半导体后端工艺：与GEM相关的其他SEMI标准

本博客最初发布于cimetrix.com。

背景

在本博客中，我将概述工作组计划采纳的补充性SEMI信息与控制标准，这些标准将与GEM及GEM300标准形成互补。

后端工艺考虑的补充SEMI标准

下列所列标准中的许多是在GEM300制定几年后才开发的，但如今已被视为现代GEM300标准体系的组成部分。

E84 载波移交

E84载波交接是本列表中唯一非GEM标准的规范，因其涉及独立的并行I/O接口。该接口虽与GEM完全独立，但在同时支持E87载波管理时会与其协同工作。然而鉴于E84载波交接常被纳入GEM300的讨论与要求范畴，且作为后端行业应择优采用的标准，在此进行探讨具有重要意义。

E84标准定义了用于并行I/O（PIO）接口的手握信号，以实现托盘输送与托盘移除的自动化操作。 自动化物料搬运系统（AMHS）可采用自动导引车（AGV）或架空输送（OHT）系统，但无论采用何种方式，物料均通过载具进行输送。E84标准在所有半导体晶圆厂（前端）中被广泛采用并获得认可，在后端制造环节进行载具输送时亦是理所当然的选择。

E116 设备性能追踪规范

E116设备性能追踪已在之前的博客中讨论过，因为计划更新该规范以更好地支持后端操作。E116适用于任何行业的制造设备，因为它主要基于SEMI E10原则——该标准定义了衡量设备可靠性、可用性和可维护性的通用术语。作为额外优势，设备中的每个主要部件也可建模以追踪其生产效率。

E142 基质测绘规范

E142 基板映射及其子标准（E142.1 基板映射XML架构与E142.2 基板映射SECS-II协议）定义了通用基板映射文件及其通过GEM接口在设备间传输的规范。基板映射文件是与物理基板（如晶圆、条带或托盘）对应的二维数据数组。 该映射定义了基板的尺寸、基板上的重要位置，并可包含位置相关数据（例如用于明确标识特定位置的编号方案）。例如，E142可用于标记基板上的"已知良品"器件。

某些设备类型在处理前需要基底图。部分设备能够生成基底图。还有些设备既要求处理前提供基底图，又会在处理完成后生成更新的基底图。 在E142规范中，基板图以符合E142 XML架构的XML文件形式呈现。由于大量后端设备需依赖基板图正常运行，E142成为自然选择。需注意的是，ABFI工作组正对E142进行若干重要改进，旨在存储满足增强型可追溯性要求所需的附加数据。

基板映射是GEM实现横向通信的绝佳范例。横向通信指数据在设备间直接共享。传统上，GEM中的横向通信采用间接方式实现：某设备将数据传递给主机，再由主机转发至需要该数据的设备。从这个意义上说，GEM主机充当了设备单元间的媒介。

采用这种间接的横向通信方式具有显著优势。例如，设备A可能检测基板、生成基板图谱并将其发送至主机。随后设备B可向主机请求该基板图谱。

在设备间使用GEM主机实现此应用场景的优势在于：设备A和设备B仅需实现GEM协议——这本就是它们应有的功能。设备无需支持额外协议和/或定制消息序列，也无需针对特定设备接口进行测试。只要每台设备遵循GEM标准，它们就能集成到工厂系统中，并通过GEM主机共享数据。

E148 时间同步规范及TS时钟对象定义

工厂中收集的大量数据只有在正确添加时间戳时才具有实用价值。此外，只有当时间戳经过同步处理时，才能对来自多个数据源的信息进行比较。这正是SEMI E148标准发挥作用之处。

E148时间同步规范要求设备支持行业标准的网络时间协议（NTP），并共享其实现相关信息。而NTP软件则用于同步计算机时钟。

由于后端行业领域正朝着收集更多数据的方向发展，为这些数据添加正确的时间戳至关重要，因此其数据源的时间同步也显得尤为关键。 虽然未必需要完全实现E148标准，但设备必须支持E148中描述的NTP协议。若设备控制系统由多台计算机组成，E148规定应统一由指定的主计算机进行时间同步——当其他计算机生成带时间戳的数据时，这种做法尤为合理。

