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SECS 通讯协议介绍.pdf

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.25M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    半導體廠自動化之通訊協定 SECS I/II & GEM 李文猶 陳玉雲 蔡嘉鴻 870508@itri.org.tw 半導體機台與 CIM（Computer Integrated Manufacturing，電腦整合製造）主 機之通訊協定為 SECS（SEMI Equipment Communication Standard，半導體設備 通 訊 標 準 ）， 此 協 定 乃 是 由 SEMI （Semiconductor Equipment and Materials International，半導體設備與材料國際連盟）[1]所製定。半導體機台必須於運轉 生產期間與主機保持密切的通連，以接受來自主機電腦的控制或詢問，並且能即 時回應主機之要求與回報執行結果；除此之外亦需主動回報目前機台的異常狀 況。 SECS 通訊之 SECS Message（Stream Function） 一顆專用 IC（Integrated Circuit）由 HDL（Hardware Description Language， 硬體描述語言）進行電路設計，而後送到半導體廠進行生產製造。IC 由矽砂到 封裝完成，所需的製造程序繁複，所需用到的半導體機台或半導體材料種類超過 千種。為確保晶圓在每一道製程均能做到完美，或排除前一製程的不良品，生產 的過程中不斷地有來自主機或機台的運轉訊息要相互傳遞，因此 SEMI 將 SECS 的主要訊息分類為： 1. 機台狀態(Equipment Status)。 2. 機台控制及診斷(Equipment Control and Diagnostics)。 3. 材料狀態(Material Status) 4. 材料控制(Material Control)。 5. 例外處置(Exception Handling)。 6. 資料收集(Data Collection)。 7. 機台操作管理（Process Program Management, Recipe）。 8. 控制程式傳送(Control Program Transfer)。 9. 系統錯誤(System Errors)。 10. 終端機服務(Terminal Services)。 11. 主機檔案服務(Host File Services)。 12. 晶圓定位(Wafer Mapping)。 13. 資料組傳送(Data Set Transfers)。 14. 物件服務(Object Services)。 15. 配方管理(Recipe Management)。 16. 程序處理管理(Processing Management)。 17. 子系統控制與資料(Subsystem Control and Data)。 機械所設備控制部 1
    這些主要訊息內所包含的常用子訊息為： 1. 要求建立連線(Establish Communication)：主機與機台建立連線。 2. 機台操作配方：指定機台的運作的程序及執行參數。 3. 遠端控制(Remote Control)：由主機主動下令機台進行局部區域之 操作。 4. 錯誤訊息(Error Message)：回報主機所傳送的 Stream Function 或 參數有誤。 5. 警報訊息(Alarm Message)：機台回報警報訊息給主機。 6. 動態事件回報(Dynamic Event Report)：機台主動回報特殊狀況訊 息給主機。 7. 變數資料收集(Variable Data Collection)：收集機台耗材或零件損 耗及變化之資料。 8. 狀態資料收集(Status Data Collection)：收集目前機台之操作狀 態。 9. 晶圓訊息：傳遞與晶圓或晶舟相關的訊息。 10. 緩衝暫存(Spooling)：主機與機台之連線在通訊中斷的時間內或通 訊的狀況下，機台會將指定為 Spooled 的訊息放入緩衝暫存區， 待回復連線後由主機以 S6F23 來詢問通訊中斷時間內機台所要 發出的訊息，主機則可用 S2F43 來指定保留於緩衝暫存區的訊 息。一般 Stream one（S1Fx）不適合 Spooled，一旦主機致能 Spooling 功能後，在連線過程中被指定為 Spooled 的 Steam Function 都會放入緩衝暫存區內，等待主機自行來取得，而不是 如其它訊息一樣直接傳給主機。 習用訊息種類 Stream Number (n) Function Number (m) 在 SECS 的標準中又將這些訊息分以不同的 Stream Number 搭配不同的 Function Number 來表示，其先以 Stream Number 來區分不同訊息種類，再以 Function Number 來分類訊息意涵。二者的編號範圍 Stream Number 為 0~127 ； Function Number 為 0~255，並以 Sn,Fm 來表達。目前在 SEMI 中並未完全定義， 其對應方式如下所示。 表一 Steam Function 對照表 訊息種類 機台狀態 機台控制及診斷 材料狀態 材料控制 例外處置 資料收集 機台操作管理 控制程式傳送 系統錯誤 1 2 3 晶圓狀態 4 晶圓控制 5 警報訊息 動態事件回報 6 7 配方管理 8 9 0~20 0~50 0~26 0~42 0~18 0~30 0~36 0~4 0~14 錯誤訊息 機械所設備控制部 2
