LabVIEW contrôle et supervise les équipements en salle blanche et

LabVIEW contrôle et supervise les équipements en salle blanche et permet de les intégrer
dans une architecture CIM
"Plusieurs dizaines de systèmes ont été installés et
sont utilisés 24H/24 en production sur toutes les
équipes."
- Francis TOUZERY, Freescale Semiconducteurs France SAS (www.freescale.com)
L'objectif :
Améliorer la productivité par une simplification des tâches opérateur et la qualité de production par la suppression des pertes de plaquettes pour
cause d'erreur humaine et par une collecte et un traitement SPC de paramètres procédés critiques.
La solution :
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Utiliser un calculateur PC standard et développer un superviseur LabVIEW avec interface opérateur simplifiée dialoguant par communication
numérique série, USB ou TCP/IP avec des automates programmables industriels, modules d'acquisition ou équipements spécifiques de production
ou de mesure.
Auteur(s) :
Francis TOUZERY - Freescale Semiconducteurs France SAS (www.freescale.com)
Freescale Toulouse, site le plus important d’Europe, assure la fabrication de semiconducteurs destinés aux marchés de l’automobile, des réseaux et de la
téléphonie. La production est effectuée dans une unité salle blanche classe 10 de 5000 m 2 en technologies de puissance.
Les équipements de production sont très hétérogènes, de conception américaine, asiatique ou européenne. Ils utilisent des principes physiques très
variés et présentent souvent des pupitres de commande très sophistiqués.
Les utilisateurs de ces équipements sont à la fois les opérateurs de production, les ingénieurs responsables des procédés de fabrication et les techniciens
de maintenance. Une des tâches principales d’un opérateur de production consiste à effectuer le lancement du procédé d’un lot (cassette de 24
plaquettes silicium de 6 pouces de diamètre). Pour cela, il doit effectuer une configuration de l’équipement et de la recette de fabrication décrite par le
système centralisé GPAO en fonction du lot et de l’étape de fabrication en cours. Ce n’est qu’ensuite qu’il peut démarrer le cycle après avoir effectué le
chargement manuel du lot sur l’équipement.
Un besoin très fort a toujours existé de simplifier l’interface opérateur sur les équipements avec un contrôle automatique strict autorisant un lancement
des cycles de production. Le but est d’éviter les erreurs humaines et leurs conséquences en termes de coût et de non-qualité en contrôlant à la fois des
paramètres du Lot, de la Recette et de la Configuration Équipement.
Il faut savoir que le coût de la perte d’un lot de 24 plaquettes pour cause d’une simple erreur de recette est équivalent à celui d’une voiture neuve.
Un autre besoin important a concerné le contrôle, le suivi et la surveillance du procédé de fabrication lorsqu’il ne peut être assuré par l’équipement
d’origine.
Système de contrôle et supervision d'équipement
La réponse à de tels besoins est l’implémentation d’un système de contrôle et supervision de procédé propre à un type d’équipement. Le but d'un tel
système est de réaliser de nouvelles fonctions concernant l'équipement de production ou son environnement et ne pouvant pas être réalisées avec les
systèmes existants :
Contrôle anti-erreur de différents paramètres (Lot, Recette, Étape Procédé, Points de Consigne...) avant Start
Contrôle et/ou Gestion Configuration Équipement
Statut Procédé et Équipement Temps Réel
Gestion Alarmes, Événements
Suivi Graphique Paramètres Équipement, Suivi de Tendances
Collecte de Données durant les cycles Procédé, Génération Historiques Datalogs
Surveillance des dérives Procédé avec gestion Warnings, Aborts
Génération d'historiques des Cycles, Lots, Événements, Alarmes, Taux d'utilisation, Interventions Maintenance
Analyse et Traitement Données collectées (SPC, OEE...)
Gestion Compteurs de Cycles, de Temps, de Consommation Produits pour Préventives
Edition et Gestion des Recettes Procédé utilisées sur l'équipement
Téléchargement de Recettes Procédé vers l'équipement
Interface de Dialogue Homme-Machine Spécifique.
Communiquer avec des équipements hétérogènes
La difficulté majeure d’implémentation d’un tel système réside dans l’accès aux informations dans l’équipement.
Cet accès peut dépendre de la version logicielle de l’équipement, de la présence ou non d’option matérielle ou logicielle, de la disponibilité d’un descriptif
technique.
Chaque type d’équipement semiconducteur possède un automatisme spécifique et un protocole de communication spécifique. Cette communication est le
plus souvent effectuée sur port série avec un format propriétaire.
Elle peut aussi être de type Modbus Série ou Modbus TCP pour les équipements pilotés par des automates programmables industriels. C’est le cas
d’automate standard du marché qui remplace un contrôleur d’équipement obsolète ou qui gère de nouvelles fonctions dans l’environnement de
l’équipement. Elle peut être de type SECS/GEM (Semiconductor Equipment Communication Standard/Generic Equipment Model) pour les équipements
nouvelle génération spécifiques semiconducteur souvent avec une grosse partie propre au fabricant.
