RISERVATO AZIENDALE. NON DIVULGARE.
Nikon Precision è preciso. Hanno i dati per dimostrarlo.
Dopo essere passata da Excel a JMP e aver sottoposto l'organizzazione di progettazione R&D a un rigoroso programma di formazione SAS Education, l'azienda sta scoprendo di essere maggiormente in grado di risolvere i problemi, risparmiare tempo ed essere più predittiva con i propri dati.
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Sfida: Con l'esplosione di nuove applicazioni personalizzate per la tecnologia dei wafer, le specifiche dei clienti stanno diventando sempre più difficili da soddisfare. Il team delle applicazioni di Nikon Precision ha il compito di lavorare con le parti interessate interne ed esterne per ridurre i difetti e risolvere i problemi di produzione dei wafer.
Soluzione: Dopo anni di utilizzo di Excel, Nikon Precision è passata a JMP, uno strumento in grado sia di potenziare le capacità dei dati degli ingegneri sia di ridurre il tempo necessario per ottenere risultati. Per fornire agli ingegneri una base migliore nel pensiero statistico, l'azienda ha fornito supporto alla formazione tramite SAS Education.
Risultati: Dice l'ingegnere delle applicazioni David Godfrey, "Posso fare in un'ora quello che in precedenza ci avrebbe richiesto tutta la notte."
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L'incredibile potenza di elaborazione degli oltre 100 miliardi di semiconduttori in uso in un dato giorno significa miliardi di calcoli al secondo e una quantità inimmaginabile di dati. Ma man mano che le tecnologie dei semiconduttori continuano ad avanzare, così sarà il ritmo dell'innovazione; oggi il settore è una delle aree in più rapida evoluzione all'interno dell'industria tecnologica. La produzione di wafer sta diventando esponenzialmente complessa poiché i nuovi modelli si basano sulle capacità dei progetti precedenti e le opportunità di mercato significano che i produttori stanno correndo per sviluppare nuovi prodotti abbastanza velocemente da soddisfare i requisiti del mercato. La fotolitografia è una parte importante del processo di sviluppo e nessuna azienda è stata più influente di Nikon Precision.
Con decenni di esperienza come produttore di obiettivi ottici e apparecchiature di precisione, Nikon Precision ha sviluppato il primo strumento di fotolitografia step-and-repeat al mondo nel 1980. La fotolitografia è un processo di modellazione in cui un polimero fotosensibile viene esposto selettivamente alla luce attraverso una maschera, lasciando un'immagine latente nel polimero che può quindi essere selettivamente dissolta per fornire un accesso modellato a un substrato sottostante. Negli ultimi quattro decenni, oltre 60 modelli di sistemi di litografia a semiconduttore Nikon hanno stampato metà di tutti i circuiti integrati mai prodotti.
Preciso al nanometro
"In poche parole, esiste un sistema molto complicato che consente di stampare qualcosa sul wafer semiconduttore con la precisione di pochi nanometri", spiega Mikhail Ladanov, ingegnere applicativo presso Nikon Precision. I sistemi di strumenti avanzati dell'azienda coinvolgono una complessa rete di sensori che raccolgono dati in tempo reale mentre i wafer procedono attraverso il processo di stampa. Questi dati consentono al gruppo di analisi di Nikon di individuare i difetti e monitorare la qualità del prodotto e le prestazioni degli strumenti. Se viene suonato un campanello d'allarme, il team delle applicazioni, di cui fanno parte Ladanov e il suo collega David Godfrey, viene chiamato per la risoluzione dei problemi.
"Lavorando in ricerca e sviluppo, non sempre sappiamo cosa stiamo cercando: questa è la sfida più grande", spiega Godfrey. "Ci sono così tante volte in cui sappiamo che c'è un problema ma non sappiamo cosa lo sta causando." Nella produzione di precisione, le prestazioni degli utensili possono avere un impatto enorme sui profitti di un'azienda. Quando gli strumenti sono in calo o con prestazioni insufficienti, la resa può diminuire precipitosamente. Reagire agli eventi nel panorama degli utensili richiede tempo; ecco perché aziende come Nikon Precision stanno investendo molto in approcci proattivi alla gestione e all'analisi dei dati generati nei loro impianti.