E157 模块工艺追踪规范

E157模块工艺追踪功能并非适用于所有后端设备。要使用该功能，必须至少配备一个工艺模块（即工艺腔室），且该模块需具备单次处理单个基板或单批次材料的能力。若设备同时处理多个基板，但每个基板的起止时间各不相同，则本规范不适用。

E157模块工艺跟踪定义了一个非常简单的处理状态模型，该模型针对每个工艺腔室独立实现。

状态模型会报告工艺腔室处于空闲状态（未执行）或正在处理配方（执行中）的情况。当处理配方时，每次配方中的单个步骤开始、完成或失败都会被报告。具体如何定义配方步骤由实现者自行决定。 根据我的经验，多数可采用E157标准的设备已通过GEM事件集实现了类似功能。但相较于定制化实现，标准化方案对终端用户和设备制造商均更为有利。

E157是基于GEM技术构建的典范标准，其设计极其简洁且规范严谨，不仅易于实施，更能为终端用户创造巨大价值。期待ABFI工作组能依据E157原则开发出新方案，使其能完美适配无法满足当前标准全部要求的后端设备。

E172 SECS设备数据字典（SEDD）规范

回溯过去（其实也没那么久远），"GEM文档"指的是一摞随设备交付的纸质印刷文档。如今，"GEM文档"则指MS Word文档、PDF文件、Excel电子表格或其他电子形式呈现的相同信息。几乎任何数字格式都可接受。

尽管如此，E172 SECS设备数据字典仍是GEM文档的未来方向。GEM文档采用标准化电子XML格式呈现，称为SEDD文件。E172定义了标准XML架构，其初始版本仅包含GEM接口的基本信息，后续版本则扩展了多项细节内容。 我期待不久后能宣布：E30 GEM标准已正式修订，将SEDD文件纳入文档规范体系。 此外，该标准还应增强GEM功能，允许通过GEM接口直接传输SEDD文件。此举将显著提升GEM的即插即用能力——工厂主机软件可读取SEDD文件，自动配置GEM主机软件以支持设备特有的GEM实现方案及消息格式。

随着后端行业领域在工厂中日益普及GEM技术，我预计所有后端设备制造商都将被要求提供SEDD文件。

E173 XML SECS-II 消息符号化（SMN）规范

为诊断GEM接口中的问题，必须对主机与设备间传输的GEM消息进行日志记录。通常，GEM主机和设备的GEM接口均提供日志功能。过去曾采用名为SML（SECS消息语言）的记法来记录GEM消息。 遗憾的是，SML从未实现标准化，甚至缺乏充分明确的定义。因此全球存在多种SML变体。虽然SML标记本身通过软件生成相对容易，但实现方式的差异性导致其难以自动解析和使用。

幸运的是，SEMI北美GEM300工作组创建了E173 XML SECS-II消息标记（SMN）来解决此问题。SMN定义了一种XML架构，任何人都可用于记录和日志化GEM SECS-II消息。该架构功能丰富，既支持最小化XML标记，也支持复杂的XML装饰。其实用性和灵活性体现在：E172 SEDD架构文件直接引用了SMN架构文件。 由于SMN基于XML，软件既能轻松生成又能便捷处理。几乎所有编程语言都提供丰富的XML处理工具与库。将SMN与GEM结合使用，既能保持GEM高效的二进制消息收发能力，又能借助可装饰的人类可读文本标记实现故障诊断优势。

我预计ABFI工作组将建议后端行业领域在所有设备通用电气接口中采用SMN标准。

结论

随着后端工厂采用GEM，我们预计它们也将希望结合使用最新技术，包括SMN、SEDD、模块工艺追踪和设备性能追踪。请持续关注SEMI先进后端工厂集成工作组的进展详情与更新——若您希望参与推动并加速这项工作，欢迎加入该倡议！