TW426623B - Intelligent minienvironment - Google Patents

Description

l： " 4 2 6 6 2 3 五、發明說明（l) ' ---- 發明貲景 " 發明範疇 本發明係關於半導體晶圓可以處理之一種微環境，且特 別是關於監督與控制微環境所有功能以及參數之整合系 統。 ^ 先前技藝之說明 由惠普公司（Hewlett~packard c〇mpany)提出的SMIF 系 ，揭不於美國專利案號為第4,53297〇號以及第4534,389 號中。SM IF系統之目的為減低晶圓在半導體製造流程中儲 存以及傳送時半導體晶圓上之粒子流通量。此目的藉由儲 存以及傳送時機械地確使圍繞晶圓之氣體介質（如空氣或 是氣）本質上相對於晶圓是靜止不動，且藉由確使周圍環 境粒子不進入目前晶圓環境而部分.完成。 一 SM IF系統具有三個主元件：）用於儲存以及傳送晶 圓及/或晶圓匣）之最小容量的密封莢；（2)位於半導體處 理工具上提供微環境乾淨空間（充滿乾淨空•氣）之封閉空間 或疋微環丨兄’其中暴露之晶圓及/或晶圓匿可以由處理工 具内部傳入或傳出；以及（3)用於傳送晶圓及/或晶圓匣於 SM IF與SM IF微環境之間，不需將晶圓或是晶圓匣暴露至微 粒子的介面。一提出的SMIF系統在1984年7月之固態技術 (Solid State Technology)期刊第 111-115 頁由 Mihir Par ikh 與Ulr ich Kaempf 所發表取名為” SMIF : —種在VLSI 製造中用於傳送晶圓夾之技術（SMIF : A TECHNOLOGY FOR WAFER CASSETTE TRANSFER IN VLSI MANUFACTURING)"之

426623 五、發明說明（2) 論文中有進一梦之詳細說明。 - 上述類型之系統所顧^粒子大小為小於〇.〇2微来（^m) 並大於200 " m之粒子。這些大小之粒子因為具有小的幾何 形狀使用於製造半導體裝置’所以在半導體處理流程中非 常具有破壞力。現在所使用的典型先進半導體處理流程為 使用小於（含）0.5 之幾何形狀β不想要之污物粒子幾何 形狀，量測為具有大於，實f上干如 何㈣ 之半導體裝置。當然’今日研發實驗室有趨向於小於（含） Ο.ίβιπ之小又更小之半導體處理之幾何形狀之趨勢。將 來形狀將變為小又更小，因此小又更小之污物粒子 就變為有興趣之焦點。 了 5處具上由SMIF莢内傳送晶圓/晶圓匣至微環 Si 環境1/〇埠上支援-笑門。設計-莢， 埠ί 環境1/0埠的埠門，且荚蓋重疊圍繞 # μ π a $»八& 、〖/o埠上時，埠門内之機制釋出且 浐τ /〇埠Λ 刀。之後’埠門以及pod門被帶入至微環 境I/O垾，且一起向上下狡 出晶圓/晶圓E經由是移動至微環境淳侧以清 内縮回時，pad =徑。當璋細d門在微環境 微環境内。 取馬保持固定在I /0埠以防護污物進入 為了維持無塵室妝a B A 1 氣至工薇内的微環境岭昂貴的’但不需提供乾淨空 單位體積許多微粒子:然而，微環境周圍空氣包含每 室位準就變得更困難要維持微環境内狀況為所需無塵 ' °現在’當允許工廠内的周圍狀況為

4 2662 ? 五、發明說明（3) _ 大約1 0 0 0級或是如1 0 0，〇 〇 〇級之高時，期望在微環 持較1級無塵室環境為佳的狀況。微環境内部與外部/躍 種不同無塵室狀況’在與微環境相關之差動壓力控^此 將會有嚴格需求以確定周圍的微粒子不會進入微^境系統 除了差動壓力以外’嚴密地監督與控制微環埼 f中° 疋 1再他提 境狀況例如粒子計數、溫度以及濕度是重要事頊。 畏

