KR20140141051A - 제조 설비의 센서 데이터를 활용한 수율 분석 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
제품의 제조 공정 분석 시스템 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제품의 수율 분석 시스템은, 제조 설비에 구비된 복수 개의 센서들로부터 센서 데이터를 추출하는 데이터 추출부, 상기 센서 데이터로부터 상기 복수 개의 센서 각각의 기준 신호(Reference Signal)를 생성하는 기준 신호 생성부, 및 상기 센서 데이터 및 상기 기준 신호를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출하는 센서 검출부를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예들은 제품의 제조 공정을 분석하기 위한 기술과 관련된다.
반도체 또는 디스플레이 제조 설비 등의 경우 제조 공정에서 발생할 수 있는 문제들을 분석하기 위하여 설비분석시스템(FDC; Fault Detection and Classification)을 구비하는 것이 일반적이다. 이러한 설비분석시스템은 반도체 디바이스의 제조 설비에 구비된 각종 센서 데이터를 이용하여 반도체 디바이스의 수율에 영향을 미치는 공정 또는 장비를 분석하고 제어하게 된다.
제품 불량에 대한 종래의 원인탐색(ROOT CAUSE) 방법은 양/불 판정을 받은 제품의 공정진행 (Work In Process: WIP)정보를 활용하여, 설비별로 양/불 판정을 받은 제품의 비율을 계산한 후, 불량제품 비율과 양품제품 비율의 차(差)가 높은 순으로 혐의 설비 또는 챔버를 불량의 원인으로 지목하는 것이었다. 그러나 이와 같은 종래의 원인 탐색 방법은 분석 대상 제품의 불량률이 특히 낮거나, 설비가 일체형(in-line)이거나, 또는 2가지 이상의 불량 유발 원인이 혼재되어 있는 경우에는 적용이 어려운 문제가 있다. 또 다른 형태의 원인 탐색 방법은 설비분석시스템에서 기록되는 Sensor 데이터의 평균 등의 요약값(FDC Summary Data)을 활용하여, 양/불 제품간의 유의차를 근거로 불량의 원인을 탐색한다. 하지만 이 방법은 시계열 특성을 가지는 센서 데이터를 그대로 활용하지 않고 전체 데이터를 요약한 대표값만을 이용하여 분석을 수행함으로써 센서 데이터의 패턴 변화 감지가 불가능하며, 이에 따라 분석 결과에 왜곡이 발생할 가능성이 존재한다.
본 발명의 실시예들은 불량 발생 시 제품 제조에 사용됐던 설비의 센서 데이터를 활용하여 불량의 원인인 혐의 설비를 정확히 파악할 수 있는 수율 분석 수단을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 수율 분석 시스템은, 제조 설비에 구비된 복수 개의 센서들로부터 데이터를 추출하는 데이터 추출부, 상기 센서 데이터로부터 상기 복수 개의 센서 각각의 기준 신호(Reference Signal)를 생성하는 기준 신호 생성부, 및 상기 센서 데이터 및 상기 기준 신호를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출하는 센서 검출부를 포함한다.
상기 데이터 추출부는, 상기 센서 데이터의 결측값의 개수를 고려하여 상기 센서 데이터를 보정 또는 필터링할 수 있다.
상기 데이터 추출부는, 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터의 결측값의 개수가 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터를 제거할 수 있다.
상기 데이터 추출부는, 특정 제품과 관계된 센서 데이터의 결측값이 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 특정제품과 관계된 센서 데이터를 제거할 수 있다.
상기 센서 검출부는, 상기 센서 데이터와 상기 기준 신호간의 거리를 계산하고, 계산된 상기 거리를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출할 수 있다.
상기 시스템은, 상기 센서 데이터 및 상기 기준 신호에 대한 압축, 정규화 또는 심볼화 중 적어도 하나를 포함하는 전처리를 수행하는 전처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 전처리부는, 상기 센서 데이터를 복수 개의 시간 구간으로 분할하고, 분할된 상기 시간 구간별로 상기 센서 데이터의 대표값을 계산함으로써 상기 센서 데이터를 압축할 수 있다.
상기 대표값은 분할된 상기 시간 구간별 센서 데이터의 평균값 또는 중간값 중 어느 하나일 수 있다.
상기 기준 신호 생성부는, 상기 각 센서 별로, 상기 제품의 양불 판정 정보를 이용하여 압축된 상기 센서 데이터를 정상(good) 그룹 및 불량(bad) 그룹으로 분류하고, 상기 시간 구간별로 상기 정상 그룹에 속하는 센서 데이터의 평균값 또는 중간값 중 어느 하나를 계산함으로써 상기 기준 신호를 생성할 수 있다.
상기 기준 신호 생성부는, 상기 기준 신호를 생성하기 이전, 상기 정상 그룹으로부터 이상치(outlier)를 제거할 수 있다.
상기 이상치는, 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각 중 적어도 하나가 기 설정된 정상 범위에 포함되지 않는 센서 데이터일 수 있다.
상기 정상 범위는 상기 정상 그룹에 포함된 센서 데이터의 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각의 평균값 또는 표준 편차 중 하나 이상을 이용하여 계산될 수 있다.
