本博客最初发布于cimetrix.com。
背景
本系列之前的博文已探讨了在半导体后端工厂采用SEMI的GEM、GEM 300及相关自动化标准的依据，并指出针对各类后端设备所需的具体适应性调整是SEMI先进后端工厂集成（ABFI）工作组的重点关注领域之一。 本文将重点探讨在后端工厂环境中采用E157工艺模块追踪标准所能实现的效益。
由于所有后端材料处理均未在前端专家所认定的"工艺室"中实现，这种组合看似难以匹配。此外，后端工艺的运行速度似乎与典型前端配方执行模式相悖。最后，某些工艺缺乏明确的基材定位，导致在特定情况下难以精确判断相关材料的工艺起止时间。
尽管存在这些挑战，但单个器件可追溯性的要求——包括掌握器件在其整个制造生命周期（包括后端）中每个时刻所经历的确切工艺条件——仍主张尽可能采用该标准。由于后端材料转化过程均未在前端专家所认定的"工艺腔室"中实施，这似乎难以适用。此外，后端工艺的运行速度似乎与典型前端配方执行范式相悖。 最后，部分工艺缺乏明确的基材定位，使得难以精确判定相关材料所处工艺的起止时间点。
SEMI E157 – 工艺模块追踪
SEMI E157标准旨在"定义设备向工厂系统报告工艺相关数据的标准能力……即与配方执行相关的加工位置（即工艺模块）的活动"。该标准进一步指出："在配方执行过程中收集工艺数据对当今半导体工厂至关重要，这有助于支持各类应用程序，从而优化设备工艺、成品质量、良率及整体工厂性能。"
这些要求如今对后端工厂而言与前端工厂同样重要，因此理解如何有效应用E157规范具有重要意义。
首先，E157模块过程状态模型相当简单，仅包含4个状态（其中3个为无子状态的"基础状态"）和7个状态转换事件，如下图所示。
该模型代表设备单元中执行配方以转化该部分现有材料的组件（或多个组件）的状态。在前端设备中，各腔室相对独立，通常每次仅处理少量基板（常为单片）。相比之下，后端工艺涵盖广泛的材料类型，从单晶圆到多芯片带状结构（或引线框架），再到独立封装件。 物料流特性同样存在差异，涵盖单件（即单个工件）、批量及连续处理模式。此外，这些工艺的生产速率与物料体量跨度极大——从每小时90片晶圆到每小时数千个封装件不等……面对如此挑战，这些设施的自动化进程落后于前端领域也就不足为奇了。
E157标准如何应用？
从设备角度来看，每当工艺模块根据上述模型改变状态时，设备都会向工厂主控计算机发送相应的状态转换事件。此过程采用SECS-II S6、F11事件报告消息实现，其中事件名称完全遵循E157标准的严格规定。
事件报告还应包含设备产生的所有"上下文信息"，这些信息是工厂应用程序分析设备性能和行为所必需的。对于某些后台流程，这些信息可能包括批次ID、工艺任务ID、配方名称、控制设置以及关键工艺变量的当前参数值。 对于其他流程，则可能是寿命有限的夹具累计使用次数、工艺中消耗品的当前消耗量，或是具备多种设置可能性的设备的配置参数。更复杂的是，部分信息在多数流程中共享，部分属于特定流程专属，而某些信息可能实际取决于供应商——这完全取决于工厂的运营模式。
最后，当结合其他必要标准（例如E90基板管理）提供的事件时间信息使用时，E157数据可帮助识别潜在的生产效率问题——例如当物料到达（来自E90）与配方启动（E157）之间出现意外延迟时。
E157如何适应后端设备？
如前所述，某些设备类型会连续处理物料流。在这种情况下，对于给定批次，多个基材可能在连续流中同时处理（例如通过传送带穿过烘箱），直至该批次完成。对于此类设备，E157标准无法直接应用，因为该标准侧重于处理室环境，且若将整个批次作为执行起始和完成事件，则无法获得多少有价值的信息。
然而，若将相同的状态模型应用于正在处理的材料（基板、带材/引线框架、载体等）而非设备组件，则当该材料的单元发生状态变化时，即可实现E157定义的采集事件。 具体而言，当基板上的执行操作发生状态变化时（包括步骤启动与完成），设备可报告相同的采集事件（ExecutionStarted、StepStarted、StepCompleted、ExecutionCompleted、StepFailed及ExecutionFailed）。其中"步骤"的具体定义仍由设备供应商负责解释与设计。 将这些E157采集事件关联至新的"substrateID"数据变量（而非腔室），可使工厂用户追踪每块通过设备的基材状态。
哪些后端设备类型应实施E157？
尽管后端计量、检测和测试设备可能通过运行配方来执行任务，但由于不涉及材料转化，其状态转换事件及相关上下文的重要性远低于这些设备类型所产生的测量和检测结果。
对于其余后端工艺，实施E157的相对优先级如下：
高 – 芯片贴装、引线键合、切割/锯切/分片
中型 – 背面研磨、抛光、电镀、退火成型、修边与塑形
低 – 晶圆贴装、芯片胶固化、去毛刺、激光标记、压条切割、烘烤、老化测试
我们尚未提及的一类设备是定制组装设备，其形式因最终产品形态而异。该类设备中E157的使用将完全取决于工艺复杂度及需追踪的变异来源。但可以合理推断，除最简单的工艺外，E157很可能发挥重要作用。
结论
E157是基于GEM技术构建的典范标准，其设计极为简洁且规范完善，不仅易于实施，更能为终端用户创造巨大价值。SEMI ABFI工作组现正评估E157在各类后端设备中的具体适配方案，并诚邀您参与该进程。