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Introduction GEM300

Decembre 2020
SEMICONDUCTOR CLUSTER TOOL with PROCESS MODULES, vacuum transfer module, EFEM, load ports and FOUPs
Technique

Avec l'introduction de wafers de 300 mm plus lourds et de taille plus grande, les usines de semi-conducteurs ont nécessité un changement important dans l'automatisation de leurs lignes de production. Elles sont devenues plus automatisées pour augmenter les cadences, pour automatiser le chargement de chaque équipement par des robots de transport (véhicules à guidage automatique ou AGV), pour affiner les contrôles des processus et pour obtenir des analyses précises sur les performances des équipements. Plusieurs normes ont été spécifiées, connues sous le nom de GEM300 (ou SEMI300) car leur création et leur adoption ont coïncidé avec les premières usines de plaquettes de 300 mm. Toutefois, ces normes ne mentionnent pas de caractéristiques spécifiques liées à la taille des plaquettes. Les nouvelles caractéristiques que GEM300 a introduites dans l'industrie des semi-conducteurs étaient si essentielles qu'elles ont été adoptées par toute l'industrie des semi-conducteurs et dans le monde entier en quelques années.

Quel est le rôle de GEM300 ?

SECS/GEM a été utilisé initialement pour configurer et contrôler les flux de communication entre l'usine et l'équipement. GEM300 la complète pour permettre l'autonomie des équipements lors des phases de chargement et de déchargement du matériel, lors de la vérification de l'identification du produit livré. Ensuite, les usines peuvent spécifier le process à appliquer par l’envoi d’un ou plusieurs Process Jobs puis suivre ses étapes durant l’exécution. Enfin et surtout, la traçabilité des substrats à l’intérieur de l’équipement est assurée, ainsi que l'efficience de l'équipement mesurée et analysée.

Dans le monde entier, de plus en plus d'usines de semi-conducteurs exigent des fournisseurs d'équipements qu'ils respectent les normes GEM300 pour interagir avec l'automatisation des usines, y compris pour les wafers de plus petites tailles comme 150 mm ou 200 mm.

Les défis de GEM300

Les principaux défis pour les fournisseurs d'équipements sont d'abord de comprendre quelles fonctionnalités de GEM300 sont applicables à leurs équipements, puis de s'assurer que leur mise en œuvre est conforme aux normes SEMI, et enfin de communiquer avec le Manufacturing Execution System (MES ou Host) pendant le déploiement et les acceptances des machines dans les « fabs » (zones de fabrication). Bien entendu, tout cela doit être intégré dans un délai court afin de garantir que le process ou la machine soit mis sur le marché au bon moment.

Les fonctionnalités de GEM300

Cinq grandes fonctions sont à la base de GEM300, comme décrit ci-dessous:

GEM300 schema
  1. Communication et configuration : GEM (SEMI E30) est le composant de base associé aux SEMI E5, E37 et E37.1, il permet d'établir et de configurer la communication entre l'équipement et l'usine. Toutes les capacités fondamentales de GEM sont utilisées pour la collecte de données, la gestion des alarmes, la configuration des équipements, le chargement/déchargement des recettes, les services des terminaux des équipements, l'horloge et la définition du contrôle (local/remote). Une introduction plus détaillée du SECS/GEM est disponible ici.
  2. Gestion du matériel: SEMI E84 et E87 gèrent l’arrivée, le chargement et la validation du matériel. L'objectif est de s’assurer que c’est bien le matériel attendu qui a été livré sur l'équipement.
  3. SEMI E84 traite le chargement du matériel par un système automatisé de manutention (AMHS) ou un transfert aérien (OHT). Grâce à SEMI E87, il est possible d'accéder aux substrats à produire après leurs validations. L'équipement lui-même peut valider l’identifiant et le placement des wafers dans le panier selon un service Bind (Equipment Based Verification) ou par le MES via un service ProceedWithCarrier (Host Based Verification).
  4. Gestion des processus : SEMI E40 et E94 spécifient les Process Jobs et Control Jobs à appliquer sur l'équipement, en décrivant quels substrats à traiter et les recettes associées. SEMI E40 définit les Process Jobs qui contiennent une liste de paniers, de substrats et le nom des recettes associées. En outre, il permet d'ajuster les paramètres à utiliser pendant l’exécution (R2R). SEMI E94 définit des Control Jobs qui gèrent un ensemble cohérent de Process Jobs.
  5. Suivi des substrats et des étapes de l’exécution : SEMI E90 suit tous les mouvements du substrat à l'intérieur de l'équipement, et SEMI E157 les performances des étapes de l’exécution de la recette sur le substrat. L'identification du substrat peut être vérifiée si l'équipement contient un lecteur.
  6. Suivi des performances : SEMI E10, E116 mesurent et analysent la performance des équipements. Cette fonction devient de plus en plus critique pour les usines de semi-conducteurs en regard à la maintenance préventive et prédictive, afin de réduire les temps d'arrêt et d'anticiper certaines origines d’alarmes.

