プロセス開発の支援での定期的な欠陥

博士はダークOrtloffで

トピックがカバー

抽象的な
はじめ
欠陥
市場圧力
仮想プレアセスメントの用法
不十分な内部情報管理
ドキュメンテーションおよびコンプライアンスのサポート
要件
ソリューション
結論
参考文献

抽象的な

今日不確実性とハードルの様々な新製品開発や製品の機能強化に挑戦。微小電気機械システム（MEMS）、ナノエレクトロメカニカルシステム（NEMS）やナノスケールの薄膜デバイスとそれらの特に必要な製造プロセスを開発する際に特に当てはまります。技術オプションとそれらの制約だけでなく、縮小ジオメトリや他の外部と内部の力の多様性は、技術者を圧倒し、その限界に技術を置く。本論文では、体系的にMEMSとNEMSプロセスの開発に関する外部と内部要因とその影響のさまざまな領域を調査する。

MEMS / NEMS製造プロセスの開発において増大する複雑さの課題に適切なプロセス設計の自動化のための新しいアプローチに対処するために必要です。アプローチは非常に最初のアイデアから量産へのハンドオーバ最終的に新たなプロセスシーケンスの設計をカバーする必要があります。また、技術パートナーにプロセスデータと知識の電子的な転送のための手段を提供する必要があります。

このホワイトペーパーダウンさらに、このアプローチをサポートするソフトウェアのスーツのために機能の要件を収集します。それは成長している将来の市場の要求にのみ、製品のエンジニアリングの方法論と手をつないで働くようなソフトウェアツールの集中的な使用方法によって満たすことができることが、強調しています。合理化とタスクの多くを自動化するプロセス開発の実行システム（偏微分方程式）のカテゴリにこの種の秋のツールは、今日、手動で実行。これらの被験者は、EUの研究プロジェクトPROMENADE（IST 507965）とその出版物で対処された^2月4日 。これらのニーズの多くを満たすと、そのカテゴリの一つのツールには、プロムナード結果の商業化XperiDesk ®です。

はじめ

MEMSおよびNEMSデバイスの新たな製造レシピの開発プロジェクトは、さまざまな外部および内部のさまざまな要求が求められています。次のセクションでは一般的な開発手法に起因する欠陥が強調表示されます。それらをやる気にさせる、私たちは現在の開発プラクティスを見てみましょう。プロセスの開発プロジェクトのこの概要は、以前に公開されている¹と同様の方法で。

すべての新製品や製品の機能強化は、新しいアイデアから始まります。 MEMSおよびNEMSのためのプロセスとデバイス設計の分野では、以前の開発を通じて得た個人的な経験は、新たな発展に大きく貢献しています。

情報とインスピレーションのための他の情報源は、同僚、科学論文や古い研究室の図書が含まれています。問題がどこで起きるのかしかし、これはです。同僚は、常に利用できるとは限りませんし、特定の実験がすでに実施されている場合、それは必ずしも明確ではない。ラボの本は過去のデータのための優れたリソースですが、彼らはどこにそれらを読み込む方法を見て、ために知っているように、ほとんどの場合、彼らは、唯一それを書いた人にとっても有用である。コンピュータのファイルが利用可能な場合でも、彼らはしばしば、複数のファイルサーバーに分散されているか、いくつかの場所に隠されており、それらが1つの次元の基準でソートされます。別の観点から検索するのはほぼ不可能である。

さらに、すべてのエンジニアは、様々なオフィスやフリーウェアのソフトウェアがドキュメントを作成するために使用されることを意味する情報を格納するの彼/彼女の自身の方法があります。必要な調査を行い、十分に解空間を探索するのに十分な時間がないので、すでにデバイスとプロセス開発のこの最初の段階で多くの良いアイデアは単純に廃棄されています。

