SECS/GEMチュートリアルセミナーの概要
By Mitsune SAKAMOTO, Zama Consulting
はじめに
SEMIの通信スタンダードであるSECS/GEMは、その出版から30年近くが経過し、GEM300は半導体製造における自動化仕様の基礎として20年以上にわたって使用されてきています。
これらのスタンダードは、半導体製造ラインに対しては依然として有効であり、それらの自動化に適用されるべきであります。したがって、これらのSEMI通信スタンダードを理解し、活用できる人材を確保し、半導体製造の自動化を支援し続けることが必要です。これらのニーズに対応するため、SEMIではSECS/GEMとGEM300通信スタンダードセミナーを毎年開催しています。
残念ながら、昨年2020年は新型コロナウイルスの影響でセミナーが中止になりました。
但しこのような状況の中、SEMI事務局とボランティア講師の努力により、インターネット上でセミナーを開催することができました。
この記事では、SECS/GEMとGEM300の概要を説明し、SECS/GEMとGEM300を開始する皆さんのために、SEMIの通信スタンダードを紹介します。
半導体製造装置のオンライン化の目的
半導体製造装置のオンライン化の目的は、工場情報システムと連携して装置の管理と自動化を行うことです。
装置をオンラインにすべき理由は、半導体製造には多くの工程が含まれ、管理と制御が複雑になるからです。図1は、ウエハ上にトランジスタを形成するためのプロセスステップのイメージを示しています。STI、ウェルからコンタクトまで100以上のプロセスステップがあり、一連のプロセスステップは、プロセスステップごとに各ウエハに対して適切なタイミングで実行されなければなりません。さらに、装置は各プロセスステップに対して指定された適切な処理条件で操作されなければなりません。これらの装置を確実かつ遅滞なく管理・運用する唯一の方法は、IT技術を活用することです。半導体製造装置は、通信を介して生産を管理・制御するシステム(工場情報システムまたはホスト)と統合されなければなりません。
半導体製造装置のオンライン化
各プロセスに使用される装置は、ホストとの対話のためにオンラインである必要があります。
オンライン半導体製造装置は、装置の状態をホスト(工場情報システム)に報告し、システムから指示を受け取り、動作を実行します。これにより、工場情報システムが機器の状態を監視し、その動作を遠隔操作することができます。
例えば、デバイスが、「プロセスされるウエハが到着した」、「ウエハプロセスが開始された」、「ウエハプロセスが終了した」、または「プロセスされたウエハが出荷された」と報告すると、ホスト(工場情報システム)は、これらのイベントを捕捉し、処理工程へ進みます。ホストは装置に到着するウエハの処理条件を指定し、処理の開始を指示します。工場情報システムによって意図された処理工程は、装置によって順次実行されます。
ホストと装置間通信の標準化
半導体製造装置をオンラインで接続するには、装置が自動化のためにホストと通信できる必要があります。
半導体製造ラインではさまざまな装置が使用されており、各装置の構造や動作によって要求される機能が異なります。半導体製造には多くの工程があり、各工程に対応する装置の通信方法(仕様)を個別に定義し管理することは仕様数が膨大になるため困難です。従って、通信の標準化が必要です。
通信を標準化するためには、すべての半導体製造装置が共有すべき通信機能をモデル化する必要があります。このモデルは、いわゆるGeneric Equipment Model(GEM)によって表されます。図2に半導体製造装置の管理・自動化に適用した機能モデルを示します。この図の中央の列は、半導体製造装置の主要なタスクをモデル化しています。材料(ウエハ)を装填し、プロセス条件を指定し、プロセスを実行し、最後に材料を取り出します。さらに、「主タスク」領域をサポートするために種々の機能をモデル化する必要があります。図の左の列は、プロセスを実行する前に通信およびその他の設定を構成する機能のモデルを示し、右の列は、データ・レポートなどの一連の機能モデルを示しています。
SEMI E30 (GEM)
SEMI E30のスタンダードとしてGEM「Generic Equipment Model」が発表されました。
SEMI E30の正式名称はSPECIFICATION FOR THE GENERIC MODEL FOR COMMUNICATIONS AND CONTROL OF MANUFACTURING EQUIPMENT (GEM)製造装置の通信および制御のための汎用モデル(GEM)の仕様）です。
SEMI E5 (SECS-II)
SEMI E30(GEM)は、半導体製造装置のための通信モデルを定義しますが、その通信において交換されるメッセージの詳細を定義していません。メッセージはSEMI E5(SECS-II)によって定義されます。SEMI E5の正式名称はSPECIFICATION FOR SEMI EQUIPMENT COMMUNICATIONS STANDARD 2 MESSAGE CONTENT (SECS-II)（準装置通信スタンダード 2 メッセージ内容の仕様(SECS-II)）です。
