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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung das Gebiet der
Herstellung von Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen,
und betrifft insbesondere die Handhabung von Substraten in Prozessanlagen,
etwa Cluster-Anlagen bzw. in Mehrprozesskammeranlagen, die für die Herstellung von
Halbleiterbauelementen oder anderen Mikrostrukturbauelementen verwendet
werden.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Der
heutige globale Markt zwingt Hersteller von Massenprodukten dazu,
diese bei hoher Qualität und
geringen 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 Herstellung
von Mikrostrukturen, etwa für
die Herstellung von Halbleiterbauelementen, da in diesem Bereich es
wesentlich ist, modernste Technologien mit Massenherstellungstechniken
zu kombinieren. Es ist daher das Ziel der Hersteller von Halbleiterbauelementen
oder allgemein von Mikrostrukturbauelementen, den Verbrauch von
Rohmaterialien und Verbrauchsmaterialien zu verringern, und gleichzeitig
die Prozessanlagenauslastung zu erhöhen. Der zuletzt genannte Aspekt
ist insbesondere wichtig, da in modernen Halbleiterfertigungsstätten Anlagen
erforderlich sind, die äußerst kostenintensiv
sind und den wesentlichen Teil der gesamten Herstellungskosten repräsentieren.
Gleichzeitig müssen
die Prozessanlagen in Halbleiterfertigungsstätten häufiger ersetzt werden im Vergleich
zu den meisten anderen technischen Gebieten auf Grund der versandten
Entwicklung neuer Produkte und Prozesse, die ebenfalls entsprechende
angepasste Prozessanlagen erfordern.
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Integrierte
Schaltungen werden typischerweise in automatisierten oder halbautomatisierten Fertigungsstätten hergestellt,
wobei sie eine große Anzahl
an Prozess- und Messschritten bis zur Fertigstellung der Bauelemente
durchlaufen. Die Anzahl und die Art der Prozessschritte und Messschritte,
der ein Halbleiterbauelement zu durchlaufen hat, hängt von
den Gegebenheiten des herzustellenden Halbleiterbauelements ab.
Ein typischer Prozessablauf für eine
integrierte Schaltung kann Abscheideprozesse, etwa CVD (chemische
Dampfabscheidung), PVD (physikalische Dampfabscheidung) und dergleichen in
Verbindung mit einer Vielzahl von Photolithographieschritten enthalten,
um ein Schaltungsmuster für eine
spezielle Bauteilschicht in eine Lackschicht zu übertragen, die nachfolgend
strukturiert wird, um eine Lackmaske für die weitere Bearbeitung beim Strukturieren
der betrachteten Bauteilschicht zu bilden, etwa durch Ätz- oder
Implantationsprozesse und dergleichen. Somit wird Schicht nach Schicht eine
Vielzahl von Prozessschritten auf der Grundlage eines speziellen
lithographischen Maskensatzes für die
diversen Schichten des speziellen Bauelements ausgeführt. Z.
B. erfordert eine aufwendige CPU mehrere 100 Prozessschritte, wovon
jeder innerhalb spezifizierter Prozessgrenzen auszuführen ist,
um damit die Spezifikationen des betrachteten Bauelements zu erfüllen. Da
die Mehrzahl der Prozessgrenzen bauteilspezifisch sind, sind viele
Messprozesse und die eigentlichen Fertigungsprozesse speziell für das betrachtete
Bauelement gestaltet und erfordern spezielle Parametereinstellungen
an den entsprechenden Mess- und Prozessanlagen.
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In
einer Halbleiterfertigungsstätte
wird 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 einige 100 oder mehr in Fertigungslinien
für die
Herstellung von ASIC's (anwendungsspezifische
IC's) erreichen
kann. Da jede der unterschiedlichen Produktarten einen speziellen
Prozessablauf erfordert, 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 erforderlich. Folglich wird eine Vielzahl unterschiedlicher
Prozessparametereinstellungen und Produktarten gleichzeitig in einer
Fertigungsumgebung angetroffen.
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Im
Weiteren wird die Parametereinstellung für einen speziellen Prozess
in einer spezifizierten Prozessanlage oder Mess- oder Inspektionsanlage als
ein Prozessrezept oder einfach als Rezept bezeichnet. Daher ist
eine große
Anzahl unterschiedlicher Prozessrezepte selbst für die gleiche Art an Prozessanlagen
erforderlich, die den Prozessanlagen zu dem Zeitpunkt zuzuführen sind,
an dem entsprechende Produktarten in den jeweiligen Anlagen zu bearbeiten
sind. Jedoch ist ggf. die Frequenz aus Prozessrezepten, die in Prozess-
und Messanlagen oder in funktionell kombinierten Anlagengruppen auszuführen sind,
sowie die Rezepte selbst häufig Änderungen
auf Grund schneller Produktänderungen und
der variablen beteiligten Prozesse unterworfen. Folglich ist das
resultierende Anlagenleistungsverhalten, das für diverse Prozessrezepte insbesondere auf
den Durchsatz, erreicht wird, ein sehr kritischer Fertigungsparameter,
da dieser die gesamten Produktionskosten der einzelnen Bauelemente
deutlich beeinflusst.
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Aktuell
werden sehr komplexe Prozessanlagen, die als Cluster oder Clusteranlagen
bezeichnet werden, zunehmend eingesetzt. Diese Clusteranlagen enthalten
mehrere Funktionsmodule oder Einheiten mit mehreren Prozesskammern,
die in einer parallelen und/oder sequenziellen Weise betrieben werden,
so dass an der Cluster-Anlage eintreffende Produkte darin in einer
Vielzahl von Prozesspfaden bearbeitet werden können, wobei dies von dem Prozessrezept
und dem aktuellen Anlagenzustand abhängt. Die Cluster-Anlage kann
die Effizienz einer Sequenz aus korrelierten Prozessen verbessern,
wodurch die Gesamteffizienz erhöht
wird, indem etwa die Transportaktivitäten innerhalb der Fertigungsstätte verringert
werden. Des weiteren ermöglichen
es Cluster-Anlagen, die Anlagenkapazität und Verfügbarkeit zu erhöhen, indem
mehrere Prozesskammer für
den gleichen Prozessschritt verwendet werden.
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In
einer Cluster-Anlagen werden typischerweise mehrere Prozesseanlagen
von einem einzelnen Substratroboter bedient, wobei typischerweise Prozesskammern
jedes Prozessschrittes, der das Betreiben zwei oder mehrerer Prozesskammern
beinhalten kann, so bewerkstelligt wird, dass ein maximaler Gesamtdurchsatz
der Clusteranlage erreicht wird. Beispielsweise ist eine häufig verwendete
Regel für
das Betreiben der Cluster-Anlage so festgelegt, dass die Abfolge
für einen
im Wesentlichen kontinuierlichen Zugang von Substraten zu „Flaschenhaltsprozessschritt” sorgt,
d. h. für
die Prozesskammer eines speziellen Prozessschrittes, die die geringste
Kapazität
aufweisen, da ansonsten eine untätige
Zeit des Prozesses an der engsten Stelle wesentlich den gesamten
Durchsatz der Cluster-Anlagen
beschränken
würde.