これらの初期のハードルが克服されれば、エンジニアは、念頭に置いて装置の製造を目的とした新たなプロセスフローを設計するために開始されます。これは、どちらの紙や、ワープロソフトや表計算プログラムなどのオフィスツールを使用して行われます。ファイルとデータ形式は、通常、エンジニアから技術者ごとに異なります。このアプローチの重要な問題はほとんどの場合にのみ"良い"レシピと結果が保存されているということです。失敗した実験とその結果のデータは、しばしば適切にアーカイブされたとしばしば時間が忘れられない、破棄されます。

たとえば、同僚が（それを文書化せずに）マシンの設定を変更される可能性があります、または以前の実験で使用したマシンは、それが困難なまでの実験の結果を使用して再現すること、もう使用できない場合があります。失敗した実験からこの練習の結果として、唯一のエンジニアや技術者の利益の知識の小グループ。これは、時間、リソースとコストの面でコストがかかる故障の繰り返し、につながる。ので、実験の完全なコンテキストをアーカイブしていないと再現性を制限し、貴重なリソースを浪費します。

新しい製造プロセスの設計における次のステップは、組み立てプロセスフローを確認することです。すべての必要な清掃の手順はありますか？温度の予算が満たされる？この一連のステップは、マシンを汚染か？しかし、これらの質問は、プロセスフローの製造の面ではなく、機能的な側面にのみ適用されます。それは多くの制約が満たされている必要がありますし、多くの制約が"良い"プロセスフローを設計するために克服しなければならないことが明らかになる。

短い開発サイクルで与えた時間の制約により、これらの評価は時々十分に徹底したものではありません。ほとんどで、他の経験豊富なエンジニアは、プロセスフローを評価し、自分の経験を使って彼らの視点からそれを評価する。このアプローチの問題点は、経験豊富なエンジニアが社内で常に容易に入手できないということです。見直しのプロセスがある場合でも、誰もが完璧ではない、と加工技術は日々​​、ますます複雑になります。

このような間違ったマシンで間違った材料を有するような単純なミスは、、プロジェクト上で、使用する機器上で、会社に大きな影響を持つことができます。遅延の結果、損傷を受けたマシンは、割り込みが生産ラインでこれらのミスの結果。最後に、プロセスフローの最初の実行は、実行され、結果が評価されます。

ほとんどの場合、最初に実行すると、部分的な成功またはまったく成功です。それにもかかわらず、貴重な経験が得ている。しかし、様々なデータや画像は、（走査型電子顕微鏡（SEM）、原子間力顕微鏡（AFMs）、などを使用して）評価中に生成されます。これらのファイルは、ファイルサーバー上に格納されており、彼らが場所とどのような実験は、属しているを知っているので、多くの場合のみ直接関与した個人によってで検索されます。さらに悪いことに、このデータに関するディスカッションは、電子メールで行われます。この練習の結果として、プロセスについての非公式の知識は、メールサーバ上に保存され、時間が経過した後に再びこの知識にアクセスすることは困難です。

実験が完了すると、描画結果と結論は、プロセスフローやデバイスのデザインを調整するために使用され、レシピとデザインの新しい反復が開始されています。しかし、パラメータ空間は、人間には大きすぎるとなっています。いくつかの不必要な実験は、最終工程のリリースにやアイデアの解雇に"ジグザグ"のパスで行われます。

上記の練習を調査するプロセスを開発する際の問題についての洞察を提供し、必要な改善の可能性を強調。紙の残りの部分は、上記のほか、追加のハードルや課題に、より詳細に見えます。

欠陥

として現在のプロセスの開発ツールと実践が適切なサポートに関するいくつかの課題に苦しむ導入に意欲。これらの欠陥は、4つの主要な領域に分類することができます。

1。市場の圧力と実験、コラボレーションと標準化のための不十分なツールを持つ企業が取り組まなければならないの傾向。
2。仮想事前評価の可能性（製造性の評価など）といくつかの異なる理由のためにシミュレーションの限られた用法。
3。不十分な内部情報と知識管理。
4。不十分なドキュメンテーションとコンプライアンスサポート。

市場圧力

世界的な競争と市場が速くTime - to - Marketの要件に結果を求められています。これにより、より効率的な開発アプローチを求めている。いくつかの異なる経路は、この目標を達成するために撮影することができます。

