Rompendo as barreiras Desenvolvimento de Processos

pelo Dr. Dirk Ortloff

Temas Abordados

Abstrato
Introdução
Possibilidades de Suporte de Software
XperiDesk
XperiDesign
XperiFication
XperiLink
XperiShare
Conclusões
Referências

Abstrato

Projetos de desenvolvimento para a fabricação de novas receitas são desafiados por uma variedade de diferentes exigências externas e internas e restrições. Isto é especialmente verdadeiro no desenvolvimento de sistemas microeletromecânicos (MEMS), sistemas de nanoelectromechanical (NEMS) ou escala nano dispositivos de filme fino e seus processos de fabricação especificamente exigido. A diversidade de opções tecnológicas e suas limitações, bem como as geometrias de encolhimento e outras forças externas e internas colocar os engenheiros e tecnologias ao seu limite.

Para romper estas barreiras de complexidade crescente no desenvolvimento de processos de fabricação de uma nova abordagem para a automação adequado processo de projeto é necessário. Esta abordagem tem que abranger a concepção de sequências de novo processo a partir da primeira idéia para a entrega final para produção em massa. Deve também oferecer soluções novo terreno quebrando para a transferência eletrônica de dados do processo e conhecimento para parceiros de tecnologia.

Este trabalho apresenta uma abordagem deste tipo com a introdução do Processo de Desenvolvimento de Sistemas de Execução (PDES). A lida com a complexidade PDES crescente desenvolvimento, oferecendo uma plataforma de colaboração centralizado apoiar o processo de engenheiros em seu caminho através do ciclo de desenvolvimento. Ela dá à empresa uma vantagem competitiva através do desenvolvimento de melhores soluções e fornecendo mais curto time-to-market. Os conceitos para PDES foram pesquisados ​​no projeto de investigação da UE PROMENADE (IST 507.965) e são descritos em detalhes em suas publicações ^1-3 . Os resultados do projeto tornaram-se comercialmente disponível como o pacote de software XperiDesk.

Introdução

Todos ocasionalmente tem um "déjà vu". O termo descreve uma memória de um evento que não pode ser lembrado de forma clara e está associada a uma situação atual. Experimentando um tipo especial de apagões não é geralmente um problema, mas pode ser muito irritante ao tentar resolver um problema dentro de um contexto de engenharia. O "déjà vu problema" podem representar grandes desafios no desenvolvimento de novos processos para a fabricação de sistemas micro-eletromecânicos (MEMS), sistemas nano-eletromecânicos (NEMS), ou outros dispositivos de alta tecnologia.

Cada novo produto ou melhoria do produto começa com uma idéia nova. Experiências adquiridas pelos desenvolvimentos anteriores, artigos científicos, e velhos lab-livros fornecem a maior contribuição para a realização dessas novas idéias. Alguns problemas já são encontrados nestes primeiros estágios do desenvolvimento do produto: Os colegas não estão sempre disponíveis e lab-livros são muitas vezes apenas para aquelas pessoas de valor quem os escreveu. Mesmo se a informação está disponível em arquivos de computador, eles são na maioria dos casos distribuídos em vários servidores de arquivos ou escondidos em lugares que ninguém vai olhar. Trabalhos de pesquisa pode dar ótimas idéias, mas a parte essencial dos dados está em falta na maioria dos casos. Então, já nestas primeiras fases do processo de desenvolvimentos boas idéias são jogadas fora simplesmente porque não há tempo para realizar as pesquisas necessárias, no âmbito das fontes de informação e bases de conhecimento.

No entanto, este é apenas o início do esforço de desenvolvimento. Adicionando os obstáculos externos, como as forças de mercado, a informação interna insuficiente e gestão do conhecimento, a transparência desenvolvimento limitado, restrito possibilidades de prototipagem virtual, e falta de intercâmbio electrónico fazer muitas atividades de desenvolvimento assustador e tarefas caro. Isto leva a uma repetição de experimentos, que é caro em termos de tempo, recursos e dinheiro. Especialistas em semicondutores estimativa desenvolvimento de processos que 10-15% dos experimentos não poderiam ser evitados, se os resultados anteriores seriam acessíveis de forma mais fácil.

Possibilidades de Suporte de Software

Depois de investigar os problemas aparecendo ao desenvolver uma solução viável de fabricação, torna-se claro que a maioria desses problemas são causados ​​pela grande quantidade de dados e os altos graus de espaço de parâmetros. Quando a indústria de semicondutores enfrentam o problema da complexidade cada vez maior de layout, o uso de software de automação de projeto eletrônico (EDA) ajudaram a superar este problema. Da mesma forma, para enfrentar os obstáculos destaque na introdução, um novo software de automação de abordagem apoiado o desenvolvimento é necessário. Esta seção irá apresentar temas, onde o software pode ajudar com esta tarefa.

