KR20210092323A - 반도체 제작 장비의 실시간 건전성 모니터링 (Health Monitoring) - Google Patents

반도체 제작 장비의 실시간 건전성 모니터링 (Health Monitoring) Download PDF

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KR20210092323A
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호세인 사데기
스캇 볼드윈
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

실시간 반도체 제작 클러스터 툴 건전성 모니터링을 위한 시스템들 및 방법들은 인 시츄 (in-situ) 센서를 통해 제공된다. 방법 실시 예에서, 로드 록 (load lock; LL), 및 VTM (vacuum transfer module) 및 EFEM (equipment front end module) 과 대면하는 LL 도어들을 펌핑/벤팅하기 위한 동작 절차, 센서 설치 위치 및 동작 절차, 및 데이터 흐름 및 분석 프로세스가 제공된다. 센서는 실시간 데이터를 제공하고 입자 측정 데이터에 로드 록의 도어 개방/폐쇄 시간 및 벤팅/펌핑 타이밍을 상관시킴으로써 EFEM, 로드 록 (LL), 및 VTM, 및 복수의 프로세스 모듈들 (PMs) 에 대한 공수 입자 오염을 동시에 모니터링한다. 방법은 실시간 측정 데이터, 도어 상태 데이터에 기초하여, 그리고 머신 러닝 알고리즘들을 사용하여 EFEM, LL, VTM, 또는 복수의 PM들 중 하나에 대해 유지 보수 절차가 권장된다는 것을 결정하기 위한 동작을 더 제공한다.

Description

반도체 제작 장비의 실시간 건전성 모니터링 (Health Monitoring)
본 개시는 반도체 제작의 시스템들 및 방법들에 관한 것이고, 보다 구체적으로 툴 오작동의 조기 검출을 위해 반도체 제작 장비의 건전성 (health) 을 모니터링하는 것에 관한 것이다.
반도체 디바이스들의 제작시, 복수의 프로세싱 모듈들 (PMs), 스테이션들, 및 진공 이송 모듈 (VTM) 을 갖는 클러스터 툴들이 PM들 사이에서 기판들을 이송하기 위해 사용된다. 클러스터 툴은 일반적으로 다양한 PM들에 대해 목표된 압력들과 매칭하도록 진공 조건들에서 동작한다. 기판은 통상적으로 ATM (atmospheric transfer module) 을 포함할 수도 있는 (예를 들어, 클린 룸의) EFEM (equipment front end module) 을 통해 대기로부터 클러스터 툴 내로 도입된다. 클러스터 툴의 EFEM 및 VTM은 클러스터 툴 내외로 기판 이송 동안 EFEM 또는 VTM의 압력을 유지하는, 로드 록에 의해 기밀적으로 분리된다. 로드 록은 VTM과 인터페이싱하기 전에 진공으로 순환적으로 펌핑 다운되고 EFEM과 인터페이싱하기 전에 대기로 (예를 들어, 질소를 사용하여) 벤팅된다.
현재, 자동화된 방식으로 툴 건전성을 모니터링하는데 장애가 있다. 첫째, EFEM, VTM, 및 PM들 내 공간의 효율적인 사용으로 인해 모니터링 장비를 배치하기 위한 클러스터 툴 내에 외부 공간이 거의 없다. 부가적으로, 공간이 있더라도, 모니터링 장비는 클러스터 툴의 진공 조건들에서 동작 가능하지 않을 수도 있다. 따라서, 툴 성능 이상들의 조기 검출을 위해, 그리고 툴 고장 시간을 감소시키도록 유지 보수를 오퍼레이터에게 적시에 촉구하기 위한 실시간 및 자동 툴 건전성 모니터링을 제공해야 한다.
이러한 맥락에서 실시 예들이 발생한다.
실시간 툴 건전성 모니터링을 위한 방법들 및 시스템들이 제공된다. 기술된 실시 예들은 공수 (airborne) 입자들을 모니터링하기 위해 인 시츄 센서들을 사용하는 방법들 및 시스템을 포함하고, 이의 측정 데이터는 반도체 프로세싱 시스템의 유지 보수 필요성들을 모니터링하도록 사용된다. 또한, 반도체 프로세싱 시스템 내에서 다양한 도어들의 개방/폐쇄 동작을 타이밍하는 것과 관련된 도어 상태 데이터는 유지 보수 절차에 관한 권장을 제공하기 위해 공수 입자들의 소스를 식별하도록 사용된다.
일 실시 예에서, 방법이 제공된다. 이 방법은 EFEM (Equipment Front End Module) 대면 도어 및 VTM (vacuum transfer module) 대면 도어 모두가 폐쇄되는 동안 VTM의 압력과 매칭시키기 위해 LL (load lock) 을 진공 압력으로 펌핑 다운하기 위한 동작을 포함한다. LL은 VTM-대면 도어를 통해 VTM과 인터페이싱하고, EFEM-대면 도어를 통해 EFEM과 인터페이싱하고, VTM은 각각의 복수의 프로세싱 모듈들 (PMs) 도어들을 갖는 복수의 PM들과 인터페이싱한다. 방법은 또한 VTM 내에 존재한다면 공수 입자들이 LL 내로 확산되게 하고, 공수 입자들은 VTM 또는 복수의 PM들로부터 유래되게 하도록 VTM-대면 도어를 개방하기 위한 동작을 포함한다. 방법은 VTM-대면 도어를 폐쇄하고 LL을 대기로 벤팅하기 위한 동작 및 LL과 유체로 연통하는 센서를 사용하여, 상기 VTM-대면 도어를 개방하는 동안 LL 내로 확산된 공수 입자들의 측정 데이터를 획득하기 위한 동작들을 더 포함한다. 또한, 방법은 유지 보수 검출 모듈을 사용하여, 유지 보수 절차가 측정 데이터의 정량화에 기초하여 LL, VTM, 또는 복수의 PM들 중 하나에 대해 권장된다는 것을 결정하기 위한 동작을 포함한다.
또 다른 실시 예에서, 또 다른 방법이 제공된다. 이 방법은 VTM-대면 도어가 폐쇄되는 동안 LL의 EFEM-대면 도어를 개방하는 동작을 포함하고, LL은 EFEM-대면 도어를 통해 EFEM 그리고 VTM-대면 도어를 통해 VTM과 인터페이싱된다. EFEM-대면 도어를 개방하는 것은 EFEM 내에 존재한다면 공수 입자들로 하여금 LL 내로 확산되게 한다. 이 방법은 또한 LL과 유체로 연통하는 센서를 사용하여, EFEM으로부터 LL 내로 확산된 공수 입자들의 측정 데이터를 획득하는 동작을 포함한다. 동작은 유지 보수 검출 모듈을 사용하여, 유지 보수 절차가 측정 데이터의 정량화에 기초하여 LL 또는 EFEM에 대해 권장된다는 것을 결정하기 위한 동작을 더 포함한다.
또 다른 실시 예에서, 시스템이 제공된다. 이 시스템은 EFEM-대면 도어를 통해 EFEM과 인터페이싱하고 VTM-대면 도어를 통해 VTM과 인터페이싱하는 LL을 포함하고, VTM은 PM 도어들을 갖는 복수의 PM들과 인터페이싱하도록 구성된다. 시스템은 또한 EFEM 또는 VTM으로부터 LL 내로 확산하는 공수 입자들의 측정 데이터를 획득하기 위해 LL과 유체로 연통하는 센서를 포함한다. 시스템은 센서와 LL 사이의 라인을 따라 배치된 밸브를 더 포함하고, 밸브는 LL의 압력이 대기압일 때 개방되고 LL의 압력이 진공일 때 폐쇄된다. 또한, 시스템은 유지 보수 절차가 LL, VTM, EFEM, 또는 복수의 PM들 중 하나에 대해 권장된다는 것을 결정하기 위해 센서로부터 수신된 측정 데이터를 프로세싱하도록 구성된 컴퓨터 모듈을 포함한다.
다른 양태들은 첨부된 도면들과 함께 취해진, 이하의 상세한 기술로부터 자명해질 것이다.
실시 예들은 첨부된 도면들과 함께 취해진 이하의 기술을 참조하여 가장 잘 이해될 수도 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른, 센서가 인 시츄 건전성 모니터링을 제공하는 다양한 챔버들을 예시하는 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 2는 일 실시 예에 따른, EFEM (equipment front end module) 과 VTM (vacuum transfer module) 사이에서 그리고 그 반대로 기판 이송 동안 로드 록 (LL) 의 다양한 스테이지들에서 센서에 의한 입자 이동 및 후속하는 검출의 개념도를 도시한다.
