SEMI E30 GEM 標準概述
引言
20世紀80年代,隨著半導(dǎo)體制造規(guī)模的擴大,不同設(shè)備廠商的通信協(xié)議差異導(dǎo)致工廠集成成本高昂、效率低下。為解決這一問題,SEMI在SECS-II(SEMI E5)標準的基礎(chǔ)上,進一步推出SEMI E30(GEM)標準,其核心目標是:
- 標準化通信接口:統(tǒng)一設(shè)備與工廠系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式和指令集。
- 簡化設(shè)備集成:通過通用模型減少定制化開發(fā)需求。
- 支持自動化控制:實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、工藝配方管理和生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的自動化。
SEMI E30與SEMI E5(SECS-II)、E37(HSMS)共同構(gòu)成了半導(dǎo)體設(shè)備通信的經(jīng)典框架,至今仍是全球晶圓廠的主流標準。
- 通訊協(xié)議基礎(chǔ)
- SEMI E30基于SECS-II(SEMI E5)協(xié)議,定義了設(shè)備與主機系統(tǒng)之間的消息結(jié)構(gòu)和通信邏輯。
- 支持通過RS-232(傳統(tǒng)方式)或HSMS(SEMI E37)(高速以太網(wǎng))進行數(shù)據(jù)傳輸。
- 設(shè)備行為模型
- 狀態(tài)模型(State Model):規(guī)范設(shè)備的運行狀態(tài)(如IDLE、RUNNING、PAUSED)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯。
- 報警管理(Alarm Management):定義設(shè)備報警的觸發(fā)、清除機制及報警代碼標準化。
- 事件報告(Event Reporting):設(shè)備主動向上位系統(tǒng)發(fā)送事件通知(如工藝完成、故障發(fā)生)。
- 關(guān)鍵功能模塊
- 配方管理(Recipe Management):支持從主機系統(tǒng)下載、編輯和調(diào)用設(shè)備工藝配方。
- 數(shù)據(jù)采集(Data Collection):按預(yù)設(shè)條件采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)(如晶圓加工參數(shù)、設(shè)備日志)。
- 遠程控制(Remote Control):允許主機系統(tǒng)發(fā)送指令控制設(shè)備啟停、參數(shù)調(diào)整等操作。
- GEM300擴展
- 針對300mm晶圓廠需求,GEM標準擴展為GEM300,增加了對載具(Carrier)管理、物料追蹤(Material Tracking)等功能的支持。
GEM標準的核心內(nèi)容
GEM標準包含兩類要求:基本功能和附加功能。
基本功能要求包括:
- 通訊狀態(tài)機(Communication State Machine):定義了設(shè)備與主機之間的通訊規(guī)則和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
- 控制狀態(tài)機(Control State Machine):規(guī)定了主機與設(shè)備之間的協(xié)作級別,以及操作員在不同控制級別上的交互方式。
- 工藝狀態(tài)機(Processing State Machine):報告設(shè)備的作業(yè)狀態(tài),允許設(shè)備自定義狀態(tài)。
- 收集事件通知(Collection Event Notification):當(dāng)設(shè)備發(fā)生有意義的事件時,實時向主機報告。
- 身份識別(Identification:設(shè)備在在線狀態(tài)下接受主機的身份驗證請求。
- 錯誤消息(Error Messages):設(shè)備在接收到無法處理的消息時通知主機。
- 文檔(Documentation):提供設(shè)備的基本信息和操作手冊。
附加功能要求包括:
- 動態(tài)收集事件報告(Dynamic Collection Event Reports):允許主機動態(tài)修改設(shè)備事件報告設(shè)置。
