FIRMENVERTRAULICH. NICHT OFFENBAREN.
Nikon Precision ist präzise. Sie haben die Daten, um es zu beweisen.
Nach dem Wechsel von Excel zu JMP – und der Durchführung eines rigorosen SAS Education-Schulungsprogramms für die Forschungs- und Entwicklungsabteilung – stellt das Unternehmen fest, dass es besser in der Lage ist, Fehler zu beheben, Zeit zu sparen und mit seinen Daten vorausschauender umzugehen.
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Herausforderung: Mit der Explosion neuer passgenauer Anwendungen für die Wafertechnologie wird es immer schwieriger, Kundenspezifikationen zu erfüllen. Das Anwendungsteam von Nikon Precision hat die Aufgabe, mit internen und externen Stakeholdern zusammenzuarbeiten, um Fehler zu reduzieren und Probleme bei der Waferproduktion zu lösen.
Lösung: Nach jahrelangem Einsatz von Excel wechselte Nikon Precision zu JMP, einem Tool, das sowohl die Datenkapazitäten der Ingenieure verbessern als auch die Zeit für die Erzielung von Ergebnissen reduzieren konnte. Um Ingenieuren eine bessere Grundlage für statistisches Denken zu bieten, beschaffte das Unternehmen Schulungsunterstützung über SAS Education.
Ergebnisse: Anwendungsingenieur David Godfrey sagt: "Ich kann in einer Stunde tun, was uns vorher die ganze Nacht gekostet hätte."
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Die unglaubliche Rechenleistung von mehr als 100 Milliarden Halbleitern, die an einem bestimmten Tag im Einsatz sind, bedeutet Milliarden von Berechnungen pro Sekunde und eine unvorstellbar große Datenmenge. Aber mit dem weiteren Fortschritt der Halbleitertechnologien wird auch das Innovationstempo zunehmen; Heute ist der Sektor einer der sich am schnellsten entwickelnden Bereiche der Technologiebranche. Die Wafer-Herstellung wird exponentiell komplex, da neue Modelle auf den Fähigkeiten früherer Designs aufbauen und Marktchancen bedeuten, dass Hersteller darum kämpfen, neue Produkte schnell genug zu entwickeln, um die Marktanforderungen zu erfüllen. Die Fotolithografie ist ein großer Teil des Entwicklungsprozesses, und kein Unternehmen war einflussreicher als Nikon Precision.
Mit jahrzehntelanger Erfahrung als Hersteller von optischen Linsen und Präzisionsgeräten entwickelte Nikon Precision 1980 das weltweit erste serientaugliche Step-and-Repeat-Fotolithografie-Tool. Photolithographie ist ein Musterbildungsverfahren, bei dem ein lichtempfindliches Polymer selektiv durch eine Maske belichtet wird, wodurch ein latentes Bild in dem Polymer zurückbleibt, das dann selektiv aufgelöst werden kann, um einen strukturierten Zugang zu einem darunterliegenden Substrat bereitzustellen. In den letzten vier Jahrzehnten haben über 60 Modelle von Nikon Semiconductor Lithography-Systemen die Hälfte aller jemals hergestellten integrierten Schaltkreise gedruckt.
Auf den Nanometer genau
„Kurz gesagt, es gibt ein sehr kompliziertes System, mit dem man mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern etwas auf den Halbleiterwafer drucken kann“, erklärt Mikhail Ladanov, Anwendungstechniker bei Nikon Precision. Die fortschrittlichen Werkzeugsysteme des Unternehmens umfassen ein komplexes Netzwerk von Sensoren, die Daten in Echtzeit sammeln, während die Wafer den Druckprozess durchlaufen. Diese Daten ermöglichen es der Analysegruppe von Nikon, nach Fehlern zu suchen und die Produktqualität und die Werkzeugleistung zu überwachen. Wenn Alarmglocken läuten, wird das Applications Team – zu dem auch Ladanov und sein Kollege David Godfrey gehören – zur Fehlerbehebung hinzugezogen.
„In der Forschung und Entwicklung wissen wir nicht immer, wonach wir suchen – das ist die größte Herausforderung“, erklärt Godfrey. „Es gibt so viele Fälle, in denen wir wissen, dass es ein Problem gibt, aber wir wissen nicht, was es verursacht.“ In der Präzisionsfertigung kann die Werkzeugleistung einen übergroßen Einfluss auf das Endergebnis eines Unternehmens haben. Wenn Werkzeuge ausfallen oder leistungsschwach sind, kann die Ausbeute steil sinken. Auf Ereignisse in der Werkzeuglandschaft zu reagieren braucht Zeit; Aus diesem Grund investieren Unternehmen wie Nikon Precision stark in proaktive Ansätze zur Verwaltung und Analyse der in ihren Werken generierten Daten.
