LabVIEW et CompactRIO contrôlent un système de dépôt par faisceau d’électrons

Author(s):
Chris Tasker - Oregon State University, Department of Electrical and Computer Engineering

Industry:
Semiconductor, Research

Products:
Data Acquisition, Modular Instruments, Dynamic Signal Acquisition, LabVIEW, Distributed I/O, Real-Time, CompactRIO

The Challenge:
Mettre en oeuvre un système de contrôle et de synchronisation adapté à un processus de dépôt par faisceau d’électrons dans un laboratoire de recherches avancées sur les semi-conducteurs.

The Solution:
réer un système de contrôle haute fiabilité doté d’une interface utilisateur intuitive, en réduisant les temps de développement grâce à LabVIEW et CompactRIO de National Instruments.

Dans le cadre de notre programme avancé de recherche et de développement de matériaux à l’Université de l’État d’Oregon, notre groupe, dirigé par le Dr John Wager, mène des recherches pointues dans le développement de semiconducteurs en couches minces. Nos projets les plus récents portent sur le développement de transistors en couches minces transparents, de circuits transparents et de couches minces hautes performances basées sur des cellules solaires. Notre salle blanche pour le traitement de semiconducteurs fait partie intégrante de notre programme de développement. Cette salle est équipée d’outils tels qu’un système de projection de magnétrons RF, un système de dépôt par faisceau ionique, des évaporateurs thermiques, un système de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et un système de dépôt par faisceau électronique, ainsi que d’autres outils de traitement. Le système de dépôt
par faisceau électronique est un outil de développement utile car il nécessite le dépôt d’une quantité relativement peu importante de matériaux (cibles) et assure des vitesses de déposition élevées. Fin 2004, nous avons dû remplacer notre système de dépôt par faisceau électronique vieillissant, qui était en oeuvre depuis le début des années 1980. Nous avons ainsi conçu un nouveau système qui intègre des fonctionnalités avancées, telles qu’un faisceau électronique balayable, un chauffage du substrat autorisant des températures jusqu’à 600°C et des pressions de base avoisinant 1 x 10 -7 Tor r.


LabVIEW et CompactRIO réduisent les temps de développement
Les précédentes approches de contrôle du système de déposition s’articulaient autour de microcontrôleurs et d’ordinateurs de bureau équipés de cartes d’E/S numériques et de programmes développés en Visual Basic. En élaborant notre nouveau système de dépôt par faisceau électronique, nous avons décidé de standardiser les matériels et logiciels utilisés afin de permettre l’intégration avec de futurs outils de traitement. Le contrôleur d’automatismes programmable (PAC) CompactRIO proposait une solution intéressante pour le système de contrôle central du fait de sa nature reconfigurable et de sa facilité de programmation sous LabVIEW. CompactRIO alliait la mise en oeuvre matérielle d’algorithmes de contrôle sous la forme de FPGA et un traitement fiable avec un contrôleur temps réel embarqué. Grâce à la plate-forme CompactRIO, nous pouvons synchroniser et lire avec précision les conditions du faisceau électronique en temps réel. Nous avons également mis en oeuvre un programme de contrôle sur le PC hôte pour permettre aux utilisateurs d’accéder aux fonctionnalités de la base de données et aux informations du système temps réel.

En utilisant CompactRIO, nous pouvons développer la totalité du code en LabVIEW, ce qui est beaucoup plus facile qu’avec toutes les autres plates-formes utilisées jusque-là. Le contrôleur temps réel intégré dans CompactRIO nous permet d’exécuter nos applications de manière déterministe et garantit un niveau élevé de fiabilité et de protection, primordial dans le cadre du
contrôle/commande de matériels de traitement onéreux.


Nous avons développé l’ensemble de notre logique de contrôle en langage graphique à l’aide du module LabVIEW FPGA. Étant donné que nous avions déjà normalisé nos applications de test et mesure autour de LabVIEW, développer du code avec le module LabVIEW FPGA était très simple. Nous avons écrit, testé et débogué le FPGA et le code hôte en un mois environ, ce qui était bien plus rapide qu’avec les systèmes précédents qui étaient codés en langage assembleur ou Visual Basic.

Le résultat obtenu est un système de contrôle et de synchronisation dont les possibilités dépassent largement celles des systèmes précédents. En nous appuyant sur CompactRIO, nous avons conçu un système de contrôle très fiable, robuste et extrêmement rapide. L’une des caractéristiques les plus intéressantes de LabVIEW est que nous pouvons décider d’ajouter des
fonctionnalités, telles que le contrôle de chaleur du substrat PID, en insérant une boucle While parallèle et très peu de code. La nouvelle interface utilisateur fournit des informations et des objets de contrôle qui n’existaient pas dans le précédent système et nous avons été à même d’incorporer des caractéristiques avancées telles que des notifications par e-mail et l’enregistrement des données
dans une base Microsoft Access au sein du programme hôte.

Juin 2006

Author Information:
For more information on this Case Study, contact:
Chris Tasker
Oregon State University, Department of Electrical and Computer Engineering
3031 Kelley Engineering Center
Corvallis, OR OR 97331
US
Tel: +1 541 737-2976
Fax: +1 541 737-1300
chris@eecs.oregonstate.edu

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