Obwohl eine insgesamt bessere Leistungsfähigkeit in Bezug auf die Prozessqualität und den
Durchsatz erreicht werden kann, indem mehrere korrelierte Prozessschritte
in eine einzelne Cluster-Anlage integriert werden, in der zumindest
einige der korrelierten Prozessschritte parallel ausgeführt werden,
bestimmt eine komplexe gegenseitige Wechselwirkung der diversen
Prozesskammern das tatsächliche
zeitliche Durchsatzverhalten. Beispielsweise erfordern die diversen
Prozesskammern in der Cluster-Anlage
Wartungsaktivitäten
regelmäßiger Weise,
beispielsweise auf der Grundlage einer vorbestimmten Scheibenbearbeitungskapazität, wodurch
der Gesamtdurchsatz beeinflusst wird. Typischerweise werden die
diversen Prozessschritte parallel ausgeführt, so dass ein Fehler oder
eine Wartungsaktivität
in einer der parallelen Prozesskammern nicht zu einer kompletten
Ausfallzeit der Cluster-Anlage führt,
sondern es ist lediglich der Durchsatz entsprechend dem Anteil an
der gesamten Prozesskapazität
der betrachteten Prozesskammern betroffen. Beim Ausführen einer
geplanten Wartungsaktivität
an einer einzelnen Prozesskammer eines entsprechenden Prozessschrittes
können
somit eine oder mehrere andere Prozesskammern, die in diesem Prozessschritt
verwendet werden, weiterhin das Bearbeiten von Substraten ermöglichen,
jedoch mit einem geringeren Gesamtdurchsatz der Cluster-Anlagen,
da die Prozesskapazität
jeder dieser Prozesskammer weniger als 100% des Durchsatzes der Cluster-Anlage
beträgt,
wenn dieses als Ganzes betrachtet wird. Folglich können entsprechende
Abschaltzeiten der Prozesskammern den gesamten Durchsatz der Cluster-Anlage
in Abhängigkeit
von der entsprechenden Scheibenbearbeitungskapazität der bekannten
aktiven Prozesskammern beeinflussen, wie dies detaillierter mit
Bezug zu den 1a bis 1c beschrieben
ist.
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1a zeigt
schematisch eine Cluster-Anlage 100, die ein Gehäuse 101 aufweist,
das als ein geeignetes mechanisches System betrachtet werden kann,
um darin die Komponenten der Cluster-Anlage 100, etwa Prozesskammern,
elektronische Komponenten, mechanische Komponenten, Zufuhrleitungen
für Prozessgase,
eine Transportschnittstelle für den
Austausch von Substraten mit einer Fertigungsumgebung, etwa einer
Halbleiterfertigungsstätte,
und dergleichen, aufzunehmen. Daher sind in dem Gehäuse 101 eine
oder mehrere Ladestationen 102 vorgesehen, um die erforderliche
Substrataustauschfähigkeit
in Bezug auf eine Fertigungsumgebung bereitzustellen. Bekanntlich
werden typischerweise Substrate, etwa Scheiben, auf der Grundlage
geeigneter Transportbehälter,
etwa FOUP (frontöffnende einheitliche
Behälter)
gehandhabt, wie dies durch 102a angegeben ist, in denen
eine entsprechende Anzahl an Substraten 104 der Cluster-Anlage 100 zugeführt und
davon abtransportiert wird. Des weiteren umfasst die Cluster-Anlage 100 ein
anlageninternes Transportsystem, etwa einen Roboter, und dergleichen 103,
der funktionsmäßig mit
der einen oder mehreren Ladestationen 102 und mehreren
Prozesskammern 110 verbunden ist. In dem gezeigten Beispiel
sind die mehreren Prozesskammern 110 funktionsmäßig in drei
Prozessschritte S1, S2, S3 unterteilt, wobei jeder Prozessschritt
eine spezielle Art eines Prozesses, etwa das Abscheiden einer Materialschicht,
eine Oberflächenbehandlung,
einen Ausheizprozess und dergleichen, repräsentieren kann, wie dies zum
Erreichen eines spe ziellen Prozessergebnisses für Substrate erforderlich ist,
die durch die Cluster-Anlage 100 geführt werden. Beispielsweise ist
der Schritt S1 mit zwei Prozesskammern 111a, 111b verknüpft, die
als parallele Prozesskammern betrachtet werden können, da in jeder der Kammern 111a, 111b der
gleiche, dem Schritt S1 entsprechende Prozess ausgeführt wird.
In ähnlicher
Weise ist der Prozessschritt S2 mit zwei Prozesskammern 112a, 112b verknüpft, die
die gleichen Prozessschritte innerhalb der Sequenz aus korrelierten
Prozessschritten S1, S2, S3 ausführen.
Schließlich
ist der Schritt S3 mit Prozesskammern 113a, 113b verknüpft, die
den abschließenden
Prozessschritt der Sequenz aus korrelierten Prozessschritten, die
durch die Prozessschritte S1, S2, S3 repräsentiert ist, darstellen. Es
sollte beachtet werden, dass mehr oder weniger Prozessschritte in
der gesamten Prozesssequenz enthalten sein können, die innerhalb der Cluster-Anlage 100 ausgeführt wird,
wobei in jedem Schritt mehr als drei Prozesskammern verwendet werden
können,
während
in einigen Prozessschritten auch eine einzelne Prozesskammer vorgesehen
sein kann, wenn ein gewisser Grad an Redundanz als ungeeignet erachtet
wird.
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Das
anlageninterne Transportsystem 103 in Verbindung mit einer
anlageninternen Anordnung der Prozesskammer 110 ist so
ausgebildet, dass die Substrate 104, die aus der Ladestation 102 erhalten werden,
auf die Prozesskammern 110 gemäß der Sequenz aus Prozessschritten
S1, S2, S3 verteilt werden, wobei die Substrate innerhalb eines
einzelnen Prozessschrittes auf die entsprechenden Prozesskammern
gemäß der Verfügbarkeit
jeder Prozesskammer verteilt werden. D. h., typischerweise liefert das
Transportsystem 103 in der in 1a gezeigten Anordnung
Substrate in abwechselnder Weise aus.
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1b zeigt
schematisch die Cluster-Anlage 100 während des Betriebs. Wie gezeigt,
werden die Substrate 104 den Prozesskammern 111a, 111b des
ersten Schrittes S1 durch das anlageninterne Transportsystem 103 typischerweise
in abwechselnder Weise zugeführt.
Nach der Beendigung des Prozessschrittes S1 wird das Substrat einer
der Prozesskammern 112a, 112b abhängig von
der aktuellen Verfügbarkeit
dieser Prozesskammern zugeführt, wobei
dies ebenfalls typischerweise in abwechselnder Weise erfolgt, wenn
jede Prozesskammer in einem funktionsfähigen Zustand ist. In ähnlicher
Weise werden die in den Kammern 112a, 112b prozessierten
Substrate den Prozesskammern 113a, 113b abhängig von
der aktuellen Verfügbarkeit
dieser Kammern zugeführt,
wobei typischerweise auch die Prozesskammern 113a, 113b in
abwechselnder Weise bedient werden. Wenn alle Prozesskammern 110 somit
in einem funktionsfähigen
Zustand sind, ist der Gesamtdurchsatz der Cluster-Anlage 100 durch
denjenigen Prozessschritt S1, S2, S3 bestimmt, der kleinste Scheibenbearbeitungskapazität besitzt,
wobei zu beachten ist, dass ein gewisses Maß an „Verlust” an Durchsatz mit entsprechenden
Transportaktivitäten
zum Zuführen
der diversen Substrate von einer Prozesskammer zu einer weiteren
und zum Laden und Entladen der Substraten in den jeweiligen Prozesskammern
verknüpft
sein kann. Die Prozesskapazität
des Transportsystems 103 ist so angepasst, dass bei Beendigung
der Bearbeitung eines Substrats innerhalb der Prozesskammern 110 die
erforderlichen Transportkapazitäten
im Wesentlichen unmittelbar ohne unerwünschte Wartezeiten verfügbar sind.
