KR20230055609A - Real time monitoring method and system for plasma appatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마 설비의 실시간 모니터링 방법 및 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 설비 진단 알고리즘을 이용하여 플라즈마 설비를 실시간으로 모니터링하기 위한 방법 및 이를 수행하기 위한 모니터링 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a real-time monitoring method and monitoring system of a plasma facility, and more particularly, to a method for monitoring a plasma facility in real time using a facility diagnosis algorithm and a monitoring system for performing the same.
반도체 장치를 제조하기 위하여 플라즈마 증착 설비, 플라즈마 식각 설비 등과 같은 플라즈마 설비가 사용될 수 있다. 상기 플라즈마 설비를 진단하기 위하여, 설비 부품 센서값이 특이점을 가질 때 실시간으로 설비를 인터로크하는 방법(FDC(False Detection and Classification) Interlock)이 제안될 수 있으나, 상기 설비 부품 센서값은 플라즈마 공정이 완료된 후의 공정 결과와 전혀 다른 진단 결과를 제공하는 경우가 발생하게 되는 문제점이 있다. 또한, CD (Critical Dimension) 계측, 파괴 검사 등과 같은 검사 공정에 의해 설비 이상점을 판단하는 경우, 공정 결과와 관련된 진단 결과를 얻을 수는 있으나, 실시간 진단이 불가능하다는 문제점이 있다. Plasma equipment such as plasma deposition equipment and plasma etching equipment may be used to manufacture semiconductor devices. In order to diagnose the plasma facility, a method of interlocking the facility in real time when the sensor value of the facility part has a singularity (FDC (False Detection and Classification) Interlock) may be proposed, but the sensor value of the facility part is determined by the plasma process. There is a problem in that a diagnosis result completely different from a process result after completion may be provided. In addition, when equipment abnormalities are determined by inspection processes such as CD (Critical Dimension) measurement and destructive inspection, diagnosis results related to process results can be obtained, but real-time diagnosis is impossible.
본 발명의 일 과제는 제품 수율과 연계된 실시간 진단을 수행할 수 있는 플라즈마 설비의 모니터링 방법을 제공하는 데 있다.One object of the present invention is to provide a method for monitoring a plasma facility capable of performing real-time diagnosis associated with product yield.
본 발명의 다른 과제는 상술한 모니터링 방법을 수행하기 위한 모니터링 시스템을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a monitoring system for performing the monitoring method described above.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 설비의 모니터링 방법에 있어서, 플라즈마 설비에 의해 기판 상에 수행되는 플라즈마 공정의 상태값을 나타내는 상태 데이터 및 상기 플라즈마 공정이 완료된 이후의 공정 결과를 나타내는 테스트 결과 데이터를 수집한다. 입력 데이터로서의 상기 상태 데이터 및 출력 데이터로서의 상기 테스트 결과 데이터를 학습 데이터로 사용하여 기계학습 모델을 생성한다. 상기 플라즈마 설비에 의해 새로운 기판 상에 수행된 플라즈마 공정의 상태를 나타내는 상태 데이터를 실시간으로 수집한다. 상기 기계학습 모델을 이용하여 상기 상태 데이터로부터 예측된 테스트 결과값에 따라 상기 플라즈마 설비의 이상 유무를 판단한다.In the method for monitoring a plasma facility according to exemplary embodiments for achieving one object of the present invention, state data indicating a state value of a plasma process performed on a substrate by the plasma facility and after the plasma process is completed Collect test result data representing the process results of A machine learning model is created using the state data as input data and the test result data as output data as training data. State data representing the state of a plasma process performed on a new substrate by the plasma facility is collected in real time. Using the machine learning model, it is determined whether or not there is an abnormality in the plasma facility according to a test result value predicted from the state data.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 설비의 모니터링 시스템은, 플라즈마 설비에 의해 수행되는 플라즈마 공정의 상태값을 나타내는 상태 데이터 및 상기 플라즈마 공정이 완료된 이후의 공정 결과를 나타내는 테스트 결과 데이터를 저장하는 데이터 저장부, 입력 데이터로서의 상기 상태 데이터 및 출력 데이터로서의 상기 테스트 결과 데이터를 학습 데이터로 사용하여 기계학습 모델을 생성하는 학습모델 생성부, 상기 플라즈마 설비에 의해 새로운 기판 상에 수행되는 플라즈마 공정의 상태를 나타내는 상태 데이터를 실시간으로 수집하기 위한 데이터 수집부, 및 상기 기계학습 모델을 이용하여 상기 데이터 수집부에 의해 수집된 현재의 상태 데이터로부터 예측되는 테스트 결과값에 따라 상기 플라즈마 설비의 이상 유무를 판단하는 판단부를 포함한다. Plasma equipment monitoring system according to exemplary embodiments for achieving another object of the present invention, state data representing the state value of the plasma process performed by the plasma equipment and process results after the plasma process is completed A data storage unit for storing test result data, a learning model generation unit for generating a machine learning model using the state data as input data and the test result data as output data as learning data, and a new substrate by the plasma equipment. A data collection unit for collecting state data representing the state of the plasma process performed in real time, and a test result value predicted from the current state data collected by the data collection unit using the machine learning model. and a determination unit for determining whether or not the plasma equipment is abnormal.
예시적인 실시예들에 따르면, 플라즈마 설비 레벨에서 OES 데이터를 포함한 플라즈마 공정의 상태값을 나타내는 상태 데이터를 수집하고, 상기 OES 데이터에 대하여 이상점 감지에 특화된 알고리즘 기반의 데이터 전처리를 수행하여 입력 데이터를 획득할 수 있다. 광학 계측 데이터, 수율 데이터 및 파괴 검사 데이터와 같은 상기 플라즈마 공정이 완료된 이후의 공정 결과를 나타내는 테스트 결과 데이터를 출력 데이터로서 획득할 수 있다. 상기 입력 데이터와 상기 출력 데이터를 학습 데이터로 하여 기계학습 모델을 생성하고, 상기 기계학습 모델을 이용하여 현재의 상태 데이터로부터 공정 결과를 예측하여 상기 플라즈마 설비의 상태를 실시간으로 진단할 수 있다.According to exemplary embodiments, state data representing state values of a plasma process including OES data is collected at the plasma equipment level, and algorithm-based data preprocessing specialized for outlier detection is performed on the OES data to obtain input data. can be obtained Test result data representing process results after the plasma process is completed, such as optical measurement data, yield data, and destructive inspection data, may be obtained as output data. A machine learning model is generated using the input data and the output data as learning data, and a process result is predicted from the current state data using the machine learning model, thereby diagnosing the state of the plasma facility in real time.
이에 따라, 상기 플라즈마 공정 이후의 계측 공정이나 테스트 공정(EDS 공정)을 수행하기 전에, 상기 플라즈마 설비를 실시간으로 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 설비 인터로크를 함으로써, 수율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, before performing a measurement process or a test process (EDS process) after the plasma process, the plasma facility is monitored in real time and the facility is interlocked according to the monitoring result, thereby preventing the yield from being lowered. .
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and may be variously extended without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 제조 시스템을 나타내는 블록이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 공정 모니터링 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 2의 기계학습 처리부의 데이터 전처리부에서 수행되는 데이터 전처리의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 2의 기계학습 제어부에 의해 도출된 데이터간의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 2의 기계학습 제어부에 의해 예측된 설비 모니터링 지수에 따른 설비 이상 여부 판단을 나타내는 그래프이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 설비의 실시간 모니터링 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a block diagram illustrating a semiconductor manufacturing system according to example embodiments.
FIG. 2 is a block diagram illustrating the plasma process monitoring system of FIG. 1 .
