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SEMI E40-0200 STANDARD FOR PROCESSING MANAGEMENT(加工管理标准)-(一)

news 来源：原创 2025/8/12 1:19:44

1 目的

物料(例如晶圆)加工在设备中的自动化管理与控制是实现工厂自动化的关键要素。本标准针对半导体制造环境中与设备内部物料处理相关的通信需求进行了规范。
本标准规定了在加工单元接收到的指定材料所应适用的加工方法(例如Etch腔室需要Run哪支Recipe)。它阐述了物料加工的核心概念、设备在加工过程中的相关行为，以及完成加工任务所需的消息服务。
此标准定义的通信服务实现了独立系统间基于标准的互操作性。它们使得应用程序的开发能够以这些服务的存在为前提，同时也使得开发可提供这些服务的软件产品成为可能。
实施自动化加工管理将有助于消除物料加工错误。采用本标准所述规范可显著降低集成合规设备组件所需的工作量，并缩短加工准备时间。合规性要求必须配备一套最小但明确的标准服务。

2 范围

本标准适用于基于离散式加工任务的物料自动化加工。它为集群设备（cluster tool）内部模块的工艺管理提供所需功能，可应用于其他多资源设备的子系统，还可扩展至多种设备类型的主机控制。
本标准支持对组内物料进行相同加工的作业独立管理，以及独立组别的并行加工。当物料包含其他物料（如容纳晶圆的载具）时，可基于任一物料类型对加工流程进行指定。本规范同样适用于多种设备类型的主机控制。
本标准提供了一种简单的调节机制(用于APC(Adance Process Conrol))，用于实现工艺步骤间有限的前馈与反馈控制，同时定义了一种利用配方变量参数的方法。需注意的是，此机制无法满足所有闭环控制需求，未来预计将通过其他更具灵活性的机制实现延迟调节及复杂数据处理。
本标准不涉及加工物料的接收或加工完成后的处置功能。物料传输自动化功能默认由其他服务提供（例如相关SEMI标准中定义的服务）。
本标准提供的解决方案涵盖从概念与行为规范到消息服务层面的完整体系，但未对消息协议进行定义。
消息服务的定义包含两方面内容：需交换消息的标识符及消息内数据定义。其不涉及消息结构、消息内数据表征方式或消息交换机制等细节，此类额外信息由消息协议规定。
所定义的服务可适用于多种协议。关于将加工管理服务映射至特定协议（如SECSII）的信息，将通过附属标准进行补充规定。
本服务规范默认服务使用者与服务提供方之间已建立可靠通信连接。连接的建立、维护、释放及通信故障处理均不在本标准范围内。
本标准不涉及可能与其使用相关的安全问题（如有）。使用者有责任在使用前建立适当的安全与卫生规范，并确认相关法规限制的适用性。

3 引用标准

SEMI E5 — SEMI设备通信标准2-消息内容 (SECS-II)
SEMI E30 —— SEMI设备通信与控制的通用模型（GEM）
SEMI E39 —— 对象服务标准：概念、行为与服务
SEMI E53 —— 事件报告

