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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Herstellung
von Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen und betrifft insbesondere
die Transporteigenschaften komplexer Prozessanlagen, etwa Cluster-Anlagen,
die für
die Herstellung von Halbleiterbauelementen oder anderen Mikrostrukturen
verwendet werden.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Der
heutig globale Markt zwingt Hersteller von Massenprodukten dazu,
ihre Produkte mit hoher Qualität
und bei geringem Preis anzubieten. Es ist daher wichtig, die Ausbeute
und die Prozesseffizienz zu verbessern, um damit die Herstellungskosten
zu minimieren. Dies gilt insbesondere auf dem Gebiet der Mikrostrukturherstellung,
beispielsweise für
die Herstellung von Halbleiterbauelementen, da auf diesem Gebiet
es wichtig ist, modernste Technologie mit Massenproduktionsverfahren
zu kombinieren. Es ist daher das Ziel der Hersteller von Halbleiterbauelementen
oder allgemein von Mikrostrukturen, den Verbrauch von Rohmaterialien
und Verbrauchsmaterialien zu reduzieren, und gleichzeitig die Prozessanlagenauslastung
zu verbessern. Der letztgenannte Aspekt ist besonders wichtig, da
in modernen Halbleiterfertigungsstätten Anlagen erforderlich sind,
die äußerst kostenintensiv
sind und im Wesentlichen Teil der Gesamtproduktionskosten repräsentieren. Gleichzeitig
müssen
die Prozessanlagen der Halbleiterherstellungsstätte häufiger im Vergleich zu vielen anderen
technischen Gebieten ersetzt werden auf Grund der raschen Entwicklung
neuer Produkte und Prozesse, die auch entsprechend angepasste Prozessanlagen
erfordern können.
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Integrierte
Schaltungen werden typischerweise in automatisierten oder halbautomatisierten Fertigungsstätten hergestellt,
wobei sie eine große Anzahl
an Prozess- und Messanlagen durchlaufen, um das Bauelement fertigzustellen.
Die Anzahl und die Art der Prozessschritte und Messschritte, die
ein Halbleiterbauelement durchlaufen muss, hängt von den Eigenschaften des
herzustellenden Halbleiterbauelements ab. Ein typischer Prozessablauf
für eine integrierte
Schaltung kann eine Vielzahl von Photolithographieschritten beinhalten,
um ein Schaltungsmuster für
eine spezielle Bauteilschicht in eine Lackschicht abzubilden, die
nachfolgend zur Herstellung einer Lackmaske strukturiert wird, um
weitere Prozesse beim Strukturieren der betrachteten Bauteilschicht
durch beispielsweise Ätz-
oder Implantationsprozesse und dergleichen bereitzustellen. Somit
werden Schicht auf Schicht eine Vielzahl von Prozessschritten auf
der Grundlage eines speziellen Lithographiemaskensatzes für die diversen
Schichten des spezifizierten Bauelements ausgeführt. Beispielsweise erfordert
eine moderne CPU mehrere 100 Prozessschritte, wovon jeder innerhalb
spezifizierter Prozessgrenzen auszuführen ist, um damit die Spezifikationen
für das
betrachtete Bauelement zu erfüllen.
Da die Mehrzahl der Prozessgrenzen bauteilspezifisch sind, werden
viele der Messprozesse und der eigentlichen Herstellungsprozesse
speziell für
das betrachtete Bauteil gestaltet und erfordern spezielle Parametereinstellungen
an den entsprechenden Mess- und
Prozessanlagen.
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In
einer Halbleiterfertigungsstätte
werden für gewöhnlich eine
Vielzahl unterschiedlicher Produktarten gleichzeitig hergestellt,
etwa Speicherchips mit unterschiedlicher Gestaltung und Speicherkapazität, CPU's mit unterschiedlicher
Gestaltung und Arbeitsgeschwindigkeit, und dergleichen, wobei die
Anzahl unterschiedlicher Produktarten sogar 100 oder mehr in Fertigungsprozesslinien
zur Herstellung von ASIC's
(anwendungsspezifische IC's)
erreichen kann. Da jede der unterschiedlichen Produktarten einen
speziellen Prozessablauf erfordern kann, möglicherweise auf der Grundlage
unterschiedlicher Maskensätze
für die
Lithographie, sind spezielle Einstellungen in den diversen Prozessanlagen,
etwa Abscheideanlagen, Ätzanlagen,
Implantationsanlagen, CMP- (chemisch-mechanische Polier-) Anlagen,
und dergleichen ggf. erforderlich. Folglich sind eine Vielzahl unterschiedlicher
Anlagenparametereinstellungen und Produktarten gleichzeitig in einer
Fertigungsumgebung anzutreffen.
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Im
Weiteren wird die Parametereinstellung für einen spezifischen Prozess
in einer spezifizierten Prozessanlage oder Mess- oder Inspektionsanlage allgemein
als ein Prozessrezept oder einfach als ein Rezept bezeichnet. Somit
sind eine große
Anzahl unterschiedlicher Prozessrezepte selbst für die gleiche Art an Prozessanlagen
ggf. erforderlich, die den Prozessanlagen zum Zeitpunkt zuzuführen sind,
an dem die entsprechenden Produktarten in den entsprechenden Prozessanlagen
zu bearbeiten sind. Jedoch muss die Sequenz aus Prozessrezepten,
die in Prozess- und Messanlagen oder in funktional kombinierten
Anlagengruppen ausgeführt
werden, sowie die Rezepte selbst häufig auf Grund schneller Pro duktänderungen
und äußerst variabler
beteiligter Prozesse geändert
werden. Folglich ist das Anlagenverhalten insbesondere im Hinblick
auf den Durchsatz ein sehr wichtiger Fertigungsparameter, da er
wesentlich die Gesamtherstellungskosten der einzelnen Bauelement
bestimmt. Der zeitliche Verlauf des Durchsatzes einzelner Prozess-
und Messanlagen oder sogar gewisser Einheiten davon, etwa Prozessmodule,
Substratroboter, Ladestationen, und dergleichen, kann jedoch auf
Grund der Komplexität
der Fertigungssequenzen mit einer großen Anzahl an Produktarten
und entsprechenden großen
Anzahl an Prozessen, die häufigen
Rezeptänderungen
unterworfen sein können,
unbeobachtet bleiben.
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In
jüngerer
Zeit wurden Prozessanlagen immer komplexer, wobei eine Prozessanlage
mehrere funktionale Module oder Einheiten enthalten kann, wobei
diese Anlagen als Cluster oder Cluster-Anlagen bezeichnet werden,
die parallel und/oder sequenziell arbeiten können, so dass an der Cluster-Anlage
eintreffende Produkte Verfahren in mehreren Prozessverfahren bearbeitet
werden, abhängig von
dem Prozessrezept und dem aktuellen Anlagenzustand. Die Stapel-
bzw. Cluster-Anlage kann das Ausführen einer Sequenz aus korrelierten
Prozessen ermöglichen,
wodurch die Gesamteffizienz beispielsweise durch Reduzieren der
Transportaktivitäten
innerhalb der Fertigungsstätte
und/oder durch Erhöhend
der Anlagenkapazität
und Verfügbarkeit
durch Verwenden diverser Prozesskammer in paralleler Weise für den gleichen
Prozessschritt erhöht
wird. In einer Cluster-Anlage werden mehrere Module oder Einheiten
typischerweise von einem einzelnen Substratrobotersystem bedient,
wobei die unterschiedlichen Prozesszeiten auf Grund der unterschiedlichen Rezepte
und dergleichen und/oder die parallele Bearbeitung in einigen der
Module zu konkurierenden Tarnsportaufgaben führen kann, wodurch eine dynamische,
d.h. eine zeitvariable Sequenz aus Ereignissen erzeugt wird. Wenn
mehrere Transportaufgaben gleichzeitig anhängig sind, dann arbeitet der
Roboter auf der Grundlage einer vordefinierten statischen Regel,
um eine geeignete Aufgabe auszuwählen,
um damit eine gewünschte
Anlagenleistungsfähigkeit, etwa
eine maximale Anlagenauslastung, und dergleichen zu erreichen. Diese
Regel kann beispielsweise vorschreiben, das Substrat auszuwählen, das
die wenigsten Prozessschritte von allen Substraten durchlaufen hat,
die zu dieser Zeit eine Transportfunktion von dem Roboter anfordern,
oder es kann die Transportaufgabe ausgewählt werden, die das Ziel mit
der höchsten
vordefinierten Priorität
besitzt, und dergleichen. In vielen Fällen ist die Transportsequenzregel
im Hinblick auf eine Anlageauslastung im Voraus ausgewählt, so
dass das „Engstellen-Modul", d. h. das Prozessmodul
der Cluster-Anlage mit der geringsten Prozesskapazität bedient
wird, um damit eine im Wesentlichen kontinuierliche Funktion zu
ermöglichen,
wobei typischerweise eine hohe Anlagenauslastung erzeugt wird, solange
Substrate an der Cluster-Anlage verfügbar sind.
