國 立 交 通 大 學
工學院精密與自動化工程學程
碩 士 論 文
集束型製程設備與上層主機通訊介面
之軟體設計與應用
Communication Interface Design for Cluster Tools
with Generic Equipment Model
研 究 生 : 曹 洪 泰
指導教授 : 李 安 謙 教授
中華民國 九十三 年 七 月
集束型製程設備與上層主機通訊介面
之軟體設計與應用
Communication Interface Design for Cluster Tools
with Generic Equipment Model
研 究 生: 曹 洪 泰 Student : Hung-Tai Tsao
指導教授: 李 安 謙 Advisor : Dr. An-Chen Lee
國 立 交 通 大 學
工學院精密與自動化工程學程
碩 士 論 文
A Thesis
Submitted to Degree Program of Automation and Precision
Engineering
College of Engineering
National Chiao Tung University
in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of
Master of Science
in
Automation and Precision Engineering
July 2004
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
集束型製程設備與上層主機通訊介面
之軟體設計與應用
學生：曹洪泰
指導教授：李安謙 博士
國立交通大學精密與自動化碩士專班
摘 要
本文主要目的是設計一套符合 SEMI E30 GEM 規範的集束型製程設備設備與上 層主機通訊介面軟體。軟體主要功能是作為集束型製程設備控制器(CTC)與上層 主機(HOST)之間的通訊橋樑，讓上層主機與集束型製程設備用相同的訊息語言溝 通，然後上層主機可以經由訊息傳遞從設備擷取資料供製程分析與設備管理。由 於軟體的設計融入了物件導向與 Design Patterns 的觀念，所以本軟體具有容易 維護特性的特性、類別的可再利用的特性，只需要局部的修改本軟體便可以應用 於其它的半導體設備控制器。
Communication Interface Design for Cluster Tools
with Generic Equipment Model
Student：Hung-Tai Tsao Advisor: Dr. An-Chen Lee Institute of Automation and Precision Engineering
National Chiao Tung University
Abstract
In this thesis, communication interface software confirming to SEMI standard E30 - Generic Equipment Model (GEM) is developed. The developed interface is responsible for the communication between Host computer and Cluster Tool Controller (CTC). The main goal of this software is to let Host and CTC communicate with each other under the same communication interface structure so that Host can collect processing data from CTC very easily and furthermore, Host can manage these Cluster Tools based on these collected data.
In the development of this software, the concepts Object Oriented Analysis and Design (OOAD) and Design Patterns are involved to maintain flexible and reusable software architecture. Since the UML is adopted for OOAD and Java language is used for programming, the developed software can be applied to other different types of equipment controllers with few modifications.
Finally, the developed software is linked to Host and CTC to test its capacity and performance, and the results are presented as well.
目 錄
摘 要...i 目 錄...iii 圖 目 錄...v 表 目 錄...vii 第 1 章 緒論...10 1.1. 研究動機與目的...10 1.2. 研究方法...12 1.3. 文獻回顧...13 1.4. 軟體發展工具...14 1.5. 本文組織架構...15 第 2 章 統一化模式語言介紹...16 2.1. UML特點...16 2.2. UML圖形...17 第 3 章 集束型製程設備與上層主機通訊介面規劃...23 3.1. 簡介...23 3.2. 狀態關係圖說明...24 3.2.1. 連線狀態圖說明...24 3.2.2. 控制狀態圖說明...26 3.3. 設備性能和設備通訊介面劇本...29 3.3.1. 建立連線的劇本...29 3.3.2. 資料收集的劇本...29 3.3.3. 警報管理的劇本...36 3.3.4. 遠端控制的劇本...37 3.3.5. 製程配方管理的劇本...38 3.3.6. 材料搬運的劇本...40 3.3.7. 設備終端機服務的劇本...41 3.3.8. 訊息格式錯誤回報的劇本...42 3.3.9. 時間管理的劇本...44 3.3.10. 控制狀態圖遷移的劇本...45 3.4. 事件報告收集...49 3.4.1. 事件報告的清單...49 3.4.2. 事件報告的初始設定...51 3.5. 劇本的資料項目與變數清單說明...56 3.5.1. 劇本的資料項目說明...563.5.4. Data Variable List...60 第 4 章 軟體架構設計...62 4.1. DESIGN PATTERNS介紹與應用 ...62 4.1.1. Bridge Pattern...62 4.1.2. Adapter Pattern...63 4.2. 軟體架構...64 4.2.1. Use case圖...64 4.2.2. 程式類別整體架構說明...65 4.3. 程式類別說明...66 4.3.1. Message Router類別...66 4.3.2. Communication類別...67 4.3.3. Recipe類別...68 4.3.4. Data Collection類別...70 第 5 章 軟體的應用說明...72 5.1. 軟體畫面操作...72 5.1.1. 連線狀態操作說明...72 5.1.2. 控制狀態操作說明...73 5.1.3. On Line Log操作說明...74 5.1.4. SVID Link操作畫面...75 5.1.5. Terminal Service操作畫面說明...76 5.2. 軟體的特性...77 5.2.1. 軟體的擴充性...78 5.2.2. 軟體的維護說明例(快速熱處理模組使用GEM Interface)...78 第 6 章 軟體驗證...82 6.1. 軟體驗證方法說明...82 6.2. 軟體驗證結果...84 6.2.1. 控制狀態圖的成果驗證...84 6.2.2. 連線狀態圖的成果驗證...85 6.2.3. 事件報告收集劇本成果驗證...86 6.2.4. 追蹤資料收集劇本成果驗證...87 6.2.5. 製程配方管理的劇本成果驗證...89 第 7 章 結果討論與未來展望...96 7.1. 結果討論...96 7.2. 未來展望...97 參考文獻...98
圖 目 錄
圖 1-1 軟體通訊架構圖 ...12 圖 2-1 使用案例圖 ...17 圖 2-2 類別圖 ...19 圖 2-3 循序圖...19 圖 2-4 狀態圖...20 圖 2-5 活動圖...21 圖 2-6 元件圖...21 圖 2-7 部署圖...22 圖 2-8 合作圖...22 圖 3-1 ON-LINE架構圖...23圖 3-2 COMMUNICATION STATE MODEL...24
圖 3-3 控制狀態圖...26 圖 3-4 LIMITS MONITORING關係圖 ...35 圖 4-1 BRIDGE PATTERN...63 圖 4-2 ADAPTER PATTERN...63 圖 4-3 集束型製程設備與上層主機通訊介面軟體的 USE CASE圖...64 圖 4-4 集束型製程設備與上層主機通訊介面軟體類別圖 ...65 圖 4-5 MESSAGE ROUTER類別圖 ...66 圖 4-6 COMMUNICATION類別圖...67 圖 4-7 RECIPEMANAGEMENT類別圖 ...69 圖 4-8 DATACOLLECTION類別圖 ...70 圖 5-1 連線狀態操作畫面 ...72 圖 5-2 控制狀態操作畫面 ...73 圖 5-3 ON LINE LOG操作畫面 ...74
圖 5-4 SVID LINK操作畫面 ...75
圖 5-5 TERMINAL SERVICE操作畫面 ...76
圖 5-6GEMINTERFACE的應用圖...78
