半導體後端製程：與 GEM 相關的其他 SEMI 標準

這篇部落格文章最初發表於 cimetrix.com

背景

在這篇部落格文章中，我將概述該專案小組的計畫，該計畫旨在研議採納更多與 GEM 及 GEM300 相輔相成的 SEMI 資訊與控制標準。

後端製程應考量的其他 SEMI 標準

以下列出的許多標準雖是在 GEM300 問世數年後才制定的，但如今已被視為現代 GEM300 標準集的一部分。

E84 載波切換

E84 載波切換是本清單中唯一非 GEM 標準的規範，因為它涉及一個獨立的並行 I/O 介面。此介面與 GEM 完全獨立，儘管在同時支援兩者時，會與 E87 載波管理進行協調。然而，由於 E84 載波切換常被納入 GEM300 的討論與需求中，因此值得在此探討，因為這是後端產業應有選擇性地採用的標準。

E84 標準定義了用於平行 I/O（PIO）介面的握手訊號，以自動化載體的送入與移除。 自動化物料搬運系統（AMHS）可能採用自動導引車（AGV）或高架輸送系統（OHT），但無論採用何種方式，物料皆透過載具進行輸送。E84 標準在每座半導體晶圓廠（前端製程）中均被廣泛採用與認可，且在後端製程進行載具輸送時，亦是顯而易見的首選方案。

E116 設備性能追蹤規範

關於 E116 設備性能追蹤，我們曾在較早前的部落格文章中進行過探討，因為目前有計畫更新此規範，以更好地支援後端營運。E116 適用於任何產業的製造設備，因為它主要基於 SEMI E10 原則，該原則定義了用於衡量任何設備可靠性、可用性及可維護性的通用術語。此外，設備中的每個主要組件亦可建立模型，以追蹤其生產力。

E142 基板映射規範

E142 基板映射及其下屬標準（E142.1 基板映射 XML 架構與 E142.2 基板映射 SECS-II 通訊協定）定義了通用基板映射，以及如何透過 GEM 介面將其傳輸至設備或從設備傳輸出來。基板映射是對應於實體基板（可能是晶圓、條狀基板或托盤）的二維資料陣列。 該映射定義了基板的尺寸、基板上的重要位置，並可包含有關這些位置的資料（例如用於明確識別特定位置的編號方案）。例如，E142 可用於標記基板上的「已知良品」元件。

某些設備類型在進行處理前，必須先取得基板圖。部分設備能夠生成基板圖。而有些設備不僅在處理前需要基板圖，更會在處理完成後生成更新的基板圖。 在 E142 標準中，基板地圖以符合 E142 XML 結構的 XML 檔案形式呈現。由於許多後端設備需要基板地圖才能正常運作，因此 E142 顯然是最佳選擇。請注意，E142 目前正透過 ABFI 專案小組進行一些值得關注的改進，以儲存滿足增強追溯性要求所需的額外資料。

基板映射是利用 GEM 實現水平通訊的絕佳示範。所謂水平通訊，是指資料直接從一台設備共享至另一台設備。傳統上，GEM 中的水平通訊是透過間接方式實現的：一台設備將資料傳遞給主機，然後主機再將該資料轉交給需要它的設備。從這個意義上來說，GEM 主機在各設備單元之間扮演著某種中介者的角色。

採用這種間接式的水平通訊方式具有顯著優勢。例如，設備 A 可能會檢查基板、產生基板圖，並將其傳送至主機；隨後，設備 B 可能會向主機請求該基板圖。

在設備之間使用 GEM 主機來實現此使用案例的優勢在於，設備 A 和設備 B 僅需實作 GEM——這本就是它們理應做的事。這些設備無需支援額外的通訊協定和／或自訂訊息序列，也無需針對特定的設備介面進行測試。只要每台設備都遵循 GEM 標準，即可整合至工廠系統中，並透過 GEM 主機共享資料。

E148 時間同步規範與 TS-Clock 物件的定義

工廠中收集的大量資料，唯有在正確標註時間戳記的情況下才具有實用價值。此外，只有當時間戳記相互同步時，才能對來自多個來源的資料進行時間戳記比對。這正是 SEMI E148 標準發揮作用之處。

E148 時間同步規範要求設備必須支援業界標準的網路時間協定（NTP），並分享其實作相關資訊。而 NTP 軟體則負責同步電腦時鐘。

由於後端產業領域的趨勢是進行越來越多的資料蒐集，因此對這些資料進行正確的時間戳記至關重要，而這也意味著必須對資料來源進行時間同步。 雖然未必需要全面實施 E148 標準，但設備確實應支援 E148 中所述的 NTP。若設備控制系統由多台電腦組成，E148 規定所有電腦應與指定為主機的單一電腦進行同步；若其他電腦正在產生帶有時間戳記的資料，此做法實屬明智之舉。

