半導体バックエンドプロセス：選択的GEM300導入

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GEMおよびGEM300の導入

以前のブログ では、北米のSEMIタスクフォース「Advanced Back End Factory Integration（ABFI）」がGEM規格の採用推進を既に決定していることを共有しました 。 本ブログでは、同タスクフォースが「GEM300」と呼ばれる一連の規格についても選択的に採用を計画している点を説明します。「計画中」と表現したのは、現在進行中の作業であり、参加者の合意形成を目指す標準化プロセスを経る必要があるためです。ただし、GEM300規格は既に複数の主要半導体バックエンド装置メーカーに採用されていることから、この計画に特に異論は出ないでしょう。

GEM300基準とは何ですか？

公式な「GEM300」の定義は存在しないが、最低限、すべての専門家が合意しているのは、GEM300のSEMI規格セットには以下が含まれるという点である：

このように一覧表でまとめて見ると、学習すべき内容が膨大に感じられ、確かに気が遠くなるほどです。しかし重要なのは、主要規格（E87やE90など）のほとんどには、SECS-IIを用いた規格の実装方法を定義する下位規格（E87.1やE90.1など）が存在することです。 これによりリストの長さはほぼ倍増しますが、これらの「.1」規格は本質的に主要規格の拡張版であり、いずれも比較的短い仕様書です。各コアGEM300規格は、特定の工場自動化要件や生産運用シナリオを実現するために、GEM規格をどのように使用・拡張するかを具体的に定義しています。基本的に、これらは次のように連携して機能します：

SEMI E37（高速SECSメッセージングサービス）、E5（SECS-II）、およびE30（GEM）は、GEM300の追加機能の有無にかかわらず、あらゆる現代的なGEM実装の中核となる規格であるため、当然適用される。 追加のGEM300規格はそれぞれ、E30およびE5を基盤として構築され、データ収集、アラーム処理、収集イベント報告、メッセージングライブラリに関する汎用機能を定義します。例えば、E87（キャリア管理）はロードポートサービス、キャリア搬送、キャリア除去を扱います。E90（基板追跡）はキャリアからプロセスチャンバーへの基板移動および中間移動をすべて報告します。 E40（プロセス管理）とE94（制御ジョブ管理）は、処理対象の基板、使用するレシピ、基板の行き先を決定します。最後に、E39（オブジェクトサービス）は、すべての規格における一般的なオブジェクト処理を定義します。

図にはシリコンウェーハが示されているが（半導体前工程工場ではこのGEM300規格セットがほぼ普遍的に使用されているため）、その適用範囲は300mmシリコンウェーハ加工をはるかに超える。ただし、装置が基板（材料）や基板搬送を直接扱わない場合は、GEM300ではなくGEMのみを実装するのが最善である。

これらのSEMI規格を他の装置に適用するにはどうすればよいですか？

E87 キャリア管理

確かに、シリコンウェーハを保持するFOUP（フロント開口ユニバーサルポッド）を扱うあらゆる装置は、E87キャリア管理を採用してロードポートとキャリアの検証を管理できます。しかしE87キャリア管理は、他の多くの種類の材料を扱う装置でも採用できるほど柔軟な方法で記述されています。以下がその基準です：

1. 1. 材料は何らかの容器で到着する。容器の形状、スロットの数、スロットの向きは問題ではない。容器はポケット付きの長方形のトレイでもよい。ポケット付きの円形でもよい。E87キャリア管理では、これらの容器をキャリアと呼ぶ。
   2. コンテナ内の材料スロットは順序付けが可能です。FOUPでは材料は水平積層配置となります。ただし、E87キャリア管理の原則は他の材料配置にも適用可能です。コンテナタイプにかかわらず、明確に定義されたスロット番号付けが必要です。E87キャリア管理は積層コンテナの順序のみを定義するため、他のコンテナスタイルには標準化が必要です。

