Breaking gennem processen Development Barriers

af Dr. Dirk Ortloff

Emner, der

Abstrakt
Indledning
Mulighederne for Software Support
XperiDesk
XperiDesign
XperiFication
XperiLink
XperiShare
Konklusioner
Referencer

Abstrakt

Udviklingsprojekter for nye fremstillingsopskrifterne bliver udfordret af en række forskellige eksterne og interne krav og begrænsninger. Dette gælder især, når udviklingen microelectromechanical systemer (MEMS), nanoelectromechanical systemer (NEMS) eller nano-skala tyndfilm-enheder og deres specifikt kræves fremstillingsprocesser. Den mangfoldighed af teknologiske muligheder og deres begrænsninger samt de faldende geometrier og andre eksterne og interne kræfter sætte ingeniører og teknologier til deres grænse.

Til at bryde igennem disse barrierer af voksende kompleksitet i produktionsprocessen udviklingen af ​​en ny tilgang til passende proces design automatisering er nødvendigt. Denne tilgang skal dække udformningen af ​​nye proces sekvenser fra den allerførste idé til den endelige overdragelse til masseproduktion. Det skal også tilbyde nye banebrydende løsninger til elektronisk overførsel af procesdata og viden til teknologi-partnere.

Denne artikel præsenterer en sådan fremgangsmåde ved at indføre Process Development Execution Systems (PDEs). En PDEs klarer den stigende udvikling kompleksiteten ved at tilbyde en centraliseret samarbejdsplatform støtte den proces, ingeniører på deres vej gennem udvikling cyklus. Det giver en virksomhed en konkurrencemæssig fordel ved at udvikle bedre løsninger og give kortere time-to-market. De koncepter for PDEs har været forsket i EU-forskningsprojekt Promenade (IST-507965) og er beskrevet i detaljer i sine publikationer ^1-3 . Resultaterne af projektet er blevet kommercielt tilgængelige som XperiDesk software suite.

Indledning

Alle tider har en "déjà vu". Udtrykket beskriver en erindring om en begivenhed, der ikke kan huske klart og er forbundet med en aktuel situation. Oplever den specielle form for blackouts er normalt ikke et problem, men det kan være meget nedslående, mens du prøver at løse et problem i en ingeniørmæssig sammenhæng. Den "déjà vu problem" kan udgøre store udfordringer, når de udvikler nye processer til fremstilling af mikro-elektromekaniske systemer (MEMS), nano-elektromekaniske systemer (NEMS), eller andre high-tech udstyr.

Ethvert nyt produkt eller forbedring starter med en ny idé. Erfaringer af tidligere udvikling, videnskabelige artikler, og gamle lab-bøger giver det største bidrag til realiseringen af ​​disse nye ideer. Nogle problemer er allerede stødt på disse første faser af produktudviklingen: Kolleger er ikke altid tilgængelige og lab-bøger er alt for ofte kun til de mennesker af værdi, der skrev dem. Selv hvis oplysningerne findes i edb-filer, de er i de fleste tilfælde fordelt på flere filservere eller skjulte steder ingen vil se på. Forskningsrapporter kan give gode ideer, men den væsentlige del af de data, der mangler i de fleste tilfælde. Så allerede i disse første faser af processen udviklinger gode ideer skrottes simpelthen fordi der ikke er tid til at udføre den nødvendige forskning inden for de informationskilder og vidensbaser.

Men dette er kun begyndelsen på udviklingen bestræbelse. Tilføjelse af eksterne forhindringer som markedskræfterne, utilstrækkelig intern information og viden ledelse, begrænset udvikling gennemsigtighed, begrænset virtuelle prototyper muligheder, og manglende elektronisk udveksling gøre mange udviklingsaktiviteter skræmmende og dyre opgaver. Dette fører til en gentagelse af eksperimenter, som det er dyrt i form af tid, ressourcer og penge. Eksperter i halvleder procesudvikling anslår, at 10-15% af fejlslagne eksperimenter kunne forhindres, hvis tidligere resultater vil være tilgængelige på en lettere måde.

Mulighederne for Software Support

Efter at have undersøgt de spørgsmål, der dukker op når der udvikles en realistisk fremstilling løsning, bliver det klart, at de fleste af disse problemer er forårsaget af den store mængde af data og en høj grad af parameter rummet. Når halvlederindustrien stod over for problemet med de stigende layout kompleksitet, brugen af ​​elektronisk design automatisering (EDA) software bidraget til at afhjælpe dette problem. På samme måde, at løse de forhindringer fremhævet i indledningen, er en ny software ydet støtte til udvikling automatisering tilgang påkrævet. Dette afsnit vil præsentere emner, hvor software kan hjælpe med denne opgave.

