휴렛팩커드(Hewlett-Packard)사에서 제안한 SMIF(Standard Mechanical InterFace) 시스템이 미국 특허 제4,532,970호와 제4,534,389호에 개시되어 있다. SMIF 시스템의 목적은 반도체 제조 공정 과정에서 웨이퍼의 보관 및 이송시에 반도체 웨이퍼상에서의 입자속(particle flux)을 저감시키고자 함이다. 이 목적은, 보관 및 이송 중에 웨이퍼를 둘러싸는 기체 매질(예컨대, 공기 또는 질소)이 웨이퍼에 대해 사실상 정지 상태인 것을 기계적으로 보증하고, 주위 대기로부터의 입자가 인접한 웨이퍼실(wafer environment)에 침습하지 못하게 함으로써, 부분적으로 달성된다. 이 웨이퍼실을 본 명세서에서 "청정실(clean environment)"이라고 부른다.
SMIF 시스템은 3가지 구성요소, (1) 웨이퍼 및/또는 웨이퍼 카세트를 보관 및 이송하는데 사용되는 밀폐된 포드(pod) (2) 노출된 웨이퍼 및/또는 웨이퍼 카세트를 공정 툴의 내부에 대해 반출입할 수 있는 (청정 공기로 채워진)청정 공간을 제공하도록 반도체 공정 툴상에 배치된 입구/출구(I/O) 미니 청정실(minienvironment), 및 (3) SMIF 포드와 SMIF 미니 청정실 사이에서 웨이퍼 및/또는 웨이퍼 카세트를, 웨이퍼나 카세트를 오염 물질에 노출시키지 않고 이송하기 위한 인터페이스를 갖는다. 제안된 SMIF 시스템의 추가 세부 사항은 Solid State Technology의 1984년 7월호 pp. 111∼115에 Mihir Parikh와 Ulrich Kaemph가 "SMIF : A TECHNOLOGY FOR WAFER CASSETTE TRANSFER IN VLSI MANUFACTURING"이란 제목으로 발표한 논문에 기재되어 있다.
SMIF 포드는 대체로, 포드 외피(pod shell)와 짝을 이루어 웨이퍼를 보관 및 이송할 수 있는 밀폐실을 제공하는 포드 도어(pod door)로 구성된다. 도 1a에 도시하고 있는 "밑면 개방형(bottom opening)" 포드(100)는 포드 도어(101)가 포드(100)의 바닥에 수평으로 설치되어 포드 외피(103)에 체결되는 포드이다. 웨이퍼는 카세트(105) 내에 지지되고, 카세트(105)는 포드 도어(101)상에 지지된다. 도 1b에 도시하고 있는 "정면 개방형(front opening)" 포드(110)는 또한 "정면 개방 단체형 포드(FOUP : front opening unified pod)라고도 불려지고, 수직면에 배치되어 포드 외피(113)와 짝을 이루는 포드 도어(111)를 포함한다. 웨이퍼(도시 생략)는 포드 외피(113)내에 장착된 카세트(도시 생략) 또는 포드 외피(113)내에 장착된 선반(115)에 지지된다.
밑면 개방형 또는 정면 개방형 포드와 웨이퍼 제조 설비 내의 공정 툴(505 : 도 5)간에 웨이퍼를 이송하기 위해서, 포드는 통상적으로 공정 툴(505)과 공정 툴(505)의 일부 중 한 곳에 장착되는 적재 포트 어셈블리(507 : 도 5)상에 수동 또는 자동으로 적재된다. 그 적재 포트 어셈블리(507)는 포드가 없을 경우, 포트 도어(도시 생략)에 의해 덮여지는 접근 포트를 포함한다. 적재 포트 어셈블리(507)상에 포드를 적재할 때, 포드 도어는 밑면 개방형과 정면 개방형의 양시스템의 포트 도어와 대향한다.
일단 포드가 적재 포트 어셈블리(507)상에 배치되면, 포트 도어내의 메커니즘은 포드 외피로부터 포드 도어를 열고, 포드 도어와 포트 도어를 공정 툴(405)이 웨이퍼에 접근할 수 있는 위치로 이동시킨다. 포드 외피는 공정 툴의 내부와 포드 외피를 포함하는 청정실을 유지하기 위하여 그 시점에서 노출된 접근 포트 부근에 있게 된다.
밑면 개방형 시스템에서, 포드 도어(101)와 웨이퍼 운반 카세트(105)를 지지하고 있는 포트 도어는 적재 포트 어셈블리(507) 안으로 하강한다. 적재 포트 어셈블리(507) 또는 공정 툴(505) 내부에 있는 웨이퍼 핸들링 로봇은 그에 따라 카세트와 공정 툴 사이의 이송을 위해 카세트로부터 특정 웨이퍼에 접근할 수 있다. 정면 개방형 시스템에서, 웨이퍼 핸들링 로봇은 포드(110)와 공정 툴 사이의 이송을 위해 포드 외피(113)에서 직접 웨이퍼에 접근할 수 있다.
