반도체 백엔드 공정: GEM 관련 추가 SEMI 표준

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배경

이 블로그에서는 태스크포스가 GEM 및 GEM300을 보완하는 추가적인 SEMI 정보 및 제어 표준 채택을 검토할 계획에 대해 요약하겠습니다.

백엔드 고려를 위한 추가 SEMI 표준

아래에 나열된 표준들 중 상당수는 GEM300이 개발된 지 몇 년 후에 만들어졌지만, 현재는 현대적인 GEM300 세트의 일부로 간주됩니다.

E84 캐리어 핸드오프

E84 캐리어 핸드오프는 별도의 병렬 I/O 인터페이스를 다루기 때문에 이 목록에서 유일하게 GEM 표준이 아닌 표준입니다. 이 인터페이스는 완전히 GEM과 독립적이지만, 양쪽이 모두 지원될 경우 E87 캐리어 관리와 협조됩니다. 그러나 E84 캐리어 핸드오프는 종종 GEM300 논의 및 요구사항에 포함되기 때문에, 백엔드 업계가 선택적으로 채택해야 할 표준이므로 여기서 논의할 가치가 있습니다.

E84 표준은 캐리어 전달 및 캐리어 제거를 자동화하기 위한 병렬 I/O(PIO) 인터페이스에서 사용되는 핸드셰이크 신호를 정의합니다. 자동화 물류 시스템(AMHS)은 자동 유도 차량(AGV) 또는 오버헤드 운송(OHT) 시스템을 사용할 수 있으나, 어느 경우든 재료는 캐리어에 실려 전달됩니다. E84는 모든 반도체 웨이퍼 공장(프런트 엔드)에서 널리 사용되고 인정받으며, 캐리어를 전달할 때 백엔드 제조 공정에서도 당연한 선택입니다.

E116 장비 성능 추적 사양

E116 장비 성능 추적은 백엔드 운영을 더 잘 지원하기 위해 이 사양을 업데이트할 계획이 있기 때문에 이전 블로그에서 논의된 바 있습니다. E116은 모든 산업 분야의 모든 제조 장비에 적용 가능합니다. 이는 주로 SEMI E10 원칙을 기반으로 하기 때문인데, 이 원칙은 모든 장비의 신뢰성, 가용성 및 유지보수성을 측정하기 위한 일반 용어를 정의합니다. 추가로, 장비의 각 주요 구성 요소도 생산성을 추적하기 위해 모델링할 수 있습니다.

E142 기판 매핑 사양

E142 기판 매핑 및 그 하위 표준(E142.1 기판 매핑용 XML 스키마 및 E142.2 기판 매핑용 SECS-II 프로토콜)은 일반적인 기판 맵과 이를 GEM 인터페이스를 통해 장비와 주고받는 방법을 정의합니다. 기판 맵은 물리적 기판(웨이퍼, 스트립 또는 트레이일 수 있음)에 대응하는 2차원 데이터 배열입니다. 이 매핑은 기판의 치수, 기판상의 주요 위치들을 정의하며, 해당 위치에 대한 데이터(특정 위치를 명확히 식별하기 위한 번호 체계 등)를 포함할 수 있습니다. 예를 들어, E142는 기판상의 "정상 확인된" 소자를 태그하는 데 사용될 수 있습니다.

일부 장비 유형은 처리 진행 전에 기판 맵이 필요합니다. 일부 장비는 기판 맵을 생성할 수 있습니다. 그리고 일부 장비는 처리 전에 기판 맵이 필요할 뿐만 아니라 처리 완료 후 업데이트된 기판 맵을 생성합니다. E142에서 기판 맵은 E142 XML 스키마를 준수하는 XML 파일로 표현됩니다. 많은 백엔드 장비가 정상 작동을 위해 기판 맵을 필요로 하므로 E142는 당연한 선택입니다. 참고로 E142는 현재 향상된 추적성 요구사항을 해결하기 위해 필요한 추가 데이터를 저장하기 위한 흥미로운 개선 작업을 ABFI 태스크포스를 통해 진행 중입니다.

기판 매핑은 GEM을 사용하여 구현된 수평적 통신을 훌륭하게 보여주는 사례입니다. 수평적 통신이란 한 장비에서 다른 장비로 직접 데이터를 공유하는 것을 의미합니다. 전통적으로 GEM에서의 수평적 통신은 간접적으로 구현됩니다. 즉, 한 장비가 데이터를 호스트로 전달하면 호스트가 해당 데이터를 필요한 장비로 전달하는 방식입니다. 이러한 의미에서 GEM 호스트는 장비 단위들 사이의 중개자 역할을 수행합니다.

