Сомнение 8 и его разрешение.

К оглавлению 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23 26 27 28 29 30 31 32 33
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
51 52 53 54 55

---------------------------

Представление о месте, причине и процессе возникновения

нежелательного эффекта или умеем ли мы ставить и решать научные

задачи.

Проводя занятия в народном Университете, ежегодно

рассказываю о решении некоторых научных задач, которые пришлось

решать самому.

Какого же вида эти научные задачи?

Например, инженер встречается с непонятным эффектом,

явлением в технологичских процессах, изучая виды брака при

различных обработках, выхода из строя приборов и т.д. и т.п.

Однако, по моим наблюдениям, обычно этой темой никто не

интересуется. Обычно из 40-50 человек лишь единицы проявляют

слабый интерес, остальные, что называется, "глухо" прослушают

все рекомендации, примеры, и вопрос на этом считается исчерпанным.

Почему такая незаинтересованность?

Это может быть, в первом приближении, по двум причинам:

Первая - лектор, преподаватель не смог заинтересовать

слушателей темой, не сумел привлечь их внимания, не смог дать

почувствовать вкус к неизвестному, зажечь инстинкт охотника

за незнаемым, непонятным. Между вещающим и внемлющими не

состоялось истинного взаимодействия: один отдает - остальные

берут.

Вторая причина - это слушатели. Возможны они не готовы

к восприятию такой темы, никогда не сталкивались с такими задачами,

либо ограждены так называемыми психологическими барьрами -

это не наша область деятельности, это нам не надо, и, наконец,

нам это не интересно. Сам по себе факт неприятия опыта решения

научных задач вначале меня не задевал, я к нему относился спокойно.

Но по прошествии порядка 10 лет преподавания этот вопрос меня

начал волновать: кто виновт - я или они?

Я начал вспоминать свои исследования в области полупроводников,

технологии, физики, беседы с целым рядом сотрудников, с

которыми пришлось работать, обсуждать, спорить по различным

проблемам научных задач, гипотез, результатов, и пришел

к неутешительному выводу - есть небольшое число инженеров,

которые могут зажечься, заинтересоваться прблемой до такой степени,

что эта проблема, научная задача, становится для них

частью жизни.

Есть люди, которые умеют играть в шахматы, но никогда

не играют. Почему? "Я не люблю проигрывать,- сказал один из

такой кагорты,- лучше не играть - меньше переживаний!"

Возможно, эта анология не совсем полная, но тем не менее,

многие инженеры не берутся за решение задач, боясь "проиграть" -

не решить эту задачу.

Несомненно, это предположение не единственное. Более

веское на мой взгляд, предположение заключается в отсутствии

интереса к задачам.

Ну, есть этот эффект, ну и что? Даже если мы его

обьясним - что изменится?

Если, решив техническую задачу, можно подать заявку

на предполагаемое изобретение, в крайнем случае, оформить

рационализаторское предложение, то в случае решения

научной задачи,- полагают некоторые,- можно лишь написать

статью, да ждать много лет ее публикации, если она пройдет

все рогатки, расставленные вокруг каждого журнала.

Однако, это не так. Можно привести массу примеров, из

которых можно вывести правило: решенная научная задача

сразу дает возможность улучшить технологию и конструкцию

обьекта исследования. И, более того, иногда не удается

сразу обьяснить эффект, а как его использовать /или избежать/ -

удается.

Небольшой пример.

При обработке пластин кремния было выявлено, что если

поверхности пластин обработаны различно - одна шлифованная,

другая - полированная - то пластинки деформируются, причем

всегда более грубо обработанная сторона - выгнутая /10/. Рис.2

К сожалению, мы не смогли обьяснить этот эффект сразу,

как только его обнаружили, но зато сразу предложили и

реализовали два решения: обрабатывать обе поверхности

одинаково и одновременную двухстороннюю обработку платин.

Позднее нам удалось обьяснить этот эффект, который

для стеклянных пластин был обнаружен Твайманом, и получил

название "эффект Тваймана"..

Другое предположение, которое можно высказать по поводу

нежеланиярешать задачи - это нежелание заставлять себя

думать! Об этом говорил еще Г.Форд. И последнее: каждый,

наверное, сталкивался с такой ситуацией; когда начинаешь решать

задачу, то, действительно, ей уделяется в жизни большое

значение - и дома и на работе.

То есть, она захватывает решающего и не отпускает. А это

ведь не всем нравится. Надо вникать, знакомиться с новыми для

себя разделами науки, думать, думать...

Ища виноватых, признаем, что виноваты обе стороны - и

преподавтель, и слушатель.

Можно ли хоть как-то поправить это дело? Несомненно.

