SEMI-Normen
Was sind SEMI-Normen und was ist ihr Zweck?
SEMI-Normen sind globale Spezifikationen, die von der Vereinigung Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) entwickelt wurden, um Interoperabilität, Konsistenz und Effizienz in der Halbleiter- und Elektronikfertigung zu gewährleisten.
Diese Normen legen fest, wie Host-Systeme und Anlagen in der Fabrik kommunizieren, Daten austauschen und Automatisierungsabläufe verwalten, um eine nahtlose Integration und einen zuverlässigen Betrieb zu ermöglichen. Die regelmäßig von Branchenexperten überprüften und verfeinerten SEMI-Normen helfen Herstellern, Ausrüstungslieferanten und Endanwendern, mit den sich entwickelnden Produktionsanforderungen Schritt zu halten und eine hohe Zuverlässigkeit und Leistung bei sich weiterentwickelnden Technologien zu gewährleisten.
SECS/GEM-Normen
für 200 mm, Backend-Montage, LED, PV-Industrie
Die SECS/GEM-Suite, einschließlich SEMI E4, E5, E30 und E37, bildet den grundlegenden Kommunikationsrahmen zwischen den Hosts in der Fabrik und den Fertigungsanlagen.
Sie definiert Standard-Nachrichtenprotokolle, Zustandsmodelle, Datenerfassung und Alarmmechanismen, so dass Geräte verschiedener Hersteller oder Anbieter mühelos in Fabrikautomatisierungssysteme integriert werden können.
SECS/GEM wird häufig in 200-mm-Fabriken, in der Backend-Montage sowie in der LED- und Photovoltaik-Produktion eingesetzt und gewährleistet stabile und zuverlässige Verbindungen in unterschiedlichen Fertigungsumgebungen.
GEM300 Normen
Für Wafer-Fabriken/ 300-mm-Umgebungen
Die GEM300-Standardfamilie erweitert SECS/GEM auf vollautomatische 300-mm-Wafer-Fabriken und bietet Funktionen für Carrier-Handling, Substrat-Tracking und Job-Management.
Es umfasst wichtige SEMI-Spezifikationen wie E87 (Carrier Management), E90 (Substrate Tracking), E94 (Control Job Management) und E40 (Process Job Management), sowie E116 (Equipment Performance Tracking) und E39 (Object Services).
Diese Standards unterstützen ausgeklügelte Materialtransportsysteme, Steuerungsaufträge, mehrstufige Prozessaufträge und Substratmanagementlogik und ermöglichen einen hohen Durchsatz, präzise Rückverfolgbarkeit in Echtzeit, konsistente Leistung und einheitliche Automatisierung in komplexen Wafer-Fabrikationsprozessen.
SEMI E4
SECS-I (Nachrichtenübermittlung)
SEMI E4 definiert die ursprüngliche serielle Verbindung für die SECS/GEM-Kommunikation zwischen einem Fabrik-Host und einem Gerät. Sie legt fest, wie Nachrichten über RS-232 gerahmt, quittiert, erneut versucht und in eine Reihenfolge gebracht werden, einschließlich Zeitregeln und Fehlerbehebung.
Während moderne Fabriken in der Regel Ethernet (HSMS/E37) bevorzugen, ist E4 nach wie vor wichtig für ältere Schnittstellen und eingebettete Steuerungen, die noch serielle Anschlüsse aufweisen.
Das Verständnis von E4 trägt dazu bei, deterministische Sitzungen, vorhersehbare Zeitüberschreitungen und ein sauberes Wiederverbindungsverhalten zu gewährleisten - entscheidend, wenn ein Gerät oder ein Host Kabelwechsel, Stromausfälle oder eine schwankende Signalqualität überstehen muss. In der Praxis überträgt E4 SECS-II (E5)-Nachrichten: Sobald die Verbindung hergestellt ist, laufen alle Befehle auf höherer Ebene - Alarme, Remote-Befehle, variabler Zugriff, Rezeptflüsse - über den zuverlässigen Transport von E4.
