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Vorrichtung zur automatischen Durchführung von Analyse-
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verfahren Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen
Durchführung von Analyseverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Bei der Entwicklung neuer Halbleiterbauelemente, und insbesondere
bei der Entwicklung neuer Halbleitertechnologien für solche Halbleiterbauelemente
ist es von größter Wichtigkeit, verschiedene, bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen
auftretende, störende Einflüsse auf die einzelnen Herstellungsprozesse erkennen
und analysieren zu können. Zu diesem Zwecke werden in der Halbleiterindustrie verschiedene
Analyseverfahren angewandt. Eines dieser Verfahren nennt sich "Methode der Varianzanalyse".
Dieser Methode liegen folgende Überlegungen zugrunde: Halbleiterbauelemente werden
bekanntermaßen auf sogenannten Halbleiterscheiben hergestellt, wobei zu jedem Herstellungsdurchlauf
eine bestimmte, numerierte Menge an Halbleiterscheiben, beispielsweise 50, zu einer
Charge zusammengefaßt werden. Zum Zwecke der leichteren Handhabung der Charge werden
die Halbleiterscheiben zwischen den einzelnen Herstellungsprozessen in einer oder
mehreren sogenannten Horden (Behältnis) aufbewahrt. Die Beschickung der bei den
Herstellungsprozessen verwendeten Maschinen mit den Halbleiterscheiben erfolgt dabei
in derselben Reihenfolge, in der die Halbleiterscheiben
in der Horde
bzw. den Horden angeordnet sind. Die Reihenfolge der Halbleiterscheiben in den Horden
bleibt dadurch im allgemeinen während sämtlicher Herstellprozesse gleich.
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Bei der Bearbeitung einer kompletten Charge in einer solchen Maschine,
beispielsweise eine Abschei#eanlage, hat sich nun gezeigt, daß die Anordnung der
einzelnen Halbleiterscheiben in der Maschine unterschiedliche Auswirkungen des in
der Maschine stattfindenden Herstellungsprozesses auf die Halbleiterscheiben haben
kann. Es besteht eine lokale Abhängigkeit zwischen dem in der Maschine durchzuführenden
Herstellungsprozess und der Anordnung der einzelnen Halbleiterscheiben innerhalb
der verwendeten Maschine. Diese Abhängigkeit kann sich bei einer grafischen Darstellung
beispielsweise in einer linear ansteigenden oder abfallenden Kurve äußern, oder
auch wellenförmig und ist für jeden Herstellungsprozess charakteristisch. Bei der
Aufeinanderfolge verschiedener Herstellungsprozesse, die, jeder für sich, solche
charakteristischen Auswirken aufweisen, beeinflussen sich diese Merkmale gegenseitig,
wobei sie sich dann unter Umständen gegenseitig überdecken, so daß sie analytisch
nicht mehr erfaßt werden körnen. Hier setzt nun die genannte Methode der Varianzanlyse
an: Man wählt vor Beginn der Varianzanalyse eine bestimmte Menge von Halbleiterscheiben
aus der Charge aus, bringt diese Halbleiterscheiben vor jedem zu analysierenden
Herstellungsprozess in eine gewünschte Position innerhalb der Horden, notiert sich
diese Positionen zusammen mit den Scheibennummern, führt den Prozess durch und verändert
vor dem nächsten zu analysierenden Prozess die Anordnung der ausgewählten Scheiben
gezielt unter Notierung der neuen Anordnung jeder ausgewählten Scheibe. Die Schritte
'Verändern der Anordnung', 'Notieren der neuen Anordnung', und 'Durchführen des
zu analysierenden Prozesses' werden vor jedem zu analysierenden Prozess wiederholt.
Um statistische Einflüsse auszuschließen, kann man den Versuch
noch
mit anderen Chargen wiederholen, wobei jedoch die Auswahl der den Versuchen zugrunde
liegenden Scheiben und die Veränderungen der Anordnungen der Scheiben vor den einzelnen
Herstellungsprozessen von Charge zu Charge differieren sollen. Mit der so beschriebenen
Ausweitung der Versuche wird erreicht, daß sich Auswirkungen der einzelnen Herstellungsprozesse,
die sich aufgrund der speziellen Versuchsdurchführung bei einer ersten Charge gegenseitig
aufheben oder verdecken, bei der Durchführung mit weiteren Chargen, bei denen die
betroffenen Scheiben in ihren Anordnungen bei den einzelnen Versuchsschritten anders
variiert werden, nicht mehr gegenseitig aufheben oder verdecken, sondern sich teilweise
sogar verstärken.