FIG. 3 is a block diagram illustrating the plasma processing apparatus of FIG. 1 .
4 is a graph showing an example of data pre-processing performed by the data pre-processing unit of the machine learning processing unit of FIG. 2 .
5 is a graph showing a correlation between data derived by the machine learning control unit of FIG. 2 .
FIG. 6 is a graph showing a determination of whether a facility is abnormal according to a facility monitoring index predicted by the machine learning controller of FIG. 2 .
7 is a flowchart illustrating a real-time monitoring method of a plasma facility according to exemplary embodiments.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 제조 시스템을 나타내는 블록이다. 도 2는 도 1의 플라즈마 공정 모니터링 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다. 도 4는 도 2의 기계학습 처리부의 데이터 전처리부에서 수행되는 데이터 전처리의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 5는 도 2의 기계학습 제어부에 의해 도출된 데이터간의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6은 도 2의 기계학습 제어부에 의해 예측된 설비 모니터링 지수에 따른 설비 이상 여부 판단을 나타내는 그래프이다.1 is a block diagram illustrating a semiconductor manufacturing system according to example embodiments. FIG. 2 is a block diagram illustrating the plasma process monitoring system of FIG. 1 . FIG. 3 is a block diagram illustrating the plasma processing apparatus of FIG. 1 . 4 is a graph showing an example of data pre-processing performed by the data pre-processing unit of the machine learning processing unit of FIG. 2 . 5 is a graph showing a correlation between data derived by the machine learning control unit of FIG. 2 . FIG. 6 is a graph showing a determination of whether a facility is abnormal according to a facility monitoring index predicted by the machine learning controller of FIG. 2 .
도 1 내지 도 6을 참조하면, 반도체 제조 시스템은 웨이퍼(W)와 같은 기판 상에 순차적으로 제1, 제2 및 제3 공정들(P1, P2, P3)을 수행하기 위한 제1 내지 제3 공정 설비들(E1, E2, E3) 및 제1 처리 설비(E1)의 이상 여부를 실시간으로 진단하고 제어하기 위한 모니터링 시스템(100)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 6 , the semiconductor manufacturing system includes first to third processes for sequentially performing first, second, and third processes P1, P2, and P3 on a substrate such as a wafer W. The
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 공정 설비(E1)는 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 공정(P1)을 수행하기 위한 플라즈마 설비이고, 제2 공정 설비(E2)는 상기 플라즈마 식각 공정이 수행된 웨이퍼(W) 상에 후속 공정(P2)을 수행하기 위한 설비이고, 제3 공정 설비(E3)는 상기 플라즈마 공정 및 상기 후속 공정이 수행된 웨이퍼(W)에 대한 테스트 공정(P3)을 수행하기 위한 설비일 수 있다.In example embodiments, the first process equipment E1 is a plasma equipment for performing the plasma process P1 on the wafer W, and the second process equipment E2 is a plasma equipment where the plasma etching process is performed. It is equipment for performing the subsequent process (P2) on the wafer (W), and the third process equipment (E3) is to perform the plasma process and the test process (P3) for the wafer (W) on which the subsequent process has been performed. It may be a facility for
예를 들면, 제1 공정 설비(E1)는 웨이퍼(W) 상의 대상막에 관통홀을 형성하기 위한 플라즈마 식각 공정을 수행하는 플라즈마 식각 설비일 수 있다. 제3 공정 설비(E3)는 상기 대상막에 형성된 상기 관통홀의 치수를 계측하기 위한 계측 설비일 수 있다. 이와 다르게, 제3 공정 설비(E3)는 웨이퍼(W) 상에 형성된 반도체 장치의 전기적 특성을 검사하기 위한 검사 설비(EDS(Electrical Die Sorting) 설비)이거나 파괴 검사를 수행하기 위한 파괴 검사 설비를 포함할 수 있다.For example, the first process facility E1 may be a plasma etching facility that performs a plasma etching process for forming a through hole in a target film on the wafer W. The third process facility E3 may be a measurement facility for measuring the size of the through hole formed in the target film. Alternatively, the third process facility E3 includes an inspection facility (EDS (Electrical Die Sorting) facility) for inspecting the electrical characteristics of the semiconductor device formed on the wafer W or a destructive inspection facility for performing a destructive test. can do.
제1 공정 설비(E1)의 예로서는, 플라즈마 식각 설비(plasma dry etcher), 플라즈마 세정 설비(plasma dry cleaner), 플라즈마 화학 기상 증착기(plasma enhanced chemical vapor deposition), 스퍼터링 장치(sputter) 등을 들 수 있다.Examples of the first process facility E1 include a plasma dry etcher, a plasma dry cleaner, a plasma enhanced chemical vapor deposition, a sputtering device, and the like. .
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 공정 설비(E1)는 적어도 하나의 플라즈마 처리 장치(10)를 포함할 수 있다. 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(20), 하부 전극을 갖는 기판 지지부(30), 상부 전극(40), 제1 파워 공급부(50) 및 제2 파워 공급부(60)를 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 가스 공급부(70) 및 배기부(24)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3 , the first process facility E1 may include at least one
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 용량 결합형 플라즈마(CCP, capacitively coupled plasma) 챔버 내에 배치된 반도체 웨이퍼(W)와 같은 기판 상의 식각 대상막을 식각하기 위한 장치일 수 있다. 하지만, 상기 플라즈마 처리 장치에 의해 생성된 플라즈마는 용량 결합형 플라즈마에 제한되지는 않으며, 예를 들면, 유도 결합형 플라즈마, 마이크로웨이브형 플라즈마일 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 처리 장치는 반드시 식각 장치로 제한되지 않으며, 예를 들면, 증착 장치, 세정 장치 등으로 사용될 수 있다. 여기서, 상기 기판은 반도체 기판, 유리 기판 등을 포함할 수 있다.In example embodiments, the
챔버(20) 내부에는 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지부(30)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 기판 지지부(30)는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 서셉터로서의 역할을 수행할 수 있다. 기판 지지부(30)는 상부에 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전 전극을 갖는 정전척을 포함할 수 있다.A substrate support 30 for supporting the substrate may be disposed inside the chamber 20 . For example, the
챔버(20)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 출입을 위한 게이트(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 상기 게이트를 통해 웨이퍼(W)가 상기 기판 지지부 상으로 로딩 및 언로딩될 수 있다.A gate (not shown) may be installed on a sidewall of the chamber 20 to allow entry and exit of the wafer W. A wafer W may be loaded and unloaded onto the substrate support through the gate.
