SEMI SECS/GEM 표준 및 통합에 대한 완벽 가이드

이제 공장 현장의 신경계라고 할 수 있는 SEMI SECS/GEM 표준에 대해 이야기해 보겠습니다.

요약: 주요 시사점

• 글로벌 표준: SEMI SECS/GEM은 반도체 제조 장비와 공장 호스트 시스템을 연결하는 범용 언어로, 다양한 공급업체 간의 상호 운용성을 보장합니다.
• 아키텍처: 이는 계층적 접근 방식을 통해 작동합니다. SECS-I/HSMS는 전송을 처리하고, SECS-II는 메시지 구조를 정의하며, GEM(SEMI E30)은 장비 동작 및 상태 모델을 규정합니다.
• 운영 가치: 이러한 표준은 원격 제어, 경보 관리, 공정 프로그램 관리(레시피) 및 강력한 데이터 수집과 같은 중요한 자동화 기능을 가능하게 합니다.
• 현대적 통합: 산업 4.0 및 스마트 팹에 필요한 고속 데이터 처리량을 처리하려면 기존 직렬 연결에서 이더넷 기반 HSMS로의 전환이 필수적입니다.
• 구현 전략: 성공한 SECS/GEM 통합 하드웨어와 MES 간의 격차를 해소하기 위해서는 엄격한 규정 준수 테스트, 명확한 문서화, 그리고 특수 소프트웨어 드라이버가 필요합니다.

복잡한 약어 해독하기: SECS/GEM이란 무엇일까요?

이 프로토콜은 실제로 SEMI (국제반도체장비재료협회) 에서 관리하는 다양한 표준들의 조합입니다 . 단일한 규칙서가 아니라, 여러 겹으로 쌓인 통신 프로토콜 구조입니다.

커뮤니케이션의 여러 층위

우편 서비스를 생각해 보세요. 트럭이 지나갈 도로(물리적 계층), 주소가 적힌 봉투(메시지 계층), 그리고 수신자가 이해할 수 있는 언어로 작성된 편지(응용 계층)가 필요합니다.

• SECS-I (SEMI E4): 기존 방식입니다. RS-232 직렬 포트를 통해 데이터를 전송합니다. 속도가 느리고 점차 사용되지 않지만, 구형 장비에서는 여전히 사용됩니다.
• HSMS(SEMI E37): 고속 메시지 서비스. 이는 직렬 케이블을 이더넷(TCP/IP)으로 대체했습니다. SECS-I와 동일한 기능을 수행하지만 훨씬 빠르고 안정적입니다.
• SECS-II(SEMI E5): 대화의 "문법"을 정의합니다. 스트림과 함수라고 하는 표준 메시지 라이브러리를 생성하여 호스트와 장비가 데이터 비트를 해석하는 방법을 알 수 있도록 합니다.
• GEM(SEMI E30): 범용 장비 모델(GEM). 이것은 "동작" 계층입니다. SECS-II가 말하는 방식을 정의하는 반면, GEM은 무엇을 언제 말할지를 정의합니다.

GEM이 필요한 이유는 무엇일까요?
GEM 인터페이스가 표준화되기 전에는 장비 공급업체들이 SECS-II 메시지를 임의로 사용하여 자동화 팀에 혼란을 야기했습니다. SEMI E30(GEM)은 특정 상태 모델을 의무화함으로써 동작을 표준화하여 공장이 새로운 장비가 도입될 때마다 호스트 소프트웨어를 다시 작성하지 않고도 규모를 확장할 수 있도록 했습니다.

기술적 기반: 스트림과 함수

SECS/GEM 프로토콜의 원시 로그를 살펴보면 영어 문장은 볼 수 없습니다. 대신 스트림(S) 과 함수(F) 의 구조화된 계층 구조를 볼 수 있습니다.

• 스트림(S): 메시지는 광범위한 범주로 분류됩니다(예: 스트림 1은 장비 상태, 스트림 6은 데이터 수집).
• 함수(F): 해당 범주 내의 특정 동작(예: 기능 1은 "거기 계세요?", 기능 2는 "네, 있습니다.").

가장 일반적인 메시지 코드

이 메시지들 내부에서 데이터는 리스트와 항목(ASCII 문자열, 정수, 부울)으로 구성됩니다. 호스트가 4바이트 정수를 예상하는데 장비가 2바이트 정수를 보내면 통신이 끊어집니다. 이러한 절대적인 엄격함 때문에 SECS/GEM 통신은 제대로 구성되면 매우 안정적입니다.

작전의 핵심: GEM 상태 모델

호스트는 장비의 작동 상태를 항상 정확하게 파악해야 합니다. 이를 해결하기 위해 SEMI 표준은 두 가지 주요 상태 모델을 사용합니다.

1. 제어 상태

제어 상태 모델은 누가 기계를 조종하는지 결정합니다.