La visualizzazione dei dati aiuta a ridurre il divario tra i dati e la comprensione consentendo al team di individuare più facilmente i problemi in un mare di numeri in colonne e righe. “Osserviamo i dati visivamente perché è molto più facile da pulire, preparare, tracciare nel modo giusto ed eseguire i test. Possiamo trovare più facilmente le anomalie in questo modo", afferma Ladanov.
Per molti anni, gli ingegneri di Nikon Precision si sono affidati a Excel per estrarre ed esplorare i dati. Ma con la tecnologia dei sensori - e le aspettative di qualità - che diventavano sempre più avanzate, i set di dati stavano crescendo di dimensioni. Oggi, osserva Godfrey, una singola tabella di dati può essere eseguita in milioni di righe. Ecco perché era ora che adottassero un nuovo strumento con funzionalità più avanzate. Godfrey ha sollevato la questione con la dirigenza dell'azienda e si è subito messo alla ricerca di un nuovo strumento. Non passò molto tempo prima che decidesse per JMP, un software standard del settore che Godfrey aveva incontrato per la prima volta in un ruolo precedente con Motorola.
"Excel funziona, ma è molto difficile da gestire con set di dati di grandi dimensioni", spiega Godfrey. “JMP d'altra parte è meraviglioso per il data mining; non è qualcosa che penso di poter fare in Excel senza perdere la testa."
Aumentare la capacità... e risparmiare tempo
Sebbene la motivazione principale per il passaggio da Excel a JMP fosse la necessità di espandere le capacità analitiche degli ingegneri, Godfrey afferma che il team ha presto scoperto che lo strumento stava anche facendo risparmiare tempo: “La capacità di analisi è straordinaria. Ma anche la differenza di velocità è sorprendente".
Per illustrare, Ladanov offre un esempio. “Ero in riunione con la mia controparte in Giappone. Ha fatto una richiesta e l'aspettativa era che questa richiesta fosse completata entro domani. Ma sono stato in grado di completare la richiesta prima ancora che avesse finito di parlare", ricorda. "Questa è la differenza tra [il nostro standard precedente] quanto velocemente può andare JMP."
In un altro caso, la squadra stava affrontando un problema molto urgente. Ma l'analisi richiedeva ore poiché il processo del cliente prevedeva più di trenta passaggi in Excel. "Passavano due ore per test semplicemente digitando i risultati!" Ladanov ricorda. Una volta in possesso dei dati, tuttavia, è stato in grado di tracciare le informazioni nel modo desiderato in pochissimo tempo. “ Mi ci è voluto più tempo per copiare i file che per fare effettivamente l'analisi! La prima volta che l'abbiamo fatto, il cliente non poteva crederci. Ci volevano ore per ottenere gli stessi risultati".
Godfrey aggiunge: “Ora ricevo regolarmente richieste da Nikon Corporation che mi chiedono di eseguire l'analisi dei dati perché posso ottenere risultati più velocemente. Posso fare in un'ora quello che gli avrebbe richiesto tutta la notte".
Le mappe dinamiche dei wafer in JMP aiutano gli ingegneri a individuare modelli di qualità e varianza
Con ogni wafer stampato nella struttura di Nikon, una griglia di sensori raccoglie dati sulla superficie del wafer, generando quello che il team chiama un file dei risultati dell'esposizione in formato X e O. Quando i dati di un batch di wafer vengono caricati in JMP, Godfrey, Ladanov e i loro colleghi possono visualizzare una mappa dinamica, codificata a colori per le metriche di qualità. "Possiamo guardare tutti i wafer contemporaneamente qui, così possiamo provare a individuare i modelli su tutti e 24 i wafer", spiega Godfrey. “I colori sulla mappa sono ciò che viene chiamato residuo GC. Abbiamo due sistemi di allineamento all'interno del nostro scanner [un interferometro e un codificatore] che ci dicono il posizionamento dell'inquadratura e la posizione del palco".
