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ウェハー製造における装置・通信・リーダーシップ
長年にわたり、半導体デバイスが主にシリコン基板上で製造される半導体業界のウェーハ製造施設では、生産設備のほぼ100％においてGEM規格が普遍的に採用され義務付けられてきた。これには、フロントエンド・オブ・ライン（FEOL：デバイス形成）およびバックエンド・オブ・ライン（BEOL：デバイス相互接続）プロセスの全領域と、それらを支援する設備が含まれる。 ほとんどの装置では、追加のSEMI規格群も実装されている。これらは「GEM 300」通信規格と呼ばれることが多い。その制定と採用が最初の300mmウェーハ製造と時期を同じくしたためである。興味深いことに、これらの規格には特定のウェーハサイズに固有の機能は一切含まれていない。
GEM規格とGEM 300規格の組み合わせにより、業界はミクロンがこの動画で実証しているように、またグローバルファウンドリーズがこの動画で実証しているように、完全自動化された工場で基板を処理することが可能になりました。
具体的には、GEM 300規格は、製造プロセス全体における以下の重要な工程を管理するために使用されます：
- 装置における自動搬送装置による搬入・搬出
- ロードポートの追跡と設定
- キャリアIDおよびキャリア内容（スロットマップ）の検証
- レシピが特定の材料に割り当てられるジョブ実行
- リモート制御によるジョブ開始および危機的状況への対応（例：処理の一時停止、停止、または中止）
- 処理後の材料の仕分け先割り当て
- 装置内における材料の位置の精密な追跡と状態の監視
- 処理ステップの進捗状況報告
- 総合設備効率（OEE）の監視
さらに、GEM規格は以下を可能にします
- 統計的工程管理など、数多くのデータ分析アプリケーションに供給するための独自の設備データの収集
- 機器専用リモコン
- 故障検出のための警報報告
- 画面上のテキストを介した機器操作者／技術者とのやり取り
- 通信障害時の貴重なデータの保存
半導体後工程プロセス産業は主導に従う
ウエハー加工が完了すると、ウエハーはパッケージング、アセンブリ、テストを行う半導体バックエンド製造施設へ出荷される。従来、この業界セグメントではGEMおよびGEM 300が散発的に使用されてきたが、普遍的ではなかった。この状況は今、変わりつつある。
北米では、SEMIが「先進的バックエンド工場統合（ABFI）」と称する新たなタスクフォースを設立し、この産業分野におけるより強固な自動化機能の導入を組織化し促進している。この目的のため、同タスクフォースはバンプ形成、ウェーハテスト、シングレーション、ダイアタッチ、ワイヤボンディング、パッケージング、マーキング、最終テスト、最終組立などのプロセスを含むバックエンド装置におけるGEMおよびGEM 300のサポート定義を担当している。 タスクフォースは最優先課題として、SEMI E142規格（基板マッピング）の更新に注力し、単一デバイス追跡に必要な追加データを報告できるようウェーハマップを強化しました。近くタスクフォースは焦点を移し、GEMおよびGEM 300のバックエンドにおけるユースケースと採用を明確に定義する予定です。
なぜGEMなのか？
GEMが選ばれた理由はいくつかあります。
- 業界の多くの機器には既にGEMインターフェースが搭載されている。
- GEMは、あらゆるデータ収集用途に適した2つの主要なデータ収集形式を提供します。これには、工場が任意の頻度で選択した変数を収集できるトレースレポートを用いた機器およびプロセス状態情報のポーリングが含まれます。さらに、収集イベントレポートにより、工場システムは関心のある収集イベントのみの通知を購読し、各収集イベントで報告するデータを指定することが可能となります。
- ほとんどの機器サプライヤーは、バックエンド機器へのGEM実装、あるいは自社フロントエンド機器へのGEM実装のいずれかの経験を有している。
- 工場は、半導体製造工程の前工程施設から経験豊富な技術者を後工程へ異動させ、後工程の自動化を推進することを具体的な目標とすることができる。
- GEMはあらゆる種類の製造設備をサポートする柔軟性を実証しています。GEMはあらゆる種類の設備に実装可能であり、遠隔監視と制御をサポートします。
- GEMは高効率なプロトコルであり、購読されているデータのみを、計算リソースとネットワークリソースを最小化するバイナリ形式で公開します。
- GEMは自己記述型です。機器のGEMインターフェースに接続し、有用なデータを収集するのにほとんど時間がかかりません。
- GEMは、特別な機能をサポートする必要がある場合でも、機器の制御に使用できます。例えば、工場が機器を最適な状態で稼働させるために定期的な校正や清掃をいつ実施すべきかを判断できるように、カスタムGEMリモートコマンドを提供することは容易です。
総合設備効率追跡の改善
ABFIタスクフォースは既にSEMI E116規格（装置性能追跡仕様、EPT）への変更案を提案している。EPTはGEMインターフェース上で実装可能な複数の規格の一つであり、GEMメッセージセットを超える標準化された性能監視機能を提供する。本規格は既に、装置および装置内のモジュールがアイドル状態、ビジー状態、ブロック状態にある際の報告を可能としている。 モジュールとは、ロードポート、ロボット、コンベア、プロセスチャンバーなどを指します。BUSY状態時には、本規格は機器またはモジュールが実行中の動作内容を報告することを要求します。BLOCKED状態時には、本規格は機器またはモジュールがBLOCKED状態にある理由を報告することを要求します。
バックエンド産業セグメントの要件を分析した結果、タスクフォースはEPT規格の採用と強化を決定した。例えば現行のEPT規格では、計画停止と非計画停止の区別がされていない。しかしE116規格に若干の変更を加えることで、工場が設備に計画停止を通知できるようになり、工場全体の設備総合効率（OEE）を追跡し、それに応じて対応する能力が大幅に向上する。
今後の追加研究
GEM 300規格の多くは、適用可能かつ有益な場合、一部のバックエンド装置にも適用できます。タスクフォースは、これらの判断を行うための具体的な機能要件と評価基準を定義し、その結果として得られた推奨事項を新規格として公表する予定です。複数の先進的なバックエンド工場の代表者は既にこの作業に深く関与していますが、さらなる参加は常に歓迎されます。