DE102008023906B4 - Method and system for the automatic generation of throughput models for semiconductor systems - Google Patents
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Abstract
Durchsatzmodellgenerator (100) mit:einem Dateneingangsabschnitt (101) der ausgebildet ist, anlagenspezifische Information über Konfiguration und Betriebsstatus einer Prozessanlage (110, 110A, 110B, 110C), die in einer Fertigungsumgebung (150) verwendet wird, zu empfangen, wobei die Prozessanlage (110, 110A, 110B, 110C) mehrere Funktionseinheiten (111,.., 115) umfasst und wobei die anlagenspezifische Information Anlagenereignisse umfasst, die von den mehreren Funktionseinheiten (111,.., 115) der Prozessanlage (110, 110A, 110B, 110C) erzeugt werden;einer Datenbank (104), die funktionsmäßig mit dem Dateneingangsabschnitt (101) verbunden und ausgebildet ist, ein Datenmodell der Prozessanlage (110, 110A, 110B, 110C) zu speichern, wobei das Datenmodell zumindest einem Materialfluss in der Prozessanlage (110, 110A, 11 OB, 110C) repräsentiert;einem Modellberechner (102), der funktionsmäßig mit der Datenbank (104) verbunden und ausgebildet ist, einen Durchsatz der Prozessanlage (110, 110A, 110B, 110C) auf der Grundlage des Datenmodells und eines oder mehrerer durchsatzbezogener Parameter zu bestimmen;einer Anwenderschnittstelle (106), die funktionsmäßig mit dem Modellberechner (102) verbunden und ausgebildet ist, einen Wert des einen oder der mehreren durchsatzbezogenen Parameter auszuwählen;einem Datenvorverarbeitungsmodul (103), die funktionsmäßig mit dem Dateneingangsabschnitt (101) und der Datenbank (104) verbunden und ausgebildet ist, Prozessschritte und zugehörige Prozesszeiten für den Materialfluss in der Prozessanlage (110, 110A, 11 OB, 110C) zu ermitteln,wobei das Datenvorverarbeitungsmodul (103) ferner ausgebildet ist, die Prozesszeit jedes Prozessschritts durch Erkennen mehrerer Anlagenereignisse für jeden Prozessschritt, der in der anlagenspezifischen Information enthalten ist, und durch Bestimmen eines repräsentativen Zeitintervalls für jeden Prozessschritt zu bestimmen,und wobei das Datenvorverarbeitungsmodul (103) ferner ausgebildet ist, ein erstes repräsentatives Zeitintervall für einen ersten Prozessschritt, der nicht mit einem Prozessrezept in Beziehung steht, und ein zweites repräsentatives Zeitintervall für einen zweiten Prozessschritt, der mit einem Prozessrezept in Beziehung steht, zu bestimmen;und wobei der Modellberechner (102) weiterhin dazu ausgebildet ist, den Durchsatz der Prozessanlage (110, 110A, 110B, 110C) auf der Grundlage des Datenmodells in Bezug auf das erste und das zweite repräsentative Zeitintervall zu bestimmen.Throughput model generator (100) comprising: a data input section (101) adapted to receive plant-specific information about configuration and operational status of a process plant (110, 110A, 110B, 110C) used in a manufacturing environment (150), the process plant ( 110, 110A, 110B, 110C) comprises a plurality of functional units (111,.., 115) and wherein the plant-specific information comprises plant events which are generated by the plurality of functional units (111,.., 115) of the process plant (110, 110A, 110B, 110C ) are generated;a database (104) operatively connected to the data input section (101) and configured to store a data model of the process plant (110, 110A, 110B, 110C), the data model corresponding to at least one material flow in the process plant (110 , 110A, 110B, 110C); a model calculator (102) operatively connected to the database (104) and configured to represent a throughput of the process plant (110, 110A, 110B , 110C) based on the data model and one or more throughput-related parameters;a user interface (106) operatively connected to the model calculator (102) and configured to select a value of the one or more throughput-related parameters;a data pre-processing module ( 103), which is functionally connected to the data input section (101) and the database (104) and designed to determine process steps and associated process times for the material flow in the process plant (110, 110A, 110B, 110C), the data pre-processing module (103 ) is further configured to determine the process time of each process step by detecting a plurality of plant events for each process step contained in the plant-specific information and by determining a representative time interval for each process step, and wherein the data pre-processing module (103) is further configured to determine a first representative ive time interval for a first process step not related to a process recipe and a second representative time interval for a second process step related to a process recipe; and wherein the model calculator (102) is further adapted to determine the determine throughput of the process plant (110, 110A, 110B, 110C) based on the data model with respect to the first and second representative time intervals.
Description
Gebiet der vorliegenden ErfindungField of the present invention
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung das Gebiet der Herstellung von Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen, und betrifft insbesondere die Durchsatzeigenschaften komplexer Prozessanlagen, etwa Cluster- bzw. Mehrprozessanlagen, die für die Herstellung von Halbleiterbauelementen oder anderen Mikrostrukturen eingesetzt werden.In general, the present disclosure relates to the field of the production of microstructures, for example of integrated circuits, and in particular relates to the throughput properties of complex process plants, for example cluster or multi-process plants, which are used for the production of semiconductor components or other microstructures.
Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the prior art
Der heutige globale Markt zwingt Hersteller von Massenprodukten dazu, dies bei hoher Qualität und geringem Preis anzubieten. Es ist daher wichtig, die Ausbeute und die Prozesseffizienz zu verbessern, um die Herstellungskosten zu minimieren. Dies gilt insbesondere auf dem Gebiet der Mikrostrukturherstellung, beispielsweise für die Herstellung von Halbleiterbauelementen, da in diesem Bereich es wichtig ist, modernste Technologie mit Massenherstellungsverfahren zu kombinieren. Es ist daher das Ziel von Halbleiterherstellern, oder allgemein von Herstellern von Mikrostrukturen, den Verbrauch von Rohmaterialien und Verbrauchsmaterialien zu reduzieren, wobei gleichzeitig die Prozessanlagenauslastung verbessert wird. Der zuletzt genannte Aspekt ist insbesondere wichtig, da in modernen Halbleiterfertigungsstätten Anlagen erforderlich sind, die äußerst kostenintensiv sind und den wesentlichen Teil der gesamten Fertigungskosten darstellen. Gleichzeitig müssen die Prozessanlagen in der Halbleiterfertigungsstätte häufiger ersetzt werden im Vergleich zu den meisten anderen technischen Gebieten auf Grund der raschen Entwicklung neuer Produkte und Prozesse, die somit entsprechend angepasste Prozessanlagen notwendig machen.Today's global market forces manufacturers of mass products to offer them at high quality and low price. It is therefore important to improve the yield and the process efficiency in order to minimize the manufacturing costs. This applies in particular in the field of microstructure production, for example for the production of semiconductor components, since in this area it is important to combine the most modern technology with mass production processes. It is therefore the goal of semiconductor manufacturers, or of manufacturers of microstructures in general, to reduce the consumption of raw materials and consumables, while at the same time improving the utilization of the process equipment. The last-mentioned aspect is particularly important since modern semiconductor manufacturing facilities require systems that are extremely costly and represent the major part of the total manufacturing costs. At the same time, the process equipment in the semiconductor manufacturing facility has to be replaced more frequently than in most other technical fields due to the rapid development of new products and processes, which therefore make appropriately adapted process equipment necessary.
LINDEMANN, M.; SCHMID, S.: Marktüberblick: Simulationswerkzeuge in Produktion und Logistik. In: PPS Management,2007,12,28-35, offenbart eine Marktuntersuchung im Hinblick auf diverse Softwarelösungen zur Erstellung von Simulationsmodellen in Produktion und Logistik.LINDEMANN, M .; SCHMID, S .: Market overview: Simulation tools in production and logistics. In: PPS Management, 2007,12,28-35, discloses a market study with regard to various software solutions for the creation of simulation models in production and logistics.
