SECS/GEM & GEM300：半導体自動化の完全ガイド

要約

グローバル標準
SECS/GEM は、半導体装置がホスト／MES システムと通信するための共通言語です。

GEM300 の進化
300mm ウェハへの移行により、キャリア管理とジョブ処理を人手なしで行う新たな自動化レイヤー（GEM300）が必要になりました。

主要プロトコル
SEMI 規格（E5、E30、E37、E40、E87）の階層構造を理解することは、効果的なファブ統合に不可欠です。

ビジネスへの影響
正しく実装することでスクラップを削減し、歩留まりを向上させ、「ライトアウト」製造の実現に不可欠となります。

導入

半導体産業は、1兆ドル規模の市場へと急速に進んでいます。McKinsey（2022）によると、世界の半導体市場は 2030 年までに 1 兆ドルに達すると予測されています。1 つのファブ建設に 200 億ドル以上かかる時代に、非効率の余地は一切ありません。付箋と手入力で最新ファブを運営することは不可能です。

ここで装置自動化が重要な役割を果たします。

完全自動化されたファブの中核には、特定の通信規格群が存在します。SECS GEM GEM300 プロトコルは、クリーンルームの縁の下の力持ちです。これらは工場の神経系として機能し、複雑な装置動作をホストシステムが理解できるデータに変換します。これがなければ、数十億ドル相当の装置は事実上“沈黙”してしまいます。

エンジニアや IT チームにとって、SECS GEM GEM300 の理解は選択肢ではなく必須条件です。新しいエッチャーを統合する場合でも、レガシーの露光装置を更新する場合でも、成功の可否はこれらの規格が左右します。本記事では、その仕組み、業界が依存する理由、そして統合を成功させる方法を詳しく解説します。

略語だらけを解読する：SECS/GEM とは何か？

業界に入ったばかりの方にとって、略語の多さに圧倒されるかもしれません。しかし心配はいりません。誰もが通る道です。
SECS GEM プロトコルは、階層化された通信方式です。工場ホスト（MES または CIM）が装置を制御し、データを収集できるようにします。

トランスポート層（SECS-I と HSMS）

これは電話回線やインターネット回線のようなもので、データが A 地点から B 地点へどう届くかを定義します。

• SECS-I（SEMI E4） 旧来方式で、RS-232 シリアル通信を使用します。低速ですが信頼性が高く、新規装置ではほとんど使われません。
• HSMS（SEMI E37）高速 SECS メッセージサービス。シリアルを Ethernet（TCP/IP）に置き換えた現代標準で、高速かつ IT ネットワークに容易に統合できます。

言語層（SECS-II）

E37（HSMS）で接続が確立すると、次に必要なのが文法です。SEMI E5（SECS-II）はメッセージ構造を定義し、通信を「ストリーム」と「ファンクション」に分解します。

例えば、S1F1 は「そこにいますか？」という確認メッセージで、装置は S1F2（「はい、オンラインです」）で応答します。非常に構造化された会話です。

振る舞い層（GEM）

SECS-II が言葉を定義するのに対し、SEMI E30（GEM：Generic Equipment Model）は装置の“性格”を定義します。

GEM は、すべての装置が予測可能な動作をすることを保証します。GEM 導入以前は、装置ごとにアラームの扱いが異なっていました。GEM は、起動・停止・アラーム報告・リモートコマンド処理を標準化しました。

※SECS-II を使っていても GEM 準拠でない装置は存在しますが、GEM 準拠であるためには SECS-II が必須です。

大きな飛躍：GEM300 規格を理解する

1990 年代後半、業界は 200mm ウェハから 300mm ウェハへと大きく移行しました。

これは単なるサイズ変更ではありません。ウェハは重く、高価になり、手作業での搬送は安全面・コスト面の両方でリスクとなりました。200mm カセットを落とすのも問題ですが、300mm FOUP を落とすことは致命的です。

その結果、完全自動化されたマテリアルハンドリング（AMHS）が必要となり、従来の GEM だけでは不十分になりました。これが GEM300 の誕生です。

GEM300 の主要規格

GEM300 は単一規格ではなく、複数の SEMI 規格の集合体です。

• SEMI E39（オブジェクトサービス）：データオブジェクト管理
• SEMI E40（プロセスジョブ）：装置がウェハに何を行うかを管理
• SEMI E94（コントロールジョブ）：プロセスジョブの実行順序を制御
• SEMI E87（キャリア管理）：FOUP の搬入・検証・搬出を管理
• SEMI E90（基板トラッキング）：装置内の個々のウェハを追跡

なぜ区別が重要なのか

200mm ファブでは、基本的な SECS/GEM で十分な場合が多く、手動ロードも残っています。

一方 300mm ファブでは、すべてをホストが制御します。OHT に FOUP 投入を指示し、装置が RFID を読み取り（E87）、コントロールジョブを検証（E94）、処理を実行（E40）し、再び OHT に引き渡します。人の介在はありません。

データフローの仕組み（技術的視点）

ストリームとファンクション

SECS-II では、メッセージはストリームに分類されます。

• S1：装置状態
• S2：装置制御
• S5：アラーム通知
• S6：データ収集
• S10：端末サービス（画面表示）

ステートモデル

SEMI E30 は装置に制御状態モデルの保持を要求します。

• Offline：通信は可能だが制御不可
• Online-Local：オペレータ制御
• Online-Remote：ホスト制御

多くのトラブルは、ホストと装置の状態認識不一致から発生します。

ファブ自動化システムのビジネス価値

Deloitte（2023）によると、スマート製造は生産量を 10〜12％、労働生産性を最大 12％向上させます。半導体では 1％の歩留まり改善が数百万ドルに相当します。

データ駆動の意思決定

SECS GEM GEM300 は、トレースデータ収集（S6F1）によって大量データを取得可能にします。

スクラップ削減

GEM300 は、処理前にキャリア ID（E87）とプロセスジョブ（E40）を検証し、人為ミスを防止します。

実装時の課題

レガシー問題

古い装置は GEM300 や HSMS をサポートしない場合があります。その場合、プロトコル変換器が使用されます。

解釈の違い

規格には解釈の余地があり、ベンダー差が MES 側のカスタム対応を増やします。

将来動向：GEM300 の先へ

Interface A（EDA）

SECS/GEM は制御向けで、大量データには不向きです。EDA（Interface A）は、AI・ビッグデータ分析向けの高速データ取得を担います。

セキュリティ

リモート接続が進む中、暗号化や認証への対応が進められています。

結論

SECS GEM GEM300 は、半導体製造をスケールさせるための堅牢な基盤です。Industry 4.0 や AI 製造が進む中、これらの理解は自動化担当者だけでなく、半導体に関わるすべての人に必須の知識となっています。

Frequently Asked Questions