이러한 간접적인 수평적 통신 방식을 사용하면 상당한 이점이 있습니다. 예를 들어, 장비 A가 기판을 검사하여 기판 맵을 생성한 후 호스트에 전송할 수 있습니다. 이후 장비 B가 호스트로부터 해당 기판 맵을 요청할 수 있습니다.

이 사용 사례를 구현하기 위해 장비 사이에 GEM 호스트를 사용하는 이점은 장비 A와 장비 B 모두 GEM만 구현하면 된다는 점입니다. 이는 어차피 수행해야 할 작업입니다. 장비들은 추가 프로토콜 및/또는 맞춤형 메시지 시퀀스를 지원하거나 특정 장비 인터페이스에 대해 테스트될 필요가 없습니다. 각 장비가 GEM 표준을 준수한다면, 모두 공장 시스템에 통합되어 GEM 호스트를 통해 데이터를 공유할 수 있습니다.

E148 시간 동기화 사양 및 TS-Clock 객체 정의

공장에서 수집된 많은 데이터는 적절한 타임스탬프가 부여되었을 때만 유용합니다. 또한 타임스탬프는 여러 출처의 데이터 간에 동기화되었을 때만 비교할 수 있습니다. 바로 여기에 SEMI E148이 등장합니다.

E148 시간 동기화 사양은 장비가 산업 표준 네트워크 시간 프로토콜(NTP)을 지원하고 그 구현에 관한 정보를 공유할 것을 요구합니다. 또한 NTP 소프트웨어는 컴퓨터 시계를 동기화합니다.

백엔드 산업 분야가 점점 더 많은 데이터 수집으로 발전함에 따라, 해당 데이터에 대한 적절한 타임스탬핑과 그 데이터의 원천에 대한 시간 동기화가 매우 중요합니다. 완전한 E148 구현이 필요하지 않을 수 있지만, 장비는 반드시 E148에 명시된 NTP를 지원해야 합니다. 장비 제어 시스템이 여러 대의 컴퓨터로 구성될 경우, E148은 이들이 모두 마스터로 지정된 단일 컴퓨터와 동기화되어야 한다고 규정합니다. 타 컴퓨터들이 타임스탬프가 포함된 데이터를 생성하는 경우 이는 바람직한 방식입니다.

E157 모듈 공정 추적 사양

E157 모듈 공정 추적은 모든 백엔드 장비에 적용되지 않습니다. E157 모듈 공정 추적을 사용하려면, 한 번에 하나의 기판 또는 일괄 재료를 처리하는 공정 모듈(일명 공정 챔버)이 최소 한 개 이상 존재해야 합니다. 여러 기판을 동시에 처리하지만 각각 시작 및 종료 시간이 다른 경우에는 이 사양을 적용할 수 없습니다.

E157 모듈 공정 추적은 각 공정 챔버에 대해 독립적으로 구현되는 매우 간단한 처리 상태 모델을 정의합니다.

상태 모델은 공정 챔버가 유휴 상태(실행 중 아님)이거나 레시피를 처리 중(실행 중)일 때 이를 보고합니다. 또한 레시피 처리 중에는 레시피 내 개별 단계가 시작, 완료 또는 실패할 때마다 이를 보고합니다. 레시피 단계를 구성하는 요소는 구현자가 결정합니다. 제 경험상, E157을 채택할 수 있는 대부분의 장비는 이미 일련의 GEM 이벤트를 사용하여 매우 유사한 방식을 구현해 왔습니다. 그러나 맞춤형 구현보다는 구현 방식이 표준화되는 것이 최종 사용자와 장비 제조업체 모두에게 더 유리합니다.

E157은 GEM 기술을 기반으로 구축된 매우 단순하고 잘 작성된 표준의 대표적인 사례로, 구현이 용이하며 최종 사용자에게 상당한 가치를 제공합니다. ABFI 태스크포스가 E157 원칙에 기반하여 현재 표준의 전체 범위를 수용할 수 없는 백엔드 장비에 적합한 솔루션을 개발하기를 바랍니다.

