システム開発

GEM300は3Hzが上限。プラズマアーク検出には30kHz要る——装置通信の標準が作り直されている

半導体の製造装置を動かすソフトウェアは、組込み開発の中でもかなり特殊な領域です。装置そのものを制御するリアルタイム系と、工場の上位システムと話す通信系が、1台の中に同居している。そしていま、後者の通信規格が作り直されようとしています。理由は単純で、速度が足りないからです。

1万倍のギャップ

まず数字を並べます。

• SECS/GEM／25年前は1Hz報告。現在は10〜20Hzをサポート
• GEM300／3Hzが上限
• リアルタイムのプラズマアーク検出に必要なサンプリング／30kHz
• 装置ログファイル経由なら取れる例／レーザーパワー強度300Hz

Tignis の Boyd Finlay 氏は「GEM300 is very limiting when it comes to critical tool sensor data, as it tops out at 3 hertz」と述べています。

つまり、装置の中では取れているデータが、標準の経路では上に出せない。現場が装置ログファイルを直接読みに行く回避策を取るのは、この構造があるからです。

PDF Solutions の Brian Rubow 氏は「Eventually, the limiting factor is the network and the packet sizes」とし、1パケットずつ送るのではなくデータをバッファリングする方法を考えた、と述べています。

標準のレイヤー構造

装置ソフトを書く側が触る標準は、おおむね次のように分かれています。括弧内は現行リビジョンです。

• 通信プロトコル／E4-0418（SECS-I）、E5-0622（SECS-II）、E37-0222（HSMS Generic Services）、E39-1218（Object Services）
• 装置制御／E30-0423（GEM）、E40-1218（Processing Management）、E87-0921（Carrier Management）、E90-0921（Substrate Tracking）、E94-0314（Control Job Management）
• 予測分析／E116-0518（Equipment Performance Tracking）
• 情報モデル（EDA）／E120-0922（Common Equipment Model）、E125-1022（Equipment Self Description）、E132-0922（Client Authentication and Authorization）、E134-1022（Data Collection Management）、E164-0414（EDA Common Metadata）、E179-0822（Protocol Buffers Common Components）
• データ統合／E172-0320（SECS Equipment Data Dictionary）

GEM300は、E37（HSMS）とE5（SECS-II）を土台に、E30、E39、E40、E87、E90、E94で構成されます。レチクルを扱う装置ではE109（レチクル・ポッド管理）が加わります。

運用上の違いも知っておくと役に立ちます。GEMインターフェースの変更にはECO（engineering change order）が必要ですが、EDAのデータ収集変更はECO不要。この差が、どちらの経路でデータを取るかの判断に効いてきます。

EDA Freeze 3：SOAP/XMLからgRPCへ

Interface A（EDA）の改訂であるFreeze 3は、HTTP/1.1＋SOAP/XMLを、HTTP/2＋gRPC＋Protocol Buffersに置き換えるものです。対象スイートはE120／E125／E128／E132／E134／E138／E164。推進はInformation & Control技術委員会配下のDDA（Diagnostic Data Acquisition）タスクフォースです。

2026年の進捗は、北米Information & Control委員会の議事から追えます。

• Winter 2026／Ballot 7422（E164、Freeze 3の必須要件）が否決。E164が通らない限りFreeze 3は宣言できず、公開は「best caseで2026年後半」
• Spring 2026／Ballot 7419A（E120／E125／E132／E134／E179＝Freeze 3のコア）がratification ballotに進行。一方Ballot 7422は再び否決
• 新設／Digital Twinタスクフォース。最初のballotは用語定義と最小要件で、インターフェースは後フェーズ

ベンダー側の実装も出ています。Agileo AutomationはAgil'EDAを発表（2026年3月23日）。Freeze 2（SOAP/XML）を完全サポートし、Freeze 3（gRPC/Protocol Buffers）向けのアーキテクチャを持つとしています。制御フローとデータフローを分離し、高頻度収集が装置動作を妨げない設計、暗号化通信と認証を内蔵。ただしスループットやレイテンシの改善値は示されておらず、すべて自社発表です。

暗号化されていないプロトコルに、TLSを被せる

ここが2026年の装置ソフト領域で、最も生々しい論点です。

SECS-IもHSMSも暗号化されていません。これがサイバーセキュリティ上のリスクになっているという問題意識から、GEM 300タスクフォースが安全なプロトコルを検討しています。

• 2025年夏／SNARF段階。技術方向性（gRPC／HTTP/2／WebSockets／secure TCP/IP）を選べずペンディング
• Winter 2026／Ballot 7428（TCP/IP → TLS → HSMS-SS の順でレイヤー化する案）が否決。理由は証明書検証の詳細欠落。ただし全投票者が基本アプローチには同意
• Spring 2026／Ballot 7428A が再度否決。今度の理由は「軽微なSEMI手続き上の問題」で、強い技術的コンセンサスありとされた。GEM 300タスクフォースで開発中の最もインパクトの大きい項目と位置づけ

2回否決されているのに「技術的合意はできている」という状態です。実装側から見れば、来るのは確実だが、まだ仕様が固まっていない。新規に装置ソフトを設計するなら、トランスポート層を差し替えられる構造にしておく価値があります。