Bei Nachrüstungen auf der grünen Wiese verkürzt E4 das Hochfahren, klärt die Protokolle und reduziert die Anzahl der benutzerdefinierten Handshakes, so dass die Fabriken das Verhalten von Geräten unterschiedlicher Generationen standardisieren können.
Produkte, die SEMI E4 unterstützen
SEMI E5
SECS-II (Nachrichteninhalt)
SEMI E5 definiert die Struktur und Semantik von SECS/GEM-Nachrichten: typisierte Datenelemente, hierarchische Listen und Anfrage/Antwort-Paare, die in Streams und Funktionen organisiert sind.
Dies ist die Sprache, die der Automatisierung einen Sinn gibt - das Melden von Erfassungsereignissen, das Auslösen und Löschen von Alarmen, das Lesen und Schreiben von Variablen, das Aufrufen von Remote-Befehlen und die Verwaltung von Prozessprogrammen.
Da E5 transportunabhängig ist, funktionieren dieselben Nachrichten über serielle SECS-I (E4) oder Ethernet HSMS (E37), so dass die Interoperabilität bei der Weiterentwicklung von Netzwerken erhalten bleibt. Sein kompaktes Binärformat ist auf langsamen Verbindungen effizient und im großen Maßstab robust und ermöglicht ein konsistentes Verhalten von Einzelmodulen bis hin zu komplexen Clustersystemen.
Die meisten angrenzenden SEMI-Normen wählen Teilmengen oder Muster von E5-Transaktionen aus, um ihre Aufgabenbereiche zu erfüllen (Materiallogistik, Auftragssteuerung, Leistungsverfolgung). Die Beherrschung von E5 ermöglicht schnellere Integrationen, klarere Diagnosen und einfachere Konformitätstests - Ihr Host und Ihre Geräte sprechen dasselbe präzise, typisierte Vokabular, was Mehrdeutigkeiten reduziert und die Zeit bis zur Produktion verkürzt.
Produkte, die SEMI E5 unterstützen
SEMI E30
GEM (Generisches Ausrüstungsmodell)
GEM standardisiert die Überwachung und Steuerung von Anlagen in Fabriken durch eine einheitliche, herstellerneutrale Schnittstelle. Es definiert Kerndienste - Zustandsmodelle, Alarme, Erfassungsereignisse und Berichte, Trace Sampling, Variablen, Remote-Befehle, Prozessprogramm- (Rezept-) Management und Uhr-/ID-Management -, die mit SECS-II (E5) über SECS-I (E4) oder HSMS (E37) implementiert werden.
Mit GEM kann ein Host ein Tool online schalten, die Datenerfassung aktivieren, Betriebszustände erzwingen, Prozesse starten/stoppen und kontextbezogene Ergebnisse ohne maßgeschneiderte Protokolle erfassen. Für Gerätehersteller bietet GEM einen klaren Fahrplan für die Einhaltung von Vorschriften und reduziert den einmaligen Entwicklungsaufwand pro Kunde; für Fertigungsbetriebe bedeutet es wiederverwendbaren Host-Code, vorhersehbares Verhalten und schnellere Qualifizierung.
GEM unterstützt auch viele Bereichsstandards (z. B. E40, E87, E90, E94, E116), so dass sich konforme Werkzeuge in breitere Automatisierungsabläufe einfügen. Das Ergebnis sind kürzere Integrationszyklen, verbesserte Diagnosemöglichkeiten und höhere Betriebszeiten in heterogenen Anlagen, unabhängig davon, ob es sich um die Einführung neuer Tools oder die Nachrüstung bestehender Anlagen handelt.