Nye ideer til proces sekvenser er ofte baseret på eller kan drage fordel af tidligere udvikling. Knowledge management software kan give muligheder for at få adgang til disse tidligere udvikling resulterer i en struktureret måde. Med denne software, kan oplysningerne hentes hurtigere, og tidligere resultater kan findes, og dermed udnyttes mere effektivt. Specialiseret software tilbyder måder at se og søgeresultat data (f.eks, materialer, procestrin, maskiner og eksperimenter) fra forskellige synspunkter, at kategorisere data under forskellige aspekter, og at give måder at forbinde data elementer sammen. Resultater og data, der hører hjemme i samme sammenhæng kan udforskes i den resulterende netværk og værdifulde oplysninger kan opnås.

I den fase af samleprocessen foranstaltninger til at behandle sekvenser, kan software lette samling, lagring og udskrivning af nye sekvenser. Ved at give adgang til tidligere samlet proces sekvenser, kan en designer bruge disse som byggeklodser eller moduler i den nyudviklede sekvens. Brugen af ​​standard byggeklodser kan drastisk reducere design tid og fejl i designfasen.

I kontrollen fase, viser et softwaresystem dens virkelige fordele. De fleste af de anvendte regler har en form, der kan udtrykkes i en computer-læsbar måde (fx rene, inden deposition og ikke overstiger 150 ° C, så længe en polymer, for litografi er deponeret på wafer). Et domæne ekspert kan komme ind i reglerne for hans / hendes procestrin og giver dermed de regler for alle ingeniører til at kontrollere den nyudviklede proces sekvenser. Det betyder en understøttende software-system gør det muligt at administrere regler, til at forbinde regler med boolske termer (dvs., og, eller og ikke), og for at kontrollere processen sekvenser ved hjælp af disse regler.

Men denne kontrol giver ingen indikation af funktionaliteten eller endda strukturen af ​​den producerede enhed. Teknologi computer-aided design (TCAD) kan levere i det mindste en idé om den producerede struktur. De fleste af disse værktøjer stadig har brug for eksperter til at skrive simuleringen beskrivelsen filer, så de er i øjeblikket ikke altid brugt til deres fulde potentiale. For at støtte disse "virtuelle fabrikation" evner til deres fulde potentiale, kan et software-system håndtere simuleringsmodeller af forskellige abstraktion niveauer for procestrin. Det kan give understøttelse af flere modeller for flere simulatorer per proces trin. Hvis en simpel model er tilgængelig for alle grundlæggende proces kategorier (fx deposition, ætsning og litografi), at systemet er i stand til at bruge modeller for alle procestrin i processen rækkefølge og generere en input fil til den ønskede simulator.

I øjeblikket simulering resultater ses som enkeltstående data. For at rette op på denne situation, en udvikling, infrastruktur er i stand til at håndtere resultatet filer i kombination med processen sekvens. Dette gør det muligt for ingeniøren at sammenligne de forventede resultater med simuleringen resultater og med den virkelige resultatet. Den viden fra den sammenligning kan derefter bruges til at forbedre simuleringsmodel.

Efter kontrol, er den enhed, der produceres i et eksperimenterende fabrikation miljø. I den første del af denne fase, overfører infrastruktur processen sekvens til Fab miljø. Dette gøres ved blot at udskrive en runcard for operatører eller ved interfacing til Manufacturing Execution System (MES) i fab. På den anden side, administrerer systemet og dokumenter ændringer i sidste øjeblik med den rækkefølge som parameter justeringer i fab. Derudover masse opdeler og fletter kan håndteres.

Under og efter behandling, er mange målinger foretaget. Disse målinger giver ofte filer såsom billeder eller enkle tekster, som indeholder rækker og kolonner af data. Et software-system kan håndtere disse filer, link relaterede resultater sammen og håndtere forskellige versioner af visse filer (fx rapporter). Parret med fleksibel tekst og grafiske hentning og søge metoder, en støtte til udvikling af system, indeholder mekanismer til at se og vurdere de indsamlede data, information og viden fra forskellige perspektiver. Det giver indblik i tidligere udviklingen med hensyn til information og tid aspekter.

En anden vigtig del af de indsamlede data i løbet af et udviklingsprojekt, er den uformelle viden. Den består hovedsageligt af drøftelserne mellem ingeniører om de eksperimentelle resultater. Udviklingen infrastruktur kanaler og arkiver denne viden, fordi det er af uvurderlig værdi for fremtidige projekter.

