FDCとは

THEME 05 検査・計測・歩留まり · プロセス制御Fault Detection and Classification

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FDC（Fault Detection and Classification）とは、装置の稼動データをリアルタイムに解析して異常を検出し、その種類まで分類する仕組みです。 装置が止まる前に保全へ入るために使います。装置が止まると、処理中のウェーハも失います。壊れてから直すだけでは損失を防げないので、止まる前に異常の兆しをつかむことに価値があります。成否を分けるのは、どのデータをどこまで細かく持ち、どこにしきい値を引くかです。

守る対象は、装置より中を流れる製品

FDCは、装置の稼動データを細かく取得してリアルタイムに解析し、故障の予兆をつかんで、装置が止まる前に保全を行う技術です¹。目的は製品のスクラップや品質の劣化を防ぐことで、守る対象は装置よりも、中を流れる製品です。

故障間隔の平均をMTBF、修理にかかる時間の平均をMTTRと呼びます。予兆の段階で止められれば、修理を生産への影響が小さい時間帯に計画できます。決めた間隔で手入れする予防保全と違い、FDCはデータに兆しが出た時点で保全を入れます。

止まる前に入る

センサ値がしきい値に達した時点で異常を検出し、止まる前に保全へ入ります。保全しなければ、装置は処理中のウェーハごと止まります。

種類まで分類すると、打つ手が決まる

FDCは各装置の出力を監視して異常を検出し、その結果を統計処理して異常の種類を分類します²。検出だけでは「何かがおかしい」ことしか分かりません。分類まで進めば、部品の消耗か、ガス流量のずれか、チャンバー内の付着物かといった見当が付き、打つ手が決まります。

市販のFDCでは、仕分ける対象が具体的に挙がっています。PDF Solutionsは自社のFDCモジュールについて、装置センサの段階の診断で外れたイベントを自動で検出し、プロセスや計測値のシフト、パラメータのドリフト、予防保全、消耗品のイベントまで掘り下げるとしています³。同社は、このモジュールで6インチ、8インチ、12インチの工場の4万台を超える製造装置を管理し、FDCの市場でトップ³だと説明しています。

APC・SPC・FDCなどを使った先進的な装置制御を、AECと総称します¹。異常の検出と分類、その後の条件調整は、一つの制御の仕組みとして組み合わせて使われます。PDF Solutionsも、要因を1段で絞り込み、歩留まりやデバイスのパラメータ、計測値との相関を装置の制御へ返す仕組み（dynamic SPC）³を同じ製品に載せています。

センサデータは代表値にまとめて集め、細かい波形を手放す

製造装置には装置やプロセスのパラメータを測るセンサが付いていて、FDCはそのデータで装置とプロセスをリアルタイムに監視します⁴。多数の装置が出す時系列のセンサデータは、F-EESで平均値や標準偏差などの代表値にまとめてから集めます。

代表値にすればデータ量が小さくなり、工場全体で集められます。その代わり、秒単位の細かい波形の情報は失われ、細かい波形にしか現れない異常は見逃します。どの代表値を選ぶかで、見つけられる異常の種類が変わります。

代表値にまとめる

時系列を平均値と標準偏差にまとめるとデータは小さくなり、工場全体で集められます。その代わり、短い乱れの形は代表値に残りません。

集める側の設計にも選択があります。PDF Solutionsは、前工程と後工程のデータをデータ交換網で自動的に集めて統合する工場中心のやり方を取り、装置ごとに分散して入れるより効率よく展開でき、装置と工場の両方の単位で判断と制御ができるとしています³。

しきい値を厳しくすれば誤報で、緩めれば見逃しで損をする

設備の総合効率（OEE）を上げるには、故障やメンテナンス¹、NPWの処理に費やす時間を減らす必要があります。しきい値を厳しくすれば予兆を早くつかめますが、正常な装置まで保全に回すことになります。誤報で装置を止めればこの時間も増え、稼動時間が減ります。緩めれば誤報は減りますが、本当の予兆を見逃します。見逃した故障で装置が止まれば、処理中のウェーハを失います。

しきい値の位置

しきい値を厳しくすると、正常な装置の一部まで異常と判定する誤報が出ます。緩くすると、異常の兆しの一部がしきい値の手前に残り、見逃しになります。

分類まで作り込めば対処は速くなりますが、異常の種類ごとに学習データと知見を蓄える必要があります。傾向の判定では、SPC（統計的プロセス管理）にWestern Electric RulesのWE1からWE10というルールがあります。

よくある質問（FAQ）

FDC とは何ですか？

装置の稼動データをリアルタイムに解析して異常を検出し、さらにその種類を分類する仕組みです。

何のために使うのですか？

故障の予兆をつかんで装置が止まる前に保全し、製品のスクラップや品質の劣化を防ぐためです。

分類まで行う理由は何ですか？

異常の種類が分かれば、部品の交換なのか、ガス系の点検なのか、チャンバーの清掃なのか、打つ手が決まるからです。

SPC とはどう異なりますか？

SPCは測定工程のデータを統計的に管理して傾向を見ます。FDCは装置そのものの稼動データを見ます。

AEC とは何ですか？

APC・SPC・FDCなどを使った先進的な装置制御の総称です。

どんなデータを集めるのですか？

温度・圧力・流量・電力など、装置のセンサが出す時系列データです。多数の装置のデータは、F-EESで平均値や標準偏差などの代表値にまとめてから集めます。

予防保全とは何が異なりますか？

予防保全は決めた間隔で手入れします。FDCはデータに兆しが出た時点で保全を入れるので、手入れの時期が前後します。

比較・違いを学ぶ

予防保全とシーズニングとは── 決まった間隔で手入れする保全
SPCとは── 測定データの傾向を統計で管理する
APCとは── 異常や測定結果を受けて装置条件を調整する
装置稼働率とは── 誤報による停止も稼働率を下げる

出典

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