工研院机械所
半导体制程设备组 廖胜泰

2003年1月8日

一、前言

一个成熟的产业必然具备完整的上、中、下游分工厂商，透过这些厂商的分工合作才能从最先端的「原料提供」到最后端的「产品上市」能够一气呵成。如何让多家厂商所提供的阶段产品能够彼此紧密衔接呢？完全要依靠标准来让每家厂商有所依循。对于想要将产品线延伸到半导体设备领域的国内设备厂商而言，除了在机构零件上选用需要加以注意之外（必须使用适用于洁净室环境下的零件），另外很重要的一点就是必须符合各个软硬体相关的国际标准。以半导体产业而言这些相关标准主要是由 SEMI [1] 这个国际性的组 织来作制订的工作。

本篇文章将针对与半导体设备软体设计上相关，且被广为使用的标准作介绍。这些标准的应用范围被明确地标示在SIA所公布的半导体产业技术蓝图上[2]-参见Fig.1所示-，可以看出它们的重要性。另外我也会针对近几年来SEMI对于300mm-12 吋-晶圆所提出的相关标准-参见 Fig.2 所示选取其中与软体设计比较有关连的标准加以说明。

二、目标

在 SEMI 的诸多标准中，本文所说明的范围将包含以下所列出的标准文件：

基本通讯协定规范标准

推行于 12 吋晶圆厂的相关规范

我们将E4.E37和E5这3个SEMI 所制订的标准归类为基本通讯协定规范。如果所开发的设备机台是应用于自动化程度很高的晶圆厂，则设备机台本身一定得具备符合这些标准的通讯介面；同样地，在目前的TFT-LCD厂中几乎也都沿用半导体产业所使用的这些通讯标

准，因此如果所开发的设备机台要应用于 TFT LCD 厂，也必须依照这些标准来和 CIM 端作通讯，以达到自动化的要求。

在设备的开发初期，顾客与设备制造商往往是先着重于机台本身在手动操作模式下，是否可以满足功能上与产能上的要求。等到这些开发工作告一段落之后，接着就必须考虑如何在上线之后，可以和晶圆厂内的自动化系统连线而达到生产自动化。

四、 SEMI E39 OSS

在近几年来 SEMI 所制订的与设备机台相关的软体标准中，它们主要的一个趋势是朝向「物件导向设计」的方向，希望能引导设备机台本身的控制软体系统以物件的观念来作设计。因此不论是在 SEMI E40 所介绍的 Process Job 或是在 SEMI E94 所介绍的 Control Job ，这些一个一个的 job 其实都是以 object （物件）的形式来定义，每个不同类型的 object 在标准中都会规范实际运作时的状态图（ State Diagram ）。而 E39 本身就是为了替后来制订的这些与物件息息相关的标准作铺路的动作，目的在于事先将共用的术语作统一的定义和解释，如此一来在 E40 或 E94 这些后续制订的标准中就可以直接引用之，而不用在每个标准中都去重覆定义与说明。此外，在 E39 中也事先建立了一个 Top Object ，这个 Top Object 已经具备了基本的共通功能，在其它后续制订的标准中所建立的物件就可以透过直接继承它而取得这些共通功能。

五、 SEMI E40 PJM

在 SEMI E40 中主要是定义 Process Job 这种 object 的相关 attributes 和所提供的 services 。而 Process Job 对于半导体设备控制软体而言，其功用为： 确保使用正确的 recipe 来进行制造动作，并且负责管理运用半导体设备上与制程动作进行相关的资源 。因此，一个 Process Job 管理的范围就限于使用同一个 recipe 进行制程动作的一批晶圆（ wafer ）。而 Process Job 和 Control Job 彼此在实际应用上，是如何画分各自的管理区块呢？这可以从 Fig.6 来作一个说明。

Fig.6 针对制程材料为晶圆（ wafer ）时，这个例子说明 Process Job 和 Control Job 在实际应用时各自所属的控制范围。由图中可以看出，这个 Carrier 含有 3 个 Lots ，分别由 3 个 Process Jobs 来作对应，而这 3 个 Process Jobs 又统一由一个 Control Job 来管理。