전술한 형태의 시스템들은 웨이퍼의 입자 오염을 막는다. 반도체 소자 제조시에 채용된 소형의 기하 구조(geometry)로 인해 입자들이 반도체 공정에 해를 끼칠 수 있다. 오늘날 대표적인 선진 반도체 공정은 0.5㎛ 및 그 이하의 기하 구조를 채용한다. 0.1㎛ 이상의 기하학적 측정치를 갖는 원하지 않는 오염 입자는 1㎛ 기하 구조의 반도체 소자를 실질적으로 손상시킨다. 물론, 오늘날 연구 및 개발실에서의 연구 경향은 0.1㎛ 이하로 접근하는 점점 더 소형의 반도체 소자 기하 구조를 연구하는 것이다.
소자의 기하 구조가 소형화됨에 따라, 오염 입자 및 분자 오염이 반도체 제조에서 중요한 관심사가 되고 있다. 반도체 웨이퍼가 제조 공정을 통과할 때 반도체 웨이퍼의 오염을 유발시키는 여러개의 원인이 있다. 예컨대, 제조 공정시에, 소정의 가스, 유체, 압력, 간섭성 및 비간섭성 광, 진동, 정전하, 및 오염 물질은 반도체의 최종 수율에 영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 제조 공정시에 포드내에서 이들 파라미터 각각을 제어하는 것이 중요하다.
전술한 SMIF 기술에 따라 포드의 내부 환경을 밀폐함으로써, 반도체 웨이퍼를 둘러싸는 환경을 제어할 수 있는 제조업자의 능력은 두드러지게 향샹되고 있다. 그러나, 포드는, 웨이퍼 전달을 위해 적재 포트 어셈블리에서 자동 또는, 예컨대 포드 세척시에 기술자에 의해 수동으로 빈번하게 개방된다. 게다가, 포드에는 종종 밀폐된 포드로부터 유체의 이동이나 밀폐된 포드로 유체의 이동을 가능하게 하는 밸브가 포함된다. 이들 작업 및 포드 특징 각각은 포드내에 있는 반도체 웨이퍼에 대해 잠재적인 오염원일 수 있다.
웨이퍼상에서 소자 형성시에 또는 그 후에 내부 환경 특성을 검사하기 위해 임의의 포드나 문제가 있는 포드를 선택하여 웨이퍼 로트 검사(wafer lot testing)를 수행한다고 알려져 있다. 이 작업은 문제가 발생한 후에 문제를 식별할 수 있고, 공지된 검사 시스템은 문제가 발생한 시각 또는 위치를 정확하게 특정할 수 있게 되어 있지 않다. 따라서, 이러한 검사 작업은 웨이퍼 로트에서 오염을 방지하기에는 종종 너무 늦게 수행된다. 더욱이, 오염된 포드가 제조 공정을 계속해서 통과한 경우에, 그 포드는 종종 다른 공정 툴과 웨이퍼 로트를 오염시킨다. 게다가, 종래의 검사 작업은 웨이퍼에 오염을 유입시키고 있는 제조 설비내의 영역을 식별하도록 되어 있지 않다.
이에 따라, 포드와 공정 스테이션(processing station)의 내부 환경을 능동적으로 모니터링하는 장치 및 방법을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 실시예들을, 반도체 웨이퍼 제조 공정내에서 반도체 웨이퍼를 운반하기 위한 SMIF 포드에 대하여 이하에서 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 SMIF 포드 이외의 이송식 콘테이너에도 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 밀폐되지 않은 반도체 로트 박스와, 반도체 웨이퍼 이외의 가공물, 예컨대 레티클(reticle)과 평면 디스플레이 등을 이송하기 위한 포드에도 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들이 모든 적용 가능한 SEMI 표준을 따르고 그 표준과 호환 가능한 것은 말할 것도 없다. 그러나, 본 발명의 선택적 실시예들은 SEMI 표준을 따르지 않는다는 것도 주지해야 한다.
도 2는 이송식 포드(201)와 내부 센서 네트워크(202)를 포함하는 이송식 포드 모니터링 시스템(200)의 실시예의 블록도를 도시하고 있다. 이송식 포드 모니터링 시스템(200)의 다양한 실시예들은 이송식 포드의 내부 환경 상태의 비침습적이며 연속적인 로컬·원격 감지를 제공한다. 도 2의 이송식 포트(201)는 밑면 개방형 포드, 정면 개방형 포드 등의 임의 형태의 포드일 수 있다. 전술한 바와 같이, 이송식 콘테이너의 형태는 본 발명의 실시예에서 중요하지 않고, 다른 이송식 콘테이너, 포드, SMIF 또는 다른 방식의 것들을 사용할 수 있다. 포드내에서 이송되는 가공물의 사이즈는 선택적 실시예에 따라 변할 수도 있지만, 예컨대 200mm 웨이퍼 또는 300mm 웨이퍼인 것이 좋다.