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In
typischen Halbleiterfertigungsstätten
werden die Substrate in Gruppen, die als Lose bezeichnet werden,
in speziellen Behältern
oder Trägem transportiert,
die so gestaltet sind, dass sie eine spezifizierte Anzahl an Substraten
aufnehmen. Wie zuvor erläutert
ist, sind viele unterschiedliche Produktarten in unterschiedlichen
Fertigungsphasen in der Fertigungsstätte vorhanden, etwa Testsubstrate,
Pilotsubstrate, speziell bestellte Bauelemente, und dergleichen.
Somit können
die Lose unterschiedliche Größen aufweisen,
d. h. die entsprechenden Behälter
sind nicht vollständig
gefüllt,
was deutlich zu einer äußert dynamischen
Situation an den diversen Prozessanlagen beitragen kann, da typischerweise
die minimale Zeit für
den Austausch von Behältern
unabhängig
ist von der Anzahl der Substrate, wohingegen die Austauschzeit,
die zum kontinuierlichen Zuführen von
Substraten zu der Prozessanlage erforderlich ist, deutlich von der
Losgröße abhängen kann,
da ein häufigerer
Behälteraustausch
an einer Ladestation in Verbindung mit reduzierten Bearbeitungszeiten,
die für
eine geringere Anzahl an Substraten pro Los erforderlich ist, auch
die Zeit reduziert, die zum Austauschen eines Behälters verfügbar ist,
wenn im Wesentlichen die Gesamtfunktion der Prozessanlage nicht
negativ beeinflusst werden soll. Die für den Behälteraustausch verfügbare Zeit
kann auch als ein „Fenster
der Gelegenheit für
den Behälteraustausch" bezeichnet werden
und repräsentiert
einen Wesentlichen Faktor zum Bestimmen des Gesamtverhaltens einer
Prozessanlage insbesondere, wenn eine dynamische Situation an einer
oder mehreren Prozessanlagen auftritt, die beispielsweise durch
das Vorhandensein unterschiedlicher Losgrößen hervorgerufen wird. Wie
zuvor erläutert
ist, kann die Prozesssituation in einer Cluster-Anlage typischerweise
an sich eine dynamische Situation repräsentieren, deren Grad an Dynamik
in Verbindung mit einem erhöhten Maß an Variabilität in der
Losgröße noch
weiter „verstärkt" werden kann. Unter
diesen Bedingungen können
die in konventionellen Cluster-Anlagen implementierten Transportregeln
zu einem nicht optimalen Anlagenverhalten führen.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte
Technik zum Betreiben von Cluster-Anlagen, wobei eines oder mehrere
der zuvor erkannten Probleme vermieden oder deren Auswirkungen zumindest
deutlich reduziert werden.
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Überblick über die
Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zum
Verbessern des Leistungsverhaltens von Prozessanlagen, etwa von
Cluster-Anlagen, durch dynamisches Anpassen eines Steuerungsmechanismus,
der in einem automatisierten Substrathandhabungssystem verwendet
wird, das Substrate zu und von einer Vielzahl von Prozessmodulen
auf der Grundlage spezifizierter Steuerungskriterien transportiert.
Wie zuvor erläutert
ist, kann in einem automatisierten Substrathandhabungssystem eine
Sequenz aus dynamischen Ereignissen auftreten, wenn mehrere Substrate
verarbeitet werden, die mehreren Ladestationen zugeführt werden,
da das automatische Substrathandhabungssystem mit mehreren konkurierenden
Aufgaben konfrontiert werden kann, die konventioneller Weise gemäß einer
vordefinierten statischen Transportsequenzregel abgearbeitet werden.
Typischerweise kann eine entsprechende Regel auf speziellen Kriterien
beruhen, etwa dem Anlagendurchsatz, und dergleichen, und kann während des
Betriebs der entsprechenden Prozessanlage nicht geändert werden. Da
das Gesamtverhalten der Prozessanlage oder des entsprechenden Bereichs
einer entsprechenden Fertigungsumgebung oder entsprechende Fertigungsziele
von anderen Einflüssen,
etwa der Losgröße von Substratbehältern, einer Änderung
der Priorität
für die
Bearbeitung spezieller Substratlose, und dergleichen abhängen kann,
kann eine Steuerungstechnik auf der Grundlage einer festgelegten
Transportsequenzregel zu einem reduzierten Anlagenleistungsverhalten
oder zu einer deutlich reduzierten Flexibilität in speziellen Prozesssituationen
beim Steuern des Prozessablaufs der entsprechenden Fertigungsumgebung
führen.
Durch Bereitstellen der Möglichkeit
zum dynamischen Modifizieren des entsprechenden Steuerungsmechanismus
zum Koordinieren konkurierender Transportaufgaben des automatischen
Substrathandhabungssystems kann eine geeignete Verschiebung des
Anlagenverhaltens und damit des Leistungsverhaltens in Reaktion
auf eine spezielle Prozesssituation initiiert werden.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Cluster-Anlage zwei oder
mehr Prozessmodule und mehrerer Ladestationen, die ausgebildet sind,
Transportbehälter
mit Substraten aufzunehmen und abzugeben. Ferner umfasst die Cluster-Anlage
ein Substrathandhabungssystem, das ausgebildet ist, Substrate von
mehreren Ladestationen zu den zwei oder mehreren Prozessmodulen
auf der Grundlage mehrerer Transportsequenzregeln zuzuführen. Schließlich umfasst
die Cluster-Anlage eine Transportabschätzeinheit, die funktionsmäßig mit
dem Substrathandhabungssystem ver bunden und ausgebildet ist, dynamisch
eine der mehreren Transportsequenzregeln auszuwählen.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Transportsteuerungssystem
eine Steuerung, die funktionsmäßig mit
einem Substrathandhabungssystem einer Prozessanlage mit mehreren Prozessmodulen,
die von dem Substrathandhabungssystem bedient werden, verbunden
ist. Des weiteren umfasst das System eine Transportsituationsabschätzeinheit,
die funktionsmäßig mit
der Steuerung und der Prozessanlage verbunden ist, wobei die Prozesssituationsabschätzeinheit
ausgebildet ist, eine Transportsituation in Bezug auf Substrate,
die von der Prozessanlage abzuarbeiten sind, auf der Grundlage von
Prozessinformationen abzuschätzen und
die Steuerung anzuweisen, eine Transportsequenz des Substrathandhabungssystems
auf der Grundlage der abgeschätzten
Transportsituation zu steuern.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Empfangen von
Prozessinformationen aus einer Prozessanlage, die in einer Fertigungsprozessanlage
eingesetzt wird, wobei die Prozessanlage mehrere Prozessmodule und
mehrere Ladestationen zum Aufnehmen und Abgeben von Substratbehältern aufweist.
