Terugkerende Tekorten in Process Development Support

door dr. Dirk Ortloff

Besproken onderwerpen

Abstract
Introductie
Tekortkomingen
De markt drukken
Het gebruik van Virtual Pre-Assessments
Onvoldoende Internal Information Management
Documentatie en compliance ondersteuning
Eisen
Oplossingen
Conclusies
Referenties

Abstract

Vandaag de dag een groot aantal onzekerheden en hindernissen uitdaging ontwikkeling van nieuwe producten of productverbeteringen. Dit geldt vooral bij de ontwikkeling van micro-elektromechanische systemen (MEMS), nanoelectromechanical systemen (NEMS) of nano-schaal thin film-apparaten en hun specifiek vereiste productieprocessen. De diversiteit van de technologische opties en hun beperkingen, alsmede de krimpende geometrieën en andere externe en interne krachten overweldigen de ingenieurs en zet technologieën om hun te beperken. Deze paper onderzoekt systematisch de verschillende gebieden van externe en interne factoren en hun invloed op MEMS en NEMS proces ontwikkelingen.

Om te gaan met de uitdagingen van de toenemende complexiteit in MEMS / NEMS fabricageproces de ontwikkeling van een nieuwe aanpak voor een adequate proces ontwerp automatisering zijn noodzakelijk. De aanpak moet het ontwerp van de nieuwe proces-sequenties uit het allereerste idee tot de uiteindelijke overdracht aan massaproductie. Het moet ook voorzien in middelen voor de elektronische overdracht van gegevens verwerken en kennis naar technologie partners.

Verder naar beneden dit artikel verzamelt de vereisten voor functionaliteiten voor software past bij deze benadering ondersteunen. Het benadrukt, dat de eisen van de groeiende markten van de toekomst alleen kan worden voldaan door intensief gebruik van dergelijke software tools werken hand in hand met de product engineering methodieken. Van deze hulpmiddelen vallen in de categorie Process Development Execution Systems (PDES) stroomlijnen en automatiseren van veel van de taken handmatig vandaag. Deze onderwerpen zijn behandeld in de EU-onderzoeksproject WANDELING (IST 507.965) en haar publicaties ^2-4 . Een tool van deze categorie vervullen van veel van deze behoeften is XperiDesk ® de commercialisering van de Promenade resultaten.

Introductie

Ontwikkelingsprojecten voor nieuwe productie-recepten van MEMS en NEMS apparaten worden uitgedaagd door een verscheidenheid van verschillende externe en interne eisen. In de volgende paragraaf tekortkomingen als gevolg van gemeenschappelijke ontwikkeling praktijken zijn gemarkeerd. Te motiveren die, laten we eens een kijkje op de huidige ontwikkeling praktijken. Deze schets van een proces ontwikkeling project reeds eerder is gepubliceerd ^een op een vergelijkbare manier.

Elk nieuw product of product verbetering begint met een nieuw idee. Op het gebied van werkwijze en het apparaat ontwerp voor MEMS en NEMS, persoonlijke ervaringen opgedaan met eerdere ontwikkelingen vormen een belangrijke bijdrage aan nieuwe ontwikkelingen.

Andere bronnen voor informatie en inspiratie zijn collega's, wetenschappelijke artikelen en oude lab boeken. Echter, dit is waar problemen ontstaan. Collega's zijn niet altijd beschikbaar en het is niet altijd duidelijk of een bepaald experiment al uitgevoerd. Lab boeken zijn een geweldige bron voor historische gegevens, maar in de meeste gevallen, ze zijn alleen nuttig voor de mensen die ze schreef, omdat ze weten waar je moet zoeken en hoe ze te lezen. Zelfs als de computer bestanden beschikbaar zijn, worden ze vaak verdeeld over meerdere file servers of zijn verborgen in een plaats en ze zijn alleen gesorteerd op een eendimensionale criterium. Zoeken vanuit een ander perspectief is bijna onmogelijk.

Bovendien, iedere ingenieur zijn / haar eigen manier van opslaan van informatie heeft, wat betekent dat verschillende kantoor-en freeware software wordt gebruikt om de documentatie te creëren. Reeds in deze eerste fase van het apparaat en procesontwikkeling veel goede ideeën zijn gewoon gesloopt omdat er niet genoeg tijd om het nodige onderzoek te doen en voldoende verken de oplossing ruimte.