배기부(24)는 챔버(20)의 하부에 설치된 배기 포트에 배기관을 통해 연결될 수 있다. 배기부(24)는 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 포함하여 챔버(20) 내부의 처리 공간을 원하는 진공도의 압력으로 조절할 수 있다. 또한, 챔버(20) 내에 발생된 공정 부산물들 및 잔여 공정 가스들을 상기 배기 포트를 통하여 배출될 수 있다.The
상부 전극(40)은 기판 지지부(30) 내의 하부 전극과 대향하도록 기판 지지부(30) 상부에 배치될 수 있다. 상부 전극(40)과 상기 하부 전극 사이의 챔버 공간은 플라즈마 발생 영역으로 사용될 수 있다. 상부 전극(40)은 기판 지지부(30) 상의 웨이퍼(W)를 향하는 면을 가질 수 있다.The
상부 전극(40)은 챔버(22) 상부에서 절연 차폐 부재(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 상부 전극(40)은 챔버(20) 내부로 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드의 일부로서 제공될 수 있다. 상부 전극(40)은 원형 형상의 전극 플레이트를 포함할 수 있다. 상부 전극(40)은 관통 형성되어 챔버(20) 내부로 가스를 공급하기 위한 복수 개의 분사 홀들을 가질 수 있다.The
가스 공급부(70)는 가스 공급 엘리먼트들로서, 가스 공급원, 유량 제어기 및 가스 공급관을 포함할 수 있다. 상기 가스 공급관은 상기 샤워 어셈블리 내의 가스 확산실과 연결되고, 상기 유량 제어기는 상기 가스 공급관을 통하여 챔버(20) 내부로 유입되는 가스의 공급 유량을 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 공급원은 복수 개의 가스 탱크들을 포함하고, 상기 유량 제어기는 상기 가스 탱크들에 각각 대응하는 복수 개의 질량 유량 제어기들(MFC, mass flow controller)을 포함할 수 있다. 상기 질량 유량 제어기들은 상기 가스들의 공급 유량들을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.The
제1 파워 공급부(50) 및 제2 파워 공급부(60)는 상기 하부 전극 및 상부 전극(40)에 고주파 파워를 인가하여 챔버(20) 내에 플라즈마를 형성할 수 있다.The first
제2 파워 공급부(60)는 상부 RF 전원(62) 및 상부 RF 정합기(64)를 포함할 수 있다. 상부 RF 전원(62)은 고주파(RF) 신호를 발생시킬 수 있다. 상부 RF 정합기(64)는 상부 RF 전원(62)에서 발생된 RF 신호의 임피던스를 매칭하여 발생시킬 플라즈마를 제어할 수 있다.The second power supply 60 may include an upper RF power source 62 and an upper RF matching unit 64 . The upper RF power source 62 may generate a radio frequency (RF) signal. The upper RF matcher 64 may match the impedance of the RF signal generated from the upper RF power supply 62 to control plasma to be generated.
제1 파워 공급부(50)는 하부 RF 전원(52) 및 하부 RF 정합기(54)를 포함할 수 있다. 하부 RF 전원(52)은 고주파(RF) 신호를 발생시킬 수 있다. 하부 RF 정합기(54)는 바이어스 RF의 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 하부 RF 전원(52)과 상부 RF 전원(62)는 시스템 제어기(90)의 동조기를 통하여 서로 동기화되거나 비동기화될 수 있다.The
시스템 제어기(90)는 제1 파워 공급부(50) 및 제2 파워 공급부(60)에 연결되어 이들의 동작을 제어할 수 있다. 상기 시스템 제어기는 마이크로컴퓨터 및 각종 인터페이스를 포함하고, 외부 메모리 또는 내부 메모리에 저장되는 프로그램 및 레시피 정보에 따라 상기 플라즈마 처리 장치의 동작을 제어할 수 있다.The
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 기판 지지부(30)의 온도를 조절하기 위한 온도 조절부를 포함할 수 있다. 상기 온도 조절부는 히터 및/또는 쿨러를 포함할 수 있다.In example embodiments, the
예를 들면, 상기 온도 조절부는 상기 정전척 내부에 배치되어 상기 정전척의 온도를 조절하기 위한 히터(32) 및 히터(32)에 전력을 공급하기 위한 히터 전원 공급기(34)를 포함할 수 있다. For example, the temperature controller may include a
또한, 상기 온도 조절부는 기판 지지부(30)를 냉각시키기 위한 상기 쿨러로서의 기판 채널들을 통해 냉각제 흐름(압력 및 유량)을 조절하기 위한 냉각제 어셈블리(38)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 냉각제 어셈블리(38)는 냉각제 펌프 및 저장부를 포함할 수 있다. 냉각제 어셈블리(38)는 시스템 제어기(90)에 의해 상기 채널들을 통해 냉각제를 선택적으로 흘리도록 동작할 수 있다. 시스템 제어기(90)는 상기 냉각제의 유량 및 온도를 제어할 수 있다.Further, the temperature controller may include a
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(20) 내부의 온도를 검출하기 위한 챔버 온도 센서, 챔버(20) 내부의 압력을 검출하기 위한 챔버 압력 센서, 기판 지지부(30)의 온도를 검출하기 위한 정전척 온도 센서(36), 상기 가스 및 상기 냉각제의 온도를 검출하기 위한 온도 센서들, 공급된 RF 전압을 검출하기 위한 전압 센서, 상기 가스 및 상기 냉각제의 압력을 검출하기 위한 압력 센서 등을 포함할 수 있다. 상기 센서들로부터 검출된 센서 검출 신호들은 인터페이스들을 통해 시스템 제어기(90)로 제공될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 시스템 제어기(90)는 설비 부품 모니터링 데이터로서 상기 센서 검출 데이터를 입력 데이터 수집부(110)의 제1 데이터 수집부(112)로 출력할 수 있다. In addition, the
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(20) 내에 발생된 플라즈마를 분석하기 위한 광 검출기(80)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 광 검출기(80)는 발광 분광기(OES, optical emission spectrometer)를 포함할 수 있다.Also, the
챔버(20)의 일측벽에는 챔버(20) 내부로의 광학적 접근을 위한 광학 윈도우(22)가 구비될 수 있다. 플라즈마는 플라즈마 가스 또는 식각 가스와 그에 반응되는 식각 대상 박막의 종류에 따라 고유의 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 플라즈마로부터 방출된 광은 광학 윈도우(22)를 통해 외부로 출사될 수 있다.An
상기 발광 분광기는 챔버(20)의 광학 윈도우(22)에 인접하게 설치될 수 있다. 상기 발광 분광기는 챔버(20)의 광학 윈도우(22)를 통해 투과되는 플라즈마(P)로부터 발생된 광을 모니터링할 수 있다. 광학 윈도우(22)를 통해 입사된 광은 광학 화이버(optical fiber)를 통해 상기 발광 분광기로 전송되고, 상기 발광 분광기는 상기 광을 파장에 따라 분광한 후, CCD 센서로 파장별 강도(Intensity)를 확인하고 광전 증폭관(Photo Multiplier Tube, PMT)을 통해 강도를 증폭시킬 수 있다.The emission spectrometer may be installed adjacent to the
따라서, 광 검출기(80)는 챔버(20) 내에 발생된 플라즈마로부터의 광을 분광하여 파장 별 광의 세기를 검출할 수 있다. 광 검출기(80)로부터 검출된 신호들(OES 데이터)은 인터페이스를 통해 시스템 제어기(90)로 제공될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 시스템 제어기(90)는 플라즈마 모니터링 데이터로서 상기 OES 데이터를 입력 데이터 수집부(110)의 제2 데이터 수집부(114)로 출력할 수 있다. 상기 OES 데이터는 각 시간에 측정된 각 파장의 발광 강도를 나타내는 데이터일 수 있다. 상기 OES 데이터는 공정 시간 별 200nm 내지 850nm의 파장 범위에 따른 강도 데이터를 포함할 수 있다.Accordingly, the
예시적인 실시예들에 있어서, 모니터링 시스템(100)은 제1 공정 설비(E1)의 플라즈마 처리 장치(10)에 의해 수행되는 플라즈마 처리 공정의 상태값을 나타내는 상태 데이터를 실시간으로 수집하고, 기계학습 모델을 이용하여 상기 상태 데이터로부터 상기 플라즈마 처리 공정이 완료된 후의 제품 수율을 나타내는 테스트 결과값을 예측하고 이에 기초하여 플라즈마 처리 장치(10)의 이상 유무를 판단할 수 있다.In example embodiments, the
