このブログはもともとcimetrix.comに掲載されていました。
背景
本シリーズの過去の記事では、半導体バックエンド工場におけるSEMIのGEM、GEM 300および関連自動化規格の採用根拠について論じ、各種バックエンド装置タイプに必要な具体的な適応策がSEMI先進バックエンド工場統合（ABFI）タスクフォースの重点領域の一つであることを指摘しました。 本投稿では、E157プロセスモジュール追跡規格をバックエンド工場環境で活用することで実現可能な利点について具体的に考察します。
バックエンドの材料変換プロセスは、フロントエンドの専門家が「プロセスチャンバー」とみなす領域で実装されていないため、この組み合わせは不適切に思えるかもしれない。さらに、バックエンドプロセスの速度は、典型的なフロントエンドのレシピ実行パラダイムとは相反するように見える。最後に、一部のプロセスでは明確な基板位置が存在しないため、影響を受ける材料について、プロセスの開始と終了を正確に把握することが困難な場合がある。
これらの課題にもかかわらず、製造ライフサイクル（バックエンドを含む）のあらゆる段階でデバイスが曝露された正確なプロセス条件を把握することを含む、単一デバイスのトレーサビリティ要件は、可能な限りこの標準規格の使用を支持するものである。バックエンドの材料変換は、フロントエンドの専門家が「プロセスチャンバー」とみなすものの中で実施されていないため、この規格の適用は不適切に思えるかもしれない。さらに、バックエンドプロセスの速度は、典型的なフロントエンドのレシピ実行パラダイムとは相反するように見える。 最後に、一部プロセスにおいて基板位置が明確に特定されないため、対象材料に対するプロセスの開始・終了時点を正確に把握することが困難である。
SEMI E157 – プロセスモジュール追跡
SEMI E157の目的は、「プロセス関連データを工場システムに報告するための標準的な装置機能を定義すること…レシピの実行に関連する加工場所（すなわちプロセスモジュール）の活動」である。本規格はさらに、「レシピ実行中のプロセスデータ収集は、装置プロセス、完成品の品質、歩留まり、および工場全体のパフォーマンスを最適化する様々なアプリケーションを支援するため、現代の半導体工場にとって重要である」と述べている。」
これらの要件は、フロントエンドと同様にバックエンド工場においても同様に重要であるため、E157を効果的に適用する方法を理解することが有用である。
まず第一に、E157モジュールプロセス状態モデルは比較的単純であり、4つの状態（うち3つはサブ状態を持たない「基本状態」）と7つの状態遷移イベントのみを有しています。下図に示します。
このモデルは、装置の特定部分（または複数部分）がレシピを実行して、その部分に存在する材料を変換する状態を表す。前工程装置ではチャンバーが比較的独立しており、通常は一度に少数の基板（多くの場合1枚）を処理する。これに対し後工程プロセスは、単一ウェーハから複数ダイのストリップ（またはリードフレーム）、個々のパッケージに至るまで、幅広い材料タイプを扱う。 材料の流れの特性も、個別（単一ワークピース）からバッチ処理、連続処理まで様々です。さらに、これらのプロセスの生産速度と材料量は、おそらく1時間あたり90枚のウェーハから1時間あたり数千個のパッケージまで幅があります…こうした課題があるため、これらの施設の自動化の進捗が前工程に遅れをとっているのも不思議ではありません。
E157規格はどのように使用されますか？
装置の観点から、上記モデルに従ってプロセスモジュールが状態を変化させるたびに、装置は対応する状態遷移イベントを工場ホストコンピュータへ送信する。これはSECS-II S6、F11イベントレポートメッセージを用いて行われ、イベント名はE157規格で厳密に規定されたものを使用する。
イベントレポートには、工場アプリケーションが装置の性能と動作を分析するために必要な「コンテキスト情報」も含まれるべきである。バックエンドプロセスによっては、ロットID、プロセスジョブID、レシピ名、制御設定、重要なプロセス変数の現在のパラメータ値などが該当する。 他のプロセスでは、寿命制限のある治具の累積使用回数、プロセスで使用される消耗品の現在のレベル、または設定範囲が広い装置の構成パラメータなどが該当する。さらに複雑なのは、この情報の多くがほとんどのプロセスで共通である一方、プロセス固有のものもあれば、実際にはベンダー固有のものもある点だ。すべては工場の運用方法に依存する。
最後に、E157データは他の必須規格（例：E90基板管理）からの工程タイミング情報と組み合わせて使用することで、材料到着（E90）とレシピ開始（E157）の間に予期せぬ遅延が発生した場合など、潜在的な生産性問題の特定に役立ちます。
E157は後段装置にどのように適応できるでしょうか？
前述のように、一部の装置タイプでは材料の流れを連続的に処理します。このような状況では、特定のロットについて、複数の基板が連続的な流れ（例えば、コンベア上のオーブン通過）で同時に処理され、ロットが完了するまで処理が続けられます。この種の装置では、E157はチャンバー指向であるため直接適用できず、ロット全体を実行開始イベントおよび完了イベントとして使用しても有用な情報はほとんど得られません。
ただし、装置コンポーネントではなく、処理対象の材料（基板、ストリップ／リードフレーム、キャリアなど）に同じ状態モデルを適用すれば、E157で定義された収集イベントは、その材料の単位が状態変化した時点で実装可能となる。 具体的には、基板上での処理が状態変化する際に（ステップ開始時・完了時を含む）、装置は同じ収集イベント（ExecutionStarted、StepStarted、StepCompleted、ExecutionCompleted、StepFailed、ExecutionFailed）を報告できる。「ステップ」の意味は依然として装置ベンダーが解釈・設計する。 これらのE157収集イベントをチャンバーではなく新たな「substrateID」データ変数に関連付けることで、工場ユーザーは装置を通過する各基板の材料状態を追跡可能となる。
どのバックエンド機器タイプがE157を実装すべきか？
バックエンドの計測・検査・試験装置はレシピを実行して作業を行う場合があるものの、材料の変形が生じないため、状態遷移イベントや関連するコンテキストは、これらの装置が生成する測定・検査結果に比べてはるかに重要度が低い。
その他のバックエンド工程におけるE157実装の優先順位は次の通りである：
ハイレベル – ダイアタッチ、ワイヤボンディング、ダイシング/ソーイング/シングレーション
中程度 – 裏面研削、研磨、めっき、焼鈍成形、トリムおよび成形
ロー – ウェーハ実装、ダイ接着剤硬化、バリ取り、レーザーマーキング、タイバー切断、ベーキング、バーンイン
これまで言及してこなかった装置のカテゴリーとして、最終製品の形状によって大きく異なるカスタム組立装置があります。この装置におけるE157の使用は、プロセス複雑性と追跡が必要な変動要因に完全に依存します。ただし、最も単純なプロセスを除けば、E157が有用な役割を果たす可能性が高いと考えるのが妥当でしょう。
結論
E157は、GEM技術に基づいて構築された、実装が容易でエンドユーザーに大きな価値を提供する、非常にシンプルで優れた標準規格の好例です。SEMI ABFIタスクフォースは現在、様々なバックエンド装置タイプ向けにE157を具体的に適応させることを評価しており、このプロセスへの皆様のご貢献をお待ちしております。