Das Verfahren umfasst ferner das dynamische Modifizieren eines Steuerungsmechanismus
zum Koordinieren von Transportaktivitäten eines Substrathandhabungssystems,
das Substrate zu und von den mehreren Prozessmodulen transportiert,
auf der Grundlage der Prozessinformationen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüche definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden Beschreibung hervor, wenn
diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in
denen:
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1a schematisch
eine Cluster-Anlage in einer Fertigungsumgebung zeigt, wobei die
Cluster-Anlage die Eigenschaft besitzt, eine dynamische Anpassung
eines Steuerungsmechanismus für
ein automatisches Substrathandhabungssystem gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen;
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1b und 1c schematisch
die Cluster-Anlage darstellen, wie sie in 1a gezeigt
ist, die auf der Grundlage einer statischen Transportsequenzregel
betrieben wird;
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1d schematisch
die Cluster-Anlage aus 1a zeigt, wenn diese auf der
Grundlage einer dynamischen Anpassung des Steuerungsmechanismus
gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betrieben wird; und
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1e bis 1h schematisch
den zeitlichen Verlauf des Anlagenverhaltens darstellen, wenn diese
auf der Grundlage einer festgelegten Sequenzregeln und auf der Grundlage
einer dynamischen Änderung
des entsprechenden Steuerungsmechanismus gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betrieben wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die angefügten
Patentansprüche
dar.
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Koordinierung
konkurierender Transportaufgaben in einem automatischen Substrathandhabungssystem
einer Prozessanlage mit mehreren Prozessmodulen, die von dem automatischen
Substrathandhabungssystem bedient werden. Wie zuvor erläutert ist,
gibt es ein zunehmendes Bestreben, die Komplexität von Prozessanlagen, die für die Herstellung
von Mikrostrukturbauelementen, etwa integrierten Schaltungen, eingesetzt
werden, zu erhöhen,
indem mehrere Prozessmodule in eine einzelne übergeordnete Anlagenbasiseinheit
eingebaut werden, wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, mehrere unterschiedliche Prozessschritte innerhalb
eines kleinen Volumens der Halbleiterfertigungsstätte auszuführen, wobei
gleichzeitig die Transportstrecken zwischen den diversen Prozessschritten
verringert und/oder die Kapazität
von Prozessanlagen erhöht wird,
indem mehrere parallele Prozessmodule bereitgestellt werden. Typi scherweise
wird eine Mischung aus sequenzieller und paralleler Bearbeitung
in Cluster-Anlagen
vorgesehen, die daher eine Vielzahl möglicher Prozesspfade durch
die Anlage definieren, wobei die unterschiedlichen Stufen der diversen
Prozesspfade sich in der Kapazität
unterscheiden können,
wodurch eine „Engstellen"-Stufe definiert
wird, die als jenes Prozessmodul oder Module betrachtet werden kann,
die einen gewissen Prozess in der Sequenz aus unterschiedlichen
Prozessschritten, die in der Cluster-Anlage ausgeführt werden,
mit der minimalen Prozesskapazität
durchführt.
Folglich ist, solange Substrate in der Cluster-Anlage verfügbar sind, eine
typisch bevorzugte Strategie beim Betreiben der Cluster-Anlage so
gestaltet, dass das eine oder die mehreren Engstellenmodule über die
ganze Zeit hinweg arbeiten, wodurch der Anlagendurchsatz maximiert
wird, zumindest für
den Zeitraum, in welchem Substrate in den entsprechenden Ladestationen
der Cluster-Anlage
vorhanden sind. Daher werden typischerweise Steuerungsmechanismen
in dem automatischen Substrathandhabungssystem der Cluster-Anlage
eingerichtet, um damit den Substrattransport so zu koordinieren,
dass das eine oder die mehreren Engstellenprozessmodule durchgängig in
Betrieb sind. Wie zuvor erläutert
ist, wird der Transport von Substratbehältern zu und von den entsprechenden
Prozessanlagen typischerweise mittels eines automatischen Materialhandhabungssystems
(AMHS) ausgeführt,
wobei eine gewisse Zeit zum Abgeben des entsprechenden Behälters, der
die von der Anlage zu bearbeitenden Substrate enthält, und
zum Aufnehmen des Behälters,
der die bearbeiteten Substrate enthält, im Wesentlichen unabhängig ist
von der tatsächlichen
Anzahl an Substraten, die in den diversen Behältern enthalten sind, so dass
für sehr
unterschiedliche Losgrößen, die
von der entsprechenden Anlage zu bearbeiten sind, eine merkliche
Variation im Anlagenleistungsverhalten beobachtet werden kann, da
ein wesentlicher Teil der Behälteraustauschzeit
durch die deutlich unterschiedlichen Prozesszeiten für die diversen
Substratlose abzudecken ist. Folglich ermöglicht eine statische Transportsequenzregel
zum Koordinieren des Substrattransfers innerhalb der Cluster-Anlage,
der deutlich zum Gesamtverhalten der Anlage beiträgt, in konventionellen Verfahren
unter Umständen
nicht, in flexibler Weise auf Prozesssituationen zu reagieren, beispielsweise im
Hinblick auf das Vorhandensein von Substratlosen mit sehr unterschiedlichen
Größen in der
Fertigungsumgebung.
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Erfindungsgemäß wird eine
dynamische Anpassung des entsprechenden Steuerungsmechanismus eines
anlageninternen automatischen Substrathandhabungssystems auf der
Grundlage geeigneter Prozessinformationen erreicht, aus der eine
aktuelle Transportsituation oder ein Zustand ermittelt werden kann
und zum Auswählen
eines geeigneten Kriteri ums zum Steuern des anlageninternen automatischen
Substrathandhabungssystems verwendet werden kann. Die Eigenschaften
zum Ausführen
einer entsprechenden dynamischen Anpassung können wiederum auf der Grundlage
spezieller Kriterien, etwa dem optimalen Anlagenverhalten, sich
dynamisch ändernden
Bedingungen der Fertigungsumgebung, und dergleichen definiert werden.
In anderen Fällen
kann eine dynamische Anpassung des Steuerungsmechanismus auf Grundlage
der Reduzierung der Gesamtdurchlaufzeit spezieller Substrate, und dergleichen
erfolgen.
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Es
sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung vorteilhaft
auf Prozessanlagen, etwa Cluster-Anlagen angewendet werden kann,
die für
die Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden, wobei
der Begriff „Halbleiterbauelement" als ein Oberbegriff
für ein
Bauelement zu verstehen ist, das auf der Grundlage mikromechanischer
oder mikroelektronischer Fertigungsverfahren hergestellt wird. Die
allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Erfindung können jedoch
auf auch auf Prozessanlagen in anderen industriellen Bereichen angewendet
werden, in denen Produkte durch komplexe Mess- oder Produktionsanlagen
in einer äußerst automatisierten
Weise zu prozessieren sind. Sofern dies daher in der Beschreibung
und den angefügten Patentansprüchen nicht
anders dargelegt ist, sollte die vorliegende Erfindung nicht auf
Prozessanlagen zur Herstellung von Halbleiterbauelementen eingeschränkt betrachtet
werden.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1h werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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1a zeigt
schematisch eine Prozessanlage 100, die ein Teil einer
Fertigungsprozesslinie einer Fertigungsumgebung 150 sein
kann, die in einer anschaulichen Ausführungsform eine Fertigungsumgebung
für die
Herstellung von Halbleiterbauelementen repräsentiert. Die Prozessanlage 100 umfasst
mehrere Ladestationen 110a, 110b, die so gestaltet
sind, Substratbehälter
oder Träger 151a, 151b,
die eine Reihe von Substraten 152 enthalten, aufzunehmen und/oder
abzugeben, wobei, wie zuvor erläutert
ist, die Anzahl der Substrate 152, die in den diversen Substratbehältern 151a, 151b enthalten
sind, variabel ist. Beispielsweise kann eine typische Losgröße der Behälter 151, 151b in
der Halbleiterfertigungsumgebung 25 Scheiben pro Behälter betragen,
wobei die tatsächliche
Losgröße von 1,
beispielsweise für ein „kleines" Pilotlos, bis zu
einer beliebigen Anzahl abhängig
von den Prozesserfordernissen reichen kann. Beispielsweise kann
die Bearbeitung von Testlosen, von Losgrößen auf Bestellung, und die
Bearbeitung von einer großen
Anzahl unterschiedlicher Produktarten und dergleichen zu sehr unterschiedlichen
Losgrößen führen. Wie
zuvor erläutert
ist, werden die Substratbehälter 151a, 151b in
der Umgebung 150 auf der Grundlage eines automatisierten Materialhandhabungssystems
und/oder durch eine andere Einrichtung, etwa Bediener, und dergleichen, transportiert.