Но прежде отметим,- из опыта работы выяснено, что

движущей силой для решения научных задач могут быть:

- просто интерес - узнать, понять, выяснить.

- доказать окружающим: вот какой я! Я могу, а вы - нет!

/Завоевание лидерства, признанного лидерства/.

- боязнь. Вы поставлены в такие обстоятельства, что

необходимо срочно решение. От решения зависит ваше положение,

если хотите,- судьба, благосостояние и т.д.

- злость. Вас злит, что обьяснение эффекту или явлению, с

вашей точки зрения дано глупое, наверное, и вы в порыве злости,

принимаетесь за решение и находите его.

- доверие, уважение. Вам поручают, доверяют работу,

сопровождая поручение словами:"Только вы и сможете это

сделать!"

- оказать помощь. Вы видите, что люди не могу найти выход, Вам

хочется им помочь, и Вы находите решение.

- продемонстрировать окружающим, что они тоже могут.

Удовлетворить свое тщеславие произведенным эффектом, показать

фокус зрителям или зрителю.

- сомнение, "Вы должны постоянно сомневаться и проверять себя",-

говорил И.П.Павлов. Сомнения, сомнения...

Ниже мы приведем на каждый пример ситуацию, а пока рассмотрим,

какие есть подходы к решению задач, если стимул сработал...

Некоторые ученые говорят и настаивают на том, что обучить

решению научных задач нельзя. Почему? Они отстаивают точку

зрения о неповторяемости задач. Если для одной задачи найден

подход, метод, то он не может быть использован для другой

задачи. Он будет неэффективен, либо вообще неприложим, то

есть для каждой задачи должна быть своя мелодия, своя

партитура. Так, например, утверждает известный физик

Р.Фейнберг.

Однако, такой подход - одна половина, одна противоположность.

Он не позитивен, не дает возможности ожидать, надеяться, он

неинструментален. Более прогрессивен, по нашему мнению, Н.Бор,

который высказал, как об этом уже говорилось, прекрасную мысль,

рекомендацию, которую можно сформулировать достаточно кратко -

делай противоположный эксперемент!

После того, как эта идея овладела нами, все работы

проводились с ее учетом. Мне приходилось решать научные

задачи, и обычно они требовали громадных усилий и

многочисленных эксперементов, и никогда не было уверенности,

что я действую правильно. Ведь надо было не только мне

самому понять, но и убедить других в правильности полученного

решения. А это, оказывается, не просто!

Прежде чем перейти к изложению решения задач, посмотрим,

как решают задачи такого вида.

1. Возникновение задачи.

В процессе работы в технологии, либо в других каких-либо процессах,

возникает результат, не соответствующий нашим представлениям,

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

материалы, имеющиеся у других сотрудников по решаемой задаче.

2.Сформулировать пртиворечие, указав, почему не может быть,

с нашей точки зрения, получен результат.

3.Составить модель процесса, рассматриваемого эффекта.

Нарисовать все, что можно, и под разными углами зрения.

4.Выдвинуть гипотезу - почему такой результат получается.

5. Наметить и провести противоположные эксперементы на

доказательство или опровержение гипотезы.

6.Рассмотреть возможность определения параметров, характеристик

процессов, в зависимости, например, от геомтрических

размеров, изменения окружающей среды и т.д. Построить

графики.

7.Если есть возможность, провести качественную оценку

эффекта, а затем - количественную.

8.Не упускать из вида литературные источники, перечитывать

их, обсуждать с сотрудниками гипотезы, модели, результаты.

9.Если есть два результата эксперементов, выдвинуть гипотезу,

удовлетворяющую обоим результатам, учитывая все известное

об эффекте, явлении.

10.Выбрать и провести третий, решающий эксперемент,

подтверждающий или опровергающий гипотезу.

Эксперемент должен быть изящным. Желательно, чтобы его результаты

были наглядными и красивыми.

11.Важно самому проверять, учавствовать в проведении

эксперементов. Верить можно только себе.

Сделаем вывод: 1

Однажды я искал три месяца причину брака. Оказалось, что

работница получает брак, а в сопроводительный лист записывает

готовую продукцию, годные параметры.

Только после того, как я сам проверил совместно процесс,

я увидел вопиющую безалаберность, безграмотность, боязнь

записать правдивую информацию. Работнице не платили за брак,

а она не хотела сознаваться в нем, так как делала все,

как обычно. При чина же была в том, что увеличив производительность,

не посмотрели на правильность проведения операции.

Сделаем вывод: 2

Если потренироваться в решении научных, технологических

задач, вполне возможно их решать значительно быстрее.

Перейдем к очередному сомнению.