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Nach Beendigung sämtlicher Herstellungsprozessen werden die Halbleiterscheiben
analysiert. Die Anlyseergebnisse werden dann noch mit den zuvor aufgezeichneten
Versuchsdaten (z. B. Anordnungsnummern der einzelnen Halbleiterscheiben bei den-diversen
Herstellungsprozessen) sowie weiteren Daten, wie den Ergebnissen elektrischer Prüfungen
verglichen und entsprechend interpretiert.
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Aus dem hier beschriebenen Prinzip der Durchführung der Varianzanalyse
ist leicht ersichtlich, daß sich die bisher übliche manuelle Durchführung keinesfalls
als produktionsbegleitende Analyse einer Serienherstellung einer entsprechend großen
Menge von Halbleiterbauelementen durchführen läßt, sondern allenfalls im Bereich
der Entwicklung von Halbleiterbauelementen und -technologien, wo wesentlich geringere
Mengen von Halbleiterscheiben zum Einsatz kommen.
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Desweiteren steht im Entwicklungsbereich im allgemeinen für diese
Zwecke besser qualifiziertes Personal zur Versuchsdurchführung zur Verfügung. Aber
auch hier läßt sich diese Analyse nur in mengenmäßig beschränktem Umfang durchführen,
denn es fallen sehr viel manuelle Schreibarbeit (notieren der Scheibennummern pro
Charge und Herstellungsprozess in
Verbindung mit der jeweiligen
Anordnungsposition der Halbleiterscheiben in den Horden), gedankliche Überlegung
(die Anordnungen der ausgewählten Scheiben einer ersten Charge müssen anders variiert
werden als die der ausgewählten Scheiben anderer Chargen) sowie manuelle Veränderungen
dieser Anordnungspositionen an. Insbesondere diese manuellen Veränderungen stellen
wiederum eine große Gefahr für die Durchführbarkeit der Varianzanalyse dar, da,
wie leicht einsehbar ist, die Gefahr der mechanischen Zerstörung der Halbleiterscheiben
durch Scheibenbruch sehr groß ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, hier Abhilfe zu
schaffen und eine Vorrichtung zur automatischen Durchführung von Analyseverfahren
aufzuzeigen, die es ermöglicht, die erwähnten Nachteile des Hantierungsaufwandes
und die Gefahr des Zerbrechens der Halbleiterscheiben zu umgehen, sowie den möglichen
Anwendungsbereich der Durchführung des Analyseverfahrens auf größere Stückzahlen,
insbesondere auch auf einen für Serienfertigung typische Stückzahlgröße hin zu erweitern,
bei der dann auch weniger gut qualifiziertes Personal eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Dadurch gelingt es, die Durchführung des Analyseverfahrens zu automatisieren
mit allen seinen Vorteilen: schnellere Hantierungszeiten, größere Sicherheit gegen
Zerstörung des Analysegutes, leichtere statistische Veränderung der Anordnungspositionen,
größere Stückzahl der zu analysierenden Halbleiterscheiben, Durchführbarkeit des
Analyseverfahren auch in der Serienfertigung, geringere Anforderungen an die Qualifikation
des die Analysen durchführenden Personals.
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Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert.
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Wie eingangs erwähnt, ist jede Halbleiterscheibe einer Charge numeriert.
Diese Numerierung besteht im allgemeinen aus einer Chargennummer und einer fortlaufenden
Zählnummer und ist auf der Halbleiterscheibe vermerkt. Ein Lesegerät der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist nun in der Lage, die Nummer jeder einzelnen Halbleiterscheibe zu
erfassen und an einen an das Lesegerät angeschlossenen Kleinrechner zu übertragen.
Je nach technischer Auslegung des Leseteils des Lesegerätes ist jede denkbare Art
der Scheibennumerierung möglich, z. B. ist es möglich, den mittlerweile im normalen
Warenverkehr weitverbreiteten Balkencode zu verwenden. Bei Verwendung einer an sich
bekannten Klarschriftleseeinrichtung im Lesegerät der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es jedoch möglich, die Halbleiterscheiben in Klarschrift zu numerieren. Damit
können die Scheibennummern, wie bisher bereits üblich, bei den einzelnen Herstellprozessen
vom Personal für sonstige Zwecke, unabhängig von einer Durchführung von Analysen,
optisch gelesen werden, ggf. unter Benützung von einer Lupe oder einem Mikroskop.
Zur Erleichtung der Übertragung der Scheibennummern ist es von Vorteil, wenn das
Lesegerät so ausgelegt ist, daß es nach der Erfassung der Scheibennummern und vor
deren Übertragung an den Kleinrechner diese digitalisiert. Damit erspart man sich
ein analoges Interface am Kleinrechner zum Anschließen des Lesegerätes, was erhöhten
Bauaufwand bedeuten würde.