Die mehreren Ladestationen 110a, 110b werden daher
als eine Schnittstelle betrachtet, die durch die gestrichelte Linie
angezeigt ist, um damit die Behälter 151, 151b von
dem verbleibenden Teil der Umgebung 150 zu erhalten und
Substrate, die von der Anlage 100 bearbeitet wurden, an
den Rest der Umgebung 150 abzugeben, wobei dieser Prozess
allgemein als ein Behälteraustausch
bezeichnet wird. Es sollte beachtet werden, dass die Ladestationen 110a, 110b eine
beliebige geeignete Konfiguration zum Empfangen einer speziellen
Art von Behältern 151a, 151b,
etwa von FOUP (frontseitig öffnenden
vereinheitlichten Behältern),
und dergleichen aufweisen können,
wobei die Ladestationen 110a, 110b oder zumindest
einige der Ladestationen eine kontrollierte Atmosphäre bereitstellen
können, um
damit die Kontamination der Substrate 152 während des
Behälteraustausches
und während
des Transports des Substrats 152 innerhalb der Anlage 100 zu
reduzieren.
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Die
Prozessanlage 100 umfasst ferner mehrere Prozessmodule
oder Prozesskammern 130, wobei in einigen anschaulichen
Ausführungsformen
die Prozesskammern 130 äquivalente
Prozessmodule repräsentieren
können,
die so gestaltet sind, um im Wesentlichen die gleichen Prozesse
auszuführen, wodurch
ein hohes Maß an
Parallelität
für den
entsprechenden Prozess geschaffen wird. In anderen Fällen können die
Prozessmodule 130 eine Sequenz aus Prozessmodulen repräsentieren,
die unterschiedliche Prozessschritte ausführen. In noch weiteren anschaulichen
Ausführungsformen
repräsentieren
die Prozessmodule 130 eine Mischung aus sequenziellen und
parallelen Prozessmodulen. In der gezeigten Ausführungsform sind ein oder mehrere Prozessmodule 131 vorgesehen,
die einen Schritt 1 einer Prozesssequenz repräsentieren, der von der Anlage 100 ausgeführt. Mehrere äquivalente
Prozessmodule 122a, 122b repräsentieren z. B. einen zweiten
(2) Schritt der Prozessequenz, während
ein Prozessmodul 133 den letzten Schritt der Prozesssequenz,
der als Schritt 3 bezeichnet ist, repräsentieren kann, wobei dieses
Modul als eine einzelne Prozesskammer dargestellt ist. Beispielsweise
kann die Prozessanlage 100 eine Abscheideanlage für eine Prozesssequenz
zum Abscheiden unterschiedlicher Schichten repräsentieren, wobei möglicherweise Reinigungsschritte
eingeschlossen sind, oder die Anlage 100 kann eine komplexe
CMP- (chemisch-mechanische Polier-) Anlage für eine Prozesssequenz rep räsentieren,
die das Polieren unterschiedlicher Materialien in aufeinanderfolgenden
Prozessschritten erfordert, möglicherweise
mit Spül-
und Trockenschritten, und dergleichen. Es sollte jedoch beachtet werden,
dass die Ausbildung der Anlage 100, wie sie in 1a gezeigt
ist, lediglich anschaulicher Natur ist und dass die Prozesssequenz
mit den Schritten 1 bis 3, wobei der Schritt 2 eine parallele Bearbeitung
ermöglicht,
eine beliebige geeignete Prozesssequenz repräsentieren kann, ohne zu beabsichtigen,
die vorliegende Erfindung auf die dargestellte Sequenz einzuschränken.
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Die
Prozessanlage 100 umfasst ferner ein automatisches Substrathandhabungssystem 120, das
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
als ein Robotersystem vorgesehen, das ausgebildet ist, auf die Ladestationen 110a, 110b und
die Prozessmodule 130 zuzugreifen, um damit in geeigneter
Weise Substrate 152, die in der Anlage 100 zu
bearbeiten sind, zu den entsprechenden Prozessmodulen 130 zuzuführen. Es
sollte beachtet werden, dass das automatische Substrathandhabungssystem 120 tatsächlich ein
komplexes mechanisches und elektronisches System repräsentiert,
wobei die Gesamtkonfiguration von der Komplexität der Anlage 100 abhängt. Auf
Grund der hohen Komplexität
des Substrathandhabungssystems 120 und auf Grund der Tatsache,
dass typischerweise Prozesse in den diversen Prozessmodulen 130 deutlich
längere
Beareitungszeiten im Vergleich zu einer einzelnen Transportaktivität des Systems 120 aufweisen,
führt typischerweise
das System 120 eine einzelne Transportaufgabe oder Aktivität pro Zeiteinheit
aus. In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann das System 120 mehr
als eine Transportaktivität
pro Zeiteinheit ausführen,
wobei typischerweise dennoch für
eine typische Prozesssituation die Anzahl der Transportanforderungen,
die von den diversen Prozessmodulen 130 gestellt werden,
die Anzahl der Transportaktivitäten übersteigen
kann, die gleichzeitig von dem System 120 ausgeführt werden
können.
Folglich weist das System 120 entsprechende Steuerungseinheiten auf,
die ausgebildet sind, das System 120 zu betreiben, d. h.
die Transportaktivitäten
des Systems 120 auf der Grundlage einer vordefinierten
Steuerungsstrategie zu koordinieren. D. h., das System 120 ist ausgebildet,
entsprechende Anforderungen für Transportaktivitäten von
den Prozessmodulen 130 zu empfangen und die entsprechenden
Anforderungen auf der Grundlage eines spezifizierten Algorithmus abzuarbeiten,
um damit ein gewünschtes
Gesamtverhalten der Anlage 100 zu erreichen.
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In
einer anschaulichen Ausführungsform
ist das Substrathandhabungssystem 120 funktionsmäßig mit
einer Steuerung 140 verbunden, die darin eingerichtet einen
Mechanismus aufweist, der das System 120 veranlasst, die
Transportaktivitäten
gemäß spezifizierter
Kriterien auszuführen,
wobei die Steuerung 140 ausgebildet ist, den entsprechenden
Steuerungsmechanismus dynamisch zu ändern. In einer anschaulichen
Ausführungsform
weist die Steuerung 140 darin eingerichtet zwei oder mehrere
Transportsequenzregeln auf, die eine Steuerungsstrategie gemäß entsprechender
gut definierter Kriterien bereitstellen oder einrichten. Beispielsweise
kann eine Regel 1, die in 1b gezeigt
ist, einem Funktionsverhalten des entsprechenden Steuerungsmechanismus
entsprechen, das zu einem optimierten Durchsatz der Anlage 100 führt, solange
Substrate 152 an einem der Ladestationen 110a, 110b verfügbar sind. In
einer weiteren Regel, die in der Steuerung 140 implementiert
ist, kann ein entsprechendes Kriterium die Priorität der entsprechenden
Prozessmodule 130 sein, d. h. beim Auftreten gleichzeitiger
Transportanforderungen, kann das Prozessmodul mit der höchsten Priorität zuerst
bedient werden. In noch anderen Regeln der Steuerung 140,
können
andere anlagen- oder prozessspezifische Kriterien definiert sein,
um damit das Funktionsverhalten des Systems 120 festzulegen.