Wenn andererseits eine Wartungsaktivität für eine der Prozesskammern 110 erforderlich
ist, kann der Betrieb der Cluster-Anlage 100 fortgesetzt werden,
jedoch bei einem geringeren Gesamtdurchsatz, wobei dies von der
Prozesskapazität
der nicht mehr aktiven Prozesskammer abhängt.
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1c zeigt
schematisch die Cluster-Anlage 100 in Form einer Abscheideanlage,
in der beispielsweise leitende Materialien über den Substraten 104 aufgebracht
werden. Wenn beispielsweise komplexe Metallisierungssysteme von
Halbleiterbauelementen hergestellt werden, wird typischerweise ein
gut leitendes Metall, etwa Kupfer, verwendet, wobei jedoch spezielle
Fertigungstechniken und Materialien erforderlich sind, um damit
das erforderliche Maß an
Zuverlässigkeit
und elektrischem Leistungsverhalten zu erreichen. Beispielsweise
kann Kupfer in effizienter Weise in einer Vielzahl gut etablierter
dielektrischer und halbleitender Materialien diffundieren, etwa
in Siliziumdioxid, Silizium und dergleichen, was jedoch nicht zu
vorhersagbaren wesentlichen Änderungen des
Gesamtverhaltens elektrischer Elemente, etwa Transistoren und dergleichen
führen
kann. Aus diesen und anderen Gründen
wird typischerweise eine leitende Barrierenmaterialschicht auf einem
strukturierten dielektrischen Material abgeschieden, bevor das Kupfermaterial
auf der Grundlage elektrochemischer Abscheideverfahren aufgebracht
wird. Beispielsweise sind Tantal, Tantalnitrid und dergleichen gut
etablierte leitende Barrierenmaterialien, die für eine gute kupferdiffusionshindernde
Wirkung und auch für
eine bessere mechanische Haftung und ein gutes Elektromigrationsverhalten
der entsprechenden Kupfermetallgebiete sorgen. In gut etablierten elektrochemischen
Abscheidetechniken wird ggf. ein Saatmaterial, etwa eine dünne Kupferschicht,
auf dem leitenden Barrierenmaterial abgeschieden, um damit das gesamte
Abscheideverhalten während
des nachfolgenden elektrochemischen Abscheideprozesses für das Kupfervolumenmaterial
zu verbessern. Folglich können
das Abscheiden des leitenden Barrierenmaterials, etwa von Tantal,
Tantalnitrid und dergleichen, gefolgt von der Ab scheidung eines
Kupfersaatmaterials, als korrelierte Prozessschritte betrachtet
werden, die in der Cluster-Anlage 100 ausgeführt werden.
Des weiteren kann die Oberfläche
des strukturierten dielektrischen Materials geeignet vor dem eigentlichen
Abscheiden des leitenden Barrierenmaterials behandelt werden, wozu
etwa das Eindringen in gewisse atmosphärische Bedingungen bei erhöhten Temperaturen
gehört,
um damit das Ausgasen unerwünschter
Sorten, etwa organischer Materialien und dergleichen zu fördern. Da
eine ausgeprägte
Wartezeit zwischen Ausgasungsschritt und dem eigentlichen Abscheiden
des leitenden Barrierenmaterials einen wesentlichen Einfluss auf
das schließlich
erreichte Prozessergebnis ausüben
kann, ist es auch vorteilhaft, den Ausgasungsschritt in die Prozessanlage 100 zu
integrieren, um damit das Zeitintervall zwischen der Reinigung der
Oberfläche
und dem tatsächlichen
Abscheiden des leitenden Barrierenmaterials zu minimieren.
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Somit
ist die Cluster-Anlage 100 so ausgebildet, dass diese die
drei Prozessschritte S1, S2, S3 ausführt, d. h. in diesem Beispiel
einen Ausgasschritt, d. h. Schritt 1, einen ersten Abscheideschritt
zum Bereitstellen einer Tantalbarrierenmaterialschicht, d. h. Schritt
2, und einen abschließenden
Abscheideschritt zur Herstellung eine Kupfersaatmaterialschicht,
d. h. Schritt 3. Wie zuvor erläutert
ist, werden die Fertigungsprozesse typischerweise auf der Grundlage spezieller
Parametereinstellungen ausgeführt
werden, d. h. gewissen atmosphärischen
Bedingungen, vordefinierten Prozesszeiten und dergleichen, die jedoch
in der Art der zu bearbeitenden Halbleiterbauelemente variieren
können.
Wenn beispielsweise in einigen Produkten eine größere Dicke der Kupfersaatschicht
erforderlich ist, sorgt ein entsprechendes Rezept, beispielsweise
das als Rezept A angegeben ist, für geeignet eingestellte Abscheidebedingungen, die
zu einer speziellen Abscheiderate führen, während die Gesamtprozesszeit
entsprechend der erforderlichen endgültigen Schichtdicke eingestellt
wird. Wenn in ähnlicher
Weise ein besseres Ausgasungsverhalten für eine gewisse Art an Halbleiterprodukten erforderlich
ist, werden entsprechende Prozessbedingungen und/oder die Prozesszeit
in geeigneter Weise ausgewählt.
Auf der Grundlage der diversen Prozessparameter des Rezepts A ergeben
sich entsprechende Prozesszeiten für die Prozesskammern 110.
Beispielsweise kann derjenige Prozessschritt, der die längste Prozesszeit
pro Prozesskammer besitzt, d. h. die Prozesszeit geteilt durch die
Anzahl der verfügbaren
Prozesskammern, als der Flaschenhalsprozessschritt in der Anlage 100 betrachtet
werden. Somit definiert dieser Prozessschritt 100% der gesamten
Kapazität
der Cluster-Anlage 100. Beispielsweise gemäß dem Rezept
A repräsentiert
der Prozessschritt 2, d. h. der Abscheiden der tantalbasierten Materialschicht,
den Flaschenhalsprozess und definiert somit 100% der gesamten Kapazität der Cluster-Anlage 100.
In dem gezeigten Beispiel sei ferner angenommen, dass äquivalente
Prozesskammern, d. h. die Kammern, die zu einem speziellen Prozessschritt
gehören,
die gleiche Kapazität
auf Grund einer sehr ähnlichen
Gesamtkonfiguration besitzen. Folglich besitzen im Schritt 2, d.
h. dem Flaschenhalsschritt, die Prozesskammern 112a, 112b eine
Prozesskapazität
von 50%. Des weiteren sei angenommen, dass im Schritt 1 des Rezept
A zu einer geringeren Prozesszeit im Vergleich zum Schritt 2 führt, was
daher zu einer Prozesskapazität
von 77% für
jede der Prozesskammern 110a, 110b führt. In ähnlicher
Weise erzeugt im Schritt 3 das Rezept A eine individuelle Prozesskapazität von 79%
für jede der
Kammern 113a, 113b. Beim Ausfall einer Prozesskammer
im Schritt 1 erfolgt somit ein gesamter Kapazitätsverlust von 23%. In ähnlicher
Weise führt eine
Abschaltung einer der Kammern 112a, 112b auf Grund
eines Fehlers oder einer Wartungsaktivität zu einem Verlust von 50%
der Gesamtanlagenkapazität. Andererseits
bewirkt eine nicht produktive Zeit einer der Prozesskammern 113a, 113b einen
gesamten Kapazitätsverlust
von 21%. Sofern also nicht ein Ausfall in allen Prozesskammern eines
einzelnen Schrittes erfolgt, bleibt die Cluster-Anlage 100 weiterhin
in einem funktionsfähigen
Zustand, jedoch mit einem geringen Gesamtdurchsatz.
