SECS/GEM vs GEM300: Standaarden die geavanceerde halfgeleiderfabs aandrijven

• Wereldwijde impact: De wereldwijde investeringen in 300mm fab-apparatuur zullen naar verwachting in 2025 $107 miljard bereiken, wat een dringende behoefte aan gestandaardiseerde automatisering creëert.

• Kernverschil: Terwijl SECS/GEM basiscommunicatie tussen apparatuur en host afhandelt (starten, stoppen, dataverzameling), voegt GEM300 complexe lagen toe voor volledig geautomatiseerde materiaalverwerking en jobbeheer.

• Kritieke standaarden: GEM300 introduceert specifieke standaarden zoals E87 (Carrier Management) en E40/E94 (Process-/Control Jobs) om de hoogwaardige en zware ladingen van 300mm wafers te beheren.

• De essentie: Voor moderne fabs is SECS/GEM het alfabet; GEM300 is de volledige taal die nodig is om de geautomatiseerde fabvloer te laten draaien.

Introductie

De cijfers liegen niet: de strijd om dominantie in de halfgeleiderindustrie is duur en wordt steeds zwaarder. Volgens een recent rapport van SEMI (2025) zullen de wereldwijde uitgaven aan 300mm fab-apparatuur in 2025 alleen al meer dan $107 miljard bedragen, met een verwachte totale investering van $374 miljard tussen 2026 en 2028. Naarmate fabs opschalen om chips voor AI- en edge-apparaten te produceren, krimpt de foutmarge tot vrijwel nul. Je kunt een faciliteit van een miljard dollar niet runnen met plakbriefjes en hoop.

Hier komt de communicatieruggengraat van de fabriek in beeld. Als je apparatuur integreert of een fabvloer beheert, kom je onvermijdelijk op het kruispunt van SECS/GEM en GEM300 terecht. Hoewel ze vaak in één adem worden genoemd, is het een beginnersfout om ze als synoniemen te behandelen—zoals het verwarren van een funderingssteen met het hele huis.
SECS/GEM is de legacy-basis die tools in staat stelde om met de hostcomputer te “praten”. Maar toen wafers van 200mm naar 300mm gingen, moest het gesprek een stuk slimmer worden. Samen vormen SECS/GEM en GEM300 het zenuwstelsel van moderne geautomatiseerde fabricage, maar begrijpen waar de één eindigt en de ander begint is de sleutel tot succesvolle geavanceerde fab-integratie.

De basis: wat is SECS/GEM?

Voordat we kunnen rennen, moeten we leren lopen. SECS/GEM is de grootvader van de industrie, maar laat je niet misleiden door de leeftijd—het verricht nog steeds het zware werk in fabs wereldwijd, van legacy 150mm-lijnen tot de meest geavanceerde 300mm-nodes.

SECS (Semiconductor Equipment Communication Standard) en GEM (Generic Model for Communications and Control of Manufacturing Equipment) vormen in essentie een protocolstack die is gedefinieerd door SEMI-standaarden E4, E5, E30 en E37.
Zie SECS/GEM als een directe telefoonlijn tussen de fab-host (de baas) en de apparatuur (de werknemer). De host kan opdrachten geven zoals “Start”, “Stop” of “Selecteer recept”, en de apparatuur kan terugrapporteren: “Ik heb de batch voltooid” of “Er is een alarm”.

Waarom het werkt

Het standaardiseerde de chaos. Vóór GEM (SEMI E30) had elke apparatuurleverancier zijn eigen eigenaardige manier om data te verzenden. De ene rapporteerde temperatuur in Celsius via binaire code, een andere stuurde ASCII-tekst in Fahrenheit. SECS/GEM dwong iedereen het eens te worden over het openen van verbindingen, het definiëren van variabelen en het afhandelen van alarmen.
SECS/GEM is echter ontworpen in een tijd waarin operators handmatig cassettes met wafers van tool naar tool droegen. De apparatuur hoefde niet te weten wat er aankwam alleen dat een recept moest worden uitgevoerd wanneer een operator op een knop drukte.

De 300mm-disruptie: waarom GEM300 ontstond

Toen kwam de overgang naar 300mm, en werd alles complexer.

