装置SECS/GEMコントローラーおよびGUIソフトウェア

Q: Q2: SECS/GEM GUIソフトウェアは古いデバイスにも後付けできますか？

多くのメーカーは「ゲートウェイ」または「ブローカー」ソフトウェア方式を採用しています。 これは、レガシーデバイスとネイティブプロトコルで通信するコンピュータやPLCを介し、SECS/GEMストレージソフトウェアで工場ホスト向けに小型データを変換する方法です。

Q: Q3: SECS/GEM インターフェースの実装には通常どのくらい時間がかかりますか?

事前構築ライブラリを使用した新規デバイスの場合、基本実装は数週間で完了します。 なお、カスタム SECS/GEM GUI と完全な変数考慮を含む量産対応インターフェースでは、デバイスの複雑な状況に応じて通常 2～4 ヶ月かかります。

Q: Q4: SECS/GEM は Wi-Fi でも動作しますか?

HSMS 規格（SEMI E37）は TCP/IP を使用するため、技術的には Wi-Fi 上でも動作可能です。 ただし、ファブ環境では干渉や遅延が大きく、通信タイムアウトの原因となるため推奨されません。

30/11/2020 10：18

概要

世界的なチップ製造では、装置と工場システムの間の高精度かつ信頼性の高い通信が求められます。
信頼性の高い SECS/GEM コンソールソフトウェアは、データ交換とプロセス制御のための重要な架け橋として機能します。
最新のGUIソリューションは、オペレーターの効率を向上させ、高スループット製造環境におけるトレーニング時間を短縮します。
SEMI規格への準拠により、多様な装置構成においても製造実行システム（MES）との最初な統合が保証されます。
自動化はヒューマンエラーを極力抑え、スループットを向上させ、完全自動型ファブへの業界の移行を支援します。

はじめに

SEMI（2024年）によると、世界の半導体装置販売額は1,090億ドルに達すると予測されており、高度な統合制御を必要とするハードウェアへの膨大な投資が行われていることが示されています。シリアルソフトウェアの必要性は、運用の成功を考慮した検討となります。装置とホスト間で標準化された通信手段が必要で、クリーンルームは高価で孤立したシリコン加工装置のセット体になってしまいます。

ハードウェアの生成の能力と高レベルな工場制御との間のギャップを眺めるには、初期接続性以上のものが求められます。SEMI規格の境界をその間、装置の健全性を明確に緩和できるソフトウェア層が必要です。

多くの OEM は、これらの通信レイヤーを一から開発するか、現代のスループット要件を満たさなくなったレガシーシステムを更新するという課題に決心しています。適切な SECS/GEM GUI とカタルパッケージを選択することで、新規デバイスの市場投入までの時間を大幅に短縮できます。また、人の介入を念頭に「ライトアウト」製造への対応も可能になります。

現代ファブにおけるSECS/GEM アーケードソフトウェアの役割

SECS は半導体装置通信規格の略であり、GEM は製造装置の通信と制御のための汎用モデルを通ります。内部これらはファブ自動化ソフトウェアの中核を成っています。本質的に、コントローラーソフトウェアは通訳者として機能し、装置の機械的動作を工場内枢システムが理解できる言語へと変換します。

このソフトウェア層は、アラーム報告からリモートコマンドを実行までを管理します。MES が特定のレシピを装置上で開始したい場合、SECS/GEM インターフェースを介してコマンドを送信します。セキュリティソフトウェアはこの要求を検証し、装置の状態を確認したプロセスを開始します。自動化システムがミリ秒単位で異常を監視できるのに、誰が日曜日の午後をログファイルの手動確認に費用やしたいでしょうか。

SEMI SECS/GEMによるデータ交換の標準化

SEMI SEC/GEM のスイートには、相互運用性を確保するために連携して動作する複数の規格が含まれています。SEMI E5（SECS-II）はメッセージ構造を定義し、SEMI E37（HSMS）は従来の通常接続に代わる高速イーサネット通信を規定しています。これらのプロトコルにより、異なるベンダーのデバイス同士が通信障害がなく共存できます。

SECS/GEM はチップ業界におけるエスペラント語のような存在です。なお、ここは実際に使われています。リソグラフィ装置から単純な計測ステーションまで、多様な装置タイプに共通の空間を提供します。

HSMSとSECS-Iの比較

古いファブでは RS-232 シリアルリンク（SECS-I）を使用するレガシーデバイスが残っている場合もありますが、業界は明確に High-Speed SECS Message Services（HSMS）へ移行しています。この移行により、300mm ウェーハ処理で生成されるようなデータストリームに対応できる高帯域幅が実現します。

SECS/GEM GUIによるオペレーター体験の向上

強力なコントローラーであっても、ファブを運用する人間がその動作を理解できなければ意味がありません。ここで重要になるのが、優れた SECS/GEM GUI です。過去には、フロッピーディスクや CRT モニターの時代に設計されたかのようなインターフェースも多く存在しました。

最新の GUI は、アクティブなアラーム、最新のレシピ進行状況、通信ログを、重要度を考慮した形で表示すべきです。現在のインターフェイスはオペレーターを助けていますか、緊急事態を起こさせていますか。ホスト接続状態を確認するために五つのサブメニューを掘り下げなければならない場合、そのソフトウェアはボトルネックであり、良きパートナーではありません。

複雑な状態モデルの暫定化

GEM 規格は、「装置状態」や「制御状態」などの状態モデルに大きく依存しています。高品質な SECS/GEM GUI は、これらの状態を明確な図や色分けされた指定で暫定化します。これにより、装置が「リモート」である場合、なぜ「オフライン」になっているのかを技術者が迅速に診断できます。