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Wie
zuvor angegeben ist, werden spezielle Abschaltzeiten der Prozesskammern 110 in
einer vorhersagbaren Weise auftreten, da regelmäßige Wartungsaktivitäten nach
der Bearbeitung einer speziellen Anzahl an Substraten erforderlich
sein können,
oder auch nach einem gewissen Verbrauch an Rohmaterialien und dergleichen
und somit kann durch geeignetes Konfigurieren der Prozesskammern 110 erreicht
werden, dass entsprechende Wartungsaktivitäten für Prozesskammern in einem einzelnen
Prozessschritt nicht gleichzeitig auftreten, wodurch ein vollständiger Ausfall
der Cluster-Anlage 100 vermieden wird. Wie zuvor erläutert ist,
wird, obwohl deutliche Vorteile mit Strukturierung von Cluster-Anlagen
auf der Grundlage korrelierter Prozessschritte verknüpft sind,
dennoch eine Verringerung des Gesamtdurchsatzes durch vorhersagbare
Wartungsaktivitäten
hervorgerufen, was somit zu größeren Herstellungskosten
beiträgt,
da ein entsprechender Durchsatzverlust zu kompensieren ist, indem
anfänglich
eine höhere
Scheibenbearbeitungskapazität vorgesehen
wird.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung
Techniken und Systeme, in denen der Durchsatz in komplexen Fertigungsprozessen
verbessert wird, wobei eines oder mehrere der zuvor erkannten Probleme
vermieden oder zumindest verringert wird.
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Überblick über die Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung eine Technik und
ein System zur Verbesserung des Leistungsverhaltens von Prozesskammern,
die eine Sequenz aus korrelierten Fertigungsprozessen ausführen, etwa
die Sequenz aus Prozessen, die in einer Cluster-Anlage ausgeführt werden, indem vorhersagbare
Wartungsaktivitäten
zumindest zwei Prozessschritte in der Sequenz der korrelierten Fertigungsschritte
synchronisiert werden. Durch das Synchronisieren der entsprechenden
Wartungsaktivitäten
kann der Gesamtverlust an Durchsatz verringert werden, da ein Durchsatzverlust,
der mit einem einzelnen der Prozessschritte verknüpft ist,
in geeigneter Weise auf der Grundlage der Stillstandszeit der anderen
Prozessschritte „versteckt” werden
kann. Wenn beispielsweise ein vorhergesagter Stillstand eines ersten
Prozessschrittes mit einer gewissen Bearbeitungskapazität mit dem
Stillstand der Prozesskammer eines weiteren Schrittes, der eine
höhere Bearbeitungskapazität besitzt,
synchronisiert wird, wird der Gesamtdurchsatzverlust des Verbundes
aus Prozesskammern oder der Cluster-Anlage durch den Verlust bestimmt,
der durch die Prozesskammer mit der geringeren Prozesskapazität hervorgerufen
wird. Im Gegensatz zu konventionellen Strategien, in denen vorhersagbare
Abschaltzeiten jeder Prozesskammer zu nicht korrelierten Stillstandszeiten
führen, wodurch
sich ein sequenzielles Auftreten der Stillstandszeiten in den diversen
Prozessschritten ergibt, bietet die vorliegende Offenbarung ein
Sequenzschema, in welchem zumindest einige der ansonsten sequenziellen
vorhersagbaren Stillstandszeiten vermieden werden. Somit kann ein
verbesserter Gesamtdurchsatz des Clusters aus Prozesskammern erreicht
werden.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft das Bearbeiten
von Substraten in einer Fertigungsumgebung gemäß einer Sequenz von miteinander
in Beziehung stehenden Prozessschritten. Das Verfahren umfasst das
Bestimmen eines ersten Maßes
für eine
erste Prozesskammer, mehrerer erster Prozesskammern, die zum Ausführen eines
ersten Prozessschrittes der Sequenz aus miteinander in Beziehung
stehenden Prozessschritten verwendet werden, wobei das erste Maß eine Zeit
eines ersten geplanten Wartungsereignisses für die erste Prozesskammer angibt.
Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen eines zweiten Maßes für eine zweite Prozesskammer
mehrerer zweiter Prozesskammern, die zum Ausführen eines zweiten Prozessschrittes aus
der Sequenz aus miteinander in Beziehung stehenden Prozessschritten
verwendet werden, wobei das zweite Maß eine Zeit bis zu einem zweiten
geplanten Wartungsereignis für
die zweite Prozesskammer angibt. Des weiteren umfasst das Verfahren
das Steuern des Zuführens
von Substraten zu mehreren ersten und zweiten Prozesskammern auf
der Grundlage des ersten und des zweiten Maßes, um das erste und das zweite
geplante Wartungsereignis zu synchronisieren.
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Ein
weiteres hierin offenbartes Verfahren betrifft die Steuerung der
Reihenfolge von Substraten in einer Cluster-Anlage. Das Verfahren
umfasst das Bestimmen einer Zeit bis zur Wartung von zwei oder mehr
von mehreren Prozesskammern der Cluster-Anlage, wobei die mehreren
Prozesskammern zwei oder mehr miteinander in Beziehung stehende Prozessschritte
ausführen.
Des weiteren werden die zwei oder mehr der mehreren Prozesskammern
zum Ausführen
mindestens zwei unterschiedlicher Prozessschritte der mehreren miteinander
in Beziehung stehenden Prozessschritte verwendet. Ferner umfasst
das verfahren das Steuern des Zuführens von Substraten zu den
zwei oder mehr Prozesskammern, um die Zeitdauer bis zur Wartung
für die
zwei oder mehr Prozesskammern zu synchronisieren.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Steuerungssystem umfasst eine Wartungsüberwachungseinheit,
die funktionsmäßig mit
mehreren Prozesskammern verbunden ist, die zum Bearbeiten von Substraten
gemäß zumindest
zweier unterschiedlicher Prozessschritte verwendet werden, wobei
die Wartungsüberwachungseinheit
ausgebildet ist, einen Wert bereitzustellen, der eine Zeitdauer
bis zu einer geplanten Wartung für
jede der mehreren Prozesskammern angibt. Des weiteren umfasst das
Steuersystem eine Synchronisiereinheit, die funktionsmäßig mit
der Wartungseinheit verbunden und ausgebildet ist, ein Sequenzierschema
für die
mehreren Prozesskammern so zu bestimmen, dass die Zeit bis zu einer
geplanten Wartung für
mindestens zwei der mehreren Prozesskammern synchronisiert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird, in denen:
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1a schematisch
eine Cluster-Anlage zeigt, die zum Ausführen einer Sequenz von miteinander
in Beziehung stehender Prozessschritte gemäß konventioneller Strategien
ausgebildet ist;
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1b schematische
eine Cluster-Anlage während
des Betriebs zeigt;
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1c schematisch
eine Cluster-Anlage zeit, wenn diese so gestaltet ist, dass ein
Abscheideprozess zum Vorsehen eines leitenden Barrierenmaterials
und einer Saatschicht gemäß konventioneller Strategien
ausführt.