^sL 另 羅拉多Boulder市之粒子量測系統公司（particle Measuring System，Inc.)提供一取名為” Faci ! ity_v." 之套裝軟體，允許一操作者故集、顯示以友分析與特 塵室環境狀況一致的資料如壓力、溫度以及粒子計數 ' 無塵至監督系統可以由位於加州Milpitas市之

Lighthouse Associate 取得。Lighthouse 監督系統亦能夠 監督特定無塵室狀況例如壓力、溫度、相對濕度以及粒子 計數。且之後以包含圖形、圖表、資料表以及映射表之各 種袼式呈現即時資料。 直到現在’沒有一種無塵室監督系統已經提供各微環境 内所有參數以工具或是廠區為基準之完全整合式的監督與 控制。而已知為監督各種不同參數’各參數傳統上以分離 之控制器及/或連接至主機系統之分離網路連接監督。此 外’ 一旦系統為無塵室時，傳統無塵室監督系統不允許系 統之擴張。 發明嫵姑 所以’本發明的一項優點為提供工具以及廠區位準之完 全整合式微環境控制與監督系統。

第7頁 » 426623 五、發明說明（4) ，，明的另—項優點為提供用於提供微環 以及參數之綜合監督與控制。 鬥所有功月匕 ^發明的另一項優點為提供用於控制 有=狀況之具有單-網路連接功能之單-控Si境内所 ^明的另一項優點為連接工廠内所有微環境至一區成 Ϊ督G : Ϊ ί Ϊ :主機系統間通訊並允許各微環境遠程 本發明的另一項 境控制與其他裝備 訊鏈結。 優點為提供可選擇標準協定以允許微環 控制以及自動化系統整合之一整合式通 =發明的另一項優點為提供裝備自動防 以減低裝u機時心及裝備維護成本。 預=糸統 本發明=另一項優點為提供用於收集以及保護各環境產 生之歷史資料以提升微環境品質驗證以及問題識別能力。 本發明的另一項優點為經由危險狀況早期檢測以及立即 回應而提供一危機控制以及防護系統，危險狀況包含煙、 火或是化學物品之潑灑^ 这些以及其他優點藉由本發明具體實施例而提供，本發 =係關於一智慧微環境控制系統。該系統設計為將微環境 此最佳化、改善工廠内數百萬元設備之防護以及改善工廠 人員之安全狀況。智慧微環境控制系統包括多數微環境控 制與監督系統（MCM Ss );此系統與工廠内各，環境結合。 MCMSs連續監督微環境内的環境狀況，該環境狀況例如為 差動壓力、空氣微粒子位準、溫度、濕度以及煙。假使任

426623 五、發明說明（5) 何環境參數與其預定及預設值有差異時，參數快速校正及 /或採取合適動作。例如在微環境内或是周‘圍檢測到煙 時’相關的MCMSs自動發出警報、將微環境内的空氣循環 系統關機以將危害裝備的可能性減到最小，及/或啟動微 環境内的灑水系統。 各MCMSs鏈結一起而成為區域網路之一部份而形成一整 合式廠區微環境管理系統。該系統使用ιρ/Ιρχ協定並允許 任何支援IPX協定之工作站可以與MCMSs通訊。該管理系統 亦包含鏈結至網路而用於儲存系統内各MCMSs之歷史資料 並允許遠程存取各MCMSs。 圖__式之簡罩雜.日日 本發明現在將參考附圖加以說明，其申： 圖1為包含如本發明智慧微環境控制與監，督系統之微環 境的概要表示； 圖2為如本發明設置為工廠内以及遠程之區域網路之整 合式廠區微環境管理系統的概要表示。 圖式之 本發明現在將參考圖卜2而加以說明，其係關於用於提 工廠位準之完全自動化與整合式微環二制之 曰慧微環境控制系統。如之後所解釋，在工具位 JJ控制系統包含一以控制器如可程式化邏輯控制器製 作之在工廠内各微環境的微環境控制與監督系統 (MCMSs)。如之後所解釋，在工廠位準上’ 系統包含-整合式廠區微環境管理系 '统，上=