Novas idéias para seqüências de processo são muitas vezes baseadas em ou podem se beneficiar de desenvolvimentos anteriores. Software de gestão do conhecimento pode fornecer meios para acessar esses resultados do desenvolvimento anterior de uma forma estruturada. Com esse software, a informação pode ser recuperada mais rapidamente, e os resultados anteriores podem ser encontrados e, assim, utilizado de forma mais eficiente. Software especializado oferece maneiras de ver e pesquisar dados do resultado (por exemplo, materiais, etapas de processo, máquinas e experimentos) de diferentes pontos de vista, para categorizar os dados sob diferentes aspectos, e para obter maneiras de vincular itens de dados em conjunto. Resultados e dados que pertencem ao mesmo contexto pode ser explorado na rede resultante e informação valiosa pode ser adquirida.

Na fase de montagem etapas do processo de seqüências processo, o software pode facilitar a montagem, armazenamento e impressão de novas seqüências. Fornecendo acesso às seqüências de processos previamente montado, um designer pode usá-los como blocos de construção ou módulos na seqüência recém-desenvolvido. O uso de blocos de construção padrão pode reduzir drasticamente o tempo de projeto e erros na fase de projeto.

Na fase de verificação, um sistema de software mostra as suas vantagens reais. A maioria das regras utilizadas têm uma forma que pode ser expressa de uma forma legível por computador (por exemplo, limpo antes de deposição e não superior a 150 ° C, enquanto um polímero para a litografia é depositado no wafer). Um especialista de domínio pode entrar as regras para sua / seu processo de passos e fornece, assim, as regras para todos os engenheiros para verificar as seqüências de processo recém-desenvolvido. Isso significa que um sistema de software de suporte permite gerenciar regras, para se conectar com as regras termos booleanos (ie, e, ou e não) e para verificar seqüências processo usando essas regras.

No entanto, essa verificação não dá nenhuma indicação da funcionalidade ou até mesmo a estrutura do dispositivo produzido. Tecnologia de projeto auxiliado por computador (TCAD) pode fornecer pelo menos uma idéia sobre a estrutura produzida. A maioria dessas ferramentas ainda precisam de especialistas para escrever os arquivos de descrição de simulação, para que eles não estão sempre utilizado para o seu pleno potencial. Para apoiar estes "virtual fabricação" habilidades para o seu pleno potencial, um sistema de software pode gerenciar modelos de simulação de diferentes níveis de abstração para as etapas do processo. Ele pode fornecer suporte para múltiplos modelos de simuladores de múltiplas por etapa do processo. Se um modelo simples está disponível para todas as categorias processo básico (por exemplo, a deposição de gravura, litografia e), o sistema é capaz de usar os modelos para todas as etapas do processo na seqüência do processo e gerar um arquivo de entrada para o simulador desejado.

Atualmente os resultados da simulação são vistos como dados independentes. Para corrigir esta situação, uma infra-estrutura de desenvolvimento é capaz de gerenciar os arquivos resultar em combinação com a seqüência do processo. Isso permite que o engenheiro de comparar os resultados esperados com os resultados da simulação e com o resultado real. O conhecimento obtido com a comparação pode então ser usada para melhorar o modelo de simulação.

Após a verificação, o dispositivo é produzido em um ambiente de fabricação experimental. Na primeira parte desta fase, a infra-estrutura transfere a seqüência do processo para o meio ambiente fab. Isto é feito simplesmente imprimir uma runcard para os operadores ou por interface com o sistema de execução de manufatura (MES) da fab. Por outro lado, o sistema gerencia documentos e alterações de última hora para a seqüência como ajustes de parâmetro na fab. Além disso muitas divisões e fusões podem ser gerenciados.

Durante e após o processamento, muitas medições são feitas. Estas medidas, muitas vezes produzir arquivos como fotos ou textos simples que contém linhas e colunas de dados. Um sistema de software pode gerenciar esses arquivos, link Resultados relacionados juntos e gerenciar diferentes versões de certos arquivos (por exemplo, relatórios). Emparelhado com o texto flexível e métodos gráficos de recuperação e pesquisa, um sistema de apoio ao desenvolvimento fornece mecanismos para visualizar e avaliar os dados acumulados, informação e conhecimento de diferentes perspectivas. Ele fornece insights sobre desenvolvimentos anteriores relativos a aspectos de informação e tempo.

Outra parte importante dos dados recolhidos durante um projeto de desenvolvimento é o conhecimento informal. Ela consiste principalmente de discussões entre engenheiros sobre os resultados experimentais. O desenvolvimento de infra-estrutura e canais de arquivos este conhecimento, porque é de valor inestimável para projetos futuros.

