GEM（Generic Equipment Model）定义了Fab中各个场景下设备行为及其所使用SECS消息。GEM300的定义内容是GEM在300mm晶圆Fab的特化内容。本篇将简要介绍GEM300所涉协议、其中重要SEMI协议（E87、E40、E90、E39）、GEM300生产设备类型及其Load操作。

一、Significance of GEM300

1. 300mmFab中Carrier过重，人工转运方式愈发困难：

　　GEM300提供AMHS等自动物流方式。

2. 已封装类型Carrier（例如 FrontOpening Unified Pod - FOUP）的广泛使用：

　　GEM300定义内容适用于该类Carrier。

3. 300mm的晶圆较为昂贵：

　　GEM300中大部分场景高度自动化，可减少OP误操作导致的晶圆报废。

4. 设备昂贵：

　　GEM300高度自动化，可提高设备持续生产效率。

二、Relavant SEMI Standards*

　　GEM300所涉协议如下表所示：

2. 实现GEM300必要/非必要协议

1. 必要协议：

   • E5, E30, E37.1 (SECS/GEM/HSMS-SS)

   • E87 (Carrier Management)

   • E90 (Substrate Tracking)

   • E40 (Process Jobs) & E94 (Control Jobs)

   • E39 (Object Services)

   • E84 (Parallel I/O)

   • E120, E125, E132, E134 (EDA Suite)

2. 非必要协议（Nice to have，but not essential）：

   • E99 (Carrier ID Reader/Writer)

   • E58 (ARAMS) – Subset

   • E116 (Equipment Productivity Tracking)

   • E42 (Recipe Management) – Subset

   • E139 (Recipe and Parameter Management)

   • E79 (Equipment Productivity Tracking)

3. 硬件协议*（From E106）

　　如下图所示：

4. GEM300通信协议

　　1. 设备通信：

 　　可将上述协议图分为三部分：

• SECS通讯 - E37/E5/E30

　　　　在E30规定的场景中，设备使用E5所定义SECS-II消息，通过E37提供的TCP/IP通信链路进行通讯。

• 设备各项任务处理 - E87/E90/E40/E94/E39

　　　　设备通过E87与E90管控其经手的Carrier和晶圆，并通过E40和E94确保任务的正确。程序中所涉及的设备对象都由E39定义。

• 物流 - E84

　　　　E84定义了GEM300内的自动物流系统。　　　　

　　2. FAB内通信：

　　　　CIM系统整合/管理着FAB厂内绝大部分的资源，FAB内通信同样由其管控。其中生产设备直接由CIM内的MES（Manufacturing Execution System）、EES（Equipment Efficiency System）系统如1.部分管控，而物流设备则由MCS系统管理。（MCS与物流设备进行通讯，使用协议除基础SECS外，存在SEM - Specific Equipment Model，为补充E10的特化设备协议） 

　　3. GEM300通信协议层

　　　　GEM300所涉通信主要协议层内容如下图标黄部分所示：　　

三、GEM300系统介绍 - 设备

1. 设备分类

 2. GEM300中E84

　　Flow：AMHS → 使用AGV/OHT上料 → Production Equipment Load Port → 通过Sensor感应并上报Carrier状态等实时数据 → 工厂MES向机台发出远程控制指令 → Production Equipment响应控制指令

3. Equipment Type Examples

1.  Fixed-Buffer Equipment

   

2. Internal-Buffer Equipment

   

3. Single Wafer Equipment

   

   1. 一些关键单元
      1. Load Port上的Carrier Sensor
      2. Carrier ID Reader
      3. Dock position
      4. Slot Map Reader
   2. Fixed Buffer/Internal Buffer 装卸操作
      1. Fixed-Buffer
      • 装载Carrier（AMHS或Manual PGV）
      • 读取Carrier ID（不同设备，该步读取也可发生在第三、第四步后）
      • 夹持（clamp）Carrier
      • Carrier停靠（docked）
      • 读取电子标签（IF Exist）
      • 打开FOUP
      • 读取子批次映射（slot map）
      • 取出/放回Single Wafers
      • FOUP关闭
      • 根据处理后信息，将必须信息写入电子标签中（Optional）
      • Carrier脱离停靠
      • Carrier脱离夹持
      2. Internal-Bufer
      • • Load Port - Load
          • 装载Carrier
          • 读取Carrier ID
          • 夹持
          • Carrier移入
        • Load Port - Unload
          • Carrier移出
          • 脱离夹持
          • 卸载Carrier
        • Internal FIMS Port
          • 夹持
          • 停靠
          • 开启FOUP
          • 读取子批次映射
          • Single Wafer移入/移出
          • 关闭FOUP
          • 脱离停靠
          • 读取电子标签
          • 脱离夹持