상기 전처리부는, 상기 기준 신호의 평균 및 분산을 이용하여 압축된 상기 센서 데이터를 정규화하고, 정규화된 상기 센서 데이터의 센서값 및 상기 기준 신호를 기 설정된 센서값 범위에 따라 복수 개의 심볼(symbol)로 변환할 수 있다.
상기 센서 검출부는, 심볼화된 상기 센서 데이터, 상기 기준 신호 및 상기 제품의 수율 판정 정보를 이용하여 거리 테이블(Distance Table)을 생성하고, 상기 거리 테이블에 CART(Classification And Regression Tree) 알고리즘을 적용함으로써 디시젼트리를 생성할 수 있다.
상기 센서 검출부는, 상기 CART 알고리즘 적용 결과 도출되는 지니 지수(Gini Index)가 설정된 값 이상인 센서를 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 센서로 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제품의 수율 분석 방법은, 데이터 추출부에서 제품의 제조 설비에 구비된 복수 개의 센서들로부터 센서 데이터를 추출하는 단계, 기준 신호 생성부에서, 상기 센서 데이터로부터 상기 복수 개의 센서 각각의 기준 신호(Reference Signal)를 생성하는 단계, 및 센서 검출부에서, 상기 센서 데이터 및 상기 기준 신호를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출하는 단계를 포함한다.
상기 센서 데이터를 추출하는 단계는, 상기 센서 데이터의 결측값의 개수를 고려하여 상기 센서 데이터를 보정 또는 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 센서 데이터를 보정 또는 필터링하는 단계는, 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터의 결측값의 개수가 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터를 제거하도록 구성될 수 있다.
상기 센서 데이터를 보정 또는 필터링하는 단계는, 특정 제품과 관계된 센서 데이터의 결측값이 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 특정제품과 관계된 센서 데이터를 제거하도록 구성될 수 있다.
상기 센서를 검출하는 단계는, 상기 센서 데이터와 상기 기준 신호간의 거리를 계산하고, 계산된 상기 거리를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출할 수 있다.
상기 방법은, 상기 센서 데이터를 추출하는 단계의 수행 후 및 상기 기준 신호를 생성하는 단계의 수행 전, 전처리부에서 추출된 상기 센서 데이터를 압축하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 센서 데이터를 압축하는 단계는, 상기 센서 데이터를 복수 개의 시간 구간으로 분할하는 단계, 및 분할된 상기 시간 구간별 센서 데이터의 대표값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 대표값은 분할된 상기 시간 구간별 센서 데이터의 평균값 또는 중간값 중 어느 하나일 수 있다.
상기 각 센서별 기준 신호를 생성하는 단계는, 상기 각 센서 별로, 상기 제품의 양불 판정 정보를 이용하여 상기 압축된 센서 데이터를 정상(good) 그룹 및 불량(bad) 그룹으로 분류하는 단계, 및 상기 시간 구간별로 상기 정상 그룹에 속하는 센서 데이터의 평균값 또는 중간값 중 어느 하나를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 압축된 센서 데이터를 정상(good) 그룹 및 불량(bad) 그룹으로 분류하는 단계는, 상기 정상 그룹으로부터 이상치(outlier)를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 이상치는, 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각 중 적어도 하나가 기 설정된 정상 범위에 포함되지 않는 센서 데이터일 수 있다.
상기 정상 범위는 상기 정상 그룹에 포함된 센서 데이터의 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각의 평균값 또는 표준 편차 중 하나 이상을 이용하여 계산될 수 있다.
상기 방법은, 상기 하나 이상의 센서를 검출하는 단계의 수행 전, 상기 전처리부에서, 상기 기준 신호의 평균 및 분산을 이용하여 압축된 상기 센서 데이터를 정규화하는 단계, 및 상기 전처리부에서, 정규화된 상기 센서 데이터의 센서값 및 상기 기준 신호를 기 설정된 센서값 범위에 따라 복수 개의 심볼(symbol)로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 센서를 검출하는 단계는, 심볼화된 상기 센서 데이터, 상기 기준 신호 및 상기 제품의 수율 판정 정보를 이용하여 거리 테이블(Distance Table)을 생성하는 단계, 및 상기 거리 테이블에 CART(Classification And Regression Tree) 알고리즘을 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 센서를 검출하는 단계는, 상기 CART 알고리즘 적용 결과 도출되는 지니 지수(Gini Index)가 설정된 값 이상인 센서를 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 센서로 검출할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 하나 이상의 프로세서, 메모리, 및 하나 이상의 프로그램을 포함하는 장치로서, 상기 하나 이상의 프로그램은 상기 메모리에 저장되고 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되도록 구성되며, 상기 프로그램은 제품의 제조 설비에 구비된 복수 개의 센서들로부터 데이터를 추출하는 과정, 상기 센서 데이터로부터 상기 복수 개의 센서 각각의 기준 신호(Reference Signal)를 생성하는 과정, 및 상기 센서 데이터 및 상기 기준 신호를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출하는 과정을 실행하기 위한 명령어들을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따를 경우, 불량 제품의 원인이 되는 공정을 파악하는 수율 분석 시, 시계열 특성을 가지는 센서 데이터를 그대로 이용하여 제조 공정 데이터를 분석함으로써 제품 수율에 영향을 미치는 요인을 정확히 파악할 수 있는 장점이 있다.