これらの2つの基準により、E87キャリア管理は工場自動化のレベル向上を支援することで、設備に付加価値をもたらすことが可能です。

E87キャリア管理の導入可否を決定する要素は何ですか？

1. 1. 運送業者（コンテナ）ID
      何らかの運送業者IDが存在する場合、運送業者IDの検証を実装する上で当然非常に有用である。運送業者IDはバーコードまたはその他の識別子でよい。しかし運送業者IDが存在しない場合（バーコードでも十分である）でも、リモート制御下ではホストが運送業者にIDを割り当てることができる。あるいは、ローカル制御下では機器ソフトウェアが一意の運送業者IDを生成することも可能である。
   2. キャリア（コンテナ）IDリーダー
      E87 キャリア管理では、機器ユニットにキャリアIDリーダーが搭載されていない可能性を想定しています。また、キャリアIDリーダーが故障中または欠陥品である可能性も想定しており、その場合は無視すべきです。キャリアIDリーダーがない場合、正しいコンテナが到着したことを確認する利点を得られません。
   3. コンテナのスロット数
      シリコンウェーハ用の標準的なFOUPには25個のスロットがあります。ただし、コンテナ内のスロット数に制限はありません。

E87キャリア管理はどのような場合に適用できないのか？

E87キャリア管理を適用するには、材料が何らかのコンテナで到着および／または出発する必要があります。コンベア上のようにコンテナなしで材料が連続的に到着・出発する場合、E87キャリア管理が管理するコンテナや積載ポートが存在しません。もちろん、E87やその他のGEM300規格なしでもGEMは適用可能ですが、E90基板追跡は依然として有用である可能性があります。

E87キャリア管理を利用することの利点は何ですか？

E87キャリア管理は、これを採用できるあらゆる機器に多くの利点をもたらします。

• 正しいコンテナが設備に到着したことを確認
• コンテナ内の各位置に所定の材料が配置されていることの確認
• 現在の荷役ポートの状態（例：使用中、荷卸し準備完了、荷積み準備完了）を報告する
• 負荷ポートの稼働停止および再開（例：保守点検や修理のため）
• コンテナが到着する際に機器に通知する
• コンテナストレージの管理
• コンテナ内の材料の処理がほぼ完了した時点での報告
• 積込港識別
• 基質IDの割り当て

E90 基板追跡

「基板」という用語はシリコンウェーハに限定されず、あらゆる種類の製品材料に適用される。この基板用語の一般化により、E90基板追跡は多種多様な装置に適用可能である。

通常、基板追跡は固定基板位置（コンテナのスロット、プレアライナー内の特定位置、ロボットアームのエンドエフェクタ、特定プロセスチャンバーなど）に基づいて考慮される。しかし、シリコンウェーハを扱うロボットが複数基板を扱うために複数のアームを持つのと同様に、コンベアも同様に複数の基板位置を持つようにモデル化できる。 例えば、コンベアが一度に50個の小型基板を保持できる場合、高精度な材料追跡のために50個の基板位置でモデル化できる。これにより、E90を使用してコンベア上にある基板を追跡することが可能となる。各基板がコンベアに配置された時刻を利用することで、コンベア上の材料の順序を推測できる。

E90基板追跡システムは基板IDの検証機能も提供します。これは基板にバーコードや2次元データマトリックスなどの識別コードが読み取れる状態で存在し、かつ装置側に識別コードを読み取るハードウェアが装備されている場合にのみ可能です。両条件が満たされることで、基板ID検証により工場は加工前の各基板を確認でき、それにより廃棄物を削減できます。

装置が内部で任意の容器を用いて複数の材料単位を輸送・処理する場合、これをバッチ処理と呼ぶ。E90基板追跡システムも、バッチ位置の特定とバッチ移動に特化したデータ収集機能を提供することで、この手法をサポートする。

E90基材追跡はどのような場合に適用できないのか？

E90基板追跡機能を利用するには、装置に少なくとも2つの基板設置位置が備わっており、何らかの基板に対応している必要があります。これらが満たされない場合、E90基板追跡機能を実装するメリットはありません。

E90基材追跡を使用する利点は何ですか？

E90基板追跡システムは、材料を扱うあらゆる装置に多くの利点を提供します。

• 基板移動の履歴を提供し、各位置変更のタイムスタンプを含む
• 基質の同定
• 基板位置の特定
• 工場基板検証（無効基板の自動排除を含む）
• 各基板の処理状況を提供
• 紛失基板の仮想基板追跡の実装

