半导体基础SECS协议 - GEM300

标签：GEM300 晶圆 Process Job Equipment SECS Carrier 半导体

　　GEM（Generic Equipment Model）定义了Fab中各个场景下设备行为及其所使用SECS消息。GEM300的定义内容是GEM在300mm晶圆Fab的特化内容。本篇将简要介绍GEM300所涉协议、其中重要SEMI协议（E87、E40、E90、E39）、GEM300生产设备类型及其Load操作。

 

一、Significance of GEM300

1. 300mmFab中Carrier过重，人工转运方式愈发困难：

　　GEM300提供AMHS等自动物流方式。

2. 已封装类型Carrier（例如 FrontOpening Unified Pod - FOUP）的广泛使用：

　　GEM300定义内容适用于该类Carrier。

3. 300mm的晶圆较为昂贵：

　　GEM300中大部分场景高度自动化，可减少OP误操作导致的晶圆报废。

4. 设备昂贵：

　　GEM300高度自动化，可提高设备持续生产效率。

 

二、Relavant SEMI Standards*

1. 总览

　　GEM300所涉协议如下表所示：

Standard	Title
Aux010	User Configuration for 300mm Load Ports
Aux013	Equipment Supplier Basic Operating Scenarios
E5	SECS - II (Data Item & Message Formats)
E30	GEM (Equipment Automation Behavior)
E30.1	Inspection/Review Equipment SEM
E30.5	Metrology SEM
E32	Material Movement Management
E36	Semiconductor Equipment Mfg Tagging
E37, E37.1,.2	HSMS-SS (SECS on TCP/IP)
E38	Cluster Tool Module Communication (CTMC)
E39, E39.1	Object Services
E40, E40.1	Process Jobs
E53, E53.1	Event Reporting
E54, etc.	Sensor Actuator Network
E58, E58.1	Automated Reliability, Availability, Maintainability (ARAMS)
E81	CIM Framework Domain Architecture
E82	Intra- & Inter-Bay AMHS SEM
E84	Enhanced Carrier Handoff Parallel I/O
E86	CIM Framework Factory Labor Component
E87, E87.1	Carrier Management
E88	AMHS Stocker SEM
E90, E90.1	Substrate Tracking
E91	Wafer Prober SEM
E94, E94.1	Control Jobs
E95	Human Interface for Equipment
E96	CIM Framework Technical Architecture
E97	CIM FW Global Declarations and Abstract Interfaces
E98, E98.1	Object Based Equipment Model (OBEM)
E99, E99.1	Carrier ID Reader/Writer
E101	EFEM Functional Structure Model
E102	CIM Framework Material Transport and Storage
E105	CIM Framework Scheduling
E107	Electric Failure SECS Data
E109	Reticle and Pod Management
E116	Equipment Performance Tracking (EPT)
E118	Wafer ID Reader Communications
E120	Common Equipment Model
E121	Style & Usage for XML
E122	Tester SEM
E123	Chip Handler SEM
E125	Equipment Self-Description
E126	Equipment Quality Info. Parameters (EQIP)
E127	Integrated Measurement Module Comm.
E128	XML Message Structures
E130	Wafer Prober 300mm SEM (PSEM300)
E132	Equip. Client Authentication & Authorization
E133	Automated Process Control
E134	Data Collection Management
E138	XML Common Components
E139, E139.1	Recipe and Parameter Management (RaP)
E142, E142.1	Substrate Mapping
E145	Classification for Measurement Unit Symbols in XML
E147	Guide fror Equipment Data Acquisition (EDA)
E148	Specification for Time Synchronization and Definition of the TS-Clock Object
E151	Guide for Understanding Data Quality
E153	AMHS SEM (AMHS SEM)
E157	Module Process Tracking
E160	Communication of Data Quality

 

2. 实现GEM300必要/非必要协议

1. 必要协议：

   • E5, E30, E37.1 (SECS/GEM/HSMS-SS)

   • E87 (Carrier Management)

   • E90 (Substrate Tracking)

   • E40 (Process Jobs) & E94 (Control Jobs)

   • E39 (Object Services)

   • E84 (Parallel I/O)

   • E120, E125, E132, E134 (EDA Suite)

2. 非必要协议（Nice to have，but not essential）：

   • E99 (Carrier ID Reader/Writer)

   • E58 (ARAMS) – Subset

   • E116 (Equipment Productivity Tracking)