4 术语

本章节术语定义按字母顺序排列。部分术语的定义需引用本节其他术语，但所有术语的基本理解应仅基于本节内容，无需跨章节参考。
定义
- 智能体-agent —— 工厂内部的一种智能系统，能够提供一项或多项服务资源，并调用其他智能体的服务。此术语为以下概念的广义抽象：主机、设备、单元、集群、集群模块、站控制器及工作站。智能体关联于物理系统或其集合（包括计算机平台）。
- 形式-form —— 表示对象属性或服务消息参数中所含信息的数据类型
- 基本要求-fundamental requirements —— 为符合标准而必须满足的信息与行为规范，适用于特定的应用领域、对象或服务。
- 后处理-post-conditioning —— 加工资源在待加工物料离开后执行、但与该物料加工相关的活动（例如清洁作业）。
- 预处理-pre-conditioning —— 加工资源在待加工物料到达前执行、但与该物料加工相关的活动。
- 加工单元-processing agent —— 工厂内可独立为物料提供加工附加值的智能系统。
- 加工资源-processing resource —— 加工单元中实际为物料提供加工附加值的实体。
- 加工任务-process job—— 针对特定加工资源的物料加工作业，用于指定并追踪待实施的加工流程。(例:定义晶圆在Cluster Tool中先去哪个Chamber再去哪个Chamber分别要Run哪些Recipe)
- 配方-recipe —— 由加工资源控制的指令、设定及参数的可预先规划且可重复使用的集合(一般以xml文件保存)，其决定了物料所经历的加工环境(气体种类，流量，RF功率等)。配方可在不同运行或加工周期间进行调整。(注意:在EAP调试的时候有Main Recipe和Sub Recipe的概念，Main Recipe一般指的是晶圆要去哪些腔室 Sub Recipe一般指在腔室执行怎样工艺)
- 配方执行器-recipe executor —— 模块中负责存储并执行配方的功能组件。
- 配方命名域-recipe namespace —— 一种逻辑管理域，负责配方的存储与管理，确保配方标识符的唯一性，并提供该域内配方的相关服务。
- 服务-service —— 由消息集合及服务提供方行为定义构成的规范，用于实现对特定功能的远程访问。
- 服务提供方-service-provider —— 提供特定功能且支持远程访问的软件控制实体。
- 服务使用方-service-user —— 调用相关服务的软件控制实体。
- 监控实体-supervisor —— 对一个或多个加工资源具有监控管理职责的实体，是加工管理服务的服务使用方。
- 工艺调节-tuning —— 对预定义配方(Recipe)进行补充的参数规范，旨在实现特定工艺目标。
数据类型
- 布尔型-boolean —— 仅可取值TRUE（真）或FALSE（假）的二元数据类型。
- 枚举型-enumerated —— 从有限值集合中取值的类型，允许以逻辑名称标识取值，但实际存储可采用任意单值数据类型。
- 数据形式-form —— 数据类型的分类，包括：正整数、无符号整数、整数、枚举型、布尔型、文本、格式化文本、结构体、列表、有序列表。
- 格式化文本-formatted text —— 具有强制格式约束的文本字符串，可通过字符位置或特殊字符（如分隔符）定义格式。
- 整型-integer —— 可表示负整数或无符号整数的类型，具体取值范围由消息协议限定。
- 列表-list —— 由相同数据形式（上述任一形式）的一个或多个元素组成的集合。
- 有序列表-ordered list —— 元素顺序具有语义意义的列表类型。
- 正整数-positive integer —— 仅取值为正整数的类型，具体取值范围由消息协议限定。
- 结构体-structure —— 由特定排列的、可能包含混合数据类型的项组成的复杂结构。
- 文本-text —— 文本字符串，消息协议可能对其施加限制（如长度或ASCII字符集）。
- 无符号整型-unsigned integer —— 可取任何正整数或零，具体取值范围由消息协议限定。

5 规范约定

5.1 Harel状态模型 —— 本文件采用Harel状态图标记法描述定义对象的动态行为。该标记法的概述详见SEMI E30附录，完整形式化定义可参考David Harel 1987年发表于《计算机编程科学》第8期的论文《Statecharts: A Visual Formalism for Complex Systems》。

5.1.1 Harel标记法未包含状态模型"创建（creation）"与"删除（deletion）"的概念以表示瞬态实体。本文所述的"加工任务（job）"即为此类实体——每个新建任务均复用同一状态模型的副本。在本文件中，椭圆形符号（○）用于表示实体的创建与删除。

5.1.2 状态图配附的过渡表用于明确描述各状态转换的规则。过渡表包含以下列项：

转换编号（Transition #）
当前状态（Current State）
触发事件（Trigger）
新状态（New State）
动作（Action(s))

当处于当前状态时，通过触发事件（第3列）激活状态转换。动作（第5列）包含以下三类行为的集合：

离开当前状态时执行的动作；
进入新状态时执行的动作；
与状态转换直接关联的动作。
三类动作在描述中不做区分。

5.2 对象属性表示规范
标准化对象的对象信息模型需通过属性定义表实现，该表包含以下列标题：

属性名称（Attribute Name）	定义（Definition）	访问权限（Access）	必需性（Rqmt）	数据形式（Form）
属性的正式文本名称	属性所包含信息的描述	RO或RW（见下文）	Y或N（见下文）	属性格式

5.2.1 访问权限（Access） 列使用 RO（只读，Read Only）或 RW（读写，Read and Write）表示服务使用方对该属性的访问权限。

5.2.2 必需性（Rqmt） 列中的 Y（是）或 N（否）表示该属性是否必须被支持以满足服务的基本合规性要求。

5.2.3 数据形式（Form） 列用于声明属性的数据格式（具体定义参见第4.1节）。

5.3 服务消息表示规范

5.3.1 服务资源定义
服务资源定义表用于定义特定服务组的消息集合，其结构如下：

消息名称（Message Name）	服务类型（Type）	描述（Description）
[消息名称]	N 或 R	描述服务的意图及功能

5.3.1.1 服务类型（Type） 可为：

N（通知，Notification）：由服务提供方主动发起的单向消息，无需接收方响应；
R（请求，Request）：由服务使用方发起的消息，要求提供方返回响应（内容不预设）。

5.3.1.2 通知类消息（如设备异常报警）由服务提供方（如设备端）触发，无响应预期。
5.3.1.3 请求类消息（如查询任务状态）由服务使用方（如MES系统）发起，要求提供方返回特定响应。