도 3은 일 실시 예에 따른, 인 시츄 공수 입자 모니터링 및 계수 방법과 연관된 다양한 단계들을 도시하는 표를 도시한다.
도 4는 일 실시 예에 따른, 반도체 프로세싱 시스템 및 유지 보수 검출을 위해 오염원에 입자 수를 상관시키기 위해 사용된 다양한 도어 개방 시간들을 도시한다.
도 5는 일 실시 예에 따른, 기판 프로세스 시스템 내의 컴포넌트가 유지 보수를 필요로 한다는 것을 검출하기 위해 다양한 도어 상태 데이터 및 다양한 센서 데이터를 사용하는 컴퓨터의 유지 보수 검출 모듈을 도시한다.
도 6은 일 실시 예에 따른, 공수 입자들의 소스를 식별하고 반도체 프로세싱 시스템의 유지 보수 필요성을 인 시츄 센서들을 통해 검출하기 위한 방법을 도시한다.
도 7은 일 실시 예에 따른, EFEM 및 LL이 만나는 인터페이스 및 툴 건전성 모니터링 목적들을 위한 센서들의 배치를 위한 다양한 위치들을 도시한다.
도 8은 일 실시 예에 따른, 다양한 환경들 하에서 다양한 입자 센서 위치들로부터 수집된 실험 데이터를 도시한다.
도 9는 일 실시 예에 따른, 툴에 대한 유지 보수 절차가 센서 측정 데이터에 기초하여 권장되는지 여부를 자동으로 결정하기 위한 방법의 전체 플로우를 도시한다.
다음의 실시 예들은 반도체 제작을 위해 사용된 클러스터 툴의 컴포넌트들의 건전성 (health) 을 모니터링하기 위한 시스템들, 방법들, 및 디바이스들을 기술한다. 본 명세서에 제시된 실시 예들은 툴 건전성의 실시간 및 자동화된 모니터링을 수행하는 현재의 어려움들에 대한 해결책들을 기술한다. 클러스터 툴의 건전성은 일반적으로 클러스터 툴의 컴포넌트들의 임의의 서브 세트의 물리적 상태를 포함하는, 클러스터 툴의 물리적 상태를 지칭한다. 툴 건전성은 또한 툴의 하나 이상의 컴포넌트들이 유지 보수, 수리, 세정, 교체, 개장 (refurbishment), 등을 필요로 하는지 또는 이에 의해 기능적으로 또는 구조적으로 이익을 얻는지 여부를 지칭할 수도 있다. 본 명세서에 기술된 실시 예들은 클러스터 툴의 다양한 내부 컴포넌트들로부터 유래하는 (originating) 공수 입자들 (airborne particles) 을 측정함으로써 자동화된 방식으로 툴 건전성 모니터링과 관련된 데이터를 제공한다. 공수 입자들의 측정 데이터 (예를 들어, 입자 수, 입자들 크기, 등) 는 유지 보수 및 이러한 유지 보수의 특성 및 정도로부터 이익을 얻을 수 있는 하나 이상의 컴포넌트들을 식별하기 위해 컴포넌트 사용 데이터 (예를 들어, 피봇에 의해 이루어진 회전 수, 도어가 개방/폐쇄된 시간량) 와 상관된다. 유지 보수로부터 이익을 얻을 컴포넌트의 식별 프로세스 및 유지 보수의 특성 및 정도의 근사치는 유지 보수 검출로서 지칭될 수도 있다. 본 명세서에서 고려된 실시 예들은 공수 입자들의 측정 데이터와 요구된 유지 보수 검출 사이의 상관 프로세스를 개선하기 위해 머신 러닝을 사용한다.
통상적인 클러스터 툴은 수만 개의 개별 부품들을 가질 수도 있다. 이들 부품들의 서브 세트는 수동 세정, "자동 세정", 수리, 개장, 캘리브레이션 (calibration), 교체, 수정, 업그레이드, 재포장, 등을 포함하여 정기적으로 또는 가끔 유지 보수를 필요로 할 수도 있다. 일부 상황에서, 이들 부품들은 플라즈마, 전기장, 자기장, 고온 또는 저온, 고압 또는 저압, 반응 물질들에 대한 노출, UV (ultraviolet) 복사에 대한 노출, 고속 이온들에 대한 노출 등과 같은 프로세스 조건들을 겪는 경향이 있다. 이들 컴포넌트들은 예를 들어, 기판 지지부, 전극들, 챔버 벽들, 샤워헤드들, 척들, 배제 링들, 웨이퍼 콘택트 지지부들, 등을 포함할 수도 있다. 부가적으로, 이들 부품들 중 일부는 예를 들어 각도 또는 선형 운동으로 인한 마찰 및 물리적 변형으로부터 기계적 마모를 겪는다. 이들 컴포넌트들은 베어링들, 모터들, O-링들, 개스킷들, 도어 시일들 (seals), 피스톤들, 등을 포함할 수도 있다. 컴포넌트 속성들에 대한 이들 조건들 또는 물리적 변화들은 일반적으로 열화 (degradation), 또는 저하 (deterioration), 또는 감소 (diminution) 로 지칭될 수도 있다.
컴포넌트 열화, 그리고 따라서 유지 보수의 일차 마커들 또는 지표들 중 하나는 가스 상태로의 입자들의 방출 또는 승화이다. 이는 승화하는데 필요한 에너지가 대기와 비교하여 감소되는 진공 조건 하에서 특히 그러하다. 시일과 같은 컴포넌트가 프로세스 조건들 또는 마찰 또는 변형을 반복적으로 겪을 때, 컴포넌트는 근본적인 분자간, 초분자, 또는 심지어 조성이 변화되게 하기에 충분한 "마모 (wear and tear)"를 경험한다. 이들 분자 변화들은 통상적으로 부품이 개방 공간과 콘택트하는 표면에서 아래에 놓인 모놀리식 부품의 입자들의 분리를 발생시킨다. 이 표면으로부터 개별 입자들이 승화되거나 그렇지 않으면 공수한다. 그 결과, 공수 입자들은 부품의 마모뿐만 아니라 유지 보수로부터의 필요성의 지표이다. 이러한 공수 입자들을 검출하는 것과 같은 툴 모니터링은 지금까지 특정한 과제들을 제시하였다. 아키텍처의 관점에서, 클러스터 툴들은 클러스터 툴들이 그 공간이 가치있는 클린 룸들에서 동작되기 때문에 실행 가능한 작은 풋 프린트를 차지하도록 설계된다. 더욱이, 프로세싱 모듈들 (PMs) 의 온도 및 압력의 동적 특성 때문에, 클러스터 툴들의 내부 체적은 또한 예를 들어, 특정한 온도, 압력, 또는 챔버 내 반응 물질의 농도를 달성하는데 걸리는 시간 및 비용을 감소시키기 위해 최소로 유지된다. 따라서, 광학-기반 센서 또는 광-기반 센서와 같은 모니터링 장비를 배치하기 위한 클러스터 툴 내에 매우 적은 외부 공간이 있다.