Zodra deze eerste hindernissen worden overwonnen, de ingenieur start dan het ontwerpen van een nieuw proces flow gericht op de productie van het apparaat in het achterhoofd. Dit gebeurt ofwel op papier of het gebruik van Office tools zoals een tekstverwerker of spreadsheet programma's. Bestands-en data-formaten meestal variëren van ingenieur tot ingenieur. Een kritische probleem met deze benadering is dat in de meeste gevallen alleen de "goede" recepten en de resultaten worden bewaard. Mislukte experimenten en de daaruit voortvloeiende gegevens zijn vaak weggegooid, niet goed gearchiveerd en vaak vergeten.

Bijvoorbeeld, kan een collega de configuratie van een machine (zonder documenteren), of een machine gebruikt in eerdere experimenten misschien niet meer beschikbaar zijn, waardoor het moeilijk te gebruiken en te reproduceren van de resultaten van voorgaande experimenten. Als gevolg van deze praktijk, maar een ingenieur of een kleine groep van ingenieurs krijgt kennis van de mislukte experimenten. Dit leidt tot een herhaling van fouten, die kostbaar is in termen van tijd, middelen en geld. Dus niet archiveren van de volledige context van een experiment beperkt de reproduceerbaarheid en afvalstoffen waardevolle bronnen.

De volgende stap in het ontwerp van een nieuwe productie-proces is om te controleren of de verzamelde procesflow. Zijn alle noodzakelijke reinigingsstappen er? Is de temperatuur begroting gehaald? Zal deze volgorde van stappen schadelijk zijn voor de machines? Echter, deze vragen zijn alleen van toepassing op de maakbaarheid aspect van het proces flow, niet het functionele aspect. Het wordt duidelijk dat veel beperkingen moet worden voldaan en vele beperkingen overwonnen moeten worden om een ​​"goede" process flow design.

Vanwege de tijd beperkingen veroorzaakt door kortere cycli ontwikkeling, deze evaluaties zijn soms niet grondig genoeg. Aan de meeste, andere ervaren ingenieurs evalueren van de proces flow en beoordelen vanuit hun oogpunt met behulp van hun eigen ervaringen. Het probleem met deze benadering is dat ervaren ingenieurs niet altijd gemakkelijk beschikbaar binnen een bedrijf. Zelfs als er een grondige evaluatie proces, niemand is perfect, en de verwerking van technologie wordt steeds complexer elke dag.

Eenvoudige fouten, zoals het hebben van het verkeerde materiaal in de verkeerde machine, kan een grote impact hebben op het project, over de gebruikte apparatuur en op het bedrijf. Deze fouten resulteren in vertraagde resultaten en beschadigde machines, die onderbreekt de productielijn. Ten slotte wordt de eerste run van de processtroom uitgevoerd en resultaten worden geëvalueerd.

In de meeste gevallen, de eerste run is een gedeeltelijk succes of geen succes helemaal. Toch wordt waardevolle ervaring opgedaan. Echter, zijn verschillende gegevens en foto's (met behulp van scanning elektronenmicroscopen (SEM's), atomic force microscopen (AFMs), enz.) die tijdens de evaluatie. Deze bestanden worden opgeslagen op een bestandsserver en zijn vaak alleen gekeken naar door de personen die rechtstreeks betrokken zijn, omdat ze weten dat hun locatie en wat experimenteren ze behoren. Tot overmaat van ramp, discussie over deze gegevens vindt plaats via e-mail. Als gevolg van deze praktijk, is het informele kennis over het proces alleen opgeslagen op de mailserver, en toegang tot deze kennis weer na verloop van tijd is verstreken is moeilijk.

Na het experiment is voltooid, worden de resultaten en conclusies gebruikt om de processtroom of het apparaat ontwerp aan te passen, en een nieuwe iteratie van het recept en het ontwerp begint. Echter, de parameter ruimte te groot geworden voor de mens. Een aantal onnodige experimenten worden uitgevoerd op een "zig-zag" weg naar finale proces vrijgeven of het ontslag van een idee.