5.3.2 服务参数字典
服务参数字典表定义服务中使用的参数，结构如下：

参数（Parameter）	数据形式（Form）	描述（Description）
参数X	数据类型	参数用途、取值范围及与其他参数的关联性

5.3.2.1 每个参数对应一行，第一列为参数名称，后续列描述其数据形式及内容。

5.3.2.2 数据形式（Form） 列声明参数的数据类型（参见第4.2节定义）。

5.3.2.3 描述（Description） 列说明参数含义、取值范围及与其他参数的逻辑关系。

5.3.2.4 为避免参数命名冗余，采用 “(List of) Xxx” 表示列表类型，定义时仅描述元素（Xxx）而非列表本身。列表需满足：

元素类型相同；
请求与响应中的列表顺序一致；
默认至少含一个元素（除非明确允许空列表）。

5.3.3 服务消息定义
服务消息定义表描述消息参数的方向与约束，结构如下：

参数（Parameter）	请求/指示（Req/Ind）	响应/确认（Rsp/Cnf）	描述（Description）
参数X	NA	NA	参数功能说明

5.3.3.1 参数方向代码：

Req/Ind：发起方称消息为“请求（Request）”，接收方称为“指示（Indication）”；
Rsp/Cnf：接收方返回“响应（Response）”，发起方称为“确认（Confirmation）”。

5.3.3.2 参数约束代码：

代码	含义
M	必选参数（Mandatory）
C	条件参数（Conditional）
U	用户定义参数（User-Defined）
-	参数未使用
=	响应参数值必须与请求中一致（仅响应列）

6 概述

6.1 加工管理
加工管理涉及加工资源(例如：Cluster Tool)对物料(例如：Wafer)的处理，其核心功能是确保交付至加工资源的物料按正确配方加工。本标准定义了监控实体（服务使用方）启动和追踪特定物料加工所需的服务，以及影响加工操作的指令。

6.1.1 加工资源是为物料附加制造价值的实体，其形态包括：

集群设备工艺模块的加工单元(例如: 腔室)；
独立设备整体的加工管理实体。
加工单元（服务提供方）被视为加工服务的提供主体。

6.1.2 加工管理支持物料到达前的预处理与离开后的后处理，并通过简单的调节机制实现有限的前馈与反馈控制。调节操作在加工启动时应用，用于设定配方变量参数。

6.1.3 服务规范完整定义了加工单元（服务提供方）的功能性，但不强制规定监控实体（服务使用方）的架构设计。

6.1.4 本标准首先阐述通信所基于的核心概念与加工模型，随后详述使用的行为模型，并最终对标准对象属性及消息服务进行完整定义。

6.2 合规性
符合本标准需满足文档中所有已实现的强制性要求，且在需要相关功能时使用标准服务（包括定义的消息服务与状态模型）。

6.2.1 部分功能为可选支持项，无需满足合规性要求，例如：

队列管理
多任务并发
物料组处理
手动启动
暂停/恢复
工艺调节
必选功能在全文标注，并汇总于第10.4节基本要求中。

6.2.2 加工单元应根据其硬件架构与自动化加工需求，实现基本要求及适用的可选服务集，以确保有效的加工管理。

7 核心概念

7.1 物料加工模型
加工管理通过定义加工任务（Process Job），确保加工资源对特定物料实施正确的加工处理。加工任务为设备中物料的自动化处理提供了广泛适用的监控控制能力，且独立于具体工艺类型。

7.1.1 本标准假定：给定物料与配方规格后，加工资源可自主实现所需的加工目标。

7.1.2 加工管理不提供物料传输服务，但服务提供方需协调物料的接收与发送活动以维持系统完整性。

7.2 加工任务
加工任务是由监控实体（服务使用方）定义的动态对象，用于驱动加工资源执行物料处理。高级别任务包含加工资源在物料到达后自主完成处理所需的全部信息，无需监控实体进一步干预。