E172 SECS 장비 데이터 사전(SEDD) 사양

시간을 거슬러 올라가면(사실 그리 오래된 이야기는 아니지만), "GEM 문서"란 장비와 함께 제공될 것으로 예상되는 종이에 인쇄된 문서 더미를 의미했습니다. 오늘날 "GEM 문서"란 동일한 정보를 담은 MS 워드 문서, PDF 파일, 엑셀 스프레드시트 또는 기타 전자적 표현 방식을 의미합니다. 거의 모든 디지털 형식이 허용됩니다.

그럼에도 불구하고 E172 SECS 장비 데이터 사전은 GEM 문서화의 미래입니다. GEM 문서는 SEDD 파일이라는 표준화된 전자 XML 형식으로 제공됩니다. E172는 표준 XML 스키마를 정의합니다. 이 스키마의 초기 버전에는 GEM 인터페이스에 대한 기본 정보만 포함되었습니다. 이후 버전에서 여러 세부 사항이 추가되었습니다. 곧 E30 GEM 표준이 SEDD 파일을 공식 문서 형식 중 하나로 포함하도록 수정되었다는 소식을 전할 수 있기를 바랍니다. 또한, 이에는 GEM 표준을 개선하여 SEDD 파일을 GEM 인터페이스를 통해 직접 전송할 수 있도록 하는 내용도 포함되어야 합니다. 이는 공장 호스트 소프트웨어가 SEDD 파일을 활용하여 장비별 GEM 구현 및 GEM 메시지를 지원하도록 GEM 호스트 소프트웨어를 자동 구성할 수 있게 함으로써 GEM의 플러그 앤 플레이 기능을 크게 향상시킬 것입니다.

백엔드 산업 부문이 공장에서 GEM을 점점 더 많이 도입함에 따라, 모든 백엔드 장비 제조업체로부터 SEDD 파일 제출이 요구될 것으로 예상됩니다.

E173 XML SECS-II 메시지 표기법(SMN) 사양

GEM 인터페이스의 문제점을 진단하기 위해서는 호스트와 장비 간 전송되는 GEM 메시지에 대한 로깅 기능이 필수적입니다. 일반적으로 GEM 호스트와 장비의 GEM 인터페이스 모두 로깅 기능을 제공합니다. 과거에는 GEM 메시지 로깅을 위해 SML(SECS Message Language)이라는 표기법이 사용되었습니다. 안타깝게도 SML은 표준화되거나 충분히 명확하게 정의된 적이 없습니다. 그 결과 전 세계적으로 다양한 SML 변형이 존재합니다. SML 표기법 자체는 소프트웨어로 생성하기 비교적 쉽지만, 구현 방식의 광범위한 차이로 인해 자동 파싱 및 활용이 어렵습니다.

다행히도 SEMI 북미 GEM300 태스크포스는 이 문제를 해결하기 위해 E173 XML SECS-II 메시지 표기법(SMN)을 만들었습니다. SMN은 누구나 GEM SECS-II 메시지를 문서화하고 기록하는 데 사용할 수 있는 XML 스키마를 정의합니다. 이 스키마는 기능이 풍부하여 최소한의 XML 장식부터 정교한 XML 장식까지 모두 허용합니다. 유용성과 유연성의 예로, E172 SEDD 스키마는 SMN 스키마 파일을 참조합니다. SMN은 XML을 기반으로 하기 때문에 소프트웨어가 생성하고 소비하기 매우 쉽습니다. XML 작업을 위한 소프트웨어 도구와 라이브러리는 거의 모든 프로그래밍 언어에서 다수 제공됩니다. GEM과 함께 SMN을 사용하면 GEM은 효율적인 이진 형식으로 메시지를 계속 송수신하면서도, 문제 진단 시 장식된 인간이 읽을 수 있는 텍스트 표기법의 이점을 누릴 수 있습니다.

ABFI 태스크포스가 백엔드 산업 부문이 모든 장비 GEM 인터페이스에 SMN을 채택하도록 권고할 것으로 기대합니다.

결론

백엔드 공장이 GEM을 도입함에 따라, SMN, SEDD, 모듈 공정 추적 및 장비 성능 추적 등 최신 기술도 함께 활용하고자 할 것으로 예상됩니다. SEMI 고급 백엔드 공장 통합 태스크포스의 작업 진행 상황에 따른 세부 사항 및 업데이트를 주시해 주시기 바랍니다. 또한 이 활동을 주도하고 가속화하는 데 기여하고 싶으시다면 언제든지 이 이니셔티브에 참여하실 수 있습니다!