System für die modellbasierte Integration von Anlagen in die Halbleiterfertigung

Abstract

Der zur Verfügung stehende Zeitrahmen für den Aufbau von Produktionsstätten für die Herstellung von Halbleiterprodukten nimmt stetig ab. Gleichzeitig steigt die Komplexität der Automatisierung der zu integrierenden Halbleiterfertigungsanlagen in die Produktion an. Die Vorgehensweise bei der Anlagenintegration wird in einzelnen Softwareentwicklungsprojekten für jede Anlage durchgeführt, wobei stark darauf geachtet wird möglichst viele Elemente und Programmteile aus bestehenden Entwicklungen erneut zu verwenden. Durch die Betrachtung der Ausgangssituation bei der Integration von Halbleiterfertigungsanlagen in die Produktion hat sich gezeigt, dass die IT-Landschaft innerhalb der Halbleiterproduktionen aus vielen verteilten und heterogenen Systemen für die Steuerung der Produktionsabläufe besteht. Die Anlagen selbst werden durch die Entwicklung von einheitlichen Integrationsschnittstellen an übergeordnete Systeme in der Produktion gekoppelt, so dass eine standardisierte Steuerung, unabhängig vom Prozess der einzelnen Anlagen, erfolgen kann.

Stand der Technik Im Stand der Technik wurden Vorgehensweisen für die Integration von Halbleiterfertigungsanlagen dargestellt. Die Halbleiterfertigungsanlagen liefern eine durch SEMI standardisierte Schnittstelle für die Kommunikation, so dass bei der Modelldefinition von einer einheitlichen Struktur ausgegangen werden kann. Für die Einbindung von Informationen und Anwendungen zeigte der Stand der Technik verschiedene generische Ansätze für die Verarbeitung von Informationen und Modellen. In der Informationstechnologie bietet der Ansatz der modellgetriebenen Architekturen (MDA) die erforderlichen Grundlagen.

Entwicklung und Realisierung des Systems Die Geschäftsprozesse von der Planung einer Fabrik und der Produktion, den Einkauf über die Integration bis hin zur Produktion von Halbleiterprodukten, wurden in der Entwicklung des Systems spezifiziert und durch entsprechende Modelle definiert. Die Architektur des Systems beinhaltet die Modelle, wie das Anlagenstrukturmodell für die Abbildung der Struktur der Anlagen, das Anlagenfunktionenmodell für die Abbildung der Funktions- und Verhaltensweisen, das Qualifizierungsmodell für die Verifizierung der Daten und das Transformationsmodell für die Einbindung von Integrationsplattformen und die Definition von Transformationsanweisungen für die Generierung der Integrationsschnittstellen. Basierend auf der Architektur und den beschriebenen Modellen werden Anwendungsfälle besprochen, die vom System zum einen der Anlagenverwaltung und zum anderen der Propagationsmaschine unterstützt werden sollen. Für die Zusammenarbeit von Fabrikbetreibern und Anlagenherstellern wird das System um einen spezifischen Portalbetrieb im Internet erweitert, wodurch die Daten für die Anlagenintegration, wie z.B. die Erfüllung von Anforderungen, organisiert werden können. Umgesetzt wurde die spezifizierte Entwicklung in einer Realisierung des Systems für die modellbasierte Integration auf Basis eines Anwendungsservers, einer flexibel skalierbaren und verteilten Architektur.

Anwendung des Verfahrens Die Bewertung der Realisierung und der sich daraus ableitende Nutzen wurde in einem Referenzprojekt in der Industrie ermittelt. Das System wurde in der realisierten Form unterstützend beim Aufbau einer 300-mm-Halbleiterfabrik eingesetzt.

The demands of the semiconductor market are becoming more and more complex for the companies which manufacture semiconductor products. This complexity is driven by a constant reduction of density and compactness, the growth of the number of functions and requirements for energy consumption of semiconductor elements, the emerging degree of automation within the production and the reduction of time and effort during the ramp up of semiconductor fabrications and the according business processes. Both - the time frame, which is available to ramp up a semiconductor manufacturing fabrication, has been constantly reduced to meet the demand of the market and the complexity of the automation of the semiconductor equipment to be integrated has increased. In order to fulfill these requests a methodology is required.

State of the art The assay of the state of the art in this work takes into account the current methodologies of the integration of semiconductor equipment. Semiconductor equipment provide a standardized interface for communication, thus the definition of the models can be done based on a similar structure for each equipment type. The integration of information and applications in the field of information technology is currently providing a set of generic approaches for managing data, information and models. The generation of source code can be realized in different ways. The state of the art shows, that the concept of a model-driven architecture (MDA) is widely used.

Solution approach The business processes, which have been discussed in problem domain description, are specified in the development and defined by the according models. However, the business processes begin with the planning of a fabrication and its production, continue with the purchase of equipment and its integration and are finalized with the production of semiconductor products. The architecture of the system includes the models, like the equipment structure model for the representation of the components and the modules of the equipment, the equipment behavior model representing the behavior and its functions, the qualification model for verification of the contents of the both mentioned models and the transformation model to include references to the integration platforms and the definition of the transformation queries for the generation of the integration interfaces. The architecture model defines all relevant entities and their relations to the specified models described above. Based on this architecture and the models the use cases are shown, which are to be supported by the system, especially the equipment manager and the propagation engine. For the collaboration of the fabrication managers, who are responsible for the ramp up and the production, and the equipment suppliers an online portal representation is specified.

Application of the system The evaluation of the realization and the usability of the system have been done within a project with the industry. The system has been installed and deployed in a realized version for the support during the ramp up of a 300 mm fabrication.