а проще говоря - брак, который требует обьяснения -
где он возникает, что к нему приводит, каков механизм его
образования и как его резко сократить?
Можно найти причину и устранить нежелательный эффект,
устранить НЭ. Как?
Делается несколько различных эксперементов и, если повезет,
задача по устранению НЭ будет решена
Тем не менее бывает, что задачи решаются долго. Применяют
различные ухищрения, нежелательный эффект исчезает. Затем
опять появляется и требует решать задачу.
Отметим, что, естественно, желательно познакомиться по литературе
с исследуемым явлением, а также посмотреть, если есть такая
возможность,- а что делается на соседних цехах, на
родственных предприятиях?
Например, аллюминевая разводка на интегральных схемах (ИС)
в процессе травления защитного окисного слоя иногда чернеет -
то есть происходит подтрав аллюминия. Этот вид брака переодически
возникает и исчезает. Было найдено несколько решений, которые
уменьшали этот вид брака, но он снова появлялся.Рис.3.
2.Появление результатов, не соответствующих нашим
представлениям - это не что иное, как противоречие между
теорией /нашими знаниями, понятиями и представлениями/ и эксперементом.
Это так называемое первое противоречие. Его обычно не
формулируют, но интуитивно видят.
3.Сразу, как только получен нежелательный результат, многие
начинают генерировать идеи - гипотезы,- почему это получилось?
Тут же возникают предложения: что надо сделать, чтобы
избежать НЭ. Часто бывает и другая ситуация - никто не знает
что делать. Все чего-то ждут.
4.Проводят намеченные эксперементы в соответствии с выдвинутыми
гипотезами и либо-либо. Чаще всего результат отрицательный,
и проводится следующая партия опытов и т.д. Затем картина
проясняется и через некоторое время удается решить
задачу.
В чем проблема? Мы теряем массу времени, труда и материальных
ценностей.
Пример.
Если учесть, что травление защитного слоя по аллюминевой
разводке - почти последняя операция в технологическом
процессе изготовления ИС, а сам цикл длится 3-4 месяца,
то потеря даже одной пластины кремния - это дорого.
А их теряли сотнями!
Что предлагается для ускорения получения положительного
решения?
Первое. Не надо бояться полученного результата, который
не укладывается в рамки наших знаний. Технология - это,
грубо говоря, "сборная солянка". В нее входит целый набор
разделов науки и техники и, пожалуй, поэтому при различных
соотношениях возможны абсолютно непонятные эффекты и
явления.
Легко сказать - не бояться, а как ? Что предпринять, чтобы не
бояться?
Изучайте РТВ и тренируйте смелость в мыслях !
ВТОРОЕ. Надо четко сформулировать первое противоречие - почему
это не должно быть, и почему это есть ?
Например, травитель для окисла НЕ ДОЛЖЕН ВЗАИМОДЕЙСТВОВАТЬ с
алюминием, так как в нем имеется плавиковая кислота, которая в такой
концентрации НЕ ДОЛЖНА ВЗАИМОДЕЙСТВОВАТЬ с алюминием, а она,
почему-то ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ !
ТРЕТЬЕ. Надо выдвинуть гипотезу. Конечно, выдвижение гипотез - дело
не легкое , но здесь важно не фантазировать, не измышлять лишних
сущностей, а смотреть - что есть в противоречии.
Например, травление алюминия начинается не в травителе, так как
плавиковая кислота с алюминием при такой концентрации не
взаимодействует, а во время промывки пластин с алюминием в воде.
Травитель вязкий, он сцепляется с поверхностью алюминия и во время
промывки концентрация плавиковой кислоты в капле /рис 4./
понижается, и при достаточно низкой концентрации травитель
начинает взаимодействовать с алюминием.
ЧЕТВЕРТОЕ. Теперь, имея гипотезу, надо наметить второй, противополжный
эксперимент.