Somit kann im Gegensatz zu konventionellen Cluster-Anlagen die Steuerung 140 dynamisch eine
geeignete Regel auswählen
oder kann den entsprechenden Steuerungsmechanismus des Systems 120 in
Reaktion auf die Prozesssituation in der Umgebung 150 modifizieren.
Zu diesem Zweck ist in einer anschaulichen Ausführungsform die Steuerung 140 funktionsmäßig mit
einer Transportsituationsabschätzeinheit 145 verbunden,
die wiederum mit den Ladestationen 110a, 110b zum
Empfang von Prozessinformation 146 davon verbunden ist,
und diese ist in anderen anschaulichen Ausführungsformen zusätzlich oder
alternativ zu anderen Quellen von Prozessinformationen 147 verbunden,
die mit der Umgebung 150 und der Prozessanlage 100 in
Beziehung stehen. Die Transportsituationsabschätzeinheit 145 ist
ausgebildet, auf der Grundlage der ihr zugeführten Prozessinformation eine
entsprechende Transportsituation abzuschätzen, d. h. mehrere Parameter,
die mit der Umgebung 150 und der Prozessanlage 100 in Beziehung
stehen, im Hinblick auf die Substratzufuhr von und zu der Anlage 100 abzuschätzen. Beispielsweise
können
zu entsprechenden Parameter für
die Bewertung der Transportsituation das Vorhandensein von Substratbehältern 151a, 151b in
den entsprechenden Ladestationen 110a, 110b, eine
erwartete Ankunftszeit für
weitere Substratbehälter
an einem oder mehreren der Ladestationen 110a, 110b, die
tatsächliche
Anzahl an Substraten in jeden der entsprechenden Substratbehälter 151a, 151b,
der Prozessstatus der Substrate 152, und dergleichen gehören. Auf
der Grundlage der abgeschätzten Transportsituation
und spezieller Prozesskriterien kann die Abschätzeinheit 145 die
Steuerung 140 anweisen, auf der Grundlage eines geeignet
modifizierten Steuerungs mechanismus für das System 120 zu arbeiten,
indem beispielsweise eine der Regeln 1 bis n ausgewählt wird,
die in der Steuerung 140 eingerichtet sind, wenn eine Vielzahl
vordefinierter Regeln im Voraus vorgesehen sind.
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Beispielsweise
ist die Abschätzeinheit 145 in einigen
anschaulichen Ausführungsformen
ausgebildet, die entsprechende Transportsituation zu bestimmen und
die abgeschätzte
Situation auf der Grundlage vordefinierter Kriterien zu bewerten,
etwa einer Verbesserung des Gesamtverhaltens der Anlage 100,
und dergleichen, während
in anderen Ausführungsformen
mehrere Kriterien, beispielsweise in hierarchischer Ordnung, verwendet
werden können, um
in dynamischer Weise das Funktionsverhalten der Steuerung 140 auf
der Grundlage der abgeschätzten
Transportsituation zu modifizieren. Wenn beispielsweise das allgemeine
Kriterium zum Bewerten der abgeschätzten Transportsituation eine
maximale Anlagenleistung ist, wird die Transportsituation von der
Abschätzeinheit 145 für ein erstes
Zeitintervall bewertet und ein entsprechendes Funktionsverhalten
des Systems 120 wird so ausgewählt, um einen maximalen Durchsatz
der Anlage 100 während des
betrachteten Zeitintervalls zu erreichen. Beim Abschätzen der
Transportsituation während
eines zweiten nachfolgenden Zeitintervalls, was zu einer anderen
Transportsituation führen
kann. Beispielsweise kann die Anwesenheit eines Behälters 151a, 151b mit
einer deutlich reduzierten Anzahl an Substraten auftreten, so wird
die Steuerung 140 angewiesen, ihre Steuerungsstrategie
so zu ändern,
dass eine unerwünschte
Wartezeit der Anlage 100 während entsprechender Behälteraustauschintervalle, die
auf Grund des Vorhandenseins von Behältern mit einer geringeren
Losgröße häufig erforderlich
sind, reduziert oder vermieden werden. In anderen Fällen kann
die Transportsituation beispielsweise auf Grund einer verzögerten Zufuhr
von weitere Substratbehältern
zu den Ladestationen 110a, 110b eine unvermeidbare
Wartezeit der Anlage 100 in einer späteren Phase anzeigen, wodurch
die Anwendung einer anderen Steuerungsstrategie in der aktuellen
Prozessphase der Anlage 100 möglich ist, um beispielsweise die
Bearbeitung eines speziellen Loses zu beschleunigen, während die
Bearbeitung eines anderen Loses verzögert wird.
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Während des
Betriebs der Prozessanlage 100 in der Umgebung 150 empfängt die
Abschätzeinheit 145 geeignete
Prozessinformationen 146 von den mehreren Ladestationen 110a, 110b,
die beispielsweise eine Angabe bzw. Job enthalten können, dahingehend,
ob ein entsprechender Behälter
in der entsprechenden Ladestation vorhanden ist, über die Anzahl
der Substrate, d. h. die Losgröße, innerhalb des
entsprechenden Behälters,
und dergleichen. Ferner wird in anderen anschaulichen Ausführungsformen
die weitere Prozessinformation 147 durch andere Quellen
zugeführt,
etwa ein übergeordnetes Steuerungssystem,
beispielsweise in Form eines Fertigungsausführungssystems (MES) und dergleichen,
wobei zusätzliche
Informationen im Hinblick auf die Behälter und damit die in der Anlage 100 zu bearbeitenden
Substrate bereitgestellt wird. Beispielsweise können eine Substratkennung,
die Priorität
der Bearbeitung der entsprechenden Substrate, und dergleichen mittels
der zusätzlichen
Prozessinformation 147 vermittelt werden. Es sollte beachtet werden,
dass in einigen Ausführungsformen
die Abschätzeinheit 145 auch
anlagenspezifische Eigenschaften empfängt oder die Fähigkeit
hat, diese zu bestimmen, in Bezug auf das Substrat, das zu bearbeiten
ist, etwa typische Durchlaufzeiten für die betrachtete Prozesssequenz,
und dergleichen. Auf der Grundlage der Prozessinformation 146 und
möglicherweise
der Information 147 bestimmt die Abschätzeinheit 145 die
entsprechende Transportsituation, d. h. ein entsprechendes Maß dafür, um davon
ein Auswahlkriterium für
einen Funktionsmodus der Steuerung 140 zu bestimmen. Beispielsweise
kann die Abschätzeinheit 145 auf
der Grundlage der Information 146 die Anzahl der Substrate
bestimmen, die in den Trägern
in den mehreren Ladestationen 110a, 110b enthalten
sind, und die nicht als nächstes
auszutauschen sind, da Substrate eines speziellen Behälters aktuell
bearbeitet werden und als nächstes
mit dem nächsten
Behälter
auszutauschen sind, der an der Anlage 100 eintrifft. Beispielsweise
sei angenommen, dass ein Behälter
mit einer Standardlosgröße, beispielsweise
25 Substraten, in der Ladestation 110 auch vorhanden ist,
während
die entsprechenden Substrate 152 aktuell verarbeitet werden.
Ferner sei ein entsprechender Behälter in der Ladestation 110b vorhanden
oder trifft in Kürze
darin ein, der beispielsweise auch eine Standardlosgröße beinhaltet,
so dass der Behälter
in der Ladestation 110a der nächste Behälter ist, der auszutauschen
ist, während
die Substrate in dem Behälter
der Ladestation 110b ein entsprechendes Zeitfenster zum
Abgeben des Behälters
in der Ladestation 110a und zum Aufnehmen eines neuen Behälters darin
definieren. Folglich kann die Abschätzeinheit 145 unter
derartigen Bedingungen die entsprechende Transportsituation auf
der Grundlage der Behälter
und Substrate abschätzen, die
aktuell in den Ladestationen 110a, 110b vorhanden
sind, beispielsweise durch Bestimmen des entsprechenden Fensters
der Gelegenheit für
den Austausch des Behälters,
der als nächstes
auszutauschen ist. Somit bestimmt in dieser Situation die Abschätzeinheit 145,
dass für
ein Zeitintervall, beispielsweise für die Bearbeitung der Substrate
in dem Behälter,
der in der Ladestation 110a angeordnet ist, ein spezieller
Steuerungsmechanismus oder Regel der Steuerung 140 zum
Steuern des Betriebs des automatischen Substrathandhabungssystems 120 geeignet
ist.