市場投入までの時間の問題にアプローチするひとつの方法は、バーチャルプロトタイピングとバーチャル事前評価を使用することです。バーチャルプロトタイピングが非常に高速に最初の結果を提供することで、開発をスピードアップすることができます。また、同じ時間でより多くの潜在的に有用な変種の検証が可能になります。以前の開発プロセスで開発したレシピと可能な代替案の欠陥を見つけることはかなりの時間と経費を削減することができます。残念ながらこれらの作業のための適切なソフトウェアは、しばしば最高の状態では不十分です。

開発をスピードアップするために別のアプローチは、以前の開発から可能な限り再利用される。そのため、集中管理し、再現可能なレシピと開発の結果が前提条件です。不均一なドキュメントフォーマット、散乱結果のデータや不十分な取得のため、この前提条件が頻繁に満たされていないことを意味します。

会社内部の異なる人やグループ間のコラボレーションは、ハイテクの発展にとって不可欠です。これは、世界中の異なるグループ間のコラボレーションを含めることができます。市場動向と開発コストも異なる法人間での共同開発活動の必要性を駆動する。コラボレーションは、市場投入までの時間を向上させることができます。

通信と電子の知識の伝達機能を含む、しかし適切な中央の開発プラットフォームは、効率的にそうするために必要です。プロセスの知識が新しいサイトに転送する必要がある場合、これは、特にそうです。受信サイトでのプロセスを設定するには、多くの場合、計画基準の結果からの逸脱を引き起こします。多くの場合、これらの偏差は、適切な基準のベースが存在しないため、再度調査する必要があります。これは長いプロセス青い本とエンジニアの転送を介して技術移転の今日の一般的な方法は、将来の開発の時間とリソースの要件を満たしていないことを洞察力につながる。

仮想プレアセスメントの用法

動機上の、仮想プロトタイピングと事前評価としての開発とコスト削減をスピードアップすることができます。時々、構造シミュレーションのような仮想プレアセスメント機能の使用は、シミュレーションの専門家の帯域幅や、必要なシミュレーションとメンテナンスのリソースの可用性によって制限されます。これは多くの場合、例えば、シミュレーションの構成を開発するために特別な訓練を受けた個人の必要性に起因するだけでなく、地元のソフトウェアのインストールと保守要件によるものです。これらの熟練した人々は、効果的にシミュレーションツールや他の仮想評価の手段を使用するためのボトルネックになる。したがって、"アイデアのチェックは"だけでなく、探索解空間の縮小を費やされる時間とリソースの増加を引き起こす本当のライブ実験を介して実行されます。これにより、必要な研究と探査を実行するための十分な時間がないため、エンジニアは単に良いアイデアを放棄することになります。

それは、プロセスフロー内のすべての潜在的な収縮を検出するためにも、経験豊富なプロセスエンジニアのためにハードになるように、また、昨今のレシピは、途方もなく複雑になっています。したがって、マニュアルruncardsの見直しと計画は退屈な、時間がかかり、時にはエラーが発生しやすい作業となっているか。誤って手動で生成されたruncards、フロー内のサブモジュールの一貫性のない更新に小数点を置く、材料の不整合や非互換性は発見することがますます困難であり、全体のバッチが、極端な場合には、さらに損傷したり、製造装置を汚染可能性が有用でないことが原因となります。

不十分な内部情報管理

問題のもう一つのグループは、定期的なエンジニアリング"既視感の"結果として不十分な内部情報と知識管理です。経験は前の発展、学術論文、および古いラボ-ブックで得られる新製品のアイデアの実現に大きく貢献しています。これらのデータにはやだけ不十分な構造を有していないとのトラブルと二重作業の多くを引き起こす。以前の結果が簡単な方法でアクセス可能かどう失敗と二重の実験の10〜15％が、回避できることが、半導体プロセス開発の見積りの専門家。異なるプロジェクト間でエンジニアの変動から生じる問題とのこの関係。実行中のプロジェクトに移動するエンジニアは、構造化されていない多くの情報が氾濫している間に別のプロジェクトにプロジェクトの専門家を移動すると、以前のプロジェクトを危険にさらすかもしれない。

