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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle einer
Batch-Anlage. Bei der Prozessierung von Halbleiterscheiben zum Herstellen
von Halbleiterbauelementen werden vorzugsweise Batch-Anlagen eingesetzt,
in denen gleichzeitig mehrere Halbleiterscheiben bearbeitet werden
können. Das
Load, d.h. die Gesamtheit aller in die Batch-Anlage geladenen und
zu prozessierenden Halbleiterscheiben ist dabei in einem Boot, d.h.
einer Vorrichtung zum vertikalen oder horizontalen Aufnehmen der
Halbleiterscheiben untergebracht.
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Zu
den wichtigsten Batch-Anlagen, die in der Halbleitertechnologie
zur Anwendung kommen, zählen
Anlagen zur chemischen Gasphasenabscheidung, auch CVD („chemical
vapour deposition")
-Verfahren genannt. Mit Hilfe von CVD-Anlagen lassen sich vor allem
dünne dielektrische
Schichten auf Halbleiterscheiben erzeugen. Als Trägereineinrichtungen
für ein
Halbleiterscheiben-Load werden bei CVD-Anlagen üblicherweise Boote in Form
eines Gestells mit mehreren parallel orientierten Stäben eingesetzt,
die jeweils mit senkrecht zu den Stäben angeordneten Schlitzen
versehen sind, in die die Halbleiterscheiben eingeschoben werden
können.
Im Boot können
die Halbleiterscheiben dabei entsprechend den Vorgaben der CVD-Anlage
während
des Beschichtungsprozesses horizontal oder vertikal ausgerichtet
sein.
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Um
eine zuverlässige
Anlagenkontrolle zu erreichen und mehrere Boot-Abschnitte gleichzeitig zu überwachen,
werden in der Regel mehrere Halbleiterscheiben aus einem in der
Batch-Anlage prozessierten
Load zu Testuntersuchungen ausgewählt. Ein solches Kontrollverfahren,
bei dem im Allgemeinen sowohl spezielle Testscheiben als auch Produktscheiben
untersucht werden, gewährleistet
zwar eine umfassende Bewertung des Anlagezustands und der Qualität des Herstellungsprozesses.
Die erforderlichen umfangreichen Scheibenuntersuchungen führen jedoch
zu einem nicht unerheblichen finanziellen, logistischen und fertigungstechnischen
Aufwand.
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Verfahren
zur Kontrolle von Batch-Anlagen sind aus der
EP 0 381 338 A2 , der
EP 0 827 194 A1 und
aus R.G. Cosway et al., IEEE/SEMI 1996 Advanced Semiconductor Manufacturing
Conference and Workshop Proceedings, S. 370-374, Nov. 1996 bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das eine zuverlässige Kontrolle
von Batch-Anlagen bei verminderten finanziellen, logistischen und
fertigungstechnischen Aufwand ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Gemäß der Erfindung
wird nach einem definierten Rotationsprinzip bei aufeinanderfolgenden Durchläufen, im
Weiteren auch als Runs bezeichnet, der Batch-Anlage eine vorgegebene
Anzahl an Testscheiben an sich ändernde
Positionen im Boot gebracht. Nach einem vollständigen Rotationszyklus, bei
dem nach bestimmten Durchläufen
Testscheiben und/oder Produktscheiben untersucht werden, ist dann
eine umfassende Aussage über
den Zustand der Batch-Anlage und der Qualität des Herstellungsprozesses
möglich.
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind eine mehrfache Zeit- und Materialeinsparung und eine Senkung
des operativen Aufwandes in der Fertigung bei gleichzeitiger Möglichkeit
zu einer zuverlässigen
Bewertung der Batch-Anlage. So sind im Vergleich zu herkömmlichen
Verfahren zur Kontrolle von Batch-Anlagen gemäß der Erfindungen bis zu 5mal
weniger Testscheiben pro Run und ein bis zu 5mal geringerer Messaufwand
durch das Fertigungspersonal notwendig.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist es möglich,
bei bestimmten Durchläufen
der Batch-Anlage keine Messung vorzunehmen und/oder der Typ der
Messung, d.h. Test- und/oder
Produktscheibe zu variieren.