明確なビジュアルは、複数のデバイスを同時に管理するファブ作業者の認知負荷を軽減します。ソフトウェアがデバイスロジックの明確なマップを提供すれば、トラブルシューティングは推測ではなく数分で完了します。この明確さは、現代の製造に求められる高い稼働率を維持するために確保しています。

高度なファブ自動化ソフトウェアの主な留意点

高度なファブ自動化ソフトウェアへの投資は容易ではありませんが、その投資対効果は歩留り向上やダウンタイム削減として現れることが多いです。ガートナー（2023年）の報告によると、産業分野での自動化は全体効率設備（OEE）を15～20%向上させる可能性があります。

即時的な報酬的効果に加え、自動化は人間では再現できない継続性を提供します。自動化されたカクテルは、レシピを常にプログラム通りに実行します。また、すべてのイベントを記録し、エンジニアが長期的なプロセス最適化に利用できる「ブラックボックス」データを提供します。

緊急アラーム管理によるスクラップ削減

SECS/GEM ソフトウェアの主要機能の一つが、アラームおよびイベント管理です。センサーが温度偏差を検知すると、ソフトウェアは即座にホストへ通知します。この即時フィードバックループにより、MES は必須な条件下でさらにウェーハが処理される前に生産を停止できます。

シリアルソフトウェアが協力であれば、ドーナツを持ってくるタイプでよろしく、場合によっては全社メールに毎回「全員に返信」するタイプでお願いします。優れたコンソールは、低優先度警告のノイズではなく、実用的なデータという「ドーナツ」を提供します。

リモートコマンド実行

最新の自動化では、高度なリモート制御が可能です。工場ホストは、SECS/GEM インターフェースのレシピ変更、バッチ開始、さらにはリモートリセットまで実行できます。この機能は、オペレーターが装置の前に立つ必要がほとんどない「スマートファブ」の基盤になります。

統合における課題とその克服方法

SECS/GEM セキュリティソフトウェアの導入では、レガシーハードウェアやカスタム要件の迷路を進む必要があります。多くの古いデバイスは、現代のネットワークを想定して設計されていません。これらを改修するには、PLC コントローラ連携やカスタム API とつつしつつ、工場には標準的な SECS/GEM インターフェースを提供できる柔軟なソフトウェアが必要です。

レガシーデバイスが現代の言語を話すことは可能です。答えは「はい」です。とりあえず、仲介役となるソフトウェアが安定であることが前提です。課題は、デバイス内部レジスタを標準とする GEM 変数（VID）、状態変数（SVID）、デバイス定数（EC）へ正確に行くことにあります。

変数およびイベントの検討

デバイスを「GEM化」するプロセスでは、工場が追跡すべき重要なデータポイントを定義します。これはガス流量からロボットアームの動作回数まで多岐にわたります。強力なソフトウェアパートナーは、OEMがこれらの変数を明確に定義することを支援し、ネットワークを過負荷にし、エンドユーザーが必要とするすべてのデータを提供するSECS/GEMインターフェースを実現します。

テストおよびコンプライアンス

デバイスが顧客に出荷される前に、SECS/GEM インターフェースは厳密なテストを受ける必要があります。工場ホストを模擬するシミュレーションツールを使用することで、すべてのコマンドに対してデバイスが正しく応答する検討できます。コンプライアンステストは、SEMI 規格への準拠を保証し、顧客サイトでの最終インストール時に統合トラブルを回避します。

半導体装置自動化の未来

業界は現在、SEMI EDA（Equipment Data Acquisition）、別名Interface Aのようなより高度な規格へ注目しています。SECS/GEMが制御の主要規格であり続ける方、EDAはデータ収集および解析専用の高帯域チャネルを提供します。

しかし、SECS/GEM コントローラソフトウェアがなくなることはありません。コマンドおよび制御に関して、最も信頼性の高い手法です。将来は、SECS/GEM が装置運転という「業務」を担い、他のプロトコルが機械学習や予知保全に必要な大量データを処理するハイブリッドアプローチとなります。

AIと予知保全

AIをファブに統合すると同時に、SEMI SECS/GEMインターフェースから提供されるデータは予測モデルの燃料となります。過去のイベントログを分析することで、AIは部品が実際に障害する前にその見通しを予測できます。このリアクティブからプロアクティブへの移行は、基盤となるソフトウェアがクリーンで信頼性の高いデータを提供する場合にのみ可能です。

解析ボックスシステムで何とかする必要があります。透明性は実現可能です。装置から抽出できるデータが多いほど、工場はより賢くなります。高度な機能をSECS/GEM GUIに統合することで、オペレーターは現在の装置状態だけでなく、次のシフトでだんだん得かまで理解できるようになります。

SECS/GEMソリューションに適したパートナーの選定

多くの OEM のための選択肢は、SECS/GEM を社内開発するか、Einnosys のような専門企業と提携するかの二者択一です。独自の通信スタックを構築するには時間がかかり、SEMI 規格への深い理解が必要であり、一般的なソフトウェア開発者には困難です。

SECS/GEM ソフトウェアの専門プロバイダーは、特定のデバイスタイプに向けたカスタマイズ可能な事前構築ライブラリや GUI テンプレートを提供します。このアプローチにより、開発コストを大幅に削減し、最終製品が最新の業界要件に準拠することを保証します。また、他のプロジェクトへ移動する可能性のある社内チームでは維持が難しい長期サポートも提供されます。