Breaking gjennom prosessen Development Barriers

av Dr. Dirk Ortloff

Emner som dekkes

Abstrakt
Innledning
Muligheter for Software Support
XperiDesk
XperiDesign
XperiFication
XperiLink
XperiShare
Konklusjoner
Referanser

Abstrakt

Utviklingsprosjekter for ny produksjon oppskrifter utfordres av en rekke ulike eksterne og interne krav og begrensninger. Dette gjelder spesielt ved utvikling mikroelektromekaniske systemer (MEMS), nanoelectromechanical systemer (NEMS) eller nano skala tynn film enheter og deres spesifikt krav produksjonsprosesser. Mangfoldet av teknologi alternativer og deres begrensninger samt krymper geometrier og andre eksterne og interne krefter sette ingeniører og teknologier for å begrense deres.

Å bryte gjennom disse barrierene av økende kompleksitet i fabrikasjon prosessutvikling en ny tilnærming for tilstrekkelig prosess design automatisering er nødvendig. Denne tilnærmingen må dekke konstruksjon av nye prosess sekvenser fra den første ideen til det endelige overlevering til masseproduksjon. Det må også tilby nye banebrytende løsninger for elektronisk overføring av prosess data og kunnskap til teknologi partnere.

Dette notatet presenterer en slik tilnærming ved å innføre Process Development Execution Systems (PDE). En PDEer klarer med den økende utviklingen kompleksiteten ved å tilby en sentralisert samarbeidsplattform støtter prosessingeniører på vei gjennom utvikling syklus. Det gir selskapet et konkurransefortrinn ved å utvikle bedre løsninger og gir kortere tid til markedet. Konseptene for PDEer har blitt forsket på EU Forskningsprosjekt PROMENADE (IST 507 965) og er beskrevet i detalj i sine publikasjoner ^1-3 . Resultatene av prosjektet har blitt kommersielt tilgjengelig som XperiDesk programpakken.

Innledning

Alle har tidvis et "déjà vu". Begrepet beskriver et minne om en hendelse som ikke kan bli husket klart og er forbundet med en nåværende situasjon. Oppleve at spesiell type strømbrudd er vanligvis ikke et problem, men det kan være svært nervepirrende mens du prøver å løse et problem innenfor en teknisk sammenheng. Den "déjà vu problem" kan utgjøre store utfordringer ved utvikling av nye prosesser for å produsere mikro-elektromekaniske systemer (MEMS), nano-elektromekaniske systemer (NEMS) eller andre høyteknologiske enheter.

Hvert nytt produkt eller et produkt ekstrautstyr starter med en ny idé. Erfaringene fra tidligere utbygginger, vitenskapelige artikler, og gamle lab-bøker gir det største bidraget til realisering av disse nye ideer. Noen problemer er allerede støtt på disse første stadiene av produktutviklingen: Kolleger er ikke alltid tilgjengelig og lab-bøker er altfor ofte bare til de menneskene av verdi som skrev dem. Selv om informasjonen er tilgjengelig i datafiler, er de i de fleste tilfeller fordelt på flere filservere eller skjult på steder som ingen vil se på. Forskningsartikler kan gi gode ideer, men viktig del av dataene mangler i de fleste tilfeller. Så allerede i disse første fasene av prosessen utviklingen gode ideer blir skrotet rett og slett fordi det ikke er tid til å utføre nødvendig forskning innenfor informasjonskilder og kunnskapsbaser.

Men dette er bare begynnelsen på utviklingen bestrebelser. Legge til eksterne hindringer som markedskreftene, utilstrekkelig intern informasjons-og kunnskapsforvaltning, begrenset utvikling åpenhet, begrenset virtuell prototyping muligheter, og manglende elektronisk utveksling gjøre mange utviklingsaktiviteter skremmende og kostbare oppgaver. Dette fører til en gjentakelse av eksperimenter, som er kostbar i form av tid, ressurser og penger. Eksperter i halvledere prosessutvikling anslår at 10-15% av mislykkede eksperimenter kunne vært unngått, hvis tidligere resultater vil være tilgjengelig på en lettere måte.

Muligheter for Software Support

Etter å ha undersøkt problemene dukker opp når utvikle en mulig produksjon solution, blir det klart at de fleste av disse problemene er forårsaket av den store mengden av data og høy grad av parameter plass. Når halvlederindustrien møtte problemet med økende layout kompleksitet, hjalp bruken av elektronisk design automatisering (EDA) programvare for å løse dette problemet. Likeledes å ta hindrene fremhevet i innledningen, er en ny programvare som støttes utvikling automatisering tilnærming nødvendig. Denne delen vil presentere temaer, der programvare kan hjelpe med denne oppgaven.

