Làm thế nào để xác nhận độ ổn định của máy phơi sáng Mask Aligner?

Trong quy trình sản xuất bán dẫn, việc tạo mạch điện được thực hiện bằng cách sử dụng sóng ánh sáng để phơi sáng lên wafer. Nếu trong quá trình này xuất hiện rung động bất thường, rất dễ phát sinh sản phẩm lỗi. Vậy làm thế nào để thực hiện giám sát và phòng ngừa từ sớm?

Máy phơi sáng Mask Aligner

Máy phơi sáng Mask Aligner là thiết bị then chốt trong sản xuất MEMS, quang điện tử, diode và mạch tích hợp quy mô lớn (LSI). Thiết bị này có thể được phân thành hai loại chính:

Loại thứ nhất là contact aligner, trong đó kích thước của mask và pattern là tương đương, và trong quá trình phơi sáng, mask tiếp xúc trực tiếp với wafer.

Loại thứ hai là máy phơi sáng dạng bước (stepper) hoặc dạng quét (scanner), sử dụng nguồn laser bước sóng ngắn kết hợp với nguyên lý chiếu tương tự máy chiếu. Phương pháp này cho phép tạo ra pattern phơi sáng nhỏ hơn so với kích thước mask ban đầu, đáp ứng yêu cầu chế tạo vi cấu trúc có độ chính xác cao.

Nguyên lý hoạt động của máy phơi sáng
Các bước cơ bản trong sản xuất mạch tích hợp (IC): sử dụng mask để loại bỏ lớp màng bảo vệ trên bề mặt wafer. Sau đó, wafer được ngâm trong dung dịch ăn mòn (etchant), những vùng không còn lớp bảo vệ sẽ bị ăn mòn để hình thành mạch điện. Cuối cùng, wafer được rửa bằng nước tinh khiết để loại bỏ tạp chất còn sót lại trên bề mặt.

Máy phơi sáng sử dụng tia laser excimer có bước sóng tia cực tím (UV), chiếu qua mask để loại bỏ lớp màng bảo vệ trên bề mặt wafer.

Một wafer có thể chế tạo được hàng chục mạch tích hợp. Dựa theo cấu trúc của mask aligner, có thể chia thành hai loại: loại thứ nhất có kích thước mask tương đương wafer và mask không di chuyển; loại thứ hai có kích thước mask tương đương mạch tích hợp, trong đó mask di chuyển theo bộ phận lấy nét của máy phơi sáng.

Với phương pháp mask di chuyển theo máy phơi sáng, vị trí tương đối của mask so với tâm máy luôn được giữ cố định, cho phép luôn sử dụng vùng trung tâm của thấu kính hội tụ, từ đó đạt được độ chính xác cao hơn. Nguồn: Wikipedia

Giải pháp và mô tả giám sát

Hệ thống giám sát thông minh bằng Machine Learning VMS-ML
Good-Tech thực hiện đo lường rung động theo từng trục trên bàn chống rung của máy phơi sáng, từ đó xác định sự thay đổi rung động theo các trục khác nhau. Dữ liệu rung động được trực quan hóa bằng cách chuyển đổi các giá trị đo được thành đồ thị hoặc hình ảnh dễ quan sát và dễ hiểu.

Khi kết hợp với kinh nghiệm của kỹ sư vận hành tại hiện trường, hệ thống giúp phát hiện các thông tin ẩn trong quy trình, làm cơ sở để thiết lập ngưỡng bảo trì theo từng trục hoặc áp dụng cho giám sát trực tuyến.

Thông qua việc sử dụng hệ thống VMS-ML, các hành vi vận hành đúng sẽ được học và thiết lập làm chuẩn. Hệ thống có thể giám sát và chẩn đoán từng hành động riêng biệt, giúp xác định chính xác giai đoạn nào trong chu trình vận hành đang xuất hiện bất thường hoặc mất ổn định. Nhờ đó, công tác bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance) có thể được triển khai sớm, tránh các sự cố bất ngờ không được cảnh báo trước.