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Da
die Verfügbarkeit
weiterer Substrate aus dem Behälter,
der in der Ladestation 110b angeordnet ist, sichergestellt
ist, ist ein im Wesentlichen kontinuierlicher Betrieb der Anlage 100 möglich, und
es kann im Wesentlichen die gleiche Transportsituation für ein zweites
Zeitintervall angenommen werden, das im Wesentlichen der Bearbeitung
der Substrate in dem Behälter
der Ladestation 110b entspricht. Folglich ist in diesem
Falle eine Änderung
des Betriebsverhaltens des Systems 120 nicht erforderlich. Folglich
kann das Substrathandhabungssystem 120 von der Steuerung 120 angewiesen
werden, entsprechende Transportaktivitäten so auszuführen, dass Substrate
aus dem Behälter
in der Ladestation 110a ausgeladen und Substrate dem Prozessmodul 131 zugeführt werden,
das den ersten Schritt der in der Anlage 100 ausgeführten Prozesssequenz
repräsentiert,
so dass eine minimale Wartezeit oder nicht produktive Zeit des Moduls 131 erreicht
wird, wenn dieses Prozessmodul 131 die Engstelle der gesamten Prozesssequenz
1, 2 und 3 der Anlage 100 repräsentiert. Das Minimieren der
nicht produktiven Zeit des Moduls 131 repräsentiert
eines von mehreren Kriterien zum Steuern des Systems 120,
das jedoch maximalen Anlagendurchsatz bereitstellt. Es sollte jedoch beachtet
werden, dass andere Kriterien in den entsprechenden Steuerungsmechanismus
oder die Steuerungsregeln implementiert werden können. Da eine Vielzahl von
Substraten gleichzeitig von der Anlage 100 in den diversen
Prozessmodulen 130 bearbeitet wird, führen konkurrierende Transportaufgaben,
die von dem System 120 auszuführen sind, zu einem unterschiedlichen
Funktionsverhalten der Anlage 100, abhängig von der entsprechenden
Steuerungsstrategie. In dem zuvor genannten Beispiel einer minimalen
nicht produktiven Zeit des Engstellenmoduls, beispielsweise des
Moduls 131, werden die Transportaktivitäten anderer Substrate in den
verbleibenden Prozessmodulen entsprechend solange verzögert, bis
das Engstellenmodul 131 durch das System 120 bedient
ist und danach werden die verbleibenden Substrate durch die Prozessmodule 122a, 122b, 133 geführt, was
ebenso auf der Grundlage einer entsprechenden Strategie erfolgen
kann. Beispielsweise wird das Prozessmodul mit der nächsthöheren Prozesskapazität im Vergleich
zu den Engstellen des Moduls bedient. Nachdem alle Substrate des
Behälters
in der Ladestation 110a in die Prozesssequenz der Anlage 100 eingespeist
sind, kann das System 120 dann Substrate aus der Ladestation 110b im
Wesentlichen ohne eine weitere nichtproduktive Zeit empfangen.
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1b zeigt
schematisch die Prozessanlage 100 während einer speziellen Prozesssituation,
in der ein erster Behälter 151a,
beispielsweise mit einer standardmäßigen Losgröße, etwa 25 Substraten, in der
Ladestation 100a positioniert ist und mehrere Substrate 152 da von
aktuell in den Prozessmodulen 130 bearbeitet werden. Ferner
ist ein zweiter Behälter 151b in
der Ladestation 110b angeordnet und weist ein Los mit einer
deutlich geringeren Größe auf, beispielsweise
kann der Behälter 151b fünf Substrate
aufweisen. Auf der Grundlage der entsprechenden Prozessinformation 146 kann
somit die Abschätzeinheit 145 die
entsprechende Prozesssituation bestimmen und ein gewünschtes
Funktionsverhalten des Handhabungssystems 120 auswählen, das
als Regel 1 in der Steuerung 140 angezeigt ist. Wie zuvor
erläutert
ist, können
eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsmodi oder Verhalten für die Steuerung 140 verfügbar sein,
um damit eine dynamische Anpassung oder Modifizierung der Transportsequenzung
zu ermöglichen,
wenn Substrate durch die Prozessmodule 130 durchgeschleust
werden. In diesem repräsentativen
Beispiel wird angenommen, dass die Regel 1 einem Verhalten „optimaler
Durchsatz" entspricht,
d. h. Substrate werden dem Engstellenmodul, beispielsweise dem Modul 131,
zugeführt,
um damit dessen nichtproduktive Zeit zu minimieren. In dieser Prozesssituation
bestimmt die Abschätzeinheit 145 ferner
auf der Grundlage verfügbarer
Informationen, dass abhängig
von der zeitgerechten Verfügbarkeit eines
weiteren Behälters 151c an
der Ladestation 110a das Fenster der Gelegenheit zum Austausch des
Behälters 151,
das durch die Substrate des Behälters 151b definiert
ist, nicht ausreichend ist, um eine im Wesentlichen kontinuierliche
Betriebsweise der Anlage 100 aufrecht zu erhalten, da die
typische Behälteraustauschzeit
länger
sein kann als das Zeitintervall, das durch die kleine Losgröße der Substrate
in dem Behälter 151b bereitgestellt
wird. Somit kann während
der nachfolgenden Bearbeitung der Substrate in dem Behälter 151b und
während
des Austausches der Behälter 151a, 151c eine
unvermeidbare nichtproduktive Zeit der Anlage 100 erzeugt
werden.
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1c zeigt
schematisch die Prozessanlage 100 in einem weiter fortgeschrittenen
Bearbeitungszustand, wenn das letzte Substrat des Behälters 151a in
das Prozessmodul 131 eingeführt ist und danach Substrate
des Behälters 151b in
das Modul 131 weiterhin auf der Grundlage der Regel 1 eingeführt werden.
Es sollte beachtet werden, das ein entsprechendes Betriebsverhalten
der Anlage 100 in Bezug auf die Transportsequenzungsregeln,
wie sie in 1c gezeigt sind, im Wesentlichen
einem „konventionellen" Anlagenbetriebsmodus
entspricht, wobei die entsprechenden Transportsequenzregeln statisch
sind.
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1d zeigt
schematisch die Prozessanlage 100 in einer ähnlichen
Situation, wie sie in 1b gezeigt ist, wobei jedoch
die Fähigkeit
der dynamischen Anpassung des Transportsequenzverhaltens des Systems 120 aktiviert
ist. D. h., wie zuvor beschrieben ist, bestimmt die Abschätzeinheit 145 die entsprechende
Transportsituation und wählt
auf der Grundlage spezieller Kriterien ein geeignetes Betriebsverhalten
der Steuerung 140 aus, indem beispielsweise die Steuerung 140 angewiesen
wird, eine spezifizierte Regel der Regeln 2 bis n, etwa die Regel
2, anzuwenden. Beispielsweise kann während eines Zeitintervalls
das System 120 auf der Grundlage der Regel 1 betrieben
werden, wie dies in 1b gezeigt ist, um damit einen
hohen Anlagendurchsatz während
dieses Zeitintervalls zu erreichen, während in einem zweiten Zeitintervall
die Abschätzeinheit 145 die
Steuerung 140 anweisen kann, die Steuerungsstrategie zu ändern, beispielsweise
unter Anwendung der Regel 2, wie dies in 1d gezeigt
ist, wodurch der Betriebsmodus des Systems 120 dynamisch
an die abgeschätzte
Transportsituation angepasst wird. Beispielsweise kann die Regel
2 den Steuerungsmechanismus von einem Funktionsverhalten, das durch „Minimieren
der nichtproduktiven Zeit des Engstellenmoduls" bestimmt ist, zu „Reduzieren oder Minimieren
der Durchlaufzeit" der
verbleibenden Substrates des Behälters 151a" geändert werden.