Het onderzoeken van de hierboven geschetste praktijk geeft inzicht in problemen tijdens het proces de ontwikkeling en benadrukt het potentieel voor noodzakelijke verbeteringen. De rest van het papier ziet er meer in detail in het bovenstaande en zoals aangegeven extra hindernissen en uitdagingen.

Tekortkomingen

Zoals gemotiveerd in de inleiding huidige proces development tools en methoden lijden aan een aantal uitdagingen met betrekking tot de juiste ondersteuning. Deze tekortkomingen kunnen worden gegroepeerd in vier belangrijke gebieden:

1. De druk op de markt en trends die moet worden aangepakt door bedrijven met onvoldoende instrumenten voor experimenten, samenwerking en standaardisatie.
2. De beperkte gebruik van virtuele pre-assessment mogelijkheden (zoals maakbaarheid assessments) en simulaties te wijten aan verschillende redenen.
3. Onvoldoende interne informatie en kennis management.
4. Onvoldoende documentatie en compliance te ondersteunen.

De markt drukken

Wereldwijde concurrentie en de markt vraagt ​​resulteren in een snellere en snellere time-to-eisen van de markt. Dat vraagt ​​om meer efficiënte ontwikkeling benaderingen. Verschillende routes kunnen worden genomen om dit doel te bereiken.

Een manier om de time-to-market kwestie te benaderen is het gebruik van virtuele prototyping en virtual pre-assessments. Virtual prototyping kan aanzienlijk versnellen van de ontwikkeling in het aanbieden van de eerste resultaten sneller. Het staat ook de controle van meer potentieel nuttig varianten in dezelfde tijd. Het vinden van fouten in de ontwikkelde recepten en mogelijke alternatieven eerder in het ontwikkelingsproces kunnen snijden tijd en kosten aanzienlijk. Jammer genoeg geschikte software voor deze taken is vaak onvoldoende op zijn best.

Een andere aanpak van het versnellen van de ontwikkeling wordt zo veel mogelijk hergebruik van eerdere ontwikkelingen. Voor dat centraal beheerd en reproduceerbare recepten en ontwikkeling resultaten zijn een eerste vereiste. Vanwege de niet-uniforme documentatie formaten, verspreid resultaat gegevens en onvoldoende ophalen betekent dat dit voorwaarde is vaak niet voldaan.

Samenwerking tussen verschillende mensen en groepen binnen het bedrijf is noodzakelijk voor de high-tech ontwikkelingen. Dit kan onder meer samenwerking tussen de verschillende groepen over de hele wereld. Markttrends en ontwikkelingskosten zelfs rijden de noodzaak voor gezamenlijke ontwikkeling tussen de verschillende juridische entiteiten. Samenwerking kan verbeteren van de time-to-market.

Maar een goede ontwikkeling centraal platform, inclusief de communicatie en elektronische kennisoverdracht functionaliteiten, is nodig om zo efficiënt te doen. Dit geldt in het bijzonder, als kennis van het proces moet worden overgebracht naar een nieuwe site. Opzetten van het proces bij het ontvangende site vaak poses afwijkingen ten opzichte van de geplande referentie resultaten. Vaak zijn deze afwijkingen opnieuw moeten worden onderzocht omdat er geen juiste referentie base aanwezig is. Dit leidt tot het inzicht dat de huidige gangbare praktijk van de overdracht van technologie via langdurig proces blauwe boeken en ingenieur transfers niet de tijd en middelen eisen van de toekomstige ontwikkelingen te voldoen.

Het gebruik van Virtual Pre-Assessments

Zoals hierboven gemotiveerd, virtuele prototyping en pre-assessments kunnen versnellen ontwikkelingen en kosten te besparen. Soms is het gebruik van virtuele pre-assessment functionaliteiten zoals structurele simulaties wordt beperkt door de bandbreedte van de simulatie deskundigen of de beschikbaarheid van de vereiste simulatie en het onderhoud middelen. Dit is vaak te wijten aan de lokale software-installaties en het onderhoud eisen als gevolg van de behoefte aan speciaal opgeleide persoonlijk voor bijvoorbeeld simulatie configuraties te ontwikkelen. Deze vakbekwame mensen uitgegroeid tot een bottleneck voor het effectief gebruik van simulatie-instrumenten of andere virtuele beoordeling houdt. Daarom is "Idea controles" worden uitgevoerd via real live-experimenten veroorzaken een toename van de tijd en middelen, evenals een vermindering van de oplossing de ruimte verkend. Dit zorgt ervoor dat technici om gewoon te verlaten goede ideeën omdat er niet genoeg tijd om het nodige onderzoek en verkenning uit te voeren.