第9頁 42662 3 五、發明說明（6) ' 域網路内鏈結在一起。除了各紅㈣^以外，網路可以另外 包含至少一用於記錄歷史資料並允許“心8本地或遠程存 取之工作站。 一MCMSs 1 0現在將參考圖1加以說明。各•微環境内之 MCMSs 1 0提供微環境内所有功能以及環境參數之廣泛範圍 以及完全整合式監督與控制。此種環境參數可以包含但不 限於差動壓力、危險狀況檢測、粒子計數、溫度、濕度、 震動、氣流速度、電阻係數、PH值、導電性以及整體有 碳（TOC)成分。 微環境内20之MCMSs 1〇包含—可程式化邏輯控制器 (PLC) 2 2，較佳地方式為安裝在受控制區域外部之微環境内基 座。PLC 22包含一電源基座、中央.處理單元、1/〇模組以 及用於其他模組如乙太網路卡與其餘插入模組之擴充槽。 如下文所s兒明，類比I /〇模組可以提供為具.有多數通道， 各通道用於微環境内之各感測器。另一方面，各感測器包 3文裝在PLC擴充槽内之其本身插入模組。必須瞭解地是 其他處理單元如繼電器邏輯控制器可以在本發明另一具體 實施例中使用而取代PLC 22。 —PLC 22製作微環境内各感測器之控制演算法。如圖i所 不，PLC 22可以和一LCD 24通訊以提供由PLc監督之各種 參數之視覺指示。—操作員介面裝置26可以另外耦合至 PLC 22而允許操作員存取PLC以及手動控制PLC。LCD 24可 以包含在操作員介面26内或是分離。

^ 426623 五、發明說明（7) _ PLC 22與風扇過遽單元28控制器以及差動壓力感測器3〇 包括差動麈力控制。將微環境20維持在較周圍附近環境2〇 Μ高的壓力是重要的事項。因此，由微環境流出的空氣與 具有較多污物之周圍空氣相反會被帶入微環境内。另外， 提供一經由微環境以將微粒子由微環境内帶出之清除氣體 通路》 為了維持正差動壓力以及清除通路’微環境2〇包含傳統 設計之風扇過濾單元28 ^風扇過濾單元提供非常乾就之空 氣至微環境中《為了確定風扇過濾單元28供應適當容量流 量至微環境中，差動壓力感測器30提供為用於量測微環境 内壓力與周圍壓力之間的差異◊風扇過濾28與差動壓力感 測器30皆經由插入至PLC之I/O模組耦合至pLC 22。差動壓 力感測器30取得壓力差動頻繁之讀.數（例如每1〇ms)，而因 此提供PLC内部與外部壓力差之即時讀數。 *差動壓力控制能夠以4種操作模式之一運作，此4種操作

模式為.AUTO、MANUAL、AUTO TUNE 以及AUTO ZERO。AUTO 模式為一正常運作模式，其中壓力控制自卑連續調整風 速度以維持微環境内差動壓力實質上為常數。如由此之解 釋’一最佳差動壓力值可以儲存在pLC中。差動壓力感測 器30之回饋向前至plc，以致於PLC可以在接近常數基準下 將實際差動壓力與期望設定點值比較。假使實際差動壓力 與期望設定點差動壓力值之間有差異時，pLC傳送一信號 至風扇過據以增加或減低至微環境内之流量而因此提供^差 動壓力之閉迴路回饋控制。特別是，風扇包含一風扇馬達

第11頁 426623 五、發明說明（8) 控制。PLC 2 2傳送一信號 扇速度而因此增加或減低 在MANUAL模式_，經由 容量可以由操作員介面2 6 用方式為當PLC 22離線時 模式中，經由風扇流進的 都保持為常數。 傳統差動壓力感測器使 始使用時有必要將差動壓 外部環境之間實際為零壓 統的壓力監督系統中，此 —般說來非常花時間。本 校正。 督與控 啟始的壓力感測器 作並且與傳統之監 間。 至風扇馬達控制以增加或減低風 流進微環境内之氣體容量。 風扇過濾器流進微環境内之空氣 手動調整。MANUAL模式較佳地使 使用為暫態備份運作模式。在此 空氣流量無論差動壓力如何變化 用時容易漂移。所以，需要在開 力感測器校正，以確定當内部與 力差動時，有零差動讀數。在傳 啟始校正必須由操作員執行而且 發明之一態樣為PLC 22自動執行 此種自動—校正簡化控制系統之運 制系統比較起來，減低了啟動時 自動的啟始壓力感測器校正可以由pLC在0丁〇 ZER〇模式 中執行。在此模式中，pLC自動由氣體容量取得壓力讀數 (讀數以相同容量取得以確定讀數沒有實際壓力差動）^之 後假使感測器有暫存差動壓力時，PLC將對,壓力感測器作 調整。AUTO ZERO模式之另一種方式為，差動壓力感測器 之零校正可以在MANUAL模式由操作員手動執行。 精禮地控制微環境内部與外部之間的壓力差動大小是重 要的。若壓力差動為太小時’周圍環境之污物可能大量進 入微環境内。若壓力差動為太大時，微環境内將會產生亂

