半導体バックエンドプロセス：GEMに関連する追加のSEMI規格

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背景

本ブログでは、タスクフォースがGEMおよびGEM300を補完する追加のSEMI情報・制御規格の採用を検討する計画について要約します。

バックエンドに関する追加のSEMI規格

以下に列挙する規格の多くは、GEM300の策定から数年後に開発されましたが、現在では現代的なGEM300規格群の一部と見なされています。

E84 キャリアハンドオフ

E84キャリアハンドオフは、このリストの中でGEM規格ではない唯一の規格である。これは別の並列I/Oインターフェースを扱うためである。このインターフェースはGEMとは完全に独立しているが、両方がサポートされている場合にはE87キャリア管理と連携する。しかしながら、E84キャリアハンドオフはGEM300の議論や要件にしばしば含まれるため、バックエンド業界が選択的に採用すべき規格としてここで議論する価値がある。

E84規格は、キャリア搬送とキャリア除去を自動化するための並列I/O（PIO）インターフェースで使用されるハンドシェイク信号を定義する。 自動搬送システム（AMHS）は、無人搬送車（AGV）またはオーバーヘッド搬送（OHT）システムのいずれかを使用する場合がありますが、いずれの場合も材料はキャリアで搬送されます。E84は、すべての半導体ウエハー製造工場（フロントエンド）で広く使用され、受け入れられており、キャリアを搬送するバックエンド製造における明らかな選択肢です。

E116 機器性能追跡仕様書

E116 設備性能追跡については、バックエンド運用をより適切にサポートするため本仕様の更新が計画されていることから、以前のブログで取り上げました。E116は、あらゆる設備の信頼性、可用性、保守性を測定するための汎用用語を定義するSEMI E10の原則を主に基にしているため、あらゆる業界のあらゆる製造設備に適用可能です。さらに、設備内の主要コンポーネントごとに生産性を追跡するモデル化も可能です。

E142 基板マッピング仕様

E142 基板マッピングおよびその下位規格（E142.1 基板マッピング用XMLスキーマおよびE142.2 基板マッピング用SECS-IIプロトコル）は、汎用基板マップと、GEMインターフェースを介して装置との間でそれらを転送する方法を定義する。基板マップは、物理的な基板（ウェーハ、ストリップ、トレイなど）に対応するデータの二次元配列である。 このマップは基板の寸法、基板上の重要な位置を定義し、位置に関するデータ（特定の位置を明確に識別するための番号体系など）を含めることができる。例えば、E142は基板上の「良品」デバイスをタグ付けするために使用できる。

一部の装置タイプでは、処理を進める前に基板マップが必要です。一部の装置は基板マップを生成できます。また、一部の装置は処理前に基板マップを必要とするだけでなく、処理完了後に更新された基板マップを生成します。 E142では、基板マップはE142 XMLスキーマに準拠したXMLファイルで表現されます。多くのバックエンド装置は正常動作に基板マップを必要とするため、E142は当然の選択肢です。なお、E142は現在、ABFIタスクフォースによる興味深い改良が進行中であり、強化されたトレーサビリティ要件に対応するために必要な追加データを保存できるようになります。

基板マッピングは、GEMを用いて実装された水平通信の優れた実例である。水平通信とは、データをある機器から別の機器へ直接共有することを指す。従来、GEMにおける水平通信は間接的に実装されていた。つまり、ある機器がデータをホストに渡すと、ホストがそのデータを必要とする機器へ転送する方式である。この意味で、GEMホストは機器ユニット間の仲介役として機能する。

この間接的な水平方向の通信方式には大きな利点がある。例えば、装置Aが基板を検査し、基板マップを生成してホストに送信する。その後、装置Bがホストから基板マップを要求することが可能である。

このユースケースを実現するために機器間にGEMホストを使用する利点は、機器Aと機器Bの双方がGEMを実装するだけで済む点にある。これは本来実施すべきことである。機器は追加プロトコルやカスタムメッセージシーケンスをサポートする必要がなく、特定の機器インターフェースに対するテストも不要となる。各機器がGEM標準に準拠していれば、それらをすべて工場システムに統合し、GEMホストを介してデータを共有できる。

E148 時刻同期仕様およびTSクロックオブジェクトの定義

工場で収集されるデータの多くは、適切なタイムスタンプが付与されて初めて有用となる。さらに、複数のソースからのデータを比較するには、それらのタイムスタンプが同期されている必要がある。ここでSEMI E148規格が重要な役割を果たす。

E148時間同期仕様では、機器が業界標準のネットワーク時間プロトコル（NTP）をサポートし、その実装に関する情報を共有することが求められます。また、NTPソフトウェアはコンピュータの時計を同期させます。

バックエンド産業分野ではデータ収集がますます増加する傾向にあるため、そのデータに対する適切なタイムスタンプ、ひいてはデータソースの時間同期が極めて重要である。 完全なE148実装が必須とは限らないが、機器はE148で規定されるNTPをサポートすべきである。機器制御システムが複数のコンピュータで構成される場合、E148ではそれらを単一のマスターコンピュータと同期させることを規定している。他のコンピュータがタイムスタンプ付きデータを生成する場合、これは有効な手法である。