    終端機服務 主機檔案服務 晶圓定位 資料組傳送 物件服務 配方管理 程序處理管理 機台控制及診斷 子系統控制與資料 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0~10 已被 SEMI 刪除 0~20 0~16 0~18 0~48 0~28 0~14 0~14 常見的 Stream Number 為 1、2、3、4、5、6、7、9 與 10。SECS 以 RS232 通訊協定做為其傳輸標準，為使命令均能有效的傳達，主機與設備機台間採半雙 工 一 問 一 答 的 方 式 相 互 溝 通 。 發 話 者 以 單 數 之 Function Number （Primary Message）做為其訊息代號，而受話者(回話者)若必須回覆發話者則以 Function Number + 1（Secondary Message）做為其回覆訊息代號，所以表一的 Function Number 均以偶數結束。每一半導體機台所用到的 Stream Function 並不會相同， 而且大部份機台實際所用到的 Stream Function 總數約為 50 個(單數之 Function Number)，這完全依機台操作的複雜度及動作需求來決定。 Stream Function 之發送接收，主機或設備機台並非每一代號均可使用，有 些只有主機才可以發送，部份則為設備專屬，當然也有二者均可發送的 Stream Function，收話者若必需回話則一律以 Function Number + 1 回覆，常用的 Stream Function 如表二所示，表中灰色項目為具有標準機台介面(Standard Mechanical InterFace ，SMIF)的自動化生產系統( Automatic Manufacturing system)較常選用 之 Stream Function 通訊訊息。 表二常用的 Stream Function Stream Function 訊息意涵 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 Are you There On Line Data Selected Status Request Selected Status Request Formatted Status Request Formatted Status Data Material Transfer Status Data Material Transfer Status Data Status Variable Namelist Request Status Variable Namelist Reply Connect Request Connect Request Acknowledge Equipment Constant Request Equipment Constant Data New Equipment Constant Send New Equipment Constant Send Acknowledge Date and Time Request Date and Time Data Remote Command Send HostEquip. F1 F2 F3 F4 F5 F6 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F21 機械所設備控制部 3
    S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S3 S3 S3 S3 S3 S3 S4 S4 S4 S4 S4 S4 S5 S5 S5 F22 F23 F24 F25 F26 F27 F28 F29 F30 F31 F32 F33 F34 F35 F36 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F47 F48 F49 F50 F65 F66 F85 F86 F87 F88 F1 F2 F11 F12 F13 F14 F1 F2 F3 F5 F17 F18 F1 F2 F3 Remote Command Acknowledge Trace Initial Send Trace Initial Acknowledge Diagnostic Loopback Request Diagnostic Loopback Data Initiate Processing Request Initiate Processing Acknowledge Equipment Constant Namelist Request Equipment Constant Namelist Reply Date and Time Send Date and Time Acknowledge Define Report Define Report Acknowledge Link Event Report Link Event Report Acknowledge Enable/Disable Event Report Enable/Disable Event Report Acknowledge Multi-Block Inquire Multi-Block Grant Remote Command with Parameters Remote Command Acknowledge Reset Spooling Streams and Functions Reset Spooling Acknowledge Variable Limit Attribute Request Variable Limit Attribute Send Enhanced Remote Command Enhanced Remote Command Acknowledge Reset Spooling Streams and Functions Reset Spooling Streams and Functions Ack. Variable Limit Attribute Request Variable Limit Attribute Send Define Variable Limit Attributes Define Variable Limit Attributes Ack Material Status Request Material Status Data Material ID Request Material ID Request Acknowledge Material ID Send Material ID Acknowledge Ready to Send Material Ready to Send Acknowledge Handshake Complete Not Ready to Send Request to Receive Material Request to Receive Material Acknowledge Alarm Report Send Alarm Report Acknowledge Enable/Disable Alarm Send 機械所設備控制部 4