第12頁 ^ 42662 3 玉、發明說明（9) 流以及局部低壓力區而可能形成空氣由微環境外部被帶入 至微環境内。如微環境以及工具幾何形狀變了，必須最佳

風扇過遽容量且特別系統之差動墨力必須被調>1皆至PLC 中 D 最佳壓力差動可以如本發明在AUTO TUNE模式中以PLC自 動決定。在AUTO TUNE模式中，當注意差動壓力回應時， 差動壓力控制自動變化風扇速度。一旦已經得到足夠之觀 察時’ AUTO TUNE模式可以自動選擇特別微環境之差動壓 力控制之最佳值。AUTO TUNE模式之另一種方式為，最佳

差動可以經由操作員介面在MANUAL模式中点手動設定。 如本發明綜合整合式控制與監督系統之另一種容易瞭解 態樣為微環境内單獨元件以及感測器之自我偵錯態樣。 PLC在一預設時間間隔中可以執行—次差動壓力感測器電 子電路之偵錯分析。假使檢測到一錯誤時，PLC停止風扇 過據流量之閉迴路回饋調整並發出警報。如那些熟知相關 技藝之人士所瞭解，此警報包括在LCD 24之一視覺可讀資 料、在燈塔32之指示燈的啟動或是一些其他警告機制。、 如本發明智慧監督與控制系統之另一態樣為危險狀況之 檢測以及回應。微環境以及^圓廠一般裝配有數百萬元裝 備’該裝備在出現危險狀況如煙、火或是化學物品潑壤時 容易毀損。為了防護該裝備，以及提供晶圓廠内操作員之 安全’本發明分別包含内部與外部危險檢測感測器3 4與 36。必須瞭解地是感測器34與36實際上可以包含由各/種能 夠檢測各種危險狀況如煙、火或是化學物品潑灑之已知感

第13頁 426623 五、發明說明（ίο) 謂器組成之感測器群組。 ， 假使内部感測器34檢測到危險狀況如煙或火時，會立即 響起警報並將風扇過遽單元關機以將微環境内煙的循環降 到最低且將煙或火包圍在微環境内，以防止煙或火擴散至 晶圓廠其他位置。假使内部危險檢測感測器“檢測到煙或 火時，PLC可以另外啟動微環境内的當地灑水系統35。如 那些熟知相關技藝之人士所欣賞’此灑水系統可以包含二 氣化碳、海龍或是其他已知煙火抑制器。 假使外部危險檢測感測器36檢測到危險狀況時，pLC類 似上文所說明之内部危險檢測感測器的檢測方式回應。 響起警報並將風扇㉟遽單元關機以企圖將纟險狀況包 ，在微環境外部並啟動一滅火器。外部危洛檢測感測器⑼ =可以包括用於檢測晶圓廠的有害.毒氣。如差動壓力感測 器30，感測器34與36以及PLC 22可以包含一用於監督電子 感測器電路之自我偵錯電路以及假使檢測 ^ 報之電路。 1 π » /如本發明之控制系統尚包含藉由PLC 22裝置以及安裝在 微環境内之粒子計數感測器38監督微環境2〇内之粒子計 數。如那些熟知相關技藝之人士所欣賞，粒子計數感測器 38可以量測微環境内每單位容積之液體、氣體及/或煙霧 成分。粒子計數感測器3 8可以在預設時間間隔（例如} 〇 ms)内取得讀數一次並將讀數經由1/〇模組向前送至pLc。 PLC將讀數與設疋點粒子計數核對，假使實(際與期望設定 點粒子計數值之間有差異時就響起警報。如上文說明之感