또한, 방대한 용량을 가지는 센서 데이터에 대한 전처리 과정을 통하여 센서 데이터를 요약함으로써 데이터의 용량을 감소시킴과 동시에 제조 과정에서 발생되는 센서 데이터의 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라 데이터의 시계열적 특정을 그대로 살리면서도 효과적으로 센서 데이터 분석을 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 공정 데이터를 활용한 수율 분석 시스템(100)을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 공정 데이터를 활용한 수율 분석 방법(200)을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 공정 데이터를 활용한 수율 분석 방법(200)을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 공정 데이터를 활용한 수율 분석 시스템(100)을 설명하기 위한 블록도이다. 본 발명의 실시예들에서, 수율 분석 시스템(100)은 제품의 제조 공정 데이터와 양불 판정 정보를 연계하여 분석함으로써 제품 수율(Yield)에 영향을 미치는 공정 요소를 파악하기 위한 것이다. 이하에서는 본 발명을 반도체 디바이스의 제조 공정에 적용한 것으로 가정하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 권리범위는 반도체 디바이스에만 한정되는 것은 아니며, 제조 설비에서 기 설정된 과정을 거쳐 생산되는 모든 제품에도 적용 가능함을 유의한다. 즉, 이하의 설명에서 “반도체 디바이스”라고만 기재되어 있더라도, 이는 본 발명에 따른 “제품의 일례로서의 반도체 디바이스”를 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 예시적 실시예들에서, 수율 분석 시스템(100)은 제품, 예를 들어 반도체 디바이스 등의 제조 설비에 구비된 각종 센서로부터 데이터를 획득하고, 획득된 센서 데이터를 이용하여 제조된 제품의 불량을 유발하는 혐의 설비 또는 공정을 검출하도록 구성된다. 본 발명의 실시예들에서 반도체 디바이스란 반도체 또는 디스플레이 제조 공장(FAB; Fabrication Facility)에서 제조되는 제품을 지칭하는 것으로서, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 또는 글래스 웨이퍼 등이 본 발명에서의 반도체 디바이스가 될 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제품의 수율 분석 시스템(100)은 데이터 추출부(102), 기준 신호 생성부(104), 전처리부(106) 및 센서 검출부(108)를 포함한다.
데이터 추출부(102)는 제품, 예를 들어 반도체 디바이스 등의 제조 설비에 구비된 복수 개의 센서들로부터 데이터를 획득한다. 기준 신호 생성부(104)는 데이터 추출부(102)에서 획득된 상기 센서 데이터로부터 상기 복수 개의 센서 각각의 기준 신호(Reference Signal)를 생성한다. 전처리부(106)는 상기 센서 데이터 및 상기 기준 신호의 용량 감소 및 노이즈 제거를 위한 전처리를 수행한다. 그리고 센서 검출부(108)는 전처리된 상기 센서 데이터와 상기 기준 신호간의 거리를 계산하고, 계산된 상기 거리를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출한다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 제품의 수율 분석 시스템(100)의 각 구성요소들을 상세히 설명한다.
데이터 추출
데이터 추출부(102)는 제조 설비, 예를 들어 반도체 디바이스 등의 제조 설비로부터 분석의 대상이 되는 원시 데이터(Raw Data)를 추출하고 이를 분석이 가능한 형태로 가공한다. 먼저, 데이터 추출부(102)는 상기 제조 설비에 구비된 복수 개의 센서들로부터 센서 데이터를 획득한다.
이때, 상기 센서는 상기 제조 설비의 제품 생산 과정에서의 상태 변화를 감지하기 위한 것으로서, 예를 들어 특정 공정을 담당하는 설비에 설치된 온도 센서 또는 압력 센서 등일 수 있다. 즉, 이 경우 상기 온도 센서 또는 압력 센서는 제품의 제조 과정에서의 해당 설비의 시간에 따른 온도 변화 또는 압력 변화를 센싱하도록 구성될 수 있다. 데이터 추출부(102)는 이와 같은 센서들로부터 제품 제조 설비의 각 공정 별, 각 공정들의 세부 공정 별 또는 각 챔버(Chamber) 별 센서 데이터를 추출하게 된다.
또한, 데이터 추출부(102)는 상기 제조 설비로부터 생산된 제품, 예를 들어 반도체 디바이스의 최종 수율 판정 정보(양불 판정 정보)를 획득하고, 이를 상기 센서 데이터와 연계하여 저장할 수 있다. 상기 수율 판정 정보는, 예를 들어 제조 설비에 구비된 EDS(Electric Die Sorting) 등의 장비로부터 획득될 수 있다. 즉, 데이터 추출부(102)는 제품의 제조 과정에서 각 센서들이 센싱한 센서 데이터 및 상기 제조 과정을 통하여 생산된 제품의 양불 판정 정보를 연계하여 저장함으로써, 향후 데이터 분석 과정에서 센서 데이터의 변화에 따른 제품의 불량률 변화를 추적할 수 있게 된다.
한편, 데이터 추출부(102)에서 추출되는 센서 데이터에는, 센서의 오작동, 센싱 오류, 데이터 수집 오류 등의 다양한 이유로 인하여 결측값이 존재할 수 있다. 이에 따라, 데이터 추출부(102)는 상기 센서 데이터의 결측값의 개수를 고려하여 상기 센서 데이터를 보정 또는 필터링하도록 구성된다.