Bovendien, tegenwoordig recepten zijn geworden enorm complex, zodat het moeilijk is, zelfs voor ervaren process engineers op te sporen alle potentiële contracties binnen een procesflow. Daarom is de handmatige controle van de runcards en geplande Wordt is uitgegroeid tot een vervelend, tijdrovend en soms zelfs foutgevoelige taak. Verkeerd geplaatste cijfers achter de komma in handmatig gegenereerd runcards, inconsistent updates van submodules in een flow, materiële inconsistenties of tegenstrijdigheden zijn steeds moeilijker te herkennen en kan leiden tot hele batches worden niet nuttig of, in extreme gevallen zelfs kan beschadigen of verontreinigen van de productie-apparatuur.

Onvoldoende Internal Information Management

Een andere groep van problemen is het gebrek aan interne informatie-en kennismanagement wat resulteert in terugkerende engineering "dejà vu's". Ervaringen van eerdere ontwikkelingen, wetenschappelijke publicaties, en oude lab-boeken bieden de grote bijdrage leveren aan de realisatie van nieuwe product ideeën. Die geen of slechts onvoldoende structuur in deze gegevens zorgt voor veel problemen en dubbel werk. Experts in halfgeleider procesontwikkeling schatten dat 10-15% van de mislukte en dubbele experimenten kunnen worden vermeden, indien eerdere resultaten zou toegankelijk zijn in een gemakkelijkere manier. Dit sluit aan bij kwesties die voortvloeien uit ingenieur fluctuatie tussen verschillende projecten. Het verplaatsen van de expert project in een ander project in gevaar kunnen brengen, terwijl het vorige project engineers verhuizen naar een lopend project worden overspoeld met veel ongestructureerde informatie.

Bovendien de traditionele middelen van de data-opslag bieden slechts een een-dimensionale zoekcriterium. Rommelige resultaat data-opslag en belangrijke data op lokale harde schijven veroorzaken vervelende en foutgevoelige manuele het verzamelen van gegevens en soms zelfs verlies van gegevens. Bovendien vaak alleen de pure data punten of resultaat datasets worden opgeslagen met een beperkte of geen context informatie. Met slechts beperkte context geeft problemen wanneer het proberen om eerder gezien effecten of leiden tot reproduceren in het trekken van de verkeerde conclusies uit oorzaak-gevolg analyse. Deze omstandigheden produceren "dejà vu's" in de vorm van "Zodra we een resultaat had ..." dat kan erg vervelend en kosten intensief.

Documentatie en compliance ondersteuning

Het documenteren en rapporteren van de ontwikkeling vooruitgang kan vervelend zijn op zijn best. Rommelige resultaten opslag zet grote handmatige inspanning op de ontwikkeling ingenieurs hen te verplichten om handmatig gegevens te verzamelen van verschillende machines. Daarnaast de montage van de verzamelde gegevens in resultaat verslagen en de evaluatie kan nemen een groot deel van de techniek de tijd. Rapportage over de ontwikkeling van status is vaak tijden meer een handleiding montage van de verslagen dan een geautomatiseerd proces. De input data is vaak niet up-to date, zodat dat het werk in Progress (WIP) status niet noodzakelijk precies. De gevolgen van deze effecten zijn zelfs verergerd door kwaliteitszorg en compliance-eisen zoals ISO 900x, CMMI, SOX, etc. Omdat deze meer en meer toe te passen in de ontwikkeling als in productie, is er een sterke vraag naar de gestelde documentatie-eisen te voldoen.

