岐にわたり、床の防振性能の低下、機械の緩み、設備の異常動作、設備間の相互影響、結晶成長炉の回転動作による振動異常、ウエハ搬送レールの摩耗による振動、結晶棒の切断時のスムーズさの問題、研磨機の平坦度不足、面取りの異常、振動異常などが挙げられます。これらはプロセスの歩留まりに影響を与えるだけでなく、大量のチップ破損や生産ラインの停止などの深刻な損害を引き起こす可能性があります。
実施方法
Fab の歩留まりに影響を与えるさまざまな設備とは？
前述のように、Fab の製造プロセスは非常に複雑であり、使用される設備も極めて精密です。そのため、設備は微振動に非常に敏感であり、特定の装置を設置する際には、その設置場所を慎重に考慮する必要があります。また、設備同士の振動が相互に影響を与えていないかを確認することも重要です。
環境中の微振動の影響
工場内の高架床や特定の設備設置環境、特定機種の防振プラットフォームの設置、搬送用ロボットアーム、保管庫ロボットアーム、化学薬品庫ロボットアームの搬送など。
エンド関連のローター設備
エンド関連のローター設備には、各種モーター、ポンプ、ファンなどの回転機器、および設備の主要なスクリュー、スライドレールなど、駆動機構の部品が含まれます。
各種設備の品質影響
スピンコーティング（SPIN COATING）、シート・フラットコーティング（SLIT COATING）、スプレーコーティング（SPRAY COATING）、ウエハ研磨機など。
課題の実施
Fab 環境の微振動診断はどのように行う？
設備に影響を与える環境微振動
半導体工場の Fab における製造プロセスは非常に複雑であり、使用される設備も極めて精密です。そのため、設備は微振動に非常に敏感であり、特定の機器を設置する際には、その設置場所を慎重に考慮する必要があります。また、設備同士の振動が相互に影響を与えていないかを確認することも重要です。
床構造を設置する際、その防振性能を理解していますか？ また、ロボットアームでのウエハ搬送時に発生する微細な振動を事前に防ぐことで、ウエハや IC チップへの損傷を回避できますか？ 新たに精密機器を導入する際、最適な設置場所をどのように特定しますか？ 長期間にわたり環境の微振動を測定し、リアルタイムで状態を監視するにはどうすればよいでしょうか？
実施目標
Fab 環境の微振動を把握する
＃防振床の性能を把握し、補強または新設
Fab の精密機器設備は高精度な製造プロセスを必要とし、多くの設備が設置されています。各設備には防振・免震プラットフォームが備えられていますが、時間の経過とともに劣化し、性能が低下します。設備のパフォーマンスに影響を及ぼさないために、防振プラットフォームの性能を定期的に確認し、必要に応じて補強や交換を行うことが重要です。
＃同じ設備でも振動構造が異なる
Fab の精密機器設備は、同じ型番であっても各機器が複数の部品で構成されているため、各部品が発生する振動の周波数は異なります。例えば、ベルトの張り具合や摩耗の度合いによって振動構造に違いが生じるため、個別の機器ごとに振動特性を把握する必要があります。
＃自然周波数と稼働、機器同士の相互影響
Fab の精密機器設備は、安定性を確保しつつ他の設備への影響を最小限に抑える必要があります。構造同士は必然的に振動を発生させますが、振動源と振動周波数が一致すると共振が発生する可能性があります。この共振が設備の動作精度にどのような影響を及ぼすかを評価し、防止策を講じることが重要です。
＃新規設備導入時の設置環境の振動検知
Fab の精密機器設備を新たに導入する際、既存の設備の振動が新しい機器のパフォーマンスに影響を与えないかを事前に確認する必要があります。また、新たに構築された防振床が、その設備に適した環境であるかも評価する必要があります。設備間の最適な設置間隔をどの程度確保すべきかも慎重に検討する必要があります。
免震床の性能
設備の振動構造
設備同士の影響
設備の設置環境
どのように実施するか
環境微振動のモニタリング診断
環境微振動は Fab における製造プロセスや設備の運転品質に影響を与えます。長期間の環境微振動モニタリングシステムを活用することで、設備間の相互影響、設備内部の干渉源を把握し、振動源の分析、エラー検出、効果の確認が可能になります。環境振動レベルのテストを実施し、設備の防振能力や防振システムの性能を評価することが重要です。
環境微振動レベル
固德の VMS-EM 環境微振動モニタリングシステムを利用することで、ユーザーは環境共振が設備や機器に与える影響の程度を理解し、工場内の高架床や特定の機器配置場所の環境微振動レベルを把握できます。さらに、リアルタイム監視やトレンドグラフの生成も可能です。
VMS-EM 環境微振動モニタリングシステム
実施の課題
Fab 末端の回転機器はどのように監視すべきか？
各種モーター、ポンプ、ファン
モーター、ポンプ、ファンは幅広く使用されており、Fab 内の設備においてもコストや消費電力に影響を与えます。これらの機器は高温や高電圧環境で動作する必要があるだけでなく、回転速度やトルクが設備の動作精度や品質に影響を及ぼします。消費電力、電流、振動、回転速度などのデータを収集・蓄積することで、設備の異常原因を特定し、細かい動作の異常を検知して、予防保全を実施し、故障によるダウンタイムを削減できます。
実施目標
Fab 末端の各種回転機器の管理
＃突発的な故障を防ぎ、製品品質の一貫性を確保
Fab 内のモーター、ポンプ、ファンは製造プロセスの品質に大きな影響を与えます。設備運転中の異常振動や回転のズレは製品の歩留まりに影響を及ぼすため、設備の運転品質を厳密に監視し、変動要因を最小限に抑えることで、製品歩留まりとウェーハ品質の一貫性を維持することが重要です。