E157 モジュールプロセス追跡仕様書

E157モジュールプロセス追跡は、すべてのバックエンド装置に適用されるわけではありません。E157モジュールプロセス追跡を使用するには、少なくとも1つのプロセスモジュール（別名プロセスチャンバー）が、一度に1枚の基板または1バッチの材料を処理している必要があります。複数の基板を同時に処理する場合でも、各基板の開始時間と終了時間が異なる場合は、この仕様を適用できません。

E157 モジュールプロセス追跡は、各プロセスチャンバーごとに独立して実装される非常にシンプルな処理状態モデルを定義します。

状態モデルは、プロセスチャンバーがアイドル状態（非実行中）かレシピ処理中（実行中）かを報告する。レシピ処理中は、レシピ内の個々のステップが開始・完了・失敗するたびに報告される。レシピステップの定義は実装者に委ねられる。 私の経験では、E157を採用可能な機器の大半は、既に一連のGEMイベントを用いて非常に類似した機能を実装済みです。しかし、カスタム実装よりも、実装が標準化される方がエンドユーザーと機器メーカー双方にとって有益です。

E157は、GEM技術に基づいて構築された、非常にシンプルで優れた仕様の好例であり、実装が容易でエンドユーザーに大きな価値を提供します。ABFIタスクフォースが、現行規格の全範囲に対応できないバックエンド機器に適した、E157の原則に基づいた何かを開発できることを期待します。

E172 SECS機器データ辞書（SEDD）仕様書

少し昔（実際にはそれほど昔ではない）、「GEMドキュメント」とは、機器に同梱される紙の印刷物の一式を指していました。今日では、「GEMドキュメント」とは、同じ情報を電子的に表現したMS Word文書、PDFファイル、Excelスプレッドシートなどを意味します。ほぼあらゆるデジタル形式が受け入れられます。

しかしながら、E172 SECS機器データ辞書はGEMドキュメントの未来形である。GEMドキュメントはSEDDファイルと呼ばれる標準化された電子XML形式で提供される。E172は標準XMLスキーマを定義する。このスキーマの初期バージョンにはGEMインターフェースに関する基本情報のみが含まれていたが、後続バージョンで詳細情報が追加された。 近い将来、E30 GEM標準が改訂され、SEDDファイルが公式なドキュメント形式の一つとして正式に採用されたことを報告できることを期待している。 さらに、GEM標準を強化し、SEDDファイルをGEMインターフェース経由で直接転送できるようにすることも含まれるべきです。これにより、工場ホストソフトウェアがSEDDファイルを読み込み、機器固有のGEM実装およびGEMメッセージをサポートするようGEMホストソフトウェアを自動設定できるようになり、GEMのプラグアンドプレイ機能が大幅に向上します。

バックエンド産業分野において工場でのGEM導入が進むにつれ、全てのバックエンド装置メーカーに対しSEDDファイルの提供が求められると予想される。

E173 XML SECS-II メッセージ表記法（SMN）仕様書

GEMインターフェースの問題を診断するには、ホストと装置間で転送されるGEMメッセージのロギングが不可欠である。通常、GEMホストと装置のGEMインターフェースの両方がロギング機能を提供する。過去には、GEMメッセージのロギングにSML（SECSメッセージ言語）と呼ばれる表記法が使用されていた。 残念ながら、SMLは標準化されることも、十分に明確に定義されることもありませんでした。その結果、世界中に多くの異なるSMLのバリエーションが存在しています。SML表記自体はソフトウェアで比較的容易に生成できますが、実装のバリエーションが広範であるため、自動解析や利用が困難となっています。

幸いにも、SEMI北米GEM300タスクフォースはこの問題を解決するため、E173 XML SECS-IIメッセージ表記法（SMN）を策定しました。SMNは、誰もがGEM SECS-IIメッセージの文書化と記録に使用できるXMLスキーマを定義しています。このスキーマは機能が豊富で、最小限のXML装飾から詳細な装飾まで両方を可能にします。その有用性と柔軟性の例として、E172 SEDDスキーマはSMNスキーマファイルを参照しています。 SMNはXMLを基盤としているため、ソフトウェアによる生成と利用が非常に容易です。XMLを扱うためのソフトウェアツールやライブラリは、事実上あらゆるプログラミング言語で数多く利用可能です。GEMでSMNを使用することで、GEMは効率的なバイナリ形式でのメッセージ送受信を継続しつつ、問題診断のために装飾された人間が読めるテキスト表記の利点を享受できます。

ABFIタスクフォースは、バックエンド産業セグメントが全機器のGEMインターフェースにおいてSMNを採用するよう推奨すると見込まれる。

結論

バックエンド工場がGEMを採用するにつれ、SMN、SEDD、モジュール工程追跡、装置性能追跡を含む最新技術も併せて活用したいと考えるでしょう。SEMI先進バックエンド工場統合タスクフォースの活動進展に伴い、詳細情報や更新にご注目ください。また、この取り組みの方向性を定め加速させるお手伝いを希望される方は、ぜひご参加ください！