装置の中はEtherCAT

上位との通信がSEMI標準なのに対し、装置内のセンサ・アクチュエータ・モーション制御はEtherCATが事実上の標準です。

• 経緯／Beckhoffが2003年に発表。2007年にSEMI標準として採択。EtherCAT Technology Group内に2011年に半導体ワーキンググループを設立
• 該当標準／SEMI E54.20-0624（Specification for Sensor/Actuator Network Communications for EtherCAT）。SEMI SANスイートの一部で、E54.1準拠
• デバイスプロファイル／マスフローコントローラ、高真空ポンプ、プラズマ／高周波ジェネレータなど装置固有の挙動を定義。2023年12月時点で24仕様
• 追加された4プロファイル／液体流量コントローラ、ウェハ処理チャンバ用温度センサ、電圧・電流周波数解析用センサ、特殊プロセス制御バルブ
• 策定中／OES（光学発光分光）用プロファイル。1通信サイクルあたり最大500バイトの周期的生データをサポートする必要がある

ワーキンググループは年2回開催され、最大80名が参加。Applied MaterialsとLAM Researchがホストを務めた回もあります。装置ベンダーが直接プロファイルを決めている構造です。

セキュリティ要件が、装置ソフトの仕様になる

通信の暗号化が標準化を待っている一方で、装置そのもののセキュリティ要件はすでに動いています。

• SEMI E187（2022年1月）／Windows／LinuxがインストールされたFab装置のコンピューティングデバイスが対象。OSサポート、ネットワークセキュリティ、エンドポイント保護、セキュリティ監視の4領域
• SEMI E188（2022年2月）／納入・設置・保守の過程でマルウェアを持ち込まないプロセスを規定。認定済みスキャンツール・スキャン手順・標準化されたスキャンレポートを要求
• SEMI E191（現行E191-1024）／コンピューティングデバイスのセキュリティ状態を報告する仕様。従属標準としてSECS-IIプロトコル版（E191.1）がある
• 調達要件化／TSMCが2023年にE187をウェハfabの調達契約の要件とした

実装側で効くのは、E191の拡張です。「インストール済みアップデート」「インストール済みOSコンポーネント」の2状態変数の追加は公開済み。さらにオープン／確立済みポート、実行中プロセス、ローカルユーザーアカウント、ファイアウォール状態、ドライバーバージョン、BIOS情報を追加する提案が開発中です。

つまり装置ソフトは今後、自分自身の状態をSECS-II経由で報告する機能を持つことになります。制御のための通信に加えて、監査のための通信が標準の一部になるということです。

E187自体も、IEC 62443との整合を目的にSL1（Baseline）／SL2（Enhanced）／SL3（Comprehensive）の3段階化が進んでいます。SL1の必須要件には、ベンダーサポート対象OS、出荷前の脆弱性・マルウェアスキャン、暗号化されたネットワーク通信が含まれる方向です。

最後の項目が、HSMSへのTLS導入と直結します。標準が「暗号化された通信」を求める一方、肝心の装置通信プロトコルがまだ暗号化されていない。この矛盾を埋めるのがBallot 7428／7428Aです。

E188については、エンドユーザーが支持を撤回したためタスクフォースが今後の扱いを検討中とされています。

この領域に入るエンジニアへ

1. C／C++と組込みLinuxの経験が、そのまま前提として効く。制御は温度・圧力・ガス流量・モーターで、産業用通信はEtherCATが中心
2. SEMI標準は外から学びにくいが、覚えると代替が効かない。標準番号とリビジョンで会話が進む領域で、入ってからのキャッチアップが前提になっている
3. トランスポート層を抽象化しておく。HSMSへのTLS導入は技術合意済みで、仕様確定を待っている状態
4. データ経路の選択を意識する。GEM経由はECOが必要、EDA経由は不要。どちらで取るかは性能だけでなく運用の重さで決まる

出典

• Semiconductor Engineering（2025年2月11日、最終更新2025年8月30日）／IC Equipment Communication Standards Struggle As Data Volumes Grow／1Hz→10〜20Hz、GEM300の3Hz上限、30kHz、300Hz、ECOの運用差
• SEMI／Smart Manufacturing Standards／各標準の現行リビジョン
• PDF Solutions／SEMI GEM 300 Standards、North America Information & Control Committee Winter/Spring 2026 Update／Ballot 7419A・7422・7428・7428A、Digital Twinタスクフォース
• SEMI（2019年6月13日）／EDA Freeze 3 Getting Hot
• Businesswire（2026年3月23日）／Agileo Automation Launches Agil'EDA to Accelerate SEMI EDA Adoption
• SEMI Store／SEMI E54.20／EtherCAT向けSAN通信仕様
• Automation.com（2023年12月19日）／EtherCAT semiconductor technical new standards
• Beckhoff／Semiconductor industry – automated with EtherCAT
• SEMI／Semiconductor Cybersecurity — Standards（E187／E188／E191）
• SEMI Standards Watch／How SEMI E187 and E188 Standards Elevate Cybersecurity（2024年3月7日）、E187 Major Revision: Tiered Security Levels（2026年8月20日）

本記事は2026年10月27日時点で公開されている情報に基づいています。ベンダー製品に関する記述は自社発表に基づくもので、性能の第三者検証はありません。EtherCATデバイスプロファイルの総数は2023年12月時点の数字で、それ以降の数は確認できていません。