SEMI E40-0200 STANDARD FOR PROCESSING MANAGEMENT(加工管理標準)-(一)

1 目的

物料(例如晶圓)加工在設備中的自動化管理與控制是實現工廠自動化的關鍵要素。本標準針對半導體制造環境中與設備內部物料處理相關的通信需求進行了規范。
本標準規定了在加工單元接收到的指定材料所應適用的加工方法(例如Etch腔室需要Run哪支Recipe)。它闡述了物料加工的核心概念、設備在加工過程中的相關行為，以及完成加工任務所需的消息服務。
此標準定義的通信服務實現了獨立系統間基于標準的互操作性。它們使得應用程序的開發能夠以這些服務的存在為前提，同時也使得開發可提供這些服務的軟件產品成為可能。
實施自動化加工管理將有助于消除物料加工錯誤。采用本標準所述規范可顯著降低集成合規設備組件所需的工作量，并縮短加工準備時間。合規性要求必須配備一套最小但明確的標準服務。

2 范圍?

本標準適用于基于離散式加工任務的物料自動化加工。它為集群設備（cluster tool）內部模塊的工藝管理提供所需功能，可應用于其他多資源設備的子系統，還可擴展至多種設備類型的主機控制。
本標準支持對組內物料進行相同加工的作業獨立管理，以及獨立組別的并行加工。當物料包含其他物料（如容納晶圓的載具）時，可基于任一物料類型對加工流程進行指定。本規范同樣適用于多種設備類型的主機控制。
本標準提供了一種簡單的調節機制(用于APC(Adance Process Conrol))，用于實現工藝步驟間有限的前饋與反饋控制，同時定義了一種利用配方變量參數的方法。需注意的是，此機制無法滿足所有閉環控制需求，未來預計將通過其他更具靈活性的機制實現延遲調節及復雜數據處理。
? 本標準不涉及加工物料的接收或加工完成后的處置功能。物料傳輸自動化功能默認由其他服務提供（例如相關SEMI標準中定義的服務）。
?本標準提供的解決方案涵蓋從概念與行為規范到消息服務層面的完整體系，但未對消息協議進行定義。
消息服務的定義包含兩方面內容：需交換消息的標識符及消息內數據定義。其不涉及消息結構、消息內數據表征方式或消息交換機制等細節，此類額外信息由消息協議規定。
所定義的服務可適用于多種協議。關于將加工管理服務映射至特定協議（如SECSII）的信息，將通過附屬標準進行補充規定。
本服務規范默認服務使用者與服務提供方之間已建立可靠通信連接。連接的建立、維護、釋放及通信故障處理均不在本標準范圍內。
本標準不涉及可能與其使用相關的安全問題（如有）。使用者有責任在使用前建立適當的安全與衛生規范，并確認相關法規限制的適用性。

3 引用標準

SEMI E5 — SEMI設備通信標準2-消息內容 (SECS-II)
SEMI E30 —— SEMI設備通信與控制的通用模型（GEM）
SEMI E39 —— 對象服務標準：概念、行為與服務
SEMI E53 —— 事件報告