게다가, VTM (vacuum transfer module), LL (load lock), ATM (atmospheric transfer module) 및 EFEM (equipment front end module) 과 같은 클러스터 툴을 일상적으로 그리고 수동으로 검사하는 것은, 모든 프로세싱을 중단해야 하기 때문에 시간 소모적이고, 비효율적이며, 비용이 많이 든다. 부가적으로, 수동 검사는 툴의 어느 정도 분해를 필요로 할 수도 있고, 이는 훨씬 더 많은 고장 시간을 발생시킨다. 더욱이, 이러한 수동 검사들은 종종 동작들을 불필요하게 중단할 수도 있고 그렇지 않으면 기판 프로세싱에서 결함들을 발생시킬 때까지 유지 보수 문제들을 검출하데 실패할 수도 있다. 툴 건전성의 인 시츄 모니터링 및 유지 보수 필요성을 검출하는 방법 및 시스템이 제공되어, 오퍼레이터로 하여금 고장 전에 유지 보수 필요성을 식별하고 처리할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른, 센서 (101) 가 인 시츄 건전성 모니터링을 제공하는 다양한 챔버들을 예시하는 반도체 프로세싱 시스템 (100) 을 도시한다. 반도체 프로세싱 시스템 (100) 은 오퍼레이터 (112) 가 컴퓨터 (103) 를 통해 인터페이싱할 수 있는, 예를 들어 클린 룸에 EFEM (equipment front end module) (102) 을 포함하는 것으로 도시된다. EFEM (102) 은 또한 하나 이상의 로봇들을 통해 다른 반도체 프로세싱 모듈들과 인터페이싱할 수도 있다. 복수의 기판들 (116) 을 반송하는 카세트 (114) 가 EFEM (102) 으로 이송되는 것으로 도시된다. ATM (104) 은 대기에서 동작하고, 기판들 (116) 중 하나를 카세트 (114) 로부터 로드 록 (load lock; LL) (106) 으로 이송하도록 구성된다. ATM (104) 은 EFEM (102) 내부에 위치되고 LL (106) 과 EFEM (102) 사이의 이러한 이송들을 수행하기 위한 적어도 하나의 로봇 암 (118) 을 구비한다.
ATM (104) 이 기판 (116) 을 LL (106) 로 이송할 때, 로봇 암 (118) 은 EFEM-대면 도어 (130) 가 개방되는 동안 지지부 (120) 상에 기판 (116) 을 배치한다. EFEM-대면 도어 (130) 는 이어서 VTM (vacuum transfer module) (108) 의 진공과 매칭하도록 펌프 (128) 를 통해 LL (106) 내의 압력을 펌핑 다운하기 전에 폐쇄된다. 일단 LL (106) 이 진공이면, VTM-대면 도어 (132) 가 개방되고 VTM (108) 의 로봇 암 (122) 이 기판 (116) 을 지지부 (120) 로부터 프로세싱 모듈 (PM) (110) 의 지지부 (124) 로 이송한다. 예로서, PM (110) 은 많은 다른 것들 중에서 플라즈마 에칭, CVD (chemical vapor deposition), ALD (atomic layer deposition), IBE (ion beam etching), 스퍼터링을 수행하도록 구현될 수도 있다.
기판 (116) 이 프로세싱을 종료할 때, VTM (108) 의 로봇 암 (122) 은 PM (110) 으로부터 기판 (116) 을 회수하고 (retrieve) 지지부 (120) 상에 다시 배치한다. VTM-대면 도어 및 ATM-대면 도어 (130 및 132) 모두가 폐쇄된 상태에서, LL (106) 은 벤트 (126) 를 통해 대기로 벤팅된다. 일단 대기에서, EFEM-대면 도어 (130) 는 로봇 암 (118) 이 LL (106) 로부터 기판 (116) 을 회수하고 카세트 (114) 또는 일부 다른 저장 구조체 상에 다시 배치할 수도 있도록 개방된다. 2 개 이상의 기판 (116) 은 한번에 LL (106) 내에 상주할 수도 있다. 예를 들어, 기판 (116) 이 VTM (108) 으로부터 LL (106) 로 배치될 때, 프로세싱되지 않은 기판 (116) 이 LL (106) 내부에 배치될 수도 있다. 따라서, 로봇 암 (122) 은 프로세싱된 기판 (116) 을 LL (106) 내로 배치할 수 있고 순차적으로 프로세싱하기 위해 LL (106) 로부터 프로세싱되지 않은 기판 (116) 을 제거할 수 있다.
센서 (101) 는 LL (106) 및/또는 ATM (104) 내에 있거나, 그렇지 않으면 유체로 연통하도록 EFEM-대면 도어 (130) 에 근접하게 반도체 프로세싱 시스템 (100) 과 연관된 것으로 도시된다. 센서 (101) 의 다른 배치들이 고려되고 도 7을 참조하여 기술된다. 센서 (101) 는 EFEM (102), LL (106), VTM (108), 및 PM (110) 으로부터 유래하는 공수 입자들의 특성들을 측정하도록 구성된다. 센서 (101) 는 공수 입자 측정 값과 관련된 측정 데이터를 전송하기 위해 컴퓨터 (103) 와 통신한다. 일부 실시 예들에서, 센서 (101) 는 측정 데이터로서 입자 수, 입자 크기, 및 입자 조성을 컴퓨터 (103) 에 제공하도록 구성된다. 컴퓨터 (103) 는 마찬가지로 측정을 수행할 때와 수행하지 않을 때를 센서 (101) 에 지시하도록 센서 (101) 와 통신한다. 일부 실시 예들에서, 측정은 진공에서 특정한 측정들을 수행하는 비실용성으로 인해 대기에서 센서 (101) 에 의해 취해질 것이다. 일부 실시 예들에서, 센서 (101) 는 입자 수, 입자 크기, 입자 조성, 상대 습도 (relative humidity; RH), 온도, 압력, 산소 레벨들, 등에 대한 측정 데이터를 제공하는 복수의 센서들을 갖는 센서 어레이일 수도 있다. 이 측정 데이터는 예를 들어, 어느 구획 또는 구획 내 컴포넌트들이 유지 보수를 필요로 하는가 및 이러한 유지 보수의 특성 및 정도를 좁히기 위해 더 유용하다.
도 2는 일 실시 예에 따른, EFEM (102) 과 VTM (108) 사이의 기판 이송 동안 LL (106) 의 스테이지들 (204 내지 210) 에서 센서 (106) 에 의한 입자 이동 및 후속하는 검출의 개념도를 도시한다. 스테이지 (204) 에서, EFEM (102) 으로부터 유래하는 입자들 (200) 은 상대적으로 보다 큰 도트들로 표현되는 한편, VTM (108) 의 입자들 (202) 은 보다 작은 도트들로 표현된다. 이는 단지 예시적인 목적들을 위해 행해진 것이고 입자들 (200 및 202) 의 상대적인 크기들은 실제로 이들 입자들의 크기를 반영하도록 의도되지 않는다. 입자들 (200 및 202) 의 겉보기 밀도들은 각각의 챔버들 내의 상기 입자들의 농도 또는 입자 수를 나타내지 않는다.
입자 센서 (101) 는 예를 들어, 펌프와 연관된 포어라인 (foreline) 에 연결된 튜브를 통해 LL (106) 과 유체로 연통하는 것으로 도시된다. 스테이지 (204) 에서, EFEM-대면 도어 (또는 ATM-대면 도어) 는 예를 들어, 기판이 LL (106) 내로 배치될 수도 있도록 개방된 것으로 도시된다. 부가적으로, 스테이지 (204) 동안, EFEM (102) 으로부터 발생하는 입자들 (200) 은 LL (106) 내로 확산할 수도 있다. 이러한 확산의 결과로서 LL (106) 의 입자들 (200) 의 농도의 변화는 다음의 방정식들에 의해 근사화될 수도 있다:
Figure pct00001
(1)
Figure pct00002
(2)
확산의 결과로서 LL (106) 내의 입자들 (200) 의 농도의 변화는 LL (106) 내로 입자들 (200) 의 플럭스에 의해 지배된다. 더욱이, 방정식 (2) 에서, D는 입자들 (200) 의 확산도이고, 이는 입자들 (200) 의 크기 및 온도를 포함하는 복수의 인자들에 종속될 수도 있다. 따라서, 스테이지 (204) 에서 LL (106) 의 입자들 (200) 의 농도는 시간 종속적이다. 예를 들어, 센서 (101) 에 의해 획득된 입자 수와 함께 EFEM-대면 도어가 개방된 시간량을 아는 것에 의해, EFEM (102) 으로부터 유래된 입자들의 농도가 획득될 수도 있다.
다음에, LL (106) 은 VTM (108) 의 진공과 유사한 진공 압력으로 펌프에 의해 배기된다. 스테이지 (206) 에서, 입자들 (200) 은 VTM-대면 도어 및 EFEM-대면 도어 모두가 폐쇄되는 동안 LL (106) 로부터 펌핑되는 것으로 도시된다. LL (106) 이 스테이지 (206) 에서 진공에 있기 때문에, 센서 (101) 는 오프되도록 지시될 수도 있고 밸브 (미도시) 를 통해 LL (106) 의 진공으로부터 시일링-오프될 수도 있다.