상기 예측된 테스트 결과값에 따라 플라즈마 처리 장치(10)에 이상이 있는 경우, 모니터링 시스템(100)은 인터로크 제어 신호를 플라즈마 처리 장치(10)의 시스템 제어기(90)로 출력하고, 시스템 제어기(90)는 상기 인터로크 제어 신호에 따라 플라즈마 처리 장치(10)를 인터로크하도록 제어할 수 있다.If there is an abnormality in the
도 2에 도시된 바와 같이, 모니터링 시스템(100)은 학습 데이터 수집부 및 기계학습 처리부(200)를 포함할 수 있다. 상기 학습 데이터 수집부는 입력 데이터 수집부(110) 및 출력 데이터 수집부(150)를 포함할 수 있다. 기계학습 처리부(200)는 데이터 전처리부(210) 및 기계학습 제어부(220)를 포함할 수 있다. 또한, 모니터링 시스템(100)은 표시부(300)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the
입력 데이터 수집부(110)는 플라즈마 처리 장치(10)에 의해 수행되는 플라즈마 처리 공정의 상태값을 나타내는 상태 데이터를 수집할 수 있다. 상기 상태 데이터는 플라즈마 처리 장치(10)의 부품 상태를 나타내는 설비 부품 모니터링 데이터 및 플라즈마 처리 장치(10) 내에 발생된 플라즈마 상태를 나타내는 플라즈마 모니터링 데이터 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 입력 데이터 수집부(110)는 제1 데이터 수집부(112) 및 제2 데이터 수집부(114)를 포함할 수 있다. The input
제1 데이터 수집부(112)는 플라즈마 처리 장치(10)의 부품 상태를 나타내는 설비 부품 모니터링 데이터를 수집할 수 있다. 플라즈마 처리 장치(10)에 설치된 부품 센서들로부터 검출된 센서 검출 데이터는 시스템 제어기(90)로 제공되고, 제1 데이터 수집부(112)는 시스템 제어기(90)로부터 상기 설비 부품 모니터링 데이터로서의 상기 센서 검출 데이터를 수신할 수 있다. 상기 설비 부품 모니터링 데이터의 예로서는, RF(Radio Frequency) 파워, RF 주파수, 정전척 온도, 냉각제 유량, 가스 유량, 정전척 후면 가스(He) 압력, 상부 전극 온도 등을 들 수 있다.The first
제2 데이터 수집부(114)는 플라즈마 처리 장치(10)의 챔버(20) 내에 발생된 플라즈마 상태를 나타내는 플라즈마 모니터링 데이터를 수집할 수 있다. 플라즈마 처리 장치(10)에 설치된 광 검출기(80)로부터 검출된 OES 데이터는 시스템 제어기(90)로 제공되고, 제2 데이터 수집부(112)는 시스템 제어기(90)로부터 상기 플라즈마 모니터링 데이터로서의 상기 OES 데이터를 수신할 수 있다.The
예시적인 실시예들에 있어서, 입력 데이터 수집부(110)는 제3 데이터 수집부(116)를 더 포함할 수 있다. 제3 데이터 수집부(116)는 가상 계측 데이터(Virtual Metrology Data)를 수집할 수 있다. 상기 가상 계측 데이터는 상기 센서들로부터 직접 획득한 데이터가 아닌, 플라즈마 설비의 이상점을 용이하게 판단하도록 관리자에 의해 정의되거나 특정 가공 알고리즘에 의해 정의 및 생성된 가공 데이터를 의미할 수 있다.In example embodiments, the
예를 들면, V-NAND 제품에서의 채널 홀 형성을 위한 플라즈마 식각 공정 시에 검출된 특정 가스(예를 들면, CN 가스)의 파장이 감소하거나 검출되지 않는 특정 시점을 상기 가상 계측 데이터로서 설정하여 이를 수집할 수 있다. 상기 가상 계측 데이터의 예로서는, 웨이퍼 막질별 식각 속도 예측값, 공정 단계별 가스 유량의 차이값 등을 들 수 있다. 후술하는 바와 같이, 기계학습 처리부(200)는 특정 가공 알고리즘을 통해 공정 결과(제품 수율)과 상관관계를 갖는 상기 가상 계측 데이터를 발굴하거나 업데이트할 수 있다. For example, a specific point in time at which the wavelength of a specific gas (eg, CN gas) detected during a plasma etching process for channel hole formation in a V-NAND product decreases or is not detected is set as the virtual measurement data you can collect this. Examples of the virtual measurement data include an etch rate prediction value for each wafer film quality, a gas flow rate difference value for each process step, and the like. As will be described later, the machine
출력 데이터 수집부(150)는 플라즈마 처리 장치(10)에 의해 수행되는 상기 플라즈마 처리 공정(또는 이후의 후속 공정)이 완료된 후의 공정 결과(제품 수율)를 나타내는 테스트 결과 데이터를 수집할 수 있다. 상기 테스트 결과 데이터는 계측 설비에 의해 측정된 계측 데이터, 전기적 검사 설비(EDS 설비)에 의해 측정된 테스트 데이터 및 파괴 검사 설비에 의해 측정된 파괴 검사 데이터 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 출력 데이터 수집부(150)는 제4 데이터 수집부(152), 제5 데이터 수집부(154) 및 제6 데이터 수집부(156)를 포함할 수 있다.The output
제4 데이터 수집부(152)는 계측 설비에 의해 측정된 계측 데이터를 수집할 수 있다. 예를 들면, 제4 데이터 수집부(152)는 상기 계측 설비로부터 웨이퍼(W) 상의 대상막에 형성된 관통홀의 치수를 나타내는 OCD(Optical Critical Dimension) 데이터를 수신할 수 있다.The fourth
제5 데이터 수집부(154)는 전기적 검사 설비에 의해 측정된 테스트 데이터를 수집할 수 있다. 예를 들면, 제5 데이터 수집부(154)는 상기 전기적 검사 설비로부터 웨이퍼(W)에 형성된 반도체 칩의 EDS 데이터를 수신할 수 있다.The fifth
제6 데이터 수집부(156)는 파괴 검사 설비에 의해 측정된 파괴 검사 데이터를 수집할 수 있다. 예를 들면, 제6 데이터 수집부(154)는 상기 파괴 검사 설비로부터 웨이퍼(W)의 파괴 검사 데이터 수신할 수 있다.The sixth
기계학습 처리부(200)의 데이터 전처리부(210)는 상기 수집된 데이터를 기계학습 알고리즘에 적합한 데이터로 바꾸기 위한 데이터 전처리를 수행할 수 있다. 데이터 전처리부(210)는 하나의 웨이퍼가 플라즈마 처리 장치(10)에서 처리되는 동안 획득한 시계열 데이터를 통계 처리하여 하나의 데이터값(대표 통계값)을 제공할 수 있다. 하나의 웨이퍼에 대한 시계열 데이터는 하나의 통계값으로 전처리되고, 소정의 기간 동안 수집된 통계값들은 경시적으로 움직이는 플라즈마 처리 장치(10)의 열화 경향성을 나타낼 수 있다. 데이터 전처리부(210)는 제1 전처리부(212) 및 제2 전처리부(214)를 포함할 수 있다. The
제1 전처리부(212)는 제1 데이터 수집부(112)로부터 수집된 상기 상기 설비 부품 모니터링 데이터를 통계적 처리하여 하나의 통계 데이터값을 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 통계값은 평균값, 중위값, 최소값, 최대값, 합, 표준편차 등을 포함할 수 있다.The
제2 전처리부(214)는 제2 데이터 수집부(114)로부터 수집된 상기 플라즈마 상태 데이터에 대하여 전처리를 수행할 수 있다. 상기 OES 데이터는 시간 경과에 따른 공정 시간 별 200nm 내지 850nm의 파장 범위에 따른 강도 데이터를 포함하므로, 제2 전처리부(214)는 기계학습 알고리즘에 사용하기 위하여 보간(Interpolation), 피크 검출(Peak Detection), 시프트 캘리브레이션(Shift Calibration), 정규화(Normalization), 추가적 정규화(Additional Normalization) 등의 전처리를 수행할 수 있다. 또한, 장비 간 매칭(TTTM) 전처리를 통해 동일한 플라즈마 공정에서 장비 간 오차를 감소시킬 수 있다.The
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 수집된 OES 데이터를 일정 파장 간격으로 보간(Interpolation) 전처리할 수 있다. 상기 OES 데이터의 파장 간격이 일정하지 않을 경우, 이를 보정하기 위하여 일정 간격으로 선형 보정을 수행할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 4 , the collected OES data may be interpolated and preprocessed at regular wavelength intervals. When the wavelength interval of the OES data is not constant, linear correction may be performed at regular intervals to compensate for this.