E40 処理管理

E40 プロセス管理は、処理対象の材料リストと使用するレシピ名を作成します。シリコンウェーハ基板を使用する場合、このリストはキャリアIDとスロット番号のセット、または基板IDのリストのいずれかの形式となります。

E40処理管理はどのような場合に適用できないのか？

装置が事前に特定・識別された個別の材料セットを持たずに材料を連続処理する場合、E40 プロセス管理を適用できません。E40 プロセス管理は、処理対象となる特定の材料セットが存在することを前提としています。各基板が到着順に単純に処理される場合、GEM の PP-SELECT リモートコマンドを使用して適切なレシピを選択する方が適切です。

E40プロセッシング管理を使用するメリットは何ですか？

E40処理管理は、装置に適用できる場合に複数の利点を提供します：

• 特定の材料セットを特定のレシピで処理するよう、装置を簡単に設定できます。例えば、20枚の基板をすべて同じレシピで処理することも、それぞれ異なるレシピで処理することも可能です。
• 選択したレシピ内の特定のデフォルト設定を新しい値で上書きできるプロセス調整をサポートします。これにより、ほぼ同一のレシピを大量に作成するよりもはるかに容易になります。

E94 コントロールジョブ管理

E40 処理管理は単独で使用可能ですが、通常は E94 コントロールジョブ管理と組み合わせて実装されます。両方の実装をお勧めします。コントロールジョブ管理の追加機能をすべて必要としない場合でも、オーバーヘッドはごくわずかで、使いやすいためです。

E94制御ジョブ管理はどのような場合に適用できないのか？

E94 コントロール・ジョブ管理は、その主要機能が E40 プロセス・ジョブの管理であるため、E40 処理管理なしでは使用できません。したがって、その適用可能性は E40 処理管理と同じ基準に従います。

E94 コントロール ジョブ管理を使用する利点は何ですか？

E94制御ジョブ管理には、特定の機器に有益な機能があります：

• 材料をある容器で搬入し、別の容器で搬出することを可能にします。これは、プロセスによる影響から供給元の容器を汚染から守る必要がある場合に有益です。
• 材料を特定の基準に基づいて選別することを可能にします。これは、検査やその他の条件に基づいて選別が行われ、選別結果に応じて材料が異なる目的地のコンテナに振り分けられる場合に有益です。
• 一連のプロセスジョブを管理します。例えば、すべてのプロセスジョブを中止、一時停止、または再開できます。

これらすべてがバックエンド業界セグメントにどのように適用されるのか？

工場はGEM300のメリットを享受するかどうかを判断する必要があります。E90基板追跡はほとんどの装置に適用可能ですが、E87キャリア管理、E40プロセス管理、E94制御ジョブ管理は、コンテナ内の材料を搬入および/または搬出する装置にのみ適用されます。 各規格の機能自体は目立たないかもしれないが、重要なのはこれらの機能が標準化された方法で実装されている点である。世界中の多くの装置メーカーとその工場顧客が、この標準に従うことに合意している——これこそが真に驚くべきことなのである。

GEM300規格の主な利点の一つは、工場が材料を装置に移動させ、任意の順序で処理できる点である。「処理」という用語は、材料の変形に加え、検査、計測、選別、試験、包装、その他の製造活動もすべて処理の一種であるという理解のもと、非常に広義に用いられている。 材料はあらゆる装置間を移動可能である。この柔軟性が現代の集積回路製造の成功の鍵となる。装置の移動やコンベアの設置なしに多様な製品を製造できる。プロセス工程を随時追加・削除できる。同一の検査・計測装置を任意の工程の前後で使用できるため、それらの最適活用を可能とする。GEM300規格はこの柔軟性を直接的に支えている。

SEMIアドバンスト・バックエンド工場統合タスクフォースは、装置の機能性に基づいて適用される規格を決定する基準の標準化を計画しています。本投稿で説明した内容は、この作業の出発点に過ぎず、まだ多くの課題が残されています。標準化を正確かつ効率的に進めるため、タスクフォースへのさらなる参加を歓迎します。