En lang række udviklingsaktiviteter i branchen er fælles indsats. Dette øger behovet for at udveksle oplysninger mellem partnere eller overførslen intellektuel ejendomsret (IP) fra en leverandør til en kunde. Software-systemer kan understøtte denne overførsel samtidig være selektiv, for at beskytte intellektuelle ejendomsrettigheder af selskabet ³ .

Sammenfattende kan procesudvikling software-systemer bistå med udførelsen af ​​udviklingen af ​​nye proces sekvenser til ny enhed arkitekturer og enheder. Disse infrastruktur værktøjer understøtter hele udviklingsprocessen rækkefølge - fra den første enhed idé at overførslen af ​​den resulterende opskriften i produktion eller til en samarbejdspartner. Derfor, de lukker udvikling loop og foder nutidens virkelige verden resultater i ideerne om morgen som afbildet i figur 1. Software kan aldrig erstatte den kreativitet af ingeniører, men det kan hjælpe ingeniører til at fokusere på gode ideer og slippe af med dårlige ideer på et tidligt tidspunkt.

Figur 1. PDEs ydet støtte til udvikling cyklus

Desuden kan software fjerne dokumentation og dataindsamling byrder ved at give automatiske midler til disse formål. Software-systemer indeholder også en legeplads for ingeniører at afprøve deres ideer i et virtuelt fabrikation miljø, der giver muligheder for at udforske flere ideer end hidtil muligt. Denne måde en støtte til udvikling af systemet giver en virksomhed en konkurrencemæssig fordel ved at udvikle bedre løsninger og give kortere time-to-market.

Som en ny form for software, der giver den funktionalitet, der er beskrevet i dette afsnit introducerer vi Process Development Execution System (PDEs) i dette dokument. En PDEs består af et komplet miljø for alle faser af processen udvikling - fra det indledende koncept til den endelige eksperimentelle succes og overførsel til masseproduktion. Det giver en ramme, som let kan tilpasses til kundens specifikke situationer og procedurer. Formålet med en Process Development Execution System (PDEs) er at styre og støtte gennemførelse af udviklingsaktiviteter for high-tech fremstillingsprocesser.

En forenklet relationelt perspektiv er, at en PDEs er for udviklingen af ​​højteknologiske fremstillingsprocesser, hvad et Manufacturing Execution System (MES) er at udførelsen af ​​volumen produktionsprocesser. Den store forskel mellem de to systemer er, at vægten af ​​PDEer værktøjssæt er at levere enorme fleksibilitet og eksperimenter frihed i en lav lydstyrke miljø, mens de redskaber, af den MES fokus på mindre varians, strammere kontrol, og logistik i en høj volumen miljø .

Lighederne i formålet med en PDEer og MES er de traditionelle fælles jord-mål om at øge sporbarhed, produktivitet og kvalitet. Med en PDEs, er forventningen, og målsætningen om at øge kvaliteten af ​​den udviklede fremstillingsprocessen, hvilket er noget i kontrast til målsætningen om at forbedre produktionens kvalitet med et MES.

XperiDesk

Den XperiDesk software suite er en førende, global anvendelse for udviklingen af ​​komplekse fremstillingsprocesser i halvleder-og tynd-film-MEMS-enhed på markedet. Det understøtter procestrin og processen sekvens udvikling med innovative værktøjer. Et eksempel er den tilpasses regler for at validere kompatibilitet og fuldstændighed krav i procestrin, der øger effektivitet og integritet fra det tidlige koncept fase til den endelige ramp-up.

Men den magt XperiDesk er endnu mere tydelig i dens redskaber, der leverer løsninger til ikke-tekniske udfordringer. Et par eksempler er interne og eksterne samarbejde, dokumentation, ledelse og teknologi overførsler, som alle lethed time-to-market pres ved virkelig at fremskynde udviklingsprocessen. Med hensyn til den efterfølgende udvikling, kan hver gradvist hurtigere, fordi XperiDesk giver komplet genbrug af data og dokumentation fra tidligere udvikling.

En af de innovative funktioner i XperiDesk kontrollerer for fremstilling af en opskrift, før en live test. Dette opnås ved at bruge brugerdefinerbare regler for at afgøre, om forsøget kan fejle og / eller beskadige udstyret. Et åbent interface til at integrere eksterne simulations-software muliggør effektiv strukturel vurdering af designet udstyr. Robust sporing mekanismer støtte forvaltningen af ​​alle tilfælde af eksperimentelle og verifikation af data samt udførelse af iterative forbedring trin.