4 術語

本章節術語定義按字母順序排列。部分術語的定義需引用本節其他術語，但所有術語的基本理解應僅基于本節內容，無需跨章節參考。
定義
- 智能體-agent?? —— 工廠內部的一種智能系統，能夠提供一項或多項服務資源，并調用其他智能體的服務。此術語為以下概念的廣義抽象：主機、設備、單元、集群、集群模塊、站控制器及工作站。智能體關聯于物理系統或其集合（包括計算機平臺）。
- 形式-form —— 表示對象屬性或服務消息參數中所含信息的數據類型
- ?基本要求-fundamental requirements?? —— 為符合標準而必須滿足的信息與行為規范，適用于特定的應用領域、對象或服務。
- ?后處理-post-conditioning?? —— 加工資源在待加工物料離開后執行、但與該物料加工相關的活動（例如清潔作業）。
- 預處理-pre-conditioning?? —— 加工資源在待加工物料到達前執行、但與該物料加工相關的活動。
- ?加工單元-processing agent?? —— 工廠內可獨立為物料提供加工附加值的智能系統。
- 加工資源-processing resource?? —— 加工單元中實際為物料提供加工附加值的實體。
- 加工任務-process job?—— 針對特定加工資源的物料加工作業，用于指定并追蹤待實施的加工流程。(例:定義晶圓在Cluster Tool中先去哪個Chamber再去哪個Chamber分別要Run哪些Recipe)
- 配方-recipe?? —— 由加工資源控制的指令、設定及參數的可預先規劃且可重復使用的集合(一般以xml文件保存)，其決定了物料所經歷的加工環境(氣體種類，流量，RF功率等)。配方可在不同運行或加工周期間進行調整。(注意:在EAP調試的時候有Main Recipe和Sub Recipe的概念，Main Recipe一般指的是晶圓要去哪些腔室 Sub Recipe一般指在腔室執行怎樣工藝)
- ?配方執行器-recipe executor?? —— 模塊中負責存儲并執行配方的功能組件。
- 配方命名域-recipe namespace?? —— 一種邏輯管理域，負責配方的存儲與管理，確保配方標識符的唯一性，并提供該域內配方的相關服務。
- 服務-service?? —— 由消息集合及服務提供方行為定義構成的規范，用于實現對特定功能的遠程訪問。
- 服務提供方-service-provider?? —— 提供特定功能且支持遠程訪問的軟件控制實體。
- 服務使用方-service-user?? —— 調用相關服務的軟件控制實體。
- 監控實體-supervisor?? —— 對一個或多個加工資源具有監控管理職責的實體，是加工管理服務的服務使用方。
- 工藝調節-tuning —— 對預定義配方(Recipe)進行補充的參數規范，旨在實現特定工藝目標。
數據類型
- 布爾型-boolean?? —— 僅可取值TRUE（真）或FALSE（假）的二元數據類型。
- 枚舉型-enumerated?? —— 從有限值集合中取值的類型，允許以邏輯名稱標識取值，但實際存儲可采用任意單值數據類型。
- 數據形式-form?? —— 數據類型的分類，包括：正整數、無符號整數、整數、枚舉型、布爾型、文本、格式化文本、結構體、列表、有序列表。
- 格式化文本-formatted text?? —— 具有強制格式約束的文本字符串，可通過字符位置或特殊字符（如分隔符）定義格式。
- 整型-integer?? —— 可表示負整數或無符號整數的類型，具體取值范圍由消息協議限定。
- 列表-list?? —— 由相同數據形式（上述任一形式）的一個或多個元素組成的集合。
- 有序列表-ordered list? —— 元素順序具有語義意義的列表類型。
- 正整數-positive integer?? —— 僅取值為正整數的類型，具體取值范圍由消息協議限定。
- 結構體-structure?? —— 由特定排列的、可能包含混合數據類型的項組成的復雜結構。
- 文本-text?? —— 文本字符串，消息協議可能對其施加限制（如長度或ASCII字符集）。
- 無符號整型-unsigned integer?? —— 可取任何正整數或零，具體取值范圍由消息協議限定。

5 規范約定

5.1 Harel狀態模型 —— 本文件采用Harel狀態圖標記法描述定義對象的動態行為。該標記法的概述詳見SEMI E30附錄，完整形式化定義可參考David Harel 1987年發表于《計算機編程科學》第8期的論文《Statecharts: A Visual Formalism for Complex Systems》。

5.1.1 Harel標記法未包含狀態模型"創建（creation）"與"刪除（deletion）"的概念以表示瞬態實體。本文所述的"加工任務（job）"即為此類實體——每個新建任務均復用同一狀態模型的副本。在本文件中，橢圓形符號（○）用于表示實體的創建與刪除。

