Mehr Produktionssicherheit in der Halbleiter- und Elektronikindustrie

Katja Schnelle-Romaus & Martin Kuhn, camLine, Petershausen

Das Recipe Management System (RMS) ist diejenige Software-Komponente, die sicherstellt, dass alle Daten für die Prozessierung an der Anlage verfügbar sind. Zu den elementaren Aufgaben eines RMS gehören die Speicherung des Recipe-Body, Konfigurationskontrolle und Parameterzuordnung. Mit zunehmender Fertigungsintegration kommen weitere Funktionen hinzu, etwa die Überwachung der Grundeinstellungen einer Anlage, Strategien zur Erkennung und Klassifizierung von Fehlern (FDC), oder die Verwaltung prozessrelevanter Dokumente.

Um alle Faktoren kontrollieren zu können, die die Prozessierung an der Anlage beeinflussen, müssen diese zunächst erkannt und dann durch eine Analyse ihres Aufbaus kontrollierbar gemacht werden.

Eine Anlage, die aus mehreren Modulen besteht, benötigt etwa für jedes Modul, das während des Prozesses verwendet wird, ein spezifisches Modul-Rezept. Welche Module in welcher Reihenfolge während des Prozesses durchlaufen werden, wird durch ein zusätzliches Sequence-Rezept vorgegeben. Einzelne Rezept-Parameter werden z.B. durch APC (Advanced Process Control) in ihren festgelegten Grenzen verändert. Außerdem trägt die Grundeinstellung jedes Anlagenmoduls zum Ergebnis des Prozesses bei.

Die Verwendung eines falschen Retikels in der Lithographie kann den Wafer zerstören. Somit tragen zusätzliche Dokumente mit Hinweisen an den Operator, wie z.B. mit einem Los zu verfahren ist oder wie eine nicht in das CIM-System integrierte Anlage zu konfigurieren ist, unter Umständen entscheidend zum Erreichen des Prozessziels bei. Ein modernes RMS erweitert das Konzept der reinen Rezept- und Parameterverwaltung um alle steuerbaren Komponenten, die so genannten Rezeptobjekte. Zu den Rezeptobjekten gehört jeder Einflussfaktor, der zur Definition des Prozesszieles erforderlich ist. Dieser Paradigmenwechsel wird vom Recipe-Management-System LineWorks RM 4.0 vollzogen.

Jeder Anlagentyp wird durch ein eigenes Rezeptobjekt beschrieben, das aus folgenden Komponenten bestehen kann:

Ist das Rezeptobjekt definiert, kann es für alle Anlagen desselben Typs verwendet werden. Um die an ein modernes RMS gestellten Anforderungen zu erfüllen, bietet LineWorks RM 4.0 zudem Funktionen wie Nachrichtendienst, Freigabeverwaltung, Versionsverwaltung, Recipe Object Structure Interpreter (ROSI), Web-Reports, Benutzerrechte und Berechtigungsverwaltung.

Die Regel „ein Rezept pro Prozess-Schritt“ ist überholt. Ein Prozess-Schritt kann von verschiedenen Anlagentypen unterschiedlicher Hersteller durchgeführt werden, und für unterschiedliche Anlagenkonfigurationen sind verschiedene Rezepte erforderlich. Mit einer stetig wachsenden Zahl von Rezeptobjekten, die für die gesamte Fertigung zu verwalten sind, ist es kaum mehr möglich, ein Rezept lediglich über seinen Namen zu referenzieren. Um ein Rezeptobjekt angemessen zu bestimmen, ist ein ganzer Satz von Attributen erforderlich, die die Art und die Umstände seines Einsatzes beschreiben, z.B. Prozess-Schritt, Tool-Id, Produkt, etc.

Leider sind die Rezeptstrukturen für jeden Anlagentyp verschieden. Die Strukturen sind ein gutgehütetes Geheimnis des Herstellers und der Rezeptinhalt kann nur mit dem Hersteller spezifischen Rezepteditor interpretiert werden. Zur umfassenden Kontrolle muss der Rezeptinhalt aber auch außerhalb der Anlage interpretierbar sein. Die Erweiterung ROSI (Recipe Object Structure Interpreter) von LineWorks RM 4.0 unterstützt den Prozessingenieur, den Aufbau seines Rezeptobjekts schrittweise zu analysieren.