四、GEM300关键协议

1. E87 - Carrier Management Standard（CMS）

　　1. 概述

• • E87描述了Carrier如何移入移出设备　
  • 确认Carrier ID以及Slot Map的标准方式
  • 辅助Fixed-Buffer与Internal-Buffer这两类设备
  • 定义完成Carrier自动装卸所需额设备操作、数据及Service　

　　2. E87状态模型

　　3. E87 - Scenario

　　　　1. 主机请求Carrier配送

• • • AMHS配送Carrier
    • 设备与AMHS通过E84定义的握手方式，完成确认，将Carrier装载到Load Port
    • Carrier Clamped

　　　　2. 确认Carrier ID

• • • 设备读取Carrier，并将该ID发至Host
    • Host确认ID

　　　　3. 确认Slot Map

• • • 主机向机台发送期望的Slot Map
    • 设备开启Carrier Door
      • 设备扫描子批次
      • 确认子批次已正确排布

　　　　4. Process Ready

• • • 移出晶圆
    • 处理
    • 放回晶圆

　　　　5. 晶圆处理完成

• • • 全部晶圆已放回Out-Bound Carrier
    • Door closed
    • Carrier undocked

　　　　6. 主机请求卸载Carrier

• • • Carrier unclamped
    • 设备与AMHS通过E84协议定义的握手方式，完成确认，将Carrier从Load Port处卸载
    • AMHS将Carrier移走

2. E40 - Process Management Standard（PMS）

　　1. 概述

　　　　E40 - 提供了将制程与晶圆绑定的方式

　　　　　　- 定义了晶圆的制程顺序

　　　　　　- 为制程提供了一些调优方法

　　2. E40 状态模型

　　3. E40 Scenario

　　　　1. 有需处理晶圆

• • • 主机新建Porcess任务
    • 将一个Recipe ID分配给一个或多个晶圆ID

　　　　2. 已创建Process任务

• • • 处理任务启动
    • 根据主机设置处理任务中的参数对物料进行处理

　　　　3. 物料处理

• • • 开启处理任务
    • 根据主机所设处理任务中的参数处理物料

　　　　4. 数据上报

• • • 主机通过数据上报事件监控处理任务进度
    • 处理任务可能并行

　　　　5. 物料处理完成

• • • 物料返回Carrier
    • Post Processing performed on equipment resources

3. E94 - Control Job Management（CJM）

　　1. 概述

　　　　E94 - 引入队列机制以调度控制任务

　　　　　　- 为领域范围内的Process Job提供了调度机制

　　　　　　- 定义Process Job完成后晶圆如何放置

　　2. E94状态模型

　　3. E94 - Scenario

　　　　1. 有需调度的Process Job

• • • 主机新建Contol Job
    • 确认归属于Control Job的Process Job

　　　　2. Control Job Selected

• • • Process Job尚未Scheduled
    • 若物料未就绪，等待物料转运
    • Resources are reserved

　　　　3. Process Job已执行

• • • 开启Control Job
    • 根据主机优先级，schedule Process Job
    • 完成物料处理

　　　　4. 数据上报

• • • 主机通过数据上报时间获悉Control Job进度
    • Control Job可并行执行

　　　　5. 物料完成处理

• • • Control Job确认物料归位
    • Control Job将保持Active直到物料分离

4. E90 - Substrate Tracking Standard(STS)

　　1. 概述

　　　　E90向主机报告：

　　　　　　- 晶圆（substrate）运输状态

　　　　　　- 每个晶圆的Process 状态

　　　　　　- 每个晶圆的Location

　　　　　　- 每个批次的Location

　　2. E90 - 状态模型

　　3. E90 - Scenario

　　　　1. Carrier已送达/确认

• • • 新建Carrier Substrate Location对象、
    • Substrate对象创建

　　　　2. 事件上报

• • • 发送每个Wafer的每个状态transition的事件消息
    • 上报内容包括ID、Location以及State

　　　　3. 晶圆就绪，可开始Process Job

• • • 晶圆并未AT WORK
    • 晶圆In Process
    • Location is now Unoccupied

　　　　4. 晶圆处理中

• • • At WORK - 每当晶圆进入一个新Location，随即新建一个AT WORK事件
    • In Process - 每个Station均无无新事件

　　　　5. Carrier卸载

• • • 删除Carrier Substrate Location
    • 删除Substrate对象

5. E39 - Object Service Standard（OSS）

1. 概述

　　E39 - 对Carrier等实物、Project等抽象概念，在软件架构中通过属性、参数来描述设备行为和　　　　　　　　                 数据的抽象对象。

　　　　- 提供用于读写对象属性的服务。其他标准将会引用E39中用于定义对象以及访问这些对                   象属性的方法。

2. 对象示例

　　Carrier：

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