XperiDesk ikke alene løser de udfordringer, som den igangværende stigning i distribueret globale udvikling teams, det gør den grad af distribuerede samarbejde gennemsigtig og sikker. En bruger / rolle sikkerheds-modellen, specielt designet til beskyttelse af intellektuelle ejendomsrettigheder på et enkelt element niveau forvalter den klare afgrænsninger af forskellige samarbejder. En anden funktion giver selektiv, mekaniserede, udveksling af data til samarbejdspartnere og kunder og samtidig bevare IP-beskyttelse. Hele software suite består af fire forskellige moduler, der hver især fokuserer på én gruppe af udfordringer:

• XperiDesign
• XperiFication
• XperiLink
• XperiShare

XperiDesign

XperiDesign understøtter de tidlige koncept stadier i processen flow design. Den styrer de data, information og viden indsamlet i projekteringsfasen lige fra omregning af værdierne i forskellige enheder til styring af hele processen sekvenser. Effekten af ​​dette modul stiger med dets anvendelse på grund af støtte til genanvendelse af allerede udviklet design elementer. Design enheder kan arrangeres i flere hierarkier og kategorier. Sofistikeret arv mekanismer, der gør det muligt at udbredelsen af ​​design egenskaber og data for hver enhed i hele hierarkiet struktur. Figur 2 viser en udsigt til at behandle trin editor.

Figur 2. Proces trin editor

XperiFication

XperiFication giver en tostrenget virtuelle vurdering af nyoprettede eller modificeret produktionsudstyr opskrifter. Det første lag vurderer forarbejdningsevnen af ​​en opskrift via en konsistens check engine, der bruger kan tilpasses regler til at vurdere foreneligheden krav procestrin. Figur 3 giver et eksempel på en sådan kontrol. Det andet trin plan giver vurderingen via en kombination af en åben grænseflade til at udnytte eksisterende TCAD-simuleringsværktøjer og et interface til Java-fortolker beregningsmodeller. XperiFication arkiver resultere filer i det underliggende dokument management system, og resultatet filer er tilgængelige fra alle klienter, da de forvaltes inden for rammerne af sekvensen.

Figur 3. Resultater af en forarbejdningsevnen vurdering

XperiLink

XperiLink er understøtter sporing af eksperimentelle verificering resultater. Den auto-matisk indsamler filer, indlæser data fra filsystemet, og giver navigation og hentning af data via flere kriterier søgninger, filtre og visninger. Et eksempel på en type visning er afbildet i figur 4. De data, der kan have flere niveauer af detaljer til at styre parametre osv., med den ekstra fordel, viser resultater fra flere per-perspektiver.

Figur 4. Visning af datanetværket opbygge ved at forbinde enheder

XperiShare

XperiShare giver selektiv, mekaniserede udveksling af udviklingen data mellem forskellige partnere. Selektiv eksport og import funktionalitet gør det muligt at bundling af IP-pakker og overførsel af forskellige simulering og eksperimentelle verifikation resultater. XperiShare øger samarbejdet effektivitet til at opnå en fremskyndet fabrikation ramp-up.

Konklusioner

Dette dokument giver en kort oversigt over nuværende proces udvikling praksis og udfordringer med fokus på mulige forbedringer ved hjælp af bedre software support. Der blev indført den software kategorien Process Development Execution Systems (PDEs) imødegå den fremhævede udfordringer. En PDEs understøtter hele udviklingsprocessen flow - fra den første enhed idé at overførslen af ​​den resulterende opskriften i produktion eller til en samarbejdspartner. Derfor lukker udvikling loop og feeds nutidens virkelige verden resultater i ideerne af i morgen. Det giver virksomheder en konkurrencefordel ved at udvikle bedre løsninger og give kortere time-to-market. Desuden er gennemførelsen af ​​den PDEer koncepter i kommercielt tilgængelig software suite XperiDesk beskrevet.

Referencer

1. A. Wagener, J. Popp K. Hahn, R. Brück, Ortloff, D.: Process Design og Sporing Support til MEMS. I: Proceedings of SPIE: mikro-og microfabrication Procesteknologi X, San Jose Bd. 6109, 2006. - Photonics West 2006
2. D. Ortloff, F. Cooijmans B. Veenstra:. En systematisk tilgang til Reproducerbarhed og sporing af MEMS procesudvikling. I: Afvikling af den 10. internationale konference om kommercialisering af Mikro-og Nano Systems, Baden-Baden, 2005. - COMS 2005
3. B. Veenstra, D. Ortloff, S. Langenhuisen: En tilgang til udveksling og generere viden om MEMS procesudvikling. I: Proceedings fra den 11. internationale konference om kommercialisering af Mikro-og Nano Systems, St. Petersborg, 2006. - COMS 2006

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org