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2a schematisch
eine Ansammlung von Prozesskammern zeigt, die beispielsweise auf
der Grundlage einer Cluster-Anlage vorgesehen sind, in Verbindung
mit einem Steuerungssystem zum Steuern des Zuführens von Substraten, um eine
geplante Stillstandszeit für
zumindest zwei Prozesskammern gemäß anschaulicher Ausführungsformen
zu synchronisieren;
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2b schematisch
eine Cluster-Anlage und ein entsprechendes Schema zum Betreiben
desselben zeigt, wobei der Gesamtdurchsatz erhöht wird, indem geplante Stillstandszeiten
der Cluster-Anlage gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
synchronsiert werden; und
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2c schematisch
eine Cluster-Anlage zeigt, die gemäß unterschiedlicher Rezepte
gestaltet ist und ein entsprechendes Schema zum Betreiben der Cluster-Anlage,
um geplante Stillstandszeiten diverser Prozesskammern zu synchronisieren,
indem die diversen unterschiedlichen Konfigurationen gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
berücksichtigt
werden.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Offenbarung mit Bezug zu den Ausführungsformen
beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung
sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Offenbarung auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft den Inhalt der angefügten Patenansprüche dar.
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Technik in
denen der Gesamtdurchsatz von funktionsmäßig in Beziehung stehenden
Prozesskammern verbessert wird, indem die Zeitdauer bis zu geplanten
Wartungsereignissen für
Prozesskammern entsprechend unterschiedlicher Prozessschritte einer
Sequenz aus miteinander in Beziehung stehenden Prozessschritten,
die von den dazugehörigen
Prozesskammern ausgeführt
werden, synchronisiert wird. Die Synchronisierung der geplanten
Wartungsereignisse kann erreicht werden Wartungsaktivitäten, die
im Wesentlichen durch eine festgelegte Anzahl oder Nummer aus Substraten
bestimmt sind, die in den jeweiligen Prozesskammern bearbeitet werden.
D. h., in Fertigungsprozessen ist der Zustand der jeweiligen Prozesskammern
ggf. mit der Anzahl der darin bearbeiteten Substrate korreliert, beispielsweise
im Hinblick auf das Ersetzen von Verbrauchsmaterialien, das Ersetzen
spezieller mechanischer Komponenten oder anderen Komponenten der
Prozesskammer, der Reinigung der Prozesskammer und dergleichen,
so dass ein spezielles Maß oder
ein Wert, der die Zeit bis zum nächsten
geplanten Wartungsereignis angibt, verfügbar ist. Folglich kann die
Neuerung der Abfolge von Substraten innerhalb der zusammengehörenden Prozesskammern
in geeigneter Weise so gesteuert werden, dass ein geplantes Wartungsereignis
in zwei oder mehr Prozessschritten gleichzeitig auftritt, wodurch
ein sequenzielles Auftreten diverser Abschaltzeiten vermieden wird, wie
dies in konventionellen Strategien der Fall ist. Die Steuerung der
Abfolge von Substraten auf der Grundlage eines entsprechenden Maßes oder
Maßzahl,
das die diversen Zeiten bis zu dem nächsten geplanten Wartungsereignis
angibt, kann ohne ein Durchsatzverlust erreicht werden, da die zusammengefassten
Prozesskammern weiterhin mit 100% des gesamten Durchsatzes betrieben
werden können. Dazu
wird die interne Steuerung der Reihenfolge der Substrate auf der
Grundlage der entsprechenden Substratbearbeitungskapazitäten so gesteuert,
dass jeder Prozessschritt 100% der gesamten Anlagenkapazität bietet.
Folglich kann die gesamte Verfügbarkeit
einer speziellen Ansammlung an Prozesskammern erhöht werden,
wodurch für
eine höhere
Cluster-Kapazität
gesorgt wird, was wiederum zu geringeren Gesamtproduktionskosten
führt.
Für eine
gegebene installierte Cluster-Kapazität wird somit eine geringere
Gesamtdurchlaufzeit für
die Produkte, die in dem Cluster zu bearbeiten sind, auf Grund der
relativ höheren
Kapazität
erreicht, die durch die Synchronisierung der geplanten Wartungsereignisse
erreicht wird. So mit kann eine Verbesserung von einigen Prozent
in Bezug auf die Cluster-Anlagenkapazität erreicht werden.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2c werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben, wobei auch bei Bedarf auf die 1a bis 1c verwiesen
sei.
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2a zeigt
schematisch eine Fertigungsumgebung 250, die in einer anschaulichen
Ausführungsform
eine Fertigungsumgebung repräsentiert, um
Halbleiterbauelemente herzustellen, die typischerweise auf der Basis
eines geeigneten Trägermaterials
gebildet werden, das auch als Substrat, Scheibe und dergleichen
bezeichnet wird. Die Fertigungsumgebung 250 umfasst mehrere
Prozessanlagen, um damit entsprechende Substrate auf der Grundlage
eines entsprechenden Fertigungsablaufs 251 zu bearbeiten,
der mehrere 100 oder mehr Prozessschritte für komplexe Halbleiterbauelemente, etwa
Mikroprozessoren, und dergleichen enthalten kann. Der Fertigungsablauf 251 umfasst
eine Sequenz 205 aus miteinander in Beziehung stehenden Fertigungsschritten
oder Prozessschritten, die als S1, ..., SN bezeichnet sind, die
in mehreren Prozesskammern 210 ohne wesentliche Transportaktivitäten und
entsprechende Wartezeiten zwischen jedem der Schritte S1, ..., SN
ausgeführt
werden. Beispielsweise ist „ohne
wesentliche Transportaktivitäten” so zu verstehen,
dass die Bearbeitung der Substrate innerhalb der Ansammlung bzw.
Clusters aus Prozesskammern 210 nicht vom Status und der
Kapazität
eines automatisierten Transportsystems der Umgebung 250 abhängt, solange
die spezielle anfängliche Anzahl
an Substraten an den Prozesskammern 211a, ..., 211l entsprechend
den Schritt S1 der Sequenz 205 verfügbar ist. In diesem Falle kann
das Bearbeiten der Substrate in einer im Wesentlichen kontinuierlichen
Weise erfolgen, solange zumindest eine Prozesskammer in jedem der
Schritte S1, ..., SN in einem funktionsfähigen Zustand ist. Z. B. umfassen
die mehreren Prozesskammern 210 Prozesskammern 212a,
..., 212k für
den Schritt S2, wobei die Anzahl der Prozesskammern pro Schritt
unterschiedlich sein kann. Somit wird der Schritt SN auf der Grundlage
von Prozesskammern 211a, ..., 211l ausgeführt, wobei
l die Anzahl an Prozesskammern repräsentiert, die zum Erreichen
einer gewünschten Substratbearbeitungskapazität für den Schritt
SN erforderlich ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen
wird der Cluster aus Prozesskammern 210 in Form einer Cluster-Anlage
bereitgestellt, wie dies auch zuvor mit Bezug zu der Anlage 100 erläutert ist und
wie dies auch nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Ferner
können
die Prozesskammern 210 funktionsmäßig mit einem Transportsystem 203 verbunden
sein, das für
die erforderlichen Transportfähigkeiten
für das
mechanische Verbinden der Prozesskammern 210 und damit
der Substrate für
jeden der Schritte S1 ... SN sorgt, um damit einen im Wesentlichen
kontinuierlichen Betrieb des Clusters 210 beizubehalten.