내부 센서 네트워크(202)는 이송식 포드(201)에 각각 내장 또는 부착된 센서(204), 다양한 센서에 전력을 공급하기 위한 내장된 전원 공급 장치(406 : 도 4), 및 센서(204)로부터 데이터를 수신 및 전달하기 위한 내부 송수신기(208)를 포함한다. 실시예에 있어서, 내부 송수신기는 센서로부터 수신된 데이터를 저장하기 위한 메모리(도시 생략)를 포함할 수 있다. 이송식 포드 모니터링 시스템(200)은 또한 내부 송수신기(208)로부터 데이터를 수신 및 전달하기 위한 외부 송수신기(210)를 포함할 수 있다. 이후에 설명하겠지만, 내부 송수신기(208)는 선택적 실시예에서 생략될 수 있다. 또한, 외부 송수신기(210)는 호스트 컴퓨터(418 : 도 4)의 부분으로서 구성될 수 있다.
센서(204) 각각은 공지된 구성일 수 있으며, 비교적 간단한 아날로그 센서로부터 MEMS(MicroElelctroMechanical systems) 기술에 근거해 동작하는 보다 복잡한 센서까지 그 범위가 다양하다. 보다 복잡한 센서는 센서(204)내의 모든 데이터를 자체 샘플링, 분석 및 통보하기 위해 트랜스듀서 감지 소자와 디지털 신호 처리(DSP)를 조합한 것들을 포함할 수 있다. 이러한 센서의 예는 포토 분광, 회전 방위 측정, 이미지 감지, 화학적 감지 및 잔류 가스 분석에 사용되는 센서일 수 있다. MEMS 기술을 이용하는 센서(304)의 실시예의 블록도가 도 3에 도시된다. 또한, 센서는 정보를 저장하기 위한 메모리를 포함할 수 있다.
센서(204)는 이송식 포드(201) 사방에 다양한 구성으로 분포될 수 있다. 센서(204)는 이송식 포드(201)내에 배치된 웨이퍼, 또는 포드(201) 내외로 이송되는 웨이퍼와 간섭하지 않게 이송식 포드 외피(213)의 내부에 장착될 수 있다. 하나 이상의 센서(204) 또는 센서 입력부를 제공하여 이송식 포드(201)내의 상이한 위치 또는 부위에서 단일의 내부 환경 특성을 감지할 수도 있다.
도 4는 센서 네트워크(401)의 실시예를 도시하고 있는 블록도이다. 다양한 제어 네트워크 프로토콜을 채용하여 다양한 센서로부터 정보를 수집하고 그 정보를 제조 호스트 컴퓨터(418)와 같은 원격 위치에 전송할 수 있다. 일실시예에서, 제어 네트워크는 애쉴론(Echelon)(등록 상표)사의 LonWorks(등록 상표)로 구현될 수 있다. 이 시스템은 이송식 포드(201) 내에 배치된 복수의 노드(414a, 414b, 414c)를 사용한다. 그 노드들은 다양한 센서(404a, 404b, 404c), 전원 공급 장치(406) 및 내부 송수신기(408)를 네트워크 버스(416)를 통하여 서로 연결한다. 센서(404a∼404c)는 도 2에 도시하는 센서(204)에 관련되거나 유사하다. 마찬가지로, 내부 송수신기(404)는 도 2의 내부 송수신기(208)에 대응한다.
센서(404a∼404c)는 온도를 감지하기 위한 온도 센서(404a), 충격 및 진동을 감지하기 위한 가속도계(404b), 및 이송식 포드(201)내의 상대 습도를 감지하기 위한 습도 센서(404c)를 포함한다. 이 실시예는 단지 예시적인 것일 뿐이고, 이송식 포드(201)는 센서를 더 적게 포함할 수 있거나, 각종의 다른 내부 환경 특성을 감지하기 위하여, 센서(404a∼404c)의 전부나 일부와 함께 또는 아무 것도 포함하지 않고서, 여러개의 추가 센서를 포함할 수 있다.
온도 센서(404a)는 포드(201) 내부에 장착된 아날로그 또는 디지털 온도 센서일 수 있다. 이러한 센서를 하나 이상 사용하여 온도 증감이 포드(201)내에서 발생하는지의 여부를 판정할 수 있다. 센서(204a)가 아날로그 센서라면, 샘플링된 아날로그 온도를 디지털식으로 변환하기 위해 아날로그-디지털 컨버터를 설치할 수 있다. 다른 방법으로서, 디지털 온도 센서를 사용할 수 있다. 예를 들어, 미국 캘리포니아주 95131 산호세에 소재하는 마이클렐(Micrel)사로부터 입수 가능한 MIC384 Three Zone Thermal Supervisor를 사용할 수 있다. 이 센서는 프로세서와 메모리가 내장된 소형의 저가 패키지를 갖는다. 센서(404a)는 추가 채널을 더 포함하여 포드(201)의 상이한 부위의 온도를 감지할 수 있다. 각각의 채널은 포드(201)내의 상이한 부위에 배치되어 상이한 부위의 온도를 감지할 수 있다.