Mise en œuvre
Le choix de LabVIEW comme outil de développement de tels systèmes a été effectué il y a déjà 15 ans et largement confirmé depuis. LabVIEW est en
effet très bien adapté au besoin car il permet à la fois :
une génération Interface Dialogue Utilisateur Graphique et Convivial
une génération Interface Dialogue Equipement Spécifique Performant
hiérarchie et modularité des applications
une documentation intégrée
une réutilisation de tout bloc programme existant
un temps de développement et de test plus court
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Ce système est réalisé avec un calculateur PC standard dialoguant avec un ou plusieurs équipements avec les protocoles de communication suivants :
Protocole spécifique port série développé en fonction des besoins de chaque nouveau type d’équipement
Modbus : un driver de communication Modbus série a déjà été développé et implémenté à une période où LabVIEW n’était pas encore utilisé en
automatisation ; Modbus TCP a été largement utilisé et déployé depuis avec une facilité de mise en œuvre sur réseau d’entreprise Ethernet
SECS/GEM : un driver de communication a été développé pour cela il y a déjà plus de 10 ans et enrichi régulièrement sur de nouveaux types
d’équipement et réutilisé à volonté depuis (le driver concernant ce protocole très lourd peut à lui seul représenter plus de 200 VIs).
L’application finalisée se résume à un fichier exécutable associé à un fichier de configuration, un fichier texte historique chronologique et divers fichiers
historiques, de collection de données, de recettes en fonction des besoins.
Intégration dans une architecture CIM
Un projet de grande envergure en cours consistait à bâtir une architecture CIM qui permette d’interfacer notre outil centralisé GPAO avec tous les
équipements de production. Le but essentiel était une sélection et un téléchargement recette automatique dans l'équipement depuis GPAO. Dans ce
cadre, la communication s’effectuait en SECS/GEM entre un outil logiciel sous UNIX et les équipements. Seuls les équipements respectant le protocole
normalisé SECS/GEM pouvaient être connectés.
Le driver LabVIEW de communication SECS/GEM de base permettait la communication entre un PC superviseur considéré comme hôte avec des
équipements. Ce driver a été récemment complété pour permettre la communication entre le superviseur considéré comme équipement vers un hôte de
niveau supérieur. Ceci à travers le réseau d’entreprise Ethernet par l’utilisation de port série TCP virtuel géré par fonctions VISA sous LabVIEW.
Cela a permis d'intégrer à bas coût de nombreux équipements de production disposant déjà de superviseurs LabVIEW dans une architecture CIM. Cela a
pu concerner des dizaines d’équipements de génération ancienne ou ne disposant pas de l’option de communication SECS/GEM.
Conclusion
Plusieurs dizaines de systèmes de ce type ont été installés et sont utilisés 24H/24 en production sur toutes les équipes. Ils ont toujours permis une bonne
adaptation à nos besoins spécifiques qui évoluent sans cesse. Certains ont suivi les changements de système d’exploitation (Windows 3.1, NT, 2000, XP)
et de version LabVIEW (3.1, 5.0, 6.1,8.5).
Dans certains cas, un tel système associé à un développement d'automatisme complet a pu prolonger la durée de vie d'équipements obsolètes évitant
des investissements importants d'achats d'équipements nouvelle génération.
Dans tous les cas, le but final a été une meilleure utilisation de nos équipements avec une interface Homme-Machine conviviale permettant d'améliorer la
productivité, la qualité, les coûts, le temps de cycle, la sécurité...
L'association de LabVIEW, d’une bonne maîtrise de la communication équipement et d’un automatisme standard a donc été la clé d'une bonne maîtrise
du contrôle et de la supervision de procédé.
La connectivité de LabVIEW et d’automatismes standards associés a même permis d’intégrer ces systèmes de supervision ainsi que de nombreux
équipements par défaut non connectables dans une architecture globale CIM.
Informations sur l'auteur :
Francis TOUZERY
Freescale Semiconducteurs France SAS (www.freescale.com)
134 Avenue de G. Eisenhower - BP 72329
31023 TOULOUSE Cedex 1
France
Tél : + 33 5 61 19 90 72
[email protected] (mailto:[email protected])
Dans cet exemple de dépôt Chrome Argent, l'interface opérateur de lancement du cycle procédé (Face-avant Armoire et Écran GPAO) présentait trop de risques
d'erreur et devait être simplifié.
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Une architecture CIM avec automate et supervision LabVIEW, par une sélection recette et configuration automatiques depuis GPAO, a réduit cette interface à une
simple saisie code barre des lots à lancer.
La collecte de paramètres critiques durant le cycle procédé a permis un traitement SPC avec détection automatique de dérive et un ajustage automatique de points
de consigne pour les cycles suivants.
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Législation
Cet article a été rédigé par un utilisateur de National Instruments ("NI"). IL EST FOURNI "EN L'ÉTAT" SANS AUCUNE GARANTIE ET EST SOUMIS À CERTAINES
RESTRICTIONS COMME PLUS SPÉCIFIQUEMENT DÉTERMINÉES DANS LES CONDITIONS D'UTILISATION DE NI.COM (
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