다음에, VTM-대면 도어는 프로세싱되지 않은 기판이 LL (106) 로부터 VTM (108) 으로 이송될 수도 있는 한편, 프로세싱된 기판이 VTM (108) 으로부터 LL (106) 로 이송될 수도 있도록 스테이지 (208) 에서 개방된다. 부가적으로, VTM-대면 도어가 개방되는 동안, VTM (108) 으로부터 유래하는 입자들 (202) 은 LL (106) 내로 확산할 수도 있다. VTM (108) 에 도시된 바와 같은 입자들 (202) 은 다수의 소스들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 입자들 (202) 은 로봇 암, VTM-대면 도어, 또는 PM 도어들과 같은 VTM (108) 과 연관된 다양한 컴포넌트들의 시일들, 베어링들, 모터들, 부싱들 (bushings), 콘택트 표면들, 등으로부터 입자들의 승화로 인해 VTM (108) 자체로부터 유래할 수도 있다. 부가적으로, 입자들 (202) 은 PM 도어들이 개방될 때 프로세스 후에 PM들로부터 확산되는 잔류 공수 입자들로서 PM들 자체로부터 유래될 수도 있다.
다시, LL (106) 내의 입자들 (202) 의 농도는 플럭스가 발생하도록 허용되는 시간, 예를 들어 VTM-대면 도어 개방 시간에 종속될 것이다. 스테이지들 (208 및 210) 사이에서, VTM-대면 도어는 폐쇄되고, LL (106) 은 대기압을 달성하도록 벤팅된다. 일부 실시 예들에서, 질소 가스가 벤팅을 위해 사용된다. 스테이지 (210) 에서, LL (106) 의 내용물은 VTM (108) 으로부터 유래하는 공수 입자들의 검출을 위해 입자 센서 (101) 로 날아간다. VTM (108) 으로부터의 입자들 (202) 의 농도는 입자 수 데이터로부터 외삽될 수도 있다. LL (106) 의 볼륨 내 입자들의 수가 벤팅의 결과로서 변화되지 않아야 하기 때문에 LL (106) 내의 입자 (202) 의 농도는 벤팅 동안 동일하게 유지될 수도 있다.
스테이지들 (210 및 204) 사이에서, LL (106) 로부터 입자들 (202) 을 제거하기 위해 펌핑 및 벤팅의 또 다른 사이클이 발생할 수도 있다. 그러나, 다른 실시 예들에서, 이 단계는 필요하지 않을 수도 있다. 예를 들어, EFEM-대면 도어는 입자들 (200) 로 하여금 LL (106) 내로 확산되게 하면서 또한 입자들 (202) 로 하여금 LL (106) 로부터 확산되게 하도록 개방될 수도 있다. 이 가스 교환 기간 동안, 센서 (101) 는 입자 수의 순 증가 또는 감소가 있는지를 결정하기 위해 실시간 입자 수 측정 데이터를 제공하도록 지시될 수도 있다. 순 증가가 있다면, 이는 EFEM (102) 이 입자들 (202) 의 VTM (108) 보다 높은 농도의 입자들 (200) 을 갖는다는 것을 나타낼 수도 있다. 한편, 입자 수의 순 감소가 있다면, 이는 VTM (108) 이 입자들 (200) 에 대한 EFEM (102) 의 농도보다 높은 입자들 (202) 의 농도를 갖는다는 것을 나타낼 수도 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른, 인 시츄 공수 입자 모니터링 및 계수 방법과 연관된 다양한 단계들을 도시하는 표를 도시한다. 상기 주지된 바와 같이, 단계 1에서, (프로세싱되지 않은) 웨이퍼는 EFEM-대면 도어가 개방되고, VTM-대면 도어는 폐쇄되는 동안 EFEM으로부터 LL로 이동된다. 일부 실시 예들에서, 단계 1은 또한 프로세싱되지 않은 웨이퍼의 LL 내로의 이동 전에 또는 후속하여 LL에 놓인 프로세싱된 웨이퍼를 EFEM으로 이동시키는 것을 포함할 수도 있다. 단계 1에서, 센서는 EFEM으로부터 이동하는 입자들을 계수하도록 온이다. 단계 2에서, 웨이퍼는 LL 압력이 진공으로 펌핑되는 동안 EFEM-도어 및 VTM-도어 모두가 폐쇄된 LL 내에 있다. 센서는 밸브를 통해 LL과의 유체 연통으로부터 차단되거나 연결해제된다. 이는 입자 센서들이 센서 채널들을 통한 가스 플로우의 결여로 인해 일반적으로 고 진공 압력들 하에서 정확하게 수행되지 않기 때문이다.
단계 3에서, 프로세싱되지 않은 웨이퍼가 LL로부터 VTM으로 이동하는 동안 또 다른 프로세싱된 웨이퍼는 LL 내로 이송을 위해 VTM 내에 있을 수도 있다. 또한, 단계 3에서, 단계 1 동안 LL 내로 확산된 일부 입자들이 단계 3에서 여전히 보다 적은 양으로 존재할 수도 있기 때문에 LL과 VTM 사이에 가스 교환이 있을 것이다. 한편, VTM에 존재하는 입자들은 LL 내로 확산된다. 상기 주지된 바와 같이, 이들 입자들은 VTM 자체로부터 또는 복수의 PM들 중 하나로부터를 포함하여, 많은 기원들 중 하나로부터일 수도 있다. 단계 3과 단계 4 사이에, PM들에서 기판 상에서 다양한 프로세싱 절차들이 수행될 수도 있다. 프로세싱 단계들의 시퀀스는 PM들 사이의 다양한 이송 단계들 동안 VTM에 축적되는 입자들을 생성할 수도 있다. 프로세싱 동안, VTM-대면 도어는 폐쇄될 수도 있고, LL은 LL로부터 EFEM으로 프로세싱된 웨이퍼를 이송하기 위해 벤팅 및 펌핑 사이클을 겪을 수도 있다.
어떠한 경우든, 단계 4는 VTM으로부터 LL로 이제 프로세싱된 기판을 이송하는 역할을 한다. 그렇게 할 때, PM들에서 하나 이상의 프로세싱 단계들의 스팬에 걸쳐 축적된 VTM으로부터의 공수 입자들은 LL 내로 확산될 것이다. LL 로의 확산 레이트는 온도, 압력, 분자들의 질량, 분자들의 크기, VTM-대면 도어의 개구부의 크기, 및 LL의 볼륨에 종속될 입자들의 확산도에 종속될 것이다. VTM-대면 도어가 개방되는 시간은 기록될 것이고, 또는 미리 결정된 경우, 시퀀스 데이터로부터 획득될 것이다. 더욱이, 도어 개방 시간들 및 개방 빈도들은 입자 수 및 다른 측정 데이터로부터 입자 유래 (origination) 를 외삽하기 위해 유사하게 기록될 것이다. 부가적으로, 도어들이 개방되고 폐쇄되는 속도가 도어가 개방되거나 폐쇄되는 동안 입자 플럭스가 변화하는 면적으로 설명될 수도 있다.