＃寿命を延ばし、保守スケジュールを明確化
Fab のモーター、ポンプ、ファンは高価であり、部品の調達には長い時間がかかるうえに、部品コストも高額です。故障によるダウンタイムが発生すると、生産性の低下を招きます。設備の状態を正確に把握することで、適切なメンテナンスを実施し、製造ラインの稼働時間を避けながら保守を行うことで、寿命の延長と運転効率の向上を実現できます。
＃ISO 規格を内蔵し、運転品質をリアルタイム表示
ソフトウェアシステムには回転機器の ISO 品質規格が内蔵されており、Fab のスタッフが技術的な知識を持たなくても、モーター、ポンプ、ファンの品質をリアルタイムで簡単に確認できます。ISO 規格に基づいた測定データをもとに自動的に回転機器の振動品質を判断し、履歴データの保存やレポート作成などの機能を提供します。
＃設備の状態をリアルタイムで把握し、異常アラートを発信
Fab 内のモーター、ポンプ、ファンに異常が発生した場合、即座に運転を停止しないと生産ラインに損害をもたらす可能性があります。ユーザーの要件に応じて、アラートの通知プロセスをカスタマイズできます。カスタマイズ可能な可視化インターフェースを活用することで、運転品質のリアルタイム表示を実現し、ユーザーが容易に状況を把握できるようになります。
予測不能な故障を防止
明確な保守スケジュール
ISO規格を内蔵
異常アラートを送信
どのように実施するか
Fab端の回転機器
Fab端の装置が製造するウェハーは、複雑な製造プロセスを経ており、各工程がウェハーの品質に影響を与えます。「RM-IoT-NET ローター健康監視システム」を活用すれば、リモート管理が可能になり、長時間のオンライン監視機能を備えています。トレンドグラフを通じて設備の品質傾向を把握し、さらに詳細なデータ分析によって回転機器の健康状態を評価できます。これにより、予知保全や事前のメンテナンスを行い、予期しないダウンタイムを防ぐことができます。
RM-IoT-NET ローター健康監視システム
重要な装置に対しては、「VMS®-M Seriesカスタマイズ監視システム」を活用できます。さらに、ユーザーのニーズに応じた監視フローを計画し、設備管理を包括的に行うためのシステムを構築することも可能です。
VMS-M Seriesカスタマイズ監視システム
実行上の課題
Fab端でさまざまな設備の品質をどのように監視するか？
精密かつ複雑な製造設備
Fab端でのウェハー製造プロセスでは、ウェハーの生成、切断、IC製造、パッケージングなど、使用される設備は非常に精密です。製造プロセスが複雑であるため、各工程に欠陥やミスが許されないのと同様に、設備の品質も厳しく管理する必要があります。Fab端の設備には、スピンコーティング（SPIN COATING）、スリットコーティング（SLIT COATING）、スプレーコーティング（SPRAY COATING）、ウェハー研削機、ウェハー切断機（DIE SAW）、レーザー切断、AOI装置、ウェハーボンダー（WAFER BONDER）などがあります。
実行目標
Fab端のさまざまな設備の状態を把握
＃予測不能な故障を防止し、設備の欠陥を回避
Fab端の設備は高い自動化技術が採用されており、機種やモデルが多岐にわたり、製造時間も長いです。突然の停止や異常振動が発生すると、前工程のすべてが無駄になり、大きなコスト損失を招く可能性があります。そのため、設備の状態を正確に把握し、予測不能な停止や故障を防ぐことが重要です。
＃使用寿命を延ばし、メンテナンススケジュールを明確に
Fab端の各種設備は工場の生産能力を支える重要な役割を担っています。万が一、設備が停止してメンテナンスが必要になると、生産効率の低下や製品ロス、不良率の増加を招く可能性があります。設備の品質を適切に把握することで、適切なメンテナンス計画を立て、運転時間を考慮しながら設備寿命を延ばすことができます。
＃ISO規格およびカスタム閾値による品質評価
監視ソフトウェアは設備の特性に基づいて長期間のデータを蓄積し、要求に応じた測定プロセスを設計します。ISO規格を内蔵し、簡単にローター品質を判断できるようになっています。また、ユーザーは独自の閾値を設定したり、トレンドグラフやリアルタイムデータを確認することも可能です。
＃リアルタイムで設備の状態を把握し、問題の根本原因を特定
Fab端の設備は精密設計され、部品が複雑であるため、製造プロセスは厳密な監視が必要です。センサーを用いた測定により、長期間にわたりデータを収集し、経験に基づいて閾値を設定することで、設備に異常が発生した際に警告メッセージを送信し、適切なタイミングで停止・トラブルシューティングを行うことができます。
機台による欠陥の回避
明確なメンテナンススケジュール
リアルタイムの設備品質評価
問題の原因特定
実行方法
各種設備の品質管理
Fab端で使用される各種設備は、多くの機種が存在し、メンテナンスの難易度が高いです。加えて、大半の製造プロセスが複雑かつ精密であり、部品の異常を検知するのが容易ではありません。設備に監視システムを搭載することで、ユーザーが設備の状態を正確に把握できるようになります。
繰り返し動作を行う機械設備
このような設備には、より高性能な測定および管理監視が求められます。固德の VMS®-ML 機械学習型インテリジェント監視システムは、繰り返し動作を行うさまざまな機械設備に適用可能で、動的機械の動作信号をリアルタイムで検出します。わずかな異常でも故障の兆候を識別でき、異常状態での運転による問題の発生を効果的に防ぐことができます。
VMS-ML 機械学習型インテリジェント監視システム
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