Integrierte Schaltungen werden typischerweise in automatisierten oder halbautomatisierten Fertigungsstätten hergestellt, wobei sich eine große Anzahl an Prozess- und Messschritten bis zur Fertigstellung des Bauelements durchlaufen. Die Anzahl und die Art der Prozessschritte und Messschritte, die ein Halbleiterbauelement durchlaufen muss, einen von den Gegebenheiten des herzustellenden Halbleiterbauelements ab. Ein gewöhnlicher Prozessablauf für eine integrierte Schaltung enthält eine Vielzahl von Photolithographieschritten, um ein Schaltungsmuster für eine spezielle Bauteilebene in eine Lackschicht zu übertragen, die nachfolgend strukturiert wird, um eine Lackmaske für weitere Prozesse bei der Strukturierung der betrachteten Bauteilschicht zu bilden, indem beispielsweise Ätzprozesse oder Implantationsprozesse und dergleichen ausgeführt werden. Somit wird Schicht nach Schicht eine Vielzahl von Prozessschritten ausgeführt auf der Grundlage eines speziellen Lithographiemaskensatzes für die diversen Schichten des spezifizierten Bauelements. Beispielsweise erfordert eine moderne CPU mehrere 100 Prozessschritte, wovon jeder innerhalb spezifizierter Prozessgrenzen auszuführen ist, um die Spezifikationen für das betrachtete Bauelement zu erfüllen. Da die Mehrzahl der Prozessbereiche bauteilspezifisch sind, sind viele der Messprozesse und der eigentlichen Fertigungsprozesse speziell für das betrachtete Bauteil ausgelegt und erfordern spezielle Parametereinstellungen an den jeweiligen Mess- und Prozessanlagen.Integrated circuits are typically produced in automated or semi-automated production facilities, with a large number of process and measurement steps going through until the component is completed. The number and type of process steps and measurement steps that a semiconductor component has to go through depends on the circumstances of the semiconductor component to be manufactured. A normal process flow for an integrated circuit contains a large number of photolithography steps in order to transfer a circuit pattern for a special component level into a lacquer layer, which is subsequently structured in order to form a lacquer mask for further processes in the structuring of the component layer under consideration, for example by etching processes or Implantation processes and the like are carried out. Thus, layer after layer, a large number of process steps are carried out on the basis of a special lithography mask set for the various layers of the specified component. For example, a modern CPU requires several hundred process steps, each of which must be carried out within specified process limits in order to meet the specifications for the component under consideration. Since the majority of the process areas are component-specific, many of the measuring processes and the actual manufacturing processes are specially designed for the component under consideration and require special parameter settings on the respective measuring and process systems.
In einer Halbleiterfertigungsstätte werden typischerweise eine Vielzahl unterschiedlicher Produktarten gleichzeitig bearbeitet, etwa Speicherchips mit unterschiedlicher Gestaltung und Speicherkapazität, CPU's mit unterschiedlicher Gestaltung und Arbeitsgeschwindigkeit, und dergleichen, wobei die Anzahl unterschiedlicher Produktarten
Im Weiteren wird die Parametereinstellung für einen speziellen Prozess in einer spezifizierten Prozessanlage oder Mess- oder Inspektionsanlage allgemein als Prozessrezept oder einfach als Rezept bezeichnet. Somit ist eine große Anzahl unterschiedlicher Prozessrezepte selbst für die gleiche Art an Prozessanlage erforderlich, die an den Prozessanlagen zu dem Zeitpunkt anzuwenden sind, indem die entsprechenden Produktarten in den jeweiligen Anlagen bearbeitet werden. Die Sequenz aus Prozessrezepten, die in den Prozess- und Messanlagen oder in funktionell kombinierten Anlagengruppen ausgeführt werden, sowie die Rezepte selbst unterliegen jedoch einer häufigen Änderung auf Grund von schnellen Produktänderungen und sehr variablen beteiligten Prozessen. Folglich ist das Anlagenverhalten insbesondere im Hinblick auf den Durchsatz ein sehr kritischer Fertigungsparameter, da dieser die Gesamtherstellungskosten der einzelnen Bauelemente deutlich beeinflusst. Der Verlauf des Durchsatzes über die Zeit für einzelne Prozesse und Messanlagen oder selbst für gewisse Einheiten, etwa Prozessmodule, Substratroboter, Ladestationen und dergleichen können jedoch auf Grund der Komplexität der Fertigungssequenzen, die eine große Anzahl an Produktarten und entsprechende große Anzahl an Prozessen enthalten, die wiederum häufigen Rezeptänderungen unterliegen, für lange Zeit unbeobachtet bleiben.In the following, the parameter setting for a special process in a specified process plant or measuring or inspection plant is generally referred to as a process recipe or simply a recipe. Thus, a large number of different process recipes are required even for the same type of process plant, which are to be applied to the process plants at the point in time in which the corresponding product types are processed in the respective plants. However, the sequence of process recipes that are executed in the process and measuring systems or in functionally combined system groups, as well as the recipes themselves, are subject to frequent changes due to rapid product changes and very variable processes involved. As a result, the system behavior is a very critical production parameter, particularly with regard to throughput, as this significantly influences the overall production costs of the individual components. The course of the throughput over time for individual processes and measuring systems or even for certain units, such as process modules, substrate robots, charging stations and the like, can, however, due to the complexity of the production sequences, which contain a large number of product types and a correspondingly large number of processes, which in turn are subject to frequent recipe changes and remain unobserved for a long time.
In der jüngeren Vergangenheit wurden Prozessanlagen zunehmend komplex, indem eine Prozessanlage mehrere Funktionsmodule oder Einheiten enthalten kann, wobei diese Anlagen als Cluster- oder Cluster-Anlage bezeichnet werden, die parallel und/oder sequenziell arbeiten, so dass an der Cluster-Anlage eintreffende Produkte darin entsprechend einer Vielzahl von Prozesse liegen oder anlageninterner Prozessabläufe in Abhängigkeit von dem Prozessrezept und dem aktuellen Anlagenzustand bearbeitet werden. Die Cluster-Anlage ermöglicht das Ausführen einer Sequenz aus korrelierten Prozessen, wobei die Gesamteffizienz insgesamt erhöht wird, indem beispielsweise Transportaktivitäten innerhalb der Fertigungsstätte verringert werden und/oder indem die Anlagenkapazität und Verfügbarkeit durch Verwenden mehrerer paralleler Prozesskammer für den gleichen Prozessschritt erhöht wird. Auf Grund der Vielzahl von beteiligten Einheiten ist die gegenseitige Abhängigkeit von Prozessrezepten, anlageninternen Prozesswegen und anderer Parameter, etwa der Auslieferungsstrategie zur Anlage mittels des globalen Transportsystems, die Konfiguration der Schnittstelle zwischen dem globalen Transportsystem und der Anlage, d. h. die Anzahl der Ladestationen und dergleichen, sehr schwer beispielsweise im Hinblick auf das Gesamtanlagenleistungsverhalten hinsichtlich des Anlagendurchsatzes zu bewerten.In the recent past, process systems have become increasingly complex in that a process system can contain several functional modules or units, these systems being referred to as cluster or cluster systems that work in parallel and / or sequentially, so that products arriving at the cluster system are therein corresponding to a large number of processes or plant-internal process sequences are processed depending on the process recipe and the current plant status. The cluster system enables a sequence of correlated processes to be carried out, the overall efficiency being increased by, for example, reducing transport activities within the production facility and / or by increasing the system capacity and availability by using several parallel process chambers for the same process step. Due to the large number of units involved, the mutual dependence of process recipes, system-internal process paths and other parameters, such as the delivery strategy to the system using the global transport system, the configuration of the interface between the global transport system and the system, i.e. H. the number of charging stations and the like, very difficult to evaluate, for example, with regard to the overall system performance in terms of system throughput.
Folglich ist das Gesamtanlagenverhalten beispielsweise im Hinblick auf Ausbeute und Durchsatz ein sehr kritischer und komplexer Fertigungsparameter, da dieser die Gesamtherstellungskosten der einzelnen Bauelemente deutlich beeinflusst. Der Verlauf der Anlagenausbeute und des Durchsatzes über die Zeit für einzelne Prozess- und Messanlagen oder selbst gewisse Einheiten davon, etwa Prozessmodule, Substratroboter, Ladestationen und dergleichen kann auf Grund der Komplexität der Fertigungssequenzen mit der großen Anzahl an Produktarten und einer entsprechend großen Anzahl an Prozessen, die wiederum häufigen Rezeptänderungen unterliegen, kann lange Zeit unbeobachtet bleiben. Somit können unter Umständen Anlagen mit schlechter Leistungsfähigkeit lange Zeit unerkannt werden, wenn das Leistungsverhalten einer Anlagengruppe, zu der die betrachtete Anlage gehört, innerhalb ihrer üblichen Leistungsgrenze liegt, die typischerweise so gewählt ist, dass eine relativ breite Spanne an Schwankungen auf Grund der Komplexität der Prozesse und der beteiligten Anlagen möglich ist.Consequently, the overall system behavior, for example with regard to yield and throughput, is a very critical and complex production parameter, since this significantly influences the overall production costs of the individual components. The course of the system yield and the throughput over time for individual process and measuring systems or even certain units thereof, such as process modules, substrate robots, charging stations and the like, can, due to the complexity of the production sequences with the large number of product types and a correspondingly large number of processes which in turn are subject to frequent recipe changes, can remain unobserved for a long time. This means that systems with poor performance may go undetected for a long time if the performance of a system group to which the system in question belongs lies within its usual performance limit, which is typically selected so that a relatively wide range of fluctuations due to the complexity of the Processes and the systems involved is possible.
