SEMI-Standards Überblick

Der weltweite Industrieverband SEMI ist eine Netzwerkorganisation für die Halbleiter-, Photovoltaik-, Elektronik- und andere High-Tech-Industrien. Sie bietet die Möglichkeit der grenzübergreifenden Zusammenarbeit, um eine effiziente und qualitativ hochwertige Produktion zu ermöglichen und gemeinsame Lösungen für die größten Herausforderungen zu finden. Ein Baustein hierfür sind die SEMI Automation Standards. Diese geben Richtlinien für die Kommunikation und das Verhalten von Fabhosts und Produktionsanlagen vor, um eine nahtlose und effiziente Interoperabilität, sowie eine schnelle Integration zu gewährleisten. Diese Standards, auf die sich Lieferanten und Kunden in technologisch höchst anspruchsvollen Branchen geeinigt haben, werden regelmäßig verfeinert und aktualisiert, um neuen Branchenanforderungen gerecht zu werden. 

Die einzelnen Standards befassen sich mit fest definierten Funktionen und Abläufen. Während die SECS/GEM-Standards (SEMI E5, SEMI E30, SEMI E37) und EDA-Standards die Equipment-Host-Kommunikation adressieren, beschäftigen sich die GEM300-Standards mit dem Carrier-Handling (SEMI E84, SEMI E87), dem Job-Management (SEMI E40, SEMI E94) sowie dem Substrat-Management (SEMI E90) innerhalb der Maschinen und Anlagen. So ermöglichen sie einen noch höheren Automatisierungsgrad als die SECS/GEM-Standards bereits unterstützen. Standards für das Tracking der Verfügbarkeit (SEMI E116) bzw. die Datenbereitstellung für SEMI E10 können OEMs und Fabs Informationen zur Anlageneffizienz liefern. Visualisierungsstandards wie SEMI E95 sorgen für Klarheit und schnelle Reaktionsfähigkeit bei der Arbeit an der grafischen Benutzeroberfläche.

SECS/GEM –Kommunikation zwischen Anlage und Host
 

Die SECS/GEM Standards bilden die Grundlage für die effiziente Anlagenintegration.

1. Der erste Layer ist das Kommunikationsprotokoll. Während früher die RS-232-Kommunikation (SEMI E4 - SECS-I) ausreichend war, ist es heute üblich, die schnellere TCP/IP-Verbindung (SEMI E37 - HSMS) zu verwenden. 
2. Im zweiten Layer SEMI E5 - SECS-II werden Struktur und Inhalt der zu übermittelnden Nachrichten beschrieben. Diese als "Functions" bezeichneten Nachrichten werden nach ihrem Zweck (z. B. Job Management) in "Streams" gruppiert.
3. Der dritte Layer sind die General Equipment Models (GEM). Es versorgt den Fab-Host mit Informationen und beschreibt das erwartete Verhalten und die Fähigkeiten der Anlagen sowie des Hosts/MES (SEMI E30). Dazu gehören z. B.: Remote-Steuerung, Ausgabe von Daten, Alarmen und Ereignissen, Prozess-Programm-Management (PPM) und Zustandsmodelle (State Models).

Dies ermöglicht eine schnelle Integration und Kommunikation, ohne dass Anlagen und Host/MES Details übereinander wissen. Eine gründliche Dokumentation der SECS/GEM-Schnittstelle der Anlage ist zwingend erforderlich. 

Es besteht die Möglichkeit, eine Anlagensteuerung einzusetzen, die bereits über die Fähigkeit zur SECS/GEM-Kommunikation verfügt, oder eine bereits existierende Anlage mit einer SECS/GEM Softwarelösung wie FabLink® auszustatten. FabLink® übernimmt die SEMI-konforme Kommunikation zwischen einer PC-basierten Anlagensteuerung oder einem SPS-System und der Fabrik-IT. Dazu stehen verschiedene Schnittstellen wir API, Protokolle und SPS-spezifische Bibliotheken zur Verfügung.

