SEMI E30 GEM 標(biāo)準(zhǔn)概述
引言
20世紀(jì)80年代,隨著半導(dǎo)體制造規(guī)模的擴(kuò)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(wèn)題,SEMI在SECS-II(SEMI E5)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步推出SEMI E30(GEM)標(biāo)準(zhǔn),其核心目標(biāo)是:
- 標(biāo)準(zhǔn)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(jiǎn)化設(shè)備集成:通過(guò)通用模型減少定制化開(kāi)發(fā)需求。
- 支持自動(dòng)化控制:實(shí)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)。
- 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(jī)系統(tǒng)之間的消息結(jié)構(gòu)和通信邏輯。
- 支持通過(guò)RS-232(傳統(tǒng)方式)或HSMS(SEMI E37)(高速以太網(wǎng))進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)(如IDLE、RUNNING、PAUSED)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯。
- 報(bào)警管理(Alarm Management):定義設(shè)備報(bào)警的觸發(fā)、清除機(jī)制及報(bào)警代碼標(biāo)準(zhǔn)化。
- 事件報(bào)告(Event Reporting):設(shè)備主動(dòng)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(jī)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(yuǎn)程控制(Remote Control):允許主機(jī)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(kuò)展
- 針對(duì)300mm晶圓廠需求,GEM標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展為GEM300,增加了對(duì)載具(Carrier)管理、物料追蹤(Material Tracking)等功能的支持。
GEM標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容
GEM標(biāo)準(zhǔn)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(jī)(Communication State Machine):定義了設(shè)備與主機(jī)之間的通訊規(guī)則和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
- 控制狀態(tài)機(jī)(Control State Machine):規(guī)定了主機(jī)與設(shè)備之間的協(xié)作級(jí)別,以及操作員在不同控制級(jí)別上的交互方式。
- 工藝狀態(tài)機(jī)(Processing State Machine):報(bào)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(shí),實(shí)時(shí)向主機(jī)報(bào)告。
- 身份識(shí)別(Identification:設(shè)備在在線狀態(tài)下接受主機(jī)的身份驗(yàn)證請(qǐng)求。
- 錯(cuò)誤消息(Error Messages):設(shè)備在接收到無(wú)法處理的消息時(shí)通知主機(jī)。
- 文檔(Documentation):提供設(shè)備的基本信息和操作手冊(cè)。
附加功能要求包括:
- 動(dòng)態(tài)收集事件報(bào)告(Dynamic Collection Event Reports):允許主機(jī)動(dòng)態(tài)修改設(shè)備事件報(bào)告設(shè)置。
- 變量、跟蹤、狀態(tài)數(shù)據(jù)(Variable, Trace, Status Data):主機(jī)可以通過(guò)指定變量ID請(qǐng)求設(shè)備報(bào)告相關(guān)數(shù)據(jù)。
- 自我描述(Self-Description):設(shè)備能夠向主機(jī)提供其功能和配置的詳細(xì)信息。
- 警報(bào)(Alarms):設(shè)備在發(fā)生異常情況時(shí)向主機(jī)報(bào)告。
- 遠(yuǎn)程控制(Remote Control):主機(jī)可以通過(guò)通信接口遠(yuǎn)程操作設(shè)備。
- 設(shè)備常量(Equipment Constants):主機(jī)可以讀取和更改設(shè)備上的常量值。
- 配方管理(Process Recipe Management):主機(jī)與設(shè)備之間傳遞工藝規(guī)范的方法。
- 物料運(yùn)動(dòng)(Material Movement):設(shè)備在物料轉(zhuǎn)移時(shí)通知主機(jī)。
- 終端服務(wù)(Terminal Services):主機(jī)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(jī)可以監(jiān)控設(shè)備變量的值,并在變量超出設(shè)定范圍時(shí)接收通知。
- 時(shí)鐘(Clock):主機(jī)可以設(shè)置和查詢?cè)O(shè)備的時(shí)間。
- 假脫機(jī)(Spooling):在通信中斷期間,設(shè)備可以將消息在緩沖區(qū)中排隊(duì),待通信恢復(fù)后傳遞。
通訊狀態(tài)機(jī)
通訊狀態(tài)機(jī)規(guī)范了設(shè)備與主機(jī)之間的通訊規(guī)則。

通訊狀態(tài)機(jī)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(jī)未建立通訊。
- 2.1.1 Host-Initiated Connect:主機(jī)發(fā)起連接請(qǐng)求。
- Wait CR From Host:等待主機(jī)的連接請(qǐng)求確認(rèn)。
- 2.1.2 Equipment-Initiated Connect:設(shè)備發(fā)起連接請(qǐng)求。
- 2.1.2.1 Wait Delay:等待通訊延遲計(jì)時(shí)器到期。
- 2.1.2.2 Wait CRA:等待通訊請(qǐng)求確認(rèn)。
- 2.1.1 Host-Initiated Connect:主機(jī)發(fā)起連接請(qǐng)求。
- 2.2 Communicating:設(shè)備與主機(jī)正在通訊。
- 2.1 Not Communicating:設(shè)備與主機(jī)未建立通訊。
通訊狀態(tài)機(jī)的核心是CommDelay Timer,用于測(cè)量嘗試發(fā)送S1,F13消息的間隔時(shí)間。該定時(shí)器的長(zhǎng)度由用戶可配置的設(shè)備常量EstablishCommunicationsTimeout決定。