5.1.2 狀態圖配附的過渡表用于明確描述各狀態轉換的規則。過渡表包含以下列項：

轉換編號（Transition #）
當前狀態（Current State）
觸發事件（Trigger）
新狀態（New State）
動作（Action(s))

當處于當前狀態時，通過觸發事件（第3列）激活狀態轉換。動作（第5列）包含以下三類行為的集合：

離開當前狀態時執行的動作；
進入新狀態時執行的動作；
與狀態轉換直接關聯的動作。
三類動作在描述中不做區分。

5.2 對象屬性表示規范
標準化對象的對象信息模型需通過屬性定義表實現，該表包含以下列標題：

屬性名稱（Attribute Name）	定義（Definition）	訪問權限（Access）	必需性（Rqmt）	數據形式（Form）
屬性的正式文本名稱	屬性所包含信息的描述	RO或RW（見下文）	Y或N（見下文）	屬性格式

5.2.1 訪問權限（Access） 列使用 RO（只讀，Read Only）或 RW（讀寫，Read and Write）表示服務使用方對該屬性的訪問權限。

5.2.2 必需性（Rqmt） 列中的 Y（是）或 N（否）表示該屬性是否必須被支持以滿足服務的基本合規性要求。

5.2.3 數據形式（Form） 列用于聲明屬性的數據格式（具體定義參見第4.1節）。

5.3 服務消息表示規范

5.3.1 服務資源定義
服務資源定義表用于定義特定服務組的消息集合，其結構如下：

消息名稱（Message Name）	服務類型（Type）	描述（Description）
[消息名稱]	N 或 R	描述服務的意圖及功能

5.3.1.1 服務類型（Type） 可為：

N（通知，Notification）：由服務提供方主動發起的單向消息，無需接收方響應；
R（請求，Request）：由服務使用方發起的消息，要求提供方返回響應（內容不預設）。

5.3.1.2 通知類消息（如設備異常報警）由服務提供方（如設備端）觸發，無響應預期。
5.3.1.3 請求類消息（如查詢任務狀態）由服務使用方（如MES系統）發起，要求提供方返回特定響應。

5.3.2 服務參數字典
服務參數字典表定義服務中使用的參數，結構如下：

參數（Parameter）	數據形式（Form）	描述（Description）
參數X	數據類型	參數用途、取值范圍及與其他參數的關聯性

5.3.2.1 每個參數對應一行，第一列為參數名稱，后續列描述其數據形式及內容。

5.3.2.2 數據形式（Form） 列聲明參數的數據類型（參見第4.2節定義）。

5.3.2.3 描述（Description） 列說明參數含義、取值范圍及與其他參數的邏輯關系。

5.3.2.4 為避免參數命名冗余，采用 “(List of) Xxx” 表示列表類型，定義時僅描述元素（Xxx）而非列表本身。列表需滿足：

元素類型相同；
請求與響應中的列表順序一致；
默認至少含一個元素（除非明確允許空列表）。

5.3.3 服務消息定義
服務消息定義表描述消息參數的方向與約束，結構如下：

參數（Parameter）	請求/指示（Req/Ind）	響應/確認（Rsp/Cnf）	描述（Description）
參數X	NA	NA	參數功能說明

5.3.3.1 參數方向代碼：

Req/Ind：發起方稱消息為“請求（Request）”，接收方稱為“指示（Indication）”；
Rsp/Cnf：接收方返回“響應（Response）”，發起方稱為“確認（Confirmation）”。

5.3.3.2 參數約束代碼：

代碼	含義
M	必選參數（Mandatory）
C	條件參數（Conditional）
U	用戶定義參數（User-Defined）
-	參數未使用
=	響應參數值必須與請求中一致（僅響應列）

6 概述

6.1 加工管理
加工管理涉及加工資源(例如：Cluster Tool)對物料(例如：Wafer)的處理，其核心功能是確保交付至加工資源的物料按正確配方加工。本標準定義了監控實體（服務使用方）啟動和追蹤特定物料加工所需的服務，以及影響加工操作的指令。