SECS/GEM-Standards

• E4 – SECS I
• E5 – SECS II 
• E30 – General Equipment Model (GEM)
• E37 – HSMS
• E116 – Equipment Tracking Performance

GEM300 – SEMI-Standards für die voll automatisierte Fab
 

Wenn die in die Fabrik zu integrierenden Anlagen Overhead-Transportsysteme (OHT), automatisierte Material-Handling Systeme (AMHS) oder autonome Transportsysteme (AGVs – Automated Guided Vehicles) verwenden, müssen neben den SECS/GEM-Standards die GEM300 SEMI-Standards beachtet werden.
Erweiterte Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit und das Job Management sind notwendig, um die Produktion zu steuern.

Carrier-Management und -Handoff
SEMI E87 (Carrier Management) definiert Materialtransferszenarien zum Be- und Entladen von Carriern mit Substraten. Bei Ankunft an der Anlage über ein automatisiertes Transportsystem wird die Carrier-ID gelesen und validiert, um zu prüfen, ob der erwartete Carrier eingetroffen ist. Sobald die Validierung erfolgreich war und die SlotMap gelesen und validiert wurde, ist das Material in diesem Carrier zugänglich und kann entladen werden.

Substrat-Management
Der Standard SEMI E90 ist für die Nachverfolgung des Materials auf seinem Weg durch die Anlage unerlässlich. Position und Status sind zu jeder Zeit bekannt und können vom Host abgerufen werden.

Job-Management
Jobs werden für Anlagen mit wiederkehrenden, lang andauernden oder komplexen Abläufen verwendet und lassen sich in zwei Arten unterteilen: Control Jobs (SEMI E94) und Process Jobs (SEMI E40). Sobald das Material an der Produktionsanlage eingetroffen und akzeptiert ist, weist ein Control Job das Substrat einem Process Job zu, der die zu verwendenden Rezepte enthält. Die Process Jobs werden in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt. Es ist möglich, mehrere Process Jobs gleichzeitig auf einer Anlage auszuführen. Nach dem Starten des Jobs kann dieser angehalten, die Parameter angepasst (sofern berechtigt), wieder aufgenommen oder abgebrochen werden.

Vollautomatisierte Fabriken wurden erstmals zu der Zeit gebaut, als 300mm-Wafer hergestellt und bearbeitet wurden. Der automatisierte Transport der größeren und damit wertvolleren Wafer von einer Anlage brachte zwei wesentliche Vorteile mit sich. Personen, die die Kassetten bisher transportierten, konnten physisch entlastet und mögliche Kontaminationen der Wafer eingedämmt werden.
Die höchste Reinraumklasse war nur noch in kleineren geschlossenen Bereichen (Anlagen und Carrier) erforderlich, was leichter einzuhalten ist. Die Wafer-Größe war namensgebend für das GEM300 Standard-Set. Allerdings können auch 200-mm-Fabriken mit diesem Automatisierungsgrad ausgestattet werden und damit die GEM300-Standards anwenden.

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Unser SEMI-konformes Softwareframework ToolCommander® für Anlagensteuerung und Visualisierung sowie die praxiserprobte und etablierte Konnektivitätslösung FabLink® lassen Sie bequem die Eintrittsbarrieren in den weltweiten Halbleitermarkt bewältigen.

GEM300-Standards

• E39 – Object Services
• E40 – Process Job Management
• E84 – Carrier Handoff
• E87 – Carrier Management
• E90 – Substrate Management
• E94 – Control Job Management
   

EDA (Interface A) - Produktivitäts- und Qualitätsverbesserung dank großer Datenmengen

Equipment Data Acquisition ist eine zusätzliche Schnittstelle, die parallel zu SECS/GEM existiert. Sie ermöglicht die Echtzeitüberwachung auf der Seite des Hosts und die sofortige Identifizierung von Problemen. Durch den raschen Zugriff auf genaue Daten befähigt EDA/Interface A Entscheidungsträger, datengesteuerte Strategien zur Prozessoptimierung, Qualitätsverbesserung und Ertragssteigerung umzusetzen.