In dieser Hinsicht ist ein im Wesentlichen kontinuierlicher Betrieb
als eine Betriebsweise zu verstehen, in der der Durchsatz des Clusters 210 im
Wesentlichen nicht durch die Fähigkeiten
des Transportsystems 203 beschränkt wird, sondern durch die
Verarbeitungskapazität
jeder der Schritte S1 ... SN bestimmt ist. Folglich besitzt das
Transportsystem 203 eine geeignete Struktur, um die erforderlichen
Transportaktivitäten
bereitzustellen und auch um ein gewisses Maß an „Pufferung” von Substraten zu ermöglichen,
um damit zeitgerecht Substrate zu verfügbaren Prozesskammern zu liefern
und Substrate aufzunehmen, die für
die weitere Bearbeitung in nachfolgenden Schritten der Sequenz 205 verfügbar sind.
Beispielsweise enthalten typische Cluster-Anlagen zum Bearbeiten
von Substraten mit einem Durchmesser von 300 mm ein anlageninternes Transportsystem
mit einem sogenannten Doppelroboter, der die erforderliche Kapazität zur Speicherung
eines Substrats bietet, während
der Transport eines weiteren Substrats ermöglicht wird.
-
Des
weiteren ist das Transportsystem 203 funktionsmäßig mit
einem Steuersystem 260 verbunden, das ausgebildet ist,
ein geeignetes Abfolgeschema 264 bzw. ein Sequenzierschema
bereitzustellen, das bei Einrichtung in dem Transportsystem 203 zu
der Synchronisierung geplanter Stillstandszeiten einer Prozesskammer,
die einen der Schritte S1 ... SN entspricht, beispielsweise eine
der Prozesskammern 211a ... 211l, und einer Stillstandszeit
mindestens einer Prozesskammer entsprechend einem anderen Prozessschritt
S1 ... SN führt.
Beispielsweise werden die Stillstandszeiten einer der Kammern 211a ... 211l und
eine der Kammern 212a ... 212k synchronisiert.
Zu diesem Zweck umfasst das Steuersystem 260 eine Überwachungseinheit 261,
die ausgebildet ist, ein Maß zu überwachen,
das die verbleibende Substratbearbeitungskapazität jeder der Prozesskammern 210 angibt.
Wie beispielsweise zuvor erläutert
ist, wird in vielen Fällen
eine Wartung einer Prozesskammer auf der Grundlage der Anzahl der
bereits bearbeiteten Substrate ausgeführt, was somit effizient als
ein Maß für die Angabe
der Zeit bis zur nächsten
geplanten Wartungsaktivität
verwendet werden kann. In anderen Fällen repräsentieren die Maßzahlen,
die von der Einheit 261 überwacht werden, den Zustand
von Verbrauchsmaterialien der betrachteten Prozesskammern, etwa
den Verbrauch eines Sputter-Materials, das in Sputter-Abscheideprozessen
und dergleichen verwendet wird. Da das entsprechende Maß auch mit
der Anzahl von Substraten korreliert sein kann, die in der entsprechenden
Prozesskammer prozessiert wurden, können die Maßzahlen auch als eine Angabe
einer Zeit bis zur nächsten
geplanten Wartungsaktivität
verwendet werden. Beispielsweise kann ein standardmäßiges Format zur
Verwendung der Maßzahlen
in dem Steuersystem 260 erzeugt werden, indem geeignete „Konversionsfaktoren” ausgewählt werden,
die beispielsweise eine Maßzahl
für den
Verbrauch mit einer Anzahl an Substraten in Beziehung setzt. Folglich
kann beim Empfangen entsprechender Maßzahlen die Überwachungseinheit 261 eine
Zeitdauer bis zu einer nächsten
geplanten Wartungsaktivität
für jede
der Prozesskammern 210 bestimmen, wobei zu beachten ist, dass
die „Zeitdauer” bis zur
nächsten
Wartung im Sinne der akkumulierten Betriebsdauer einer entsprechenden
Prozesskammer zu verstehen ist, effizient durch die Anzahl an Substraten „gemessen” werden
kann, die bearbeitet wurde, bevor die nächste Wartungsaktivität erforderlich
ist. Das Steuersystem 260 umfasst ferner eine Synchronisiereinheit 262 die ausgebildet
ist, das Ablaufschema 264 auf der Grundlage der Maßzahlen
zu bestimmen, die von der Überwachungseinheit 261 erhalten
werden. D. h., die Synchronisiereinheit 262 bestimmt eine
geeignete Verteilung an Substraten, die einer speziellen Prozesskammer
innerhalb eines entsprechenden Prozessschrittes zuzuführen sind
derart, dass nach dem Bearbeiten einer vorgegebenen Anzahl an Substraten
die spezielle Prozesskammer die Wartungsaktivität benötigt, während gleichzeitig eine Prozesskammer
in einem weiteren Prozessschritt ebenfalls gewartet werden muss,
so dass die entsprechenden Stillstandszeiten dieser Prozesskammern „synchronisiert” sind.
Folglich ist der Gesamtdurchsatz des Clusters 210 durch
die Prozesskammer bestimmt, die die geringste Substratbearbeitungskapazität der nicht-aktiven
Prozesskammern ist.
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Beim
Betreiben des Clusters 210 in der Fertigungsumgebung 250 erhält das Steuersystem 260 die
Maßzahlen,
die die Zeit bis zu nächsten
Wartung angeben, wie dies zuvor erläutert ist, was beispielsweise
in einer anschaulichen Ausführungsform
bewerkstelligt wird, indem die anfängliche Substratverarbeitungskapazität jeder
Prozesskammer 210 dem System 260 zugeleitet wird,
wobei auch die Anzahl der tatsächlich
bearbeiteten Substrate entwickelt, was bewerkstelligt wird durch
Erhalten von Informationen von dem Transportsystem 203.
Somit kann für einen
gegebenen Zustand des Clusters 210 das Steuersystem 260 das
Ablaufschema 264 so bestimmen, dass die Stillstandszeiten
zwei oder mehrerer Prozessschritte S1 ... SN synchronisiert sind,
wobei das entsprechende Ablaufschema 264 in das Transportsystem 203 implementiert
wird, um tatsächliche Substrate
zu jeder der Prozesskammern 210 in eine Weise zuzuführen, die
zu der Synchronisierung der entsprechenden Wartungsaktivitäten führt. In
einer anschaulichen Ausführungsform
umfasst das Steuersys tem 260 eine Steuereinheit 263,
die funktionsmäßig mit
der Synchronisiereinheit 262 so verbunden ist, dass von
dieser das Ablaufschema 264 empfangen wird und geeignete
Steuerinformation bereitgestellt wird, die dem Transportsystem 203 übermittelt wird,
um in geeigneter Weise das Zuführen
von Substraten innerhalb des Clusters 210 zu steuern. Auf diese
Weise wird eine im Wesentlichen kontinuierliche Anpassung des Ablaufschemas 264 an
den aktuellen Status des Clusters 210 erreicht, beispielsweise
im Hinblick auf das Auftreten von nicht vorhersagbaren Fehlern in
einer oder mehreren der Prozesskammern 210, im Hinblick
auf eine Änderung des
Rezepts, was zu einer Änderung
der diversen Bearbeitungskapazitäten
führen
kann, wie dies nachfolgend detaillierter erläutert ist, und dergleichen.