E157 模組製程追蹤規範

E157 模組製程追蹤功能並不適用於所有後端設備。若要使用 E157 模組製程追蹤功能，必須至少有一個製程模組（亦稱製程腔室），且該模組每次僅處理一片基板或一批材料。若同時處理多片基板，但每片基板的開始與結束時間各不相同，則此規格不適用。

E157 模組製程追蹤定義了一個非常簡單的製程狀態模型，該模型針對每個製程腔室皆獨立實作。

狀態模型會回報處理室處於閒置狀態（未執行）或正在處理配方（執行中）的情況。而在處理配方時，每當配方中的個別步驟開始、完成或失敗，系統都會進行回報。至於何謂「配方步驟」，則由實作者自行決定。 根據我的經驗，大多數能夠採用 E157 的設備，其實已經透過一組 GEM 事件實作了非常相似的功能。然而，與其實作客製化的方案，若能將實作標準化，對終端使用者和設備製造商而言都更為有利。

E157 是基於 GEM 技術所建立的典範標準，其結構極為簡潔且撰寫精良，不僅易於實施，更能為終端使用者帶來極大價值。期盼 ABFI 專案小組能依據 E157 的原則，開發出適合那些無法完全符合現行標準範圍的後端設備所採用的解決方案。

E172 SECS 設備資料字典（SEDD）規範

若回溯過去（其實也沒那麼久遠），所謂的「GEM 文件」指的是隨設備一同交付的一疊紙本文件。如今，「GEM 文件」則指 MS Word 文件、PDF 檔案、Excel 試算表，或是相同資訊的其他電子形式。幾乎任何數位格式皆可接受。

儘管如此，E172 SECS 設備資料字典仍是 GEM 文件化的未來趨勢。GEM 文件是以一種稱為 SEDD 檔案的標準化電子 XML 格式提供的。E172 定義了一套標準的 XML 模式。該模式的初始版本僅包含關於 GEM 介面的基本資訊，而在後續版本中已擴充內容，加入了更多詳細資料。 我希望不久後能向各位報告，E30 GEM 標準已進行修訂，正式將 SEDD 檔案納入為文件格式之一。 此外，這應包含對 GEM 標準的增強，以允許透過 GEM 介面直接傳輸 SEDD 檔案。此舉將顯著提升 GEM 的即插即用能力，使工廠主機軟體能夠讀取 SEDD 檔案，並自動配置 GEM 主機軟體，以支援設備對 GEM 及 GEM 訊息的特定實作。

隨著後端產業領域在工廠中日益廣泛採用 GEM，我預期所有後端設備製造商都將被要求提供 SEDD 檔案。

E173 XML SECS-II 訊息標記（SMN）規範

為了診斷 GEM 介面中的問題，必須對主機與設備之間傳輸的 GEM 訊息進行記錄。通常，GEM 主機和設備的 GEM 介面都會提供記錄功能。過去，曾使用一種稱為 SML（SECS 訊息語言）的標記語言來記錄 GEM 訊息。 遺憾的是，SML 從未被標準化，甚至未被充分明確定義。因此，全球各地存在許多不同的 SML 變體。雖然 SML 標記本身透過軟體產生相對容易，但實作上的差異過大，使得自動解析與應用變得相當困難。

所幸，SEMI 北美 GEM300 專案小組制定了 E173 XML SECS-II 訊息標記法（SMN），以解決此問題。SMN 定義了一套 XML 架構，任何人皆可藉此記錄並存檔 GEM SECS-II 訊息。該架構功能豐富，既可採用最簡化的 XML 標記，亦可進行詳盡的 XML 標記。為展現其實用性與靈活性，E172 SEDD 架構即參照了 SMN 架構檔案。 由於 SMN 基於 XML，因此軟體既能輕鬆產生，也能輕鬆解析。幾乎所有軟體程式語言中，都有眾多可用於處理 XML 的軟體工具和函式庫。將 SMN 與 GEM 結合使用，可讓 GEM 繼續以高效的二進位格式傳送和接收訊息，同時仍能享受使用帶有標記、人類可讀的文字標記來診斷問題所帶來的好處。

我預期 ABFI 專責小組將建議後端產業領域在所有設備的 GEM 介面中採用 SMN。

結論

隨著後端工廠採用 GEM，我們預期它們也將希望搭配使用相關的最新技術，包括 SMN、SEDD、模組製程追蹤以及設備效能追蹤。請密切關注 SEMI 先進後端工廠整合工作小組在工作推進過程中發布的更多細節與最新動態——若您希望協助引導並加速這項工作，歡迎隨時加入此倡議！