온도 센서(404a)는 노드(414a)에 연결되고, 이 노드는 모토롤라(Motorola)(등록 상표)의 Neuron 3150과 같은 프로세서와 애셜론(Echelon)(등록상표)의 FTT-10A 트위스트 페어 송수신기와 같은 센서 버스 인터페이스를 포함하여 온도 센서(404a)로부터 정보를 네트워크 버스(416)에 전송할 수 있다.
이송식 포드(201)내의 충격과 진동 모두를 검출하기 위해 가속도계(404b)를 설치할 수 있다. 본 발명의 실시예에 사용되는 이러한 센서(404b)의 예는 아날로그 출력을 갖는 단일축 가속도계로서, 미국 매사츄세츠주 01810 안도버에 소재한 MEMSIC사로부터 입수 가능한 모델 번호 MX1010c이다. 이 센서는 1㎎ 내지 10g까지 축을 따라 가속도를 감지할 수 있고 측정값을 내장된 아날로그-디지털 컨버터를 통해 디지털로 변환할 수 있다. 센서(404b)는 포드내에서, 다른 축을 따라 충격 및 진동 각각을 감지할 수 있는 추가 채널을 포함할 수 있다. 충격과 진동을 감지하기 위해 다른 센서도 사용할 수 있다. 예를 들어, 가속도를 측정 가능한 전압으로 변환하는 공지된 압전 센서도 사용할 수 있다.
가속도계(404b)는 노드(414b)에 연결되고, 이 노드는 모토롤라(Motorola)(등록 상표)의 Neuron 3150과 같은 프로세서와 애셜론(Echelon)(등록상표)의 FTT-10A 트위스트 페어 송수신기와 같은 센서 버스 인터페이스를 포함하여 가속도계(404b)로부터 정보를 네트워크 버스(416)에 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예는 또한 습도 센서(404c)를 포함할 수도 있다. 습도 센서(404c)는 포드(201)의 외피에 장착된 아날로그 또는 디지털 센서일 수 있다. 본 발명의 실시예에 사용되는 디지털 센서(404c)의 일례는 미국 뉴저지주 07962 모리스타운에 소재하는 하니웰(Honeywell)사에서 제작된 HIH 시리즈 상대 습도 센서이다. 습도 센서(404c)는 포드내의 습도를 감지하기 위한 단일 채널을 포함한다. 다른 방식의 습도 센서는 추가 채널을 포함하여 포드(201)의 상이한 부위의 습도를 감지할 수 있다.
습도 센서(404c)는 노드(414c)에 연결되고, 이 노드는 모토롤라사(Motorola)(등록 상표)의 Neuron 3150과 같은 프로세서와 애셜론(Echelon)(등록상표)의 FTT-10A 트위스트 페어 송수신기와 같은 센서 버스 인터페이스를 포함하여 습도 센서(404c)로부터 정보를 네트워크 버스(416)에 전송할 수 있다.
전술한 바와 같이, 포드(201)는 추가의 아날로그나 디지털 센서를 포함하여 포드(201) 내의 다른 상태(예컨대, 압력, 가스 조성, 공기 부유 입자, 정전기 축적, 노광, 진동, 전자기 방사, 웨이퍼의 산화 변화, 전해 등)를 감지할 수 있고, 그 센서들 각각은 네트워크 노드를 통해 네트워크에 접속될 수 있다. 포드(201)는 또한 제조 설비내에서 포드의 위치를 판정할 수 있는 센서를 포함할 수 있다. 위치 센서는 위성 위치 확인 시스템("GPS"), 내부 추적 시스템 또는 다른 형태의 위치 추적 기술을 이용할 수 있다.
포드(201)는 또한 센서에 의해 수집된 데이터를 클리어하고, 그 센서를 중성 상태로 되돌리기 위한 리셋 메커니즘을 포함할 수 있다. 리셋 메커니즘은, 예컨대 포드(201)상에 장착된 기계적 스위치, 호스트 컴퓨터(418)에 의해 제공되거나 센서 네트워트(201)에 내장된 소프트웨어 리셋 프로그램일 수 있으며, 또는 센서는 제조 설비내의 소정의 위치에서 또는 세척과 같은 소정의 이벤트의 발생시에 자동으로 리셋될 수 있다. 부가적으로 설명해서, 리셋은 모든 센서 조합에 적용될 수 있으며, 모든 센서가 리셋될 필요는 없다.