さらに、データストレージの伝統的な手段は、唯一の一次元探索の基準を提供しています。ローカルディスクドライブ上に散らかった結果データのストレージと、重要なデータは、退屈でエラーが発生しやすい手動のデータの収集、時にはデータの損失を引き起こす。さらに、多くの場合、唯一の純粋なデータポイントや結果のデータセットは限られていたりしないコンテキスト情報と共に格納されます。以前に見たことの効果や結果の因果分析から誤った結論を引き出すのを再現しようとしたときにのみ限定されたコンテキストを持つことは問題をもたらす。このような状況では、"既視感の"の形で、"かつて我々は結果を持っていた..."を生成それは非常に迷惑になると集中的なコストがかかります。

ドキュメンテーションおよびコンプライアンスのサポート

文書化と開発の進捗状況を報告する最高の状態で退屈することができます。雑然とした結果のストレージは、それらを手動で多様な機械からデータを収集するために必要とする開発エンジニアに主要な手動の作業を置きます。さらに、レポートや評価に収集された結果データのアセンブリは、エンジニアリング時間の大部分を取ることができます。開発状況の報告は、多くの場合、複数回自動化されたプロセスよりもレポートの手動アセンブリです。入力データは、進行中の作業（WIP）の状態は必ずしも正確ではないように、日付に頻繁にではない。これらは、開発だけでなく生産にますます適用されるため、これらの影響の影響はさらに品質保証やISO 900X、CMMI、SOX等のコンプライアンスの要求によって悪化している、課されたドキュメンテーションの要件を満たすために強く求められています。

要件

上記の課題のソフトウェアツールの影響を回避または制限するために必要とされる。実験計画、検証と結果のデータ収集をサポートするためにできること、中央のプラットフォームを持つことは、これらの努力のすべてを合理化することができます。さらに、そのようなプラットフォームは、進行のタイムラインを保つことによって、将来のプロジェクト計画のための参照データを収集することができます。そのようなソフトウェアツールは、次の上位レベルの要件を満たす必要があります：

• 図1に示したように、完全な開発サイクルをサポートしています。
• 内部および外部コラボレーションを許可するが、細粒度保護と著作権管理を提供する
• 技術移転のための包括的かつ選択的なインポートとエクスポートのメカニズムを許可する
• 可能な限り失敗の実験を防ぐために、仮想事前評価の可能性を提供する
• 新たにデザインのレシピの製造性を事前に評価するメカニズムを提供
• すべてのエンジニアが専門家を経由して/に使用を限定するのではなく、仮想評価を実施することができます
• 歴史的な情報への完全なキャプチャとアクセスを提供する（構造化だけでなく、非公式）
• 多様な視点から歴史的な情報の強力かつ詳細な検索を提供
• 自動的に結果情報を収集、分類および管理するメカニズムが含まれています
• 品質保証およびコンプライアンスのニーズを満たすために文書化要件をカバー
• 豊富なレポート作成、プランニング機能を提供
• いくつかの異なるプラットフォーム上で集中管理と配布および実行を許可する

図1。偏微分方程式によってサポートされる開発サイクル

ソリューション

上記の要件は、プロセス開発の実行システム（PDEの）によって満たすことができます。 PDEは、いくつかの側面での製造実行システム（MES）と似ています。中央の特徴的な要因は、MESの開発プロセスを使用して大量生産を実行するために調整されている間、製造プロセスの開発を操縦するために調整されていることPDESsです。したがって、焦点と偏微分方程式のツールセットは、下のボリュームの詳細が、より高い柔軟性と実験の自由です。 MESのツールは、より少ない分散、高の増加、より厳密な制御、そして物流に焦点を当てている。アプリケーションソフトウェアのどちらのタイプは、（偏微分方程式のMESのために製造さ良いの質とは対照的に開発された製造工程の品質）トレーサビリティ、生産性、および品質を向上させることが共通している。