이어서, 시간 경과에 따른 피크 강도값을 갖는 파장만을 데이터로 사용하기 위하여 피크 검출(Peak Detection) 전처리를 수행할 수 있다. 이 때, 피크 검출 알고리즘(Peak Detection Algorithm)을 적용하여 특정 시점에서 피크값을 갖는 파장만을 추출할 수 있다.Subsequently, peak detection preprocessing may be performed in order to use only wavelengths having peak intensity values over time as data. In this case, only wavelengths having a peak value at a specific time point may be extracted by applying a peak detection algorithm.
이후, 상기 OES 파장은 보간(Interpolation) 효과 또는 플라즈마 챔버의 정비(PM, Preventive Maintenance) 효과에 의해 피크값이 시프트될 수 있으며 이를 보정하기 위해 시프트 캘리브레이션(Shift Calibration) 전처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, V-NAND 제품에서의 채널 홀 형성을 위한 플라즈마 식각 공정의 경우, 쉬프트 캘리브레이션(Shift Calibration)을 위하여, 인시튜-건조 세정(In-Situ Dry clean) 공정의 산소 플라즈마 피크를 사용할 수 있다. 이미 알고 있는 산소 성분의 피크를 사용하여 상기 ISD 공정에서 산소 피크들이 얼마나 시프트되어 있는지 N차 다항(Polynomial) 함수로 피팅(Fitting)한 후 상기 함수를 200nm 내지 850nm의 파장에 내삽하여 파장을 보정할 수 있다.Thereafter, the peak value of the OES wavelength may be shifted due to an interpolation effect or a preventive maintenance (PM) effect of the plasma chamber, and shift calibration preprocessing may be performed to correct this. For example, in the case of a plasma etching process for forming channel holes in V-NAND products, the oxygen plasma peak of the in-situ dry clean process can be used for shift calibration. there is. After fitting with an N-order polynomial function how much the oxygen peaks are shifted in the ISD process using the already known peak of the oxygen component, the function is interpolated to a wavelength of 200 nm to 850 nm to correct the wavelength. can
이어서, 상기 OES 데이터에서의 강도값은 챔버의 고주파(RF) 시간이 경과함에 따라 광학 윈도우의 오염에 의해 감소하는 경향을 보이는데, 이러한 효과를 보정하기 위해 신호 강도를 주변 파장 강도로 나누어 정규화(Normalization) 전처리를 수행할 수 있다.Subsequently, the intensity value in the OES data tends to decrease due to contamination of the optical window as the radio frequency (RF) time of the chamber elapses. To correct for this effect, the signal intensity is divided by the ambient wavelength intensity to normalize ) preprocessing can be performed.
또한, 이미 알고있는 공정의 특성을 활용하여 특정 파장의 신호를 추가적으로 정규화(Normalization)할 수 있다. 예를 들어, CN 파장(387nm)을 분석하는 경우, NF3 가스가 공급되지 않는 공정에서 CN 파장(387nm)의 최소 강도값을 전체 공정 단계에서 감산함으로써 CN 가스의 기저값을 제거하는 효과를 얻을 수 있다.In addition, a signal of a specific wavelength may be additionally normalized by utilizing the known characteristics of the process. For example, in the case of analyzing the CN wavelength (387 nm), in a process where NF 3 gas is not supplied, the minimum intensity value of the CN wavelength (387 nm) is subtracted from all process steps to obtain the effect of removing the base value of CN gas. can
기계학습 제어부(220)는 상기 전처리된 데이터를 학습 데이터로 사용하여 기계학습 모델을 생성하고 상기 기계학습 모델을 이용하여 실시간으로 수집된 현재의 상태 데이터로부터 테스트 결과값을 예측할 수 있다. 기계학습 제어부(220)는 데이터 저장부(222), 학습 모델 생성부(224) 및 판단부(226)를 포함할 수 있다.The machine
데이터 저장부(222)는 데이터 전처리부(210)에 의해 전처리된 데이터 및 제3 제3 데이터 수집부(116)로부터 제공된 상기 가상 계측 데이터를 입력 데이터로서 저장하고, 출력 데이터 수집부(150)로부터 제공된 테스트 결과 데이터를 출력 데이터로서 저장할 수 있다.The
학습모델 생성부(224)는 상기 입력 데이터 및 상기 출력 데이터를 학습 데이터로 사용하여 기계학습 모델을 생성할 수 있다. 학습모델 생성부(224)는 상기 입력 데이터와 상기 출력 데이터 사이의 정합성이 가장 높은 기계학습 알고리즘을 사용할 수 있다. 상기 기계학습 알고리즘의 예로서는, 다중 선형 회귀(Multi-Variable Linear Regression), 라쏘(Lasso), 결정 트리(Decision Tree), 랜덤 포레스트(Random Forest), 그라디언트 부스팅(Gradient Boosting) 등을 들 수 있다.The learning
선형 회귀(Linear Regression) 모델은 데이터간의 선형 상관성으로부터 결과를 예측하는 알고리즘이고, 다중 선형 회귀(Multi-Variable Linear Regression) 모델은 복수 개의 항목들(features)로부터 결과를 예측하는 알고리즘일 수 있다. 라쏘(Lasso)는 선형 회귀 모델에서 계수의 크기를 최소화하도록 하여 데이터의 항목(Feature)의 개수를 줄일 수 있는 알고리즘이다. 결정 트리(Decision Tree) 알고리즘은 의사결정 규칙들을 도표화하여 분류, 예측하는 알고리즘이며, 랜덤 포레스트(Random Forest)는 결정 트리(Decision Tree)에 무작위성을 추가하여 예측 모델의 불안정성을 줄인 알고리즘이다. 그라이언트 부스팅(Gradient Boosting)은 분류기들에 샘플 가중치를 조정해 학습을 진행하는 알고리즘이며 경사 하강법을 통해 샘플 가중치를 업데이트할 수 있다.A linear regression model may be an algorithm that predicts a result from a linear correlation between data, and a multi-variable linear regression model may be an algorithm that predicts a result from a plurality of features. Lasso is an algorithm that can reduce the number of features in data by minimizing the size of coefficients in a linear regression model. The decision tree algorithm is an algorithm that classifies and predicts by tabulating decision-making rules, and the random forest is an algorithm that reduces the instability of the prediction model by adding randomness to the decision tree. Gradient Boosting is an algorithm that learns by adjusting sample weights in classifiers, and can update sample weights through gradient descent.