Somit kann beim Auftreten eines Ereignisses, das das aktuell angewendete
Ablaufschema 264 stört,
eine entsprechende erneute Bestimmung ausgeführt werden, um weiterhin die
Synchronisierung zumindest zweier Zeitpunkte für geplante Wartungsaktivitäten synchron
zu halten.
-
2b zeigt
schematisch eine Ansammlung aus Prozesskammern 210 gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform,
in der die Ansammlung bzw. der Cluster 210 in Form einer
Cluster-Anlage 200 vorgesehen ist, d. h. die Prozesskammer 210 und
die entsprechenden Transportkapazitäten werden innerhalb eines
einzelnen Gehäuses
bereitgestellt, wie dies auch zuvor mit Bezug zu der Cluster-Anlage 100 erläutert ist.
In dem gezeigten Beispiel ist eine Anlagenkonfiguration mit 6 Prozesskammern
dargestellt, d. h. je zwei Prozesskammern werden für drei unterschiedliche
Prozessschritte S1, S2 und S3 verwendet, wobei zu beachten ist,
dass eine beliebige andere Konfiguration verwendet werden kann,
wie dies beispielsweise mit Bezug zu 2a beschrieben
ist. Ähnlich
zu dem zuvor erläuterten
Beispiel kann beispielsweise die Cluster-Anlage 200 einen
Prozessablauf repräsentieren,
der die Schritte S1, S2, S3 beinhaltet, in welchem eine leitende
Barrierenmaterialschicht, etwa Tantal, und dergleichen in Verbindung mit
einem Kupfersaatmaterial abgeschieden wird. Zu diesem Zweck kann
der Schritt S1 einen Ausgasungsschritt repräsentieren, wie dies zuvor erläutert ist,
während
die Schritte S1 und S3 das Abscheiden einer tantalbasierten Materialschicht
und eines kupferbasierten Materials repräsentieren. Des weiteren wird
die Sequenz 205 mit den Schritten S1 ... S3 auf der Grundlage
eines Rezepts A ausgeführt,
d. h., jeder der Prozessschritte S1 ... S3 wird auf der Grundlage
einer vorbestimmten Parametereinstellung ausgeführt, die zu einer entsprechenden
Prozesskapazität
von 77% für
die Prozesskammern 211a, 211b führen kann,
während
eine Kapazität
von 50% für
die Kammern 211a, 211b erreicht wird und eine
Kapazität
von 79% die Kammern 213a, 213b erreicht wird. Des weiteren
wird der aktuelle Status der Cluster-Anlage 200 in Bezug
auf eine „Zeitdauer” bis zum nächsten geplanten
Wartungsereignis für
jeder der Kammern 210 bestimmt. Z. B. werden die entsprechenden
Maßzahlen,
d. h. die restliche Scheibenprozesskapazität in Form einer Anzahl von
Substraten bereitgestellt, die bearbeitet werden kann, bis das nächste Wartungsereignis
erforderlich ist. Beispielsweise soll der nächste Wartungsschritt für die Ausgasungskammer 211a nach
der Bearbeitung von 4000 Substraten erfolgen, während für die Ausgaskammer 211b 7000
Substrate noch bearbeitet werden können. Die Kammern 212a, 212b,
die die Flaschenhalskammer bzw. Kammern mit dem geringsten Durchsatz
repräsentieren,
besitzen beispielsweise eine „Zeitdauer” bis zur
nächsten
geplanten Wartung von 3000 bis 12000 Substraten, während die
Kammern 213a, 213b entsprechende Zeiten von 2500
bzw. 9000 Substraten besitzen. Die jeweiligen Maß-Zahlen 207 und in
einigen anschaulichen Ausführungsformen
die entsprechenden Verarbeitungskapazitäten der Kammern 210 werden
dem Steuersystem 260 zugeführt. Folglich ist in dem zuvor
gezeigten Beispiel die nächste
Wartung für
eine der „Flaschenhalskammern”, d. h.
die Prozesskammer 212a nach der Bearbeitung von 3000 Substraten
in der Kammer 212a erforderlich. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
ist die Steuerung der Reihenfolge von Substraten in den Kammern 212a, 212b,
d. h. im Flaschenhalsschritt, eine abwechselnde Abfolge, um Überprozent
der gesamten Kapazität
der Cluster-Anlage 200 beizubehalten. Folglich ist eine
Wartung für die
Kammer 212a nach der Bearbeitung von 6000 Substraten in
der Anlage 200, d. h. 2000 Substraten in der Kammer 212a und
3000 Substraten in der Kammer 212b erforderlich. Um eine
Stillstandszeit der Anlage im Schritt 1 zu synchronisieren, d. h.
eine Stillstandszeit der Kammer 211a, wird die Beareitung der
6000 Substrate so umverteilt, dass 4000 Substrate in der Kammer 212a und
2000 Substrate in der Kammer 212b bearbeitet werden. Somit
beträgt
ein entsprechender Prozentsatz für
die Zuführung
von Substraten zum Schritt 1 zwei Drittel (2/3) für die Kammer 211a und
ein Drittel (1/3) für
die Kammer 211b. Wenn folglich die Substrate gemäß diesen
Prozentsätzen
zugeführt
werden, sind die Kammern 211a und 212a in Bezug
auf ihre Stillstandszeiten im Hinblick auf die nächste geplante Wartungsaktivität synchronisiert.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen
kann verifiziert werden, ob ein Prozentsatz, der für jede der
Prozesskammern im Schritt 1 bestimmt wird, innerhalb der Prozesskapazität der Prozesskammern 211a, 211b liegt.
D. h., die Bearbeitungskapazität
der Kammern müssen
gleich oder größer sein
als der erforderliche Prozentsatz. In 2b dargestellten
Beispiel entspricht der Prozentsatz der Kammer 211a zwei
Drittel oder 67%, während
die tatsächliche
Bearbeitungskapazität
77% entspricht. Daher ist eine entsprechende Verteilung von Substraten
auf die Pro zesskammern 211a, 211b entsprechend
den Anteilen 2/3 und 1/3 innerhalb der Prozesskapazität der Prozesskammern 211a, 211b. Somit
kann das Steuersystem 260 ein entsprechendes Ablaufschema 264 erstellen,
um Substrate zum Schritt 1 gemäß den zuvor
bestimmten Prozentsätzen
tatsächlich
zuzuführen.
