本博客最初发布于cimetrix.com。
晶圆制造中的设备通信领导力
多年来，半导体行业的晶圆制造工厂——即在硅基底上制造半导体器件的场所——几乎在100%的生产设备上普遍采用并强制执行GEM标准。这涵盖了前端工艺（FEOL，器件形成）和后端工艺（BEOL，器件互连）的全谱系流程及配套设备。 多数设备还额外实施了一套SEMI标准，因其制定与采用恰逢首批300毫米晶圆制造而常被称为"GEM 300"通信标准。值得注意的是，这些标准中并未包含针对特定晶圆尺寸的专属特性。
GEM与GEM 300标准的协同作用，使行业得以在全自动化工厂中处理基板——美光科技在此视频中展示了相关案例，格罗方德半导体在此视频中也进行了演示。
具体而言，GEM 300标准用于管理整体制造过程中的以下关键步骤：
- 设备上的自动载体输送与移除
- 负载端口跟踪与配置
- 承载标识符与承载内容（时隙映射）验证
- 任务执行中，配方被分配给特定物料
- 远程控制以启动任务并应对危机情况（例如暂停、停止或终止处理）
- 材料目的地分配处理后
- 设备内部精确的物料位置追踪与状态监测
- 加工步骤状态报告
- 设备综合效率（OEE）监测
此外，GEM标准还支持
- 收集独特的设备数据，为众多数据分析应用程序提供支持，例如统计过程控制。
- 设备专用遥控器
- 故障检测的报警报告
- 通过屏幕文字与设备操作员/技术人员进行交互
- 通信故障期间重要数据的保护
半导体后端工艺产业紧随其后
晶圆加工完成后，晶圆将被运往半导体后端制造工厂进行封装、组装和测试。历史上，该行业领域曾零星使用GEM和GEM 300系统，但并未普及。如今这一状况正在改变。
在北美地区，SEMI成立了名为"先进后端工厂集成"（ABFI）的新工作组，旨在统筹并推动该行业领域实现更强大的自动化能力。为此，该工作组负责定义后端设备中对GEM及GEM 300的支持，涵盖凸点成型、晶圆测试、分离、芯片粘贴、引线键合、封装、标记、最终测试及最终组装等工艺流程。 作为首要任务，该小组已着手更新SEMI E142标准（基板映射），以增强晶圆映射功能，从而报告单个器件可追溯性所需的附加数据。接下来，工作组将重点转向更清晰地定义GEM和GEM 300在后端环节的应用场景及推广路径。
为什么选择GEM？
选择GEM有以下几个原因。
- 该行业中的许多设备已配备GEM接口。
- GEM提供两种适用于所有数据采集应用的主要数据采集形式。其中包括通过追踪报告对设备和工艺状态信息进行轮询，工厂可按任意频率采集选定变量。此外，采集事件报告允许工厂系统仅订阅其关注的采集事件通知，并指定每次采集事件需报告的数据内容。
- 大多数设备供应商都具备GEM经验，这些经验要么来自在后端设备上实施GEM，要么来自在其前端设备上实施GEM。
- 工厂可将经验丰富的工程师从半导体前端设施调入后端，其具体目标是提高后端自动化水平。
- GEM系统已证明其具备支持各类制造设备的灵活性。该系统可部署于任何类型的设备，以实现远程监控与控制功能。
- GEM是一种高效协议，仅发布订阅者订阅的数据，采用二进制格式以最大限度减少计算和网络资源消耗。
- GEM具有自描述特性。连接设备GEM接口并采集有用数据仅需极短时间。
- GEM可用于控制设备，即使存在必须支持的特殊功能。例如，通过提供定制的GEM远程命令，工厂可轻松确定定期校准和清洁的执行时机，从而确保设备始终处于最佳运行状态。
整体设备效率改进追踪
ABFI工作组已针对SEMI E116标准（设备性能追踪规范，简称EPT）提出若干修订建议。EPT是可通过GEM接口实施的若干标准之一，旨在扩展GEM消息集之外的标准化性能监控行为。该标准现已支持在设备及其内部模块处于空闲（IDLE）、忙碌（BUSY）和阻塞（BLOCKED）状态时进行状态报告。 模块可指负载端口、机器人、输送机或工艺腔室。当处于BUSY状态时，该标准要求报告设备或模块的具体操作内容；当处于BLOCKED状态时，则要求报告设备或模块被阻塞的原因。
在分析后端行业领域的需求后，工作组决定采用并改进EPT标准。例如，现行EPT标准并未区分计划停机与非计划停机。但通过对E116标准进行若干微调，工厂即可在安排设备停机时向设备发出通知，这将显著提升工厂追踪设备综合效率并作出相应响应的能力。
未来工作计划
GEM 300标准中的许多规范在适用且有益的情况下，可推广应用于部分后端设备。工作组正制定具体的功能要求与评估标准以确定适用性，并将最终建议纳入新标准发布。多家先进后端工厂的代表已深度参与此项工作，但我们始终欢迎更多机构加入。