전원 공급 장치(406)는 각 센서(404a∼404c), 센서 노드(414a∼414c), 및 내부 송수신기에게 전력을 공급한다. 전원 공급 장치(406)는 포드 외피의 외면에 장착되어 네트워크 버스(416)를 통해 다양한 센서에 접속될 수 있다. 이와 다르게 전 원 공급 장치(406)는 이송식 포드(201) 내부에 장착될 수 있다. 전원 공급 장치(406)는 공지된 구성일 수 있으며, 예컨대 재충전 가능한 배터리 또는 9V의 알카라인 배터리와 같은 콤팩트한 전력원을 포함할 수 있다. 전원 공급 장치는 종래에 알려진 바와 같이, 조정 회로(regulation circuit)를 더 포함할 수 있다. 실시예에서는, 하나 이상의 센서에 전원 공급 장치들이 내장될 수 있으며, 그에 따라, 전원 공급 장치(406)의 소요를 줄일 수 있고, 또는 전원 공급 장치(406)를 전체적으로 생략할 수 있다.
전원 공급 장치(406)는, 다양한 노드와 센서가 필요할 때 네트워크 버스(416)를 통해 전력을 센서 노드 각각에 공급할 수 있다. 이와 다르게, 전원 공급 장치(406)는, 센서 네트워크에 전원 공급 장치(406)를 내장하여 그에 따라 전원 공급 장치(406)의 모니터링과 제어가 가능할 수 있도록 전술한 바와 같이 노드(414a∼414c)에 연결될 수 있다.
내부 송수신기(408)는 이송식 포드(201)상이나 내부든 어느 곳에 배치될 수 있고, 외부 송수신기(410)와 통신한다. 내부 송수신기(408)는 임의의 무선 데이터 전송 방식을 이용해서 외부 송수신기(410)와 통신할 수 있다. 예컨대, 통신은 적외선(약 1013Hz 내지 약 1014Hz), 전파(약 3kHz 내지 약 300GHz)[예컨대, 주파수 변조("FM"), 진폭 변조("AM"), 레이다, 고주파("RF"), 개인 휴대 통신 서비스("PCS") 등], 및 초저주파(약 0 내지 3kHz)와 같은, 전자기 방사를 이용해서 이루어질 수 있다. RF 시스템의 실시예는 아날로그, 코드 분할 다중 접속("CDMA"), 시분할 다중 접속("TDMA"), 셀룰러 디지털 패킷 데이터("CDPD") 또는 그외 다른 RF 송신 프로토콜을 이용한다.
송수신기(408)는 버스 마스터(420)를 통해 센서 네트워크(401)에 연결될 수 있다. 네트워크 노드(414a∼414c)는 마스터-슬레이브 네트워크로서 구성될 수 있고, 이 때 버스 마스터(420)는 센서 노드(414a∼414c) 각각으로부터 데이터를 수신하고 그 정보를 외부 송수신기(410)에 전달하는 게이트웨이 또는 라우터로서 기능한다. 선택적 실시예에서, 개별 노드는 네트워크를 일대일 네트워크로서 구성할 수 있을 정도로 충분히 성능을 높게 할 수 있다. 이 실시예에서, 송수신기(408)와 버스 마스터(420)를 생략할 수 있고, 개별 센서 노드(414a∼414c) 각각은 전술한 전자기 방사 주파수 가운데 임의의 것을 이용해서 외부 송수신기(410)와 직접 통신하게 된다.
버스 마스터(420)는 백투백(back-to-back) 네트워크 노드(414a∼414c)를 통합하여, 예컨대 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)(등록 상표)사로부터 입수 가능한 모델 TMS 320C30와 같은 데이터 수집 및 디지털 신호 프로세서("DSP")를 통해 정보를 전달하는 게이트웨이 또는 라우터를 형성한다.
외부 송수신기(410)로의 데이터 전송은, 데이터가 내부 송수신기(408)로부터 전송되거나 또는 센서(404a∼404c)로부터 직접 전송되던지 간에, 계속해서 또는 단속적으로 이루어질 수 있다. 데이터가 단속적으로 전송되면, 데이터는 센서의 메모리 또는 내부 송수신기(408)의 메모리에 저장되고, 예컨대 CDPD 기술을 이용해서 패킷으로 전달될 수 있다.
이와 다르게, 데이터는 대응하는 내부 환경 상태가 소정의 원하는 동작 범위 밖에 있을 때에만 전송될 수 있다. 이 실시예에서, 데이터 그 자체만 전송될 수 있거나, 또는 경보 신호만 전송될 수 있고, 그에 따라 포드의 내부 특성이 원하는 동작 범위 밖에 있다는 것을 확인할 수 있다. 실시예에 있어서, 가청 알람이 작동될 수 있고, 그에 따라 포드(201)의 내부 환경 상태가 원하는 동작 범위 내에 있지 않다는 것을 제조 설비 조작원에게 경보할 수 있다.
부가적으로 설명해서, 센서 데이터가 상기 포드(201)내의 메모리상에 저장되면, 그 데이터는 컴퓨터에 의해 추후에 판독되어 동작 범위를 벗어난 내부 환경 상태의 종류와 오염이 발생한 설비내의 위치와 시각에 관련된 정보가 판정될 수 있다.