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Weiterhin
wird erfindungsgemäß die Rotation
der Testscheiben vorzugsweise innerhalb des Load im Boot der Batch-Anlage
durch ein geändertes Load-Muster
erreicht, wobei die Anordnung der Produktscheiben nicht verändert wird,
um den Fertigungsprozess nicht negativ zu beeinflussen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein automatisches Ändern des Load-Musters durch
einen Algorithmus, welcher lokal auf der Batch-Anlage oder extern
implementiert sein kann, durchgeführt. Dabei wird das Load-Muster
selbst oder eine das Laden der Halbleiterscheiben in das Boot steuernde
Komponente geändert.
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Darüber hinaus
ist gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung eine Nutzerschnittstelle vorgesehen, um die Parameter
der Testscheibenrotation definieren zu können. Weiterhin kann mittels
einer Statusanzeige über
den aktuellen Rotationsstatus informiert und u.U. das Bedienpersonal zum
Laden zusätzlicher
Testscheiben bei nachfolgenden Runs der Batch-Anlage aufgefordert werden. Außerdem kann
ein Logmechanismus vorgesehen sein, um Änderungen der Parameter der
Testscheibenrotation nachzuvollziehen und evtl. Fehler diagnostizieren
zu können.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Batch-Anlage am Beispiel
einer LPCVD-Anlage, auf der ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kontrolle
der Batch-Anlage
ausgeführt werden
kann, und
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2 ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Kontrolle einer Batch-Anlage, wobei 2A eine Architektur eines Programms zur
Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und 2B ein Programm
zur Festlegung von Parametern des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen.
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1 zeigt schematisch eine
Schnittdarstellung durch eine LPCVD-Anlage zur Abscheidung dünner Schichten
auf Halbleiterscheiben. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle
einer Batch-Anlage wird beispielhaft an einer solchen LPCVD-Anlage
erläutert.
Das erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich
jedoch bei allen anderen bekannten Batch-Anlagen einsetzen, bei
denen gleichzeitig mehrere Halbleiterscheiben bearbeitet werden
sollen.
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Die
in 1 gezeigte LPCVD-Anlage
umfasst eine Prozesskammer 1, in der horizontal eine Trägereinrichtung 2,
im weiteren auch als Boot bezeichnet, angeordnet ist, die mit den
zu bearbeiteten Halbleiterscheiben 10 beladen ist. Die
Gesamtheit aller in das Boot geladenen und gleichzeitig in der LPCVD-Anlage
zu prozessierenden Halbleiterscheiben 10 wird Load genannt.
Das Boot 2 weist ein Gestell aus mehreren parallelorientierten
Stäben 3 auf,
welche durch Querstreben 4 miteinander verbunden sind.
Die Stäbe 3 sind
an den den Halbleiterscheiben 10 zugewandten Seiten jeweils
mit senkrecht zu den Stäben 3 angeordneten
Schlitzen versehen, in die die Halbleiterscheiben 10 gesteckt
werden, so dass die Stäbe 3 die
Halbleiterscheiben 10 halbkreisförmig umschließen. In
der in 1 gewählten Schnittdarstellung
sind lediglich zwei Stäbe 3 abgebildet.
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Die
Prozesskammer 1 der LPCVD-Anlage wird für den Beschichtungsprozess über eine
Schleuse 5 mit dem das Los tragende Boot 2 beladen.
Für den
Beschichtungsvorgang selbst werden dann Gase über einen Gaseinlass 6 in
die Prozesskammer 1 eingeleitet. Um die für den Beschichtungsprozess erforderlichen
Temperaturen zu erzeugen, weist die Prozesskammer 1 an
den Seitenwänden
Heizelemente 7 auf, um den Innenraum der Prozesskammer und
damit das Boot mit dem Load aufzuheizen. Auf den auf diese Weise
aufgeheizten Oberflächen
der Halbleiterscheiben 10 kommt es zu einer Reaktion mit
den eingeleiteten Prozessgasen, so dass sich Reaktionsprodukte auf
den Halbleiterscheiben niederschlagen. Die entstehenden Restgase
werden aus der Prozesskammer 1 dann über einen Gasaustritt 8 abgeführt. Der
Gasaustritt 8 ist weiterhin an eine nicht dargestellte
Vakuumpumpe angeschlossen, um den für den LPCVD-Beschichtungsprozess erforderlichen
niedrigen Druck zu erzeugen.