Aus diesem Grunde ist es von großer Bedeutung für die Halbleiterhersteller, entsprechende Maßzahlen zu beobachten und zu bestimmen, die ein Maß an für das Leistungsverhalten einzelner Prozessanlagen liefern, wodurch auch die Möglichkeit besteht, dass Anlagenlieferanten Software- und Hardwarekomponenten von Prozessanlagen speziell auf der Grundlage der von den Herstellern gelieferten Daten verbessern. Da die Anlagenerfordernisse stark von den herstellerspezifischen Bedingungen abhängen, wurde eine Vielzahl von Industriestandards definiert, um eine Grundlage zum Definieren eines üblichen globalen Satzes an Halbleiteranlagenerfordernissen zu schaffen, wodurch firmenspezifische Erfordernisse für Produktionsanlagen verringert werden, während auf Seite der Anlagenlieferer die Energie auf das Verbessern der Prozesseigenheiten anstelle auf das Beibehalten vieler innerspezifischer Produkte konzentriert werden kann. Somit wurden in einigen industriellen Gebieten eine Vielzahl anlagenspezifischer Standards definiert, die sich auf die Definition von Anlagennachrichten beziehen, die für die Halbleiterindustrie bekannt sind und der SECS (Semi (Halbleiteranlagen und Materialinstitut) Anlagenkommunikationsstandard), der eine gemeinsame Sprache für eine Kommunikation zwischen Prozessanlagen und entfernten Steuersystemen bietet. In ähnlicher Weise wurde eine Vielzahl von Standards zum Definieren des Anlagenverhaltens eingerichtet. Beispielsweise bieten auf dem Gebiet der Halbleiter die E10 und E58-Standards eine Basis, um die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Wartungseigenschaften (RAM) von Prozessanlagen unter Anwendung standardmäßiger Anlagenzustände zu bewerten. Andere Standards, etwa der E116 Standard wurden eingeführt, um das Leistungsverhalten von Prozessanlagen auf der Grundlage eines Zustandsmodells zu beschreiben, wobei der Anlagenzustand automatisch belichtet wird, indem Zustandsübergänge und Laufzeitinformationen bereitgestellt werden.For this reason, it is of great importance for the semiconductor manufacturer to observe and determine corresponding measures that provide a measure of the performance of individual process systems, which also makes it possible for system suppliers to use software and hardware components of process systems specifically on the basis of the Improve data provided by manufacturers. Since the plant requirements depend heavily on the manufacturer-specific conditions, a large number of industry standards have been defined in order to create a basis for defining a common global set of semiconductor plant requirements, whereby company-specific requirements for production plants are reduced, while on the side of the plant suppliers the energy is focused on improving the Process idiosyncrasies can instead be concentrated on maintaining many internal products. Thus, in some industrial fields, there have been a variety Plant-specific standards that relate to the definition of plant messages known to the semiconductor industry and the SECS (Semi (Semiconductor Plant and Material Institute) Plant Communication Standard), which provides a common language for communication between process plants and remote control systems. Similarly, a variety of standards have been established to define plant behavior. For example, in the field of semiconductors, the E10 and E58 standards provide a basis for evaluating the reliability, availability and maintenance properties (RAM) of process plants using standard plant states. Other standards, such as the E116 standard, were introduced to describe the performance behavior of process plants on the basis of a state model, whereby the plant state is automatically exposed by providing state transitions and runtime information.
Folglich ist in einer komplexen Fertigungsumgebung eine große Menge an Information, die die Prozessanlagen betreffen, mit einem unterschiedlichen Maß an Auflösung in Abhängigkeit von der Gesamtkonfiguration eines Steuerungssystems der betrachteten Fertigungsumgebung verfügbar. D. h., die entsprechenden Zustandsmodelle zum Darstellen einzelner Prozessanlagen in der Fertigungsumgebung ermöglichen das Überwachen und Steuern der Prozessanlagen auf einer höheren abstrakten Ebene, beispielsweise mittels eines übergeordneten MES (Fertigungsausführungssystems), während auf tieferer Ebene selbst Information im Hinblick auf den Betriebszustand einzelner Einheiten der diversen Prozessanlagen in Form der entsprechenden Anlagennachrichten verfügbar sind. In dieser Hinsicht ist eine Funktionseinheit einer Prozessanlage als eine Einheit zu verstehen, die ein Werkstück, etwa ein Substrat zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, halten kann, etwa eine Prozesskammer, ein Roboter, und dergleichen. Obwohl somit eine große Menge an wertvoller anlagenspezifischer Information in der Fertigungsumgebung verfügbar ist, ist eine Bewertung und Überwachung oder Steuerung durchsatzbezogener Aspekte der Prozessanlagen schwierig, da typischerweise in den Prozesslinien unbeobachtete Durchsatzverluste auftreten, die beispielsweise durch Prozess- und Einstellungsänderungen und/oder Anlagenfehlfunktionen und dergleichen hervorgerufen werden. D. h, auf Grund der Komplexität moderner Halbleiterfertigungsstätten, die ein gewisses Maß an Variabilität der Fertigungsprozesse beinhalten, ermögliche es durchschnittliche Durchsatzraten, die aus Losprozessseite oder aus Zustandsausgangsdaten berechnet werden, nicht das Anlagenleistungsverhalten einzelner Anlagen oder Anlagengruppen im Hinblick auf den Durchsatz effizient erkannt wird. Beispielsweise sind in vielen Prozessanlagen eine Vielzahl der Funktionseinheiten Prozesskammern zum Ausführen eines entsprechenden Prozesses auf der Grundlage eines zugeordneten Prozessrezepts. In vielen Prozessanlagen werden zwei oder mehr äquivalente Prozesskammern vorgesehen, um damit ein gewisses Maß an Parallelität zu erreichen, wenn die Substrate gemäß dem spezifizierten Rezept bearbeitet werden. In ähnlicher Wiese können unterschiedliche Prozessschritte in eine einzelne Anlage integriert werden, die dann ebenfalls als Cluster-Anlage bezeichnet wird, so dass eine Vielzahl von Prozessschritten auf der Grundlage unterschiedlicher Prozessrezepte ausgeführt werden, während andere Funktionseinheiten verantwortlich sind, die erforderlichen Substrathantierungsressourcen bereitzustellen, etwa in Form von Ladestationen, Roboter, und dergleichen. Somit kann der Durchsatz einer komplexen Prozessanlage wesentlich von dem grundlegenden Aufbau in Bezug auf die Substrathantierungsressourcen und die eigentlichen Prozessmodule in Kombination mit den speziellen Prozessrezepten, die in den diversen Prozessmodulen anzuwenden sind, abhängen.Consequently, in a complex production environment, a large amount of information relating to the process equipment is available with a different degree of resolution depending on the overall configuration of a control system of the production environment under consideration. In other words, the corresponding state models for representing individual process systems in the production environment enable the process systems to be monitored and controlled at a higher abstract level, for example by means of a higher-level MES (production execution system), while at a lower level information itself with regard to the operating status of individual units of the various process systems are available in the form of the corresponding system messages. In this regard, a functional unit of a process plant is to be understood as a unit that can hold a workpiece, for example a substrate for the production of semiconductor components, for example a process chamber, a robot, and the like. Although a large amount of valuable system-specific information is available in the production environment, an assessment and monitoring or control of throughput-related aspects of the process systems is difficult, since unobserved throughput losses typically occur in the process lines, for example due to process and setting changes and / or system malfunctions and the like be evoked. In other words, due to the complexity of modern semiconductor manufacturing facilities, which contain a certain degree of variability in the manufacturing processes, average throughput rates, which are calculated from the batch process side or from status output data, do not allow the system performance behavior of individual systems or system groups with regard to throughput to be efficiently recognized . For example, in many process plants a large number of the functional units are process chambers for carrying out a corresponding process on the basis of an assigned process recipe. In many process systems, two or more equivalent process chambers are provided in order to achieve a certain degree of parallelism when the substrates are processed according to the specified recipe. In a similar way, different process steps can be integrated into a single system, which is then also referred to as a cluster system, so that a large number of process steps are carried out on the basis of different process recipes, while other functional units are responsible for providing the required substrate handling resources, for example in Form of charging stations, robots, and the like. Thus, the throughput of a complex process plant can essentially depend on the basic structure with regard to the substrate handling resources and the actual process modules in combination with the special process recipes that are to be used in the various process modules.