Um grande número de atividades de desenvolvimento na indústria são os esforços de colaboração. Isso aumenta a necessidade de troca de informações entre parceiros ou de transferência da propriedade processo intelectual (IP) de um vendedor a um cliente. Sistemas de software pode suportar esta transferência ao ser seletiva para proteger os direitos de propriedade intelectual da empresa ³ .

Em resumo, sistemas de processo de desenvolvimento de software pode ajudar com a execução do desenvolvimento de seqüências novo processo para arquiteturas novo dispositivo e dispositivos. Estas ferramentas de infra-estrutura de apoio a seqüência de desenvolvimento inteiro - a partir da idéia primeiro dispositivo para a transferência da receita resultante em produção ou para um parceiro de colaboração. Portanto, fechar o ciclo de desenvolvimento e utilizar os resultados de hoje no mundo real as idéias de amanhã, conforme ilustrado na Figura 1. Software nunca pode substituir a criatividade dos engenheiros, mas pode ajudar os engenheiros a se concentrar em boas idéias e se livrar de idéias ruins no início.

Figura 1. PDES apoiado ciclo de desenvolvimento

Além disso, o software pode remover documentação e encargos de coleta de dados, fornecendo meios automatizados para esses fins. Sistemas de software também fornecem um playground para os engenheiros para testar suas idéias em um ambiente de fabricação virtual, fornecendo maneiras de explorar mais idéias do que era possível anteriormente. Desta forma, um sistema de apoio ao desenvolvimento dá à empresa uma vantagem competitiva através do desenvolvimento de melhores soluções e proporcionando menor tempo de colocação no mercado.

Como um novo tipo de software que fornece a funcionalidade descrita nesta seção, introduzimos o Processo de Desenvolvimento de Sistema de Execução (PDES) neste papel. A PDES compreende um ambiente completo para todas as fases do desenvolvimento do processo - desde o conceito inicial para o sucesso experimental final e transferência para produção em massa. Ele fornece um quadro, que pode ser facilmente adaptado a situações específicas do cliente e procedimentos. A finalidade de um Sistema de Execução de Processo de Desenvolvimento (PDES) é gerenciar e apoiar a execução de atividades de desenvolvimento de processos de alta tecnologia de fabricação.

Uma perspectiva simplista relacional é que um PDES é o desenvolvimento de processos de alta tecnologia de fabricação o que é um Manufacturing Execution System (MES) é a execução dos processos de produção de volume. A diferença significativa entre os dois sistemas é que a ênfase do conjunto de ferramentas PDES é oferecer uma enorme flexibilidade e liberdade de experimentação em um ambiente de baixo volume, enquanto as ferramentas de um foco MES com menos de variância, controles mais rígidos, e logística em um ambiente de alto volume .

As semelhanças na finalidade de um MES e PDES são as tradicionais common-chão objectivos da rastreabilidade crescente, a produtividade ea qualidade. Com um PDES, a expectativa e objetivo é aumentar a qualidade do processo de fabricação desenvolvido, que é um pouco em contraste com o objetivo de melhorar a qualidade de produção com um MES.

XperiDesk

A suíte de software XperiDesk é um aplicativo de ponta, abrangente para o desenvolvimento de processos de fabricação complexos no mercado de dispositivos semicondutores e filmes finos MEMS. Ele suporta etapa do processo de desenvolvimento e seqüência do processo com ferramentas inovadoras. Um exemplo é as regras personalizáveis ​​para validar os requisitos de compatibilidade e integridade das etapas do processo que aumentam a eficiência e integridade do estágio de conceito inicial até a final ramp-up.

No entanto, o poder de XperiDesk é ainda mais aparente em suas ferramentas que fornecem soluções para não-técnicos desafios. Alguns exemplos são a colaboração interna e externa, a gestão de documentação e transferências de tecnologia, todos os quais facilidade time-to-market por pressões realmente acelerar o processo de desenvolvimento. Quanto a desenvolvimentos posteriores, cada um pode ser progressivamente mais rápido porque XperiDesk fornece reutilização completa de dados e documentação dos desenvolvimentos anteriores.

Uma das características inovadoras do XperiDesk verifica a fabricação de uma receita antes de um teste ao vivo. Isto é conseguido através de regras customizáveis ​​para determinar se a experiência poderia falhar e / ou danificar o equipamento. Uma interface aberta para integrar o software de simulação externa permite eficiente avaliações estruturais de dispositivos concebidos. Mecanismos de monitoramento robusto suporte a gestão de todas as instâncias de dados experimentais e verificação, bem como a execução de passos iterativos melhoria.