- 變量、跟蹤、狀態(tài)數(shù)據(jù)(Variable, Trace, Status Data):主機可以通過指定變量ID請求設(shè)備報告相關(guān)數(shù)據(jù)。
- 自我描述(Self-Description):設(shè)備能夠向主機提供其功能和配置的詳細信息。
- 警報(Alarms):設(shè)備在發(fā)生異常情況時向主機報告。
- 遠程控制(Remote Control):主機可以通過通信接口遠程操作設(shè)備。
- 設(shè)備常量(Equipment Constants):主機可以讀取和更改設(shè)備上的常量值。
- 配方管理(Process Recipe Management):主機與設(shè)備之間傳遞工藝規(guī)范的方法。
- 物料運動(Material Movement):設(shè)備在物料轉(zhuǎn)移時通知主機。
- 終端服務(wù)(Terminal Services):主機可以在設(shè)備顯示設(shè)備上顯示信息,或從設(shè)備操作員接收信息。
- 限值監(jiān)控(Limit Monitoring):主機可以監(jiān)控設(shè)備變量的值,并在變量超出設(shè)定范圍時接收通知。
- 時鐘(Clock):主機可以設(shè)置和查詢設(shè)備的時間。
- 假脫機(Spooling):在通信中斷期間,設(shè)備可以將消息在緩沖區(qū)中排隊,待通信恢復(fù)后傳遞。
通訊狀態(tài)機
通訊狀態(tài)機規(guī)范了設(shè)備與主機之間的通訊規(guī)則。

通訊狀態(tài)機的狀態(tài)包括:
- Disabled:通訊功能被禁用。
- Enabled:通訊功能已啟用。
- 2.1 Not Communicating:設(shè)備與主機未建立通訊。
- 2.1.1 Host-Initiated Connect:主機發(fā)起連接請求。
- Wait CR From Host:等待主機的連接請求確認。
- 2.1.2 Equipment-Initiated Connect:設(shè)備發(fā)起連接請求。
- 2.1.2.1 Wait Delay:等待通訊延遲計時器到期。
- 2.1.2.2 Wait CRA:等待通訊請求確認。
- 2.1.1 Host-Initiated Connect:主機發(fā)起連接請求。
- 2.2 Communicating:設(shè)備與主機正在通訊。
- 2.1 Not Communicating:設(shè)備與主機未建立通訊。
通訊狀態(tài)機的核心是CommDelay Timer,用于測量嘗試發(fā)送S1,F13消息的間隔時間。該定時器的長度由用戶可配置的設(shè)備常量EstablishCommunicationsTimeout決定。
詳細解讀請參考本站文章 http://www.ztrww.cn/secs-gem-communicationstate/
控制狀態(tài)機
控制狀態(tài)機定義了主機與設(shè)備之間的協(xié)作級別,并指定了操作員在不同控制級別上的交互方式。

狀態(tài)包括:
- Online:設(shè)備在線,主機可以遠程控制設(shè)備。
- Local:設(shè)備由操作員本地控制,主機不能使用引起物理移動或啟動處理的遠程命令,但可以上傳和下載配方。
- Remote:設(shè)備由主機遠程控制,主機可以完全控制設(shè)備,操作員只能進行緊急操作。
- Offline:設(shè)備離線,主機無法控制設(shè)備。設(shè)備的操作由操作員在控制臺進行,主機只能發(fā)送有限的消息。
詳細讀解請參考本站文章 http://www.ztrww.cn/secs-gem-controlstate/
工藝狀態(tài)機
工藝狀態(tài)機報告設(shè)備的作業(yè)狀態(tài),允許設(shè)備自定義狀態(tài)。可能的狀態(tài)包括:
- Init:設(shè)備初始化。
- Idle:設(shè)備空閑。
- Processing Active:設(shè)備正在處理。
- Pause:處理暫停。
- Process:處理進行中。
- Setup:設(shè)備設(shè)置中。
- Ready:設(shè)備準備就緒。
- Executing:設(shè)備正在執(zhí)行任務(wù)。
收集事件通知
收集事件通知是GEM標準中的重要功能。當(dāng)設(shè)備發(fā)生有意義的事件時,會實時向主機報告。GEM采用發(fā)布/訂閱機制,設(shè)備定義一組可供主機收集的事件,主機訂閱所需的事件。當(dāng)事件在設(shè)備端被觸發(fā)時,GEM接口只發(fā)布被訂閱的收集事件。