학습모델 생성부(224)는 생성된 기계학습 모델의 성능을 평가할 수 있는 평가 지표를 이용할 수 있다. 상기 평가 지표의 예로서는 R 제곱(R-squared), 정밀도(Precision), F-score 등을 들 수 있다. 상기 R 제곱은 결정 계수로서 회귀모형의 적합도를 나타낼 수 있다. 예측하려는 값이 연속적일 경우 사용하는 지수로써, 상기 R 제곱값은 0과 1 사이이며 1에 가까울수록 기계학습 모델이 결과값을 정확히 예측하고 있음을 나타낼 수 있다. 상기 정밀도는 분류 모형에서 모델이 'True'라고 예측한 것 중에서 실제로 'True'인 것의 비율로서 정의될 수 있다. 정밀도 값은 0과 1 사이이며 1에 가까울수록 모델의 정밀도가 높다는 것을 나타낼 수 있다. 상기 F-score는 분류 모형에서 정밀도와 재현율(Recall)(실제 'True'인 것 중에서 모델이 'True'라고 예측한 것의 비율)의 조화평균을 나타내며, 정밀도와 재현율 모두를 고려하여 모델의 정확도를 나타낼 수 있다. 그 값이 1에 가까울수록 모델의 정확도가 높다는 것을 나타낼 수 있다.The learning
학습모델 생성부(224)는 이러한 평가 지표를 확인하여 가장 높은 정합성의 플라즈마 공정 결과를 예측할 수 있는 모델을 선택하거나 앙상블(Ensemble) 학습법을 통해 다수의 학습 알고리즘을 조합할 수 있다.The learning
학습모델 생성부(224)는 생성된 기계학습 모델을 통해 설비 모니터링 지수(Index)를 도출할 수 있다. 상기 설비 모니터링 지수는 상기 기계학습 모델에서 예측한 결과값(출력값)(OCD 데이터, EDS 데이터, 파괴검사 데이터)일 수 있다. 상기 발굴된 설비 모니터링 지수는 설비 로그(log) 생성 후 실시간 데이터 처리를 통해 자동으로 수집될 수 있다. 상기 지수는 팹(Fab) 기간망을 통해 전산화하여(가상 데이터화하여) 제3 데이터 수집부(116)를 통해 상기 가상 계측 데이터로서 수집될 수 있다.The learning
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 처리 설비에 의해 수행되는 플라즈마 공정의 상태값을 나타내는 상태 데이터만으로 도출된 상기 설비 모니터링 지수를 통해 품질을 나타내는 공정 주요 파라미터인 VCD(Vertical CD)를 예측할 수 있음을 알 수 있다. 여기서, 모델 정합성은 모든 챔버 기준 0.72이고, X축은 상기 기계학습 모델에 의해 도출된 설비 모니터링 지수(Index)이고, Y축은 V-NAND 채널 홀에서의 워드 라인의 CD 데이터(vertical CD)일 수 있다. As shown in FIG. 5, it is possible to predict VCD (Vertical CD), a major process parameter representing quality, through the facility monitoring index derived only from state data representing the state value of the plasma process performed by the plasma processing facility. can know Here, the model consistency is 0.72 for all chambers, the X axis is the equipment monitoring index (Index) derived by the machine learning model, and the Y axis is the CD data (vertical CD) of the word line in the V-NAND channel hole. .
판단부(226)는 상기 기계학습 모델을 이용하여 데이터 수집부(110)에 의해 수집된 현재의 상태 데이터로부터 공정 결과(제품 수율)를 나타내는 테스트 결과값을 예측하고 상기 예측된 테스트 결과값에 따라 플라즈마 처리 장치(10)의 이상 유무를 판단할 수 있다. The
도 6에 도시된 바와 같이, 판단부(226)는 상기 설비 모니터링 지수 및 공정 테스트 결과를 연계하여 허용 범위(specification)을 도출하고, 실시간으로 도출한 설비 모니터링 지수가 상기 허용 범위를 벗어날 경우(A 경우) 설비 인터로크를 적용하여 수율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.As shown in FIG. 6, the
예를 들면, 상기 기계학습 모델을 이용하여 예측한 OCD값이 불량 영역에 있을 경우(너무 크거나 작을 경우), 해당 웨이퍼가 불량인 확률이 높다고 판단할 수 있다. 실제 OCD값과 실제 EDS 데이터의 상관관계 분석을 통해 OCD값의 불량 영역을 미리 알 수 있으므로, 예측된 OCD값이 불량 영역에 있을 때 설비 이상이라고 판단할 수 있다.For example, when the OCD value predicted using the machine learning model is in the defective area (too large or too small), it may be determined that the probability that the corresponding wafer is defective is high. Since the defective area of the OCD value can be known in advance through the correlation analysis between the actual OCD value and the actual EDS data, it can be determined that the equipment is abnormal when the predicted OCD value is in the defective area.
판단부(226)는 상기 예측된 테스트 결과값에 따라 플라즈마 처리 장치(10)에 이상이 있다고 판단한 경우, 인터로크 제어 신호를 플라즈마 처리 장치(10)의 시스템 제어기(90)로 출력하고, 시스템 제어기(90)는 상기 인터로크 제어 신호에 따라 플라즈마 처리 장치(10)를 인터로크하도록 제어할 수 있다.When it is determined that the
표시부(300)는 판단부(226)에 의해 판단된 테스트 결과값을 사용자에게 표시하기 위한 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 표시부(300)는 상기 기계학습에 사용되는 상기 상태 데이터 및 상기 전처리된 데이터에 대한 정보 및 상기 기계학습 모델의 정합성에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. The
상술한 바와 같이, 플라즈마 설비의 모니터링 시스템(100)은 플라즈마 설비(12)에 의해 수행되는 플라즈마 공정의 상태값을 나타내는 상태 데이터 및 상기 플라즈마 공정에 따른 공정 결과(제품 수율)를 나타내는 테스트 결과 데이터를 수집하고, 입력 데이터로서의 상기 상태 데이터 및 출력 데이터로서의 상기 테스트 결과 데이터를 학습 데이터로 하여 기계학습 모델을 생성할 수 있다.As described above, the
모니터링 시스템(100)은 플라즈마 설비(12)에 의해 플라즈마 공정이 수행될 때 실시간으로 상태 데이터를 수신하고, 상기 기계학습 모델을 이용하여 현재의 상태 데이터로부터 상기 플라즈마 설비의 상태를 실시간으로 진단하고 공정 결과를 예측할 수 있는 지수(Index)를 도출할 수 있다. 상기 도출된 지수가 허용 범위를 벗어난 경우, 상기 플라즈마 설비에 이상이 있는 것으로 판단하고, 설비를 인터로크하여 수율 저하를 방지할 수 있다.The
이하에서는, 상술한 모니터링 시스템을 이용하여 플라즈마 설비를 실시간으로 모니터링하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of monitoring a plasma facility in real time using the above-described monitoring system will be described.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 설비의 실시간 모니터링 방법을 나타내는 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a real-time monitoring method of a plasma facility according to exemplary embodiments.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 먼저, 웨이퍼(W) 상에 반도체 제조 공정을 수행하고, 상기 반도체 제조 공정 시에 수집된 데이터를 학습 데이터로 하여 기계학습 모델을 생성할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 7 , first, a semiconductor manufacturing process may be performed on a wafer W, and a machine learning model may be generated using data collected during the semiconductor manufacturing process as learning data.