Fysiek weegt een FOUP met vijfentwintig 300mm wafers ongeveer 9 kg. Je kunt operators niet vragen dat 12 uur per dag te tillen zonder arbeidsongevallen te verwachten. De industrie stapte daarom over op geautomatiseerde materiaalverwerkingssystemen (AMHS), zoals overhead hoist transports (OHT’s) die door de fab bewegen alsof ze uit een sciencefictionfilm komen.

Deze fysieke verschuiving creëerde een digitale kloof. De “domme” SECS/GEM-standaard was niet meer voldoende. De host moest nu niet alleen de tool coördineren, maar ook de robot die de wafers aanlevert. De tool moest weten:

• “Is dit de juiste FOUP?”
• “Welke slots bevatten wafers?”
• “Hoe ontgrendel ik deze carrier?”

Hier komt GEM300 in beeld. Het is geen vervanging van SECS/GEM, maar een geavanceerde uitbreidingslaag die bovenop de SECS/GEM-basis ligt om volledig geautomatiseerde productie mogelijk te maken.

Technische vergelijking: SECS/GEM vs GEM300-standaarden

Wanneer engineers SECS/GEM met GEM300 vergelijken, gaat het meestal om de reikwijdte van de controle. SECS/GEM richt zich op de machinestatus (draait de tool of staat hij stil?). GEM300 richt zich op materiaal en logistiek (waar is mijn wafer en wie geeft toestemming om deze te verwerken?).

Carrier Management (SEMI E87)

In een standaard SECS/GEM-situatie (200mm) plaatst een operator een cassette en verwerkt de tool deze. Simpel.
In GEM300 bepaalt de E87-standaard exact hoe de apparatuur met de carrier (FOUP) omgaat. De tool moet met het AMHS communiceren om de Carrier ID te verifiëren voordat de klem vergrendelt. E87 beheert de loadport-statussen—of een poort klaar is om een FOUP te ontvangen, of een FOUP is gedockt, of deze geklemd en toegankelijk is.

Opmerking: Zonder E87 zou een OHT-robot een doos wafers van $50.000 op een al volle loadport plaatsen. Dat is een zeer dure “oeps”.

Process Jobs (E40) en Control Jobs (E94)

Dit is het brein van GEM300.
SECS/GEM gebruikt eenvoudige remote-commando’s: “Selecteer recept A. Start.”
GEM300 splits dit op in Process Jobs (E40) en Control Jobs (E94).

• E40 (Process Job): Definieert wat er met de wafers moet gebeuren.
• E94 (Control Job): Definieert de logistiek en middelen om het proces uit te voeren.

Dit maakt complexe scenario’s mogelijk, zoals overlappende jobs waarbij een tool al een tweede FOUP verwerkt terwijl de eerste nog afkoelt.

Substrate Tracking (E90)

Met SEMI E90 volgt de apparatuur individuele wafers terwijl ze door robots en proceskamers bewegen. De host weet exact dat “WaferID_12345” zich in “Chamber_B” bevindt. Deze granulariteit is cruciaal voor opbrengstbeheer.

De automatiseringsfactor: AMHS en interoperabiliteit

De magie van 300mm fab-automatisering is interoperabiliteit. In een 200mm fab kon een operator vaak problemen omzeilen. In een GEM300 fab is die menselijke buffer verdwenen. Als een tool niet exact de E87-statusmodellen volgt, wordt hij door het AMHS overgeslagen en stopt de productie.

Waarom GEM300 cruciaal is voor geavanceerde fab-integratie

Het draait om twee woorden: opbrengst en doorvoer. GEM300 maakt vooraf geplande jobs en realtime wafertracking mogelijk, waardoor stilstand en afval drastisch worden verminderd.

Implementatie-uitdagingen

• Strikte statusmodellen: Afwijkingen leiden tot alarms en lijnstilstand.
• Complex testen: GEM300 vereist geavanceerde simulators.
• Legacy-problemen: Oude software patchen leidt vaak tot instabiliteit.

Conclusie

SECS/GEM levert de woordenschat, maar GEM300 levert de grammatica voor volledig geautomatiseerde fabcommunicatie. Samen vormen ze de sleutel tot efficiënte, lights-out productie.

Veelgestelde vragen (FAQ)