426623 五、發明說明（ii) _ 測器，控制系統可以包含一自我偵錯電路常式用於監督粒 子計數感測器3 8電子電路’且假使檢測到錯誤時響起警報 或是傳送一指示。微環境内粒子計數之回饋控制減低微環 境停機時間，此時間為認證微環境内空氣乾淨所另外需要 之時間。 如本發明之控制系統尚包含經由P L C 2 2以及溫度與濕度 感測器40之溫度與濕度控制。感測器4〇可以安裝在微環境 内並在預設時間間隔（例如1 〇 m s )内取得溫度與濕度位準 讀數一次。此讀數經由插入I/O模組向前送至PLC;，以致於 PLC可以將實際讀數與預設期望設定點讀數比較。設定點 ―數起初經由彳呆作員介面26輸入至PLC 22。假使實際讀數 與期望讀數有差異時’經由風扇過濾器輸入之氣體溫度及 /或濕度可以依此調整以提供微環境内溫度(及濕度之閉迴 路回饋控制。溫度及濕度控制系統可以包含一自我偵錯電 路常式以監督感測器電子電路’且假使檢測到錯誤時響起 警報或傳送一指示。 要瞭解如上文所說明在微環境内之各種感測器全然為典 鲍粒子，且一MCMSS 1〇可以在本發明其他具體實施例中包 含較上述所揭不更多或是更少之感測器。此外，除了經由 =述感測器監督與控制微環境内各種環境狀況以外，要瞭 22可以另外k督與控制微環境内與晶圓處置以及處 、=件連接使用之各種元件^例如，，了風扇㈣單元⑼ =夕’微環扰通常包含能夠將晶圓在晶圓匣與處理或度量 衡工具21之間傳送之晶圓處置機械手。本帑明具體實施例

426623 五、發明說明（12) _ 中之PLC可以程式化為監督與控制此種元件之運作以及執1 行此種元件之自我彳貞錯。 如上文所陳述，微環境各功能與參數之監督與控制可以 整合為一由具有單一網路連接之PLC 22所香理之綜合系 統。此方式提供較先前技藝為改良之好處，其中包含用於 微環境内各種感測器之分離控制器及/或感測器與位於遠 程控制器之間的分離連接。由本發明提供之其他優點為 PLC 22内的各種控制系統可以相互通訊。因此，例如其中 之溫度控制系統檢測到所需溫度之變化時，PLc可以經由 壓力差動控制系統而增加風扇過〉慮平元來的空器流量而部 分校正此差異。如本發明之智慧控制器更進一步允許微環 境控制與其他裝備以及材料與自動化系統之整合以將循環 時間以及良率最佳化。上述之態樣不曾在傳統系統中發 現。 此外，本發明之另一態樣為提供一模組化控制系統，且 中感測器可以在控制系統已經安裝並在廠内運作時加八 微環境20内或由微環境20移除^ PLC 22提供為具有^ =至 軟體以控制與監督許多種不同之感測器，縱使建構之 使用較全建構為少之感測器。因此，假使客戶已經系统 特別組態之微環境時，微環境可以由此增加額外 '之二購一 或是移除已存在之感測器而修正。為了增加一額？ ’則器 器:感測器可以簡單地插入至PLC中已存在1/〇楔級之感夠 或是插入至已經插入至pLC擴充槽之1/〇模組。如p之通道 包含能夠認知以及運作該感測器之軟體時，感 已經 J 15之増加

