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晶圓製造領域的設備通訊領導地位
多年來，半導體產業的晶圓製造廠——即[主要]在矽基板上製造半導體元件的場所——幾乎在 100% 的生產設備上都普遍採用並強制實施 GEM 標準。這涵蓋了前端製程（FEOL——元件形成）與後端製程（BEOL——元件互連）的完整流程，以及相關支援設備。 大多數設備還實施了一套額外的 SEMI 標準，通常被稱為「GEM 300」通訊標準，因為其制定與採用恰好與首批 300 毫米晶圓的製造同步。值得注意的是，這些標準中並無針對特定晶圓尺寸的專屬規範。
GEM 標準與 GEM 300 標準的結合，使業界得以在全自動化工廠中處理基板，正如美光（Micron）在此影片中展示的，以及GLOBALFOUNDRIES在此影片中展示的那樣。
具體而言，GEM 300 標準用於管理整體製造流程中的以下關鍵步驟：
- 設備端的自動化載體送入與移除
- 載貨艙口追蹤與設定
- 載波識別碼與載波內容（時隙映射）的驗證
- 將配方指派給特定物料的作業執行
- 透過遠端控制來啟動工作並應對危機狀況（例如：暫停、停止或中止處理）
- 處理後之物料目的地指派
- 在設備內部進行精確的材料位置追蹤與狀態監控
- 處理步驟狀態報告
- 整體設備效率（OEE）監控
此外，GEM 標準還可實現
- 蒐集獨特的設備資料，以供各類資料分析應用（例如統計製程控制）使用
- 專用遙控器
- 用於故障偵測的警報通報
- 透過螢幕上的文字與設備操作員／技術人員進行互動
- 在通訊故障期間保存重要資料
半導體後端製程產業緊隨其後
晶圓加工完成後，晶圓將被運往半導體後端製造廠進行封裝、組裝及測試。過去，此產業領域雖曾零星採用 GEM 和 GEM 300，但並未普遍普及。如今，這種情況正在改變。
在北美地區，SEMI 成立了一個名為「先進後端工廠整合」（ABFI）的新工作小組，旨在組織並推動該產業領域實施更強大的自動化能力。為此，該工作小組的任務是定義後端設備中對 GEM 及 GEM 300 的支援，涵蓋凸點成型、晶圓測試、分片、晶粒貼合、導線鍵合、封裝、標記、最終測試及最終組裝等製程。 作為首要任務，該工作小組著重於更新 SEMI E142 標準（基板映射），以強化晶圓映射功能，使其能回報單一元件可追溯性所需的額外資料。不久後，工作小組將轉而聚焦於更明確地定義 GEM 及 GEM 300 在後端製程中的應用情境與採用方式。
為什麼選擇 GEM？
選擇 GEM 的原因有以下幾點。
- 該產業中的許多設備已經配備了 GEM 介面。
- GEM 提供兩種主要資料蒐集形式，適用於所有資料蒐集應用情境。這包括透過追蹤報告對設備及製程狀態資訊進行汲取，工廠可據此以任意頻率蒐集選定的變數。此外，資料蒐集事件報告可讓工廠系統僅訂閱其感興趣的蒐集事件通知，並指定每項蒐集事件應回報哪些資料。
- 大多數設備供應商都具備 GEM 的實務經驗，這些經驗要麼來自於在後端設備上部署 GEM，要麼來自於在前端設備上部署 GEM。
- 工廠可將半導體前端廠區的資深工程師調派至後端廠區，其具體目標在於提升後端生產的自動化程度。
- GEM 已證實其具備高度靈活性，能支援任何類型的製造設備。GEM 可應用於任何類型的設備，以支援遠端監控與控制。
- GEM 是一種高效能的通訊協定，僅以二進位格式發佈已訂閱的資料，藉此將運算與網路資源的消耗降至最低。
- GEM 具有自描述特性。連接至設備的 GEM 介面並擷取有用資料，僅需極短時間即可完成。
- 即使設備具備必須支援的特殊功能，仍可透過 GEM 來控制該設備。例如，只需提供自訂的 GEM 遠端指令，即可讓工廠決定何時應進行定期校準與清潔，以確保設備維持最佳運作狀態。
改進整體設備效能追蹤
ABFI 專案小組已針對 SEMI E116 標準（《設備性能追蹤規範》，簡稱 EPT）提出若干修訂建議。EPT 是可於 GEM 介面上實施的數項標準之一，旨在提供超出 GEM 訊息集範圍的額外標準化性能監控功能。該標準已能報告設備及其內部模組處於「閒置」（IDLE）、「繁忙」（BUSY）及「阻塞」（BLOCKED）狀態的情況。 模組可能包括裝載埠、機器人、輸送帶或製程腔室。當處於「BUSY」狀態時，此標準要求回報該設備或模組正在執行的操作；當處於「BLOCKED」狀態時，此標準則要求回報該設備或模組被阻塞的原因。
在分析後端產業領域的需求後，專案小組決定採用並強化 EPT 標準。例如，現行 EPT 標準並未區分計畫內與計畫外的停機時間。然而，只要對 E116 進行幾項微幅調整，工廠便能在計畫停機時通知設備，這將大幅提升工廠追蹤整體設備效能並據此採取應對措施的能力。
未來需進行的進一步工作
在適用且有益的情況下，GEM 300 標準中的許多規定均可套用至部分後端設備。工作小組正著手制定具體的功能需求與評估準則，以進行相關判定，並將最終建議彙整成一份新標準發布。目前已有數家先進後端工廠的代表密切參與這項工作，但我們始終歡迎更多單位參與。