예를 들어, 데이터 추출부(102)는 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터의 결측값의 개수가 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터를 제거함으로써 해당 센서의 센서값을 이후 분석에서 배제할 수 있다. 또한, 데이터 추출부(102)는 특정 제품과 관계된, 즉 상기 특정 제품의 생산 과정에서 생성된 센서 데이터의 결측값이 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 특정 제품과 관계된 센서 데이터를 모두를 제거하도록 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 센서 데이터의 결측값이 지나치게 많은 경우 해당 센서 또는 제품과 관계된 센서 데이터를 모두 분석에서 배제함으로써 분석 결과에 오류가 발생하는 것을 최소화하도록 구성된다.
한편, 데이터 추출부(102)는 센서 데이터에 결측값이 존재하나, 그 결측값의 개수가 설정된 기준값을 초과하지 않는 경우 전후의 센서 데이터를 이용하여 결측값을 보정할 수 있다. 예를 들어, 데이터 추출부(102)는 다음의 수학식 1을 이용하여 결측값을 보정할 수 있다.
이때, y는 결측값, x는 결측 시각, ya는 결측 직전 센서값, yb는 결측 직후 센서값, xa 및 xb는 각각 ya 및 yb의 센싱 시각을 의미한다. 다만, 상기 수학식 1의 결측값 보정식은 단지 예시일 뿐이며, 이 외에도 결측값 보정을 위한 다양한 방법들이 적용될 수 있다. 즉, 본 발명은 특정한 결측값 보정 알고리즘에 한정되는 것은 아님에 유의한다.
데이터 전처리 및 기준 신호(
Reference
Signal
) 생성
상기와 같이 센서 데이터가 추출되면, 다음으로 기준 신호 생성부(104)는 획득된 상기 센서 데이터로부터 상기 복수 개의 센서 각각의 기준 신호(Reference Signal)를 생성하고, 전처리부(106)는 상기 센서 데이터 및 상기 기준 신호에 대한 압축, 정규화 또는 심볼화 중 적어도 하나를 포함하는 전처리를 수행한다.
먼저,전처리부(106)는 상기 센서 데이터를 복수 개의 시간 구간으로 압축한다. 구체적으로 전처리부(106)는 상기 센서 데이터를 복수 개(w개)의 시간 구간으로 분할하고, 분할된 상기 시간 구간별로 상기 센서 데이터의 대표값을 계산함으로써 상기 센서 데이터를 압축하게 된다. 이때 상기 대표값은 분할된 상기 시간 구간별 센서 데이터의 평균값 또는 중간값으로 설정될 수 있다. 이와 같이 센서 데이터를 압축할 경우 센서 데이터의 전체 용량을 축소하는 동시에 데이터에 존재하는 노이즈를 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 이때, 상기 w값, 즉 센서 데이터를 분할하기 위한 구간의 개수를 결정하기 위하여, 예를 들어 SAX(Symbolic ApproXimation) 알고리즘 등이 사용될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 센서 데이터의 압축 과정을 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 먼저, 특정 센서로부터 1초 간격으로 센싱된 센서 데이터가 다음과 같다고 가정하자.
3.5, 3.8, 3.9, 4.1, 4.5, 4.7, 4.8, 4.8, 4.8, 4.7, 4.8, 4.9, ...
상기 센서 데이터를 4개의 시간 구간으로 분할하고(w = 4), 각 구간 별 평균값을 계산하면 다음과 같다.
구간 1: (3.5 + 3.8 + 3.9) / 3 = 3.7
구간 2: (4.1 + 4.5 + 4.7) / 3 = 4.4
구간 3: (4.8 + 4.8 + 4.8) / 3 = 4.8
구간 4: (4.7 + 4.8 + 4.9) / 3 = 4.8
즉 상기 예에서, 센서 데이터는 다음과 같이 압축될 수 있다.
3.7, 4.4, 4.8, 4.8
이후, 기준 신호 생성부(104)는 압축된 상기 센서 데이터로부터 기준 신호(Reference Signal)을 생성한다. 본 발명의 실시예에서, 기준 신호는 센서 별 센서 데이터의 거리를 계산하는 데 기준이 되는 신호를 의미한다.
기준 신호 생성부(104)에서의 기준 신호 생성 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 기준 신호 생성부(104)는 각 센서 별로, 상기 제품의 양불 판정 정보를 이용하여 압축된 상기 센서 데이터를 정상(good) 그룹 및 불량(bad) 그룹으로 분류한다. 즉, 상기 정상 그룹에는 정상으로 판정된 제품의 제조 과정에서 발생한 센서 데이터가 포함되며, 상기 불량 그룹에는 불량으로 판정된 제품의 제조 과정에서 발생된 센서 데이터가 포함된다.
이후, 기준 신호 생성부(104)는 상기 시간 구간(w)별로 상기 정상 그룹에 속하는 센서 데이터의 평균값 또는 중간값 중 어느 하나를 계산함으로써 상기 기준 신호를 생성한다. 즉, 본 발명에서 기준 신호는 각 구간 별 정상 그룹에 속한 센서 데이터의 평균값 또는 중간값으로 정의될 수 있다.