EDA-Schlüsselelemente

1. Gemeinsame Metadaten: EDA/Interface A definiert ein gemeinsames Set von Metadaten, einschließlich Equipment Model mit Selbstbeschreibung (Equipment Self-Description), Status, Parametern und Events. Diese standardisierte Metadatenstruktur gewährleistet eine konsistente Datendarstellung für verschiedene Anlagentypen und Maschinenbauer.
2. Data Collection Services: Das Protokoll unterstützt verschiedene Datenerfassungsdienste, z. B. periodische Datenerfassung, ereignisgesteuerte Datenerfassung und bedingte Datenerfassung. Es besteht die Möglichkeit, kundenspezifische Datenerfassungspläne, genannt "Data Collection Plans" (DCPs), zu erstellen. Dank dieser Flexibilität können Host-Systeme Daten auf der Grundlage vordefinierter Trigger oder Bedingungen abrufen, was eine proaktive Entscheidungsfindung und Prozessoptimierung ermöglicht.
3. Event Notification: EDA/Interface A ermöglicht die Meldung von Events in Echtzeit durch die Anlage an das Host-System. Events wie Zustandsänderungen der Anlagen, Alarme und Prozessabweichungen werden sofort kommuniziert. So können schnelle Reaktionen ermöglicht und Produktionsunterbrechungen minimiert werden.
4. Fehlerbehandlung: Die Standards enthalten Mechanismen zur Fehlererkennung und -behebung, um eine robuste und zuverlässige Kommunikation zwischen Anlagen und Host-Systemen zu gewährleisten. Es werden Fehlercodes und Wiederherstellungsverfahren definiert, um Kommunikationsausfälle und Dateninkonsistenzen wirksam zu behandeln.

EDA/Interface A-Standards

• E120 – Common Equipment Model
• E125 – Equipment Self-Description
• E128 – Specification for XML Message Structures
• E132 – Authentication and Authorization
• E134 – Data Collection Management
• E138 – Semiconductor Common Components
• E145 – Classification for Measurement Unit Symbols in XML

Bereitstellung von sicherem Produktionsequipment: Cybersecurity SEMI-Standards

Die Cybersecurity SEMI Standards spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Integrität und Sicherheit in Halbleiterfertigungsprozessen. Diese Normen bieten Richtlinien und Best Practices für den Schutz sensibler Daten, die Abwehr von Cyber-Bedrohungen und die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit von Halbleiterproduktionsanlagen. Durch die Einhaltung der SEMI-Normen zur Cybersicherheit können Anlagen- und Maschinenbauer ihre Verteidigung gegen sich entwickelnde Cyber-Risiken verstärken und das Vertrauen ihrer Kunden in die Halbleiterindustrie aufrechterhalten.

Cybersecurity Standards:

• E187 - Cybersecurity for Fab Equipment
• E188 - Malware Free Equipment Integration

Usability – Effizienz mit Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit

Die Benutzerfreundlichkeit ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Interaktion mit komplexen Systemen vereinfacht und so die Effizienz erhöht und Fehler reduziert. Für Maschinenbauer bedeutet eine hochwertige Benutzeroberfläche nicht nur eine Steigerung der Attraktivität ihrer Anlagen, sondern auch die Förderung von Kundentreue und -zufriedenheit, sowie langfristige Kundenbeziehungen.

Usability Standards:

• E95 - GUI Specification in Semiconductor Manufacturing
   

Einfache Anlagenintegration: SEMI-Standards für Photovoltaik Industrie und Elektronikfertigung
 

SEMI stellt branchenspezifische Standards für die PV-Industrie und die Elektronikfertigung bereit, die auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten sind. Hierbei handelt es sich um ein Subset der SEMI-Standards für die Halbleiterindustrie. Durch die Standardisierung von Praktiken und Technologien verschiedener Hersteller zielen sie darauf ab, Effizienz, Qualität und Interoperabilität zu verbessern.

Standards für PV und Elektronikfertigung:

• PV2
• A3