Tình trạng đo lường

Tín hiệu động theo trục X của bàn chống rung máy phơi sáng

Thiết bị A – trục X

Phóng to (ZOOM IN): Thiết bị A – trục X

Thiết bị B – trục X

Phóng to (ZOOM IN): Thiết bị B – trục X

Ở trục X của thiết bị A (quy trình phơi sáng gồm bốn lần), biên độ rung ở lần di chuyển thứ nhất lớn hơn so với trục X của thiết bị B.
Trong khi đó, tại lần di chuyển thứ tư, biên độ rung của trục X thiết bị B lại lớn hơn so với thiết bị A.

Tín hiệu động theo trục Y của bàn chống rung máy phơi sáng

Thiết bị A – trục Y

Phóng to (ZOOM IN): Thiết bị A – trục Y

Thiết bị B – trục Y

Phóng to (ZOOM IN): Thiết bị B – trục Y

Ở trục Y của thiết bị A (quy trình phơi sáng gồm bốn lần), biên độ rung tại lần di chuyển đầu tiên lớn hơn so với trục Y của thiết bị B.

Tín hiệu động theo trục Z của bàn chống rung máy phơi sáng

Thiết bị A – trục Z

Phóng to (ZOOM IN): Thiết bị A – trục Z

Thiết bị B – trục Z

Phóng to (ZOOM IN): Thiết bị B – trục Z

Ở trục Z của thiết bị A (quy trình phơi sáng gồm bốn lần), biên độ rung tại lần di chuyển đầu tiên lớn hơn so với trục Z của thiết bị B.
Trong cả bốn lần di chuyển, biên độ rung trên trục Z của thiết bị B đều lớn hơn so với thiết bị A.

Đo tín hiệu động của Robot máy phơi sáng

Robot – Thiết bị A

Robot – Thiết bị B

Bốn màu sắc đại diện cho bốn chu kỳ hoạt động của Robot, trong đó bao gồm chuyển động đồng thời của nhiều trục: trục X, trục R và trục TH.

Mô phỏng và quản lý tín hiệu động Robot máy phơi sáng bằng học máy

Robot – Thiết bị A

Robot – Thiết bị B

Kết luận đo lường

Tổng biên độ rung khi Robot của thiết bị A vận hành nhỏ hơn so với Robot của thiết bị B. Từ tín hiệu động có thể quan sát được rằng biên độ rung trên các trục của Robot thiết bị B đều lớn hơn so với thiết bị A, đồng thời tốc độ vận hành của Robot thiết bị B cũng cao hơn Robot của thiết bị A. Đối với thiết bị A, sự khác biệt về tốc độ chủ yếu xuất hiện ở chuyển động lên xuống theo trục Z, trong khi các trục còn lại vẫn duy trì trạng thái vận hành ổn định và tốt.

Hệ thống giám sát thông minh bằng học máy VMS-ML có khả năng tự động theo dõi và nhận dạng các chuyển động mục tiêu của thiết bị. Khi thiết bị xuất hiện các yếu tố như mất ổn định, mài mòn, lão hóa hoặc hư hỏng, sự suy giảm độ tương đồng của tín hiệu động sẽ giúp phát hiện sớm những thay đổi nhỏ trong tình trạng máy, từ đó đạt được mục tiêu bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance).

Thiết bị phân tích động VMS-PH có thể đối chiếu sự khác biệt về Pattern của các trục bị hư hỏng, giúp khoanh vùng chính xác vị trí trục cần tinh chỉnh hoặc sửa chữa. Đồng thời, các đặc trưng tín hiệu hư hỏng được tích lũy có thể được cung cấp cho hệ thống VMS-ML làm dữ liệu huấn luyện cho mô hình học máy.

VMS-ML Hệ thống giám sát thông minh bằng học máy

VMS-ML Hệ thống giám sát thông minh bằng học máy

Giám sát và chẩn đoán cho từng chuyển động riêng biệt