7.2.1 加工任务最多包含四个顺序阶段：

预处理：物料到达前的加工资源准备；
准备：物料与加工资源的加工前准备；
加工：物料处理（唯一必需阶段）；
后处理：物料离开后的加工资源维护。

7.2.2 仅加工阶段会改变物料物理/化学属性，且为必须实现的阶段。

7.2.3 本标准规定了加工任务的创建、控制（暂停、终止等）与追踪服务，但不定义底层控制逻辑（因其依赖具体应用）。加工资源需根据配方与调节参数自主实现加工目标。

7.2.4 加工任务中的物料可以是单个处理单元（如晶圆），也可以是容器（如晶圆载具）。

7.2.5 加工任务生命周期可超越物料实际处理时段，涵盖：

物料到达前的预处理（如反应腔预热）；
加工期间的参数监控；
物料离开后的后处理（如腔室清洁）。
（注：预处理与后处理为可选功能，非基本要求。）

7.2.6 加工资源可提供任务队列以支持：

预调度作业；
无序物料到达场景。
队列按任务创建顺序排列，执行顺序可能影响连续作业（如同一载具的多批次处理）。队列管理为可选功能。

7.3 与物料移动的关系
加工管理不提供以下服务：

将物料接收至加工单元（服务提供方）领域以进行加工；
加工完成后将物料移出。

7.3.1 加工执行依赖物料的就位，而物料移出依赖加工完成。若应用预处理或后处理，还需与物料移动同步以维持系统完整性。设备需自行确保物料传输与加工逻辑的一致性。

7.3.2 物料移动管理不属于本标准范畴，但可通过其他SEMI标准（如E87物料搬运自动化标准）实现。

7.4 加工描述
加工任务中需明确描述待执行的加工流程，可通过以下两种形式定义：

工艺配方（Process Recipe）：参见SEMI E42标准；
加工程序（Process Program）：参见SEMI E30标准。
本标准仅规范引用工艺配方的消息，若需使用加工程序替代配方，需特别声明其差异。

7.4.1 加工任务必须包含唯一标识符，该标识符在加工单元域内唯一，且加工描述的类型与内容需适配加工资源及物料类型。

7.4.2 配方与程序的创建及管理不属于本标准范围。

7.5 工艺调节
为实现工艺稳定性（如缺乏原位计量时）或提升良率，工序间的前馈与反馈控制日益重要。由于调节方法因应用场景差异较大，本标准仅提供基础调节机制，不强制要求支持全面调节功能。

7.5.1 加工管理支持两类调节方法：

仅配方ID（RecipeID only）：仅指定配方标识符，无额外调节参数；
配方ID与变量（RecipeID and Variables）：允许在任务创建时传入变量列表以动态调整配方参数。
用户可自定义方法，但需通信各方对其定义及要求达成共识。

7.5.2 仅配方ID模式不限制配方内部定义调节逻辑，但无标准化支持。

7.5.3 配方ID与变量模式提供简单的前馈/反馈控制机制：

变量名必须为配方管理中已定义的暴露变量；
变量值需符合配方定义的取值范围；
变量列表通过VariableTuning方法在任务创建时传递。

7.6 物料组加工
许多设备架构需对物料组进行并发加工。单个加工任务可控制一组物料，但需满足以下约束：

组内物料类型相同且加工方式一致；
加工需在整组物料到达后启动，且在全部加工完成前物料不可移出。
此机制确保加工任务逻辑简洁，同时维持对物料移动的强协调性与数据可追溯性。

7.6.1 典型应用场景
a) 晶圆盒处理：

设备接收需相同加工的晶圆盒（如25片晶圆）；
晶圆盒整体到达后启动加工（可顺序或并行处理晶圆）；
全部晶圆加工完成后载具方可移出。
（注：此类场景亦可定义为以载具为物料的单一加工任务。）

b) 集群设备批处理腔室：

晶圆单独到达批处理腔室；
当加工任务指定的所有晶圆就位后启动批处理；
加工完成后逐个移出晶圆。

7.7 并发加工任务
当多个任务同时处于活跃状态（非队列等待）时，需加工资源支持并发任务管理。此功能为可选要求。

7.7.1 应用示例

Carousel式集群模块：
- 晶圆处理不依赖组到达（如旋转式腔室可独立处理各晶圆）；
- 需为每片晶圆创建独立任务（即使加工参数相同），以实现精准控制与追踪。

7.7.2 逻辑独立性

并发任务通过唯一JobID区分，逻辑上相互独立；
同一物料不可关联多个活跃任务（防止资源冲突）。

7.7.3 资源依赖约束

并发任务可能因硬件架构（如共享机械臂）或资源容量（如气体供应）产生隐式依赖；
需通过设备控制逻辑实现优先级调度或互斥锁机制。

7.8 连续加工任务
连续加工任务指同一物料在加工资源中依次执行多个加工任务。针对同一物料的多个任务按接收顺序排列，当前一任务的物料处理完成后，后续任务立即激活并接管该物料。

7.8.1 通常，单个加工任务需涵盖物料在加工资源单次驻留期间的所有处理步骤（例如：集群设备中跨多个工艺模块的串行加工）。但在特定场景下，允许物料驻留期间连续执行多个任务。

7.8.2 加工管理要求：

后续任务不得中断前一任务的加工流程；
前一任务在物料处理完成后立即终止（即使物料未离开加工资源），并由后续任务接管；
物料始终仅关联一个活跃任务，确保处理顺序性与追踪一致性。

7.9 无物料加工任务
本标准主要规范物料加工，但也允许对无物料的加工资源执行加工任务（如设备自检或腔室预调试）。此类任务：

不依赖物料到达；
在主动加工阶段结束后终止；
支持条件为非基本要求（可选功能）。