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Zur
Steuerung und Überwachung
des Beschichtungsvorgangs in der Prozesskammer 1 wird eine
Monitoreinrichtung 12 eingesetzt, die an die Prozesskammer 1 angeschlossen
ist, um die Parameter des Beschichtungsvorgangs vorzugeben und den Beschichtungsprozess
selbst zu steuern. Die Monitoreinrichtung 12 weist weiter
eine Nutzerschnittstelle 13 für das Bedienpersonal der LPCVD-Anlage
auf sowie einen Bildschirm 14 zur Darstellung von Informationen über den
Beschichtungsvorgang bzw. über die
LPCVD-Anlage.
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Die
Monitoreinrichtung 12 führt
weiterhin mit Hilfe einer angeschlossenen Messeinrichtung 15,
die wiederum mit der Prozesskammer 1 verbunden ist, eine
Anlagenkontrolle durch. Hierzu werden nach den einzelnen Beschichtungsdurchläufen in
verschiedenen Abschnitten des Boots 2 Halbleiterscheiben
aus dem prozessierten Load entnommen und in der Messeinrichtung 15 untersucht.
Zur Untersuchung der Qualität
des Beschichtungsprozesses und damit zur Anlagenkontrolle besteht
die Möglichkeit, unterschiedliche
Messtechniken einzusetzen, so z.B. eine optische oder mechanische
Schichtdickenmessung oder auch eine optische Inspektion mit Hilfe
eines Mikroskops. Um eine umfassende Bewertung des Anlagezustandes
und der Qualität
des Abscheideprozesses zu gewährleisten,
sind in der Regel zusätzlich
spezielle Testscheiben im prozessierten Load enthalten, um auch
die Halbleiterscheibe beschädigende
Unter suchungen durchführen
zu können.
Gleichzeitig werden mit den Testscheiben aber auch Produktscheiben
zur Anlagenkontrolle untersucht.
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Um
mit möglichst
geringem operativen und finanziellen Aufwand eine zuverlässige Kontrolle
der LPCVD-Anlage durchführen
zu können,
wird erfindungsgemäß im Rahmen
eines Fertigungsprozesses von der Monitoreinrichtung 12 ein
Rotationszyklus mit einer vorgegebenen Anzahl von Runs der LPCVD-Anlage
festgelegt, wobei eine vorgegebene Anzahl von Testscheiben bei verschiedenen
Runs an sich ändernden
Positionen im Boot angeordnet werden. Die Monitoreinrichtung 12 steuert
dann die Batch-Anlage
so, dass ein vollständiger
Rotationszyklus von Runs, bei denen jeweils ein Load von Halbleiterscheiben
prozessiert werden, ausgeführt
wird, wobei nach jedem Run die an sich veränderten Positionen im Boot
angeordneten Testscheiben und/oder aus unterschiedlichen Positionen
in dem Boot entnommene Produktionsscheibe untersucht werden. Aus
den über
den gesamten Rotationszyklus anhand der untersuchten Test- bzw.
Produktionsscheiben ermittelten Messergebnissen wird dann eine Bewertung
der LPCVD-Anlage und damit des durchgeführten Beschichtungsvorgangs
vorgenommen. Die Anzahl der pro Run eingesetzten Testscheiben wird
dabei abhängig
vom jeweiligen Batch-Prozess bzw. der Größe des Load und der Ausdehnung
des Bootes festgelegt. Dies gilt auch für die Anzahl und Position der
getesteten Produktscheiben aus dem jeweils prozessierten Los.
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Weiterhin
kann das erfindungsgemäße Verfahren
zur Kontrolle der LPCVD-Anlage so ausgelegt werden, dass innerhalb
eines Rotationszyklus bei bestimmten Runs der Batch-Anlagen keine
Messung vorgenommen und/oder zusätzlich
den Typ der Messungen, d.h. Test- und/oder Produktscheiben geändert wird.