Produkte, die SEMI E30 unterstützen
SEMI E37
HSMS (Hochgeschwindigkeits-SECS-Nachrichtendienste)
HSMS verlagert SECS/GEM auf Ethernet/TCP und bietet einen höheren Durchsatz, geringere Latenzzeiten und eine einfachere Verdrahtung als serielle Verbindungen. Es spezifiziert aktive/passive Rollen, Sitzungsaufbau (Select), Keep-Alive (Linktest), ordnungsgemäße Trennung (Separate) und Timeout-Verhalten und gewährleistet so zuverlässige, langlebige Verbindungen zwischen Host und Geräten.
HSMS überträgt SECS-II (E5)-Nutzdaten unverändert, so dass die vorhandene GEM-Logik unverändert funktioniert und von modernen Netzwerken profitiert. In der Praxis wird in den meisten Fällen das HSMS-SS-Profil (Single-Session-Profil) verwendet, obwohl die Multi-Session-Varianten Verkehrsklassen isolieren können.
Deterministische Sitzungsregeln und explizite Liveness Checks sorgen dafür, dass HSMS auch unter Last und bei Netzwerkereignissen stabil bleibt und zentralisierte Host-Architekturen und große Geräteflotten unterstützt. Für Integratoren reduziert HSMS den Aufwand für die kundenspezifische Verkabelung, erleichtert die Diagnose und lässt sich problemlos von Laboreinrichtungen bis hin zu hochvolumigen Produktionsanlagen skalieren - und das alles unter Beibehaltung der in E5 und GEM definierten Semantik.
Produkte, die SEMI E37 unterstützen
SEMI PV2
Photovoltaik GEM Teilmenge
PV2 passt GEM für Photovoltaikanlagen an, indem es eine gezielte, interoperable Untergruppe von Fähigkeiten und genaue Implementierungsdetails definiert. Es rationalisiert die Inbetriebnahme, indem es Formate für gemeinsame Datenelemente, einen minimalen Satz von Variablen und Ereignissen sowie eine vereinfachte Verwaltung von Prozessprogrammen (unformatierte Rezepte) vorschreibt.
PV2 strafft das Verhalten in Bezug auf Berichterstattung und Zeiterfassung und ermöglicht es Hosts, Metriken über verschiedene PV-Tools hinweg ohne herstellerspezifische Konventionen zu korrelieren. Durch den Verzicht auf weniger kritische SECS-II-Transaktionen senkt PV2 den Konformitätsaufwand und bewahrt gleichzeitig die notwendige Kontrolle und Transparenz. Das Ergebnis sind konsistente Integrationen, eine schnellere Akzeptanz und ein einfacherer Support über mehrere Geräteanbieter hinweg.
Für Fabriken bedeutet PV2 verlässliche Daten für Ertrags- und Durchsatzanalysen; für Werkzeugbauer bietet es ein klares, begrenztes Ziel, das den technischen Aufwand reduziert und gleichzeitig die Anforderungen der Produktionsautomatisierung erfüllt.
Produkte, die SEMI PV2 unterstützen
SEMI E122
Gemeinsames Ausrüstungsmodell
E122 fördert eine konsistente, maschinenlesbare Art und Weise, die Fähigkeiten eines Tools zu beschreiben - Funktionen, Zustände, Daten, Ressourcen und Einschränkungen -, damit Hosts Geräte vorhersehbar entdecken und mit ihnen interagieren können.
Als Informationsmodell, das den SECS-II-Nachrichtenverkehr ergänzt, standardisiert es Namen, Beziehungen und Semantik, wodurch Mehrdeutigkeit und benutzerdefinierte Zuordnungen reduziert werden. Durch ein gemeinsames Vokabular können Anwendungen auf höherer Ebene mit denselben Konzepten auf verschiedene Tools zugreifen, was die Einarbeitung beschleunigt und intelligentere Automatisierungsstrategien ermöglicht.
E122 harmoniert auch mit angrenzenden Standards (Datenerfassung, Auftragskontrolle, Leistungsverfolgung) und positioniert das Modell als eine einzige Quelle der Wahrheit für das, was das Gerät offenbart.