Die Datenvisualisierung trägt dazu bei, die Lücke zwischen Daten und Verständnis zu schließen, indem sie es dem Team ermöglicht, Probleme in einem Meer von Zahlen in Spalten und Zeilen leichter zu erkennen. „Wir betrachten die Daten visuell, weil es viel einfacher ist, sie zu bereinigen, vorzubereiten, richtig darzustellen und Tests durchzuführen. Auf diese Weise können wir Anomalien leichter finden“, sagt Ladanov.
Viele Jahre lang verließen sich die Ingenieure von Nikon Precision beim Mining und Erkunden von Daten auf Excel. Aber mit der immer fortschrittlicheren Sensortechnologie – und den Qualitätsansprüchen – wurden die Datensätze immer größer. Heute, so Godfrey, kann eine einzelne Datentabelle Millionen von Zeilen umfassen. Aus diesem Grund war es an der Zeit, ein neues Tool mit erweiterten Funktionen einzuführen. Godfrey stellte die Frage bei der Unternehmensführung und machte sich sofort auf die Suche nach einem neuen Tool. Es dauerte nicht lange, bis er sich für JMP entschied, eine Industriestandardsoftware, die Godfrey zum ersten Mal in einer früheren Position bei Motorola kennengelernt hatte.
„Excel funktioniert, ist aber mit großen Datensätzen sehr schwer zu handhaben“, erklärt Godfrey. „JMP hingegen eignet sich hervorragend für das Data Mining; Ich glaube nicht, dass ich das in Excel tun könnte, ohne den Verstand zu verlieren.“
Leistungsfähigkeit steigern… und Zeit sparen
Obwohl der Hauptgrund für den Wechsel von Excel zu JMP die Notwendigkeit war, die analytischen Fähigkeiten der Ingenieure zu erweitern, stellte Godfrey bald fest, dass das Tool auch Zeit spart: „Die Analysefähigkeit ist erstaunlich. Aber auch der Geschwindigkeitsunterschied ist erstaunlich.“
Zur Veranschaulichung bietet Ladanov ein Beispiel. „Ich war in einem Treffen mit meinem Kollegen in Japan. Er stellte eine Anfrage und erwartete, dass diese Anfrage bis morgen abgeschlossen sein würde. Aber ich konnte die Anfrage abschließen, bevor er überhaupt zu Ende gesprochen hatte“, erinnert er sich. „Das ist der Unterschied zwischen [unserem vorherigen Standard] wie schnell JMP gehen kann.“
In einem anderen Fall stand das Team vor einem sehr dringenden Problem. Die Analyse dauerte jedoch Stunden, da der Prozess des Kunden mehr als dreißig Schritte in Excel umfasste. „Sie haben zwei Stunden pro Test damit verbracht, nur die Ergebnisse einzugeben!“ Ladanov erinnert sich. Sobald er die Daten jedoch erlangt hatte, konnte er die Informationen in kürzester Zeit so darstellen, wie sie es wollten. “ Ich habe länger gebraucht, um die Dateien zu kopieren, als die Analyse tatsächlich durchzuführen! Als wir dies das erste Mal taten, konnte der Kunde es nicht glauben. Sie brauchten Stunden, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen.“
Godfrey fügt hinzu: „Ich bekomme jetzt regelmäßig Anfragen von der Nikon Corporation, die mich bitten, die Datenanalyse durchzuführen, weil ich schneller Ergebnisse erhalte. Ich kann in einer Stunde tun, was sie die ganze Nacht gekostet hätte.“
Dynamische Wafer-Maps in JMP helfen Ingenieuren, Qualitätsmuster und Abweichungen zu erkennen
Bei jedem Wafer, der in Nikons Werk gedruckt wird, sammelt ein Sensorraster Daten über die Oberfläche des Wafers und erzeugt eine vom Team so genannte Belichtungsergebnisdatei im X- und O-Format. Wenn Daten aus einer Wafercharge in JMP geladen werden, können Godfrey, Ladanov und ihre Kollegen eine dynamische Karte anzeigen, die für Qualitätsmetriken farbcodiert ist. „Hier können wir uns alle Wafer gleichzeitig ansehen – so können wir versuchen, Muster auf allen 24 Wafern zu erkennen“, erklärt Godfrey. „Die Farben auf der Karte sind sogenannte GC-Residuen. Wir haben zwei Ausrichtungssysteme in unserem Scanner [ein Interferometer und ein Encoder], die uns die Platzierung des Schusses und die Position des Tisches mitteilen.“
Das Team verwendet diese Karten, um Chargenvariationen zu erkennen. Selbst bei Werkzeugen, die mit hoher Präzision arbeiten, kann die Qualität im Laufe der Zeit aufgrund von Schwankungen in unkontrollierbaren Umgebungsfaktoren wie Temperatur-, Feuchtigkeits- und Luftdruckschwankungen reduziert werden. Überschüssiges Wasser kann im Encoder des Systems eingeschlossen werden, was zu Abweichungen im Delta zwischen den beiden Messsystemen führt. Durch das Erkennen von Variationen in gedruckten Wafern können Ingenieure die Scansysteme entsprechend neu kalibrieren oder anpassen.