Hierdurch kann der Messaufwand reduziert und gleichzeitig die Anzahl
der erforderlichen Testscheiben verringert werden. Im Vergleich
zu den herkömmlichen
Anlagenkontrollverfahren bei Batch-Anlagen, insbesondere LPCVD-Anlagen,
kann so die Anzahl der Testscheiben und damit der Messaufwand auf
ein Fünftel
reduziert werden.
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Die
Monitoreinrichtung 12 ist weiterhin so ausgelegt, dass
eine Mindestanzahl von Runs in einem Rotationszyklus zur Anlagenkontrolle
durchgeführt
wird, um zu gewährleisten,
dass ausreichend Daten zur Anlagenbewertung erhalten werden. Falls dies
nicht möglich
ist, wird dies dem Bedienungspersonal auf dem Bildschirm 14 der
Monitoreinrichtung 12 angezeigt. Bei der durch die Monitoreinrichtung 12 festgelegten
Rotation der Testscheiben in einem Rotationszyklus zur Anlagenbewertung
werden die Anordnung der Testscheiben im Boot von Run zu Run so
variiert, dass die Anordnung der Produktionsscheiben im Load nicht
verändert
wird, um den Fertigungsprozess insgesamt nicht negativ zu beeinflussen.
Die Änderung
des Load-Musters wird dabei vorzugsweise mithilfe eines Algorithmus,
der in der Monitoreinrichtung 12 implementiert ist, ausgeführt. Zur Änderung
der Anordnung der Testscheiben im Load-Muster kann das Load-Muster
selbst oder eine das Laden der Halbleiterscheiben in das Boot steuernde
Komponente entsprechend geändert
werden.
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Bevorzugt
ist es weiterhin dem Bedienpersonal über die Nutzerschnittstelle 13 gegebenenfalls die
Möglichkeit
zu geben, die Parameter der Testscheibenrotation bzw. des Rotationszyklus
festzulegen. Gleichzeitig kann das Bedienpersonal auf den Bildschirm 14 mittels
einer Statusanzeige über
den aktuellen Rotationsstatus informiert und gegebenenfalls zu Handlungen,
z.B. zum Laden zusätzlicher Testscheiben
für nachfolgende
Runs der Batch-Anlage, aufgefordert werden. Außerdem kann die Monitoreinrichtung 12 einen
Logmechanismus enthalten, um Änderungen
der Parameter der Testscheibenrotation aufzunehmen, zu diagnostizieren
und gegebenenfalls auf dem Bildschirm 14 dann Fehlermeldungen
auszugeben.
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In 2 ist eine mögliche Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Kontrolle einer Batch-Anlage darge stellt, wie es z.B. in der
Monitoreinrichtung 12 als zusätzliche Software-Komponente
implementiert werden kann. Die graphische Nutzeroberfläche des
Programms, die auf dem Bildschirm 14 gezeigt wird, ist
vorzugsweise in Fenstertechnik, wie in 2A und 2B dargestellt,
realisiert. Das für
die jeweilige Batch-Anlage geeignete Messverfahren zur Anlagenkontrolle
wird durch Bereitstellen verschiedener Verfahrensabläufe, im
Weiteren Batch-Rezept genannt, vorzugsweise in einer Datenbank,
die vom Bedienpersonal oder auch automatisch anhand der Parameter
des von der Batch-Anlage durchzuführenden Verfahrens ausgewählt werden kann,
realisiert.
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2A zeigt ein mögliche Rotationseinstellung
für ein
Batch-Rezept zur Kontrolle einer Batch-Anlage, wie einer LPCVD-Anlage.
Der Datensatz zur Festlegung des Kontrollverfahrens enthält die nachfolgenden
Information, die auf dem Bildschirm 14 der Monitoreinrichtung 12 darstellbar
sind. Zur Kennzeichnung und Auswahl des Batch-Ablaufes ist im Batch-Rezept ein Name,
hier P-NNIT_40BE zugeordnet. Weiterhin ist der Typ der im jeweiligen Run
zu messenden Scheibe, d.h. Produkt- und/oder Testscheibe festgelegt,
wobei T für
Testscheibe und P für
Produktscheibe steht. Als weiterer Parameter ist die Anzahl der
Positionen im Boot, hier 3, angegeben, auf denen die Testscheiben
während
eines Rotationszyklus rotiert werden sollen. Zusätzlich angegeben ist, bezogen
auf den jeweiligen Run im Rotationszyklus, die aktuelle Position
der Testscheibe im Boot, hier 3. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, einem
Offset aller Positionen im Boot, hier 0 festzulegen, um die Positionen
der Scheiben im Boot nach oben um den entsprechenden Offset zu verschieben und
so zusätzliche
Rotationspositionen im Boot zu ermöglichen. Angegeben ist weiter,
nach wie vielen Runs, hier nach jedem Run, gemessen werden soll. Weiterhin
ist die Position des aktuellen Runs im Rotationszyklus, hier 1 festgelegt.