圖 5-7 RTPC製程配方管理實作類別圖...79
表 目 錄
表格 3-1 連線狀態位置的說明...25
表格 3-2 連線狀態圖的狀態遷移說明...25
表格 3-3 控制狀態圖的位置說明...27
表格 3-4 控制狀態圖的狀態遷移說明...27
表格 3-5 HOST ATTEMPTS TO ESTABLISH COMMUNICATION...29
表格 3-6 EVENT REPORT FROM EQUIPMENT...30
表格 3-7 HOST REQUESTS EVENT REPORT...30
表格 3-8 EVENT REPORTING SETUP...31
表格 3-9 HOST REQUESTS A REPORT...32
表格 3-10 HOST REQUESTS CURRENT STATUS VARIABLE VALUE...32
表格 3-11 HOST REQUESTS STATUS VARIABLE NAME LIST...33
表格 3-12 HOST REQUESTS EQUIPMENT CURRENT CONSTANT VALUES...33
表格 3-13 HOST REQUESTS EQUIPMENT CONSTANT NAME LIST...33
表格 3-14 TRACE DATA COLLECTION...34
表格 3-15 HOST DEFINES LIMIT ATTRIBUTES...35
表格 3-16 HOST QUERIES EQUIPMENT FOR CURRENT LIMITS. ...35
表格 3-17 LIMIT ZONE TRANSITION EVENT FROM EQUIPMENT...36
表格 3-18 HOST INITIATED...36
表格 3-19 SEND ALARM REPORT...37
表格 3-20 遠端控制功能的項目與限制 ...37
表格 3-21 HOST SENDS EQUIPMENT A REMOTE COMMAND...38
表格 3-22 PROCESS PROGRAM CREATING, EDITING, OR DELETING ON EQUIPMENT...38
表格 3-23 DELETING A PROCESS PROGRAM BY HOST...39
表格 3-25 EQUIPMENT-INITIATED PROCESS PROGRAM UPLOADING...39
表格 3-26 HOST-INITIATED PROCESS PROGRAM DOWNLOADING...40
表格 3-27 MATERIAL MOVEMENT...40
表格 3-28 HOST SENDS INFORMATION TO EQUIPMENT...41
表格 3-29 OPERATOR SENDS TEXT INFORMATION TO HOST...41
表格 3-30 MESSAGE FAULT DUE TO UNRECOGNIZED DEVICE ID...42
表格 3-31 MESSAGE FAULT DUE TO UNRECOGNIZED STREAM TYPE...42
表格 3-32 MESSAGE FAULT DUE TO UNRECOGNIZED FUNCTION TYPE...43
表格 3-33 MESSAGE FAULT DUE TO UNRECOGNIZED DATA FORMAT...43
表格 3-34 MESSAGE FAULT DUE TO TRANSACTION TIMER TIMEOUT...43
表格 3-35 EQUIPMENT REQUESTS TIME ...44
表格 3-36 HOST REQUESTS EQUIPMENT TO SET TIME...44
表格 3-37 HOST REQUESTS EQUIPMENT'S TIME VALUE...45
表格 3-38 HOST ACCEPTS ON-LINE REQUEST FROM EQUIPMENT...45
表格 3-39 HOST REFUSES ON-LINE REQUEST...46
表格 3-40 OPERATOR ATTEMPTS TO ENTER OFF-LINE ...46
表格 3-41 OPERATOR ATTEMPTS TO ENTER REMOTE ...46
表格 3-42 OPERATOR ATTEMPTS TO ENTER LOCAL ...47
表格 3-43 HOST REQUESTS TO ENTER OFFLINE...47
表格 3-44 HOST ATTEMPTS ENTER ONLINE. ...48
表格 3-45 HOST CONFIRMS EQUIPMENT PRESENCE...48
表格 3-46 EVENT LIST...49
表格 3-47 ALARM EVENT GROUP的資料連結預設值...51
表格 3-48 CONTROL-RELATED EVENTS的資料連結預設值...52
表格 3-49 OPERATOR CHANGE EVENT GROUP的資料連結預設值 ...53
表格 3-51 PROCESS-RELATED EVENTS GROUP的資料連結預設值...55
表格 3-52 DATA ITEMS DESCRIPTION...56
表格 3-53 STATUS VARIABLES ID(SVID) ...58
表格 3-54 EQUIPMENT CONSTANTS ID (ECID)...60
表格 3-55 DATA VARIABLE ID (DVID) ...60
表格 4-1 MESSAGE ROUTER類別的方法說明 ...67 表格 4-2 COMMUNICATION_IMPL類別的方法說明...68 表格 4-3 RECIPE_IMPL類別的方法說明...69 表格 4-4 DATACOLLECTION類別...71 表格 5-1 連線狀態軟體畫面按鍵說明 ...73 表格 5-2 控制狀態軟體畫面按鍵說明 ...74 表格 5-3 ON LINE LOG欄位說明...75 表格 5-4 控制狀態軟體畫面按鍵說明 ...76 表格 5-5 TERMINAL SERVICE欄位說明 ...77 表格 5-6 如何修改程式裏的事件報告預設值 ...79 表格 5-7 如何修改程式裏的資料變數預設值預設值 ...80 表格 6-1 系統測試環境說明表 ...82
第1章 緒論
1.1. 研究動機與目的
目前國內半導體新廠投資已朝向 300 mm 晶圓的發展，傳統半導體設備使用的 製程均採批次處理(0batch processing)的概念，也就是單一機台通常僅能處理 單一製程。為達效率一般均對一批晶圓同時處理，處理完後再取出晶圓運送至下 一機台，這對 200~300 道手續的製程而言，必需有相當好潔淨環境（clean room） 以保證在運送的過程中達零污染，這使得一般製造廠的建構成本昇高。其次，批 次處理其靈活程度低，尤其在大面積（300 mm）晶圓及彈性生產的趨勢下，對產 能將有極大的負面影響。因此發展出將不相同的製程機台聚集成為一個生產設 備，被稱之為集束型製程設備（Cluster Tools）。這種設備的優點包括：高真空 度、潔淨度（提供小區域的真空環境使真空度更易達到與維護）、可靠度、精密 度、設備佔地面積小、產出率高，並提供半導體業製程選擇的彈性化等優點。 Cluster Tools 可根據半導體廠商需求，在傳輸腔體周圍掛上所需的製程腔 體，因此有很大的彈性可以去調整所需要的製程。然而半導體設備商各自發展自 我品牌的製程腔體，對半導體製造廠而言選擇增加，但是整合上卻是一大難題。 因此經由國際半導體設備及材料協會（Semiconductor Equipment and Materials International，SEMI）推動及全球半導體製造廠及設備廠參與討論表決共同訂 定集束型設備的硬體介面標準及軟體通訊協定標準，以提供不同模組之間傳輸與 溝通介面的標準化，並利於整合於集束型製程設備內[6][7][8][9][16]。由於半導體製程的進步使得半導體設備與上層主機之間需要一套溝通的方法 與機制，所以國際半導體設備及材料協會在 SEMI 中規範了一套溝通方式用於半 導體設備與上層主機(HOST)之間的溝通。這個溝通規範我們稱為 SEMI E30 GEM
(GENERIC MODEL FOR COMMUNICATIONS AND CONTROL OF MANUFACTURING
EQUIPMENT)，在 GEM 的規範裏統一半導體設備與上層主機的溝通方式，其中包括 了事件報告、遠端控制、材料搬運、資料收集等功能[1][3]。
本文設計一符合 SEMI E30 GEM 規範的集束型製程設備與上層主機通訊介面軟 體，這個通訊介面軟體融合物件導向與 Design Patterns 的觀念來完成設計，軟 體功能是作為集束型製程設備控制器與上層主機之間的通訊，讓上層主機可以很 容易的與設備溝通並從設備擷取資料供製程分析。
在本文中，集束型製程設備與上層主機通訊介面軟體具有下述的特色：
特色一：上層主機可以很容易的與設備溝通，並經由通訊介面從設備擷 取資料供製程分析，在未來發展 APC(Advanced Process Control)這是必要 條件。 特色二：由於通訊介面軟體依照物建導向的觀念設計完成，所以軟體具 有擴充性，只需要增加子類別即可擴充軟體功能。 特色三：當 Cluster tools 的製程模組變更時，只需將變數連結到新的 路徑就可以將資料回報到上層主機不需要重新大幅修改程式碼。 綜合上述的特色後，集束型製程設備與上層主機通訊介面軟體只需要小幅的 修改就可以應用於製程模組變更的需求，因此日後設計通訊介面軟體時不需要重 新設計軟體，只需套用程式架構並替換實作類別的程式碼即可，所以減少程式重 複設計的成本也縮短程式設計的時間[15]。
1.2. 研究方法