한편, 기준 신호 생성부(104)는 상기 기준 신호를 생성하기 전, 먼저 상기 정상 그룹으로부터 이상치(outlier)를 제거하도록 구성될 수 있다. 상기 이상치는 정상 그룹에 속한 다른 센서 데이터와 비교하여 볼 때 비정상적으로 차이가 큰 센서 데이터를 의미한다. 이와 같은 이상치의 경우 센서 또는 설비의 일시적 장애 등 특수한 상황에서 발생하는 것이 일반적이므로, 이를 제외하지 않을 경우 오히려 기준 신호가 왜곡될 가능성이 있다. 기준 신호를 생성하기 전 이를 제거할 경우 기준 신호를 정확도를 향상할 수 있다.
구체적으로, 기준 신호 생성부(104)는 상기 정상 그룹에 속한 센서 데이터들의 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각들의 분포를 계산하고, 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각 중 적어도 하나가 기 설정된 정상 범위에 포함되지 않는 센서 데이터가 존재하는 경우, 해당 센서 데이터를 제거하도록 구성될 수 있다. 이때 상기 정상 범위는 상기 정상 그룹에 포함된 센서 데이터의 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각의 평균값 또는 표준 편차 중 하나 이상을 이용하여 계산될 수 있다.
예를 들어, 상기 정상 그룹에 포함된 센서 데이터의 데이터 시작 시간의 평균값을 m, 표준편차를 s라 하면 상기 데이터 시작 시간의 정상 범위는 다음의 수학식 2와 같이 정해질 수 있다.
즉, 기준 신호 생성부(104)는 상기 정상 그룹에 속한 센서 데이터 중 데이터 시작 시간이 상기 범위를 벗어나는 센서 데이터를 제외하고 나머지 센서 데이터만으로 기준 신호를 생성할 수 있다. 앞선 수학식에서는 데이터 시작 시간의 정상 범위만을 기재하였으나, 데이터 종료 시간 또한 동일한 방법으로 계산할 수 있음은 자명하다.
다음으로, 전처리부(106)는 압축된 상기 센서 데이터를 정규화(normalization)한다. 구체적으로, 전처리부(106)는 상기 기준 신호의 평균 및 분산을 이용하여 다음의 수학식 3과 같이 센서 데이터를 정규화할 수 있다.
이때, xi는 센서 데이터의 i번째 센서값, yi는 정규화된 센서값, μ는 기준 신호의 평균, σ는 기준 신호의 분산을 의미한다.
다음으로, 전처리부(106)는 정규화된 상기 센서 데이터의 센서값 및 상기 기준 신호를 기 설정된 센서값 범위에 따라 복수 개의 심볼(symbol)로 변환한다(symbolization). 구체적으로, 전처리부(106)는 정규화된 센서값들이 분포하는 전체 구간을 복수 개(α개)의 소구간으로 분할하고, 분할된 각 소구간에 각각 다른 심볼(예를 들어, 알파벳 문자)을 부여함으로써 센서 데이터를 심볼화할 수 있다. 예를 들어, 전처리부(106)는 다음의 수학식 4를 이용하여 센서값들이 분포하는 구간을 분할할 수 있다.
이때, yi는 i번째 소구간의 임계값, n은 전체 소구간 개수, Φ는 누적정규분포를 각각 의미한다.
예를 들어, 정규화된 센서 데이터가 다음과 같다고 가정하자.
-0.3, -0.7, -0.2, 0.4, 0.8, ...
만약 상기 센서 데이터를 다음의 표 1과 같은 방법으로 심볼화한다고 가정할 경우, 상기 센서 데이터는 다음과 같이 변환될 수 있다.
| 구간 | 심볼 |
| -1.0 이상 -0.5 미만 | A |
| -0.5 이상 0 미만 | B |
| 0 이상 0.5 미만 | C |
| 0.5 이상 1.0 미만 | D |
심볼화된 센서 데이터: B A B C D
거리 테이블 생성 및 센서 검출
상기 과정을 거쳐 전처리부(106)에서의 센서 데이터 전처리가 완료되면, 센서 검출부(108)는 전처리된 상기 센서 데이터와 상기 기준 신호간의 거리를 계산하고, 계산된 상기 거리를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출한다.
먼저, 센서 검출부(108)는 전처리된 상기 센서 데이터의 각 센서값들과 기준 신호간의 거리(MDIST)를 계산한다. 상기 거리는 예를 들어 아래의 수학식 5에 의하여 계산될 수 있다.
상기 수학식 5는 n개의 심볼(Symbol)로 표현된 두 시계열 데이터 Q, P의 번째 요소(Qi, Pi)간의 거리(MDISTi)를 계산하기 위한 수학식이다. 상기 수학식에서, r, c는 Qi 및 Pi로 구성된 룩업 테이블(Lookup Table)의 행(r)과 열(c)의 위치를 각각 나타낸다. 상기 수학식 5에서는 상기 거리의 일례로서 MDIST를 예를 들었지만, 그 외의 Euclidean Distance 등의 다양한 거리 척도를 사용할 수 있다. 상기와 같이 각 센서값들과 기준 신호간의 거리가 계산되면, 센서 검출부(108)는 상기 거리값 및 제품의 양불 판정 정보를 이용하여 거리 테이블(Distance Table)을 생성한다. 본 발명의 실시예에서, 센서 검출부(108)는 제1 거리 테이블 및 제2 거리 테이블을 포함하는 2개의 거리 테이블을 생성할 수 있다. 이 중 제1 거리 테이블은 각 센서들의 시간 구간에 따른 기준 신호와의 거리차를 기록한 테이블이다. 예를 들어, 구간 I1, I2, I3에서 웨이퍼1 및 웨이퍼2의 제조 공정에서 센싱된 압력 센서와 온도 센서의 센서값 및 기준 신호가 다음의 표 2와 같다고 가정하자.