   • E42 (Recipe Management) – Subset

   • E139 (Recipe and Parameter Management)

   • E79 (Equipment Productivity Tracking)

 

3. 硬件协议*（From E106）

　　如下图所示：

 

4. GEM300通信协议

　　1. 设备通信：

 　　可将上述协议图分为三部分：

• SECS通讯 - E37/E5/E30

　　　　在E30规定的场景中，设备使用E5所定义SECS-II消息，通过E37提供的TCP/IP通信链路进行通讯。

• 设备各项任务处理 - E87/E90/E40/E94/E39

　　　　设备通过E87与E90管控其经手的Carrier和晶圆，并通过E40和E94确保任务的正确。程序中所涉及的设备对象都由E39定义。

• 物流 - E84

　　　　E84定义了GEM300内的自动物流系统。　　　　

 

　　2. FAB内通信：

　　

　　　　CIM系统整合/管理着FAB厂内绝大部分的资源，FAB内通信同样由其管控。其中生产设备直接由CIM内的MES（Manufacturing Execution System）、EES（Equipment Efficiency System）系统如1.部分管控，而物流设备则由MCS系统管理。（MCS与物流设备进行通讯，使用协议除基础SECS外，存在SEM - Specific Equipment Model，为补充E10的特化设备协议） 

 

　　3. GEM300通信协议层

　　　　GEM300所涉通信主要协议层内容如下图标黄部分所示：　　

 

三、GEM300系统介绍 - 设备

1. 设备分类

　　

 

 2. GEM300中E84

　　

　　Flow：AMHS → 使用AGV/OHT上料 → Production Equipment Load Port → 通过Sensor感应并上报Carrier状态等实时数据 → 工厂MES向机台发出远程控制指令 → Production Equipment响应控制指令

 

3. Equipment Type Examples

1.  Fixed-Buffer Equipment

   

2. Internal-Buffer Equipment

   

3. Single Wafer Equipment

   

   1. 一些关键单元
      1. Load Port上的Carrier Sensor
      2. Carrier ID Reader
      3. Dock position
      4. Slot Map Reader
   2. Fixed Buffer/Internal Buffer 装卸操作
      1. Fixed-Buffer
      • 装载Carrier（AMHS或Manual PGV）
      • 读取Carrier ID（不同设备，该步读取也可发生在第三、第四步后）
      • 夹持（clamp）Carrier
      • Carrier停靠（docked）
      • 读取电子标签（IF Exist）
      • 打开FOUP
      • 读取子批次映射（slot map）
      • 取出/放回Single Wafers
      • FOUP关闭
      • 根据处理后信息，将必须信息写入电子标签中（Optional）
      • Carrier脱离停靠
      • Carrier脱离夹持
      2. Internal-Bufer
      • • Load Port - Load
          • 装载Carrier
          • 读取Carrier ID
          • 夹持
          • Carrier移入
        • Load Port - Unload
          • Carrier移出
          • 脱离夹持
          • 卸载Carrier
        • Internal FIMS Port
          • 夹持
          • 停靠
          • 开启FOUP
          • 读取子批次映射
          • Single Wafer移入/移出
          • 关闭FOUP
          • 脱离停靠
          • 读取电子标签
          • 脱离夹持

　　

四、GEM300关键协议

1. E87 - Carrier Management Standard（CMS）

　　1. 概述

• • E87描述了Carrier如何移入移出设备　
  • 确认Carrier ID以及Slot Map的标准方式
  • 辅助Fixed-Buffer与Internal-Buffer这两类设备
  • 定义完成Carrier自动装卸所需额设备操作、数据及Service　

　　2. E87状态模型

　　　　

 

　　3. E87 - Scenario

　　　　1. 主机请求Carrier配送

　　　　　　

　　　　　　

• • • AMHS配送Carrier
    • 设备与AMHS通过E84定义的握手方式，完成确认，将Carrier装载到Load Port
    • Carrier Clamped

　　　　2. 确认Carrier ID

　　　　　　

　　　　　　

• • • 设备读取Carrier，并将该ID发至Host
    • Host确认ID

　　　　3. 确认Slot Map

　　　　　　　　

　　　　　　

• • • 主机向机台发送期望的Slot Map
    • 设备开启Carrier Door
      • 设备扫描子批次
      • 确认子批次已正确排布

　　　　4. Process Ready

　　　　　　

　　　　　　