Nye ideer for prosess-sekvenser er ofte basert på eller kan ha nytte av tidligere utbygginger. Kunnskap management software kan gi måter å få tilgang til disse tidligere utviklingsresultater på en strukturert måte. Med slik programvare kan informasjonen bli hentet raskere, og tidligere resultater kan bli funnet og dermed brukes mer effektivt. Spesialisert programvare tilbyr måter å vise og søkeresultat data (f.eks materialer, prosesstrinn, maskiner og eksperimenter) fra ulike synspunkter, å kategorisere data under ulike aspekter, og å gi måter å koble data elementer sammen. Resultater og data som hører hjemme i samme kontekst kan utforskes i den resulterende nettverket og verdifull informasjon kan oppnås.

I den fasen av montering prosesstrinn å behandle sekvenser, kan programvare lette montering, lagring og utskrift av nye sekvenser. Ved å gi tilgang til tidligere samlet prosess sekvenser, kan en designer bruke disse som byggeklosser eller moduler i den nyutviklede sekvensen. Bruken av standard byggesteiner kan drastisk redusere design tid og feil i design fasen.

I verifikasjon fase, viser en software systemet sitt virkelige fordeler. De fleste av reglene som brukes har en form som kan uttrykkes i en datamaskin-lesbar måte (f.eks rene før deponering, og ikke overstige 150 ° C så lenge en polymer for litografi avsettes på wafer). Et domene ekspert kan gå inn i reglene for hans / hennes prosesstrinn og gir dermed regler for alle ingeniører å sjekke nyutviklede prosessen sekvenser. Dette betyr en programvare som støtter systemet tillater å administrere regler, for å koble regler med boolske vilkår (dvs. og, eller og ikke) og å kontrollere prosessen sekvenser ved hjelp av disse reglene.

Imidlertid gir denne sjekken ingen indikasjon på funksjonaliteten eller strukturen av det produserte enhet. Teknologi dataassistert design (TCAD) kan gi minst en idé om produsert struktur. De fleste av disse verktøyene fortsatt trenger eksperter for å skrive simuleringen beskrivelsen filene, så de er for øyeblikket ikke alltid brukt til sitt fulle potensial. For å støtte disse "virtuelle fabrikasjon" evner til sitt fulle potensial, kan et software system administrere simuleringsmodeller av forskjellige abstraksjonsnivå for prosesstrinn. Det kan gi støtte for flere modeller for flere simulatorer per prosess trinn. Hvis en enkel modell er tilgjengelig for alle grunnleggende prosessen kategorier (f.eks deponering, etsing og litografi), er systemet i stand til å bruke modeller for alle prosess trinn i prosessen rekkefølge og generere en inndatafil for ønsket simulator.

Foreløpig simulering Resultatene blir sett på som frittstående data. For å avhjelpe denne situasjonen, er en utvikling infrastruktur i stand til å håndtere resultatet filene i kombinasjon med prosessen sekvensen. Dette gjør at ingeniøren å sammenligne forventede resultater med simulering resultater og med den virkelige utfall. Kunnskapen fra sammenligning kan deretter brukes til å forbedre simuleringsmodell.

Etter verifikasjon, er enheten produseres i en eksperimentell fabrikasjon miljø. I første del av denne fasen, overfører infrastrukturen prosessen rekkefølge til fab miljøet. Dette gjøres ganske enkelt ved å skrive ut en runcard for operatørene, eller ved tilkopling til Manufacturing Execution System (MES) av fab. På den annen side, styrer systemet og dokumentene siste minutt endringer i rekkefølgen som parameter justeringer i fab. I tillegg mye deler og fusjonerer kan administreres.

Under og etter behandling, er mange målinger gjort. Disse målingene ofte produsere filer som bilder og enkle tekster som inneholder rader og kolonner med data. En programvare system kan administrere disse filene, link relaterte resultatene sammen og håndtere forskjellige versjoner av enkelte filer (for eksempel rapporter). Sammen med fleksible tekst og grafiske henting og søkemetoder, gir en utvikling støtte system mekanismer for å vise og vurdere den akkumulerte data, informasjon og kunnskap fra ulike perspektiver. Det gir innsikt i forrige utvikling angående informasjon og tid aspekter.

En annen viktig del av dataene samlet under et utviklingsprosjekt er den uformelle kunnskap. Den består stort sett av diskusjonene mellom ingeniører om de eksperimentelle resultatene. Utviklingen infrastruktur kanaler og arkiver denne kunnskapen, fordi det er av uvurderlig verdi for fremtidige prosjekter.