단계 5 및 단계 6은 LL이 대기로 벤팅될 때 LL 내로 마이그레이션된 공수 입자들이 LL 내에 남아 있다는 것을 도시한다. 이들 입자들의 농도는 볼륨이 일정하게 유지되기 때문에 벤팅으로 인해 변하지 않을 것이다. 이어서 프로세싱 단계들 동안 축적되는 VTM으로부터 유래하는 공수 입자들이 센서에 의해 측정된다. 사이클은 단계 7에서 새롭게 발생하고, 여기서 프로세싱된 웨이퍼는 프로세싱되지 않은 웨이퍼와 교환하여 LL로부터 EFEM으로 이송된다. 단계 7에서, 센서는 EFEM-대면 도어가 개방될 때 입자 수 변화를 결정하도록 작동될 수도 있다. 이 단계에서, VTM으로부터 유래된 공수 입자들은 EFEM 내로 확산하는 한편, EFEM으로부터 유래된 입자들은 LL 내로 확산한다. 그 결과, 단계 7에서 가스 교환으로 인해 입자 수의 순 증가 또는 감소가 있을 수도 있다. 다른 실시 예들에서, LL은 단계 6에서 측정된 입자들을 제거하기 위한 사이클 동안 펌핑되고 벤팅될 수도 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른, 반도체 프로세싱 시스템 (100) 및 입자 수 (101-1) 를 유지 보수 검출을 위해 오염원에 상관시키기 위해 사용된 다양한 도어 개방 시간들을 도시한다. 기판 (116) 은 엔드 이펙터 (118a) 와 함께 ATM (104) 의 로봇 암 (118) 을 통해 EFEM (102) 과 LL (106) 사이에서 이송되는 것으로 도시된다. 기판 (116) 은 엔드 이펙터 (122a) 와 함께 로봇 암 (122) 을 통해 LL (106) 과 PM들 (400, 402, 404, 및 406) 사이에서 더 이송된다. 반도체 프로세싱 시스템 (100) 은 본 명세서에서 "도어 상태"로 지칭될 수도 있는, 웨이퍼 이송 및 프로세싱 동안 개방되고 폐쇄되는 다양한 도어들을 도시한다. 즉, 도어 상태 데이터는 다양한 도어들이 개방되거나 폐쇄될 때의 타이밍 및 지속 기간을 나타낸다. 예를 들어, EFEM-대면 도어 (130) 는 시간의 함수인 EFEM-대면 도어 상태 (130a) 와 연관된 것으로 도시된다. 도시된 기간에서, EFEM-대면 도어 상태 (130a) 는 2 회 개방된 상태에 있는 것으로 도시된다. 일반적으로, 도어 상태 데이터는 경험적 측정치를 통해, 또는 프로그래밍에 따라 도어들 각각이 개방되거나 폐쇄되어야 하는 때를 지시하는 시퀀서 프로그래밍 데이터를 통해 획득될 수도 있다. 부가적으로, 도어가 개방되거나 폐쇄되는 속도는 제작자 데이터로부터 또는 경험적 측정을 통해 획득될 수도 있다.
임의의 경우에, EFEM-대면 도어 상태 (130a) 는 예를 들어, 방정식 (1) 및 방정식 (2) 을 풀어서 EFEM (102) 으로부터 LL (106) 내로 입자들의 플럭스를 계산하도록 사용될 수도 있다. VTM-대면 도어 상태 (132a) 에 대해서도 동일하다. 또한 반도체 프로세싱 시스템 (100) 의 일부로서 4 개의 PM들 (400, 402, 404, 및 406) 이 도시되고, 각각은 VTM (108) 과 인터페이싱하기 위해 PM 도어들 (401, 403, 405, 및 407) 과 연관된다. PM 도어들 (401, 403, 405, 및 407) 각각은 PM 도어 상태들 (401a, 403a, 405a, 및 407a) 과 연관된다. 예를 들어, PM 1 도어 상태 (401a) 는 PM 1 도어 (401) 가 사용된 임의의 스팬에서 4 번 개방되고 폐쇄된 것을 도시한다. PM 1 도어 (401) 가 반복 각각 동안 개방된 시간량은 예를 들어, VTM-대면 도어 (132) 의 도어 개방 시간보다 상대적으로 짧다. PM 2 도어 상태 (403a) 는 PM 2 도어 (403) 가 사용된 스팬에서 2 회 개방되고 폐쇄되는 것을 도시하는 한편, PM 3 도어 상태 (405a) 는 PM 3 도어 (405) 가 3 회 개방되고 폐쇄되는 것을 도시한다. 또한 PM 4 도어 상태 (407a) 는 PM 4 도어 (407) 가 기술된 스팬 동안 폐쇄된 채로 남아 있는 것을 도시한다.
PM 도어들 (401, 403, 405, 및 407) 에 대한 도어 상태들은 PM들 (400, 402, 404, 및 406) 각각과 VTM (108) 사이의 상대적인 가스 교환량을 계산하도록 사용될 수도 있다. 따라서, (예를 들어, 도 3의 단계 6에서) VTM (108) 으로부터 유래된 공수 입자들로부터 입자 수 판독이 취해진다면 (101-1), 입자 수는 PM 도어 상태들 (401a, 403a, 405a, 및 407a) 에 따라 PM들 (400, 402, 404, 및 406) 에 비례하여 귀속될 수도 있다.
플럭스는 임의의 PM 도어들 (401, 403, 405, 및 407) 이 개방되는 시간량뿐만 아니라 개방되는 방식 또는 빈도에 종속될 것이다. 예를 들어, PM 1 도어 (401) 및 PM 2 도어 (403) 가 PM 도어 상태들 (401a 및 403a) 에 도시된 바와 같이 동일한 총 시간량 동안 개방된다고 가정한다. 또한 PM들 (400 및 402) 모두 내의 미리 결정된 입자의 농도가 실질적으로 유사하고 PM들 (400 및 402) 및 VTM (108) 내의 입자의 상대적인 농도들이 평형이 도시된 도어 개방 시간들 동안 달성되지 않도록 한다고 가정한다. PM (402) 과 VTM (108) 사이의 확산보다 PM (400) 과 VTM (108) 사이의 확산 정도가 클 가능성이 높지만, 둘 다 동일한 총 양의 도어 개방 시간을 갖는다. 이 현상은 Fick의 제 1 법칙 방정식 (2) 로 기술될 수도 있다.
본 상황에 적용된 바와 같이, PM 도어들 (401 및 403) 이 개방된 후 확산이 시작될 때, 플럭스의 크기는 VTM (108) 과 PM들 (400 및 402) 사이의 농도 변화량에 종속된다. 확산이 발생함에 따라 변화량이 감소하는 경향이 있기 때문에, 플럭스는 또한 도어들이 개방되는 기간 동안 감소할 것이다. PM 도어가 폐쇄될 때, 변화량이 구획 내 확산을 통해 재확립되게 한다. 그 결과, PM 도어 (401) 및 PM 도어 (403) 모두가 동일한 총 개방 시간을 가질 때에도, PM (400) 으로부터 VTM (108) 내로의 순 확산은 기술된 조건들 하에서 PM (402) 의 순 확산보다 클 수도 있다. 따라서 PM 도어 상태들 (401a, 403a, 405a, 및 407a) 은 입자 측정들이 센서 (101) 를 통해 이루어질 때 미리 결정된 입자들의 원점을 상관시키기 위해 총 도어 개방 시간에 더하여 사용된다는 것이 고려된다.
도 5는 일 실시 예에 따른, 기판 프로세스 시스템 내의 컴포넌트가 유지 보수를 필요로 한다는 것을 검출하기 위해 다양한 도어 상태 데이터 (503) 및 다양한 센서 데이터 (505) 를 사용하는 컴퓨터 (103) 의 유지 보수 검출 모듈 (500) 을 도시한다. 컴퓨터 (103) 는 VTM-대면 도어, EFEM-대면 도어, 뿐만 아니라 PM 도어들 각각에 대한 도어 상태 데이터를 갖는 것으로 도시된다. 도어 상태 데이터 (503) 는 도어 상태 데이터 (503) 의 특성 및 정도를 고려하여 2 개의 구획들 사이의 확산 정도를 기술하는 플럭스 데이터 (501) 로 변환될 수도 있다. 플럭스 데이터 (501) 는 유지 보수 검출 모듈 (500) 내로 입력된다. 부가적으로, 센서 데이터 (505) 는 다수의 속성들에 대해 실시간으로 수집될 수도 있다. 예를 들어, 입자 수, 휘발성 유기 화합물 (VOC) 측정치들, 상대 습도 (RH) 측정치들, 온도 및 압력 측정치들, 및 산소 레벨 측정치들 중 하나 이상이 센서 (101) 로부터 획득될 수도 있다.
이 데이터는 예를 들어, 입자 수 및 크기를 포함하여, 검출된 입자들의 프로파일, 입자들이 유기 또는 무기인지 여부, 등을 결정하기 위해 유지 보수 검출 모듈 (500) 내로 입력된다. 이 데이터로부터, 유지 보수 검출 모듈 (500) 은 오염원을 오일 누출, 시일 열화, 또는 프로세스 화학적 잔류물, 등으로 분류할 수도 있다. 부가적으로, 도어 상태 데이터 (503) 로부터, 유지 보수 검출 모듈 (500) 은 다양한 구획들, 예를 들어, VTM, EFEM, 및 PM1 내지 PM4 각각에 기인하는 입자 프로파일의 비율을 결정한다. 따라서, 유지 보수 검출 모듈 (500) 은 가장 유리한 유지 보수 유형뿐만 아니라 공수 입자들의 소스를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 5에서, 유지 보수 검출 모듈 (500) 은 PM 2의 부품 x가 10 일 이내에 교체되어야 한다는 프롬프트 (502) 를 생성한다.