Das Ergebnis sind schnellere Integrationen, klarere Diagnosen und einfachere Weiterentwicklungen, wenn Tools neue Funktionen hinzufügen - Hosts können Funktionen abfragen, anstatt Verhaltensweisen aus Handbüchern nachzuvollziehen.
Produkte, die SEMI E122 unterstützen
SEMI E39
Objektdienste
E39 bringt eine objektorientierte Struktur in SECS/GEM, indem es Equipment-Ressourcen als auffindbare Objekte mit Attributen, Methoden und Ereignissen darstellt.
Kammern, Ladeports und Roboter können konsistente Schnittstellen darstellen und gleichzeitig herstellerspezifische Erweiterungen zulassen. Hosts durchsuchen Objekte, prüfen Eigenschaften und rufen standardisierte Operationen auf, die sauber auf SECS-II-Nachrichten abgebildet werden, was die Übersichtlichkeit und Wiederverwendung verbessert.
Diese Abstraktion ist besonders hilfreich für komplexe Cluster-Tools, bei denen sich modulare Subsysteme unabhängig voneinander entwickeln. E39 reduziert die enge Kopplung in der Host-Logik, rationalisiert die Konformität und verbessert die Lesbarkeit von Protokollen: Interaktionen werden zu expliziten Objektoperationen und nicht zu Ad-hoc-Nachrichtensequenzen.
Für Gerätehersteller bietet E39 eine skalierbare Möglichkeit, Fähigkeiten ohne explodierende Nachrichtenpermutationen darzustellen; für Fabs reduziert es den benutzerdefinierten Code und verkürzt die Zeit bis zur stabilen Produktion.
Produkte, die SEMI E39 unterstützen
SEMI E40
Prozess Job
E40 standardisiert das Konzept eines Prozessauftrags - die Einheit der Rezepturausführung innerhalb einer Anlage.
Ein Prozessauftrag kapselt Material, Rezeptur, Parameter und Prioritäten mit definierten Befehlen und Zuständen für Erstellung, Start, Halten, Wiederaufnahme und Abschluss. Indem E40 den Hosts eine einheitliche Methode zur Orchestrierung der Arbeit auf Run-Level bietet, vereinfacht es die Koordination über verschiedene Tools hinweg und ergänzt die Logistik (E87) und die Steuerungsberechtigung (E94).
Es ermöglicht eine genaue Rückverfolgbarkeit - was wurde mit welchen Einstellungen an welchem Material durchgeführt - und unterstützt parallele Verarbeitungs- und Rückgewinnungsprozesse.
Für Gerätehersteller verdeutlicht E40 die Schnittstellenoberfläche für die Ausführungssteuerung; für Fabs reduziert es maßgeschneiderte Sequenzen, beschleunigt die Qualifizierung und verbessert die Handhabung von Ausnahmen durch einheitliche Berichte und Ereignisse.
Produkte, die SEMI E40 unterstützen
SEMI E87
Träger-Management
E87 definiert, wie Geräte und Host die Identifizierung, Überprüfung und Bewegung von Trägern (z. B. FOUPs oder Kassetten) koordinieren.
Es umfasst das Verhalten von Ladehäfen, Annahme-/Ablehnungsregeln, ID-Prüfung, Mapping-Checks, Andocken/Abkoppeln und damit verbundene Ereignisse und Variablen. Ziel ist es, sicherzustellen, dass sich der richtige Ladungsträger mit bekanntem Inhalt am richtigen Ort befindet, damit die nachfolgenden Prozess- oder Transportschritte sicher ablaufen können.
E87 ist eng mit der Substratverfolgung (E90) und der Job-Orchestrierung (E40/E94) verbunden, so dass Materialfluss und Ausführungskontext aufeinander abgestimmt sind.