6.1.1 加工資源是為物料附加制造價值的實體，其形態包括：

集群設備工藝模塊的加工單元(例如: 腔室)；
獨立設備整體的加工管理實體。
加工單元（服務提供方）被視為加工服務的提供主體。

6.1.2 加工管理支持物料到達前的預處理與離開后的后處理，并通過簡單的調節機制實現有限的前饋與反饋控制。調節操作在加工啟動時應用，用于設定配方變量參數。

6.1.3 服務規范完整定義了加工單元（服務提供方）的功能性，但不強制規定監控實體（服務使用方）的架構設計。

6.1.4 本標準首先闡述通信所基于的核心概念與加工模型，隨后詳述使用的行為模型，并最終對標準對象屬性及消息服務進行完整定義。

6.2 合規性
符合本標準需滿足文檔中所有已實現的強制性要求，且在需要相關功能時使用標準服務（包括定義的消息服務與狀態模型）。

6.2.1 部分功能為可選支持項，無需滿足合規性要求，例如：

隊列管理
多任務并發
物料組處理
手動啟動
暫停/恢復
工藝調節
必選功能在全文標注，并匯總于第10.4節基本要求中。

6.2.2 加工單元應根據其硬件架構與自動化加工需求，實現基本要求及適用的可選服務集，以確保有效的加工管理。

7 核心概念

7.1 物料加工模型
加工管理通過定義加工任務（Process Job），確保加工資源對特定物料實施正確的加工處理。加工任務為設備中物料的自動化處理提供了廣泛適用的監控控制能力，且獨立于具體工藝類型。

7.1.1 本標準假定：給定物料與配方規格后，加工資源可自主實現所需的加工目標。

7.1.2 加工管理不提供物料傳輸服務，但服務提供方需協調物料的接收與發送活動以維持系統完整性。

7.2 加工任務
加工任務是由監控實體（服務使用方）定義的動態對象，用于驅動加工資源執行物料處理。高級別任務包含加工資源在物料到達后自主完成處理所需的全部信息，無需監控實體進一步干預。

7.2.1 加工任務最多包含四個順序階段：

預處理：物料到達前的加工資源準備；
準備：物料與加工資源的加工前準備；
加工：物料處理（唯一必需階段）；
后處理：物料離開后的加工資源維護。

7.2.2 僅加工階段會改變物料物理/化學屬性，且為必須實現的階段。

7.2.3 本標準規定了加工任務的創建、控制（暫停、終止等）與追蹤服務，但不定義底層控制邏輯（因其依賴具體應用）。加工資源需根據配方與調節參數自主實現加工目標。

7.2.4 加工任務中的物料可以是單個處理單元（如晶圓），也可以是容器（如晶圓載具）。

7.2.5 加工任務生命周期可超越物料實際處理時段，涵蓋：

物料到達前的預處理（如反應腔預熱）；
加工期間的參數監控；
物料離開后的后處理（如腔室清潔）。
（注：預處理與后處理為可選功能，非基本要求。）

7.2.6 加工資源可提供任務隊列以支持：

預調度作業；
無序物料到達場景。
隊列按任務創建順序排列，執行順序可能影響連續作業（如同一載具的多批次處理）。隊列管理為可選功能。

7.3 與物料移動的關系
加工管理不提供以下服務：

將物料接收至加工單元（服務提供方）領域以進行加工；
加工完成后將物料移出。

7.3.1 加工執行依賴物料的就位，而物料移出依賴加工完成。若應用預處理或后處理，還需與物料移動同步以維持系統完整性。設備需自行確保物料傳輸與加工邏輯的一致性。

7.3.2 物料移動管理不屬于本標準范疇，但可通過其他SEMI標準（如E87物料搬運自動化標準）實現。

7.4 加工描述
加工任務中需明確描述待執行的加工流程，可通過以下兩種形式定義：

工藝配方（Process Recipe）：參見SEMI E42標準；
加工程序（Process Program）：參見SEMI E30標準。
本標準僅規范引用工藝配方的消息，若需使用加工程序替代配方，需特別聲明其差異。