In diesem Falle kann die Bearbeitung der Substrate in dem Behälter 151a in
einer geringeren Zeit im Vergleich zu der Situation erreicht werden, wie
sie in 1c beschrieben ist, wodurch
ein früherer
Austausch des Behälters 151a möglich ist,
wodurch sich eine geringere Gesamtverarbeitungszeit der entsprechenden
Substrate ergibt, und wenn der Behälter 151c (siehe 1b)
bereits an der Ladestation 110a verfügbar ist, sind die entsprechenden
darin enthaltenen Substrate für
die weitere Bearbeitung früher
verfügbar
im Vergleich zu der Situation, wie sie in 1c beschrieben
ist. Somit kann das Gesamtverhalten der Anlage 100, wenn
diese über
einen längeren
Zeithorizont betrachtet wird, verbessert werden. D. h., wenn das
letzte Substrat des Behälters 151a in
das Modul 131 eingespeist wird, kann die Abschätzeinheit 145 die
Steuerung 140 anweisen, die Regel 2 zu verwenden, zumindest
solange Substrate des Behälters 151a durch
die Prozessmodule 130 geführt werden, was jedoch die
Gesamtdurchlaufzeit der Substrate des Behälters 151 verlängern kann, was
andererseits ein größeres Fenster
der Gelegenheit zum Austausch des Behälters 151 liefert.
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1e und 1f zeigen
schematisch die entsprechenden Prozesssituationen, wie sie in den 1b, 1c und 1d gezeigt
sind, gemäß einem
schematischen Zeitablaufdiagramm.
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1e zeigt
schematisch den Arbeitsablauf gemäß 1b und 1c,
d. h. ohne eine dynamische Anpassung des Betriebsmodus des Systems 120.
Somit werden die Substrate des Behälters 151a, der in
der Ladestation 110a angeordnet ist, abgearbeitet, d. h.
dieser wer den durch die Sequenz 1, 2 und 3 der Anlage 100 in
einer Gesamtbearbeitungszeit, die als TA bezeichnet ist, durchgeschleust.
Wie zuvor erläutert
ist, werden die Substrate des Behälters 151a unter Anwendung
der Regel 1 bearbeitet, die einer speziellen Steuerungsstrategie
für das
System 120 entspricht, wodurch sich die spezielle Gesamtbearbeitungszeit
TA ergibt, die zusätzlich
von den Eigenheiten der entsprechenden Prozesse, die in den Prozessmodulen 130 ausgeführt wurden,
abhängen
kann. Wie zuvor erläutert
ist, können
nach dem Einspeisen des letzten Substrats des Behälters 151a,
was dem Zeitpunkt TA1 entspricht, Substrate des Behälters 151b durch
die Module 130 geführt werden,
während
die gleiche Regel 1 verwendet wird. Nach einer spezifizierten Gesamtbearbeitungszeit TB
ist somit die Bearbeitung der Substrate des Behälters 151b abgeschlossen.
Nach dem Ende der Bearbeitung der Substrate des Behälters 151a wird der
Behälter 151a durch
den Behälter 151c ersetzt, der
typischerweise eine spezielle Behälteraustauschzeit, die als
TE bezeichnet ist, erforderlich ist. Folglich ist während eines
Zeitintervalls TI die Prozessanlage 100 nicht produktiv,
da die Losgröße des Behälters 151b zu
klein ist, um damit die Anlage 100 in Betrieb zu halten,
oder zumindest das Engstellenmodul davon, bis die Substrate des
nächsten
Behälters 151c für die Bearbeitung
verfügbar
sind.
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1f zeigt
schematisch die Situation, wie sie mit Bezug zu 1d beschrieben
ist, d. h. mit einer dynamischen Änderung der Transportsequenzregeln.
Wie zuvor erläutert
ist, wird die Bearbeitung der Substrate des Behälters 151a auf der
Grundlage der Regel 1 bis zum Zeitpunkt TA1 ausgeführt, wenn
beispielsweise das letzte Substrat in das Modul 131 eingeführt wird.
Danach wird die Steuerung 140 angewiesen, eine andere Steuerungsstrategie
für das System 120 zu
verwenden, so dass die Durchlaufzeit der Substrate des Behälters 151a verringert
wird. D. h., zumindest in dem Zeitintervall TA1 bis TA2 wird das
Substrathandhabungssystems 120 unter der Bedingung betrieben,
dass Substrate des Behälters 151 „bevorzugt" werden, um damit
die Gesamtbearbeitungszeit zu reduzieren, die nunmehr als TR bezeichnet
ist, und die kleiner ist im Vergleich zur Gesamtbearbeitungszeit
TA, wie sie in 1e angegeben ist. D. h., dass
vom Zeitpunkt TA1 an das System 120 die entsprechenden
Transportaufgaben abarbeitet, indem die Zufuhr von Substraten des
Behälters 151b zu
dem Engstellenmodul 131 verzögert wird, um stattdessen Transportaufgaben
höherer
Priorität
für Substrate
auszuführen,
die zu dem Behälter 151 gehören. Folglich
wird die entsprechende Gesamtbearbeitungszeit der Substrate des
Behälters 151b,
die nunmehr als TB bezeichnet ist, länger im Vergleich zu der Verarbeitungszeit
TB, was jedoch das Gesamtleistungsvermögen der Anlage 100 nicht
negativ beeinflusst, da der Behälteraustausch noch
nicht abgeschlossen ist, wie in 1f angegeben
ist. Auf Grund der geringeren Gesamtbearbeitungszeit TR des Behälters 151a,
ist jedoch der Behälter 151c früher verfügbar und
folglich kann die Bearbeitung der darin enthaltenen Substrate früher beginnen,
wodurch das Leistungsverhalten der Anlage 100 verbessert
wird. Wie angegeben ist, entspricht der Zuwachs an Leistungsvermögen einem
Zeitintervall T, das einem einzelnen Substratintervall oder mehreren entsprechen
kann, abhängig
von den Gegebenheiten der entsprechenden Prozesssituation. Beispielsweise
kann für
komplexe Cluster-Anlagen, die das Engstellenprozessmodul am Anfang
der Prozesssequenz aufweisen, und bei Anwesenheit mehrerer stark
unterschiedlicher Losgrößen, die
in der Anlage 100 zu bearbeiten sind, ein merklicher Zuwachs
im Gesamtleistungsvermögen
erreicht werden. Es sollte beachtet werden, dass abhängig von
der Prozesssituation die Steuerung 140 angewiesen werden
kann, auf der Grundlage einer weiteren Steuerungsstrategie zum Zeitpunkt
TA2 zu arbeiten, wie dies in 1f angegeben
ist, solange sichergestellt ist, dass die Bearbeitung der Substrate
des Behälters 151b innerhalb
der Behälteraustauschzeit
TE abgeschlossen ist, um damit nicht in negativer Weise die Bearbeitung
des nächsten
Behälters 151c zu
beeinflussen. Beispielsweise kann zum Zeitpunkt TA2 oder nach dem
Ende der Bearbeitung des Behälters 151b die Steuerung 140 angewiesen
werden, zur Regel 1 zurückzukehren,
wenn die weitere Bearbeitung des Behälters 151c auf der
Grundlage einer Prozessstrategie erfolgen soll, die zu einem maximalen
Anlagendurchsatz führt.
