這篇部落格文章最初發表於 cimetrix.com
背景
本系列之前的部落格文章已探討了在半導體後端工廠中採用 SEMI 的 GEM、GEM 300 及相關自動化標準的理由，並指出針對各類後端設備所需的具體調整，正是 SEMI 先進後端工廠整合（ABFI）專案小組的重點關注領域之一。 在本篇貼文中，我將具體探討在後端工廠環境中採用 E157 製程模組追蹤標準所能帶來的效益。
由於後端材料轉化過程均未在前端專家所稱的「製程腔室」中進行，這似乎與該概念並不相符。此外，後端製程的速度似乎與典型的前端製程配方執行模式相悖。最後，由於某些製程缺乏明確的基板位置，因此在某些情況下，難以精確判斷受影響材料何時開始及結束該製程。
儘管面臨這些挑戰，但針對單一裝置可追溯性的要求——包括須確知裝置在其製造生命週期（含後端製程）的每個時刻所處的具體製程條件——仍主張應盡可能採用此標準。由於後端材料轉化的所有步驟，均未在前端專家所認定的「製程腔室」中進行，因此此標準看似與後端製程難以契合。此外，後端製程的速度似乎也與典型的前端製程配方執行模式相悖。 最後，由於某些製程缺乏明確的基板位置標示，使得難以精確掌握受影響材料之製程何時開始與結束。
SEMI E157 – 製程模組追蹤
SEMI E157 的目的在於「定義設備向工廠系統回報製程相關資料的標準能力……即與執行製程配方相關的加工位置（亦即製程模組）所進行的活動。」 該標準進一步指出：「在製程配方執行期間收集製程數據，對於當今的半導體工廠而言至關重要，此舉有助於支援各類應用，進而優化設備製程、成品品質、良率及整體工廠績效。」
這些要求對後端工廠而言，如今與對前端工廠同樣重要，因此了解如何有效應用 E157 將大有裨益。
首先，E157 模組流程狀態模型相當簡單，僅有 4 種狀態（其中 3 種是沒有子狀態的「基本狀態」）以及 7 個狀態轉換事件，如下圖所示。
此模型代表設備單元中執行製程配方，以轉換該設備部分內所含任何材料的該部分（或多部分）的狀態。在前端設備中，各腔室之間界線相對分明，且通常每次僅處理少量基板（通常為一個）。相較之下，後端製程涵蓋廣泛的材料類型，從單片晶圓到包含多個晶片的條帶（或引線框架），乃至單個封裝。 物料流動的特性也各不相同，從離散式（即單件工件）到批次式，再到連續式。此外，這些製程的產能與物料處理量範圍，可能從每小時 90 片晶圓到每小時數千個封裝不等……面對這些挑戰，這些廠房的自動化進程落後於前端製程，也就不足為奇了。
E157 標準是如何應用的？
從設備的角度來看，每當製程模組依照上述模型變更狀態時，設備便會將相應的狀態轉換事件傳送至工廠主機。此過程是透過 SECS-II S6、F11 事件報告訊息來實現的，其中事件名稱須完全符合 E157 標準的規定。
事件報告還應包含設備提供的任何「背景資訊」，以便工廠應用程式分析設備的性能與行為。對於某些後端製程而言，這可能包括批次編號、製程工作單編號、配方名稱、控制設定，以及重要製程變數的當前參數值。 對於其他製程，則可能是使用壽命有限的夾具之累計使用次數、製程中消耗品的當前使用量，或是具備多種設定可能性之設備的配置參數。更複雜的是，其中部分資訊在大多數製程中是共通的，部分則特定於特定製程，但有些甚至可能實際上僅適用於特定供應商。這一切都取決於工廠的運作方式。
最後，當結合其他必要標準（例如 E90《基材管理》）所提供的事件時間資訊時，E157 數據有助於識別潛在的生產力問題，例如當材料到貨（來自 E90）與配方啟動（E157）之間出現意外延遲時。
E157 該如何針對後端設備進行調整？
如前所述，某些類型的設備會持續處理物料流。在這種情況下，針對特定批次，可能會以連續流動的方式（例如，透過輸送帶將基板送入烘箱）同時處理多塊基板，直至該批次處理完成為止。對於這類設備，無法直接套用 E157，因為該標準是以處理室為導向的；若將整個批次作為執行開始與結束事件，將無法獲得太多有用的資訊。
然而，若將相同的狀態模型套用至正在處理的材料（基板、帶狀/引線框架、載體等），而非設備組件，則當該材料的一單位狀態發生變化時，即可實作由 E157 所定義的收集事件。 具體而言，當基板上的執行狀態發生變化時（包括步驟開始與完成），設備可回報相同的資料擷取事件（ExecutionStarted、StepStarted、StepCompleted、ExecutionCompleted、StepFailed 及 ExecutionFailed）。其中「步驟」的定義與設計仍由設備供應商負責詮釋與規劃。 將這些 E157 收集事件與新的「substrateID」資料變數（而非腔室）關聯，可讓工廠使用者追蹤每片通過設備的基板之材料狀態。
哪些後端設備類型應實施 E157 標準？
儘管後段製程的量測、檢驗及測試設備可能會執行製程配方來完成其任務，但由於並未發生材料轉化，因此狀態轉換事件及相關背景資訊，遠不如這類設備所產生的測量與檢驗結果重要。
至於其餘的後段製程，實施 E157 的相對優先順序如下：
高——晶片黏著、線接合、切割／鋸切／分片
中型——背面研磨、拋光、電鍍、退火、成型、修邊與塑形
低溫 – 晶圓裝配、晶粒黏合固化、去毛邊、雷射標記、拉杆切斷、烘烤、老化測試
我們尚未提及的一類設備是客製化組裝設備，其設計會因最終產品的外形規格而有極大差異。在此類設備中是否採用 E157，將完全取決於製程的複雜程度，以及必須追蹤的變異來源。然而，可以合理地假設，除了最簡單的製程之外，E157 極有可能發揮實用作用。
結論
E157 是一項基於 GEM 技術、極為簡潔且撰寫精良的標準典範，不僅易於實施，更能為終端使用者帶來極大價值。SEMI ABFI 專案小組目前正評估如何針對各類後端設備類型具體調整 E157 標準，並歡迎您為此過程貢獻心力。