Et stort antall utviklingsaktiviteter i bransjen er felles anstrengelser. Dette øker behovet for å utveksle informasjon mellom partnere eller overføre prosessen intellektuell eiendom (IP) fra en leverandør til en kunde. Software systemer kan støtte denne overføringen som samtidig er selektiv for å beskytte immaterielle rettigheter i selskapet ^tre .

Oppsummert kan prosessutvikling programvaresystemer bistå med gjennomføring av utvikling av nye prosess-sekvenser for nye enheten arkitekturer og enheter. Disse infrastruktur verktøyene støtter hele utviklingen rekkefølge - fra den første enheten ideen til overføring av den resulterende oppskriften i produksjon eller til en samarbeidspartner. Derfor nær de utviklingen sløyfen og fôr dagens virkelige verden resultater inn ideer i morgen som avbildet i figur 1. Programvare kan aldri erstatte kreativitet av ingeniører, men det kan hjelpe ingeniører til å fokusere på gode ideer og kvitte seg med dårlige ideer tidlig.

Figur 1. PDEer støttet utvikling syklus

I tillegg kan programmet fjerne dokumentasjon og datainnsamling byrdene ved å tilby automatiserte metoder for disse formålene. Software systemer gir også en lekeplass for ingeniører å teste sine ideer i et virtuelt fabrikasjon miljø, gir måter å utforske flere ideer enn tidligere mulig. Denne måten en utvikling støtte system gir bedriften en konkurransefordel ved å utvikle bedre løsninger og gir kortere tid til markedet.

Som en ny type programvare som gir den funksjonalitet som er beskrevet i dette avsnittet vi introdusere Process Development Execution System (PDE) i denne artikkelen. En PDEer består av et komplett miljø for alle stadier i prosessen utviklingen - fra idé til endelig eksperimentell suksess og overfør til masseproduksjon. Den gir et rammeverk, som kan lett tilpasses kundespesifikke situasjoner og prosedyrer. Formålet med en Process Development Execution System (PDE) er å administrere og støtte gjennomføring av utviklingsaktiviteter for high-tech produksjonsprosesser.

En forenklet relasjonelt perspektiv er at en PDE er til utvikling av høyteknologiske produksjonsprosesser hva en Manufacturing Execution System (MES) er til gjennomføring av volumproduksjon prosesser. Den betydelige forskjellen mellom de to systemene er at vektleggingen av PDE-verktøysettet er å levere enorm fleksibilitet og eksperimentering frihet i et lavt volum miljø, mens verktøy av en MES fokus på mindre avvik, strammere kontroll og logistikk i et høyt volum miljø .

Likheter i hensikten med et PDEer og MES er de tradisjonelle common-bakken målsettinger om å øke sporbarhet, produktivitet og kvalitet. Med en PDE er forventning og målsetting å øke kvaliteten på de utviklede produksjonsprosessen, som er noe i kontrast til målet om å forbedre produksjonen kvalitet med MES.

XperiDesk

Den XperiDesk programvarepakken er en ledende, omfattende program for utvikling av komplekse produksjonsprosesser i halvleder-og tynn-film MEMS enhet markedet. Den støtter prosessen trinn og prosess sekvens utvikling med innovative verktøy. Et eksempel er den tilpasses regler for å validere kompatibilitet og fullstendighet krav prosesstrinn som øker effektiviteten og integritet fra tidlig konseptstadiet til finalen ramp-up.

Men kraften i XperiDesk enda tydeligere i sine verktøy som gir løsninger for ikke-tekniske utfordringer. Et par eksempler er internt og eksternt samarbeid, dokumentasjon ledelse og teknologioverføring, som alle lette time-to-market presset av virkelig påskynde utviklingsprosessen. Som for senere utbygginger, kan hver progressivt raskere fordi XperiDesk gir full gjenbruk av data og dokumentasjon fra tidligere utbygginger.

En av de innovative funksjonene i XperiDesk verifiserer produserbarhet av en oppskrift før en live-test. Dette oppnås ved hjelp av tilpassede regler for å avgjøre om forsøket mislykkes og / eller skade på utstyr. Et åpent grensesnitt for å integrere eksterne simuleringsprogram muliggjør effektiv strukturelle vurderinger av designet enheter. Robust sporingsmekanismer støtte forvaltningen av alle forekomster av eksperimentelle og verifisering av data samt gjennomføring av iterativ forbedring trinn.