Il team utilizza queste mappe per individuare la variazione batch. Anche con utensili che operano con un alto grado di precisione, la qualità può essere ridotta nel tempo a causa della variazione di fattori ambientali incontrollabili come le fluttuazioni di temperatura, umidità e pressione dell'aria. L'acqua in eccesso potrebbe rimanere intrappolata nell'encoder del sistema, causando una variazione nel delta tra i due sistemi di misurazione. Individuando le variazioni nei wafer stampati, gli ingegneri possono ricalibrare o regolare di conseguenza i sistemi di scansione.
“Stiamo cercando di vedere se è ripetibile ogni volta. La colorazione cambia durante il lotto?" dice Godfrey. “Con questa immagine in JMP sono in grado di vedere cambiamenti improvvisi durante il processo…. E poi andiamo a guardare il wafer e vediamo i difetti che cambiano tra i lotti e individuiamo qual è il problema".
Man mano che il team espanderà le proprie capacità statistiche, spiega Godfrey, questo lavoro diventerà meno reattivo e più predittivo. “Vogliamo essere in grado di prevedere gli errori in base alle misurazioni di una macchina. E se possiamo prevedere cosa c'è sul wafer, possiamo correggere cosa c'è sul wafer. E il nostro controllo può diventare molto più preciso”.
SAS Education aiuta il personale tecnico a ottimizzare il proprio investimento in JMP
Con la maggior parte del personale tecnico di Nikon Precision meno esperto nell'analisi statistica che nella materia tecnica, Godfrey e Ladanov sapevano che era necessaria una formazione aggiuntiva per espandere le conoscenze statistiche collettive dell'azienda se volevano passare ad approcci predittivi. "Stavamo cercando di potenziare le nostre capacità nell'area delle statistiche", spiega Godfrey, osservando che mentre la formazione interna e sul lavoro può avere ingegneri adeguatamente preparati per utilizzare JMP per la visualizzazione, la maggior parte era ancora lontana dall'attingere al tutto il potenziale del software. Dopotutto, la leadership dell'azienda aveva investito in JMP; ora era il momento di fornire ai propri ingegneri la formazione di cui avevano bisogno per ottenere il massimo da quell'investimento.
Godfrey e Ladanov sono andati direttamente alla fonte, contattando SAS Education per un ampio menu di opzioni di formazione su misura. Il programma JMP Training di SAS Education utilizza una combinazione di note complete del corso, lezioni, dimostrazioni software, sessioni di domande e risposte e workshop pratici in una varietà di formati di formazione, che possono essere personalizzati in base a richieste specifiche. Portando gli esperti JMP in loco per la formazione, Nikon Precision è stata in grado di fornire agli ingegneri l'opportunità di formarsi in un ambiente familiare e riservato in cui potevano esercitarsi con i propri dati senza preoccuparsi della sicurezza IP. SAS Education ha fornito loro un curriculum su misura, oltre a formatori con una profonda esperienza nell'uso di JMP nell'industria, proprio per fare questo.
"In realtà abbiamo inviato a SAS Education un elenco degli elementi che vorremmo comprendere meglio in JMP e hanno creato un corso personalizzato attorno a tale richiesta", afferma Godfrey. “Hanno preso la nostra lista e hanno detto: 'abbiamo già una classe che è molto vicina a questo, ma possiamo aggiungere alcuni contenuti qui ed eliminare ciò che non vuoi lì. E sono stati in grado di adattarsi ai nostri tempi, il che è stato molto bello".
Nikon Precision ha aperto questi corsi a tutti i dipendenti a tutti i livelli. "Sono i nuovi assunti, o anche il ragazzo che una volta mi ha fatto da mentore che è ancora qui", scherza Godfrey. "Ora che sono migliorato in JMP, non uso quasi più Excel."
"JMP ha portato così tante cose che non eravamo in grado di fare prima", aggiunge Ladanov. "I grafici in JMP sono molto migliori e hai un maggiore controllo su come presentare i dati." Si tratta di ottimizzare il lavoro e utilizzare ogni singolo frammento di dati disponibile per migliorare i prodotti Nikon Precision. "Chiedendo e imparando costantemente cosa c'è di nuovo e sapendo cosa c'è là fuori, possiamo usarlo sui nostri dati", continua. JMP li aiuta a realizzare quell'aspirazione, e se mai dovessero fare a meno, beh, Godfrey ride, "sarebbe una miseria!"