머신 검출 모듈 (500) 과 함께, 머신-러닝 모듈 (504) 은 또한 유지 보수를 필요로 하는 컴포넌트 및 그 특성 및 정도를 보다 높은 정확도 및 신뢰도로 예측하기 위해 사용되는 것으로 고려된다. 머신 러닝 모듈 (504) 은 컴퓨터 (103) 에 의해 구현될 수도 있고 또는 컴퓨터 (103) 와 통신하는 원격 서버에서 구현될 수도 있다. 임의의 경우에, 머신-러닝 모듈 (504) 은 유지 보수 검출 모델에 의한 분류를 위해 다양한 도어 상태 데이터 (503) 및 센서 데이터 (505) 와 연관된 피처들을 검출하는 감독된 학습 알고리즘을 사용할 수도 있다. 머신 러닝 모듈 (504) 은 다양한 컴포넌트들이 예를 들어, 마모, 열화, 오염, 저하 등으로 인한 교체를 필요로 할 때 센서 데이터 및 도어 상태 데이터의 세트가 가질 피처들에 상대적인 실측 데이터 (Ground Truth) 를 제공하는 트레이닝 데이터를 제공받을 수도 있다.
임의의 적합한 머신-러닝 알고리즘은 오퍼레이터 및 머신-러닝 모듈 (504) 의 필요를 충족시키도록 구현될 수도 있다. 일부는 이로 제한되지 않지만, Bayesian 네트워크, 선형 회귀, 결정 트리, 신경 네트워크, k-평균 클러스터링, 등을 포함할 수도 있다. 머신 러닝은 오퍼레이터가 일부 유지 보수를 하도록 촉발될 때, 유지 보수를 수행하는 동안 머신 러닝된 프롬프트의 정확성을 평가할 수도 있기 때문에 "감독 (supervised)"되는 것으로 고려된다. 프롬프트가 정확하다면, 오퍼레이터는 유지 보수에 대한 실제 필요성에 대한 자신의 발견들을 나타내는 모든 표기들과 함께, 프롬프트에 "참"이라고 라벨링할 수도 있고, 프롬프트가 정확하지 않다면, 오퍼레이터는 프롬프트에 "거짓"으로 라벨링할 수도 있다. 이러한 방식으로, 머신-러닝 알고리즘은 특정한 머신의 오퍼레이터로부터 학습할 수도 있고, 머신-러닝 알고리즘이 많은 컴퓨터들 (103) 에 걸쳐 분포된다면, 머신-러닝 알고리즘은 수천의 반도체 프로세싱 머신들 및 오퍼레이터들로부터 학습할 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 유지 보수 검출 모듈 (500) 및/또는 머신-러닝 모듈 (504) 은 반도체 프로세싱 시스템의 오퍼레이터들에게 서비스로서 제공될 수도 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른, 공수 입자들의 소스를 식별하고 반도체 프로세싱 시스템의 유지 보수 필요성을 인 시츄 센서들을 통해 검출하기 위한 방법을 도시한다. 동작 600에서, 방법은 VTM의 압력과 매칭하도록 기판을 포함하는 로드 록을 제 1 압력으로 펌핑 다운을 제공하고, 제 1 압력은 많은 환경들에서 고 진공이다. 일단 로드 록이 진공에 있으면, 동작 602는 기판이 VTM으로 이송될 수도 있도록 로드 록의 VTM-대면 도어를 개방하도록 기능한다. 이어서 VTM-대면 도어가 폐쇄될 수도 있다. VTM의 로봇 암은 이로 제한되는 것은 아니지만, PVD (physical vapor deposition), CVD (chemical vapor deposition), ALD (atomic layer deposition), ECD (electrochemical deposition) 를 통한 증착, TCP (transformer-coupled plasma) 또는 ICP (inductively coupled plasma) 에 의한 플라즈마 에칭, IBE (ion beam etching), 리소그래피, 및 스퍼터링을 포함하는 프로세싱을 위해 복수의 PM들 중 하나에 기판을 배치하도록 진행한다. 이들 프로세스들 동안, PM들을 위한 도어들은 개방되고 폐쇄될 것이고 PM들로부터 유래된 모든 공수 입자들이 VTM 내로 축적되게 한다. VTM 내의 공수 입자들의 조성은 PM들의 도어 상태들에 종속될 것이다. 보다 높은 평균 개방 시간을 갖는 PM들은 보다 낮은 평균 개방 시간들을 갖는 PM들보다 조성에 더 많이 기여할 것이다.
기판 프로세싱이 종료될 때, 동작 606은 기판이 VTM으로부터 LL로 회수될 수도 있도록 VTM-대면 도어를 개방하도록 기능한다. VTM-대면 도어가 개방되는 기간 동안, VTM 내에 축적된 공수 입자들은 LL 내로 확산할 기회를 가질 것이다. 일부 실시 예들에서, VTM의 내용물은 VTM-대면 도어의 개방 전에 균질화할 시간을 가질 수도 있다. 어떠한 경우든, VTM-대면 도어 상태 데이터는 경험적으로 또는 컴퓨터의 시퀀서로부터 캡처된다. 시퀀서는 도어들 각각이 개방되고 폐쇄된 횟수와 관련된 데이터를 포함할 것이다. 도어 개방/폐쇄 시간은 이전 캘리브레이션에 의해 또는 제작자 데이터를 통해 근사화될 수도 있다.
동작 608은 VTM-대면 도어를 폐쇄함으로써 LL 내로 확산된 공수 입자들을 캡처하도록 기능한다. 부가적으로, 동작 608은 LL을 제 2 압력으로 벤팅하거나 재가압하도록 기능하고, 제 2 압력은 많은 실시 예들에서 대기압이다. 또한, 동작 608은 프로세싱 동안 VTM에 축적되고 웨이퍼의 이송 동안 LL 내로 확산되는 임의의 공수 입자들을 포함해야 하는, LL의 내용물의 측정 데이터를 획득하도록 기능한다. 동작 610에서, 방법은 유지 보수가 목표될 PM들, 또는 LL, 또는 VTM 중 하나 이상을 식별하기 위해 센서로부터 획득된 측정 데이터 및 도어 상태 데이터의 프로세싱을 제공한다. 일부 실시 예들에서, LL은 예를 들어, EFEM 또는 VTM으로부터 유래된 모든 공수 입자들을 펌핑 아웃하고 이어서 LL을 벤팅함으로써 별도로 측정될 수도 있다. LL 내의 모든 공수 입자들은 LL 자체의 오염으로부터 발생하기 쉽다. 이들 공수 입자들은 동작 608에서와 유사한 방식으로 센서를 사용하여 측정될 수도 있다. 따라서 방법은 동작 612에서 PM들, LL, 또는 VTM 중 하나 이상이 주의를 필요로 한다는 것을 오퍼레이터에게 알리는 프롬프트를 생성할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 612에서 생성된 프롬프트는 VTM, LL, 또는 PM들 중 하나에 대한 자동 세정을 위한 것일 수도 있다. 부가적으로, 동작 612의 프롬프트는 바람직하다고 예측된 유지 보수의 타입을 특정할 수도 있다. 예를 들어, 프롬프트는 O-링 열화, 오일 누출, 기계적 또는 화학적 마모로 인한 립 시일 누출이 있다는 것을 명시할 수도 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른, EFEM (102) 및 LL (106) 이 만나는 인터페이스 (700) 및 실시간 툴 건전성 모니터링을 위한 센서들 (101a 내지 101f) 의 배치를 위한 다양한 위치들을 도시한다. 로드 록 (106) 내에서, LL (106) 을 진공으로 펌핑 다운하기 위해 LL (106) 을 펌프 (128) 에 연결하기 위해 유출구 (708) 가 하부 수평 표면 (106a) 에 도시된다. 포어라인 (710) 및 밸브 (712) 가 유출구 (708) 와 펌프 (128) 사이에 배치된다. 입자 센서들 (101a) 중 하나는 밸브 (716) 를 갖는 라인 (714) 을 통해 포어라인 (710) 에 연결되는 것으로 도시된다. 압력 트랜스듀서 (708) 는 LL (106) 에 물리적으로 연결되고 입자 센서 (101a) 로 신호를 전송한다. 동작 동안, 펌프 (128) 가 온이고 밸브 (712) 가 개방될 때, 밸브 (716) 는 폐쇄되고 입자 센서 (101a) 는 오프된다. 이러한 방식으로, LL (106) 로부터의 내용물만이 펌프 (128) 에 의해 배기된다. 후속하여, LL (106) 이 벤팅에 의해 대기압을 달성할 때, 압력 트랜스듀서 (718) 는 라인 (714) 및 개방된 밸브 (716) 를 통해 LL (106) 또는 포어라인 (710) 내의 압력을 검출할 수도 있다. 이는 대기압에 있는 LL (106) 로부터의 내용물들로 하여금 입자 센서 (101a) 내로 이동하게 한다. 입자 센서 (101a) 는 LL (106) 의 내용물들의 입자 센서 (101a) 내로의 플로우를 유도하기 위해 팬을 구비할 수도 있다. 이 구성에서, LL (106) 내에 존재하는 공수 입자들은 공수 입자들이 입자 센서 (101a) 내로 흐르기 때문에 상당히 직접적으로 측정될 수도 있다. 그러나, EFEM (102) 으로부터 유래하는 공수 입자들은 센서 (101a) 에 의한 측정을 위해 LL (106) 내로 확산하는데 시간을 필요로 할 수도 있다.