예시적인 실시예들에 있어서, 웨이퍼(W)와 같은 기판 상에 순차적으로 제1, 제2 및 제3 공정들(P1, P2, P3)을 수행하여 웨이퍼(W) 상에 구조물 또는 반도체 장치(반도체 칩)을 형성할 수 있다. 제1 공정(P1)은 플라즈마 처리 공정이고, 제2 공정(P2)은 상기 플라즈마 처리 공정 이후에 수행되는 후속 제조 공정이고, 제3 공정(P3)은 상기 구조물 또는 상기 반도체 장치(반도체 칩)의 불량 여부를 검사하기 위한 검사 공정일 수 있다. In example embodiments, first, second, and third processes P1, P2, and P3 are sequentially performed on a substrate such as a wafer W to form a structure or semiconductor device ( semiconductor chip). The first process (P1) is a plasma treatment process, the second process (P2) is a subsequent manufacturing process performed after the plasma treatment process, and the third process (P3) is the structure or the semiconductor device (semiconductor chip). It may be an inspection process for inspecting defects.
예를 들면, 제1 공정(P1)은 웨이퍼(W) 상의 대상막에 관통홀을 형성하기 위한 플라즈마 식각 공정일 수 있다. 제3 공정(P3)은 상기 대상막에 형성된 상기 관통홀의 치수를 계측하기 위한 계측 공정일 수 있다. 이와 다르게, 제3 공정(P3)는 웨이퍼(W) 상에 형성된 반도체 장치의 전기적 특성을 검사하기 위한 검사 공정 또는 파괴 검사 공정일 수 있다.For example, the first process P1 may be a plasma etching process for forming through holes in the target film on the wafer W. The third process P3 may be a measurement process for measuring the size of the through hole formed in the target film. Alternatively, the third process P3 may be an inspection process or a destructive inspection process for inspecting the electrical characteristics of the semiconductor device formed on the wafer W.
이어서, 플라즈마 처리 공정(P1)을 수행하는 플라즈마 처리 장치(10)로부터 수집된 상태 데이터 및 상기 플라즈마 처리 공정(또는 이후의 후속 제조 공정(P2))이 완료된 후의 공정 결과(제품 수율)를 나타내는 테스트 결과 데이터를 수집하고, 상기 상태 데이터 및 상기 테스트 결과 데이터를 학습 데이터로 하여 기계학습 모델을 생성할 수 있다.Next, a test showing the state data collected from the
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 상태 데이터는 플라즈마 처리 장치(10)의 부품 상태를 나타내는 설비 부품 모니터링 데이터 및 플라즈마 처리 장치(10)의 챔버(20) 내에 발생된 플라즈마 상태를 나타내는 플라즈마 모니터링 데이터 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 상태 데이터는 상기 공정 결과와 상관관계를 갖는 가상 계측 데이터를 더 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the state data is selected from among facility parts monitoring data indicating the state of parts of the
상기 설비 부품 모니터링 데이터는 플라즈마 처리 장치(10)에 설치된 부품 센서들로부터 수집될 수 있다. 상기 설비 부품 모니터링 데이터의 예로서는, RF(Radio Frequency) 파워, RF 주파수, 정전척 온도, 냉각제 유량, 가스 유량, 정전척 후면 가스(He) 압력, 상부 전극 온도 등을 들 수 있다.The facility part monitoring data may be collected from part sensors installed in the
상기 플라즈마 모니터링 데이터는 플라즈마 처리 장치(10)에 설치된 광 검출기(80)로부터 수집될 수 있다. 예를 들면, 광 검출기(80)는 발광 분광기(OES, optical emission spectrometer)를 포함할 수 있다. 상기 상기 플라즈마 모니터링 데이터는 OES 데이터를 포함할 수 있다. 상기 OES 데이터는 각 시간에 측정된 각 파장의 발광 강도를 나타내는 데이터일 수 있다.The plasma monitoring data may be collected from an
상기 가상 계측 데이터는 플라즈마 설비의 이상점을 용이하게 판단하도록 관리자에 의해 생성되거나 특정 가공 알고리즘에 의해 생성된 가공 데이터를 포함할 수 있다.The virtual measurement data may include processing data generated by a manager or generated by a specific processing algorithm to easily determine an abnormality of a plasma facility.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 테스트 결과 데이터는 계측 설비에 의해 측정된 계측 데이터, 전기적 검사 설비(EDS 설비)에 의해 측정된 테스트 데이터 및 파괴 검사 설비에 의해 측정된 파괴 검사 데이터 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the test result data is at least one of measurement data measured by a measurement facility, test data measured by an electrical inspection facility (EDS facility), and destructive test data measured by a destructive test facility. can include
예를 들면, 상기 계측 데이터는 웨이퍼(W) 상의 대상막에 형성된 구조물의 치수를 나타내는 OCD(Optical Critical Dimension) 데이터를 포함할 수 있다. 상기 테스트 데이터는 웨이퍼(W)에 형성된 반도체 칩의 EDS 데이터를 포함할 수 있다. For example, the measurement data may include Optical Critical Dimension (OCD) data representing dimensions of a structure formed on a target film on the wafer W. The test data may include EDS data of a semiconductor chip formed on the wafer (W).
이어서, 상기 수집된 데이터를 머신러닝 알고리즘에 적합한 데이터로 바꾸기 위한 데이터 전처리를 수행할 수 있다.Subsequently, data preprocessing may be performed to convert the collected data into data suitable for a machine learning algorithm.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 전처리부(212)는 제1 데이터 수집부(112)로부터 수집된 상기 상기 설비 부품 모니터링 데이터를 통계적 처리하여 하나의 통계 데이터값을 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 전처리된 통계값은 평균값, 중위값, 최소값, 최대값, 합, 표준편차 등을 포함할 수 있다.In example embodiments, the
제2 전처리부(214)는 제2 데이터 수집부(114)로부터 수집된 상기 플라즈마 상태 데이터에 대하여 전처리를 수행할 수 있다. 상기 OES 데이터는 시간 경과에 따른 공정 시간 별 200nm 내지 850nm의 파장 범위에 따른 강도 데이터를 포함하므로, 제2 전처리부(214)는 기계학습 알고리즘에 사용하기 위하여 보간(Interpolation), 피크 검출(Peak Detection), 쉬프트 캘리브레이션(Shift Calibration), 정규화(Normalization), 추가적 정규화(Additional Normalization) 등의 전처리를 수행할 수 있다. 또한, 장비 간 매칭(TTTM) 전처리를 통해 동일한 플라즈마 공정에서 장비 간 오차를 감소시킬 수 있다.The
이어서, 학습모델 생성부(224)는 상기 입력 데이터 및 상기 출력 데이터를 학습 데이터로 사용하여 기계학습 모델을 생성할 수 있다. 학습모델 생성부(224)는 상기 입력 데이터와 상기 출력 데이터 사이의 정합성이 가장 높은 기계학습 알고리즘을 사용할 수 있다. 상기 기계학습 알고리즘의 예로서는, 다중 선형 회귀(Multi-Variable Linear Regression), 라쏘(Lasso), 결정 트리(Decision Tree), 랜덤 포레스트(Random Forest), 그라디언트 부스팅(Gradient Boosting) 등을 들 수 있다.Subsequently, the learning
도 7에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)에 의해 새로운 웨이퍼 상에 수행된 플라즈마 처리 공정의 상태를 나타내는 상태 데이터를 실시간으로 수집하고(S10), 수집된 상기 상태 데이터를 전처리하고(S20), 상기 기계학습 모델을 이용하여 상기 전처리된 상태 데이터로부터 공정 결과(제품 수율)을 나타내는 테스트 결과값을 예측하고(S30), 상기 예측된 테스트 결과값에 따라 플라즈마 처리 장치(10)에 이상이 있다고 판단된 경우, 플라즈마 처리 장치(10)를 인터로크할 수 있다(S40).As shown in FIG. 7, state data indicating the state of a plasma treatment process performed on a new wafer by the
예시적인 실시예들에 있어서, 기계학습 제어부(220)의 판단부(226)는 상기 기계학습 모델을 이용하여 실시간으로 수집된 상기 상태 데이터로부터 도출한 설비 모니터링 지수가 허용 범위를 벗어날 경우, 설비 인터로크를 적용하여 수율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.In example embodiments, the
예를 들면, 상기 기계학습 모델을 이용하여 예측한 OCD값이 불량 영역에 있을 경우(너무 크거나 작을 경우), 해당 웨이퍼가 불량인 확률이 높다고 판단할 수 있다. 실제 OCD값과 실제 ESD 데이터의 상관관계 분석을 통해 OCD값의 불량 영역을 미리 알 수 있으므로, 예측된 OCD값이 불량 영역에 있을 때 설비 이상이라고 판단할 수 있다.For example, when the OCD value predicted using the machine learning model is in the defective area (too large or too small), it may be determined that the probability that the corresponding wafer is defective is high. Since the defective area of the OCD value can be known in advance through the correlation analysis between the actual OCD value and the actual ESD data, it can be determined that the equipment is abnormal when the predicted OCD value is in the defective area.
