PI/O Analyzer System
저자: 김진일 책임
소속: 동경엘렉트론코리아(주)
제공: 한국내쇼날인스트루먼트

어플리케이션 요약
반도체 공정 라인에는 FOUP(Wafer를 저장하는 수납 장치)를 자동으로 반송하는 물류 자동 반송 시스템이 있다. 이 시스템을 운용하기 위해서는 PI/O(Parallel Input Output)라고 하는 광통신을 반도체 설비와 물류 반송 시스템이 행하고 있다. 이때 PI/O통신 도중에 문제가 발생하게 되면 어느 쪽에 기인되어 문제가 발생한 것인지 판단하기 어려워 반도체 설비 메이커와 고객과의 시비가 엇갈리는 문제가 자주 대두됐다. 이러한 문제를 해결하고자 반도체 설비와 물류 자동 반송 시스템의 사이에 PI/O Analyzer System을 설치하여 양쪽 간에 통신 되어지는 모든 신호(광 Signal)를 취득해 양 사 간에 문제가 발생했을 경우 어느 쪽에서 일어난 문제인지를 판단할 수 있는 시스템으로 사용하게 된다.

NI 솔루션이 채택된 이유
·빠르고 신뢰성 있는 신호 취득 가능 (20msec까지 신뢰 보장)
·CE 인증 등 해외로 제품 수출 시 안전성 및 신뢰성 확보

사용한 컴퓨터와 OS
·Desktop PC
·Windows XP Professional SP3
·Microsoft .NET Framework

NI 제품명
·H/W제품명: Single-Board RIO 9602 400MHz Controller & 2M Gate FPGA

해결 과제
처음 시스템을 설계할 때 NI사의 시스템을 사용하지 않고 H/W을 개발하는 외주 업체의 Signal 취득을 행하는 Board을 사용했다. 이 Board를 사용할 경우에 광통신 신호가 아주 짧은 이루어질 경우에는 Board에서 해당 신호를 취득하지 못하는 문제가 발생하여 데이터유실을 유발했다(50msec 이하의 신호가 다량 들어왔을 경우에 데이터 유실 발생).
이러한 문제점을 해결하기 위해서 NI사의 DAQ Board를 통해서 아주 짧은 시간에 광통신이 행해졌을 경우에도 데이터유실이 발생하지 않도록 설계되어 있는 Board를 사용하였고, 실제 현장에서 발생할 수 있는 짧은 시간 내에 다량의 광통신이 이루어지는 신호를 모두 취득할 수 있도록 했다. NI사 DAQ Board를 사용함으로써 기존 50msec이하에서 취득하지 못한 신호를 10msec에서도 취득할 수 있는 시스템으로 설계하게 되어 데이터유실 문제를 해결했다.

솔루션
PI/O Analyzer System에서 가장 핵심 기술 중 하나는 반도체 설비와 물류 자동 반송 시스템 간에 광통신이 행해지는 PI/O신호를 유실 없이 얼마나 잘 취득하는가 하는 점이다.
하지만, 최초 프로토타입을 제작할 당시에는 H/W외주 업체에서 제작한 DAQ Board를 사용하여 테스트해 본 결과 50msec 이하에서는 신호를 모두 취득하지 못하는 문제점을 발견했다. 실제 사용자 응용 프로그램에서는 유실된 신호에 대하여 Logging 작업이 행해지지 않음으로써 GUI상에서도 그래프로 표현할 경우에 그래프가 끊어지는 문제점이 발견됐다
이러한 근본적인 문제점을 해결하기 위해서는 최하위의 광신호를 정확하게 그리고 신뢰성 있게 취득할 수 있는 DAQ Board가 필요했으며 이를 해결하기 위해 NI사의 Single-Board RIO 9602 400MHz Board를 채택하게 됐다. 이를 사용해 실제 10msec까지의 Transaction이 이루어지는 모든 신호를 취득할 수 있어 사용자 응용 프로그램에서도 정상적으로 그래프 표현이 이루어졌고 문제점이 해결됐다.

본론

전체 시스템 구성도

그림1. PIO Analyzer 전체 시스템 구성

그림2. PI/O Analyzer 제품 외형

NI LabVIEW FPGA

그림3. PIO 데이터취득 알고리즘

NI LabVIEW Real-Time Program

그림4. RT 알고리즘

NI LabVIEW RT 유저 인터페이스

그림5. 데이터 확인을 위한 유저 인터페이스

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
관련 H/W업체에서 사용한 DAQ Boardfmf 이용해 프로토타입을 제작할 경우 다량의 신호를 아주 짧은 시간에 취득할 수 있는 Board를 제작하려면 상당한 개발 기간이 소요됐다. 하지만 NI의 Single-Board RIO 9602는 기성품으로서, 전체적인 시스템을 구성하는데 있어 핵심 기술과 관련된 제품을 바로 사용할 수 있었기에 제품 개발 기간을 단축 할 수 있었다. 또한, 고객의 통신 문제해결 요구에 빠르게 부응하여 고객 만족을 높일 수 있었다.