Folglich kann die Abschätzeinheit 145 eine
spezielle Transportsituation auf der Grundlage vordefinierter Kriterien,
etwa einem maximalen Anlagenleistungsvermögen, und dergleichen bewerten,
wobei die zuvor beschriebene anschauliche Ausführungsform der Abschätzeinheit 145 die
Transportsituation auf der Grundlage der verfügbaren Information 146 bestimmt
und die Notwendigkeit einer dynamischen Modifizierung der Transportsequenzstrategie
erkennt, wenn eine Losgröße erkannt
wird, deren Bearbeitung innerhalb der Behälteraustauschzeit TE abgeschlossen
ist, da in diesem Falle das Fenster der Gelegenheit für den Behälteraustausch
des aktuell bearbeiteten Behälters,
der als nächstes
auszutauschen ist, vergrößert wird,
was zu einem erhöhten Gesamtdurchsatz
der Anlage 100 führen
kann, wenn der nächste
Behälter
bereits verfügbar
ist. In anderen Fällen
können
andere Kriterien zum Bewerten der entsprechenden Transportsituation
mittels der Abschätzeinheit 145 definiert
werden.
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Folglich
kann die entsprechende dynamische Anpassung der Transportsequenzregeln
auf der Grundlage anlagenspezifischer Situationen ausgeführt werden,
wodurch ein hohes Maß an
Flexibilität für die Anlage 100 im
Hinblick auf interne Steuerungsabläufe und die Verbes serung des
entsprechenden Verhaltens erreicht wird. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen
kann die dynamische Anpassung auch auf der Grundlage externer Bedingungen
ausgeführt
werden, die mittels der Prozessinformation 147 (siehe 1a) übermittelt
wird, um damit die Möglichkeit
zu schaffen, den Zeithorizont für
die Anlagenleistungsverhaltensanpassung zu vergrößern. Wenn beispielsweise die
zusätzliche Prozessinformation 147 angibt,
dass der Behälter 151c nicht
innerhalb eines spezifizierten Zeitbereichs verfügbar ist, auf Grund von Verzögerungen
in anderen Teilen der Fertigungsumgebung 150, kann die
dynamische Anpassung auf der Grundlage anderer Kriterien ausgeführt werden,
etwa das Bevorzugen der kleinen Losgröße, um deren Gesamtdurchlaufzeit
zu verringern, und dergleichen.
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1g und 1h zeigen
schematisch die Situationen, wie sie unter Bezugnahme zu den 1e und 1f beschrieben
sind, wobei die Prozesssituation mit Bezug zu einer Reihe aus Ereignissen
beschrieben ist, wobei jedes Ereignis die Beendigung der Bearbeitung
eines einzelnen Substrats angibt.
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1g zeigt
somit einen Betriebsmodus der Anlage 100, wobei die gleiche
Transportsequenzregel, etwa die Regel 1 verwendet ist, wie dies
zuvor erläutert
ist, was zu einer entsprechenden Sequenz an fertiggestellten Substraten
führt.
Beispielsweise repräsentiert
jede vertikale Linie 153a den Abschluss der Prozesssequenz
mit 1, 2 und 3, die in den Prozessmodulen 130 durchgeführt wird,
wobei beispielsweise der Zeitpunkt TA1 angibt, wann das erste Substrat
des Behälters 151b in
das Modul 131 eingeführt wird,
während
noch weitere Substrate des Behälters 151a durch
die anderen Prozessmodule 132 und 133 geführt werden.
Zum Zeitpunkt TA ist das letzte Substrat des Behälters 151a bearbeitet
und das nächste Ereignis „Substratbearbeitung
abgeschlossen" ist
ein Ereignis 153b für
ein Substrat des Behälters 151b. Nach
fünf Ereignissen 153b sind
auch die entsprechenden Substrate an der Ladestation 110b verfügbar, während der
Behälter 151a durch
den Behälter 151c ausgetauscht
wird.
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1h zeigt
schematisch den Zeitablauf der Ereignisse 153a und 153b,
wenn die Steuerungsstrategie dynamisch in der zuvor erläuterten
Weise modifiziert wird. Folglich treten die Ereignisse „Substratbearbeitung
abgeschlossen" 153a der
letzten fünf Substrate,
entsprechend der Anzahl der Substrate in dem Behälter 151b, in kleineren
Zeitintervallen auf Grund der modifizierten Priorität des Ausführens von Transportaufgaben
für Substrate
des Behälters 151a im
Vergleich zu Substraten des Behälters 151b auf, wie
dies zuvor beschrieben ist. In ähnlicher
Weise tritt das erste Ereignis „Substratbearbeitung abgeschlossen" 153b zu
einem späteren
Zeitpunkt im Vergleich zu 1g auf,
was jedoch das Gesamtverhalten der Anlage 100 nicht negativ
beeinflusst, da der Behälteraustausch
in der Ladestation 110a noch nicht abgeschlossen ist. Da
jedoch die gesamte Bearbeitungszeit des Behälters 151a verringert
ist auf Grund der dichterliegenden Ereignisse 153a am Ende
der Prozesssequenz für
den Behälter 151a,
sind diese Substrate für
die Bearbeitung früher
verfügbar
und wenn der Behälter 151c bereits
zum Zeitpunkt der Beendigung der Bearbeitung des Behälters 151a verfügbar ist,
kann die Bearbeitung des Behälters 151c früher beginnen,
wodurch das Anlagenverhalten verbessert wird.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Technik
für den
Betrieb von Cluster-Anlagen bereit, wobei Transportsequenzregeln
in einer dynamischen Weise in Reaktion auf die aktuelle Transportsituation
an der Cluster-Anlage angepasst werden können. Zu diesem Zweck wird
die Transportsituation beispielsweise auf der Grundlage der Anzahl
der Substrate, die in den diversen Ladestationen der Cluster-Anlage
verfügbar
sind, abgeschätzt, um
das Fenster der Gelegenheit für
einen Behälteraustausch
für einen
aktuell prozessierten Behälter abzuschätzen, der
als nächstes
auszutauschen ist. Da diese Information kontinuierlich an der Anlage verfügbar ist,
kann eine entsprechende Anpassung der Transportregeln in einer äußerst dynamischen Weise
erfolgen, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen auch eine zusätzliche
Information verwendet werden kann, um die aktuelle Transportsituation
zu bewerten und um eine geeignete Transportsequenzregel auf der
Grundlage des abgeschätzten
und bewerteten Transportstatus auszuwählen. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
ist eine entsprechende Abschätzeinheit
für die Transportsituation
und eine entsprechende Steuerung zum Steuern des tatsächlichen
Steuerungsmechanismus in der entsprechenden Cluster-Anlage in-situ
eingerichtet, während
in anderen anschaulichen Ausführungsformen
die entsprechenden Komponenten oder Bereiche mit einer Cluster-Anlage über geeignete
Mittel in Verbindung stehen, etwa Schnittstellen oder Kommunikationsleitungen.
Beispielsweise können
die Abschätzeinheit 145 und/oder
die Steuerung 140 in einem übergeordneten Steuerungssystem,
etwa einem MES, und dergleichen eingerichtet sein. Folglich kann
eine erhöhte Flexibilität von Cluster-Anlagen insbesondere
bei Prozesssituationen erreicht werden, in denen mehrere Lose mit
unterschiedlichen Größen in der
entsprechenden Fertigungsumgebung vorhanden sind, was typischerweise
zu einer reduzierten Größe der Fenster
der Gelegenheit für
Behälter austausch
führt.
Somit kann durch dynamisches Anpassen des Transportverhaltens einer
Cluster-Anlage in Bezug auf die aktuelle Transportsituation das
Fenster der Gelegenheit für
den Behälteraustausch
vergrößert werden, wodurch
die Möglichkeit
zur Steigerung des Anlagenleistungsvermögens gegeben ist. Bei Verwendung
einer größeren Anzahl
komplexer Cluster-Anlagen in Verbindung mit sehr unterschiedlichen
Losgrößen, wie
dies in Halbleiterfertigungsstätten
anzutreffen ist, die eine Vielzahl unterschiedlicher Produktarten
auf Anforderung herstellen, kann ein deutlicher Anstieg des Gesamtdurchsatzes
der entsprechenden Cluster-Anlagen und somit der Fertigungsumgebung
erreicht werden.
-
Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.