XperiDesk não só resolve os desafios do aumento em curso em equipes distribuídas de desenvolvimento global, faz com que o grau de colaboração distribuída transparente e seguro. Um modelo de segurança do usuário / papel, projetado especificamente para a protecção dos DPI em um nível único item, gerencia as demarcações distintas de várias colaborações. Outra característica fornece seletiva, troca, mecanizada dados para parceiros colaboradores e clientes, preservando a proteção da PI. O conjunto de software completo consiste de quatro módulos diferentes, cada um focando um grupo de desafios:

• XperiDesign
• XperiFication
• XperiLink
• XperiShare

XperiDesign

XperiDesign suporta o conceito de estágios iniciais da concepção de fluxo de processo. Ele gerencia os dados, informações e conhecimento coletados na fase de projeto que vão desde a conversão de valores em diferentes unidades para a gestão de seqüências de processo. O poder deste módulo aumenta com o seu uso devido ao apoio à reutilização de elementos de design já desenvolvido. Entidades de projeto podem ser organizados em múltiplas hierarquias e categorias. Sofisticados mecanismos de herança permitem a propagação de propriedades de design e dados para cada entidade em toda a estrutura hierarquia inteira. A Figura 2 apresenta uma visão para processar editor passo.

Figura 2. Editor etapa do processo

XperiFication

XperiFication fornece uma avaliação de duas camadas virtual de receitas de produção recém-criados ou modificados. O primeiro nível avalia a fabricação de uma receita por meio de um mecanismo de verificação de consistência que usa regras customizáveis ​​para avaliar os requisitos de compatibilidade das etapas do processo. A Figura 3 apresenta um exemplo de tal verificação. O nível de segundo nível fornece avaliação através de uma combinação de uma interface aberta para alavancar existentes TCAD simulação de ferramentas e uma interface para modelos de cálculo Java Intérprete. Arquivos XperiFication arquivos resultar no sistema subjacente de gerenciamento de documentos e os arquivos resultantes são acessíveis a partir de qualquer cliente, uma vez que são geridos no contexto da seqüência.

Figura 3. Resultados de uma avaliação de fabricação

XperiLink

XperiLink apóia o acompanhamento dos resultados de verificação experimental. Ele recolhe-se automaticamente arquivos, carrega os dados do sistema de arquivos, e fornece navegação e recuperação de dados através de várias pesquisas critérios, filtros e pontos de vista. Um exemplo para um tipo de visão é representado na Figura 4. Os dados podem ter vários níveis de detalhe para gerenciar parâmetros, etc, com o benefício adicional de visualização dos resultados de vários per-spectives.

Figura 4. Visualização da rede de dados por entidades construir ligando

XperiShare

XperiShare proporciona o intercâmbio, a seletiva mecanizada de dados de desenvolvimento entre os diferentes parceiros. Exportação seletiva e funcionalidade de importação permite a agregação de pacotes IP ea transferência de simulação e vários resultados de verificação experimental. XperiShare aumenta a eficiência colaboração para alcançar uma fabricação acelerada ramp-up.

Conclusões

Este artigo apresenta uma visão geral das práticas do processo atual de desenvolvimento e os desafios com foco em possíveis melhorias utilizando melhor suporte a software. Introduziu o software categoria Processo Desenvolvimento de Sistemas de Execução (PDES) enfrentar os desafios em destaque. A PDES suporta o fluxo de desenvolvimento integral - desde a idéia primeiro dispositivo para a transferência da receita resultante em produção ou para um parceiro de colaboração. Por isso, fecha o ciclo de desenvolvimento e alimenta os resultados de hoje no mundo real as idéias de amanhã. Isso dá às empresas uma vantagem competitiva através do desenvolvimento de melhores soluções e fornecendo mais curto time-to-market. Além disso, a implementação dos conceitos no PDES disponíveis comercialmente software suite XperiDesk é descrito.

Referências

1. A. Wagener, J. Popp K. Hahn, R. Brück; Ortloff, D.: Design de Processos e Suporte de rastreamento para MEMS. In: Proceedings of SPIE: Micromachining e Microfabricação Processo Tecnologia X, San Jose Bd. 6.109, de 2006. - Photonics West 2006
2. D. Ortloff, F. Cooijmans; B. Veenstra:. Uma abordagem sistemática para Reprodutibilidade e Acompanhamento de Processo de Desenvolvimento de MEMS. In: Proceedings da 10 ª Conferência Internacional sobre a Comercialização de Micro e Sistemas Nano, Baden-Baden, 2005. - COMS 2005
3. B. Veenstra, D. Ortloff, S. Langenhuisen: Uma abordagem para trocar e gerar conhecimentos de Processo de Desenvolvimento de MEMS. In: Proceedings of the 11 ª Conferência Internacional sobre a Comercialização de Micro e Sistemas Nano, St. Petersburg, 2006. - COMS 2006

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