Für Gerätehersteller bietet E87 eine vorhersehbare Schnittstelle zu AMHS und Bedienerhandhabung; für Fabriken reduziert es Fehlladungen und verbessert die Zykluszeit mit standardisierten Zuständen und Diagnosen während des Trägerwechsels.
Produkte, die SEMI E87 unterstützen
SEMI E90
Substratverfolgung
E90 ermöglicht eine feinkörnige Verfolgung von Substraten (Wafer, Zellen, Panels) auf ihrem Weg durch die Anlage, von den Ladeports in die Prozessmodule und wieder zurück.
Es definiert Substratidentitäten, Standorte, Zustände und die Ereignisse, die Ankunft, Verarbeitung und Abfahrt signalisieren. Auf diese Weise können Hosts genaue Work-in-Process-Ansichten pflegen, Rezeptergebnisse mit bestimmten Materialien abgleichen und Verwechslungen schnell erkennen.
E90 ist mit E87 (Trägerverwaltung) und mit E40/E94 (Auftragssteuerung) abgestimmt, so dass Materialfluss und Ausführungskontext konsistent bleiben.
Für Anlagenbauer bedeutet die Implementierung von E90 eine Klarstellung der Instrumentierung, die für die Meldung von Bewegungs- und Verarbeitungsmeilensteinen erforderlich ist; für Fabriken untermauert sie die Genealogie und die Ertragsanalyse, indem sie Daten und Alarme mit einzelnen Substraten verknüpft.
Produkte, die SEMI E90 unterstützen
SEMI E94
Auftrag kontrollieren
E94 definiert den Steuerungsauftrag, einen übergeordneten Container, der einen oder mehrere Prozessaufträge auf dem Werkzeug autorisiert und steuert.
Ein Steuerungsauftrag legt das zulässige Material, die erlaubten Rezepte, die Sequenzeinschränkungen und die Vorbedingungen oder Ressourcen fest, die verfügbar sein müssen. Sobald er freigegeben ist, erzwingt er die Kontrolle des Wafer-Starts, die Integrität des Loses und koordinierte Läufe zwischen den Kammern.
E94 bietet einheitliche Befehle, Zustände und Berichte für das Erstellen, Starten, Halten und Abschließen von Steuerungsaufträgen sowie für die Behandlung von Ausnahmen. Im Zusammenspiel mit E87 (Träger), E90 (Substrate) und E40 (Prozessaufträge) hält es die Materiallogistik und die Rezepturausführung synchronisiert.
Das Ergebnis ist eine vorhersehbare Automatisierung, eine bessere Einhaltung der Fertigungsregeln und eine klarere Rückverfolgbarkeit von der Genehmigung bis zum Abschluss.
Produkte, die SEMI E94 unterstützen
SEMI E116
Verfolgung der Geräteleistung
E116 standardisiert, wie Geräte Leistungskennzahlen melden, damit Hosts Verfügbarkeit, Auslastung und Produktivität einheitlich berechnen können.
Es definiert ein zeitbasiertes Zustandsmodell, Ereignissemantik und Datensätze, die zur Ableitung von KPIs wie Betriebszeit, Ausfallzeitkategorien, mittlere Reparaturzeit und Durchsatz verwendet werden. Durch die Vereinheitlichung von Benennungen und Übergängen beseitigt E116 die Mehrdeutigkeit von Dashboards in Fabriken und ermöglicht einen direkten Vergleich zwischen verschiedenen Anbietern und Tools.
In vielen Fällen wird E116 mit der GEM-Datenerfassung gekoppelt, so dass die Daten nahezu in Echtzeit in MES-, OEE- oder Analyseplattformen eingespeist werden können.
Für Gerätehersteller stellt E116 klar, was zu messen und wie Unterbrechungen zu kategorisieren sind; für Fertigungsbetriebe beschleunigt es die Ursachenanalyse und die kontinuierliche Verbesserung, indem es zuverlässige, strukturierte Signale anstelle von Ad-hoc-Protokollen liefert.