• • • 移出晶圆
    • 处理
    • 放回晶圆

　　　　5. 晶圆处理完成

　　　　　　

• • • 全部晶圆已放回Out-Bound Carrier
    • Door closed
    • Carrier undocked

　　　　6. 主机请求卸载Carrier

　　　　

　　　　　　

• • • Carrier unclamped
    • 设备与AMHS通过E84协议定义的握手方式，完成确认，将Carrier从Load Port处卸载
    • AMHS将Carrier移走

2. E40 - Process Management Standard（PMS）

　　1. 概述

　　　　E40 - 提供了将制程与晶圆绑定的方式

　　　　　　- 定义了晶圆的制程顺序

　　　　　　- 为制程提供了一些调优方法

　　2. E40 状态模型

　　　　

 

　　3. E40 Scenario

　　　　1. 有需处理晶圆

　　

　　　　　　

• • • 主机新建Porcess任务
    • 将一个Recipe ID分配给一个或多个晶圆ID

　　　　2. 已创建Process任务

　　　　

　　　　　　

• • • 处理任务启动
    • 根据主机设置处理任务中的参数对物料进行处理

　　　　3. 物料处理

　　　　　

　　　　　　

• • • 开启处理任务
    • 根据主机所设处理任务中的参数处理物料

　　　　4. 数据上报

　　　　　　

• • • 主机通过数据上报事件监控处理任务进度
    • 处理任务可能并行

　　　　5. 物料处理完成

• • • 物料返回Carrier
    • Post Processing performed on equipment resources

3. E94 - Control Job Management（CJM）

　　1. 概述

　　　　E94 - 引入队列机制以调度控制任务

　　　　　　- 为领域范围内的Process Job提供了调度机制

　　　　　　- 定义Process Job完成后晶圆如何放置

　　2. E94状态模型

　　　　

 

　　3. E94 - Scenario

　　　　1. 有需调度的Process Job

　　　　

　　　　　　

• • • 主机新建Contol Job
    • 确认归属于Control Job的Process Job

　　　　2. Control Job Selected

　　　　　　

　　　　　　

• • • Process Job尚未Scheduled
    • 若物料未就绪，等待物料转运
    • Resources are reserved

　　　　3. Process Job已执行

　　　　

　　　　　　

• • • 开启Control Job
    • 根据主机优先级，schedule Process Job
    • 完成物料处理

　　　　4. 数据上报

　　　　　　

　　　　　　

• • • 主机通过数据上报时间获悉Control Job进度
    • Control Job可并行执行

　　　　5. 物料完成处理

　　　　

　　　　　　

• • • Control Job确认物料归位
    • Control Job将保持Active直到物料分离

 

4. E90 - Substrate Tracking Standard(STS)

　　1. 概述

　　　　E90向主机报告：

　　　　　　- 晶圆（substrate）运输状态

　　　　　　- 每个晶圆的Process 状态

　　　　　　- 每个晶圆的Location

　　　　　　- 每个批次的Location

　　2. E90 - 状态模型

　　　　

 

　　3. E90 - Scenario

　　　　1. Carrier已送达/确认

　　　　　　

　　　　　　

• • • 新建Carrier Substrate Location对象、
    • Substrate对象创建

　　　　2. 事件上报

　　　　　　

　　　　　　

• • • 发送每个Wafer的每个状态transition的事件消息
    • 上报内容包括ID、Location以及State

　　　　3. 晶圆就绪，可开始Process Job

　　　　

　　　　　　

• • • 晶圆并未AT WORK
    • 晶圆In Process
    • Location is now Unoccupied

　　　　4. 晶圆处理中

　　　　　　

　　　　　　

• • • At WORK - 每当晶圆进入一个新Location，随即新建一个AT WORK事件
    • In Process - 每个Station均无无新事件

　　　　5. Carrier卸载

　　

　　　　　　

• • • 删除Carrier Substrate Location
    • 删除Substrate对象

 

5. E39 - Object Service Standard（OSS）

1. 概述

　　E39 - 对Carrier等实物、Project等抽象概念，在软件架构中通过属性、参数来描述设备行为和　　　　　　　　                 数据的抽象对象。

　　　　- 提供用于读写对象属性的服务。其他标准将会引用E39中用于定义对象以及访问这些对                   象属性的方法。

2. 对象示例

　　Carrier：

　　

 

 

下一节：读机台Manual - 个人总结

 

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From： https://www.cnblogs.com/MangRan/p/17972739