本論文軟體依照 SEMI E30 GEM 規範來設計，軟體功能是負責集束型製程設備 控制器與上層主機之間的通訊介面，讓上層主機可以與設備進行訊息的傳遞，訊 息劇本有事件報告、遠端控制、材料搬運、資料收集等訊息劇本。當程式設計完 成後，將把本論文設計的軟體應用於集束型製程設備控制器(CTC)，在 CTC 上增 加通訊介面(GEM Interface)，讓集束型製程設備控制器與上層主機之間就可以 進行訊息傳遞。圖 1-1 軟體通訊架構圖，為 CTC 與 HOST 的網路架構，CTC 與 HOST 之間的訊息傳遞是藉由乙太網路做為媒介[2][3][4]。 圖 1-1 軟體通訊架構圖
1.3. 文獻回顧
在半導體發展初期時為了統一製程與設備自動化等標準，所以半導體製造廠英 代爾、富士通、台灣機體電路及半導體設備商美商應用材料、東京電子等國際大 廠共同成立國際半導設備及材料協會(Semiconductor Equipment and Materials International)。這個協會成立後開始制定技術規範，在這些標準規範裏有一部 分為半導體設備自動的標準，本論文研究設計了集束型製程設備與上層主機通訊 介面軟體，所以設計的軟體是遵照半導體標準所開發[1][2][3][4]。 由於本論文所設計軟體將應用於交通大學李安謙實驗室的集束型製程設備，所 以論文研究之前必須對集束型製程設備有深入了解後，才能進一步使本軟體與集 束型製程設備控制器軟體相結合，因此必須先了解集束型製程設備控制器設計的 相關研究報告[6][7][8][9]。 在軟體設計方面採用統一化模型語言(UML)，是一種物件導向模型語言，提供 規格化、視覺化以及文件化的表示方法。軟體設計工具使用 JVAV 語言來開發軟 體。最後論文驗證將以工研院所設計的上層主機模擬器來做為軟體測試工具 [5][10][11][12]。
1.4. 軟體發展工具
本節說明在集束型製程設備與上層主機通訊介面軟體發展過程中所會應用 到的軟體工具與理論，分述如下： 物件導向（Object Oriented） 物件導向的程式設計具有以下優點：第一為物件的模型可對應到真實世界的 實際物體，利於溝通瞭解；第二為物件具有封裝性，當程式異動時，物件介面維 持不變，只對內部做些微更動即可，使程式擴展容易；第三為物件具有可重用性， 功能類似的物件其程式碼可再利用，以減少程式撰寫時間與測試時間，容易維護 並提高可靠度。 UML（Unified Modeling Language）
這是一種用來針對物件導向軟體作分析與設計的模型語言，它提供豐富的圖 形表示法來表示物件的靜態架構、動態行為、生命週期、狀態變化等，從各種圖 形表示法當中設計者可以瞭解到可能發生的問題及是否滿足設計需求。在物件導 向程式語言已成為軟體撰寫主流之際，這種物件導向分析模型語言也愈來愈多， UML 在 1997 年 11 月已正式通過物件管理組織（OMG）的認證，成為物件導向模 型語言的工業標準，因此以 UML 作為本文物件導向分析與設計的工具。 Java
這是昇陽（Sun Micro System）公司所發展的一套程式語言，它提供比 C++ 更完整的物件導向機制，使得用 Java 寫成的程式更短、更易於瞭解與維護。Java 語言本身亦提供了許多發展套件，程式發展者可以直接運用這些套件來發展應用 程式，大大縮短程式發展時間。此外 Java 語言最大的特點在於其具有跨平台的 特性，一旦程式碼寫成，在任何作業平台都可以執行。Java 現今已成為物件導 向語言的主流，因此本文採用 Java 作為發展製程控制器的程式語言工具。Java 並且擁有完善的例外處理機制，對於製程控制器的設計而言，使用 Java 語言可 以加強控制器中對於例外狀況的管理。
1.5. 本文組織架構
本文共分七章，第一章為緒論，說明本論文研究的動機與文獻回顧；第二章 為 UML 之介紹，說明什麼是 UML 與為何要使用 UML 來設計軟體架構；第三章為集 束型製程設備的通訊劇本規劃，說明為何要提供上層主機這些通訊本，並詳細的 說明每個劇本的內容；第四章則將實踐第三章所規劃的通訊劇本，用 UML 來設計 程式架構，用 Java 來實做類別程式碼，另外詳細說明類別方法功用；第五章是 軟體應用說明，詳細說明軟體畫面的操作方法，舉例說明如何把軟體從集束型製 程設備控制器移植到快速熱處理控制器，使快速熱處理控制器具備了 GEM 的劇 本，讓上層主機可以與快速熱處理控制器進行訊息傳遞；第六章為實機測試驗證 結果，說明軟體驗證的方法，詳細紀錄軟體驗證的結果；第七章為本論文的討論 結果與未來展望。
第2章 統一化模式語言介紹
統一化模式語言（Unified Modeling Language, UML），是一種物件導向模型 語言，提供規格化、視覺化以及文件化的表示方法，使用這些表示法以描述一個 真實或抽象的系統，包括：類別圖、物件圖、使用者案例圖、循序圖、合作圖、 狀態圖、活動圖、元件圖和部署圖。目標主要在於發展一個簡單、可擴展、並可 立即使用的視覺化模型語言。自 UML 推出以來，即廣受領導廠商與正式組織的支 援，並且經物件管理組織（Object Management Group, OMG）採納為標準語言， 已經廣被物件導向發展產業接受。它的運用廣泛，涵蓋多種工具，而且是業界標 準的模型語言，適用於各種型態的系統、專業領域、以及實務方法，因此本文使 用 UML 工具以物件導向方式設計集束型製程設備與上層主機通訊介面軟體[11]。
2.1. UML 特點
UML 有很多特色與優點分述如下： 1 UML 是一種語言，它不只是一種用來描繪圖形的表示法，而是一種 為了達成溝通的目標，並可描繪某個主題的知識（語意），以及展現關 於此主題之知識（語法）的語言。 2 UML 是整合資訊系統與工業界最佳工程實作（原理、技術、方法和 工具）的結果，適用於各種不同型態的系統、領域、方法或程序。 3 UML 是以物件導向的方法將系統作完整的描述、設想、建構與註 解，並且提供戰術、策略及行動之知識的保存、傳遞及平衡，藉由提高 品質、降低成本以提高價值，並控制可能增加的改變與複雜度所帶來的 風險。 4 UML 是一個簡單、可擴展、並可立即使用的視覺化模型語言，擁有 擴展所需的延展性及專門化機制，並與發展的過程和實作的程式語言無 關，因此具有廣泛的適用性與使用性。2.2. UML 圖形
UML 定義了九種型態的圖形：使用案例圖、類別圖、物件圖、循序圖、合作 圖、狀態圖、元件圖和部署圖。所有圖形的基本原則，就是將概念描繪成符號， 並將概念之間的相互關係描繪為連接符號的路徑（直線）。其內容分述如下：
1. 使用案例圖（Use case diagram）：沒有系統是隔離單獨存在的，因此 系統通常需與人或其他系統交互作用來達到預期的目標，使用案例圖描述了 一個系統的行為與功能，以及此系統的使用者（如圖 2-1 使用案例圖）。這 些圖形包含以下的元素： a. 行為者（actor）：表示此系統的使用者，包括人類的使用者及其它 的系統。 b. 使用案例（use case）：表示一個系統提供給使用者的功能或服務。 UseCase1 UseCase2 Actor UseCase3 圖 2-1 使用案例圖 2. 類別圖（Class diagram）：類別圖是一般物件導向模型最常見的圖形， 描述一個系統的靜態結構，而不討論涉及動態行為的活動。主要是由屬性、 操作方法和結合關係所組成；屬性是類別的結構化特徵，也就是關於類別的 資訊，操作方法是類別的行為化特徵，也就是類別所提供的服務，而結合關
係則說明了類別與類別間彼此的互動。這些圖形包含以下元素： a. 類別（class）：表示擁有共同性質或特徵的物體，這些特徵包含屬 性、操作方法。類別中所定義的能見度(visibility)，係表示於類別的 屬性或是操作方法前面加上一個符號，用來表示此屬性或者操作方法是 否可在類別之外被使用。公開的能見度，表示在類別之外可以使用。受 保護的能見度，表示在類別之外無法存取，但是若與此類別有一般性的 關係則能存取。私有的能見度，表示類別之外無法存取。 b. 結合關係（associations）：表示與其它兩個或多個類別之間的相 互關係，這些相互關係擁有共同的性質或特徵。聚集(aggregation)關 係說明一個類別由其它的類別所組成，但彼此之間並不相關聯，當上層 類別被刪除後，其所聚集的類別依然存在。而組成(composition)關係 為聚集關係的一種特例，說明一個類別由其它的類別所組成，且類別之 間產生關聯性，然而當此類別一旦被刪除後，其它的相關類別也將一併 被刪除。 多重性(multiplicity)說明了類別之間的結合關係並非一對一，類 別中可能包含多個物件與其它類別的單一物件有關。附加於類別旁邊的 數 字 代 表 著 此 關 係 包 含 了 多 少 個 他 類 別 的 物 件 。 一 般 化 (generalization)如同物件導向語言中『繼承』(inheritance)這個術 語 的 觀 念 ， 是 表 示 某 個 類 別 和 其 他 類 別 之 間 ， 存 在 著 隸 屬 於 (is-a-kind-of)的關係。 以圖 2-2 為例，一個視窗（Window）類別應該具備的屬性有起始位置和大小， 而其方法包含：打開、關上、移動和顯示。而且視窗和事件（Event）之間 有相依（dependency）的關係。
W indow origin size open() close() move() display() Event 圖 2-2 類別圖 3. 循序圖（Sequence diagram）：循序圖為互動圖的一種，描述物件之間 的互動關係，這些互動關係被模組化為訊息的交換。這些圖所關注的焦點在 類別及它們所交換的訊息，藉以達成某些預期的行為。它包含以下元素： a. 類別角色（class role）：表示此物件在互動關係中所扮演的角色。 b. 生命線（lifeline）：表示一個物件存活的時間。 c. 訊息（message）：表示物件之間所進行的溝通。 循序圖可以瞭解訊息和操作方法，為了執行某些預期的行為或功能，系統中 的類別必須提供這些訊息和操作方法。循序圖也可以用來實現使用案例，因 為其指明了類別角色之間藉由訊息的互換來達成某種功能，藉以實現使用案 例。 ProcessJobController SECS sendMessage ok 圖 2-3 循序圖