Produkte, die SEMI E116 unterstützen
SEMI E142
Kartierung von Substraten und Datenaustausch
E142 legt fest, wie Geräte und Hosts “Substratkarten” (für Wafer, Streifen, Rahmen, Trays usw.) darstellen und austauschen, damit jedes System die Ergebnisse für jeden Standort einheitlich interpretiert.
Sie definiert die Struktur und den erforderlichen Inhalt der Kartendaten - wie Layout, Koordinatenadressierung und Status pro Chip/Einheit (z. B. bestanden/nicht bestanden, Lagerplatz/Sorte, Fehlerkategorien) - sowie die Regeln für die Übertragung und Aktualisierung von Karteninformationen über die Schnittstelle.
Das standardisierte Mapping untermauert die Inline-Fertigungsabläufe, bei denen sich nachgelagerte Werkzeuge auf die elektronische Karte anstelle der physischen Markierung verlassen, und ermöglicht eine zuverlässige Sortierung, Routenplanung, Ertragsanalyse und durchgängige Rückverfolgbarkeit.
Für Gerätehersteller bietet E142 ein konsistentes Kartenmodell und Austauschverhalten, um eine saubere Integration mit Fabrik-Hosts zu ermöglichen. Für Fabriken reduziert es die Mehrdeutigkeit von Interpretationen über verschiedene Toolsets hinweg und verbessert die Genauigkeit von Genealogie, Disposition und Analysen, die von genauen Ergebnissen pro Standort abhängen.
Produkte, die SEMI E142 unterstützen
SEMI E148
Zeitsynchronisation und Uhrenmanagement
E148 spezifiziert, wie Geräte die genaue Zeit beibehalten und anzeigen, einschließlich der Synchronisation mit externen Referenzen und konsistentem Zeitstempelverhalten.
Sie definiert Anforderungen an die Genauigkeit der Uhr, die Behandlung von Drifts, Anpassungsverfahren und die Berichterstattung, damit die Hosts den Zeitstempeln von Ereignissen und Daten vertrauen können.
Genaue Zeitangaben sind die Grundlage für alles, von der Sequenzrekonstruktion und SPC-Fenstern bis hin zur werkzeugübergreifenden Korrelation in der Massenfertigung. E148 ergänzt häufig die GEM-Datenerfassung und stellt sicher, dass Alarme, Kurven und Berichte mit vorhersehbarer Schräglage und Anpassungssemantik auf die Werkszeit abgestimmt sind.
Für Gerätehersteller ist E148 ein Leitfaden für robustes Uhrendesign und -diagnose; für Fabriken reduziert es die Verwirrung bei der Störungsanalyse und verbessert die Integrität von Genealogie und Analysen, die auf präziser Ordnung beruhen.
Produkte, die SEMI E148 unterstützen
SEMI E157
Modul Prozessverfolgung
E157 führt die Prozessverfolgung auf Modulebene ein, so dass Hosts die Ausführung von Rezepten in komplexen Anlagen verfolgen können.
Es definiert Ereignisse, Daten und Zustandssemantik für Prozessmodule und Teilschritte und ermöglicht eine granulare Sichtbarkeit über Start/Vollständig hinaus auf der Werkzeugebene.
Mit E157 können Hosts Parameter und Ergebnisse mit bestimmten Modulphasen korrelieren und so die Rückverfolgbarkeit, Abstimmung und Ursachenanalyse verbessern. Der Standard ist mit E40 (Prozessaufträge), E94 (Steuerungsaufträge) und E90 (Substratverfolgung) abgestimmt, sodass Ausführungskontext, Autorisierung und Materialbewegung synchronisiert bleiben.
Für Anlagenbauer verdeutlicht E157 die Instrumentierung an der Modulgrenze; für Fabriken verbessert es das Yield Learning, indem es detaillierte Ausführungssegmente mit Messergebnissen und Alarmen verbindet.