事例研究：SECS/GEM向け既存製造装置の自動化

概要

ハネウェル・リチャードソンのMEMSセンサー製造工場は、200mm以下のウェハサイズ装置を使用する多くの半導体製造施設と同様に、SECS/GEM自動化機能を持たない旧式の装置が原因で大きな課題に直面していました。これらの制約は、歩留まり、プロセス制御、および装置の稼働時間に影響を与えていました。ハネウェルはEinnosysと提携し、プラグアンドプレイ方式のSECS/GEMインターフェースを使用することで、これらの装置を交換することなく最新化する革新的なソリューションを導入しました。

会社概要

ハネウェル・リチャードソンは、ハネウェルの子会社で、マイクロ電気機械システム（MEMS）センサーの製造を専門としています。この工場では、最新鋭の半導体製造装置と従来型の装置を併用し、主に産業用および商業用アプリケーション向けの高精度センサーの製造に注力しています。

チャレンジ

ハネウェルは、従来の製造工場運営において、3つの重要な課題を特定した。

SECS/GEMインターフェースの欠如

SPTSドライエッチングシステムなど、多くの従来型ツールにはSECS/GEM機能が欠けていました。その結果、以下の問題が発生しました。

レシピの実行ミスにより、ウェハーが不良品となりました。
手作業によるデータ収集と分析にかかるエンジニアリング時間の増加。
機器の稼働停止時間が延長されました。
総合設備効率（OEE）の低下。

重要機器からの早期警告なし

ポンプや計器などの機器が予告なく故障し、長時間の稼働停止と事後的なメンテナンスを招いた。

アナログゲージ用の監視システムなし

アナログ圧力計はデジタル化が進んでいなかったため、リアルタイム監視や予測分析は不可能だった。

従来の代替案とその限界

歴史的に、半導体製造工場はこれらの問題に対処するために次のような方法を試みてきた。

新しい機器を購入する ―多くの場合、費用がかかりすぎ、業務に支障をきたす。
OEM経由でのSECS/GEMのアップグレード ―高価（ツール1台あたり最大10万ドル）、機器の稼働停止とレシピの再検証が必要。
サードパーティ製のI/Oベースのソリューションを使用する 侵入的でリスクが高く、機器内部構造に関する深い知識が必要となる。

これらのアプローチは、特に完全に減価償却された旧式ツールが依然として生産に不可欠な場合、財政的に実現不可能であるか、運用上のリスクが高かった。

革新的なソリューション：Einnosys社のEIGEMBox

Einnosysは、特許取得済みの非侵襲型プラグアンドプレイSECS/GEMソリューションであるEIGEMBoxを発表しました。これは、既存機器向けに特別に設計されています。主な特長は以下のとおりです。

コンパクト設計： 機器キャビネットの中に収まる、8インチ×8インチ×5インチの小型ボックス。
非侵襲的な統合： キーボード、マウス、モニターのポートを介して接続します。機器のハードウェア/ソフトウェアの変更は不要です。
ユニバーサル互換性： オペレーティングシステムの種類を問わず、あらゆるPCベースの機器で動作します。
OEMへの依存なし： 機器メーカーからのサポートや協力は一切必要ありません。

このアプローチにより、既存の運用を中断したり、機器の完全性を損なうことなく、SECS/GEMの機能を実現することができました。

実装の詳細

EIGEMBoxは以下のように設定されました。

ホスト/FDC間の通信を有効にする： 標準的なHSMSおよびE30プロトコルを使用します。
リアルタイムデータを収集する： パターン認識とOCRを用いて、1秒間隔で40～50個のセンサー変数を取得した。
機械制御の自動化： SECSリモートコマンドをGUIアクション（マウスクリックとキーボード入力）にマッピングしました。
リモートアクセスをサポートする: ネットワーク統合なしでリモートデスクトップ制御を可能にした。
外部センサーの統合： 監視機能を強化するため、追加デバイスからのデータ収集を容易にした。

追加のメリット

SECS/GEMの自動化機能に加え、EIGEMBoxは以下の機能を提供しました。

画面キャプチャとデータロギング： ウェハマップ、ヒストグラム、およびグラフをネットワークドライブに保存しました。
RPA 機能: 自動化された予防保守およびその他の定型業務。
GEM300、E84、およびE87規格のサポート： より幅広い製造環境への互換性を拡張しました。
グローバル展開: ティア1の製造工場および組立・試験施設において、75以上のツールに導入に成功しました。

結果と影響

ハネウェル・リチャードソン社のSPTSドライエッチング装置にEIGEMBoxを導入したところ、すぐに以下のメリットが得られました。

工場ホスト統合： レシピ検証機能を有効にし、人為的ミスを排除しました。
FDCの実装： RF電力や圧力などの重要なプロセスパラメータをリアルタイムで監視しました。
収益性と稼働時間の向上： 不良率と稼働停止時間を削減し、全体的な生産性を向上させます。

FDCシステムからのデータ可視化により、安定したプロセスパラメータと異常の早期検出が示され、ソリューションの有効性が実証された。

ハネウェル・リチャードソンとアインノシスの協業は、従来の半導体製造装置をいかに費用対効果が高く安全に近代化できるかを示す好例です。EIGEMBoxソリューションは、高額な交換やリスクの高い改造を必要とせずに、革新的なアップグレードパスを提供しました。SECS/GEMの自動化と予知保全を実現することで、ハネウェルは歩留まりを向上させ、ダウンタイムを削減し、重要な従来型装置の寿命を延ばし、世界中の半導体製造工場にとってのベンチマークを確立しました。