Soutenance de thèse de MOHAMED KORABI

Cette thèse a pour objectif d'étudier l'optimalité des boucles de régulation dans l'industrie de fabrication des semi-conducteurs. Elles sont appelées boucles ou régulateurs Run-to-Run (R2R). Afin d'étudier leur comportement, nous avons proposé un indicateur de performance qui utilise exclusivement les données issues de l'historique de production. Cet indicateur se base sur plusieurs grandeurs qui caractérisent le comportement d'une boucle de régulation, à savoir, la dispersion de la sortie, l'écart par rapport à la cible et le nombre de mesures qui franchissent les limites de surveillance. Cet indicateur a été implémenté dans une usine de fabrication de semi-conducteur afin d'alerter les utilisateurs des boucles de régulation dans le cas où un régulateur présente un comportement sous-optimal. Une attention particulière est portée aux régulateurs ayant un comportement sous-optimal afin d'y remédier. Pour ce faire, nous étudions les interactions des boucles de régulations avec d'autres paramètres tels que les fréquences d'échantillonnage des mesures en métrolgie, le partage d'information entre les régulateurs, ainsi que l'impact de la sortie sur les processus de surveillance et de supervision. Une des particularités des industries de production par lots batch production est le coût élevé que représente la mesure en termes de temps de cycle et de baisse de cadence. C'est pourquoi, les usines de production ont tendance à réduire le nombre de mesures en utilisant différents types de stratégies d'échantillonnage. L'inconvénient est que ces stratégies ne prennent pas en compte l'impact sur les boucles de régulation. Dans cette optique, nous proposons un algorithme d'échantillonnage basé sur les besoins des régulateurs pour éviter le déclenchement des alarmes de surveillance et donc garantir une bonne qualité de production. De plus, nous accordons une importance à la non-augmentation du nombre de mesures pour ne pas surcharger la capacité dans les ateliers de métrologie. En d'autres termes, l'algorithme consiste à générer des mesures uniquement lorsque cela est nécessaire au fonctionnement souhaité du régulateur. Une partie du travail est consacrée à l'amélioration de la méthode de surveillance utilisée, en particulier dans le cas d'une modification du taux d'échantillonnage. Nous avons observé, à partir des données industrielles, que la variabilité de la sortie est liée aux changements des fréquences d'échantillonnage. De ce fait, nous proposons une méthode permettant d'estimer a priori la variance engendrée par l'introduction d'une nouvelle fréquence d'échantillonnage pour anticiper le réglage des limites de surveillance. Enfin, une étude sur le partage d'informations entre les régulateurs est réalisée afin d'améliorer les performances des boucles de régulations. En effet, chaque boucle R2R est développée pour un ensemble de contextes industriels (machine de production, produit, technologie, recette, etc.). Le but de l'étude est de grouper ces contextes pour permettre un partage du maximum d'informations à chaque cycle de production.

First, this thesis aims to study the optimality of control loops in the semiconductor manufacturing industry. These loops are called Run-to-Run loops or R2R controllers. In order to study their behaviour, we proposed a performance indicator that uses exclusively historical production data. This indicator is based on several variables that characterize the behaviour of a control loop, namely, the dispersion of the output, the deviation from the target, and the number of output measurements that exceed the monitoring limits. This indicator has been implemented in a semiconductor manufacturing plant to alert users of control loops when a controller exhibits sub-optimal behavior. Then, special attention is paid to regulators with inadequate behaviour in order to remedy this issue. To do this, we study the interactions of control loops with other parameters such as sampling frequencies, information sharing between regulators, and the impact of the output on monitoring processes. One of the characteristics of the semiconductor industry is the high cost of measurement in terms of cycle time and throughput. As a result, the manufactures aim to reduce the number of measurements by using different types of sampling strategies. The main disadvantage of these strategies is that they do not take into account the impact that this has on the control loops. With this in mind, we propose in this work a sampling algorithm based on the regulators needs. Furthermore, we attach importance to the reduction of the number of measures to avoid capacity overloading in the Metrology area. In other words, the algorithm consists in generating measurements only when it is necessary for the proper functioning of the controller. Part of the work is dedicated to the improvement of the actual monitoring method, especially in the case of a change in the sampling rate. Indeed, industrial data have shown that the output variance is impacted by a sampling rate modification. As a result, we propose a method to estimate the new variance before the introduction of a new sampling rate so that we can adapt the monitoring limits in an a priori manner. Finally, a study on information sharing between regulators is being carried out to improve the performance of control loops. Indeed, each R2R loop is developed for a set of industrial contexts (production machine, product, technology, etc.). The purpose of the study is to group these contexts to allow an exchange and, therefore, as much information as possible at each production cycle.