Beispielsweise ist bei der eingeschränkten Funktionsfähigkeit oder gar bei einem vollständigen Ausfall eines von mehreren parallelen oder äquivalenten Prozessmodulen die Prozessanlage weiterhin funktionsfähig, besitzt jedoch einen geringeren Durchsatz, der möglicherweise durch Bestimmen des Durchsatzes von Anlagengruppen, beispielsweise auf monatlicher Basis, wie dies häufig in Halbleiterfabriken praktiziert wird, möglicherweise unerkannt bleibt. Selbst wenn die Anlagennachrichten überwacht werden, um damit den aktuellen Funktionsstatus der betrachteten Prozessanlage zu erkennen, wird jedoch eine Abschätzung des Durchsatzes auf der Grundlage einer Reihe von Losen oder Substraten bis zu einem speziellen Zeitpunkt und der entsprechenden Zeitdauer, die zum Bearbeiten der Substrate oder Lose erforderlich ist, erreicht. Somit wird lediglich eine „rückschauende“ Abschätzung des Durchsatzes erhalten, während der „aktuelle“ Durchsatz schwer abzuschätzen ist, insbesondere, wenn der Funktionsstatus der betrachteten Prozessanlage sich geändert hat. D. h., der Durchsatz kann von dem aktuellen Status der Prozessanlage und dem jeweiligen Prozess, das in den diversen Funktionseinheiten anzuwenden ist, abhängig sein, so dass konventionelle Vorgehensweisen, die auf der Grundlage von der Anzahl der Substrate beruhen, die über das vergangene Zeitintervall abgearbeitet wurden und von der Länge der Zeitdauer abhängig sind, eine vorausschauende Abschätzung des Durchsatzes nicht ermöglichen, und diese Lösungen ermöglichen auch keine Abschätzung des Durchsatzverhaltens für eine oder mehrere Prozessanlagen im Hinblick auf unterschiedliche Betriebsszenarien, um damit den Durchsatz bei Auftreten gewisser Ereignisse zu bewerten, etwa einer Änderung von Prozessrezepten, einer Umgestaltung des Betriebsstatus der Prozessanlage, und dergleichen.For example, if one of several parallel or equivalent process modules fails or if one of several parallel or equivalent process modules fails completely, the process system continues to function, but has a lower throughput, which may be determined by determining the throughput of system groups, for example on a monthly basis, as is often the case in semiconductor factories may go undetected. Even if the system messages are monitored in order to identify the current functional status of the process system in question, however, an estimate of the throughput is made on the basis of a series of lots or substrates up to a specific point in time and the corresponding time required to process the substrates or lots required is achieved. Thus, only a “retrospective” estimate of the throughput is obtained, while the “current” throughput is difficult to estimate, especially if the functional status of the process plant under consideration has changed. In other words, the throughput can depend on the current status of the process plant and the respective process that is to be used in the various functional units, so that conventional procedures that are based on the number of substrates that have passed the past Time interval have been processed and are dependent on the length of the time period, do not allow a predictive estimate of the throughput, and these solutions also do not allow an estimate of the throughput behavior for one or more process plants with regard to different operating scenarios in order to evaluate the throughput when certain events occur , for example a change in process recipes, one Reorganization of the operational status of the process plant, and the like.
Zu diesem Zweck wurden Durchsatzmodelle vorgeschlagen, um damit ein gewisses Maß an „vorausschauender“ Funktion im Hinblick auf den Durchsatz komplexer Cluster-Anlagen zu erreichen. Ein Durchsatzmodell ist als ein mathematisches Verfahren oder ein Modell zu verstehen, um den Durchsatz spezieller Prozessanlagen zu bestimmen, wenn diese auf der Grundlage von spezifizierten Prozessrezepten betrieben werden, wobei auch eine Reihe von Bedingungen oder Parametern berücksichtigt werden. Der Durchsatz wird durch die Anzahl der bearbeiteten Werkstücke geteilt durch das Zeitintervall, die zum Bearbeiten dieser Werkstücke erforderlich ist, ausgedrückt. In diesen Modellen wird weiterhin angenommen, dass vor und nach diesem Zeitintervall die Prozessanlage leer ist, d. h. die entsprechenden Einheiten der Prozessanlagen, etwa die Transportroboter, Prozesskammern, und dergleichen enthalten keine Werkstücke. Die Menge der innerhalb der betrachteten Zeitdauer bearbeiteten Werkstücke wird häufig auch als eine Kaskade bezeichnet, wobei die einzelnen Elemente einer Kaskade individuelle Werkstücke, etwa Substrate für Halbleiterbauelemente, oder Gruppen aus Substrate repräsentieren, wenn das Bearbeiten der Werkstücke in den Funktionseinheiten der Prozessanlage jeweils an einer Gruppe aus Substraten erfolgt. In diesem Falle werden entsprechende Prozessanlagen auch als Stapelanlagen bezeichnet.For this purpose, throughput models have been proposed in order to achieve a certain degree of “predictive” function with regard to the throughput of complex cluster systems. A throughput model is to be understood as a mathematical method or a model in order to determine the throughput of special process plants when these are operated on the basis of specified process recipes, whereby a number of conditions or parameters are also taken into account. The throughput is expressed by the number of machined workpieces divided by the time interval required to machine these workpieces. In these models it is further assumed that before and after this time interval the process plant is empty, i. H. the corresponding units of the process systems, such as the transport robots, process chambers, and the like, do not contain any workpieces. The number of workpieces processed within the period of time under consideration is often referred to as a cascade, with the individual elements of a cascade representing individual workpieces, e.g. Group of substrates takes place. In this case, the corresponding process systems are also referred to as stack systems.
Zu Beginn einer Kaskade, d. h. wenn das erste Werkstück der Prozessanlage zugeführt wird, verstreicht eine gewisse Zeit, bevor das erste Werkstück vollständig bearbeitet ist. Diese Zeit, d. h. die Zeit, die erforderlich ist, bis das erste Werkstück alle Prozessschritte durchlaufen hat, die für das spezifizierte Werkstück auszuführen sind, wird als „Zeit für das erste Stück“ bezeichnet, und dieses Zeitintervall ist typischerweise länger als die jeweiligen Zeitintervalle, mit denen die nachfolgenden Werkstücke den letzten Prozessschritt in der Prozessanlage verlassen. Somit ist in einem entsprechenden Durchsatzmodell der Durchsatz durch die Länge einer Kaskade geteilt durch die gesamte Prozesszeit bestimmt, die die Zeit für das erste Stück, d. h. die Prozesszeit für das erste Werkstück der Kaskade, und die Intervalle der verbleibenden Werkstücke der Kaskade enthält. Somit sind in einem Durchsatzmodell die Bedingungen und die Parameter, die die Zeit für das erste Stück und die Zeitintervalle für die nachfolgenden Stücke bestimmen, zu unterscheiden und zu quantifizieren. Dies kann auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen. Für die Zeit für das erste Stück wird der tatsächliche Prozessablauf in der betrachteten Prozessanlage festgelegt, d. h. die eigentliche Sequenz aus Prozessen, die in den individuellen Prozesskammern auf der Grundlage entsprechender Prozessrezepte auszuführen sind. Andererseits sind für die Zeitintervalle der nachfolgenden Werkstücke die Anlagenressourcen der entscheidende Punkt. In diesem Falle ist es typischerweise erforderlich, alle Ressourcen zu berücksichtigen, um eine begrenzende oder eine Flaschenhals-Ressource der Prozessanlage zu bestimmen, die die Zeitintervalle für die nachfolgenden Werkstücke bestimmen.At the beginning of a cascade, i. H. When the first workpiece is fed to the processing system, a certain time elapses before the first workpiece is completely machined. This time, d. H. the time it takes for the first workpiece to go through all the process steps that are to be performed for the specified workpiece is referred to as the "time for the first workpiece", and this time interval is typically longer than the respective time intervals with which the subsequent ones Workpieces leave the last process step in the process plant. Thus, in a corresponding throughput model, the throughput is determined by the length of a cascade divided by the total process time, which is the time for the first piece, i.e. H. contains the process time for the first workpiece in the cascade, and the intervals for the remaining workpieces in the cascade. Thus, in a throughput model, the conditions and the parameters that determine the time for the first piece and the time intervals for the subsequent pieces must be differentiated and quantified. This can be done in two different ways. For the time for the first piece, the actual process sequence in the process plant under consideration is determined, i. H. the actual sequence of processes that are to be carried out in the individual process chambers on the basis of corresponding process recipes. On the other hand, the system resources are the decisive point for the time intervals of the subsequent workpieces. In this case, it is typically necessary to consider all resources in order to determine a limiting or a bottleneck resource of the process plant that determine the time intervals for the subsequent workpieces.