Dazu ändert er im Rezepteditor an der Anlage einen Parameter. Dann vergleicht er in ROSI das geänderte Rezeptobjekt mit dem Ausgangsrezept, und erhält eine Markierung der veränderten Bereiche, die er mit Namen, Einheit, Grenzwerten und anderen prozessrelevanten Daten dokumentiert. Die so gewonnenen Informationen werden durch Wiederholung des beschriebenen Verfahrens erweitert. Im optimalen Fall entsteht aus einem unbekannten ein bekanntes Rezeptobjektformat.

Neben den Rezeptobjekten müssen auch deren Spezifikationen im RMS bekannt sein. In LineWorks RM 4.0 wird für jedes Rezept hinterlegt, in welchen Grenzwerten sich die einzelnen Parameter bewegen. Die Grenzwerte werden in Verbindung mit den dokumentierten Rezeptstrukturen zur Validierung eines Rezeptobjekts verwendet.

Um Prozess-Unsicherheiten durch Rezepte auszuschließen, die auf verschiedenen Anlagen eines Typs uneinheitlich modifiziert wurden, müssen alle Rezeptobjekte zentral verwaltet werden. Ein zentrales RMS gewährleistet, dass auf allen Anlagen eines Typs ein und das selbe für den jeweiligen Prozess-Schritt freigegebene Rezept zum Einsatz kommt. Werden Rezepte zur Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit in der Anlage gespeichert, müssen diese bei Änderungen mit den im RMS kontrollierten Rezepten synchronisiert werden.

Im einfachsten Fall wird das zu verwendende Rezept unmittelbar vor Prozess-Start an die Anlage heruntergeladen. Das auf der Anlage vorhandene Rezept wird durch das im RMS kontrollierte Rezept ersetzt.

Beim Smart-Download dagegen wird versucht, den Datenverkehr vom RMS zur Anlage möglichst gering zu halten. Die Kontrolldaten des Rezeptes (Checksumme, Zeitstempel der letzten Übertragung, etc.) werden ans RMS gesendet, und dort mit dem Referenzrezept verglichen. Nur bei Abweichungen wird das Anlagenrezept durch das Referenzrezept aus dem RMS ersetzt.

Durch ereignis-gesteuerte Synchronisation lässt sich der Datenaustausch zwischen RMS und Anlage weiter optimieren. Ändert sich der Zustand des Referenzrezepts im RMS, so werden alle betroffenen Anlagen informiert, und das Anlagen- durch das Referenzrezept ersetzt.

LineWorks 4.0 unterstützt die fortgeschrittene ereignis-gesteuerte Synchronisierung durch einen eigenen Nachrichtendienst. Jede Änderung am Rezeptobjekt wird in Form eines Ereignisses an den Nachrichtendienst weitergegeben. Benutzer oder auch Fremdsysteme wie MES (Manufacturing Execution System), Dokumentenmanagement- oder externe Freigabesysteme können sich für ein bestimmtes Ereignis beim Nachrichtendienst registrieren, und werden dann über jedes Eintreten informiert. Durch effektive Nutzung des Nachrichtendienstes erhält der Prozessingenieur stets die neuesten Informationen bezüglich Rezeptänderungen.

Um Fehlprozessierungen aufgrund falscher oder ungültiger Rezeptobjekte auszuschließen, muss ein neues Rezept erst einmal von verschiedenen Instanzen genehmigt werden, bevor es in den produktiven Einsatz gelangt. Es ist zunächst Aufgabe des Prozessingenieurs zu entscheiden, ob die Spezifikation des neuen Rezeptobjekts den Prozesszielen entspricht (Approval). Danach wird das Rezept dem Produktionsverantwortlichen vorgestellt (Release). Hat das Rezeptobjekt die Approval- und die Release-Phase erfolgreich durchlaufen, wird es als neue aktive Version produktiv geschaltet.