以圖 2-3 說明 PMC 送出 SECSII 訊息給外界的循序圖。ProcessJobController 物件呼叫 SECS 物件的 sendMessage()方法來送出 SECSII 訊息給外界，並回 傳 ok 表示送出訊息成功。 4. 狀態圖（Statechart diagram）：狀態圖描述了一個類別的狀態和回應， 它描述了一個類別對於外來刺激的反應。它包含了以下元素： a. 狀態（state）：表示一個物件在生命期中之狀況，在此期間這個物 件滿足某些條件、執行某些活動或是等待某些事件出現。狀態圖中包含 了開始狀態(start state)，以小實心圓表示，也包含了終止狀態(end state)。當到達終止狀態時，該物件在圖中所描繪的狀態都將被摧毀。 b. 轉換（transition）：表示一個物件在不同狀態之間的交互關係。
READY EXECUTING FAULT
PAUSE initialize resume execute pause fault 圖 2-4 狀態圖 圖 2-4 說明一般控制系統狀態的改變。初始化後進入 READY 的狀態；當收到 execute 的命令後進入 EXECUTING 的狀態；執行的過程中發生錯誤則跳到 FAULT 的狀態；若收到 pause 命令則進入 PAUSE 的狀態；等收到 resume 命 令再回到 EXECUTING 的狀態；如果正常執行完畢則回到 READY 的狀態。 5. 活動圖（Activity diagram）：活動圖敘述一個類別的活動，這些圖形 很類似狀態圖，也都使用相似的慣例，而活動圖是描述一個類別回應內部處 理的行為，狀態圖則是描述回應外部事件的行為。游泳水道(swimlane)，用
來表示在整個活動中，一個或多個負責動作的物件；亦即將活動狀態分成好 幾組，再將這些群組分配給必須執行此活動的物件。動作狀態(如圖 2.5 之 Activity1)是用來表示物體無法被中斷的動作，或是一個演算法執行過程中 的步驟。狀態中間也可以是判斷式(如圖 2-5 之菱形圖形)，作為下一動作狀 態的條件。如同狀態圖一般，活動圖也同樣使用開始狀態和終止狀態。 Activity1 Activity2 Activity3 Obj e ct2 Obj e c t1 圖 2-5 活動圖 6. 元件圖（Component diagram）：元件圖敘述軟體實做元件的組織架構及 其相依關係，這些圖形包含元件，元件表示可拆散的實體單位，包括原始程 式碼、目的碼、以及可執行程式碼或函式庫。 processor.exe 圖 2-6 元件圖 圖 2-6 為一個執行製程的可執行程式的示意圖。 7. 部署圖（Deployment diagram）：部署圖敘述處理資源元素的組態，以 及軟體實做元件的對應方式。這些圖形包含了元件和節點（node），節點表
示一種處理或計算的資源。圖 2-7 說明個人電腦透過網際網路向伺服器請求 一些資訊的示意圖。Client 透過 TCP/IP 連上 Application server， Application server 從資料庫裡搜尋資料，再將結果回傳給 Client。
Client A Application Server Database Server <<TCP/IP>> <<TCP/IP>> Client B <<TCP/IP>> 圖 2-7 部署圖 8. 合作圖（Collaboration diagram）：合作圖定義如何透過系統中的元件 ，包含類別和結合關係之間的相互作用，這些相互作用被模組 化成類別之間的訊息交換，而訊息的交換是藉由類別之間的結合關係來進 行，它也是互動圖的一種。圖 2-8 說明新增一個顧客的合作圖。使用者新增 一個顧客時，MainWindow 物件會建立 Customer 物件，並顯示在視窗上，當 使用者輸入資料後，將這些資料更新在 Customer 物件中。 將行為具體化
: MainW indow : Customer
: CustomerW indow : Actor 1: newCustomer 2: create 3: show 4: Update 圖 2-8 合作圖
第3章 集束型製程設備與上層主機通訊介面規劃
3.1. 簡介
由於設備與上層主機之間的訊息交握必須有一定的規則，所以 SEMI E30 GEM 規範了訊息傳遞的時機與內容來適用於所有的半導體設備，但是不同製程設備的 硬體架構會產生不同的製程變數、事件報告、警報等項目，所以設計集束型製程 設備與上層主機通訊介面軟體之前必須依照 SEMI E30 GEM 的規範，來規劃一套 適合集束型製程設備的劇本，接下來才可以開始設計程式碼[3][6][7]。
由圖 3-1 ON-LINE 架構圖說明 GEM 的訊息傳遞是利用 TCP/IP 做為訊息傳輸底 層，而要實踐 GEM 的訊息必須先完成 SEMI E5 SECS II 與 SEMI E37 HSMS 的規 範。SEMI E5 SECS II 內容是訊息傳遞的基本格式，E30 GEM 是規範了訊息傳遞 的劇本(Scenario)，因此要實現 GEM 的功能就一定要先完成底層的架構。另外圖 上的 E87 CMS、E94 CJM、E40 PJM、E58 ARAMS 是為了發展 12 吋晶圓廠全廠自動 化與製程分析而擴展的新規範，這些新增加的規範是為了使製程分析更為準確。
3.2. 狀態關係圖說明
狀態關係圖是用來表示設備與上層主機之間的通訊狀態，在半導體標準 SEMI E30 GEM 裏規定了兩個狀態圖，一個是連線狀態圖另一個是控制狀態圖。連線狀 態圖是用於設備與上層主機的建立連線時的規則。控制狀態圖是用於遠端控制的 權限管理，由控制狀態圖上我們得知設備的控制權是被上層主機所管理還是被設 備操作者所使用。下面章節說將說明這兩個狀態圖的意義[3]。3.2.1. 連線狀態圖說明
圖 3-2 Communication State Model 為連線狀態圖，圖上的箭頭方線代表的 是狀態遷移的動向，藉由訊息 S1F13 與訊息 S1F14 傳遞可以建立彼此間連線。建 立連線可以由設備操作者手動操作使設備送出訊息 S1F13 要求上層主機建立連 線，等上層主機回覆訊息 S1F14 時代表建立連線成功。 而上層主機也可以主動 去送出訊息 S1F13 給設備要求建立連線。
每個連線狀態圖的位置停留都有特定的意義，表格 3-1 說明連線狀態位置的定 義與動作描述。 表格 3-1 連線狀態位置的說明 狀態名稱 動作描述 DISABLED 設備與 HOST 中斷通信。 ENABLED 設備與 HOST 建立通信。 NOT COMMUNICATING 等待通訊建立(S1F13/S1F14)。
EQUIPMENT -INITIATED CONNECT 由設備主動去建立通信。
WAIT CRA 送出 S1F13 去 HOST，等待 S1F14。
WAIT DELAY 監控等待 S1F14 的時間間隔。
HOST-INITIATED CONNECT 由 HOST 主動去建立通信。
WAIT CR FROM HOST 送出 S1F13 去設備，等待 S1F14。
WAIT TX COMPLETE 監控等待 S1F14 的時間間隔。 COMMUNICATING 連線狀態已被建立。 我們將狀態遷移的箭頭編上號碼，並在表格 3-2 說明連線狀態圖的狀態遷移的 觸發原因，圖上的編號 1 到 14 為狀態遷移的編號。 表格 3-2 連線狀態圖的狀態遷移說明 狀態遷移編號 狀態觸發原因 訊息傳遞 1 設備開機時做 Initialize 無 2 手動操作讓連線狀態變成 Enable 無 3 手動操作讓連線狀態變成 Disable 無
4 進入 NOT COMMUNICATION 後等待 HOST 或等待設備主動
去建立連線
5 設備主動要求與上層主機連線的訊息 設備上傳 S1F13 到 HOST 6 等待 HOST 回覆 S1F14 訊息 無 7 HOST 已回覆 S1F14 並拒絕建立連線 無 8 收到上層主機要求連線的訊息 HOST 下傳 S1F13 到設備 9 HOST 已回覆 S1F14 並同意建立連線 HOST 下傳 S1F14 到設備 10 HOST 主動要求與設備連線的訊息 HOST 下傳 S1F13 到設備 11 設備同意建立連線回覆 S1F14 訊息 設備上傳 S1F14 到 HOST 12 S1F14 傳送失敗，等待下一次的 S1F13 無 13 S1F14 傳送成功，連線建立 無 14 連線中斷 無
3.2.2. 控制狀態圖說明
控制狀態圖(Control State Model)的位置影響於遠端控制的功能，在控制狀 態圖上的位置主要可分為 OFF-LINE 與 ON-LINE 兩個區塊，只有在 ON-LINE 區塊 時上層主機才可以對設備進行遠端控制，圖 3-3 說明控制狀態圖每個位置的定 義。遠端控制的限制在 3.3.4 一節有詳細說明請參考之。
每個控制狀態圖的位置停留都有特定的意義，表格 3-3 說明控制狀態位置的 意義與動作描述。
表格 3-3 控制狀態圖的位置說明
STATE NAME 狀態
OFFLINE 通信已建立成功，等待被手動切狀態。
EQUIPMENT OFFLINE 設備的原始設定是 OFFLINE，等待被切換成
ONLINE/OFFLINE。
HOST OFFLINE HOST 藉由 S1F17 來切換成 OFFLINE。
ATTEMPT ONLINE 嘗試切換成 ONLINE，若失敗會變成 OFFLINE。
ONLINE 可以進行 SECS 的訊息交換。 LOCAL 可以手動操作設備，上層主機遠端控制功能會受到限制 部分限制。 REMOTE 由上層主機來控制設備，手動操作的部分功能會受到限 制。 我們將狀態遷移的箭頭編上號碼，並在表格 3-4 說明控制狀態圖的狀態遷移 的觸發原因，圖上的編號 1 到 12 為狀態遷移的編號，如果狀態位置改變時會產 生一個事件，設備必須用訊息 S6F11 傳送事件報告給上層主機。 表格 3-4 控制狀態圖的狀態遷移說明 狀態遷移編號 狀態觸發原因 訊息傳遞 1 設備開機時做 Initialize 無 2 開機後進入 OFF-LINE 狀態 無 3 手動選擇 ON-LINE 的按鈕使狀態變成 ON-LINE 設備上傳 S1F1 4 S1F1 上傳失敗或 S1F2 接收失敗，狀態變成 EQUIP.