| 센서 | 압력 | 온도 | 양불 판정 결과 | ||||
| 구간 | I1 | I2 | I3 | I1 | I2 | I3 | |
| 기준 신호 | C | C | C | C | D | A | |
| 웨이퍼1 | C | C | B | C | D | B | GOOD |
| 웨이퍼2 | A | C | D | A | C | E | BAD |
이 경우 제1 거리 테이블은 다음의 표 3과 같이 계산될 수 있다.
| 센서 | 압력 | 온도 | 양불 판정 결과(G/B) | ||||
| 구간 | I1 | I2 | I3 | I1 | I2 | I3 | |
| 웨이퍼1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | GOOD |
| 웨이퍼2 | 2 | 0 | 1 | 2 | 1 | 4 | BAD |
제2 거리 테이블은 제1 거리 테이블의 센서별 거리(MDIST)의 합을 기록한 테이블이다. 예를 들어, 상기 표 3에 기재된 거리 테이블로부터 제2 거리 테이블을 생성하면 다음의 표 4와 같다.
| 센서 | 압력 | 온도 | 양불 판정 결과(G/B) |
| 웨이퍼1 | 1 | 1 | GOOD |
| 웨이퍼2 | 3 | 7 | BAD |
상기와 같이 거리 테이블이 생성되면, 다음으로 센서 검출부(108)는 상기 거리 테이블에 CART(Classification And Regression Tree) 알고리즘을 적용함으로써 디시젼 트리를 생성한다. 구체적으로, 센서 검출부(108)는 상기 제1 거리 테이블, 제2 거리 테이블 각각에 CART 알고리즘을 적용하여 2개의 디시젼 트리를 생성할 수 있다. 이때 제1 거리 테이블은 각 센서 데이터의 어떤 구간이 제품의 수율에 영향을 미치는지를 파악하는데, 제2 거리 테이블은 전반적으로 어떤 센서가 제품의 수율에 영향을 미치는지를 파악하는데 각각 이용될 수 있다.
상기와 같이 거리 테이블에 CART 알고리즘을 적용할 경우, 디시젼 트리의 각 노드를 구성하는 센서들의 지니 지수(Gini Index)가 계산된다. 상기 지니 지수는 해당 노드에 대응되는 센서가 제품의 수율에 미치는 영향을 나타내는 지수로서, 지니 지수가 높을수록 해당 센서가 제품의 수율에 미치는 영향이 크다는 것을 의미한다. 따라서 센서 검출부(108)는 상기 CART 알고리즘 적용 결과 도출되는 지니 지수(Gini Index)에 따라 센서들을 정렬하고, 지니 지수가 기 설정된 값 이상인 센서를 상기 제품의 수율과 상관관계가 높은 센서로 검출할 수 있다.
도 2는 본 본 발명의 일 실시예에 따른 제품의 제조 공정 분석 방법(200)을 설명하기 위한 순서도이다. 먼저, 데이터 추출부(102)에서 제품의 제조 설비에 구비된 복수 개의 센서들로부터 센서 데이터를 추출한다(202). 전술한 바와 같이, 상기 202단계는 센서 데이터의 결측값의 개수를 고려하여 센서 데이터를 보정 또는 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터 추출부(102)는 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터의 결측값의 개수가 설정된 기준값을 초과하는 경우, 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터를 제거할 수 있다. 또한 데이터 추출부(102)는 특정 제품과 관계된 센서 데이터의 결측값이 설정된 기준값을 초과하는 경우, 특정 제품과 관계된 센서 데이터를 제거할 수 있다.
다음으로, 전처리부(106)에서 추출된 센서 데이터를 압축한다(204). 구체적으로, 상기 204단계는 상기 센서 데이터를 복수 개의 시간 구간으로 분할하는 단계, 및 분할된 시간 구간별 센서 데이터의 대표값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 대표값은 분할된 시간 구간별 센서 데이터의 평균값 또는 중간값 중 어느 하나일 수 있다.
다음으로, 기준 신호 생성부(104)에서 상기 센서 데이터로부터 복수 개의 센서 각각의 기준 신호(Reference Signal)를 생성한다(206). 이때 상기 206 단계는 각 센서 별로, 상기 제품의 양불 판정 정보를 이용하여 압축된 센서 데이터를 정상(good) 그룹 및 불량(bad) 그룹으로 분류하는 단계, 및 상기 시간 구간별로 정상 그룹에 속하는 센서 데이터의 평균값 또는 중간값 중 어느 하나를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 기준 신호 생성부(104)는 기준 신호를 생성하기 이전, 상기 정상 그룹으로부터 이상치(outlier)를 제거하도록 구성될 수 있다. 이때 상기 이상치는 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각 중 적어도 하나가 기 설정된 정상 범위에 포함되지 않는 센서 데이터를 의미함은 전술하였다. 상기 정상 범위는 상기 정상 그룹에 포함된 센서 데이터의 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각의 평균값 또는 표준 편차 중 하나 이상을 이용하여 계산될 수 있다.