다른 실시예에서, 데이터는 외부 요청 커맨드에 응답하여 포드(201)로부터 전송된다. 예를 들어, 호스트 컴퓨터(418 : 도 4)는 예컨대 매 10초마다, 소정의 시간 간격으로 포드(201)에 상태 요청 커맨드를 보낸다. 그 상태 요청 커맨드(210)에 응답하여, 포드(210)는 호스트 컴퓨터(418)에게 현재의 센서 데이터를 전송한다.
일부 FOUP는 일반적으로 포드내의 다양한 가공물에 관련된 정보를 수신하는 것이 가능하고 그 정보를 제조 호스트 컴퓨터(418)에 중계할 수 있는 IR 태그 또는 RF 필(pill)과 함께 작동하여, 그 가공물이 제조 설비내의 다양한 공정 위치 사이를 통과할 때 포드내의 가공물의 식별이 가능하다. 상기 IR 태그 및 이 태그를 사용하는 시스템은, 예컨대 마네이(Maney) 등에게 허여된 미국 특허 제5,097,421호, 제4,974,166호, 및 제5,166,884호에 개시되어 있다. 상기 RF 필 및 이 필을 사용하는 시스템은, 예컨대 로씨(Rossi) 등에게 허여된 미국 특허 제4,827,110호와 제4,888,473호 및 쉰들레이(Shindley)에게 허여된 미국 특허 제5,339,074호에 개시되어 있다. 상기 특허 각각은 본 발명의 소유자에게 양도되었고, 그 각각은 본 명세서의 참조 문헌으로 포함된다.
본 발명의 선택적 실시예에 있어서, IR 태그 또는 RF 필은 송수신기(408)의 기능을 수행하여 다양한 센서 노드(414a∼414c)로부터 데이터를 수신하고 그 정보를 외부 송수신기(410) 및/또는 호스트 컴퓨터(418)로 중계한다.
다양한 노드(414a∼414c)와 버스 마스터(420)는 네트워크 버스(416)를 통해 서로 접속될 수 있으며, 네트워크 버스(416)는 전력(+v, -v)을 전달할 수 있는 마이크로 5와이어 링크 버스로 구성되고, (tx, rx) 신호를 송신 및 수신할 수 있으며, 전자기 보호 차폐물을 포함할 수 있다. 네트워크 버스(416)는 얇은 연성 리본일 수 있으며, 다양한 노드를 위해 탭으로 제작하는 동안에, 이송식 포드(201)의 셀에 부착되거나 내장된다. 이와 다르게, 네트워크 버스(416), 센서(404), 및 내부 송수신기(408)는 기존의 포드, 및 그 포드에 생성된 다양한 노드를 위해 밀폐 봉지된 통로(본 명세서에서는 "탭(tap)"이라고 부름)에 부착될 수 있다. 또한 추가 탭을 포드(201)에 형성하여 나중에 추가 센서를 삽입할 수 있다. 이 실시예에서, 센서가 추가될 때, 탭에 삽입되는 센서의 부분이 네트워크 버스(416)의 피막을 천공함으로써 센서가 센서 네트워크에 추가된다.
네트워크 버스(416)는 탭에서 포드 외피(213)를 통과하여 포드의 내부와 외부간에 전력 및 정보 신호의 전달을 가능하게 한다. 네트워크 버스(416)는 센서 네트워크에서 다양한 노드를 접속하기 위한 일례일 뿐이다. 다른 방식의, 통신 프로토콜은 전자기 주파수, 광, 또는 스타형, 루프형, 데이지 체인형 또는 자유형 구성 등의 공지된 토폴로지를 이용한 다른 수단을 포함한다.
전술한 바와 같이, 도 4는 내부의 포드 특성에 관련된 정보를 제조 호스트 컴퓨터(418)에 전달하기 위한 본 발명의 일실시예일 뿐이다. LonWorks(등록 상표)외에, 예컨대 CAN(Controller Area Network) 버스 또는 TCP/IP 이더넷을 비롯한 다른 산업 표준 네트워크를 사용하여 센서 네트워크(401)를 구현할 수 있다.
도 4는 또한, 예컨대 적재 포트 어셈블리(507 : 도 5)상에서, 또 이송식 포드(210)가 배치되는 지지면상에서 이송식 포드(201)로부터 원격 배치되어 제조실(503a∼503d) 등의 내부에 (천장이나 벽에 접하여) 장착된 외부 송수신기(410)를 도시하고 있다.