판단부(226)는 상기 예측된 테스트 결과값에 따라 플라즈마 처리 장치(10)에 이상이 있다고 판단한 경우, 인터로크 제어 신호를 플라즈마 처리 장치(10)의 시스템 제어기(90)로 출력하고, 시스템 제어기(90)는 상기 인터로크 제어 신호에 따라 플라즈마 처리 장치(10)를 인터로크하도록 제어할 수 있다.When it is determined that the
전술한 반도체 제조 공정은 로직 소자나 메모리 소자를 포함하는 반도체 패키지를 제조하는 데 사용될 수 있다. 상기 반도체 패키지는, 예를 들어 중앙처리장치(CPU, MPU), 애플리케이션 프로세서(AP) 등과 같은 로직 소자, 예를 들어 에스램(SRAM) 장치, 디램(DRAM), 고대역폭 메모리(HBM) 장치 장치 등과 같은 휘발성 메모리 장치, 및 예를 들어 플래시 메모리 장치, 피램(PRAM) 장치, 엠램(MRAM) 장치, 알램(RRAM) 장치 등과 같은 불휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다.The semiconductor manufacturing process described above may be used to manufacture a semiconductor package including a logic device or a memory device. The semiconductor package may be, for example, a logic device such as a central processing unit (CPU, MPU) or an application processor (AP), such as an SRAM (SRAM) device, a DRAM (DRAM), or a high-bandwidth memory (HBM) device device. It may include a volatile memory device such as the like, and a non-volatile memory device such as a flash memory device, a PRAM device, an MRAM device, and an RRAM device.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that you can.
10: 플라즈마 처리 장치 20: 챔버
22: 광학 윈도우 24: 배기부
30: 기판 지지부 32: 히터
36: 정전척 온도 센서 38: 냉각제 어셈블리
40: 상부 전극 50: 제1 파워 공급부
52: 하부 RF 전원 54: 하부 RF 정합기
60: 제2 파워 공급부 62: 상부 RF 전원
64: 상부 RF 정합기 70: 가스 공급부
80: 광 검출기 90: 시스템 제어기
100: 모니터링 시스템 110: 입력 데이터 수집부
112: 제1 데이터 수집부 114: 제2 데이터 수집부
116: 제3 데이터 수집부 150: 출력 데이터 수집부
152: 제4 데이터 수집부 154: 제4 데이터 수집부
156: 제6 데이터 수집부 200: 기계학습 처리부
210: 데이터 전처리부 212: 제1 전처리부
214: 제2 전처리부 220: 기계학습 제어부
222: 데이터 저장부 224: 학습 모델 생성부
226: 판단부 300: 표시 장치10: plasma processing device 20: chamber
22: optical window 24: exhaust unit
30: substrate support 32: heater
36: electrostatic chuck temperature sensor 38: coolant assembly
40: upper electrode 50: first power supply
52: lower RF power supply 54: lower RF matching unit
60: second power supply unit 62: upper RF power supply
64: upper RF matcher 70: gas supply unit
80: photodetector 90: system controller
100: monitoring system 110: input data collection unit
112: first data collection unit 114: second data collection unit
116: third data collection unit 150: output data collection unit
152: fourth data collector 154: fourth data collector
156: sixth data collection unit 200: machine learning processing unit
210: data pre-processing unit 212: first pre-processing unit
214: second pre-processing unit 220: machine learning control unit
222: data storage unit 224: learning model generation unit
226: determination unit 300: display device
Claims (10)
입력 데이터로서의 상기 상태 데이터 및 출력 데이터로서의 상기 테스트 결과 데이터를 학습 데이터로 사용하여 기계학습 모델을 생성하고;
상기 플라즈마 설비에 의해 새로운 기판 상에 수행된 플라즈마 공정의 상태를 나타내는 상태 데이터를 실시간으로 수집하고; 그리고
상기 기계학습 모델을 이용하여 상기 상태 데이터로부터 예측된 테스트 결과값에 따라 상기 플라즈마 설비의 이상 유무를 판단하는 것을 포함하는 플라즈마 설비의 모니터링 방법.Collecting state data indicating a state value of a plasma process performed on a substrate by a plasma facility and test result data indicating a process result after the plasma process is completed;
generate a machine learning model using the state data as input data and the test result data as output data as training data;
collect in real time status data representing the status of a plasma process performed on a new substrate by the plasma facility; and
A method of monitoring a plasma facility comprising determining whether or not there is an abnormality in the plasma facility according to a test result value predicted from the state data using the machine learning model.
상기 상태 데이터를 머신러닝 알고리즘에 적합한 데이터로 바꾸기 위한 데이터 전처리하는 것을 더 포함하는 플라즈마 설비의 모니터링 방법.According to claim 1,
A method of monitoring a plasma facility further comprising pre-processing data to convert the state data into data suitable for a machine learning algorithm.
상기 현재의 상태 데이터로부터 설비 모니터링 지수를 도출하고; 그리고
상기 설비 모니터링 지수가 허용 범위를 벗어날 경우, 상기 플라즈마 설비를 인터로크 하는 것을 포함하는 플라즈마 설비의 모니터링 방법. The method of claim 1, wherein determining whether or not the plasma facility has an abnormality according to the predicted test result value
derive a facility monitoring index from the current condition data; and
A method of monitoring a plasma facility comprising interlocking the plasma facility when the facility monitoring index is out of the allowable range.
입력 데이터로서의 상기 상태 데이터 및 출력 데이터로서의 상기 테스트 결과 데이터를 학습 데이터로 사용하여 기계학습 모델을 생성하는 학습모델 생성부;
상기 플라즈마 설비에 의해 새로운 기판 상에 수행되는 플라즈마 공정의 상태를 나타내는 상태 데이터를 실시간으로 수집하기 위한 데이터 수집부; 및
상기 기계학습 모델을 이용하여 상기 데이터 수집부에 의해 수집된 현재의 상태 데이터로부터 예측되는 테스트 결과값에 따라 상기 플라즈마 설비의 이상 유무를 판단하는 판단부를 포함하는 플라즈마 설비의 모니터링 시스템. a data storage unit for storing state data indicating a state value of a plasma process performed by a plasma facility and test result data indicating a process result after the plasma process is completed;
a learning model generating unit generating a machine learning model using the state data as input data and the test result data as output data as learning data;
a data collection unit for collecting, in real time, state data indicating a state of a plasma process performed on a new substrate by the plasma equipment; and
A plasma facility monitoring system comprising a determination unit for determining whether or not the plasma facility is abnormal according to a test result value predicted from the current state data collected by the data collection unit using the machine learning model.
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