상기와 같이 기준 신호가 생성되면, 다음으로 전처리부(106)에서 기준 신호의 평균 및 분산을 이용하여 압축된 센서 데이터를 정규화하고(208), 정규화된 센서 데이터의 센서값 및 기준 신호를 기 설정된 센서값 범위에 따라 복수 개의 심볼(symbol)로 변환한다(210).
이후, 센서 검출부(108)는 센서 데이터와 기준 신호와의 거리를 계산하고, 계산된 거리를 이용하여 거리 테이블을 생성하며(212), 상기 거리 테이블을 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출한다(214). 전술한 바와 같이, 센서 검출부(108)는 상기 거리 테이블에 CART(Classification And Regression Tree) 알고리즘을 적용하고, CART 알고리즘 적용 결과 도출되는 지니 지수(Gini Index)가 설정된 값 이상인 센서를 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 센서로 검출하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 본 명세서에서 기술한 방법들을 컴퓨터상에서 수행하기 위한 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록매체를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 기록매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체, 플로피 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 제품의 제조 공정 분석 시스템
102: 데이터 추출부
104: 기준 신호 생성부
106: 전처리부
108: 센서 검출부
102: 데이터 추출부
104: 기준 신호 생성부
106: 전처리부
108: 센서 검출부
Claims (31)
- 제품의 제조 설비에 구비된 복수 개의 센서들로부터 센서 데이터를 추출하는 데이터 추출부;
상기 센서 데이터로부터 상기 복수 개의 센서 각각의 기준 신호(Reference Signal)를 생성하는 기준 신호 생성부; 및
상기 센서 데이터 및 상기 기준 신호를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출하는 센서 검출부를 포함하는 수율 분석 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 데이터 추출부는, 상기 센서 데이터의 결측값의 개수를 고려하여 상기 센서 데이터를 보정 또는 필터링하는, 수율 분석 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 데이터 추출부는, 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터의 결측값의 개수가 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터를 제거하는, 수율 분석 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 데이터 추출부는, 특정 제품과 관계된 센서 데이터의 결측값이 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 특정제품과 관계된 센서 데이터를 제거하는, 수율 분석 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 센서 검출부는, 상기 센서 데이터와 상기 기준 신호간의 거리를 계산하고, 계산된 상기 거리를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출하는, 수율 분석 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 센서 데이터 및 상기 기준 신호에 대한 압축, 정규화 또는 심볼화 중 적어도 하나를 포함하는 전처리를 수행하는 전처리부를 더 포함하는, 수율 분석 시스템.
- 청구항 6에 있어서,
상기 전처리부는, 상기 센서 데이터를 복수 개의 시간 구간으로 분할하고, 분할된 상기 시간 구간별로 상기 센서 데이터의 대표값을 계산함으로써 상기 센서 데이터를 압축하는, 수율 분석 시스템.
- 청구항 7에 있어서,
상기 대표값은 분할된 상기 시간 구간별 센서 데이터의 평균값 또는 중간값 중 어느 하나인, 수율 분석 시스템.
- 청구항 7에 있어서,
상기 기준 신호 생성부는, 상기 각 센서 별로, 상기 제품의 양불 판정 정보를 이용하여 압축된 상기 센서 데이터를 정상(good) 그룹 및 불량(bad) 그룹으로 분류하고,
상기 시간 구간별로 상기 정상 그룹에 속하는 센서 데이터의 평균값 또는 중간값 중 어느 하나를 계산함으로써 상기 기준 신호를 생성하는, 수율 분석 시스템.
- 청구항 9에 있어서,
상기 기준 신호 생성부는, 상기 기준 신호를 생성하기 이전, 상기 정상 그룹으로부터 이상치(outlier)를 제거하는, 수율 분석 시스템.
- 청구항 10에 있어서,
상기 이상치는, 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각 중 적어도 하나가 기 설정된 정상 범위에 포함되지 않는 센서 데이터인, 수율 분석 시스템.
- 청구항 11에 있어서,
상기 정상 범위는 상기 정상 그룹에 포함된 센서 데이터의 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각의 평균값 또는 표준 편차 중 하나 이상을 이용하여 계산되는, 수율 분석 시스템.
- 청구항 6에 있어서,
상기 전처리부는, 상기 기준 신호의 평균 및 분산을 이용하여 압축된 상기 센서 데이터를 정규화하고, 정규화된 상기 센서 데이터의 센서값 및 상기 기준 신호를 기 설정된 센서값 범위에 따라 복수 개의 심볼(symbol)로 변환하는, 수율 분석 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 센서 검출부는, 심볼화된 상기 센서 데이터, 상기 기준 신호 및 상기 제품의 수율 판정 정보를 이용하여 거리 테이블(Distance Table)을 생성하고, 상기 거리 테이블에 CART(Classification And Regression Tree) 알고리즘을 적용함으로써 디시젼트리를 생성하는, 수율 분석 시스템.
- 청구항 14에 있어서,
상기 센서 검출부는, 상기 CART 알고리즘 적용 결과 도출되는 지니 지수(Gini Index)가 설정된 값 이상인 센서를 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 센서로 검출하는, 수율 분석 시스템.