실시예에 있어서, 각각의 공정 툴(505)은 내부 송수신기(408)로부터 정보를 수신하는 외부 송수신기(410)를 포함할 수 있다. 이 정보는 이어서 유선 또는 무선 전송을 거쳐 호스트 컴퓨터(418)에 중계되거나 로컬로 처리될 수 있다. 포드가 적재 포트 어셈블리상에 배치될 때 내부 송수신기와 외부 송수신기가 근접해 있기 때문에, 상기 실시예는 통상적으로 장거리 전송시 열화되는 고주파 전송 시스템을 사용할 수 있다. 부가적으로 설명해서, 여러개의 상이한 제조실을 포함하는 제조 설비에서, 공정 툴상에 외부 송수신기(410)를 갖는 여러개의 상이한 층 또는 상이한 빌딩에 의해 정보는 각 제조실 및/또는 빌딩으로부터 (원격 위치 또는 제조실 중 하나에 배치될 수 있는)호스트 컴퓨터(418)에 중계될 수 있다.
또한, 공정 툴상에 배치되는 외부 송수신기는 각각의 공정 툴과 통신할 수 있고, 오염이 유입되고 있다는 정보를 포드(201)로부터 수신하면, 공정 툴은 그 정보를 호스트 컴퓨터(418)에 중계하지 않고 즉시 동작 정지될 수 있다. 공정 툴이 즉각 동작 정지됨으로써, 공정 툴로 유입되는 오염량을 줄일 수 있으며 또한 오염된 웨이퍼량도 줄일 수 있다.
내부 송수신기(408)는 이 내부 송수신기(408)를 내장한 이송식 포드(201)가 제조 설비를 옮겨 다닐 때 상이한 외부 송수신기(410)에게 방송한다. 외부 송수신기(410)는 전술한 바와 같이 프로세서와 버스 인터페이스를 포함하는 원격 네트워크 노드에 연결될 수 있다.
외부 송수신기(410)에 의해 수신된 정보는, 예컨대 텍사스 인스트루먼트(등록 상표)사로부터 입수가능한 모델 TMS 320C30과 같은 데이터 수집 및 DSP 프로세서를 통해 네트워크 노드에 전달된다. 원격 네트워크 노드는 또한 표준 RS-232 시리얼 통신 포트를 포함하여 센서 정보를 제조 호스트 컴퓨터(418)에게 전송할 수 있다. 선택적 실시예에서는 RS-232 인터페이스 대신에, 무선 전송과 같이, 공지된 다양한 통신 프로토콜을 사용할 수 있다.
선택적 실시예에서, 정보는 노드(404a∼404c)로부터 호스트 컴퓨터(418)에 집적 중계될 수 있으며, 그에 따라 외부 송수신기(410)는 필요 없게 된다.
호스트 컴퓨터(418)는 제조 설비내의 각 이송식 포드(201)로부터 데이터를 수신하도록 구성된다. 호스트 컴퓨터(418)는 각 이송식 포드(201)마다 전체 데이터에 대해 계속해서 순환할 수 있고, 따라서 포드로부터의 판독이 실시간으로 검출될 수 있다.
선택적 실시예에 있어서, 호스트 컴퓨터(418)는 포드(201)가 제조 공정을 통과할 때, 포드를 폴링하여 상태 요청 커맨드를 보내도록 구성된다. 그 폴링에 응답하여, 각 포드(201)는 그 상태 및 위치에 관련된 정보를 전달한다. 적극적으로 포드(201)를 폴링함으로써 안전 대책이 추가된다. 포드(201)가 그 폴링에 응답하지 않는다면, 포드에 결함이 있거나 또는 포드가 호스트 컴퓨터(201)의 통신 범위 안에 있지 않고, 또는 포드를 제조 설비로부터 제거하였기 때문이다.
일단 특정 포드로부터 데이터가 호스트 컴퓨터(418)에 수신되면, 호스트 컴퓨터(418)는 다양한 동작 중 임의의 것을 수행할 수 있다. 예컨대, 측정된 내부 포드 특성 가운데 하나 이상이 기대 범위 밖에 있다면, 호스트 컴퓨터(418)는 검사를 위해 그 포드(201)를 수동 또는 자동으로 라인에서 분리하여 격리하도록 지시할 수 있다. 본 발명이 포드의 실내 측정을 실시간으로 제공하기 때문에, 비정상 판독을 나타내는 이송식 포드(201)는 포드 내부 환경에 오염이 침습할 때 신속하게 식별되어 격리될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 시스템은 오염된 포드가 다른 툴이나 가공물에 노출되기 전에 그 오염된 포드를 격리시킴으로써 오염의 확산을 방지한다.
본 발명의 추가 장점은 제조 설비의 개별 공정 툴에 대한 정보를 수집하기 위해 이송식 포드로부터의 데이터를 사용할 수 있고 그 데이터로부터 제조 설비내에서 특정 오염원을 식별할 수 있다는 것이다. 포드가 특정 툴에서의 공정 후에, 시간을 초과하여 빈번하게 비정상적 판독을 나타내는 것이 분명하다면, 본 발명의 실시예는 이 상황을 식별하고, 검사 및 유지 보수를 위해 툴이 라인에서 분리될 수 있다. 종래의 시스템에서도 웨이퍼 로트의 검사와 모니터링이 가능하지만, 종래의 검사는 계측 툴에서 포드를 수동 또는 자동으로 선택함으로써 수행되기 때문에, 포드를 개방하여 오염에 대해 가공물을 검사한다. 본 발명의 실시예들은 이러한 검사를 연속적으로 수행할 뿐만 아니라, 포드를 개방하지 않고 웨이퍼 로트의 공정 처리율을 저하시키지 않으면서 비침습 방식으로 검사를 수행할 수 있다.
