จากข้อมูลของบริษัท McKinsey & Company บริษัทที่ทำธุรกิจเกี่ยวกับเซมิคอนดักเตอร์อาจสูญเสียเงินหลายล้านดอลลาร์จากผลผลิตที่หายไป (yield losses) ผลผลิตที่สูญหาย (Yield losses) คือ ความสูญหายที่เกิดจากผลผลิตที่เป็นชิ้นบกพร่อง (defect) การทำงานซ้ำ (rework) หรือ เศษเหลือ (scrap) ของผลผลิตจากเครื่องจักรหรือกระบวนการผลิต
ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์(semiconductor manufacturers)มีทางเลือกหลากหลายวิธีในการจะนำมาปรับปรุงคุณภาพและผลผลิต(improve quality and output)ได้ อย่างไรก็ตามเนื่องจากการผลิตวงจรโดยรวมมีความซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายสูง จึงทำให้การปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง(continuous improvement)เป็นสิ่งสำคัญที่ควรมีการนำมาพิจารณา
การควบคุมคุณภาพและผลผลิต
ชิป (chips) หลายร้อยชิ้นถูกประกอบขึ้นพร้อมกันบนแผ่นเวเฟอร์ (wafer) เวเฟอร์ในที่นี้ไม่ได้หมายถึงคุกกี้แสนอร่อย แต่แผ่นเวเฟอร์ คือ ชิ้นส่วนของซิลิกอน (หนึ่งในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีมากที่สุดทั่วโลก) หรือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ ซึ่งออกแบบมาในรูปแบบของแผ่นดิสก์ที่บางมาก แผ่นเวเฟอร์ใช้ในการสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์
แผ่นเวเฟอร์จะถูกผลิตเป็นกลุ่มที่เรียกว่าลอต (lot) เมื่อกระบวนการผลิตเสร็จสมบูรณ์ ชิปแต่ละตัวบนแผ่นเวเฟอร์ทุกชิ้นจะต้องผ่านการทดสอบการทํางาหลากหลายชุดเพื่อดูว่าชิบใดดีหรือชิปใดมีข้อบกพร่อง
หลังจากการทดสอบจะมีการวิเคราะห์ข้อมูลตามวัตถุประสงค์เพื่อควบคุมคุณภาพ(quality control)และการตรวจติดตามกระบวนการผลิต โดยจะมุ่งเน้นไปที่ผลการวัดโดยภาพรวมของลอต เช่น ผลผลิตที่ได้สุทธิ (yield – จํานวนชิปที่ดีในลอต) และอัตราส่วนชิ้นที่ดีต่อชิ้นที่ทํางานได้ (จํานวนชิปที่ดีในลอตหารด้วยจํานวนชิปที่ยังทํางานได้แม้จะมีคุณสมบัติไม่เป็นไปตามข้อกําหนด)
แม้ว่าตัววัดเหล่านี้จะมีความสําคัญ แต่ก็ถือว่าชิบที่บกพร่องจะกระจายแบบสุ่ม(distributed randomly)ในแผ่นเวเฟอร์ที่มีอยู่ในลอตทั้งหมด
Minitab เข้าใจถึงความต้องการที่เพิ่มขึ้นของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์
WAFER MAP จะมีส่วนช่วยได้อย่างไร
การทําความเข้าใจถึงค่าผลผลิตของลอตและการวิเคราะห์สาเหตุที่แท้จริงเป็นกุญแจสําคัญในการผลักดันให้เกิดการปรับปรุงผลผลิต เพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงลึกที่ดียิ่งขึ้นจะทำการใช้วิธีของ wafer map ทำให้วิศวกรสามารถเห็นภาพว่าชิปที่มีข้อบกพร่องจะมีรูปแบบเป็นเชิงระบบ (systematic pattern) หรือเป็นกลุ่มก้อน (cluster)
รูปแบบเหล่านี้อาจมีข้อมูลที่เป็นประโยชน์ในการวิเคราะห์ว่าสาเหตุใดที่ทำให้เกิดปัญหาในการผลิตที่นอกเหนือจากการวิเคราะห์จากตัวชี้วัดในภาพรวมของลอต ตามที่ Mark H. Hansen, Vijayan N. Nair และ David J. Friedman ผู้ร่วมเขียนบทความ “Monitoring Wafer Map Data from Integrated Circuit Fabrication Processes for Spatially Clustered Defects,”(“การตรวจสอบข้อมูลแผนที่เวเฟอร์จากกระบวนการผลิตวงจรรวมสําหรับข้อบกพร่องแบบคลัสเตอร์เชิงพื้นที่” ) รูปแบบเฉพาะที่เกิดขึ้นนี้อาจทำให้เห็นถึงปัญหาทั่วไป ตัวอย่างเช่น หากคุณเห็นชิปที่เสียแล้วอยู่ในตำแหน่งเป็นวงแหวน (ring of dead chips) ในตำแหน่งขอบของแผ่นเวเฟอร์ สิ่งนี้อาจบ่งบอกถึงการกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการ thermal annealing มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว รูปแบบกระดานหมากรุก (checkerboard pattern) ของชิปที่มีข้อบกพร่องมักบ่งบอกถึงสเต็ปเปอร์ (stepper) ที่ทํางานผิดปกติ การสั่นสะเทือนที่มากเกินไปในเครื่องอาจปลดปล่อยอนุภาคจำนวนจนทำให้ชิปทั้งหมดในบริเวณที่อยู่ติดกันของแผ่นเวเฟอร์เสียหาย โดยทั่วไปรูปแบบคลัสเตอร์ของข้อบกพร่องสามารถจําแนกได้ว่าเป็นสิ่งที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคหรือเกี่ยวข้องกับกระบวนการ ถ้าเป็นสิ่งที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคมักมีสาเหตุมาจากเครื่องจักรเครื่องใดเครื่องหนึ่ง แต่ถ้าเกี่ยวข้องกับกระบวนการมักจะเกิดจากขั้นตอนในกระบวนการผลิตอย่างน้อยยหนึ่งขั้นตอนที่ไม่เป็นไปตามข้อกําหนดเฉพาะที่วางไว้
ด้านบนเป็นตัวอย่างของ wafer map – วงแหวนของข้อบกพร่องอาจบ่งบอกถึงการกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอ ใน MSS
ในทางกลับกันเมื่อเป็นรูปแบบข้อบกพร่องแบบสุ่มที่เกิดในพื้นที่ใดใดอาจบอกเล่าเรื่องราวได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของข้อบกพร่องแบบสุ่มมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นและลดลงตามความสะอาดโดยรวมของห้องคลีนรูม สิ่งเหล่านี้สามารถลดลงได้ด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในระยะยาว เมื่อมีการปรับปรุงอย่างค่อยเป็นค่อยไป หรือ ด้วยการปรับปรุงยกเครื่องจักรและอุปกรณ์ใหม่ อีกทางหนึ่งของรูปแบบข้อบกพร่องแบบสุ่มเชิงพื้นที่อาจบ่งชี้ว่ากระบวนการไม่ได้มีปัญหาใดแต่เป็นเรื่องวัสดุนั่นเองที่เป็นปัญหา
เครื่องมือคุณภาพที่สําคัญ คือ WAFER MAP
การควบคุมคุณภาพของกระบวนการผลิตที่มีความซับซ้อนก็มีความซับซ้อนเช่นกัน เนื่องจากการผลิตของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์มีต้นทุนสูง ทำให้ข้อมูลเชิงลึกที่ได้มามีผลต่อการลดต้นทุนได้อย่างมีนัยสำคัญ
เหมือนที่ WAFER MAP เป็นเครื่องมือเพิ่มเติมในชุดเครื่องมือที่วิศวกรด้านคุณภาพใช้เพื่อระบุสาเหตุที่แท้จริงของปัญหาได้เร็วขึ้น
ลองด้วยตัวคุณเอง! ทดลองใช้ Minitab Statistical Software ฟรี 30 วัน
บทความต้นฉบับ : Enhance Integrated Circuit Yields with a Wafer Map
ต้นฉบับนำมาจาก Minitab blog ,แปลและเรียบเรียงโดยสุวดี นําพาเจริญ
บริหารจัดการ SCM Blog โดยชลทิชา จํารัสพร, บริษัท โซลูชั่น เซ็นเตอร์ จํากัด ตัวแทน Minitab ในประเทศไทย
เพิ่มเติมเกี่ยวกับบริษัท Minitab
Minitab ช่วยให้บริษัทและองค์กรต่างๆ สามารถมองเห็นแนวโน้มของข้อมูล, แก้ปัญหาและค้นพบประเด็นสำคัญจากข้อมูลเชิงลึก โดยนำเสนอชุดโซลูชั่นที่ครอบคลุมทุกด้านและดีที่สุดสำหรับซอฟต์แวร์ในระดับเดียวกัน ที่ใช้สำหรับการวิเคราะห์ข้อมูลและการปรับปรุงกระบวนการ
ด้วยวิธีการที่เป็นเอกลักษณ์ และการนำเสนอซอฟต์แวร์และบริการแบบองค์รวม Minitab ช่วยให้องค์กรเข้าถึงกระบวนการตัดสินใจในส่วนที่ช่วยผลักดันให้เกิดความเป็นเลิศทางธุรกิจได้ดีขึ้น ความง่ายในการใช้งานที่โดดเด่นกว่าใครมีส่วนช่วยให้ Minitab สามารถทำให้การเข้าถึงข้อมูลเชิงลึกเป็นเรื่องที่ง่าย ทีมงานของ Minitab ซึ่งประกอบด้วยผู้เชี่ยวชาญทางด้านการวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้ผ่านการอบรมมาเป็นอย่างเข้มงวด จะช่วยให้ผู้ใช้งานมั่นใจว่าจะได้รับประโยชน์สูงสุดจากการใช้งานวิเคราะห์ข้อมูลและพร้อมที่จะให้คำปรึกษาตลอดเวลาที่ใช้งานเพื่อนำไปสู่การตัดสินใจที่ดีขึ้น รวดเร็ว และแม่นยำ
เป็นเวลากว่า 50 ปีที่ Minitab ได้ช่วยองค์การต่าง ๆ เพิ่มรายได้ ควบคุมและลดต้นทุน เพิ่มคุณภาพ เสริมสร้างความพึงพอใจของลูกค้า และเพิ่มประสิทธิภาพ ธุรกิจและองค์นับหมื่นทั่วโลกใช้ Minitab Statistical Software®, Companion by Minitab®, Minitab Workspace®, Salford Predictive Modeler® and Quality Trainer® เป็นเครื่องมือช่วยในการค้นพบและปรับปรุงความบกพร่องในกระบวนการ