7.4.1 加工任務必須包含唯一標識符，該標識符在加工單元域內唯一，且加工描述的類型與內容需適配加工資源及物料類型。

7.4.2 配方與程序的創建及管理不屬于本標準范圍。

7.5 工藝調節
為實現工藝穩定性（如缺乏原位計量時）或提升良率，工序間的前饋與反饋控制日益重要。由于調節方法因應用場景差異較大，本標準僅提供基礎調節機制，不強制要求支持全面調節功能。

7.5.1 加工管理支持兩類調節方法：

僅配方ID（RecipeID only）：僅指定配方標識符，無額外調節參數；
配方ID與變量（RecipeID and Variables）：允許在任務創建時傳入變量列表以動態調整配方參數。
用戶可自定義方法，但需通信各方對其定義及要求達成共識。

7.5.2 僅配方ID模式不限制配方內部定義調節邏輯，但無標準化支持。

7.5.3 配方ID與變量模式提供簡單的前饋/反饋控制機制：

變量名必須為配方管理中已定義的暴露變量；
變量值需符合配方定義的取值范圍；
變量列表通過VariableTuning方法在任務創建時傳遞。

7.6 物料組加工
許多設備架構需對物料組進行并發加工。單個加工任務可控制一組物料，但需滿足以下約束：

組內物料類型相同且加工方式一致；
加工需在整組物料到達后啟動，且在全部加工完成前物料不可移出。
此機制確保加工任務邏輯簡潔，同時維持對物料移動的強協調性與數據可追溯性。

7.6.1 典型應用場景
a) 晶圓盒處理：

設備接收需相同加工的晶圓盒（如25片晶圓）；
晶圓盒整體到達后啟動加工（可順序或并行處理晶圓）；
全部晶圓加工完成后載具方可移出。
（注：此類場景亦可定義為以載具為物料的單一加工任務。）

b) 集群設備批處理腔室：

晶圓單獨到達批處理腔室；
當加工任務指定的所有晶圓就位后啟動批處理；
加工完成后逐個移出晶圓。

7.7 并發加工任務
當多個任務同時處于活躍狀態（非隊列等待）時，需加工資源支持并發任務管理。此功能為可選要求。

7.7.1 應用示例

Carousel式集群模塊：
- 晶圓處理不依賴組到達（如旋轉式腔室可獨立處理各晶圓）；
- 需為每片晶圓創建獨立任務（即使加工參數相同），以實現精準控制與追蹤。

7.7.2 邏輯獨立性

并發任務通過唯一JobID區分，邏輯上相互獨立；
同一物料不可關聯多個活躍任務（防止資源沖突）。

7.7.3 資源依賴約束

并發任務可能因硬件架構（如共享機械臂）或資源容量（如氣體供應）產生隱式依賴；
需通過設備控制邏輯實現優先級調度或互斥鎖機制。

7.8 連續加工任務
連續加工任務指同一物料在加工資源中依次執行多個加工任務。針對同一物料的多個任務按接收順序排列，當前一任務的物料處理完成后，后續任務立即激活并接管該物料。

7.8.1 通常，單個加工任務需涵蓋物料在加工資源單次駐留期間的所有處理步驟（例如：集群設備中跨多個工藝模塊的串行加工）。但在特定場景下，允許物料駐留期間連續執行多個任務。

7.8.2 加工管理要求：

后續任務不得中斷前一任務的加工流程；
前一任務在物料處理完成后立即終止（即使物料未離開加工資源），并由后續任務接管；
物料始終僅關聯一個活躍任務，確保處理順序性與追蹤一致性。

7.9 無物料加工任務
本標準主要規范物料加工，但也允許對無物料的加工資源執行加工任務（如設備自檢或腔室預調試）。此類任務：

不依賴物料到達；
在主動加工階段結束后終止；
支持條件為非基本要求（可選功能）。