호스트 컴퓨터(418)는 포드의 식별정보 및/또는 제조 설비 통로와 함께 특정 포드로부터의 데이터를 저장할 수 있다. 이 데이터는 포드 및/또는 공정 툴이 시간에 따라 어떻게 수행되는지 나타냄으로써 통계적 공정 제어에 사용될 수 있다. 제조 설비 조작원은 포드/툴이 다른 것에 비해 얼마나 잘 수행되고 있는지 식별할 뿐만 아니라 포드/툴 유지 보수가 필요한 때를 통계적으로 식별하기 위해 이 정보를 이용할 수 있다. 이 정보는 또한 포드(201)의 위치를 추적하기 위한 안전 대책에도 이용될 수 있다.
또한, 호스트 컴퓨터(418)는 표준 이더넷 접속을 통해 인트라넷 또는 인터넷 네트워크에 접속될 수 있다. 그에 따라, 하나의 제조 설비로부터 포드 및 툴 성능은 수천 마일 떨어져 있는 조작원에 의해 실시간 모니터링되어 제어될 수 있다. 이 접속에 의해 조작원은 다수의 반도체 웨이퍼 제조상에서 포드 및 툴 성능을 비교할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 센서 네트워크는 밀폐된 포드가 반도체 제조 공정을 통과할 때 밀폐된 포드의 내부 환경 특성에 관한 데이터를 제공한다. 그러나, 선택적 실시예에서, 본 발명은 포드가 밀폐되어 있는 적재 포트 미니 청정실의 내부 환경을 감지하는데 이용될 수 있다. 특히, 본 명세서의 <기술분야>에서 설명한 바와 같이, 포드와 공정 툴 사이에서 가공물을 이송하기 위해, 포드는, 포드 외피에서 포드 도어를 분리하여 거기에서 가공물로의 접근을 제공하는 적재 포트상에 적재된다. 포드 외피가 일반적으로 적재 포트상의 위치에 있으므로 포트 도어에 의해 비어 있는 접근 포트가 밀폐된다. 이 선택적 실시예에 따르면, 적재 포트상에 배치되는 동안, 포드 외피 내에 있는 센서는 적재 포트 미니 청정실 및/또는 이 미리 청정실을 갖춘 공정툴의 내부 환경 특성에 관한 데이터를 제공할 수 있다.
도 5는 이송식 포드 모니터링 시스템(200)의 실시예를 포함한 통상의 제조 설비(500)를 도시하고 있다. 제조 설비(500)는 주통로(501)와 여러개의 공정실(503a, 503b, 504c, 504d, 504e, 504f)을 포함할 수 있다. 각 공정실은 공정 툴(505)과 같은 하나 이상의 공정 툴을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 공정 툴(505)은 통상적으로 포드를 적재 및 비적재하기 위해 적재 포트 어셈블리(507)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따라, 제조 설비(500)는 제조 설비(500)를 통과한 포드(511)와 같이, 이송식 포드의 이동을 모니터링하기 위한 이송식 포드 모니터링 시스템(200 : 도 2)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 이송식 포드(511)를 모니터링하기 위해 이용될 수 있는 많은 상이한 구성이 있다. 예컨대, 각 공정실(503a∼503f)은 특정 공정실 내에 있는 포드로부터 전송된 정보를 수신하는 외부 송수신기(510a)를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 각 적재 포트 어셈블리(507)는 특정 적재 포트 어셈블리(507)상에 배치되는 포드(511)로부터 정보를 수신하는 외부 송수신기(510b)와 같은, 외부 송수신기를 포함할 수 있다. 부가적으로 설명해서, 주통로(501)에 배치된 외부 송수신기(510c)와 같은 주요 외부 송수신기를 이용하여 제조 설비(500)내에 있는 모든 포드로부터의 전송을 수신할 수 있다.
외부 송수신기(510a∼510c)에 의해 수신된 정보는 제조 설비(500)내에 배치된 호스트 컴퓨터(520a) 등의 호스트 컴퓨터 또는 수천 마일 떨어져 있는 원격 위치(525)에 배치되어 있는 호스트 컴퓨터(520b)에 전송될 수 있다.
본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 명세서에 설명된 실시예에 한정되지 않는다. 당업자라면 첨부하는 청구범위에 의해 설명되고 한정되는 본 발명의 기술 사상 또는 범위에서 이탈하지 않고 다양한 변화, 대체 및 변형이 가능하다.