Можно воспользоваться простым правилом. Следует выбрать
такой параметр, свойство, функцию для проведения второго противополжного
эксперимента, чтобы результаты обоих дополняли друг друга ;
чтобы было два ответа, результата как по взаимодействию, так и по
свойствам, дающие возможность решающему подтвердить или опровергнуть
гипотезу и наметить новый, третий решающий опыт. Еще более просто -
судья обязан выслушать две противоположные стороны - обвиняемого и
потерпевшего. Нам следует сделать то же самое. Выслушать обоих -
обоих взаимодействующих друг с другом - алюминия и травителя.
B3(вода)
B1(алюминий)<--> B2(травитель)
Какой же параметр выбрать в качестве противополжного ?
Например:
а) вода ДОЛГО смывает травитель, а надо смыть БЫСТРО, хорошо бы
мгновенно.
б) заменить ВОДУ на другое ВЕЩЕСТВО, другой растворитель плавиковой
кислоты.
в) изменить ТЕМПЕРАТУРУ воды на более НИЗКУЮ, чтобы снизить
взаимодействие, скорость реакции травителя с алюминием.
г) если травитель - КИСЛОТА, использовать ЩЕЛОЧЬ для ее
нейтрализации, а затем провести обработку пластин в воде.
Итак, мы наметили четыре противоположных эксперимента. Первый же
эксперимент показал, что гипотеза верная, быстрое смытие травителя
дало эффект. Были опробованы все противоположные эксперименты, но
наилучшие результаты дал тот, в котором была заменена вода на
уксусную кислоту.
Сразу после травления пластины выдерживаются в уксусной кислоте,
которая является основой травителя. В это время капли уксусной
кислоты с травителем растворяются в чистой уксусной кислоте и затем
уже не взаимодействуют с алюминием при промывке в воде. Естественно,
можно подобрать более оптимальные условия промывки.
Проблема решена. Гипотеза же других исследователей сводилась
к тому, что на алюминии накапливаются электроны, т.е. заряд, и для
того, чтобы от него избавиться, надо закрывать обратную сторону
пластин фоторезистом и т.д. и т.п.
Тем не менее, мы не ответили на важный вопрос : почему на одном
алюминии травление есть, а на другом нет ?
Очевидно, что это другая задача, но мы ее не решали, а надо бы !
Если бы ее удалось решить, не нужны бы были все ухищрения по промывке.
Надо подчеркнуть, что эту задачу в цехах и КБ решали, а лучше
сказать - не решала, избегали ее, так как не было хороших идей и это
приводило к значительному браку.
Мы привели задачу, которую принято считать технологической. В таких
задачах, как правило, присутствуют элементы научной задачи - есть
некий эффект, который надо найти и объяснить. В нашей задаче это
адсорбция травителя на алюминии, снижение концентрации травителя и его
взаимодействие с алюминием. Все это в химии известно, но для конкретной
задачи надо найти эти знания, их применить, использовать.
Есть задачи, в которых не совсем очевидны известные знания, и поэтому
приходится преодолевать психологические барьеры.
Прежде чем начать писать дальше, я внимательно прочел написанное и
ужаснулся - в действительности все было не так, все написанное
рафинировано, приглажено, а так по-видимому, никогда не бывает, к этому
надо было бы стремиться, но увы, так не получается.
А как было на самом деле ?
Очень кратко опишу.
- Обратили внимание, что некоторые контактные площадки имеют
различный цвет - от белого до черного. Ничего страшного в этом не
увидели. (Обратите внимание - видим, но ничего не предпринимаем, хотя
знаем, что это плохо и приведет к чему-то неприятному).
- Появились конфликты с ОТК, который пытался забраковать все, что не
белое.
- На одной партии пластин алюминий был черный. Однако, ее отослали
к потребителю, который сам собирал ИС. Он вернул ИС - кристаллы.
Оказалось, что к такому алюминию не варится золотая проволочка - просто
нет сварки.
- Позвали ученых. Они рекомендовали наносить фоторезист с обратной
стороны и т.д.
- Стали собирать графики зависимости почернения алюминия от
времени травления, смены работниц и т.д.