입자 센서 (101b) 는 상부 수평 표면 (106b) 에서 LL (106) 의 내부에 위치되는 것으로 도시되지만, 입자 센서 (101b) 는 또한 하부 수평 표면 (106a), 또는 수직 표면 (106c) 상에 배치될 수도 있다. 이 구성에서, 입자 센서 (101b) 는 LL (106) 내부의 압력이 특정한 문턱 값 이상일 때 동작하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 입자 센서 (101b) 로부터의 측정 데이터는 특정한 문턱 값 압력 하에서 신뢰할 수 없을 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 입자 센서 (101b) 는 측정 데이터를 컴퓨터로 전달하기 위한 무선 송신 모듈을 포함할 것이다. 이 목적을 위해 임의의 적합한 무선 송신 대역폭 또는 프로토콜이 사용될 수도 있다.
입자 센서 (101c) 는 대기압으로 유지되고 EFEM-대면 도어 (130) 가 폐쇄될 때 EFEM (102) 의 측정 데이터를 획득하고 EFEM-대면 도어 (130) 가 개방될 때 LL의 측정 데이터를 획득하도록 EFEM-대면 도어 (130) 의 상부 표면 (130a) 에 장착되는 것으로 도시된다. 일부 실시 예들에서, 입자 센서 (101c) 는 일부 방향을 대면하는 개구부를 갖는다는 점에서 지향성이다. 특정한 실시 예들에서, 입자 센서 (101c) 의 개구부는 LL (106), 또는 EFEM (102) 을 향할 수도 있고, 또는 전술한 둘 다를 대면하는 개구부를 가질 수도 있다. 도시되지 않은 또 다른 실시 예에서, 입자 센서는 EFEM-대면 도어 (130) 의 수직 표면 (130b) 상에 장착될 수도 있다. 입자 센서 (101b) 에서와 같이, 입자 센서 (101c) 는 컴퓨터로 그리고 컴퓨터로부터 데이터를 송신하고 수신하기 위한 무선 통신 모듈을 포함할 수도 있다.
입자 센서 (101d) 는 LL (106) 의 도어 개구부 (703) 바로 위의 수직 외측 표면 (106d) 에 장착되는 것으로 도시된다. 입자 센서 (101d) 의 포지셔닝은 LL (106) 내에 존재하는 공수 입자들이 센서 (101d) 에 의해 픽업되기 전에 매우 멀리 확산될 필요가 없도록 한다. 입자 센서 (101e) 는 유출구 (701) 및 밸브 (705) 를 통해 EFEM (102) 과 유체로 연통한다. 유출구 (701) 는 EFEM (102) 의 상부 수평 표면 (102a) 으로부터 규정될 수도 있고 또는 하부 수평 표면 (102b) 으로부터 규정될 수도 있다. 입자 센서 (101e) 는 EFEM (102) 및 LL (106) 로부터 입자 센서 (101e) 내로 공수 입자들을 흘리기 위한 팬을 구비할 수도 있다.
입자 센서 (101f) 는 이퀄라이제이션 채널 (702) 의 이퀄라이제이션 포트 (707) 의 마우스에서 EFEM (102) 내부에 배치될 수도 있다. 이퀄라이제이션 채널 (702) 은 EFEM-대면 도어 (130) 를 개방하기 전에 LL (106) 과 EFEM (102) 사이의 압력이 유사하다는 것을 보장한다. 입자 센서 (101f) 는 사용의 용이성을 위해 이퀄라이제이션 포트 (707) 에 연결될 수도 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른, 다양한 환경들 하에서 다양한 입자 센서 위치들로부터 수집된 실험 데이터를 도시한다. 데이터 지점들은 레이저-기반 입자 계수기의 직경이 300 ㎚ 이상인 입자들에 대한 것이다. 측정 기간 (800) 은 클린 룸 내 위치에서 수행되고 상대적으로 높은 입자 수를 발생시킨다. 후속하는 측정 기간들 (802 및 804) 은 EFEM 내 및 LL (예를 들어, 센서들 (101c 및 101d)) 전면의 입자 수가 일반적으로 클린 룸 내보다 상당히 낮다는 것을 도시한다. 청정 LL의 EFEM-대면 도어가 개방 및 폐쇄를 사이클링할 때, 측정 기간 (806) 은 EFEM-대면 도어를 갖는 LL이 폐쇄될 때 측정 기간 (804) 의 입자 수와 비교하여 입자 수의 증가를 나타낸다. 입자 수의 일부 증가는 도어 개방 및 폐쇄, 뿐만 아니라 LL과 EFEM 사이의 가스 교환으로부터 발생하는 입자 센서 주변의 증가된 공기 플로우에 기인할 수도 있다. 측정 기간 (808) 에서, 입자 센서는 EFEM-대면 도어 개방 및 폐쇄가 사이클링하는 동안 오염된 LL 전면에 유지된다. 입자 수들은 이전 측정 기간 (806) 의 적어도 두 배로 측정되고, 이는 오염된 LL이 실험 방법들을 사용하여 검출 가능하다는 것을 나타낸다.
도 9는 일 실시 예에 따른, 센서 측정 데이터에 기초하여 유지 보수 절차가 권장되는지를 자동으로 결정하기 위한 방법의 전체 플로우를 도시한다. 동작 900에서, EFEM-대면 도어 및 VTM-대면 도어 모두가 폐쇄되는 동안 LL은 VTM의 압력과 매칭하도록 진공 압력으로 펌핑 다운된다. LL은 EFEM-대면 도어를 통해 EFEM과 인터페이싱하고 VTM-대면 도어를 통해 VTM과 인터페이싱한다. 동작 902에서, VTM-대면 도어는 VTM 내의 공수 입자들이 LL 내로 확산하게 되도록 개방된다. 공수 입자들은 일반적으로 VTM 또는 복수의 PM들 중 하나 이상으로부터 유래하지만, 이론적으로 일부는 LL 및 EFEM으로부터 유래할 수 있다. 동작 904에서, VTM-대면 도어는 LL이 대기로 벤팅될 수도 있도록 폐쇄된다. 이는 통상적으로 질소를 사용하여 이루어지지만, 다른 가스들도 가능하다. EFEM-대면 도어를 먼저 개방하지 않고, 공수 입자들은 LL과 유체로 연통하는 센서에 의해 측정되게 된다. 이는 측정된 공수 입자들이 EFEM으로부터가 아니라 VTM으로부터인 것으로 알려지도록 하기 위함이다. 다른 실시 예들에서, EFEM-대면 도어는 센서를 사용하여 측정을 하기 전에 개방될 수도 있다. 동작 908에서, 유지 보수 검출 모듈은 유지 보수 절차가 LL, VTM 중 하나, 또는 복수의 PM들 중 하나 또는 이들의 일부 조합에 대해 권장된다는 것을 결정하도록 사용된다. 이 유지 보수 절차 권장은 또한 도어 상태 데이터에 기초할 수도 있는 측정 데이터에 기초할 수도 있다. 유지 보수 검출 모듈은 또한 LL, VTM 중, 또는 복수의 PM들 중 어느 것이 유지 보수 절차가 권장되는지를 식별할 수도 있다. 도 9에 도시된 방법은 툴 건전성의 실시간 모니터링이 달성되도록 펌핑 및 벤팅의 사이클 각각에 대해 실행되는 것으로 고려된다. 다른 실시 예들에서, 펌핑 및 벤팅은 간헐적으로, 예를 들어, 매 5, 10, 20, 50 또는 100 회 이상의 펌핑 및 벤팅 사이클 후에 수행될 수도 있다.