Somit kann das Bestimmen vorherschauender Durchsatzmodelle ein gewisses Maß an Intuition und ein hohes Maß an Erfahrung des Prozessingenieurs erfordern, indem eine entsprechende sehr begrenzte Information aus einer beschränkten Anzahl an Anlagennachrichten herausgefiltert wird und indem die Materialabläufe in der betrachteten Prozessanlage geeignet definiert werden. Somit ist die konventionelle Lösung zum Erzeugen eines Durchsatzmodells eine sehr zeitaufreibende Aufgabe, deren Ergebnis von sehr subjektiven Kriterien abhängt, was zu Inkonsistenzen führen kann, wenn Durchsatzmodelle angewendet werden, die von unterschiedlichen Prozessingenieuren erstellt wurden. Des Weiteren führt der notwendige Zeitaufwand für die Modellerzeugung zu langen Zeitabständen zwischen den Aktualisierungen der Durchsatzmodelle, wodurch es zur Verwendung von möglicher Weise veralteten Modellen kommen kann.Thus, the determination of anticipated throughput models can require a certain amount of intuition and a high level of experience on the part of the process engineer, in that a corresponding very limited information is filtered out of a limited number of system messages and the material flows in the process system under consideration are suitably defined. Thus, the conventional solution for generating a throughput model is a very time-consuming task, the result of which depends on very subjective criteria, which can lead to inconsistencies when using throughput models that have been created by different process engineers. Furthermore, the time required to generate the model leads to long time intervals between updates of the throughput models, which can lead to the use of possibly outdated models.
Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung Systeme und Verfahren zum Bestimmen eines Durchsatzes von Prozessanlagen in einer komplexen Fertigungsumgebung, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest reduziert werden.In view of the situation described above, the present disclosure relates to systems and methods for determining a throughput of process plants in a complex manufacturing environment, wherein one or more of the problems identified above are avoided or at least reduced.
Überblick über die OffenbarungOverview of the revelation
Im Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Systeme und Verfahren zum Abschätzen des Durchsatzes von Prozessanlagen in einer Fertigungsumgebung, die in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine Fertigungsumgebung zur Herstellung von Mikrostrukturbauelementen repräsentiert, in dem Anlagennachrichten auf Einheitenebene verwendet werden, um statistisch relevante anlagenspezifische Daten zu erhalten, die zum Bewerten des Durchsatzes der Prozessanlage für ein spezifiziertes Funktionsszenario verwendet werden können. Auf der Grundlage der Anlagennachrichten mit höherer Auflösung, d. h. auf der Grundlage von Anlagennachrichten, die Anlagenereignisse repräsentieren, die durch jede beteiligte Funktionseinheit einer betrachteten Prozessanlage erzeugt wurden, können entsprechende Materialabläufe in der Prozessanlage und die dazugehörigen Prozesszeitintervalle in automatisierter Weise auf Grundlage hoher statistischer Relevanz ermittelt werden, wodurch den entsprechenden erhaltenen Durchsatzabschätzungen ein hohes Maß an Robustheit verliehen wird. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten werden Durchsatzmodelle automatisch erzeugt, indem die Funktionseinheiten, etwa die Robotertransporteinheiten, Prozesskammern, und dergleichen auf Grundlage von Anlagennachrichten bestimmt werden, die mit hoher Abdeckung der jeweiligen Prozessanlagen erhalten werden, d. h. die Anlagennachrichten werden von der Anlagenschnittstelle erhalten, wodurch eine verbesserte Auflösung im Vergleich zu beispielsweise einer Darstellung der jeweiligen Prozessanlagen in einem übergeordneten Steuerungssystem, etwa einem MES, erreicht, wie es typischerweise in komplexen Halbleiterfertigungsstätten eingesetzt wird, in welchem die Funktionseinheiten tatsächlich in den entsprechenden Zustandsmodellen, die die Anlagen repräsentieren, nicht „instanziiert“ sind. Ferner können die Materialabläufe durch die Cluster-Anlage oder durch eine Ansammlung der betrachteten Anlagen auf Ebene der Funktionseinheiten bestimmt werden, wobei automatisch zwischen Funktionseinheiten unterschieden wird, die nicht mit einem Prozessrezept verknüpft sind, und Funktionseinheiten, etwa Prozesskammern, die mit einem Prozessrezept verknüpft sind. Folglich werden in einigen anschaulichen Lösungen mittlere Prozesszeitintervalle für rezeptabhängige Einheiten bestimmt, was auf der Grundlage geeigneter ermittelter Zeitintervalle erfolgen kann, die aus Anlagenereignissen bestimmt werden, während für Funktionseinheiten, die nicht mit Prozessrezepten in Beziehung stehen, ebenfalls statistisch relevante Prozesszeitintervalle bestimmt werden. Aus diesen Zeitintervallen mit hoher statistischer Signifikanz und auf der Grundlage der zuvor bestimmten Materialabläufe wird ein geeignetes Durchsatzmodel automatisch mit einem hohen Maß an Objektivität erstellt, das dann für die Abschätzung von Durchsatzwerten im Hinblick auf vorgewählte Betriebszenarien oder zum Abschätzen des aktuellen Durchsatzstatus der Anlagen in der Fertigungsumgebung verwendet werden kann.In general, the subject matter disclosed herein relates to systems and methods for estimating the throughput of process equipment in a manufacturing environment, which in some illustrative embodiments represents a manufacturing environment for manufacturing microstructure devices in which equipment-level equipment messages are used to obtain statistically relevant equipment-specific data that can be used to evaluate the throughput of the process plant for a specified functional scenario. On the basis of the system messages with higher resolution, i.e. on the basis of system messages that represent system events that were generated by each functional unit involved in a process system under consideration, corresponding material flows in the process system and the associated process time intervals can be determined in an automated manner on the basis of high statistical relevance be obtained, thus obtaining the corresponding Throughput estimates are given a high degree of robustness. In some illustrative aspects disclosed herein, throughput models are generated automatically by determining the functional units, such as the robot transport units, process chambers, and the like, on the basis of plant messages that are obtained with high coverage of the respective process plants, ie the plant messages are obtained from the plant interface, whereby an improved resolution compared to, for example, a representation of the respective process systems in a higher-level control system, such as an MES, as it is typically used in complex semiconductor manufacturing facilities, in which the functional units are actually not "instantiated" in the corresponding state models that represent the systems " are. Furthermore, the material processes can be determined by the cluster system or by a collection of the systems under consideration at the functional unit level, with an automatic distinction being made between functional units that are not linked to a process recipe and functional units, such as process chambers, that are linked to a process recipe . Consequently, in some illustrative solutions, mean process time intervals are determined for recipe-dependent units, which can be done on the basis of suitable determined time intervals that are determined from system events, while statistically relevant process time intervals are also determined for functional units that are not related to process recipes. From these time intervals with high statistical significance and on the basis of the previously determined material processes, a suitable throughput model is automatically created with a high degree of objectivity, which is then used to estimate throughput values with regard to preselected operating scenarios or to estimate the current throughput status of the systems in the Manufacturing environment can be used.
Ein anschauliches hierin offenbartes System betrifft einen Durchsatzmodellgenerator. Der Durchsatzmodellgenerator mit: einem Dateneingangsabschnitt der ausgebildet ist, anlagenspezifische Information über Konfiguration und Betriebsstatus einer Prozessanlage, die in einer Fertigungsumgebung verwendet wird, zu empfangen, wobei die Prozessanlage mehrere Funktionseinheiten umfasst und wobei die anlagenspezifische Information Anlagenereignisse umfasst, die von den mehreren Funktionseinheiten der Prozessanlage erzeugt werden; einer Datenbank, die funktionsmäßig mit dem Dateneingangsabschnitt verbunden und ausgebildet ist, ein Datenmodell der Prozessanlage zu speichern, wobei das Datenmodell zumindest einem Materialfluss in der Prozessanlage repräsentiert; einem Modellberechner, der funktionsmäßig mit der Datenbank verbunden und ausgebildet ist, einen Durchsatz der Prozessanlage auf der Grundlage des Datenmodells und eines oder mehrerer durchsatzbezogener Parameter zu bestimmen; einer Anwenderschnittstelle, die funktionsmäßig mit dem Modellberechner verbunden und ausgebildet ist, einen Wert des einen oder der mehreren durchsatzbezogenen Parameter auszuwählen; einer Datenvorverarbeitungseinheit, die funktionsmäßig mit dem Dateneingangsabschnitt und der Datenbank verbunden und ausgebildet ist, Prozessschritte und zugehörige Prozesszeiten für den Materialfluss in der Prozessanlage zu ermitteln, wobei die Datenvorverarbeitungseinheit ferner ausgebildet ist, die Prozesszeit jedes Prozessschritts durch Erkennen mehrerer Anlagenereignisse für jeden Prozessschritt, der in der anlagenspezifischen Information enthalten ist, und durch Bestimmen eines repräsentativen Zeitintervalls für jeden Prozessschritt zu bestimmen, und wobei die Datenvorverarbeitungseinheit ferner ausgebildet ist, ein erstes repräsentatives Zeitintervall für einen ersten Prozessschritt, der nicht mit einem Prozessrezept in Beziehung steht, und ein zweites repräsentatives Zeitintervall für einen zweiten Prozessschritt, der mit einem Prozessrezept in Beziehung steht, zu bestimmen; und wobei der Modellberechner weiterhin dazu ausgebildet ist, den Durchsatz der Prozessanlage auf der Grundlage des Datenmodells in Bezug auf das erste und das zweite repräsentative Zeitintervall zu bestimmen.One illustrative system disclosed herein relates to a throughput model generator. The throughput model generator having: a data input section which is designed to receive plant-specific information about the configuration and operating status of a process plant that is used in a production environment, wherein the process plant comprises a plurality of functional units and wherein the plant-specific information comprises plant events that are generated by the plurality of functional units of the process plant be generated; a database which is functionally connected to the data input section and is designed to store a data model of the process plant, the data model representing at least one material flow in the process plant; a model calculator which is functionally connected to the database and is designed to determine a throughput of the process plant on the basis of the data model and one or more throughput-related parameters; a user interface operatively connected to the model calculator and configured to select a value of the one or more throughput-related parameters; a data preprocessing unit which is functionally connected to the data input section and the database and is designed to determine process steps and associated process times for the material flow in the process system, the data preprocessing unit also being designed to determine the process time of each process step by recognizing multiple system events for each process step that occurs in the system-specific information is contained, and by determining a representative time interval for each process step, and wherein the data preprocessing unit is further designed, a first representative time interval for a first process step that is not related to a process recipe, and a second representative time interval for determine a second process step related to a process recipe; and wherein the model calculator is further configured to determine the throughput of the process plant on the basis of the data model in relation to the first and the second representative time interval.
Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft das automatische Bestimmen eines Durchsatzes einer Prozessanlage. Das Verfahren zum automatischen Bestimmen eines Durchsatzes einer Prozessanlage, umfasst: Erkennen aller Funktionseinheiten der Prozessanlage durch Überwachen von Anlagennachrichten, die von der Prozessanlage während des Betriebs erzeugt werden; Erkennen eines oder mehrerer Materialflüsse als eine Sequenz aus Prozessschritten, die zumindest von einigen der Funktionseinheiten ausgeführt werden; Bestimmen eines Prozesszeitintervalls für jeden der Prozessschritte des einen der mehreren Materialflüsse; und Bestimmen eines Durchsatzes der Prozessanlage für ein ausgewähltes Prozessszenario für den einen oder die mehreren Materialflüsse unter Verwendung der bestimmten Prozesszeitintervalle, wobei Bestimmen eines Prozesszeitintervalls für jeden der Prozessschritte umfasst: Erkennen von ersten Funktionseinheiten, die nicht von einem zugeordneten Prozessrezept abhängig sind, und Erkennen von Funktionseinheiten, die von einem zugeordneten Prozessrezept abhängig sind, wobei die ersten und die zweiten Funktionseinheiten unter Verwendung zumindest der Anlagennachrichten erkannt werden; und wobei das Prozessintervall auf der Grundlage der erkannten ersten Funktionseinheiten und zweiten Funktionseinheiten bestimmt wird.One illustrative method disclosed herein relates to the automatic determination of a throughput of a process plant. The method for automatically determining a throughput of a process plant comprises: recognizing all functional units of the process plant by monitoring plant messages which are generated by the process plant during operation; Recognizing one or more material flows as a sequence of process steps that are carried out by at least some of the functional units; Determining a process time interval for each of the process steps of the one of the plurality of material flows; and determining a throughput of the process plant for a selected process scenario for the one or more material flows using the determined process time intervals, wherein determining a process time interval for each of the process steps comprises: recognizing first functional units that are not dependent on an assigned process recipe, and recognizing Functional units that are dependent on an assigned process recipe, the first and second functional units being recognized using at least the system messages; and wherein the process interval is determined on the basis of the identified first functional units and second functional units.
FigurenlisteFigure list
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 Fertigungsumgebung mit einer anschaulichen Cluster-Anlage zeigt, deren Durchsatz auf der Grundlage eines automatisch erzeugten Durchsatzmodells zu bestimmen ist; -
1b schematisch ein Zeitdiagramm zur Bearbeitung mehrerer Substrate, die auch als eine Kaskade bezeichnet werden, in der Cluster-Anlage aus1a zeigt; -
1c schematisch ein Diagramm eines Materialablaufs durch die Cluster-Anlage aus1a zeigt; -
1d schematisch eine Fertigungsumgebung mit mehreren Prozessanlagen zeigt, die funktionsmäßig mit einem automatischen Durchsatzmodellgenerator gemäß anschaulicher Ausführungsformen verbunden sind; -
1e schematisch eine Fertigungsumgebung mit einem automatischen Durchsatzmodellgenerator gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen zeigt; -
1f schematisch ein Datenmodell mit vorverarbeiteten durchsatzbezogenen Daten zeigt, wie sie durch einen automatischen Durchsatzmodellgenerator gemäß anschaulicher Ausführungsformen verwendet werden; -
1g schematisch einen Entscheidungsbaum zeigt, wie er in dem automatischen Durchsatzmodellgenerator zum Erkennen eines Materialsflusses in der Prozessanlage gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen eingerichtet ist; -
1h schematisch ein Zeitdiagramm von Anlagennachrichten und entsprechenden Anlagenereignissen zeigt, die zum Bestimmen von Prozesszeitintervallen gemäß anschaulicher Ausführungsformen angewendet werden; -
1i und1j schematisch Zeitdiagramme miteinander in Beziehung stehender Funktionseinheiten in einer Prozessanlage zeigen; -
1k schematisch ein Diagramm darstellt, das die Häufigkeit von Prozesszeitintervallen für eine spezifizierte Funktionseinheit repräsentiert, um ein statistisch signifikantes repräsentatives Prozesszeitintervall für die betrachtete Funktionseinheit gemäß anschaulicher Ausführungsformen zu erhalten; -
1l schematisch eine Zustandsmaschine zeigt, um die Gültigkeit eines Ablaufs von Anlagenereignissen gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen zu verifizieren; und -
1m schematisch Datenpunkte zeigt, wie sie in dem Datenmodell verwendet werden, um eine Geschichte von durchsatzbezogenen Informationen gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen einzurichten.
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1a shows schematically a production environment with an illustrative cluster system, the throughput of which is to be determined on the basis of an automatically generated throughput model; -
1b schematically shows a time diagram for processing several substrates, which are also referred to as a cascade, in the cluster system1a indicates; -
1c schematically shows a diagram of a material flow through the cluster system1a indicates; -
1d schematically shows a manufacturing environment with multiple process plants operatively connected to an automatic throughput model generator according to illustrative embodiments; -
1e schematically shows a manufacturing environment with an automatic throughput model generator according to still further illustrative embodiments; -
1f schematically shows a data model with preprocessed throughput related data as used by an automatic throughput model generator according to illustrative embodiments; -
1g schematically shows a decision tree as it is set up in the automatic throughput model generator for recognizing a material flow in the process plant according to further illustrative embodiments; -
1h schematically depicts a timing diagram of facility messages and corresponding facility events used to determine process time intervals in accordance with illustrative embodiments; -
1i and1y schematically show timing diagrams of interrelated functional units in a process plant; -
1k schematically shows a diagram which represents the frequency of process time intervals for a specified functional unit in order to obtain a statistically significant representative process time interval for the functional unit under consideration according to illustrative embodiments; -
1l schematically shows a state machine for verifying the validity of a sequence of system events according to further illustrative embodiments; and -
1m schematically shows data points as they are used in the data model to establish a history of throughput-related information according to still further illustrative embodiments.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
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 die angefügten Patentansprüche dar.Although the present disclosure has been described with reference to the embodiments as illustrated in the following detailed description and drawings, it should be noted that the following detailed description and drawings are not intended to provide the present disclosure to the specific illustrative embodiments disclosed to restrict, but the descriptive embodiments are only exemplary represent the appended claims.