- И однажды было обнаружено, что во время грозы с громом и молнией
все пластины с алюминием в процессе травления значительно почерненли.
ВЫВОД: Говорят, молоко ведь не киснет во время грозы, - и здесь
что-то подобное !
- Наступил момент, когда каждая партия пластин с алюминием становилась
черной, то есть подтравливалась.
- На столе накопились тысячи пластин и никто не хотел их травить,
так как было очевидно - они уйдут в брак, а осталось всего
10 дней до конца года - план будет не выполнен.
- Мы провели эксперимент, суть которого в следующем: кювета
с травителем была поставлена под микроскоп и в нее положена
пластина с алюминием так, чтобы можно было наблюдать, когда
алюминий начнет чернеть. Было установлено, что в травителе алюминий не
чернеет. После же промывки в воде алюминий почернел.
Подчеркнем, что вначале, перед опытом, такая гипотеза и была
взята за основу.
- Эти результаты позволили подтвердитьгипотезу о высокой
адгезии капли травителя на поверхности алюминия и в процессе промывки
в воде снижение концентрации плавиковой кислоты и травления алюминия.
- Было предложено вести промывку в холодной воде, а перед
этим проводить нейтрализацию плавиковой кислоты в каплях 1 %-го
гидроксида калия, и быстро, с помощью душа, смывать едкий калий.
- Следует подчеркнуть полное отсутствие брака после такой
обработки.
План был выполнен и к этой работе я долго не возвращался.
Это тот случай, когда очень хотелось помочь работающим на участке.
С членами участка были очень теплые отношения и мне
очень хотелось.им помочь. Задача, которая не решалась
годами, была решена за 4 часа.
В нескольких цехах этот процесс применяли, но не везде он давал
положительные результаты.
- Несколько лет спустя, в одном цехе было забраковано несколько
партий пластин с ИС, на которых алюминий не просто почернел,
а был полностью вытравлен.
- В это время мы уже знали о ВПР и поэтому было предложено инженеру,
занимающемуся фотолитографией, совместно решить эту задачу.
Инженер начал излагать свою точку зрения, что ученые еще не знают,
что здесь за процесс и т.д., причем он принес несколько статей,
которые подтверждали его позицию. Я ему объяснил, что такое ВПР и из-за
чего происходит травление алюминия.
На мной поставленный вопрос: что может быть применено в качестве
вещества, используемого в технологии травления аллюминия
для удаления, растворения капель травителя с HF, в начале был
ответ - азотная кислота, которая применяется для снятия
фоторезиста, а второй ответ - уксусная кислота - основа
травителя для травления защиты - оксида кремния.
-Проведенные здесь же опыты показали, что пятиминутная
выдержка пластин в уксусной кислоте полностью предотвращает
подтрав аллюминия. За это время капли растворителя и
промывка в воде не вызывает почернения аллюминия.
В этом случае было продемонстрировано окружающим, что и
они могут решать задачи. Был показан фокус для инженера,
который сомневался в своих силах, не верил, что он может
решить задачу.
Конечно, когда я приступил к решению задачи совместно с
испытуемым, у меня уже было готово решение, которое ко
мне пришло мгновенно, как только я вспомнил о ВПР и травителе.
-Коенчно, стоило бы найти истинную причину изменения
адсорбционных свойств аллюминия, но до того не доходили руки.
Обычная история - задача решена, а причина может подождать.
Решают то, что горит!
Ну вот, описал небольшой кусочек истории с подтравом
аллюминия. На всем протяжении этой истории были споры, ругань,
совещания и т.д. Но никто не хотел браться за эту работу
до тех пор, пока действительно не увидели, что "сгорит" план.
Мне очень хотелось решиь задачу и помочь цеху. Именно
поэтому я и взялся за ее решение.
В приложении прведены решения нескольких научных задач.
Заканчивая этот раздел, дополним программу решения научных
задач, приведенную выше.
1.После получения результата эксперемента, не согласующегося
с нашими представлениями, следует познакомиться с
литературой, касающейся изучаемой проблемы, а также собрать все