Mit der Qualifizierung des Rezeptobjekts an einer Anlage steht ein weiteres optionales Mittel für die kontrollierte Freigabe zur Verfügung. Dabei wird das Rezept an der Anlage getestet, und das Prozessergebnis mit dem Ergebnis eines Referenzprozesses verglichen. Dieser Test muss auf jeder Anlage des selben Typs vorgenommen werden.

LineWorks RM 4.0 unterstützt alle Phasen des Freigabeverfahrens.

Um umfassende Rückverfolgbarkeit sicherzustellen, müssen alle Änderungen an den Einflussgrößen des Prozesses erfasst werden. Eine sauber durchgeführte Versionierung gibt dem Ingenieur ein weiteres Werkzeug an die Hand, um die Auswirkungen von Änderungen am Rezeptobjekt zu beurteilen. LineWorks RM 4.0 bietet eine Versionskontrolle, die auf den Prinzipien von CVS (Concurrent Versioning Systems) basiert. Ausgehend vom selben Rezeptobjekt können Prozessingenieure unabhängig voneinander eigene Rezeptobjekte entwickeln, testen, und für die Freigabe in der Produktion vorschlagen. Neue Versionen sowie Nacharbeits- oder Notfallrezepte können parallel in eigenen Versionszweigen entwickelt werden.

Bei der Herstellung durchläuft ein Wafer zahlreiche Prozess-Schritte, zu deren Durchführung mehrere Rezeptobjekte benötigt werden. Unterschiede in den Produkten und Anlagentypen treiben die Anzahl der erforderlichen Rezeptobjekte weiter in die Höhe. Um die Übersicht zu behalten, benötigt der Prozessingenieur schnellen Zugriff auf die im RMS verwalteten Rezeptobjekte. Ist ein bestimmtes Rezeptobjekt für einen Prozess verfügbar? Welche Rezeptobjekte sind gesperrt? Welche Rezeptobjekte befinden sich im Freigabeverfahren? Dies sind nur einige Fragen von Interesse. Neben einer übersichtlichen Darstellung innerhalb der Rezeptadministration unterstützt LineWorks RM 4.0 den Zugriff auf alle Rezeptdaten über das Intranet. Mit dem Internet-Browser erhalten Benutzer gezielt die benötigten Informationen.

Das RMS trägt nur einen kleinen Baustein zum gesamten CIM-System bei. Der Automatisierungsgrad moderner Fertigungsanlagen stellt hohe Anforderungen an den Datenverkehr zwischen den einzelnen Komponenten wie MES, RMS, APC (Advanced Process Control) oder Anlagenanbindung. Anfragen an das RMS über die Verfügbarkeit von Rezeptobjekten zur Vorausplanung des weiteren Fertigungsablaufs sind neben dem Austausch von Rezepten zwischen Produktionsanlagen und RMS von Bedeutung. Zwingend notwendig ist damit eine offene Schnittstelle, die das RMS in die heterogene Fertigungsumgebung einbindet. LineWorks RM 4.0 publiziert all seine Schnittstellen zum System. Auch die Funktionen, die vom Administrationsprogramm verwendet werden, sind offen zugänglich. Die grafischen Benutzeroberflächen von LineWorks RM 4.0 können ersetzt oder erweitert werden. Die Kommunikation erfolgt über XML-Dateien, die über Standard-Kommunikationsprotokolle wie CORBA/IIOP oder TIB/Rendezvous mit dem RMS ausgetauscht werden. Alle Komponenten von LineWorks RM 4.0 sind in Java implementiert, und so auf allen Serversystemen mit JRE-Unterstützung (Java Runtime Environment) verfügbar. Optimale Equipmentauslastung, Rückverfolgbarkeit und Prozess-Sicherheit sind zentrale Anliegen, die eine Kontrolle aller die Prozessierung beeinflussenden Faktoren erfordern.

EPP 418