在 300mm 的制造技术为市场所接受之后，直接的影响就是由于晶圆（ wafer ）用来制造电子元件的有效范围变大，在一个晶圆盒中的晶圆分别使用不同制程来制造不同产品的可能性大为提高。也就是说，一个晶圆盒（ Carrier ）中可能有好几个 Lot 同时存在，每个 Lot 使用各自的 recipe 进行制造动作。将 Process Job 和 Control Job 对应到这样的实际应用情况时，就是每个 Lot 由一个 Process Job 来掌控。由于这些 Lot 都存在于同一个晶圆盒中，因此对应到这些 Lot 的 Process Job 具有一定程度的关连性（都归属于同一个晶圆盒），因此又统一由一个 Control Job 来管理。

对一个半导体设备而言，透过 Process Job 物件所提供的 services ，其上的 Process Job 管理模组可以达到以下的功能要求：

•  建立 Process Job 并且将之执行完毕

•  将 Process Job 在执行过程中内部的 State Machine 变化回传给主控制系统

•  回报 Process Job 执行结果为成功或失败

•  具备随时中断任何一个执行中的 Process Job 的能力

•  维护每个 Process Job 的相关 attribute 资讯

•  对于外界传来含有无效参数的 service 要求，具备判断与拒绝执行的能力

•  对于外界传来设备不支援的 service 要求，具备判断与拒绝执行的能力

Process Job 管理模组是附属于半导体设备机台的主控系统之下，如果这个设备本身是操作在 local 的情况下，操作人员就可以透过主控系统去操控机台上目前的 Process Job ，也可以主动去建立新的 Process Job 。但是，如果是和工厂自动化系统连接时，就有必要考虑到如何让工厂自动化系统可以从远端来操控半导体设备机台的 Process Job 管理模组，这个时候又会使用到之前提到的 E4 、 E5 和 E37 。

六、 SEMI E94 CJM

相对于 Process Job 而言，在 SEMI E94 中所定义的 Control Job 物件，它最大的功能就是用来将具备特殊关系的 Process Jobs 组织起来统一作管理。在 Fig.5 中很清楚地将它们彼此间的关系定义出来，从它们之间连接线上的标示数字可以知道：一个 Control Job 可以管理多个 Process Job ，是一对多的关系，但是一个 Control Job 至少要有一个以上的 Process Job 附属于它，否则 Control Job 就失去存在的意义了。

Control Job 物件所支援的 services 中，除了基本的 Create （建立）、 Delete （删除）…之外，比较特殊的一个 service 就是「 HOQ 」，它是「 head of queue 」的缩写，功能是用来将存放在 Control Job Queue 中的某个 Control Job ，将其从原先的位置移到 Queue 的最前头，如此一来这个 Control Job 就会成为下一个被执行的 Control Job 。

对一个半导体设备而言，透过 Control Job 物件所提供的 services ，其上的 Control Job 管理模组可以达到以下的功能要求：

•  支援 Control Job 所提供的 10 种 services

•  支援以下的 Status Variables （设备机台状态变数）：

•  QueuedCJobs

•  QueueAvailableSpace

与 Process Job 管理模组一样， Control Job 管理模组也是附属于半导体设备机台的主控系统之下，可以由机台操作人员在 local 端透过机台面板去操控，也可以由半导体工厂的自动化系统透过适当的 SECS-II 讯息（定义在 E5 ）从远端来操控。

七、结语

对于有志于进入半导体设备设计制造的厂商而言，必然需要对于这些由国际组织所制订的标准有一定程度的了解，如此一来才能符合客户端的需求，也才能和客户端的工程人员进行讨论。本篇文章从中选取了几个重要的标准作介绍，让读者建立此一领域中的基本知识。

八、参考文件

[1] http://www.semi.org

[2] ITRS Roadmap 2001 Edition

[3] http://secs.itri.org.tw