    S5 S5 S5 S5 S5 S5 S5 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S6 S7 S7 S7 S7 S7 S7 S7 S7 S7 S7 S7 S7 S9 S9 S9 S9 S9 F4 F5 F6 F7 F8 F73 F73 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F65 F66 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F17 F18 F19 F20 F1 F3 F5 F7 F9 Enable/Disable Alarm Acknowledge List Alarm Request List Alarm Data List Enable Alarm Request List Enable Alarm Acknowledge Alarm Notification Send Alarm Notification Acknowledge Trace Data Send Trace Data Acknowledge Discrete Variable Data Send Discrete Variable Data Acknowledge Multi-block Data Send Inquire Multi-block Grant Formatted Variable Send Formatted Variable Acknowledge Event Report Send Event Report Acknowledge Annotated Event Report Send Annotated Event Report Acknowledge Event Report Request Event Report Data Annotated Event Report Request Annotated Event Report Data Individual Report Request Individual Report Data Annotated Individual Report Request Annotated Individual Report Data Request Spooled Data Request Spooled Data Acknowledgement Send Request Spooled Data Request Spooled Data Acknowledge Process Program Load Inquire Process Program Load Grant Process Program Send Process Program Acknowledge Process Program Request Process Program Data Process Program ID Request Process Program ID Data Delete Process Program Send Delete Process Program Acknowledge Current EPPID Request Current EPPID Data Unrecognized Device ID Unrecognized Stream Type Unrecognized Function Type Illegal Data Transaction Timer Timeout 機械所設備控制部 5
    S9 S9 S9 S10 S10 S10 S10 S10 S10 S10 S10 F11 F13 F67 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F9 F10 Data Too Long Conversation Timeout Incorrect System Bytes Received Terminal Request Terminal Request Acknowledge Terminal Display Single Terminal Display Single Acknowledge Terminal Display Multi-block Terminal Display Multi-block Acknowledge Broadcast Broadcast Acknowledge SECS Message 之資料結構 半導體廠所需的半導體生產設備來自不同的國家不同的公司，這些設備串 起了半導體廠生產線，因此必須製定一個機台間的標準通訊方法及通訊資料格 式。SECS 之標準分為二部分 SECS I [2] 及 SECS II [3]；SECS I 定義了 SECS 通 訊的電氣規格、傳輸速度、交握碼（Handshake Codes）、資料長度（Length Byte）、 訊息前部（Message Header）、Checksum 與等待時間限制，SECS II 規範傳遞資 料的標準結構。 SECS I： 1. 以 RS232 為串列通訊標準，8N1 的傳輸協定，並且採用半雙工方 式通訊。 2. 通訊速度，Baud Rate 為 300~9600 bps，目前均為 9600 bps，少數 為 19200 bps。 3. 交握碼，當機台或主機要開始傳送 SECS Message 前要先送一個 ENQ 告知對方要傳送資料（SECS Message）過去，等到對方回應 一個 EOT 時才開始傳送資料，而待資料收齊後則比對 Checksum 是否相符，若相符則發出 ACK 告知對方；若不相符則發出 NAK 告知對方再重傳一次。 表三 交握碼 Name ENQ EOT ACK NAK Binary Code 0000 0101 0000 0100 0000 0101 0001 0101 Hex 05 04 06 15 Function Request to Send Ready to Receive Correct Reception Incorrect Reception 4. 資料長度，為一個位元組，用以表示此一區塊（Block）內含多少 位元組，不含資料長度位元組及 Checksum 二個位元組，其值為 10~254。 機械所設備控制部 6