PDEは、構造化された方法でこれらの以前の進展にアクセスする簡単な方法を提供しています。情報をより速く検索することができますし、以前の結果をより効率的に考慮することができます。 PDEは、一般的に表示し、検索結果のデータを異なる視点から、さまざまな側面をしたがってデータを分類するための手段を提供しています。これらの機能は、材料、プロセス工程、機械、実験、ドキュメントなど、すべての結果のデータに適用され、写真などの偏微分方程式は、同じまたは類似のコンテキストに属するエンティティに関連付けるために、結果の情報を探索する方法を提供しています。

微分方程式のカテゴリに属する​​1つのソフトウェアスイートはXperiDesk、2008年4月以降の市販のソフトウェア製品です。それは、半導体デバイス製造用などのハイテク製造レシピを維持、発展させ、そのタスクのプロセス開発のエンジニアをサポートしています。プロセスエンジニアの大幅な生産性の向上だけでなく、改良されたプロセスの質の使用の結果。

XperiDeskは、プロセスエンジニアが連携し、世界的にその結果を共有するためのプラットフォームを提供し、次の3つのステップの検証アプローチが可能になります。

• ルール内でキャプチャされた抽象的なプロセスの知識を使用して製造のフォーマル検証
• シミュレーションと可視化による検証、および
• 詳細かつ包括的な知識の取得と検索のために実験的検証の追跡。

XperiDeskスイートは、上記の要件のほとんどに対処し、図2に示されているハイテク製造プロセスの完全な開発サイクルをカバーしています。

図2。 XperiDeskスク ​​リーンショットと開発サイクル

結論

一般的なプロセス開発の慣行の見直しが与えられていると、それらの慣行に起因する欠陥がハイライトされています。問題は、異なるカテゴリにグループ化され、潜在的なソリューションのアプローチを概説した。そこからソフトウェアのサポートツールの要件が導き出されました。これらの要件は、プロセス開発の実行システム（PDEの）と呼ばれる新しいソフトウェアのカテゴリで満たすことができます。

PDEは、全体の開発フローをサポートしています - 最初のデバイスの発想から製造への結果のレシピの転送や、コラボレーションパートナーへ。したがって、それは開発のループを閉じて、明日のアイデアに、今日の現実世界の結果をフィードバックする。それは、エンジニアの創造性を置き換えることはできないが、それは良いアイデアに集中すると早い段階で悪いアイディアを取り除くためにエンジニアを助けることができる。さらに、PDEは、これらの目的のために自動化された手段を提供することにより、ドキュメントとデータ収集の負担を削除することができます。

また、従来よりも多くのアイデアを探求する手段を提供し、仮想製造環境で自分のアイデアをテストするエンジニアのための遊び場を提供します。 PDEは、より良いソリューションを開発し、短い市場投入までの時間を提供することによって、企業に競争力をもたらします。偏微分方程式の概念は、EUの研究プロジェクトPROMENADE（IST 507965）で研究されているとXperiDeskソフトウェアスイートとして商業的に利用できるようになりました。

参考文献

1。 J.ポップ、D. Ortloff、A.ワグナー。製造プロセス設計のための開発サポート。 GSAフォーラム、15巻、いいえ1、2008年3月。
2。 A.ワグナー、J.ポップK.ハーン、R.ブルック、Ortloff、D.：プロセス設計とMEMSのためのトラッキングをサポート。で：SPIEの論文：マイクロマシニングと微細加工プロセス技術のX、サンノゼBdに。 6109、2006。 - フォトニクスウェスト2006
3。 D. Ortloff、F. Cooijmans、B.フェーンストラ：。MEMSのプロセス開発の再現性と追跡に向けて体系的なアプローチ。で：マイクロおよびナノシステム、バーデンバーデン、2005年の実用化第10回国際会議論文集。 - COMS 2005
4。 B.フェーンストラ、D. Ortloff、S. Langenhuisen：MEMSのプロセス開発の知識を交換して生成するアプローチ。で：マイクロおよびナノシステム、サンクトペテルブルク、2006年の実用化第11回国際会議論文集。 - COMS 2006

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