OFF-LINE 或 HOST OFF-LINE(依照設備設定值)。
5 HOST 已回覆 S1F2 並同意進入 ON-LINE 狀態 設備上傳 S6F11
6 手動選擇 OFF-LINE 的按鈕使狀態變成 OFF-LINE 設備上傳 S6F11
7 開機後進入 ON-LINE 狀態 無
8 手動選擇將 REMOTE 開關使狀態變成 REMOTE 設備上傳 S6F11
9 手動選擇將 LOCAL 開關使狀態變成 LOCAL 設備上傳 S6F11
10 HOST 主動要求狀態變成 OFF-LINE HOST 下傳 S1F15 到設備
11 HOST 主動要求狀態變成 ON-LINE HOST 下傳 S1F17 到設備
3.3. 設備性能和設備通訊介面劇本
本節說明設備性能和設備通訊介面劇本(Equipment Capabilities and Scenarios)，上層通訊介面軟體設計前必須有完整的訊息劇本可以參照，因此 本章將依據 SEMI E30 GEM 的規範來規劃集束型製程設備上層主機通訊介的劇本 內容。 符號意義以表格 3-5 為例說明，上層主機送出訊息 S1F13 給 CTC，符號(→) 表示訊息傳遞的方向，當設備處理完訊息 S1F13 的命令後，回覆訊息 S1F14 給 上層主機[3]。
3.3.1. 建立連線的劇本
如果上層主機想要與 CTC 做訊息的傳遞，則通訊之前必須先建立 HSMS 的通訊 後再完成建立連線的劇本的訊息傳遞，當連線狀態位置在 COMMUNICATION 時，上 層主機才可以與 CTC 進行其它劇本的溝通，所以如果連現狀態在其它狀態位置 則任何訊息強制送出也是無意意義的，表格 3-5 為建立連線的劇本。表格 3-5 Host Attempts to Establish Communication
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上層主機要求建立連線 S1F13 →
← S1F14 建立連線後回覆訊息
3.3.2. 資料收集的劇本
上層主機可以藉由資料收集(Data Collection)的劇本來擷取設備狀態與製程 參數，上層主機收到資料後可以製作成各種統計圖表來進行分析，在未來發展 APC(Advanced Process Control)這是一個重要的劇本單元。
3.3.2.1. 事件報告收集(Event Data Collection)
當設備有事件發生時，設備會送出事件報告給上層主機，而事件報告的傳送使 用訊息 S6F11 來通知上層主機，每個事件報告上傳時都會連結一些資料送給上層 主機，表格 3-6 為事件報告傳送的劇本。
表格 3-6 Event Report from Equipment
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← S6F11 當事件發生時,設備送出事件 報告給Host. 上層主機回覆訊息已收到 S6F12 → 由於每個事件報告都有特定的編號(CEID)，所以上層主機可以要求設備上傳特 定事件報告所連結的資料內容，只要使用訊息 S6F15 指定所需的 CEID 後傳送給 設備，待設備回傳訊息 S6F16 即可得到所需的資料，表格 3-7 為取得事件報告資 料的劇本。
表格 3-7 Host Requests Event Report
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Host 要求上傳CEID所連結的 資料現況 S6F15 → ← S6F16 上傳CEID所連結的資料 每個事件報告都有資料連結的預設值，但是為了滿足製程分析的需要。所以這 個預設值是可以被任意改變的，表格 3-8 提供了修改事件報告的預設值的劇 本，藉由這個劇本上層主機可以任意修改事件報告與資料連結預設值，執行完這 個劇本以後，設備控制器不需要重新開機即可完成新資料連結。
表格 3-8 Event Reporting Setup
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設定RPTID與VID之間的連結 S2F33 → ← S2F34 回覆設定結果 設定CEID與RPTID之間的連結 S2F35 → ← S2F36 回覆設定結果 設定事件發生時是否要上傳 S2F37 → ← S2F38 回覆設定結果
3.3.2.2. 變數資料收集(Variable Data Collection）
在半導體設備裏的製程變數可分為有三種，分別為狀態變數(SV)、設備常數 (EC)、事件變數(DV)下面詳細說明之：
（1） 狀態變數(Status Variables，簡稱 SV)：
連續不間斷的製程變數稱之為狀態變數，例如濕度、風速、排氣、熱板溫度、 時間等等，集束型製程設備的狀態變數編號(SVID)在 3.5.2 一節有表列說明。 （2） 設備常數（Equipment Constants，簡稱 EC）
當設備出廠時既有的設定值稱之為設備常數，當設備硬體或軟體版本不被修改 的情形下設備常數的值是不應該被改變，例如軟體版本、設備硬體模組編號等 等，集束型製程設備的設備常數編號(ECID)在 3.5.3 一節有表列說明。 （3） 事件變數(Data Variables，簡稱 DV)： 因事件而產生變數稱之為事件變數，但如果沒有事件的發生這個變數就應該不 存在，例如當模組製程模組開始時間、模組收到晶圓的時間等等，集束型製程設 備的事件變數編號(DVID)在 3.5.4 一節有表列說明。
每個筆資料變數都可以重複被群組歸類，而我們以報告編號(RPTID)作為分每 個群組的名稱。所以上層主機可以要求設備上傳特定變數群組所連結的變數內 容，只要使用訊息 S6F19 並指定所需的 RPTID 後傳送給設備，設備會回傳訊息 S6F20 給上層主機，表格 3-9 為取得變數群組劇本。
表格 3-9 Host Requests a Report
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Host 要求上傳 RPTID 所連結的 資料數據 S6F19 → ← S6F20 上傳 RPTID 所連結的 SV 值 變數的種類為 SV、EC、DV 三種，每個變數名稱都被賦予一個編碼，所以上層 主機可以指定變數編號(SVID、ECID、DVID)向設備詢問變數目前的數值。如果要 取得狀態變數(Status Variable，簡稱 SV)內容時只要使用訊息 S1F3 傳送給設 備，設備會回傳訊息 S1F4 給上層主機並附帶狀態變數內容，表格 3-10 為取得狀 態變數內容的劇本。
表格 3-10 Host Requests Current Status Variable Value
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上層主機要狀態變數(SV)資料 S1F3 →
← S1F4 設備上傳狀態變數(SV)資料
每個狀態變數都有一個名稱，上層主機可以使用訊息 S1F11 來要求設備上傳所 有狀態變數的名稱與變數編號，設備會回傳訊息 S1F12 給上層主機並附上所有狀 態變數名稱與變數編號，表格 3-11 為取得狀態變數清單的劇本。
表格 3-11 Host Requests Status Variable Name list
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上層主機要求狀態變數(SV)名 稱清單 S1F11 → ← S1F12 設備上傳狀態變數(SV)清單 變數的種類為 SV、EC、DV 三種，每個變數名稱都被賦予一個編碼，所以上層 主機可以指定變數編號(SVID、ECID、DVID)向設備詢問變數目前的數值。如果要 取得設備常設常數(Equipment Constant ，簡稱 EC)內容時只要使用訊息 S2F13 傳送給設備，設備會回傳訊息 S2F14 給上層主機並附帶設備常數內容，表格 3-12 為取得設備常數內容的劇本。
表格 3-12 Host Requests Equipment Current Constant Values
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上層主機需要設備常數資料 S2F13 →
← S2F14 設備上傳設備常數資料
每個設備常數都有一個名稱，上層主機可以使用訊息 S2F29 來要求設備上傳所 有設備常數的名稱與變數編號，設備會回傳訊息 S2F30 給上層主機並附上所有設 備常數名稱與變數編號，表格 3-13 為取得設備常數清單的劇本。
表格 3-13 Host Requests Equipment Constant Name list
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上層主機需要設備常數名稱 S2F29 →
3.3.2.3. 追蹤資料收集（Trace Data Collection） 為了讓上層主機長時間取得製程資料，設備提供了追蹤資料收集的劇本，上層 主機先用訊息 S2F23 來規定設備上傳製程資料的頻率與次數，然後設備會固定監 控頻率用訊息 S6F1 附帶製程資料給上層主機，訊息 S6F1 的傳送次數設備會依照 上層主機規定來完成，當最後一筆製程資料上傳以後會產生一個事件報告，這個 事件報告會用訊息 S6F11 上傳給上層主機。表格 3-14 為追蹤資料收集的劇本， 另外在章節 6.2.4 有追蹤資料劇本的驗證與說明請參考之。
表格 3-14 Trace Data Collection
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上層主機要求設備送出Trace Report S2F23 → ← S2F24 回覆訊息已收到 ← S6F1 上傳{SV...SV} 回覆訊息已收到Trace Report S6F2 → ← S6F11 送出Trace Report結束事件 回覆訊息已收到 S6F12 → 3.3.2.4. 製程變數區間監控（Limits Monitoring） 上層主機可以利用追蹤報告的劇本來監控製程變數(指狀態變數，SV)，但如果 這個製程變數只要做區間監控時，我門可以使用本章節的劇本來完成任務。將製 程變數監控的工作交給設備控制器，圖 3-4 Limits Monitoring 關係圖說明設備 控制器對製程變數的做區間監控，如果變數超過監控區間的上限(UPPERDB)或下 限(LOWERDB)值時，設備會用訊息 S6F11 送出事件報告給上層主機。如果上層主 機必須同時與三十台設備進行溝通時，這類劇本的優點大大降低網路流量，追蹤 報告的劇本可能會造成網路過載。
圖 3-4 Limits Monitoring 關係圖
上層主機要求設備監控製程變數區間範圍時，上層主機會利用訊息 S2F45 來定 義製程變數區間範圍，當設備完成新的設定值以後會利用訊息 S2F46 來通知上層 主機。表格 3-15 為上層主機定義製程變數區間範圍的劇本。
表格 3-15 Host Defines Limit Attributes
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定義SV的監控區間範圍 S2F45 → ← S2F46 更新SV的監控區間範圍後回覆 訊息 上層主機在使用訊息 S2F45 來定義製程變數區間範圍前，可以用訊息劇本 S2F47 取得製程變數監控的區間範圍，表格 3-16 為上層主機取得製程變數監控 的區間範圍的劇本。
表格 3-16 Host Queries Equipment for Current Limits.