• 오프라인 : 장비는 호스트와 통신은 하고 있지만, 작동 명령을 수락하지 않고 있습니다.
• 온라인-지역: 물리적 장비의 운영자가 제어권을 가지고 있습니다. 호스트는 데이터를 모니터링할 수는 있지만 실행 명령을 보낼 수는 없습니다.
• 온라인 원격: 공장 운영 컴퓨터가 모든 것을 제어합니다. 이것이 완전 자동화된 "무인" 공장의 궁극적인 목표입니다.

2. 처리 상태

이 시스템은 기계의 물리적 작동 상태(예: 유휴 , 처리 또는 유지보수 )를 추적합니다. 호스트 시스템은 이러한 상태를 실시간으로 추적하여 OEE(전체 설비 효율)를 계산합니다 . 기계가 "유휴" 상태에 너무 오래 머무르면 MES(제조 실행 시스템)는 즉시 관리자에게 경고를 보냅니다.

현대 제조의 핵심 특징

경보 및 이벤트 보고

모터가 과열되거나 진공 밀봉이 실패하면 장비에서 경보( S5F1 )가 발생합니다. 호스트가 지속적으로 "완료되었습니까?"라고 묻는 방식(폴링) 대신 GEM 표준은 수집 이벤트 에 의존합니다. 장비는 이벤트가 발생했을 때만 보고서( S6F11 ) 를 전송하도록 설계되어 네트워크 트래픽을 크게 줄입니다.

레시피 관리(프로세스 프로그램)

레시피는 온도, 압력, 가스 유량 및 시간을 포함한 모든 것을 결정합니다. SECS/GEM을 사용하면 호스트가 형식화되지 않은 레시피를 기기에 업로드( S7F3 )하고 실행할 레시피를 선택할 수 있습니다( S2F41 ). 이를 통해 엄격한 버전 관리가 보장되고 작업자가 값비싼 수동 입력 오류를 범하는 것을 방지할 수 있습니다.

SECS/GEM 통합의 과제

글로벌 표준임에도 불구하고 실제 공장 구축은 "플러그 앤 플레이" 방식으로 이루어지는 경우가 드뭅니다. 팀은 일반적으로 두 가지 분명한 문제에 직면합니다.

"맛" 문제

표준은 명확하게 정의되어 있지만 유연성도 허용합니다. 어떤 장비 공급업체는 표준을 엄격하게 해석하여 구현하는 반면, 다른 공급업체는 사용자 정의 데이터 항목(DVAL)을 추가할 수 있습니다. 이로 인해 서로 다른 "방언"이 생겨나 소프트웨어 개발자는 이러한 차이를 해결하기 위해 맞춤형 어댑터를 개발해야 합니다.

구형 장비 vs. 최신 장비

Fab Floors는 최신 도구와 1990년대의 믿음직한 작업 도구가 조화를 이루고 있습니다.

• 기존 도구: 일반적으로 SECS-I(직렬 RS-232)에서 실행되며 공장 이더넷에 연결하려면 하드웨어 변환기가 필요합니다.
• 최신 도구: HSMS는 자체 기능을 제공합니다. 하지만 예측 유지보수를 위해 엄청난 양의 데이터(추적 데이터)를 생성하므로 제어 메시지를 방해하지 않는 통합 전략이 필요합니다.

구현을 위한 모범 사례

1. 엄격한 규정 준수 테스트: 추측하지 마세요. 전용 도구를 사용하세요. SECS/GEM 시뮬레이터 장비를 배포하기 전에 SEMI E30 매트릭스와 비교하여 검증해야 합니다.
2. GEM 매뉴얼을 유지 관리하십시오: GEM 규격을 준수하는 모든 도구에는 지원되는 모든 스트림/기능, 알람 ID 및 상태 변수(SVID)를 자세히 나열한 설명서가 함께 제공되어야 합니다. 명확한 문서는 디버깅 시간을 몇 주씩 절약해 줍니다.

미래: 기본 GEM을 넘어

산업 4.0으로의 전환이 진행됨에 따라, 현대의 폭발적인 데이터 증가에 대응하기 위해 기존 핵심 프로토콜 위에 새로운 표준들이 추가되고 있습니다.

• 인터페이스 A(EDA): SEMI E120/E125/E132와 같은 표준은 GEM과 함께 작동합니다. GEM은 기계 제어(시작/정지)를 담당하는 반면, 인터페이스 A는 고주파 센서 데이터를 분석 엔진으로 직접 전송하여 예측 AI 추적을 수행합니다.
• 보안 문제: 기존 공장 네트워크는 안전하게 격리되어 있었습니다. 하지만 이제 산업용 사물 인터넷(IIoT)의 등장으로 새로운 HSMS 구현 방식에서는 데이터 파이프라인을 보호하기 위해 보안 래퍼와 암호화 기술이 도입되고 있습니다.

맺음말

SEMI SECS/GEM은 반도체 업계의 만능 번역기입니다. 반도체 제조 공장(<binary data, 12 bytes>) 입장에서는 생산량 증대와 오류 감소를 의미하고, 장비 제조업체 입장에서는 이 규정 준수가 필수불가결한 요소입니다. 주요 반도체 제조 공장에 제품을 판매하려면 이 규정을 반드시 충족해야 합니다.