SECS-IIは1980年代から半導体製造装置の通信に使用される各種メッセージの詳細な定義を収集してきました。SEMI E30は、SECS-IIで定義されたメッセージが「汎用機器モデル」にどのように適用されるかを定義するために1990年代に開発されました。したがって、SEMI E30(GEM)を適用するには、SECS-IIメッセージを知っておく必要があります。
SEMI E37 (HSMS)
メッセージの詳細はSECS-IIで決定されました。しかし、SECS-IIはメッセージの配送方法を定義していません。
SECS-IおよびHSMSの仕様は、SECS-IIメッセージを相手側に通信するために使用されます。SECS-Iはシリアル通信を使用します。一方、HSMSはTCP/IPを使用します。
SECS-Iは1980年代に設立され、現在のホスト機器間通信ではほとんど使用されていません。現在、ほとんどの半導体製造ラインでHSMSが使用されています。これは、TCP/IPによってネットワークへの接続が容易になるためです。HSMSの仕様はSEMI E37.1に規定されています。SEMI E37.1の正式名称はSPECIFICATION FOR HIGH SPEED SECS MESSAGE SERVICE SINGLE SELECTED-SESSION MODE(HSMS-SS) SPECIFICATION FOR HIGH SPEED SECS MESSAGE SERVICE SINGLE SELECTED-SESSION MODE (HSMS-SS)（高速SECメッセージサービス単一選択セッションモード(HSMS-SS)の仕様）です。
300 mmへの移行
2000年以降、300mmウエハの導入により、半導体製造の基盤技術が一新され、さらに標準化が進みました。この時点での重要な標準化は、ウエハキャリアとしてFOUP(Front Opening Unified Pod)を使用する決定と、キャリアロードポートの設計でした。また、300mmの大型キャリアの自動搬送が前提となりました。
設備運用の自動化に関しては、300mm導入前に運用上のばらつきをなくすスタンダードを追加しました。例えば、搬送波(FOUP)IDに対する検査法の標準化は注目されています。
GEM300
GEM300は、300mm製造ラインで使用される一般的な装置モデルを定義する一連の規格です。
「標準グループ」であるため、複数のスタンダードが定義されています。表1はGEM300スタンダードを要約したものです。これらの規格は、300mmデバイスの自動動作に適用される各機能の仕様を規定しています。
Table 1 GEM300のキースタンダード
|
Standard Designation |
Title |
Feature |
|---|---|---|
|
SPECIFICATION FOR PROCESSING MANAGEMENT |
Specifications for managing and controlling wafer processing conditions (recipes) and process execution |
|
|
SPECIFICATION FOR CARRIER MANAGEMENT (CMS) |
Specifications for managing and controlling for loading and unloading carriers |
|
|
SPECIFICATION FOR SUBSTRATE TRACKING |
Specification for reporting wafer information within the device |
|
|
SPECIFICATION FOR CONTROL JOB MANAGEMENT |
Specifications for managing and controlling carrier-based processing in response to semiconductor manufacturing process steps |
まとめ
IT部門は、プロセス・ステップが一貫して実行されるようにする必要があります。
製造装置とITを連携させるためにはコミュニケーションが必要です。
SEMIスタンダードは、一般的なデバイスモデルとその通信規格を規定しています。
一般的なデバイスモデルは、300mmの管理と制御の仕様に進化しました。
SEMIスタンダードは今日の半導体製造ラインの自動化のための基本仕様です。
SEMIスタンダード Information & Controlの技術委員会標準化活動への参加をご希望の方は、
SEMI Japan Standards&EHS部 中條までご連絡ください (Email: [email protected]).
参加方法
SEMIスタンダードの開発活動は、全主要製造地域で年間を通じて行われています。
参加をご希望の際は、SEMIインターナショナルスタンダードプログラム www.semi.org/standardsmembership.よりご登録をお願いします。
詳細につきましては、 SEMIスタンダードの Webサイト また 最新イベント ページをご参照ください。SEMIスタンダード活動についてご質問がございましたら、SEMIスタンダード担当者 までお問い合わせください。
Standards Watch
SEMI
www.semi.org
September 2, 2021