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上層主機要求設備上傳SV的監
控範圍
S2F47 →
當製程變數超過監控區間的上限(UPPERDB)或下限(LOWERDB)值時，設備會用訊 息 S6F11 送出事件報告給上層主機，上層主機的使用者可以馬上通知相關人員前 往處理，以免造成晶圓的損失。
表格 3-17 Limit Zone Transition Event from Equipment
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← S6F11 當SV超過監控的上下限時 上層主機回覆訊息已收到 S6F12 → 3.3.2.5. 連線狀態確認(ON-LINE Identification) 由於上層主機與設備長時間進行訊息的交換，有時候乙太網路會發生異常或是 訊息資料流失，這時候上層主機可以利用訊息 S1F1 來測試彼此之間的連線是否 正常，只要上層主機可以完整的接收設備回覆的訊息 S1F2，那麼訊息測試結果 就算正常。 表格 3-18 為上層主機與設備測試連線的劇本。 表格 3-18 Host Initiated
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測試連線狀態是否正常 S1F1 → ← S1F2 設備回覆上層主機訊息
3.3.3. 警報管理的劇本
當設備發生異常時，例如機械手臂撞到機身造成伺服驅動器異常，這時候設備 會主動送出警報訊息(Alarm)S5F1 給上層主機，但由於設備異常是一個重要事 件，所以設備也會傳送事件報告用訊息 S6F11 傳給上層主機。表格 3-19 為設備 異常發生時的劇本，經由這個劇本上層主機可以知道設備發生警急的事故。表格 3-19 Send Alarm Report
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← S5F1 設備送出Alarm報告 上層主機回覆訊息已收到 S5F2 → ← S6F11 送出Alarm發生的事件報告 上層主機回覆訊息已收到 S6F12 →
3.3.4. 遠端控制的劇本
設備提供上層主機遠端控制的功能，上層主機可以用訊息 S2F41 來對設備進行 遠端控制。本章節規劃遠端控制(Remote Control)功能的劇本，但遠端控制功能 被控制狀態圖所規範，所以表格 3-20 說明遠端控制功能的項目與限制。 我們以＂ START＂功能為例說明之，表格 3-20 的符號＂○＂為允許功能、符 號＂╳＂為禁止功能，當狀態位置在 LOCAL 時，上層主機無法要求設備開始執行 製程工作必須要手動操作。當狀態位置在 REMOTE 時手動操作無效，製程工作開 始必須要由上層主機來控制。 表格 3-20 遠端控制功能的項目與限制 狀態圖在 LOCAL 時 狀態圖在 REMOTE 時 遠端控制命令/手動操作 手動操作 Host 控制 手動操作 Host 控制 PR-JOB CREATE ╳ ○ ╳ ○ START ○ ╳ ╳ ○ ABORT ○ ╳ ○ ○ PAUSE ○ ╳ ○ ○ RESUM ○ ╳ ○ ○ ON-LINE LOCAL ╳ ╳ ○ ○ ON-LINE REMOTE ○ ○ ╳ ╳當上層主機要對設備進行遠端控制時候，上層主機會傳遞訊息 S2F41 給設備， 要求執行遠端控制命令，而每個遠端控制命令都被控制狀態圖所限制，所以設備 並不是一定會執行命令。當遠端控制命令被執行時會產生一個事件，這時候設備 會上傳事件報告用訊息 S6F11 送給上層主機，表格 3-21 為遠端控制命令的訊息 劇本。
表格 3-21 Host Sends Equipment a Remote Command
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上層主機下達遠端控制命令 S2F41 → ← S2F42 設備收到遠端控制命令 ← S6F11 執行新的工作後上傳事件報告 上層主機回覆訊息已收到 S6F12 →
3.3.5. 製程配方管理的劇本
製程配方的管理功能有上傳、下載、刪除等項目，一般我們編輯新的製程配方 時是使用設備控制器所提供的操作畫面，但為了讓上層主機也可以編修設備內的 製程配方所以規劃了製程配方管理的劇本，上層主機只需要藉由訊息劇本的傳遞 也可以完成 CTC 操作畫面上所提供的各項功能。 當製程配方被建立、編輯、刪 除、更名時會有事件產生，這時候設備必須傳送事件報告給上層主機，表格 3-22 為製程配方被建立、編輯、刪除、更名時，設備送給上層主機的事件報告劇本。 表格 3-22 Process Program Creating, Editing, or Deleting on EquipmentComment Host Equipment Comment
← S6F11
當對製程配方進行建立、編
輯、刪除、更名時。
當上層主機要刪除製程配方時，上層主機會傳送訊息 S7F17 給設備並指定製程 配方名稱（Process Program ID，簡稱 PPID），當設備收到訊息後會刪除這筆 PPID 後回覆上層主機訊息 S7F18。表格 3-23 為製程配方被建刪除的劇本，另外在章 節 6.2.5.4 有劇本的驗證與說明請參考之。
表格 3-23 Deleting a Process Program by Host
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上層主機要求刪除製程配方 S7F17 →
← S7F18 製程配方已刪除
當上層主機要設備提供製程配方名稱清單時，上層主機會傳送訊息 S7F19 給設 備，設備會用訊息 S7F20 來回報製程配方名稱清單給上層主機，表格 3-24 為上 層主機要求設備提供製程配方名稱清單的劇本。
表格 3-24 Host Request Equipment Process Program Directory
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上層主機要求上傳製程配方的 清單 S7F19 → ← S7F20 上傳製程配方的清單 當上層主機要設備提供製程配方內容時，上層主機會用訊息 S7F25 並指定 PPID 傳送給設備，設備會用訊息 S7F26 來回報製程配方內容給上層主機。
表格 3-25 Equipment-initiated Process Program Uploading
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上層主機要求上傳製程配方 S7F25 →
當上層主機要建立新的製程配方時，上層主機會先用訊息 S7F1 詢問是否同意 建立新的製程配方，設備會回覆訊息 S7F2 給上層主機並答覆上層主機。如設備 同意上層主機建立新的製程配方時，這時候上層主機會用訊息 S7F23 來建立新的 製程配方。而設備會檢查製程配方的格式是否有錯誤，檢查結果會用訊息 S7F27 來告知上層主機。表格 3-26 為上層主機建立新的製程配方的劇本。
表格 3-26 Host-initiated Process Program Downloading
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詢問製程配方是否可以下傳 S7F1 → ← S7F2 同意下傳 開始下傳製程配方 S7F23 → ← S7F24 已收到製程配方 ← S7F27 回報製程配方的檢查結果 回覆已收到檢查結果 S7F28 →
3.3.6. 材料搬運的劇本
當晶圓被機械手臂傳送到製程模組時會產生事件，這時候設備必須用訊息 S6F11 來傳送事件報告給上層主機。上層主機可以利用材料搬運的事件訊息來紀 錄晶圓的傳輸時間用於估算設備產能。表格 3-27 晶圓被搬運時的事件報告劇本。 表格 3-27 Material MovementComment Host Equipment Comment
← S6F11
製程模組收到 wafer 或送出
wafer
3.3.7. 設備終端機服務的劇本
上層主機與設備使用者如果要傳遞傳遞文字訊息可以用設備終端機服務
(Equipment Terminal Service)的劇本，這個劇本提供了雙向的文字訊息傳遞， 藉由終端機服務的劇本可以讓雙方即時交換資訊。
上層主機傳送文字訊息給設備時使用訊息 S10F3，當文字訊息被顯示在機台畫 面時候會產生事件，設備會用訊息 S6F11 來傳送事件報告，上層主機藉由這個事 件報告得知文字訊息已被設備使用者接收。表格 3-28 為上層主機送出文字訊息 給設備的劇本。
表格 3-28 Host Sends Information to Equipment
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上層主機送出文字訊息給設備 S10F3 → ← S10F4 設備收到文字訊息 ← S6F11 文字內容已在設備端被顯示 上層主機回覆訊息已收到 S6F12 → 設備使用者傳送文字訊息給上層主機時使用訊息 S10F1，上層主機接收訊息後 會回覆訊息 S10F2 給設備使用者。表格 3-29 為設備送出文字訊息給上層主機的 劇本。
表格 3-29 Operator Sends TEXT Information to Host
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← S10F1 設備使用者送出文字訊息
3.3.8. 訊息格式錯誤回報的劇本