詳細(xì)解讀請(qǐng)參考本站文章 http://www.ztrww.cn/secs-gem-communicationstate/
控制狀態(tài)機(jī)
控制狀態(tài)機(jī)定義了主機(jī)與設(shè)備之間的協(xié)作級(jí)別,并指定了操作員在不同控制級(jí)別上的交互方式。

狀態(tài)包括:
- Online:設(shè)備在線,主機(jī)可以遠(yuǎn)程控制設(shè)備。
- Local:設(shè)備由操作員本地控制,主機(jī)不能使用引起物理移動(dòng)或啟動(dòng)處理的遠(yuǎn)程命令,但可以上傳和下載配方。
- Remote:設(shè)備由主機(jī)遠(yuǎn)程控制,主機(jī)可以完全控制設(shè)備,操作員只能進(jìn)行緊急操作。
- Offline:設(shè)備離線,主機(jī)無(wú)法控制設(shè)備。設(shè)備的操作由操作員在控制臺(tái)進(jìn)行,主機(jī)只能發(fā)送有限的消息。
詳細(xì)讀解請(qǐng)參考本站文章 http://www.ztrww.cn/secs-gem-controlstate/
工藝狀態(tài)機(jī)
工藝狀態(tài)機(jī)報(bào)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(jìn)行中。
- Setup:設(shè)備設(shè)置中。
- Ready:設(shè)備準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中的重要功能。當(dāng)設(shè)備發(fā)生有意義的事件時(shí),會(huì)實(shí)時(shí)向主機(jī)報(bào)告。GEM采用發(fā)布/訂閱機(jī)制,設(shè)備定義一組可供主機(jī)收集的事件,主機(jī)訂閱所需的事件。當(dāng)事件在設(shè)備端被觸發(fā)時(shí),GEM接口只發(fā)布被訂閱的收集事件。
Collection Event是設(shè)備上對(duì)主機(jī)具有重要意義的事件或事件分組。每個(gè)收集事件都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符CEID。主機(jī)可以通過(guò)事件報(bào)告、跟蹤數(shù)據(jù)活動(dòng)報(bào)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(dòng)態(tài)事件報(bào)告配置
在實(shí)際生產(chǎn)中,主機(jī)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(biāo)準(zhǔn)允許主機(jī)動(dòng)態(tài)修改設(shè)備事件報(bào)告設(shè)置。主機(jī)可以定義報(bào)告,將報(bào)告鏈接到收集事件,并啟用收集事件通知。設(shè)備通過(guò)收集事件消息發(fā)布所請(qǐng)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(jī)通過(guò)指定RPTID向設(shè)備請(qǐng)求包含數(shù)據(jù)變量的報(bào)告。報(bào)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(shí)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(shì)或監(jiān)控一定時(shí)間窗口內(nèi)的連續(xù)數(shù)據(jù)。跟蹤報(bào)告包含數(shù)據(jù)采樣間隔、報(bào)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(jī)監(jiān)控設(shè)備變量的值,并在變量超出設(shè)定范圍時(shí)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(shí),設(shè)備會(huì)向主機(jī)報(bào)告。
遠(yuǎn)程控制
遠(yuǎn)程控制功能允許主機(jī)通過(guò)通信接口遠(yuǎn)程操作設(shè)備。主機(jī)可以發(fā)送命令,如開(kāi)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(jī)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(jī)讀取和更改設(shè)備上的常量值。設(shè)備常量應(yīng)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中,當(dāng)操作員更改設(shè)備常量時(shí),設(shè)備應(yīng)提供收集事件提醒主機(jī)。
工藝配方管理
工藝配方管理功能允許主機(jī)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(jī)可以上傳、下載、查詢和刪除工藝配方。
物料運(yùn)動(dòng)
物料運(yùn)動(dòng)功能用于通知主機(jī)設(shè)備端口出現(xiàn)或移除材料。設(shè)備應(yīng)至少提供兩個(gè)收集事件,分別用于報(bào)告物料移除和物料到達(dá)。
設(shè)備終端服務(wù)
設(shè)備終端服務(wù)允許主機(jī)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(jī)傳遞的信息,并將操作員輸入的信息傳遞給主機(jī)。
錯(cuò)誤信息
設(shè)備在接收到無(wú)法處理的消息時(shí),應(yīng)通知主機(jī)錯(cuò)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(jī)報(bào)文數(shù)據(jù)量超出處理能力或交互定時(shí)器到期的情況。
時(shí)鐘功能
時(shí)鐘功能使主機(jī)能夠跨多個(gè)設(shè)備管理與時(shí)間相關(guān)的活動(dòng)。主機(jī)可以設(shè)置和查詢?cè)O(shè)備的時(shí)間,設(shè)備也可以請(qǐng)求主機(jī)的當(dāng)前時(shí)間。時(shí)間戳對(duì)于解決事件/警報(bào)發(fā)生的相對(duì)順序和主機(jī)對(duì)設(shè)備活動(dòng)的調(diào)度非常有用。
假脫機(jī)功能
假脫機(jī)功能允許設(shè)備在通信中斷期間將消息排隊(duì),待通信恢復(fù)后傳遞。假脫機(jī)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(yǔ)
SEMI E30 GEM標(biāo)準(zhǔn)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(jí)功能的全方位需求。通過(guò)實(shí)現(xiàn)GEM標(biāo)準(zhǔn),設(shè)備供應(yīng)商和工廠能夠顯著提高制造自動(dòng)化的效率和靈活性,從而獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。
如需了解 SEMI E30 解決方案,請(qǐng)聯(lián)系support@kxware.com。
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