„Wir schauen, ob es jedes Mal wiederholbar ist. Ändert sich die Färbung während der Charge?“ sagt Gottfried. „Mit diesem Visual in JMP kann ich abrupte Änderungen während des gesamten Prozesses sehen…. Und dann schauen wir uns den Wafer an und sehen, wie sich die Defekte zwischen den Chargen ändern, und erkennen, was das Problem ist.“
Wenn das Team seine statistischen Fähigkeiten erweitert, erklärt Godfrey, wird diese Arbeit weniger reaktiv und vorausschauender. „Wir wollen Fehler vorhersagen können, basierend auf den Messungen einer Maschine. Und wenn wir vorhersagen können, was sich auf dem Wafer befindet, können wir korrigieren, was sich auf dem Wafer befindet. Und unsere Kontrolle kann viel präziser werden.“
SAS Education hilft Ingenieuren bei der Optimierung ihrer Investitionen in JMP
Da die meisten Ingenieure von Nikon Precision weniger mit statistischen Analysen als mit technischen Themen vertraut waren, wussten Godfrey und Ladanov, dass zusätzliche Schulungen erforderlich waren, um das kollektive statistische Wissen des Unternehmens zu erweitern, wenn sie zu prädiktiven Ansätzen übergehen wollten. „Wir haben versucht, unsere Fähigkeiten im Statistikbereich zu verbessern“, erklärt Godfrey. Während interne Schulungen am Arbeitsplatz die Ingenieure zwar angemessen auf die Verwendung von JMP für die Visualisierung vorbereitet haben, waren die meisten noch weit davon entfernt, die das volle Potenzial der Software. Immerhin hatte die Führung des Unternehmens in JMP investiert; Jetzt war es an der Zeit, ihren Ingenieuren die nötige Ausbildung zu geben, um das Beste aus dieser Investition herauszuholen.
Godfrey und Ladanov gingen direkt zur Quelle und wandten sich an SAS Education, um ein umfangreiches Menü maßgeschneiderter Schulungsoptionen zu erhalten. Das JMP-Schulungsprogramm von SAS Education verwendet eine Kombination aus umfassenden Kursnotizen, Vorträgen, Software-Demonstrationen, Frage-und-Antwort-Sitzungen und praktischen Workshops in einer Vielzahl von Schulungsformaten, die alle auf individuelle Anforderungen zugeschnitten werden können. Durch die Schulung von JMP-Experten vor Ort konnte Nikon Precision Ingenieuren die Möglichkeit bieten, in einer vertrauten, vertraulichen Umgebung zu schulen, in der sie mit ihren eigenen Daten üben konnten, ohne sich um die IP-Sicherheit kümmern zu müssen. SAS Education stellte ihnen dafür einen maßgeschneiderten Lehrplan sowie Trainer mit langjähriger Erfahrung mit JMP in der Industrie zur Verfügung.
„Wir haben SAS Education tatsächlich eine Liste der Elemente geschickt, die wir in JMP besser verstehen möchten, und sie haben einen benutzerdefinierten Kurs um diese Anfrage herum erstellt“, sagt Godfrey. „Sie nahmen unsere Liste und sagten: ‚Wir haben bereits einen Kurs, der diesem sehr nahe kommt, aber wir können hier einige Inhalte hinzufügen und dort herausnehmen, was Sie nicht wollen. Und sie konnten in unseren Zeitrahmen passen, was sehr schön war.“
Nikon Precision öffnete diese Kurse für alle Mitarbeiter auf der ganzen Linie. "Es sind neue Mitarbeiter oder sogar der Typ, der mich einst betreut hat und der immer noch hier ist", scherzt Godfrey. „Jetzt, wo ich bei JMP besser geworden bin, verwende ich fast nie mehr Excel.“
„JMP hat so viele Dinge gebracht, die wir vorher nicht konnten“, fügt Ladanov hinzu. „Plots in JMP sind so viel besser und Sie haben mehr Kontrolle darüber, wie Sie die Daten präsentieren.“ Es geht darum, die Arbeit zu optimieren und jeden einzelnen verfügbaren Datenschrott zu nutzen, um die Produkte von Nikon Precision zu verbessern. „Indem wir ständig fragen und lernen, was es Neues gibt, und wissen, was es da draußen gibt, können wir es auf unsere Daten anwenden“, fährt er fort. JMP hilft ihnen, dieses Ziel zu verwirklichen, und sollten sie jemals darauf verzichten müssen, lacht Godfrey, „das wäre ein Elend!“