426623 五、發明說明（13) 為簡單的隨插即用操作。 如上文所陳述，除了 MCMSs 10以外，如本發明之整體智 慧微環境控制尚包含一如圖2所示之整合式廠區智慧微環 境管理系統。MCMSs之各PLC 22較佳地是包含一允許各 MCMSs 10相互連接而作為一廠區區域網路dAN)1〇〇部分之 乙太I / 0模組 且允許任何支 解其他網路協 述說明種類而 除了網路連 (沒有顯示）上 督以及識別晶 在美國專利案 號中，該專利 本文中。例如 訊而識別莢以 境。 ’該乙太插入模組較佳地是支援IP/IPX協定 援IP/IPX協定的電腦與MCMSs 10通訊。要暸 定以及其他網路連接可以替代或是增加至上 提供。 接以外，MCMSs 22亦可以與提供在SMIF莢 之SMART標籤通訊以進入至微環境。用於監 圓廠附近晶圓批之SMART標籤系統例如說明 號為第 4, 9 74, 1 66; 5, 097, 421 以及5, 1 6 6, 884 歸屬於本發明之擁有者並以提及之方式併入 ，PLC可以經由無線傳輸而與莢SMART標 驗證-特別晶圓批適當地位於一特別微環 除了 MCMSs .1 0以外 疋你从斗-+ 理系統至少包含一工作站102專用於？薇以區智= 各MCMSS 10產生之眘蚪薛Α 叹果W及儲存由廠内 «cmSs 〇 境以及其中元件適當效能之品質驗俄二用於驗證各微環 料可以用於識別問題所在。例如，=巧二另外，歷史資 102產生之歷史資料可以用於審查 生時，工作站 源。工作站1 02内部集中式資料儲^準j題之特別來 存之準備排除拜訪廠内

^26623 " - _ 五、發明說明（14) 各微環境作資料收隹' 甲式資料儲存工作站之//術1取時’儲存在集 圖形、圖表、資料表、映貝#可以用各種不同袼式如 示。 表以及方便容易使用之格式表 整合式廠區智慧微環境管 程存取工作站1。4專用於提供遠糸程純存可取以另外…^ 及/或集中式資料儲存工作站1〇2。 至獨立之MCMSs 1〇 内或是其他遠程位置，經由數據機=可以位於廠 逆程存取工作站1 〇 4可以由經理人 疋S D N線連接網路。 員使用以允許網路與MCMSs 1〇之維監督者、工程師等人 督。如相關技藝已熟知，各種安全^、修正、管理以及監 路存取以及限制網路存取之階級^ 定可以提供為穫得網 雖然本發明已經由此詳細說明，β 限於由此揭示之具體實施例。各種但必須瞭解本發明並不 此可以由那些熟知相關技藝之人士變化、替代以及修正因 圍所說明與定義之本發明精神或^在不脫離由申請專利範 巴疇下加以製作。

Claims (1)

1. 23 4266 、申請專利" " '—_ 1 ·二種智慧微環境控制系統包括： 微環境控制與監督系統；包含一用於 Π2多數環境參數之可程式化邏輯控制器，嗲勺= 壓力差動以及危險狀況撿測。 該參數包含 其中 其中 其中 尚包 2 ’如申請專利範圍第1項之智慧微環境控制 該多數環境參數尚包括粒子計數。 系統 3.如申請專利範圍第丨項之智慧微環境控 該多數環境參數尚包括溫度。 糸、'充 4·如申請專利範圍第i項之智慧微環境控，制 該多數環境參數尚包括濕度。 ' 申請專利範圍第1項之智慧微環境控制.系統，向包 垮：：i式廠區微環境管理系統’該管理系統包含該微環 制/、監督系統以及至少一鏈結至該微環境之工作站。 6· 一種智慧微環境控制系統；包括： 一用於控制與監督多數微環境之微環境控制與監督系 統，該微環境控制與監督系統包含多數微環境内之各微環 境的可程式化邏輯控制器，該多數可程式化邏輯控制器内 之各可程式化邏輯控制器與特別環境内多數環境參數之特 別微環境的控制與監督結合’該特別環境參數包括壓力差 動與危險狀況檢測；以及 一整合式廠區微環境管理系統，包含I 之.工作站； 該微環境控制與監督系統以及至i鏈結至微環境 « 用於儲存由該微環境控制與監督系統產生之資訊

   426 62 3 六、申請專利範園 _ * 的工作站；以及 一用於允許遠程存取該微環境控制與監督系統之工 作站。 7. 如申請專利範圍第6項之智慧微環境控制系統，其中 該多數環境參數尚包括粒子計數。 8. 如申請專利範圍第6項之智慧微環境控制系統，其中 該多數環境參數尚包括溫度。 9. 如申請專利範圍第6項之智慧微環境控制系統，其中 該多數環境參數尚包括濕度。

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