Collection Event是設(shè)備上對主機具有重要意義的事件或事件分組。每個收集事件都有一個唯一的標識符CEID。主機可以通過事件報告、跟蹤數(shù)據(jù)活動報告、限值監(jiān)控和查詢狀態(tài)變量等方式監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)。
動態(tài)事件報告配置
在實際生產(chǎn)中,主機不僅需要收到事件通知,還需要了解與事件相關(guān)的數(shù)據(jù)。GEM標準允許主機動態(tài)修改設(shè)備事件報告設(shè)置。主機可以定義報告,將報告鏈接到收集事件,并啟用收集事件通知。設(shè)備通過收集事件消息發(fā)布所請求的數(shù)據(jù)。
變量數(shù)據(jù)收集
變量數(shù)據(jù)收集功能允許主機通過指定RPTID向設(shè)備請求包含數(shù)據(jù)變量的報告。報告中包含的狀態(tài)變量和設(shè)備常量的值應(yīng)是最新的。離散數(shù)據(jù)變量值僅在特定采集事件發(fā)生時有效。
跟蹤數(shù)據(jù)收集
跟蹤數(shù)據(jù)收集提供了一種定期采樣數(shù)據(jù)的方法,適用于跟蹤趨勢或監(jiān)控一定時間窗口內(nèi)的連續(xù)數(shù)據(jù)。跟蹤報告包含數(shù)據(jù)采樣間隔、報告組大小、狀態(tài)變量、總樣本數(shù)和跟蹤ID等信息。
限值監(jiān)控
限值監(jiān)控功能允許主機監(jiān)控設(shè)備變量的值,并在變量超出設(shè)定范圍時接收通知。限值監(jiān)控涉及定義監(jiān)控區(qū)域和限制,當(dāng)變量值在監(jiān)控區(qū)域之間轉(zhuǎn)換時,設(shè)備會向主機報告。
遠程控制
遠程控制功能允許主機通過通信接口遠程操作設(shè)備。主機可以發(fā)送命令,如開始處理、選擇配方、停止處理、暫停處理、恢復(fù)處理和中止處理等。設(shè)備需要響應(yīng)主機命令,并提供相應(yīng)的功能。
設(shè)備常量管理
設(shè)備常量管理功能允許主機讀取和更改設(shè)備上的常量值。設(shè)備常量應(yīng)存儲在非易失性存儲器中,當(dāng)操作員更改設(shè)備常量時,設(shè)備應(yīng)提供收集事件提醒主機。
工藝配方管理
工藝配方管理功能允許主機與設(shè)備之間傳遞工藝規(guī)范。設(shè)備應(yīng)支持至少一種已定義的工藝配方管理方案,如格式化或非格式化工藝配方管理。主機可以上傳、下載、查詢和刪除工藝配方。
物料運動
物料運動功能用于通知主機設(shè)備端口出現(xiàn)或移除材料。設(shè)備應(yīng)至少提供兩個收集事件,分別用于報告物料移除和物料到達。
設(shè)備終端服務(wù)
設(shè)備終端服務(wù)允許主機在設(shè)備顯示設(shè)備上顯示信息,或從設(shè)備操作員接收信息。設(shè)備應(yīng)能顯示主機傳遞的信息,并將操作員輸入的信息傳遞給主機。
錯誤信息
設(shè)備在接收到無法處理的消息時,應(yīng)通知主機錯誤類型,包括設(shè)備ID、消息流類型、消息函數(shù)、消息格式和數(shù)據(jù)格式等。設(shè)備還應(yīng)通知主機報文數(shù)據(jù)量超出處理能力或交互定時器到期的情況。
時鐘功能
時鐘功能使主機能夠跨多個設(shè)備管理與時間相關(guān)的活動。主機可以設(shè)置和查詢設(shè)備的時間,設(shè)備也可以請求主機的當(dāng)前時間。時間戳對于解決事件/警報發(fā)生的相對順序和主機對設(shè)備活動的調(diào)度非常有用。
假脫機功能
假脫機功能允許設(shè)備在通信中斷期間將消息排隊,待通信恢復(fù)后傳遞。假脫機的目的是保留由于通信失敗而可能丟失的數(shù)據(jù),用于跟蹤材料和提高產(chǎn)品質(zhì)量。
結(jié)語
SEMI E30 GEM標準為半導(dǎo)體制造設(shè)備提供了一套通用的通信與控制模型,涵蓋了從基本通信到高級功能的全方位需求。通過實現(xiàn)GEM標準,設(shè)備供應(yīng)商和工廠能夠顯著提高制造自動化的效率和靈活性,從而獲得更大的經(jīng)濟效益。
如需了解 SEMI E30 解決方案,請聯(lián)系support@kxware.com。
關(guān)于SEMI 標準文檔詳細信息,請訪問SEMI官網(wǎng):http://www.semi.org 。