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Systeme und Verfahren zum Abschätzend es Durchsatzes einer oder mehrerer Prozessanlagen in einer Fertigungsumgebung auf der Grundlage eines Durchsatzmodells, das in automatisierter Weise durch Verwenden einer geeigneten Menge an anlagenspezifischen Informationen eingerichtet wird, die von den Prozessanlagen während des Betriebs erzeugt werden, um damit statistisch relevante Prozesszeitintervalle für individuelle Prozessschritte zu erhalten, die in den betrachteten Prozessanlagen ausgeführt werden. Ferner werden effiziente Algorithmen eingerichtet, um in automatisierter Weise die Funktionseinheiten einer Prozessanlage und entsprechender Materialabläufe bzw. Materialflüsse unter Anwendung zumindest einiger der erkannten Funktionseinheiten zu bestimmen. Folglich kann der Funktionsstatus einer betrachteten Prozessanlage automatisch auf Ebene der Funktionseinheiten bestimmt werden, wobei auch die Materialabläufe bzw. Flüsse darin erkannt werden, um damit das Bestimmen von rezeptabhängigen Prozessschritten und rezeptunabhängigen Prozessschritten für die betrachtete Anlage zu ermöglichen. Folglich können rezeptspezifische Eigenschaften eines spezifizierten Betriebsszenarios in automatisierter Weise berücksichtigt werden, wobei auch die anlagenabhängigen Ressourcen durch die Funktionseinheiten repräsentiert sind, die nicht von einem speziellen Rezept abhängen, um damit das Bestimmen von ressourceabhängigen Prozesszeitintervallen zu ermöglichen. Auf diese Weise kann der Einfluss von Rezeptänderungen, von Angaben über die Anlagenkonfiguration beispielsweise im Hinblick auf das Hinzufügen zusätzlicher Ressourcen, das Abschalten von Einheiten auf Grund von Wartung und dergleichen mit verbesserter Genauigkeit und Robustheit im Hinblick auf Prozessschwankungen auf Grund der statistisch bestimmten Prozesszeitintervalle abgeschätzt werden. Im Vergleich zu konventionellen Strategien wird das Erzeugen entsprechender Durchsatzmodelle mit einem hohen Maß an Konsistenz ausgeführt, da entsprechende Kriterien zum Bestimmen von durchsatzspezifischen Parametern in gleicher Weise auf eine Vielzahl von Prozessanlagen angewendet werden, wobei auch die Möglichkeit geschaffen wird, die Kriterien zu variieren, um damit unterschiedliche „Ansichten“ im Hinblick auf das Erzeugen von Durchsatzmodellen zu erhalten. Beispielsweise kann die statistische Datenverwertung etwa von privilegierten Anwender geändert werden, um damit eine Abhängigkeit der Durchsatzergebnisse von Datenverarbeitungsprozessen zu erkennen und/oder um die abgeschätzten Durchsatzmodelle an tatsächlichen Messdaten anzupassen oder „zu kalibrieren“, und dergleichen, um damit die Genauigkeit der Durchsatzabschätzungen für die aktuelle Situation in der Fertigungsumgebung zu verbessern. Z. B. können die Prozesszeitintervalle für statische Funktionseinheiten, d. h. Einheiten, die nicht von speziellen Prozessrezepten abhängig sind, variiert werden, um damit die Übereinstimmung mit tatsächlich gemessenen Durchsatzwerten zu verbessern und/oder um eine Durchsatzverbesserung abzuschätzen, indem entsprechende Funktionseinheiten umgestaltet werden, beispielsweise indem die Transportkapazität erhöht wird und dergleichen. Somit kann auf Grund der automatisch erzeugten Durchsatzmodelle, die auf statistisch relevanten Daten beruhen, eine Vielzahl von Betriebsszenarien untersucht werden, wobei entsprechende Ergebnisse zum Konfigurieren und/oder Steuern zumindest eines Teils der betrachteten Fertigungsumgebung verwendet werden können. Beispielsweise kann die Wartung von Funktionseinheiten von Prozessanlagen koordiniert werden, um damit einen minimierten Durchsatzverlust zu erhalten, in dem in geeigneter Weise der Gesamtmaterialfluss in der Fertigungsumgebung auf der Grundlage der Durchsatzabschätzungen disponiert wird. D. h., beim Untersuchen der Durchsatzabhängigkeit für eine Vielzahl von Prozessanlagen für mehrere Produktarten, Rezepte und dergleichen kann ein Prozessszenario ermittelt werden, das einen minimalen Durchsatzverlust bei Wartung eines oder mehrerer der Funktionseinheiten besitzt. In ähnlicher Weise kann beim Auftreten einer Fehlfunktion einer Funktionseinheit die Auswirkung auf den Gesamtdurchsatz eines Teils der Fertigungsumgebung mit geringerer oder im Wesentlicher keiner Verzögerung bestimmt werden, und bei Bedarf kann eine Neudisponierung des gesamten Materialflusses in der Fertigungsumgebung in Gang gesetzt werden, um damit den Gesamtdurchsatz auf einem hohen Niveau zu halten.In general, the present disclosure relates to systems and methods for estimating the throughput of one or more process plants in a manufacturing environment based on a throughput model that is established in an automated manner by using an appropriate amount of plant-specific information generated by the process plants during operation in order to obtain statistically relevant process time intervals for individual process steps that are carried out in the process plants under consideration. Furthermore, efficient algorithms are set up in order to automatically determine the functional units of a process plant and corresponding material processes or material flows using at least some of the recognized functional units. As a result, the functional status of a process system under consideration can be determined automatically at the functional unit level, with the material processes or flows therein also being recognized in order to enable the determination of recipe-dependent process steps and recipe-independent process steps for the system under consideration. As a result, recipe-specific properties of a specified operating scenario can be taken into account in an automated manner, with the system-dependent resources also being represented by the functional units that do not depend on a specific recipe in order to enable resource-dependent process time intervals to be determined. In this way, the influence of recipe changes, of information about the system configuration, for example with regard to the addition of additional resources, the switching off of units due to maintenance and the like can be estimated with improved accuracy and robustness with regard to process fluctuations on the basis of the statistically determined process time intervals. Compared to conventional strategies, the generation of corresponding throughput models is carried out with a high degree of consistency, since corresponding criteria for determining throughput-specific parameters are applied in the same way to a large number of process plants, whereby the possibility is also created to vary the criteria in order to thus obtaining different "views" with regard to the generation of throughput models. For example, the statistical data processing can be changed by privileged users, for example, in order to recognize a dependency of the throughput results on data processing processes and / or to adapt or "calibrate" the estimated throughput models to actual measurement data, and the like in order to improve the accuracy of the throughput estimates for the to improve the current situation in the manufacturing environment. For example, the process time intervals for static functional units, ie units that are not dependent on special process recipes, can be varied in order to improve the agreement with actually measured throughput values and / or to estimate a throughput improvement by redesigning the corresponding functional units, for example by increasing the transport capacity is increased and the like. Thus, on the basis of the automatically generated throughput models, which are based on statistically relevant data, a large number of operating scenarios can be examined, with corresponding results being able to be used to configure and / or control at least part of the production environment under consideration. For example, the maintenance of functional units of process systems can be coordinated in order to obtain a minimized loss of throughput by appropriately planning the total flow of material in the production environment on the basis of the throughput estimates. That is to say, when examining the throughput dependency for a large number of process systems for several product types, recipes and the like, a process scenario can be determined which has a minimal throughput loss when maintaining one or more of the functional units. Similarly, if a functional unit malfunctions, the impact on overall throughput of a portion of the manufacturing environment can be determined with little or substantially no delay, and if necessary, the entire flow of materials in the manufacturing environment can be re-scheduled to increase overall throughput at a high level.
Ferner beruht in einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten der Durchsatzmodellgenerator auf historischen Daten, die das Erkennen von Funktionszuständen von Prozessanlagen ermöglichen, die möglicherweise durch aktuelle verfügbare Anlagennachrichten nicht erkennbar sind, wodurch die Reaktionsfähigkeit der Durchsatzmodelle in Bezug auf Änderungen des Anlagenstatus deutlich verbessert wird. Beispielsweise können Prozessanlagennachrichten, die über eine gewisse Betriebsdauer hinweg gesammelt wurden, einen speziellen Funktionsstatus der Prozessanlage kennzeichnen, beispielsweise wird eine Funktionseinheit abgeschaltet auf Grund der Wartung und dergleichen, was sich daher nicht in dem aktuell eingesetzten Durchsatzmodell der Prozessanlage widerspiegelt. Wenn die Funktionseinheit wieder funktionsfähig ist, wird die Änderung des Status der Anlage erkannt und es wird ein geeigneter Materialfluss, der nun wieder die neu angeschlossene Funktionseinheit beinhaltet, auf den historischen Daten in Kombination mit den entsprechenden historischen Prozesszeitintervallen abgerufen. Beim Auftreten einer Neukonfiguration der betrachteten Prozessanlage kann folglich das Durchsatzmodell in entsprechender Weise angepasst werden und somit kann der Durchsatz für das aktuelle Prozessszenario oder ein anderes angenommenes Prozessszenario mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.Furthermore, in some illustrative aspects disclosed herein, the throughput model generator is based on historical data that enable the detection of functional states of process plants that may not be recognizable by currently available plant messages, whereby the responsiveness of the throughput models with regard to changes in the plant status is significantly improved. For example, process plant messages that have been collected over a certain operating period can identify a special functional status of the process plant, for example a functional unit is switched off due to maintenance and the like, which is therefore not reflected in the throughput model of the process plant currently in use. When the functional unit is functional again, the change in the status of the system is recognized and a suitable material flow, which now again contains the newly connected functional unit, is called up on the historical data in combination with the corresponding historical process time intervals. When a new configuration of the process plant under consideration occurs, the throughput model can consequently be adapted in a corresponding manner and thus the throughput for the current process scenario or another assumed process scenario can be determined with a high degree of accuracy.
