КОНЦЕПТУАЛИЗАЦИЯ ПОНЯТИЯ ТЕХНОЛОГИИ.

Матюшкин И.В. (zaisev@mikron.ru)

АООТ «НИИМЭ и завод МИКРОН»

В современном мире человек окружен разнообразными техническими устройствами. Их появление обусловлено развитием технологий (и наоборот). Технологии существуют не только в сфере техники, но также в биологических системах, будучи созданы Природой, в области социологии и психологии, являясь результатом длительного и еще мало познанного становления человеческого общества. В качестве примера из области техники можно взять технологию производства микросхем, которая, например, описана в [3] и далее принята нами за "реперную точку". В биологии известны, например, процесс трансляции, цикл трикарбоновых кислот. Важное психолого-социальное значение имеет учебный процесс. Поэтому крайне актуальна задача обобщенного рассмотрения понятия "технология" и всего ему сопутствующего. Чтобы сделать первый шаг в решении этой задачи, далее мы будем основываться на теоретическом аппарате концептуального анализа и синтеза, развиваемом в научной школе С.П.Никанорова. Систематическое изложение этого аппарата дано в [1]. Ниже мы приведем ряд концептуальных схем (КС), отталкиваясь от представления о технологии как о процессе. Справедливости ради нужно сказать, что КС в атрибутивной форме составлены на менее строгом уровне, чем предполагается это в [1 ]. Также для простоты мы не различаем pr и Pr: проекции сложного элемента и множества сложных элементов на ось компонента, которые представляют соответственно элемент и подмножество множества компонентов.

1. КС "Технологическая операция"

Под технологической операцией (ТО) будем понимать целенаправленное изменение состояния одного или нескольких полуфабрикатов одновременно, производимое в течение конечного промежутка времени при участии одной единицы оборудования и расходных материалов. Прилагательное "целенаправленный" вносит осложняющий момент в концептуализацию ТО, однако ударение здесь следует делать на словах "изменение состояния". Неоценимую помощь нам оказывает КС "Процесс с ролями" [1 ] и его детализация, приведенная в [2]. ТО следует рассматривать как "динамический процесс с ролями". Примером технологической операции может служить автоэпитаксия кремния. В этой ТО кремниевые пластины помещаются на пьедестал реактора, после продувки реактора азотом в камеру подается смесь газов, на поверхности каждой пластины происходит осаждение слоя кремния, чем и достигается цель ТО. Продукты химической реакции непрерывно сжигаются на выходе ПГС из реактора в скруббере.

На рис. 1 приведена КС ТО в атрибутивной форме. Наряду с понятиями входа и выхода рассматриваются ограничения и следствия. Это отличает КС ТО не только от КС "Процесс с ролями", но и от КС "Абстрактный процесс" [1], хотя

теоретически и можно учесть это различие, изменив множество элементов процесса. Кроме того, мы четче разграничили элементы входа (выхода), выделив их в самостоятельные множества.

Субстрат(ы)

Ш

Рис. 1 Концептуальная схема ТО в атрибутивной форме.

В качестве субстрата в эпитаксиальном процессе выступает полупроводниковая пластина. Она может быть описана своим состоянием. Поскольку в реактор обычно загружается несколько пластин, то каждая пластина характеризуется своим начальным состоянием, которое может отличаться от среднего. В эпитаксиальном процессе расходуются различные газы (H2;HCl;SiCl4 или SiH2Cl2, или SiH4) и энергия, затрачиваемая на нагрев пьедестала и т.п. Здесь хотелось бы отметить одну тонкость, которую легко можно не заметить. Газ, находящийся в баллоне, и газ, поступающий на вход ПГС - два разных объекта. Например, газ, прошедший уже через газовую магистраль, может быть загрязнен посторонними примесями и иметь иную температуру. Это и есть отходы (потенциальные), которые отнюдь не по ошибке помещены на рис.1. на вход процесса. Основным оборудованием является, очевидно, сам эпитаксиальный реактор. Он выполняет функцию "процессора"[1]. Вспомогательным оборудованием являются газовые магистрали (причем для водорода магистраль общая для всего завода), пинцет оператора, с помощью которого он берет пластины до и после процесса роста кремниевого слоя, и т.п. Функция вспомогательного оборудования ("сопроцессора") заключается в сведении воедино всех компонентов так, чтобы они образовали ту допустимую конфигурацию, при которой может начаться (окончиться) основной процесс. Автор [4], рассматривая сборочное изделие "консольное крепление колеса на рычаге с помощью оси, шайбы и гайки", назвал подобное кинематическими основами сборки. В [1 ] подчеркивается уже в КС "Абстрактный процесс" (Ах3), что одному "входу" предопределен единственный "выход". Однако при разных технологических режимах даже при одинаковых состояниях на входе могут получиться различные состояния на выходе. Например, чрезмерно уменьшив длительность травления в парах HCl, можно получить эпитаксиальный слой с повышенной дефектностью [3]. Правда, технологические режимы, отличающиеся рабочей температурой пластины, вполне описываются в

терминах "состояний": достаточно указать компонентой состояния основного оборудования- "быть нагретым до Т=....". В производственной практике получили распространение циклограммы, представляющие зависимость характеристик процесса (подаваемый в данный момент в реактор газ, температура) от времени, т.е. эксплицирующие собой технологический режим. Перед технологом часто стоит задача выбора оптимального технологического режима, при этом желательно поставить ему в соответствие какие-либо показатели качества. Такими критериями могут служить затраты энергии и материалов в рублевом выражении, толщина осаждаемого слоя на стенках реактора, механические напряжения, возникшие в пьедестале, общая длительность процесса.

Запишем КС "Технологическая операция" в родоструктурной форме: Понятия:

Х0- множество промежутков времени;

Х - множество состояний субстрата;

Х1- множество состояний основного оборудования;

Х2- множество состояний расходных материалов (включая энергию);

Х3- множество состояний отходов;

Х4- множество состояний вспомогательного оборудования; Х5- множество значений критериев качества; Y - множество конфигураций. Отношения:

D0e B(B(X)x(X1xB(X2)xB(X3))xY); D1G B((X0xB(X4))xD0xD0);

B(D1xX5). Аксиомы (ограничения):

Ax0: (X0>3)a(X0<co);

Лхь VdeD0 (pdHprd) 0)A(pr2(pr2d) 0)A(pr3(pr2d) *0);

AX2: VdeD1 (prd) *0);

Ax3: VdeD1 (pr1(pr2d=0)) => (pr2(pr3d=0));

AX4: Vd,peD1 ((pr1d=pr1p)A (pr2d=pr2p)) => (pr3d=pr3p);

Ax5: 3!aeD1: VdeDi (pr2apr3d)v(d=a);

Ax6: 3!beD1: VdeDi (pr3bpr2d) v(d=b) (сильнее Ax6: Di<co); Ax7: VdeD1 3!peD1: (pr3d=pr2p); Ax8: VdeD2 (pr0).

Среди базовых понятий КС "ТО", пожалуй, следует остановиться на множествах Х0, Х5, и Y. Элементом Х0 является не мгновенное значение по шкале времени, а длительность промежутка времени, выражаемая положительным числом. Множество Х5 вводится нами, конечно, из соображений дальнейшей оптимизации ТО. Можно принять Х5сБт (m- натуральное число), но элемент из Х5 еще не является вектором в многокритериальном пространстве, операции сравнения с идеалом еще не производится. Множество Х5 уподобим множеству выходных характеристик объекта управления [1]. Множество Y восполняет недостаток