Bestimmt ist außerdem
durch Anzeige eines Haken oder einer Leerstelle, ob das Bedienpersonal
manuell rotieren darf, um z.B. zu erzwingen, dass die nächste Messung
an einer bestimmten Position im Boot ausgeführt wird.
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Zusätzlich sind
dann allgemeine Informationen des Batch-Rezepts angezeigt, nämlich wie oft rotiert wird,
hier 926 Mal, wie viele Runs der Zyklus enthält, hier 2544, wann der Messzyklus
zum letzten Mal ausgeführt
wurde, hier am 29.06.2002 um 02:59, wann das Batch-Rezept erstellt
wurde, hier am 23.06.2002 um 17:52, und wann es zum letzten Mal geändert wurde,
hier am 23.06.2002 um 17:52. Vorgesehen ist weiterhin einen Änderungsmodus
für die Rotationseinstellung
des Batch-Rezepts, der durch das Button Ändern angezeigt ist. Das Batch-Rezept kann
dann gegebenenfalls durch das Bedienungspersonal mit Hilfe der Nutzerschnittstelle 13 geändert werden.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit
mittels einer Remoteschnittstelle (nicht gezeigt) auf die Rotationseinstellung
des Batch-Rezepts zuzugreifen und dieses zu ändern bzw. einen neuen Datensatz einzuspielen.
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2B zeigt die Datenbank mit
den verschiedenen Batch-Rezepten,
wie sie auf dem Bildschirm 14 der Monitoreinrichtung 12 angezeigt
wird. Die Statusanzeige der Datenbank ist vorzugsweise farbig ausgestellt,
um ein schnelles Erkennen durch das Bedienpersonal zu ermöglichen.
Die einzelnen Batch-Rezept
sind blockweise untereinander angeordnet, wobei in 2B drei Batch-Rezepte gezeigt sind. Die
Darstellung der Batch-Rezept zur Auswahl durch das Bedienpersonal
ist in folgender Weise aufgebaut. Im obersten Feld ist der Name
des Batch-Rezepts und der Typ der Messung Produkt und/oder Testscheibe
angegeben. Weiterhin ist der Typ der Messung nochmals als graphisches
Symbol, d.h. mit T und/oder P dargestellt. Darüber hinaus sind noch die aktuelle
Position der Testscheibe im Boot angeben. Mithilfe der Farbe eines
Zylinders wird signalisiert, ob im nächsten Run nicht gemessen werden soll
(z. B. rote Flächen),
ob im nächsten
Run gemessen werden soll (z. B. grüne Flächen) oder ob im nächsten Run
Testmittel zugeladen werden sollen (z.B. farbloser Zylinder). Weiterhin ist
symbolisch mit einem Pfeil angegeben, ob manuelles Rotieren der zu
messenden Scheiben durch das Bedienpersonal zulässig ist. Von in 2B gezeigten drei Datensätze kann
das Bedienpersonal dann mithilfe der Nutzerschnittstelle das für den Bearbeitungsprozess
der Batch-Anlage geeignete Batch-Rezept
ansteuern. Diese Auswahl kann aber auch automatisch erfolgen.
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Neben
der in 2 gezeigten und
erläuterten
möglichen
Datenbankarchitektur zur Ausführung des
Verfahrens zur Kontrolle von Batch-Anlagen besteht jedoch die Möglichkeit,
auch anders ausgestaltete Datenbanken bzw. graphische Darstellungsverfahren
und Steuerungsmöglichkeiten
vorzusehen, die sowohl in der Batch-Anlage selbst oder auch extern
implementiert sein können.