전술한 실시예들이 이해의 명확성의 목적들을 위해 다소 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수 있다는 것이 자명할 것이다. 따라서, 본 실시 예들은 제한적이지 않고 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 실시 예들은 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않고, 첨부된 청구항들의 범위 및 등가물 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (20)

  1. EFEM (Equipment Front End Module)-대면 도어 및 VTM (vacuum transfer module)-대면 도어 모두가 폐쇄된 동안 VTM의 압력과 매칭하도록 LL (load lock) 을 진공 압력으로 펌핑 다운하고, 상기 LL은 상기 VTM-대면 도어를 통해 상기 VTM 그리고 상기 EFEM-대면 도어를 통해 EFEM과 인터페이싱하고, 상기 VTM은 각각의 복수의 프로세싱 모듈 (processing module; PM) 도어들을 갖는 복수의 PM들과 인터페이싱하는, 상기 펌핑 다운 단계;
    상기 VTM에 존재한다면 공수 (airborne) 입자들로 하여금 상기 LL 내로 확산되게 하고, 상기 공수 입자들은 상기 VTM 또는 상기 복수의 PM들의 PM들로부터 유래되도록 상기 VTM-대면 도어를 개방하는 단계;
    상기 VTM-대면 도어를 폐쇄하고 상기 LL을 대기로 벤팅하는 단계;
    상기 LL과 유체로 연통하는 센서를 사용하여, 상기 VTM-대면 도어를 개방하는 동안 상기 LL 내로 확산된 상기 공수 입자들의 측정 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 측정 데이터의 정량화에 기초하여 상기 LL, 상기 VTM, 또는 상기 복수의 PM들 중 하나에 대해 유지 보수 절차가 권장된다는 것을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 VTM-대면 도어 및 상기 복수의 PM 도어들의 개방 시간 및 폐쇄 시간과 관련된 도어 상태 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 유지 보수 절차가 권장된다는 상기 결정은 상기 도어 상태 데이터에 더 기초하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지 보수 절차가 권장된다는 결정에 기초하여 오퍼레이터에 디스플레이를 위한 프롬프트를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 프롬프트는 상기 오퍼레이터로 하여금 상기 VTM, 상기 LL, 또는 상기 복수의 PM들의 PM들 중 하나에 대해 상기 유지 절차를 수행할 수 있게 하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 레이저-기반 입자 센서를 포함하고, 상기 측정 데이터는 입자 수, 크기, 또는 조성을 포함하는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 LL을 펌핑 다운하는 단계, 상기 VTM-대면 도어를 개방하는 단계, 및 상기 VTM-대면 도어를 폐쇄하는 단계 및 상기 LL을 벤팅하는 단계는 상기 LL, 상기 EFEM, 상기 VTM 및 상기 복수의 PM들을 갖는 툴의 정상 동작의 일부로서 발생하는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지 보수 절차가 권장된다고 결정하는 단계는 머신-러닝 모듈과 통신하는 단계를 포함하고, 상기 머신-러닝 모듈은 상기 유지 보수 절차가 권장된다는 상기 결정 단계를 위해 분류 모델에 의한 분류를 위해 상기 측정 데이터로부터 특징들을 추출하는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 권장된 유지 보수 절차는 수동 세정, 자동-세정, 교체, 재캘리브레이팅 (recalibrating), 수리, 또는 개장 (refurbishing) 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 데이터는 입자 수, 입자 크기, 휘발성 유기 화합물 레벨들, 산소 레벨들, 온도, 압력, 또는 상대 습도 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 도어 상태는 상기 VTM, 상기 LL, 또는 상기 복수의 PM 중 유지 보수 절차를 필요로 하는 것을 식별하기 위해 상기 복수의 PM들 및 상기 VTM 각각으로부터 유래하는 공수 입자들의 비율을 계산하기 위해 상기 유지 보수 검출 모듈에 의해 사용되는, 방법.
  10. VTM-대면 도어가 폐쇄되는 동안 LL의 EFEM-대면 도어를 개방하는 단계로서, 상기 LL은 상기 EFEM-대면 도어를 통해 EFEM 그리고 상기 VTM-대면 도어를 통해 VTM과 인터페이싱되고, 상기 EFEM-대면 도어를 개방하는 단계는 공수 입자들이 상기 EFEM 내에 존재한다면 상기 LL 내로 확산하게 하는, 상기 개방 단계;
    상기 LL과 유체로 연통하는 센서를 사용하여, 상기 EFEM으로부터 상기 LL 내로 확산된 상기 공수 입자들의 측정 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 측정 데이터의 정량화에 기초하여 상기 LL 또는 상기 EFEM에 대해 유지 보수 절차가 권장된다는 것을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 LL은 상기 EFEM-대면 도어를 개방하는 단계 전에 펌핑 다운되고 후속하여 벤팅되는, 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 EFEM-대면 도어의 개방 시간 및 폐쇄 시간과 관련된 도어 상태 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 유지 보수 절차가 권장된다는 상기 결정은 상기 도어 상태 데이터에 더 기초하는, 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 유지 보수 절차가 권장된다는 결정에 기초하여 오퍼레이터에 디스플레이를 위한 프롬프트를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 프롬프트는 상기 오퍼레이터로 하여금 상기 LL 또는 상기 VTM 상에서 상기 유지 보수 절차를 수행할 수 있게 하는, 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 센서는 레이저-기반 입자 센서를 포함하고, 상기 측정 데이터는 입자 수를 포함하고, 그리고 상기 유지 보수 절차가 권장된다는 상기 결정하는 단계는 상기 입자 수가 문턱 값 이상이라는 것을 검출하는 것을 포함하는, 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 유지 보수 절차는 권장된 유지 보수 절차를 포함하는, 수동 세정, 자동-세정, 교체, 재캘리브레이팅, 수리, 또는 개장 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 측정 데이터는 입자 수, 입자 크기, 휘발성 유기 화합물 레벨들, 산소 레벨들, 온도, 압력, 또는 상대 습도 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  17. EFEM-대면 도어를 통해 EFEM과 인터페이싱하고 VTM-대면 도어를 통해 VTM과 인터페이싱하는 LL로서, 상기 VTM은 PM 도어들을 갖는 복수의 PM들과 인터페이싱하도록 구성되는, 상기 LL;
    상기 EFEM 또는 상기 VTM으로부터 상기 LL 내로 확산하는 공수 입자들의 측정 데이터를 획득하기 위해 상기 LL과 유체로 연통하는 센서;
    상기 센서와 상기 LL 사이의 라인을 따라 배치된 밸브로서, 상기 밸브는 상기 LL의 압력이 대기압일 때 개방되고 상기 LL의 압력이 진공일 때 폐쇄되는, 상기 밸브; 및
    유지 보수 절차가 상기 LL, 상기 VTM, 상기 EFEM, 또는 상기 복수의 PM들 중 하나에 대해 권장된다는 것을 결정하기 위해 상기 센서로부터 수신된 측정 데이터를 프로세싱하도록 구성된 컴퓨터 모듈을 포함하는, 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 모듈은 상기 유지 보수 절차가 상기 LL, 상기 VTM, 상기 EFEM, 또는 상기 복수의 PM들 중 하나에 대해 권장된다는 결정을 위해 상기 EFEM-대면 도어, 상기 VTM-대면 도어, 및 상기 복수의 PM 도어들의 상기 개방 시간 및 폐쇄 시간에 관한 도어 상태 데이터를 프로세싱하도록 더 구성되는, 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 모듈은 상기 LL, 상기 VTM, 상기 EFEM, 또는 상기 복수의 PM들 중 상기 유지 보수 절차를 필요로 하는 것을 식별하는, 시스템.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 센서는 레이저-기반 입자 센서를 포함하고, 상기 측정 데이터는 입자 수를 포함하고, 그리고 상기 유지 보수 절차가 권장된다는 상기 결정하는 것은 상기 입자 수가 문턱 값 이상이라는 것을 검출하는 것을 포함하는, 시스템.
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