Wenn in ähnlicher
Weise eine weitere Verringerung des Durchsatzverlustes erwünscht ist,
kann auch die Zeit bis zum nächsten
geplanten Wartungsereignis im Schritt 3 mit mindestens einer der
Stillstandszeiten der Schritte 1 oder 2 synchronisiert werden, wobei
in dem vorliegenden Beispiel eine Synchronisierung mit den Stillstandszeiten sowohl
des Schritts 1 als auch des Schritts 2 erreicht wird. Auch in diesem
Falle werden die 6000 zu bearbeitenden Substrate so verteilt, dass
2500 Substrate in der Kammer 213a bearbeitet werden, während 3500
Substrate in der Kammer 213b verarbeitet werden. Die entsprechenden
Prozentsätze
oder Anteile betragen 5/12 und 7/12. D. h. es kann wiederum verifiziert
werden, ob der größere dieser
Prozentsätze innerhalb
der Bearbeitungskapazität
der Kammern 213a, 213b liegt. Da 7/12 58,3% des
Gesamtdurchsatzes der Anlage 200 entspricht, liegt diese
erforderliche Prozesskapazität
deutlich innerhalb der Möglichkeiten
der Prozesskammern 213a, 213b. Daher kann die
Verteilung der Substrate auf die Kammern entsprechend dem Schritt
3 auf der Grundlage der zuvor bestimmten Prozentsätze bewerkstelligt
werden, wodurch ebenfalls die Stillstandszeit der Kammer 213a im
Schritt 3 mit den Stillstandszeiten der Kammern 211a, 212a synchronisiert
ist. Durch Einrichten des zuvor beschriebenen Algorithmus in das Steuersystem 260,
etwa in der Synchronisiereinheit 262 (siehe 2a),
kann somit das Ablaufschema 264 mit einem hohen Grad an
Verringerung des Durchsatzverlustes eingerichtet werden, der durch Vorhersagbare
Wartungsaktivitäten
hervorgerufen wird. Es sollte beachtet werden, dass wenn der Schritt
1 oder der Schritt 3 nicht mit dem Schritt 2 synchronisiert sind,
beispielsweise auf Grund einer Nichtkompatibilität der resultierenden Prozentsätze mit
den tatsächlichen
Prozesskapazitäten,
kann das Ablaufschema 264 in geeigneter Weise angepasst werden,
in dem beispielsweise ein Ersatzwert ausgebildet wird, indem für den entsprechenden
Prozessschritt eine abwechselnde Zufuhr angewendet wird. Wenn beispielsweise
im Schritt 1 der Prozentsatz nicht mit den Kapazitäten von
77% kompatibel ist, wenn beispielsweise die Metrik oder das Maß 207 deutlich
größer oder
kleiner als die in 2b angegebene Zahl ist, können beide
Kammern 211a, 211b mit gleichen Anteilen versorgt
werden, oder es wird ein geeigneter Prozentsatz bestimmt, der besser
Bedingungen für
eine weitere Synchronisierprozedur im übernächsten Wartungsintervall für den Prozessschritt
ergibt.
-
2c zeigt
schematisch die Cluster-Anlage 200 in diversen Konfigurationen
im Laufe der Zeit, d. h. während
des Betriebs in der Fertigungsumgebung 250. Beispielsweise
wird während
einer gewissen Zeitdauer, d. h. für eine gewisse Anzahl an Substraten,
die Anlage 200 gemäß dem Rezept
A konfiguriert, woraus sich die Prozesskapazitäten ergeben, wie sie auch zuvor
für die
in 2b gezeigte Anlagenkonfiguration verwendet wurden.
In diesem Falle kann folglich ein Ablaufschema A eingerichtet werden,
beispielsweise auf der Grundlage der zuvor beschriebenen Techniken,
um damit eine Synchronisierung entsprechender Stillstandszeiten
mindestens zweier Prozesskammern zu erreichen, wie dies zuvor erläutert ist.
Während
des Betriebs der Anlage 200 auf der Grundlage des entsprechenden
Ablaufschemas A kann gegebenenfalls eine Änderung eines Rezepts erforderlich
sein, ohne jedoch tatsächlich
die nächste
geplante Wartungsaktivität
auszuführen. Beispielsweise
ist nun ein Rezept B erforderlich für die Bearbeitung weiterer
Substrate, wobei die Änderung
des Rezepts auch zu einer entsprechenden Änderung der Prozesskapazitäten führen kann,
wie dies angegeben ist. Beispielsweise besitzen die Kammern 211a, 211b eine
Kapazität
von 70%, während die
Kammern 212a, 212b nunmehr eine Kapazität von 60%
besitzen. Schließlich
haben die Kammern 213a, 213b eine Kapazität von 50%,
da gemäß dem Rezept
B der Schritt S3 nunmehr den Flaschenhalsschritt der Sequenz aus
miteinander in Beziehung stehenden Schritten repräsentiert,
wie dies auch zuvor erläutert
ist. Auf der Grundlage der neuen Bearbeitungskapazitäten und
auf Grundlage der aktuellen Maßzahlen,
die verbleibende Zeit bis zur Wartung angeben, kann somit ein zuvor
verwendetes Ablaufschema A aktualisiert werden, um ein Ablaufschema B
zu erhalten, das zu einer Synchronisierung zumindest zweier Wartungsereignisse
führt.
Somit kann der Betrieb der Anlage 200 fortgesetzt werden,
wobei etwa ein Anlagenfehler auftreten kann, der zu einer entsprechenden Änderung
der gesamten Anlagenkapazität
führt,
oder es wird eine entsprechende Wartungsaktivität ausgeführt, woraus sich ebenfalls
eine aktualisierte Zeit bis zum nächsten geplanten Wartungsereignis
ergeben kann, und dergleichen. Folglich wird in einigen anschaulichen
Ausführungsformen
auch in diesem Falle ein Ablaufschema auf der Grundlage eines aktuellen
Status der Anlage 200 die aktualisierten Maßzahlen,
die die Zeitdauer bis zum nächsten
geplanten Wartungsintervall angeben, aktualisiert. Nach einer gewissen
Betriebsphase der Anlage 200 kann somit eine geplante Wartung
für zwei
oder mehr Prozesskammern unterschiedlicher Prozessschritte gleichzeitig
durchgeführt
werden, wodurch der gesamte Durchsatzverlust ermittelt wird, wie
dies zuvor erläutert
ist. Somit kann das Ablaufschema in einer dynamischen Weise angepasst
werden, wodurch ein hohes Maß an
Synchronisation erreicht wird, was schließlich zu einer höheren Kapazität der Anlage 200 führt. Wie
zuvor angegeben ist, kann durch Verstecken einer Stillstandszeit
einer oder mehrerer Prozesskammern mit höherer Prozesskapazität „hinter” der Stillstandszeit
einer Prozesskammer mit einer geringeren Prozesskapazität insgesamt
eine Zunahme des Durchsatzes in mehrere Prozent erreicht werden,
was deutlich zu geringeren Herstellungskosten beiträgt.
-
Es
gilt also: Der Durchsatzverlust von zusammengehörenden Prozesskammern, etwa
Cluster-Anlagen, kann verringert werden, indem die Stillstandszeiten
von Prozesskammern koordiniert oder synchronisiert werden, so dass
die Anlagenkapazität zwischen
den synchronisierten Stillstandszeiten beeinflusst wird. Zu diesem
Zweck kann die Steuerung der Reihenfolge bzw. das Ablaufschema,
d. h. das Zuführen
von Substraten zu den diversen Prozesskammern in dem Cluster, in
geeigneter Weise so koordiniert werden, dass die erforderliche geplante
Zeit für
die Wartung für
zumindest zwei oder mehr Prozesskammern im Wesentlichen gleichzeitig
erreicht wird. Folglich ist eine bessere Verfügbarkeit und ein höherer Durchsatz
für einen
vorgegebenen Cluster an Prozesskammern erreichbar.
-
Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung lediglich anschaulicher Natur und dient dazu, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der hierin offenbarten Prinzipien
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen als die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
zu betrachten.