本章節提供訊息格式錯誤報的劇本，當上層主機與設備之間訊息傳遞時發生訊 息格式的問題時，設備必須上傳一個 S9 系列的訊息格式錯誤報告(Error message) 給上層主機，讓上層主機知道通訊發生異常。關於訊息格式規定請參考 SEMI E37 HSMS 有詳細說明。 每個設備都有一個編號（Device Id），當上層主機傳送訊息給設備時為避免傳 送錯誤，所以上層主機必須在 HSMS 訊息格式的第 2 個 byte 位置寫入設備編號， 待設備接收訊息後可以藉由這 byte 的資料來判斷這個訊息是否有傳送錯誤。表 格 3-30 為設備發現錯誤的 device 的劇本，劇本裏的符號＂SxFy＂泛指所有的訊 息編號。表格 3-30 Message Fault due to Unrecognized Device ID
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上層主機傳送訊息 SxFy →
← S9F1 Device Id 未被認可
當上層主機下傳的訊息裏的 Stream(符號 Sx)有格式錯誤時，設備會利用訊息 S9F3 來告知上層主機錯誤的原因，在 HSMS 的訊息格式第 3 個 byte 位置的前 7 個 bit(數值 0 到 127)為 Sx 的編號。表格 3-31 為設備發現 Sx 錯誤的劇本。
表格 3-31 Message Fault due to Unrecognized Stream Type
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上層主機傳送訊息 SxFy →
當上層主機下傳的訊息裏的 Function (符號 Fx)有格式錯誤時，設備會利用 訊息 S9F5 來告知上層主機錯誤的原因，在 HSMS 的訊息格式第 4 個 byte 位置為 Fx 的編號。表格 3-32 為設備發現 Fx 錯誤的劇本。
表格 3-32 Message Fault due to Unrecognized Function Type
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上層主機傳送訊息 SxFy →
← S9F5 Function Type 未被認可
當上層主機下傳的訊息格式錯誤時，設備會利用訊息 S9F7 來告知上層主機錯 誤的原因，在 HSMS 的訊息格式從第 11 個 byte 以後的位置為訊息格式。表格 3-33 為設備發現訊息格式錯誤的劇本。
表格 3-33 Message Fault due to Unrecognized Data Format
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上層主機傳送訊息 SxFy → ← S9F7 未被認可的資料格式 大多的訊息(SxFy)都為單數送出偶數接收，如果設備上傳訊息給上層主機而上 層主機超過 T3 秒未回覆訊息給設備時，這時候設備會利用訊息 S9F9 來告知上等 待回覆時間超過 T3 的異常發生。表格 3-34 為設備等待回覆訊息過久的劇本。劇 本裏的 T3 為時間代碼，一般設定值為 30 到 60 秒。
表格 3-34 Message Fault due to Transaction Timer Timeout
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上層主機傳送訊息 SxFy →
3.3.9. 時間管理的劇本
上層主機與設備之間的時間必須一致，如果兩者的時間有落差時會造成製程分 析與設備履歷管理困難所以兩者的系統時間必須同步，本章節規劃時間管理的劇 本用於時間管理。 設備為了要和上層主機時間同步，設備會送出訊息 S2F17 給上層主機，上層主 機會回覆目前時間用訊息 S2F18 給設備。表格 3-35 為設備向上層主機要時間的 劇本。表格 3-35 Equipment Requests TIME
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← S2F17 要求上層主機下傳正確時間
下傳正確時間 S2F18 →
當上層主機要求設備調整時間時，上層主機會將時間用訊息 S2F31 來下傳給設 備，待設備設更新系統時間後，設備會回覆訊息 S2F32 給上層主機。表格 3-36 為上層主機要求設備更新系統時間的劇本。
表格 3-36 Host Requests Equipment to Set Time
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上層主機下傳時間 S2F31 →
格式如下:
14:49:58.55(時分秒毫秒)
當上層主機想要知道設備目前的系統時間時，上層主機會將時間用訊息 S2F17 來下傳給設備，設備會將系統時間用訊息 S2F18 給回覆給上層主機。表格 3-37 為上層主機要求設備上傳系統時間的劇本。
表格 3-37 Host Requests Equipment's Time Value
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上層主機要求設備時間 S2F17 → ← S2F18 送出設備時間
3.3.10.
控制狀態圖遷移的劇本
遠端控制的功能受限於控制狀態圖，本章節說明如何使用劇本訊息來改變控制 狀態圖的位置，而設備與上層主機之間的控制狀態遷移，上層主機可訊息劇本來 改變設備的控制狀態也可以由設備使用者來手動操作的改變控制狀態。 當設備想要改變控制狀態位置從『OFF-LINE』遷移到到『ON-LINE』時，這時 設備會詢問上層主機是否同意改變控制狀態位置用訊息 S1F1，待上層主機回覆 訊息 S1F2 後設備會去改變控制狀態。當控制狀態被改變時會產生一個事件報 告，這個事件報告會用訊息 S6F11 上傳給上層主機。表格 3-38 為上層主機接受 設備『ON-LINE』要求的劇本。表格 3-38 Host Accepts ON-LINE Request from Equipment
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← S1F1 設備要求改變控制狀態
上層主機回覆訊息 S1F2 →
← S6F11 控制狀態改變後送出事件報告
當設備想要改變控制狀態位置從『OFF-LINE』變成『ON-LINE』時，這時設備會 詢問上層主機是否同意改變控制狀態位置用訊息 S1F1，如果上層主機拒絕控制 狀態被改變時會用訊息 S1F0 來告知設備。表格 3-39 為上層主機拒絕設備 『ON-LINE』要求的劇本。
表格 3-39 Host Refuses ON-LINE Request
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← S1F1 設備要求改變控制狀態
上層主機回覆訊息 S1F2 →
當設備使用者用設備軟體操作設備畫面來改變控制狀態位置時會產生一個事件 報告，這個事件報告會用訊息 S6F11 上傳給上層主機。表格 3-40 為手動改變控 制狀態位置到『OFF-LINE』的劇本。
表格 3-40 Operator Attempts to Enter OFF-LINE
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← S6F11 手動操作狀態遷移到OFF-LINE
上層主機回覆訊息 S6F12 →
當設備使用者想要改變控制狀態位置變成『ON-LINE REMOTE』時會產生一個事 件報告，這個事件報告會用訊息 S6F11 上傳給上層主機。表格 3-41 為手動改變 控制狀態位置到『ON-LINE REMOTE』的劇本。
表格 3-41 Operator Attempts to Enter REMOTE
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← S6F11 手動操作狀態遷移到REMOTE
當設備使用者想要改變控制狀態位置變成『ON-LINE LOCAL』時會產生一個事件 報告，這個事件報告會用訊息 S6F11 上傳給上層主機。表格 3-42 為手動改變控 制狀態位置到『ON-LINE LOCAL』的劇本。
表格 3-42 Operator Attempts to Enter LOCAL
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← S6F11 手動操作狀態遷移到LOCAL 上層主機回覆訊息 S6F12 → 當上層主機想要改變控制狀態位置從『ON-LINE』遷移到到『OFF-LINE』時，這 時上層主機會要求設備改變控制狀態位置用訊息 S1F15，設備會回覆訊息 S1F16 給上層主幾，待設備改變控制狀態以後時會產生一個事件報告，這個事件報告會 用訊息 S6F11 上傳給上層主機。表格 3-43 為上層主機要求控制狀態變成 『OFF-LINE』的劇本。
表格 3-43 Host Requests to Enter OFFLINE
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上層主機要求控制狀態切換為 OFF-LINE S1F15 → ← S1F16 ON-LINE狀態切換成OFF-LINE 狀態 ， ← S6F11 控制狀態改變送出事件報告 上層主機回覆訊息 S6F12 →
當上層主機想要改變控制狀態位置從『OFF-LINE』遷移到到『ON-LINE』時，這 時上層主機會要求設備改變控制狀態位置用訊息 S1F17，設備會回覆訊息 S1F18 給上層主幾，待設備改變控制狀態以後時會產生一個事件報告，這個事件報告會 用訊息 S6F11 上傳給上層主機。表格 3-44 為上層主機要求控制狀態變成
『ON-LINE』的劇本。
表格 3-44 Host Attempts Enter ONLINE.