Eisen

Te omzeilen of beperking van de gevolgen van de hierboven beschreven uitdagingen software tools nodig zijn. Het hebben van een centraal platform te kunnen experimenteren planning, controle en resultaat het verzamelen van gegevens steun zou kunnen stroomlijnen van al deze inspanningen. Daarnaast een dergelijk platform kon verzamelen referentiegegevens voor toekomstig project planning door het houden van de tijdlijn van de progressie. Zo'n een software tool moet voldoen aan de volgende vereisten op hoog niveau:

• Ondersteuning van de complete ontwikkelingscyclus zoals weergegeven in figuur 1.
• Laat samenwerking intern en extern, maar bieden fijnkorrelig de bescherming en het beheer van rechten
• Laat uitgebreide en selectieve import en export van mechanismen voor de overdracht van technologie
• Zorg voor virtuele pre-assessment mogelijkheden om mislukte experimenten voorkomen zoveel mogelijk te
• Bieden mechanismen om de pre-beoordeling van de maakbaarheid van een nieuw ontwerp recept
• Laat alle ingenieurs eerder uit te voeren virtuele assessments dan het beperken van het gebruik naar / via deskundigen
• Bieden volledige vastleggen en toegang tot historische informatie (gestructureerd en informeel)
• Zorgen voor een krachtige en gedetailleerde ophalen van historische informatie van verschillende perspectieven
• Bevatten mechanismen te verzamelen, te categoriseren en het beheer resultaat informatie automatisch
• Dek de documentatie-eisen voor kwaliteitsborging en compliance
• Bieden uitgebreide mogelijkheden voor rapportage en planning
• Laat centrale administratie en distributie en de uitvoering op verschillende platforms

Figuur 1. Ontwikkelingscyclus te worden ondersteund door een PDES

Oplossingen

De hierboven genoemde eisen kan worden voldaan door Process Development Execution Systems (PDES). Een PDES is vergelijkbaar met een Manufacturing Execution System (MES) in verschillende aspecten. De centrale onderscheidende factor is dat PDESs zijn op maat gemaakt voor het sturen van de ontwikkeling van een productieproces, terwijl MES zijn op maat gemaakt voor de uitvoering van de massaproductie met behulp van de ontwikkelde proces. Daarom is de focus en de toolset van een PDES meer op een lager volume, maar meer flexibiliteit en experimenten vrijheid. De tools van een MES zijn meer gericht op minder variantie, hogere volumes, betere controle, en logistiek. Beide soorten van applicatiesoftware hebben gemeen dat ze de traceerbaarheid, productiviteit en kwaliteit te verhogen (voor PDES de kwaliteit van de ontwikkelde productieproces in tegenstelling tot de kwaliteit van de geproduceerde goed voor MES).

Een PDES biedt een eenvoudige manier om deze eerdere ontwikkelingen op een gestructureerde manier te openen. Informatie kan sneller worden opgehaald en eerdere resultaten kan rekening worden gehouden met efficiënter. Een PDES biedt typisch middel om weer te geven en het resultaat van gegevens zoeken vanuit verschillende gezichtspunten en om de gegevens volgens verschillende aspecten te categoriseren. Deze functionaliteiten worden toegepast op alle resultaat gegevens, zoals materialen, processtappen, machines, experimenten, documenten, foto's enz. De PDES biedt ook een manier om de entiteiten die deel uitmaken van dezelfde of vergelijkbare context betrekking hebben, en de daaruit voortvloeiende informatie te onderzoeken.

Een software suite die behoren tot de categorie PDES is XperiDesk, een software product commercieel verkrijgbaar sinds april 2008. Het ondersteunt procesontwikkeling ingenieurs in hun taak om te behouden en ontwikkelen van high-tech productie recepten voor bijvoorbeeld halfgeleider productie. Het gebruik resulteert in een significante productiviteit te verhogen van proces-engineers en een verbeterd proces kwaliteit.

XperiDesk biedt een platform voor proces engineers om samen te werken en de hele wereld delen hun resultaten en maakt de volgende drie stappen verificatie aanpak:

• Formele verificatie van de maakbaarheid gebruik van abstract proces, kennis vastgelegd in regels
• Controle door middel van simulatie en visualisatie, en
• Het volgen van experimentele verificatie voor een gedetailleerde en uitgebreide kennis vast te leggen en ophalen.

De XperiDesk suite adressen de meeste van de bovengenoemde eisen en omvat de volledige ontwikkelingscyclus voor high-tech productieprocessen zoals weergegeven in Figuur 2.