Somit können gemäß den hierin offenbarten Prinzipien die physikalischen Bedingungen, d. h. die Anzahl und die Anordnung von Funktionseinheiten, die Art der zu bearbeitenden Werkstücke, etwa einzelne Substrate, Gruppen aus Substraten und dergleichen, die durch die Prozessrezepte definierten Prozesszeitintervalle, d. h. die Dauer der eigentlichen Prozessschritte, die Prozesszeitintervalle, die durch mechanische Erfordernisse bestimmt sind, etwa Roboterbewegungszeiten, unterschiedliche Stiftbewegungszeiten zur Aufnahme einer Scheibe in einer Prozesskammer und dergleichen, und der Fluss von Substraten durch die Prozessanlage, d. h. die Schritte und ihre Beziehung zu den Funktionseinheiten, die die Schritte ausführen, in automatisierter Weise auf der Grundlage geeigneter Steuerungssequenzen und statistisch relevanter anlagenspezifischer Daten bestimmt werden. Somit können andere durchsatzbezogene Parameter zum Definieren diverser Betriebsszenarien in die Systeme im Verfahren gemäß den Prozesserfordernissen und dergleichen eingespeist werden. Beispielsweise kann die Länge einer speziellen Kaskade, die Losgröße und dergleichen als durchsatzbezogener Parameter verwendet werden. Somit können Durchsatzwerte mit hoher Genauigkeit auf der Grundlage robuster statistischer Daten bestimmt werden, wodurch eine Bestimmung von Durchsatzeigenschaften während einer gewünschten Betriebsdauer und für ein Prozessszenario ermöglicht wird.Thus, according to the principles disclosed herein, the physical conditions, i. H. the number and arrangement of functional units, the type of workpieces to be processed, such as individual substrates, groups of substrates and the like, the process time intervals defined by the process recipes, d. H. the duration of the actual process steps, the process time intervals that are determined by mechanical requirements, such as robot movement times, different pen movement times for receiving a disc in a process chamber and the like, and the flow of substrates through the process system, d. H. the steps and their relationship to the functional units that execute the steps are determined in an automated manner on the basis of suitable control sequences and statistically relevant system-specific data. Thus, other throughput-related parameters for defining various operating scenarios can be fed into the systems in the method according to the process requirements and the like. For example, the length of a special cascade, the lot size and the like can be used as throughput-related parameters. Throughput values can thus be determined with a high degree of accuracy on the basis of robust statistical data, as a result of which throughput properties can be determined during a desired operating period and for a process scenario.
Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben.With reference to the accompanying drawings, further illustrative embodiments will now be described in more detail.
Die Fertigungsumgebung
Des Weiteren umfasst die Prozessanlage
Während des Betriebs empfängt die Prozessanlage
Während des Betriebs der Prozessanlage
Des weiteren umfasst der automatische Durchsatzmodellgenerator
Beispielsweise können rezeptabhängige Prozesszeitintervalle, wie sie in den Schritten
In einer anschaulichen Ausführungsform ist eine Prüfeinheit
Während des Betriebs des Durchsatzmodellgenerators
D. h., bei Bedarf kann die Konfiguration einer Prozessanlage „modifiziert“ werden, indem ein geeigneter Prozessablauf mit den entsprechenden Schrittzeiten in Verbindung mit den zugeordneten Rezepten ausgewählt wird. Wie beispielsweise zuvor mit Bezug zu den
Nach dem Erkennen des Materialflusses wird der Kontext dieses Flusses verwendet, um statistische Proben diverser erforderlicher Zeitintervalle zu ermitteln, die mit dem erkannten Materialfluss verknüpften Funktionseinheiten in Beziehung stehen. D. h., die Anlagennachrichten werden im Hinblick auf Anlagenereignisse untersucht, die die gleichen Materialflussschritte betreffen, um damit relevante Zeitintervallwerte zu ermitteln.After the material flow has been identified, the context of this flow is used to determine statistical samples of various required time intervals that are related to the functional units linked to the identified material flow. This means that the system messages are examined with regard to system events that relate to the same material flow steps in order to determine relevant time interval values.
Gemäß anschaulicher Ausführungsformen werden entsprechender Prozesszeitintervalle unterschieden, um damit zwei Arten an Zeitintervallen zu erhalten, etwa statische Zeitintervalle und rezeptabhängige Zeitintervalle. Statische Zeitintervalle, etwa Scheibenaustauschzeiten, Nachprozesszeitintervalle, d. h. der eigentliche Prozess ist beendet aber das Substrat ist noch in der Prozesskammer, Vorprozesszeitintervalle, d. h. der Prozess hat noch nicht begonnen aber das Substrat ist in der Prozesskammer, sind mit einer einzelnen Funktionseinheit der Prozessanlage verknüpft. Somit hängt das Zeitintervall, das zum Beenden dieser Schritte erforderlich ist, nicht von dem ausgewählten Rezept ab. Im Gegensatz dazu ändern sich rezeptabhängige Prozesszeitintervalle zusätzlich gemäß dem ausgewählten Prozessrezept. Die Länge der statischen Zeitintervalle und der rezeptabhängigen Zeitintervalle ist durch die Zeitdauer zwischen zwei vordefinierten Aufzeichnungsereignissen definiert, die über die Anlagennachrichten übermittelt werden und daraus herausgelöst werden, indem die Datenpakete oder eine andere Informationsstruktur oder Format, wie es zum Übermitteln der Anlagennachrichten verwendet wird, analysiert wird. Beispielsweise können die Nachrichten auf der Grundlage standardmäßiger Protokolle übertragen werden, wie sie zuvor beschrieben sind.According to illustrative embodiments, a distinction is made between corresponding process time intervals in order to obtain two types of time intervals, for example static time intervals and recipe-dependent time intervals. Static time intervals, such as window replacement times, post-process time intervals, d. H. the actual process is finished but the substrate is still in the process chamber. H. the process has not yet started but the substrate is in the process chamber and linked to a single functional unit of the process system. Thus, the time interval required to complete these steps does not depend on the recipe selected. In contrast to this, recipe-dependent process time intervals also change according to the selected process recipe. The length of the static time intervals and the recipe-dependent time intervals is defined by the length of time between two predefined recording events that are transmitted via the system messages and are extracted from them by analyzing the data packets or another information structure or format as it is used to transmit the system messages will. For example, the messages can be transmitted based on standard protocols as previously described.
Der Teil des Diagramms, der als 161 angegeben ist repräsentiert eine Sequenz aus Aufzeichnungsereignissen, die mit der Sequenz
Mit Bezug zu den
Somit kann das Datenvorverarbeitungsmodul
Es sollte beachtet werden, dass aus den Anlagennachrichten herausgelösten Anlagenereignisse beispielsweise in Form von Aufzeichnungsereignissen, wie sie in
Wie zuvor erläutert ist, kann das Datenmodell in der Datenbank
Es gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt Systeme und Verfahren zum Abschätzen des Durchsatzes von Cluster-Anlagen einer Fertigungsumgebung auf der Grundlage automatisch erzeugter Durchsatzmodelle bereit. Zu diesem Zweck werden anlagenspezifische Nachrichten gesammelt und analysiert, um Materialflüsse und entsprechende Prozesszeitintervalle mit hoher statistischer Relevanz zu erkennen. Folglich können durchsatzbezogene Informationen für eine Vielzahl von Prozessszenarien mit einem hohen Maß an Robustheit gegenüber zufälligen Schwankungen und mit einem hohen Maß an Konsistenz erzeugt werden.The following therefore applies: The present disclosure provides systems and methods for estimating the throughput of cluster systems in a manufacturing environment on the basis of automatically generated throughput models. For this purpose, system-specific messages are collected and analyzed in order to identify material flows and corresponding process time intervals with high statistical relevance. As a result, throughput-related information can be generated for a large number of process scenarios with a high degree of robustness against random fluctuations and with a high degree of consistency.
Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der hierin offenbarten Prinzipien zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.Further modifications and variations of the present disclosure will become apparent to those skilled in the art in light of this description. Therefore, this description is intended to be illustrative only and for the purpose of providing one skilled in the art with the general manner of practicing the principles disclosed herein. It should be understood that the forms shown and described herein are to be regarded as the presently preferred embodiments.
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