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上層主機要求控制狀態切換為 ON-LINE S1F17 → ← S1F18 從OFF-LINE狀態切換 ON-LINE 狀態 ← S6F11 控制狀態改變送出事件報告 上層主機回覆訊息已收到 S6F12 → 上層主機可以利用訊息 S1F1 來測試彼此之間的連線是否正常，只要上層主機 可以完整的接收設備回覆的訊息 S1F2，那麼訊息測試結果就算正常。 表格 3-45 為上層主機與設備測試連線的劇本，另外在 SEMI E30 GEM 規範裏這個訊息劇本 出現過兩次但功能相同，在章節 3.3.2.5 可以看到說明。
表格 3-45 Host Confirms Equipment Presence
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測試連線狀態是否正常 S1F1 →
3.4. 事件報告收集
當設備進行晶圓製程、wafer 搬運動作、控制狀態改變等工作時會有事件發 生，這時候設備必須上傳給上層主機事件報告，上層主機也可以藉由事件報告的 發生來做為設備的監控管理或是自動化作業的依據。當事件發生時設備會上傳訊 息 S6F11 給上層主機，而事件報告會連結 RPTID 與 SVID 給上層主機，待上層主 機確認訊息後會回覆訊息 S6F12 給設備[3]。3.4.1. 事件報告的清單
每一個事件的發生都會有一個事件報告上傳給上層主機，在這事件報告裏的資 料包括 CEID、Event Name 等參數，事件報告送出時需要連結與這事件相關的 RPTID 與 SVID，表格 3-46 為事件報告的清單（Event List），表中的欄位 CEID (Collection Events ID)代表的是事件報告的代碼，欄位 Event Name 是事件報 告名稱，欄位 Description 是觸發事件發生的原因。表格 3-46 Event List
CEID Event Name Description
Control-Related Events：
100 Equipment OFF-LINE 當狀態改變成 OFF-LINE 時
101 Control State LOCAL 當狀態改變成 ON-LINE LOCAL 時
102 Control State REMOTE 當狀態改變成 ON-LINE REMOTE 時
103 Operator Chang Control State 當被手動操畫面時作時
Alarm Management Events：
110 Alarm Detected 當 Alarm 發生時
111 Alarm Cleared 當故障排除後 Alarm 被消除時
115 Operator Equipment Constant
Change
當 ECID 設定被更動時
Process Program Management Events：
117 Process Program Change 當 Process Program 被變更時
Limits Monitoring：
120 Limits Zone Transition 當數值超警界範圍時(Limits Monitoring)
121 Start of trace data collection 收集指定的製程資料開始
122 End of trace data collection 收集指定的製程資料結束
Terminal Services Events：
131 Message Recognition 確認受到的訊息 Process-Related Events： 140 Processing Started 當 PMC1 製程開始執行時 141 Processing Completed 當 PMC1 製程結束時 142 Process Stopped 當 PMC1 製程停止時 143 Process Abort 當 PMC1 製程被強制中止時 150 Processing Started 當 PMC2 製程開始執行時 151 Processing Completed 當 PMC2 製程結束時 152 Process Stopped 當 PMC2 製程停止時 153 Process Abort 當 PMC2 製程被強制中止時 160 Processing Started 當 PMC3 製程開始執行時 161 Processing Completed 當 PMC3 製程結束時 162 Process Stopped 當 PMC3 製程停止時 163 Process Abort 當 PMC3 製程被強制中止時 170 Processing Started 當 PMC4 製程開始執行時 171 Processing Completed 當 PMC4 製程結束時
172 Process Stopped 當 PMC4 製程停止時
173 Process Abort 當 PMC4 製程被強制中止時
Material Movement Events：
180 TMC TRJob Start TMC 模組傳輸工做作做開始
181 TMC TRJob Complete TMC 模組傳輸工做作做結束
3.4.2. 事件報告的初始設定
當設備上傳事件報告時必須連結 RPTID，而 RPTID 必須連結 VID 的資料。以表 格 3-47 為例說明例，欄位 Events Format 是用 SML 語法來表示訊息格式，VID 是變數代碼，Format 是變數資料格式，Variable Item 是變數的分類，符號『』 部分為 SML 語法說明。在表格 3-47、表格 3-48、表格 3-49、表格 3-50、表格 3-51 說明資料連結的預設值。當設備開機時軟體就已經預設這些資料的連結。 如果想要變更資料的連結，可以用手動的方式設定或由藉由訊息劇本來修改。 表格 3-47 Alarm Event Group 的資料連結預設值
CEID:110 Alarm Detected 『CEID 編號為 110，Event Name 為 Alarm Detected』 CEID:111 Alarm Cleared 『CEID 編號為 111，Event Name 為 Alarm Cleared』
Events Format （採用 SML 語法） VID Format Variable Item
L,3 『1 個 List 下掛了 3 個 List』
1.<DATAID> 『第 1 個 List 是 DATA ID』
2.<CEID> 『第 2 個 List 是 CEID』
3.L,1 『第 3 個 List 下又掛了 1 個 List』
1.L,2 『雖然只有 1 個 List 但又掛了 2 個 List』
1.<RPTID>『第 1 個 List 是 RPTID』
2.L,2 『第 2 個 List 又掛了 2 個 List』
1.<CLOCK> 『第 1 個 List 是 CLOCK』
2.<EventName> 『第 2 個 List 是 EventName』
1 101 311 20 20 20 20 20 SV DV
表格 3-48 Control-Related Events 的資料連結預設值 CEID:100 Equipment OFF-LINE
CEID:101 Control State LOCAL CEID:102 Control State REMOTE
Events Format VID Format Variable Item L,3 1.<DATAID> 2.<CEID> 3.L,2 1.L,2 1.<RPTID>=1 2.L,2 1.<CLOCK> 2.<EventName> 2.L,2 1.<RPTID>=2 2.L,2 1.<ControlState> 2.<PreviousControlState> 101 311 102 103 20 20 20 20 20 20 20 20 SV DV SV SV 【訊息範例】 S6F11 <L[3] <A[1] "1"> <A[3] "100"> <L[2] <L[2] <A[7] "RPTID 1"> <L[2] <A[8] "01:26:43">
<A[13] "Equipment OFF-LINE"> > > <L[2] <A[7] "RPTID 2"> <L[2] <A[2] "30"> <A[2] "10"> > > > > .
表格 3-49 Operator Change Event Group的資料連結預設值 CEID:103 Operator Chang Control State
Events Format VID Format Variable Item L,3 1.<DATAID> 2.<CEID> 3.L,2 1.L,2 1.<RPTID>=1 2.L,2 1.<CLOCK> 2.<EventName> 2.L,2 1.<RPTID>=14 2.L,2 1.<OperatorName> 2.<OperatorLevel> 101 311 121 122 20 20 20 20 20 20 20 20 SV DV SV SV 【訊息範例】 S6F11 <L[3] <A[1] "1"> <A[3] "103"> <L[2] <L[2] <A[7] "RPTID 1"> <L[2] <A[8] "02:55:51">
<A[0] "Operator Chang Control State"> > > <L[2] <A[8] "RPTID 14"> <L[2] <A[5] "Barry"> <A[1] "3"> > > > > .
表格 3-50 Process Program Event Group 的資料連結預設值 CEID:117 Process Program Change
Events Format VID Format Variable Item L,3 1.<DATAID> 2.<CEID> 3.L,2 1.L,2 1.<RPTID>=1 2.L,2 1.<CLOCK> 2.<EventName> 2.L,2 1.<RPTID>=15 2.L,3 1.<PPChangeName> 2.<PPChangeStatus> 3.<PPRenamedName> 101 311 302 303 304 20 20 20 20 20 20 20 20 20 SV DV DV DV DV 【訊息範例】 S6F11 <L[3] <A[1] "2"> <A[3] "117"> <L[2] <L[2] <A[7] "RPTID 1"> <L[2] <A[8] "03:03:06">
<A[0] "Process Program Change"> > > <L[2] <A[8] "RPTID 15"> <L[3] <A[0] "AMD777"> <A[0] "4"> <A[0] "AMD555"> > > > > .
表格 3-51 Process-Related Events Group 的資料連結預設值 CEID: 140、150、160、170 Process Started
CEID: 141、151、161、171 Processing Completed CEID: 142、152、162、172 Process Stopped CEID: 143、153、163、173 Process Abort
Events Format VID Format Variable Item L,3 1.<DATAID> 2.<CEID> 3.L,2 1.L,2 1.<RPTID>=1 2.L,2 1.<CLOCK> 2.<EventName> 2.L,2 1.<RPTID>=8 2.L,4 1.<EventPrJobID> 2.<EventPrJobState> 3.<EventPrJobTime> 4.<PPID> 101 311 307 308 309 310 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 SV DV DV DV DV DV 【訊息範例】 S6F11 <L[3] <A[1] "1"> <A[3] "140"> <L[2] <L[2] <A[7] "RPTID 1"> <L[2] <A[8] "03:18:01">
<A[0] "Process Started"> > > <L[2] <A[8] "RPTID 16"> <L[4] <A[0] "LOT001"> <A[0] "2"> <A[0] "03:18:01"> <A[0] "AMD555"> > > >>.