XperiDesk ikke bare løser utfordringene i den pågående økningen i distribuerte global utviklingsteam, gjør det graden av distribuert samarbeid gjennomsiktig og sikkert. En bruker / rolle sikkerhet modellen, spesielt utviklet for IPR beskyttelse på ett enkelt element nivå, forvalter distinkte avgrensninger av ulike samarbeid. En annen funksjon gir selektive, mekanisert, datautveksling til samarbeidspartnere og kunder samtidig bevare IP beskyttelse. Hele programvarepakken består av fire forskjellige moduler, hver med fokus på en gruppe av utfordringer:

• XperiDesign
• XperiFication
• XperiLink
• XperiShare

XperiDesign

XperiDesign støtter tidlige konseptet stadier av prosessen flyt design. Det forvalter data, informasjon og kunnskap samlet i design fasen strekker seg fra konvertering av verdier i forskjellige enheter til forvaltning av hele prosessen sekvenser. Kraften av denne modulen øker med bruken på grunn av støtte for gjenbruk av allerede utviklet designelementer. Design enheter kan ordnes i flere hierarkier og kategorier. Sofistikert arv mekanismer tillate spredning av design egenskaper og data for hver enhet i hele hierarki strukturen. Figur 2 presenterer en oversikt til å behandle steg editor.

Figur 2. Prosess steg redaktør

XperiFication

XperiFication gir en to-lags virtuelle vurdering av nylig opprettet eller endret produksjon oppskrifter. Den første tier vurderer produserbarhet av en oppskrift via en konsistens check engine som bruker tilpasses regler for å vurdere kompatibiliteten kravene prosesstrinn. Figur 3 viser et eksempel på en slik sjekk. Den andre tier nivå gir vurderingen via en kombinasjon av et åpent grensesnitt for å utnytte eksisterende TCAD-simuleringsverktøy og et grensesnitt for Java Interpreter beregningsmodeller. XperiFication arkiver resultere filer i det underliggende dokumentet styringssystem, og resultatet filer er tilgjengelige fra enhver klient, siden de blir forvaltet i sammenheng med sekvensen.

Figur 3. Resultatene av en produserbarhet vurdering

XperiLink

XperiLink er støtter sporing av eksperimentelle verifikasjon resultater. Det auto-matisk samler filer, laster data fra filsystemet, og gir navigasjon og gjenfinning av data via flere kriterier søk, filtre og visninger. Et eksempel på en type visning er avbildet i Figur 4. Dataene kan ha flere nivåer av detaljer å administrere parametre, etc., med den ekstra fordelen av å se resultater fra flere per-spectives.

Figur 4. Vise datanettverket bygge opp ved å koble enheter

XperiShare

XperiShare gir selektiv, mekaniserte utveksling av utviklingen data mellom ulike partnere. Selektiv eksport og import funksjonalitet tillater bundling av IP-pakker og overføring av ulike simulering og eksperimentell verifikasjon resultater. XperiShare øker samarbeidet effektivitet for å oppnå en fremskyndet fabrikasjon ramp-up.

Konklusjoner

Denne artikkelen gir en kort oversikt over gjeldende prosessutvikling praksis og utfordringer med fokus på mulige forbedringer med bedre programvare støtter. Den introduserte software kategorien Process Development Execution Systems (PDE) møte den uthevede utfordringer. En PDEer støtter hele utviklingsprosessen flyt - fra den første enheten ideen til overføring av den resulterende oppskriften i produksjon eller til en samarbeidspartner. Derfor lukker den utviklingen sløyfen og feeds dagens virkelige verden resultater inn ideene i morgen. Dette gir bedrifter et konkurransefortrinn ved å utvikle bedre løsninger og gir kortere tid til markedet. Videre er gjennomføringen av PDE konsepter inn i kommersielt tilgjengelig programvare suite XperiDesk beskrevet.

Referanser

1. A. Wagener, J. Popp K. Hahn, R. Brück; Ortloff, D.: Process Design og sporing Støtte for MEMS. I: Proceedings of SPIE: mikromaskinering og microfabrication Process Technology X, San Jose Bd. 6109, 2006. - Photonics West 2006
2. D. Ortloff, F. Cooijmans; B. Veenstra. Systematisk tilnærming Mot Reproduserbarhet og sporing av MEMS Process Development. I: Proceedings av den 10. internasjonale konferansen om kommersialisering av mikro-og nano Systems, Baden-Baden 2005. - COMS 2005
3. B. Veenstra, D. Ortloff, S. Langenhuisen: En tilnærming for å utveksle og generere kunnskap om MEMS Process Development. I: Proceedings of the 11. internasjonale konferanse om kommersialisering av mikro-og nano Systems, St. Petersburg, 2006. - COMS 2006

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org