La liste complète des normes est fournie ci-dessous :

SEMI Standard Titre
  Communication and Configuration
E30 Generic Equipment Model for communications and control of manufacturing equipment (GEM)
E5 Specification for Semi Equipment Communications Standard 2 message content (SECS-II)
E37 High-Speed SECS Message Services (HSMS) Generic Services
E37.1 High-Speed SECS Message Service Single Selected Session Mode (HSMS-SS or HSMS-SSS)
E39 Object Services Standard: concepts, behaviour, and services
E148 Specification for Time Synchronization and Definition of the TS-Clock Object 
E172 Specification for SECS Equipment Data Dictionary (SEDD)
E173 Specification for XML SECS-II Message Notation (SMN)
  Carrier Management
E84 Specification for enhanced carrier handoff parallel I/O interface
E87 Specification for Carrier Management (CMS)
  Jobs Management
E40 Standard for Processing Management
E94 Specification for Control Job Management
  Substrate and Process-Step Tracking
E90 Specification for Substrate Tracking
E157 Specification for Module Process Tracking
  Performance Tracking
E10 Specification for Definition and Measurement of Equipment Reliability, Availability, and Maintainability (RAM) and Utilization
E116 Specification for Equipment Performance Tracking

GEM300 et Agileo Automation

Agileo Automation dispose d’une équipe d’experts ayant en moyenne 15 ans d’expérience en connectivité SECS/GEM, GEM300, EDA et ayant mis en route des machines dans les plus grandes fabs mondiales. Nous fournissons des bibliothèques, des services et des supports pour intégrer efficacement votre interface SECS/GEM et GEM300 sur votre équipement.

Pour GEM300, nos développements sont basés sur une bibliothèque tierce fournie par notre partenaire, Cimetrix : CIM300™ toolkit. CIM300 permet aux intégrateurs de mettre en œuvre des interfaces conformes aux normes GEM300 avec un minimum de temps et de coûts.

Durant la normalisation de l'interface de communication avec le MES et des équipements (automatisation logicielle), les robots de manipulation des substrats, le chargement des wafers dans les chambres de process ou dans les chambres d'inspection a également été normalisé par quelques fournisseurs (automatisation matérielle), ce qui a permis la création d'un framework logiciel d'automatisation des équipements.

GEM300 avec le framework A²ECF

Agileo Automation Equipment Controller Framework (A²ECF Semi) réduit considérablement le développement d'un logiciel de pilotage d’un équipement conforme à GEM300. Grâce à la prise en charge de GEM ou de GEM300 et de ses drivers pour les principaux systèmes de chargement et d'ouverture de FOUP, les OEM peuvent se concentrer sur leur activité principale et fournir des équipements en temps voulu avec une connectivité intégrée.

 

N’hésitez pas à faire appel à nous afin de vous accompagner pour :

  1. Répondre aux questions sur GEM300 lors de la demande de devis de votre client,
  2. Spécifier l'interface SECS/GEM de vos machines (éventuellement en collaboration avec les services IT de vos clients),
  3. Intégrer cette spécification à votre équipement ou aider vos équipes à intégrer des bibliothèques,
  4. Valider les scénarios GEM300 applicables sur votre machine en utilisant Speech Scenario, une application puissante de scénario de test pour valider les cas d'utilisation en production réelle,
  5. Vous accompagnez dans les usines de production de semi-conducteurs pour la mise en route.
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