    5. 訊息 Header，共有 10 個位元組（10 Bytes）。每一 Stream Function 所 包含的資料最多可達 7.99 百萬位元組，這些資料則以 254 位元組 為一 Block，最多 32767 個 Blocks。每一 Block 含有一 Header 及 244 位元組的資料。Header 內的訊息包括：裝置識別碼（Device ID），訊息識別碼（Message ID / Stream Function），區塊序號（Block No.），系統位元組（System Bytes）。以及 R、W 與 E 三位元（bit）， 分別表示傳輸者的地位（主機或設備機台）、是否要回覆訊息與是 否為最後一個 Block。 6. Checksum，2 個位元組（2Bytes）。將 Header 及 Data 內的資料的加 總，所得之二個位元組即為 Checksum。 7. R bit：R=0 Host Equipment ；R=1 Host Equipment。 8. W bit：W=0 不必回覆訊息；W=1 必須回覆訊息。 9. E bit：E=0 尚有 Block；E=1 此為最後一個 Block。 10. System Bytes，必須每一 Block 均相同，且在交談的過程每一 Primary SECS Message 之 System Bytes 均為唯一。主機或設備端自 行維護其 Primary Message 之 System Bytes，System Bytes 之規劃 兩者無關，一般以累加的方式來產生。Secondary Message 之 System Byte 則必須與 Primary Message 之 System Byte 相同。 表四 一個 SECS Message Block 的結構 意義註解 位元組 資料長度 名稱 Length Byte Upper Device ID Lower Device ID Upper Message ID Lower Message ID Upper Block No. Lower Block No. System Bytes System Bytes System Bytes System Bytes Data Upper Checksum Lower Checksum 機械所設備控制部 數值 10~254 R 0~127 0~256 W 0~127 0~255 E 0~127 1~255 0~255 0~255 0~255 0~255 0~255 0~255 0~255 7 系統比對用資料。 區塊序號 區塊序號 裝置試別碼，自行 定義。 Stream No. Function No. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ~ 254 255 第 1 位元組至第 254 位元組之總和 256 SECS II 定義
    11. 等待時間限制：在資料傳遞的過程中，由於機台資料傳送的延遲或 因機台當機無法再傳遞資料，都會造成資料的不完整。必需重新傳 送，或告知主機通知設備工程師檢修機台。等待的時間有四種，而 傳輸錯誤之重試次數亦有規定。如表五所示。實際的時間限制則可 由機台的特性來訂定。 12. Inter Character Timeout：位元組（Byte）間的傳輸延遲上限。 13. Protocol Timeout：發出 ENQ 後至收到對方回 EOT 的等待時間上 限。 14. Reply Timeout：發出 Primary Message 完畢後等待對方回 Secondary Message 的等待時間上限。 15. Inter-Block Timeout：在多區塊（Multi-Block）的場合下，判斷區 塊間的傳遞延遲時間上限。 16. Retry Limit：當對方發生 Timeout 未回應，再次重試的次數。 表五 Timeout 之分類 T T1 T2 T3 Reply T4 Inter-Block RTY Retry Limit Timeout 名稱 SEMI 標準 Inter-Character 0.5（秒） Protocol 10（秒） 45（秒） 45（秒） 3（次） 範圍 精度 0.1~10（秒） 0.1（秒） 0.2~25（秒） 0.2（秒） 1~120（秒） 1（秒） 1~120（秒） 1（秒） 0~31（次） 1（次） SECS II SECS II 定義了 Stream Function 的結構及資料型態，一個 Primary Message 可傳送的資料長度最多可達 7.99 百萬位元組。Primary Message 的資料（Data） 則由一些項目（Item）依序串接組成，共 15 種不同資料型態（Format Code）的 Item，每一 Item 包含了 2~4 個位元組的 Header 用來記錄 Item 的資料型態及長度， 其結構如下表六及表七所示。 表六 Item Header Format 名稱 Bit Number 8 7 6 5 4 3 2 1 NLB 資料型態（Format Byte） 長度（Length Byte, MSB） 長度（Length Byte） 長度（Length Byte, LSB） Item 的資料 表七 長度位元組的的數目（Number of Length Bytes） Format Code 0~255 0~255 0~255 0~255 機械所設備控制部 8 位元組 1 2 3 4 5 ~7.99 million
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