- 데이터 추출부에서, 제품의 제조 설비에 구비된 복수 개의 센서들로부터 센서 데이터를 추출하는 단계;
기준 신호 생성부에서, 상기 센서 데이터로부터 상기 복수 개의 센서 각각의 기준 신호(Reference Signal)를 생성하는 단계; 및
센서 검출부에서, 상기 센서 데이터 및 상기 기준 신호를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출하는 단계를 포함하는 수율 분석 방법.
- 청구항 16에 있어서,
상기 센서 데이터를 추출하는 단계는, 상기 센서 데이터의 결측값의 개수를 고려하여 상기 센서 데이터를 보정 또는 필터링하는 단계를 더 포함하는, 수율 분석 방법.
- 청구항 17에 있어서,
상기 센서 데이터를 보정 또는 필터링하는 단계는, 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터의 결측값의 개수가 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 특정 센서로부터 추출된 센서 데이터를 제거하도록 구성되는, 수율 분석 방법.
- 청구항 17에 있어서,
상기 센서 데이터를 보정 또는 필터링하는 단계는, 특정 제품과 관계된 센서 데이터의 결측값이 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 특정제품과 관계된 센서 데이터를 제거하도록 구성되는, 수율 분석 방법.
- 청구항 16에 있어서,
상기 센서를 검출하는 단계는, 상기 센서 데이터와 상기 기준 신호간의 거리를 계산하고, 계산된 상기 거리를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출하는, 수율 분석 방법.
- 청구항 16에 있어서,
상기 센서 데이터를 추출하는 단계의 수행 후 및 상기 기준 신호를 생성하는 단계의 수행 전,
전처리부에서, 추출된 상기 센서 데이터를 압축하는 단계를 더 포함하는, 수율 분석 방법.
- 청구항 21에 있어서,
상기 센서 데이터를 압축하는 단계는,
상기 센서 데이터를 복수 개의 시간 구간으로 분할하는 단계; 및
분할된 상기 시간 구간별 센서 데이터의 대표값을 계산하는 단계를 더 포함하는, 수율 분석 방법.
- 청구항 22에 있어서,
상기 대표값은 분할된 상기 시간 구간별 센서 데이터의 평균값 또는 중간값 중 어느 하나인, 수율 분석 방법.
- 청구항 21에 있어서,
상기 각 센서별 기준 신호를 생성하는 단계는,
상기 각 센서 별로, 상기 제품의 양불 판정 정보를 이용하여 상기 압축된 센서 데이터를 정상(good) 그룹 및 불량(bad) 그룹으로 분류하는 단계; 및
상기 시간 구간별로 상기 정상 그룹에 속하는 센서 데이터의 평균값 또는 중간값 중 어느 하나를 계산하는 단계를 포함하는, 수율 분석 방법.
- 청구항 24에 있어서,
상기 압축된 센서 데이터를 정상(good) 그룹 및 불량(bad) 그룹으로 분류하는 단계는, 상기 정상 그룹으로부터 이상치(outlier)를 제거하는 단계를 더 포함하는, 수율 분석 방법.
- 청구항 25에 있어서,
상기 이상치는, 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각 중 적어도 하나가 기 설정된 정상 범위에 포함되지 않는 센서 데이터인, 수율 분석 방법.
- 청구항 26에 있어서,
상기 정상 범위는 상기 정상 그룹에 포함된 센서 데이터의 데이터 시작 시각 또는 데이터 종료 시각의 평균값 또는 표준 편차 중 하나 이상을 이용하여 계산되는, 수율 분석 방법.
- 청구항 21에 있어서,
상기 하나 이상의 센서를 검출하는 단계의 수행 전,
상기 전처리부에서, 상기 기준 신호의 평균 및 분산을 이용하여 압축된 상기 센서 데이터를 정규화하는 단계; 및
상기 전처리부에서, 정규화된 상기 센서 데이터의 센서값 및 상기 기준 신호를 기 설정된 센서값 범위에 따라 복수 개의 심볼(symbol)로 변환하는 단계를 더 포함하는, 수율 분석 방법.
- 청구항 28에 있어서,
상기 하나 이상의 센서를 검출하는 단계는,
심볼화된 상기 센서 데이터, 상기 기준 신호 및 상기 제품의 수율 판정 정보를 이용하여 거리 테이블(Distance Table)을 생성하는 단계; 및
상기 거리 테이블에 CART(Classification And Regression Tree) 알고리즘을 적용하는 단계를 포함하는, 수율 분석 방법.
- 청구항 29에 있어서,
상기 하나 이상의 센서를 검출하는 단계는, 상기 CART 알고리즘 적용 결과 도출되는 지니 지수(Gini Index)가 설정된 값 이상인 센서를 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 센서로 검출하는, 수율 분석 방법.
- 하나 이상의 프로세서;
메모리; 및
하나 이상의 프로그램을 포함하는 장치로서,
상기 하나 이상의 프로그램은 상기 메모리에 저장되고 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되도록 구성되며,
상기 프로그램은, 제품의 제조 설비에 구비된 복수 개의 센서들로부터 센서 데이터를 추출하는 과정;
상기 센서 데이터로부터 상기 복수 개의 센서 각각의 기준 신호(Reference Signal)를 생성하는 과정; 및
상기 센서 데이터 및 상기 기준 신호를 이용하여 상기 제품의 수율과 상관관계가 존재하는 하나 이상의 센서를 검출하는 과정을 실행하기 위한 명령어들을 포함하는, 장치.
Priority Applications (4)
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