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Wie eingangs beschrieben, ist es notwendig, zur Durchführung des Analyseverfahrens
für jede so identifizierte Halbleiterscheibe aus deren Scheibennummer, den von ihr
gegebenenfalls im bisherigen Verlauf des Analyseverfahrens
eingenommenen
Anordnungspositionen in den verwendeten Behältnissen sowie ggf. in Abhängigkeit
von sonstigen Parametern eine neue Anordnungsposition bezüglich der restlichen Halbleiterscheiben
in dem neu zu verwendenden Behältnis zu errechnen. Diese Aufgabe löst auf nicht-technische
Art (Computer-Programm), auf die hier nicht näher eingegangen zu werden braucht,
der angeschlossene Kleinrechner. Erfindungsgemäß ist an den Kleinrechner ein Gerät
zum Umplazieren der einzelnen Halbleiterscheiben aus der bisher verwendeten Horde
(erstes Behältnis) in eine weitere Horde (zweites Behältnis) notwendig.
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Dieses Gerät erfüllt vorzugsweise folgende Bedingungen: a) Es ist
in seinen Bewegungen vom Kleinrechner steuerbar; b) es ist mit Einrichtungen ausgestattet,
mit deren Hilfe die umzuplazierende Ha-lbieiterscheibe aus dem ersten Behältnis
entnommen und in das zweite Behältnis abgegestellt bzw. abgelegt wird; c) es ermöglicht
ein Umplazieren der Halbleiterscheiben für jede Halbleiterscheibe einzeln.
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Insbesondere zu Punkt c) ist dabei zu bemerken, daß in der Halbleiterindustrie
sogenannte Umhordevorrichtungen zwar bekannt sind, diese jedoch nur ein paralleles
Umhorden aller Halbleiterscheiben gleichzeitig von einer Horde in eine andere erlauben
(1:1-Umhorden), so daß sich die relativen Anordnungen der Halbleiterscheiben zueinander
nicht ändern. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch muß das Umplazieren der
Halbleiterscheiben einer Charge einzeln erfolgen können, so daß damit eine gewollte
Veränderung der relativen Anordnung der einzelnen Halbleiterscheiben zueinander
erreichbar ist.
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Je nach Ausführung des Gerätes zum Umplazieren ist es dabei notwendig,
die im Punkt b) angesprochenen Einrichtungen so auszulegen, daß entweder eine St#ßelvorrichtung
nach geeignetem Verschieben der verwendeten
ßehältnlsse zueinander
eine Halbleiterscheibe von einer Horde des ersten Behältnisses in eine Horde des
zweiten Behältnisses stößt oder aber daß eine Greifeinrichtung nach Art eines Roboters,
ggf. unter Verwendung einer Verschiebeeinrichtung für die Behältnisse, das Umplazieren
vornimmt. Bei der Kombination von Greifeinrichtung und Verschiebeeinrichtung sind
folgende Kombinationen von Bewegungen möglich: a) Greifeinrichtung: eindimensionale
Bewegung, Verschiebeeinrichtung: zweidimensionales Verschieben, b) Greifeinrichtung:
zweidimensionale Bewegung, Verschiebeeinrichtung: eindimensionales Verschieben.
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Wird eine Greifeinrichtung ohne Verschiebeeinrichtung verwendet, so
muß diese Bewegungen in allen drei Dimensionen ausführen können.
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Desweiteren ist es auch erfindungsgemäß, daß das Gerät zum Umplazieren
sowohl erste als auch zweite Behältnisse zum Umhorden verwenden kann, die jeweils
aus mehreren einzelnen Horden bestehen. Dies ist beispielsweise der Fall beim Umplazieren
einer einzelnen Halbleiterscheibe aus einer ersten Horde des ersten Behältnisses
in eine letzte Horde des zweiten Behältnisses. In der Halbleiterindustrie ist nämlich
die Anzahl der Halbleiterscheiben einer Charge im allgemeinen größer als die Aufnahmekapazität
einer Horde, so daß sich eine Charge über mehrere Horden hinweg erstreckt.
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Die Auswertung der bei der Analysendurchführung gewonnenen Daten kann
über ein Datenverarbeitungssystem erfolgen, das zum einen mit dem Kleinrechner verbunden
werden kann und das noch weitere, für die Auswertung relevante Daten
enthält,
wie z. B. Ausbeutezahlen, die bei einer elektrischen Prüfung der analysierten Halbleiterbauelemente
anfallen. Es ist auch möglich, die Tätigkeiten des Kleinrechners bezüglich der Analysendurchführung
und die Auswertung der bei der Analysendurchführung gewonnenen Daten in einem einzigen
Datenverarbeitungssystem ablaufen zu lassen.
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9 Patentansprüche