제조 자동화 표준: SECS/GEM 준수 및 개조 솔루션

제품 개요

• 시장 상황: 반도체 시장은 2030년까지 거의 1조 달러에 달할 것으로 예상되며, 이러한 수요를 충족하기 위해서는 자동화가 매우 중요합니다(맥킨지, 2023).
• 도전 과제 : 최신 장비와 구형 장비가 혼합된 장비군은 정보 전달에 단절을 초래하여 데이터 수집 및 공정 제어를 방해합니다.
• 해결 방법 : SECS/GEM 및 GEM300과 같은 제조 자동화 표준을 채택하면 장비와 호스트 간의 원활한 통신이 보장됩니다.
• 기존 시설 개조: Einnosys는 값비싼 교체 없이도 규격을 준수하지 않는 "단순" 도구를 스마트 도구로 전환할 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션을 제공합니다.
• 주요 혜택: 향상된 수율 관리, 불량률 감소, 그리고 산업 4.0 규정 준수를 위한 명확한 로드맵을 제공합니다.

개요

반도체 산업은 급속도로 성장하고 있습니다. 맥킨지(2023)에 따르면, 세계 반도체 시장은 2030년까지 1조 달러 규모에 이를 것으로 예상됩니다. 이러한 폭발적인 수요에 발맞추기 위해 제조업체들은 수동 데이터 입력이나 고립된 설비에 의존할 수 없습니다. 효율성만이 유일한 경쟁력입니다.

하지만 놀랍게도 많은 생산 현장에서는 여전히 중앙 관리 시스템과 통신하지 못하는 장비 때문에 어려움을 겪고 있습니다. 이러한 연결 끊김은 대개 제조 자동화 표준을 준수하지 않아서 발생합니다. 기계가 제조 실행 시스템(MES)에 상태, 경보 또는 공정 데이터를 전달할 수 없으면 생산 속도가 느려지고 오류가 발생하며 수율이 떨어집니다.

최첨단 300mm 웨이퍼 제조 공장이든 특수 LED 제조 공장이든, 모든 시설에서 장비에 대한 공통 언어를 구축하는 것은 필수적입니다. 이러한 언어는 SEMI 표준, 특히 SECS/GEM에 정의되어 있습니다. 이 글에서는 이러한 프로토콜을 분석하고, 아인노시스 솔루션이 어떻게 기계 작동을 멈추고 완벽하게 연결된 스마트 공장을 구현하는지 살펴봅니다.

복잡한 약어 해독하기: SECS/GEM이란 무엇일까요?

2000년대 초반에 출시된 프린터를 적절한 드라이버 없이 윈도우 PC와 연결하려고 해본 적이 있다면 장비 통합의 어려움을 잘 아실 겁니다. 반도체 제조 공장에서는 용지 걸림 문제보다 훨씬 더 심각한 문제가 걸려 있습니다.

제조 자동화 표준은 서로 다른 공급업체의 다양한 장비가 호스트 컴퓨터와 통신할 수 있도록 합의된 프로토콜입니다. 이 중 가장 널리 사용되는 것이 SECS/GEM입니다.

방정식의 두 부분

• SECS(반도체 장비 통신 표준): 이것은 다음을 처리합니다. 수송 데이터 전송 방식을 정의합니다. 일반적으로 RS-232 또는 TCP/IP 연결을 통해 메시지가 전송되는 방식을 규정합니다. SECS-I(직렬)와 HSMS(이더넷용 고속 SECS 메시지 서비스)로 나뉩니다.
• GEM(제조 장비 통신 및 제어를 위한 범용 모델): 이것은 다음을 처리합니다. 행동GEM은 머신들이 어떤 응답을 해야 하는지 정의합니다. GEM은 호스트가 "상태 변수"를 요청할 때 모든 머신이 예측 가능한 방식으로 응답하도록 보장합니다.

GEM이 없다면 에칭 장비는 온도를 섭씨로 보고하는 반면 증착 장비는 켈빈으로 보고할 수 있으며, 어느 장비도 배치 작업이 완료되었는지 알려주지 않을 것입니다. 반도체 제조 자동화 표준인 SECS/GEM은 이러한 혼란을 표준화합니다.

이 프로토콜이 회의를 지배하는 이유

수십 년 전에 개발된 표준을 왜 아직도 사용하는 걸까요? 바로 신뢰성 때문입니다.

SECS/GEM은 견고합니다. 다음과 같은 기능을 제공합니다.

1. 원격 제어 : 제어실에서 처리 작업을 시작하고 중지할 수 있습니다.
2. 알람 관리: 공정 변수가 설정 범위를 벗어나면 즉시 알림을 받습니다.
3. 데이터 수집: 수율 분석을 위한 핵심 계측 데이터 수집.
4. 레시피 관리: 사람의 실수를 방지하기 위해 올바른 공정 레시피를 도구에 직접 업로드합니다.

토스터기에 이 정도의 정밀한 제어가 필요할까요? 아마 아닐 겁니다. 하지만 반도체 제조 자동화 공정에서는 단 한 번의 실수로 수천 달러 상당의 웨이퍼가 망가질 수 있기 때문에 이러한 수준의 제어가 필수적입니다.

규모 확장: GEM300 및 인터페이스 A

웨이퍼 크기가 200mm에서 300mm로 확대됨에 따라 기본적인 GEM 방식으로는 처리하기 어려울 정도로 물류가 복잡해졌습니다. 웨이퍼 25개가 들어 있는 카세트(FOUP)를 이동시키는 작업은 사람이 아닌 자동화된 자재 처리 시스템(AMHS)이 담당해야 하는 일이 되었습니다.

GEM300 스탠다드 스위트

완전한 제조 자동화를 처리하기 위해 GEM300 표준이 도입되었습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• E39(객체 서비스): 데이터를 객체로 다루는 것.
• E40 (프로세스 작업 관리): 특정 웨이퍼의 처리 과정을 추적합니다.
• E87(통신사 관리): FOUP(전면 개방형 통합 포드)의 적재 포트로의 이동 및 적재 포트에서 FOUP로의 이동을 관리합니다.
• E90(기판 추적): 캐리어 내부의 개별 웨이퍼를 지속적으로 모니터링합니다.

최신 300mm 반도체 제조 시설에서 이러한 표준을 준수하는 것은 로봇들이 마치 발레처럼 완벽하게 조화를 이루며 작동하는 것과 충돌이 잦은 재앙으로 이어지는 것 사이의 차이를 결정짓는 요소입니다.

인터페이스 A (EDA)

SECS/GEM은 제어에는 탁월하지만, 고빈도 분석을 위해 대량의 데이터를 수집하려고 하면 시스템이 막힐 수 있습니다. 이때 인터페이스 A(장비 데이터 수집)가 필요합니다.

인터페이스 A는 SECS/GEM과 함께 실행되지만 데이터 수집 전용입니다. 이를 통해 제조 자동화 팀은 장비의 제어 작동 속도를 저하시키지 않고 고속 데이터를 수집하여 오류를 감지할 수 있습니다.

레거시 장비 과제

많은 공장의 현실은 이렇습니다. 완전히 새로운 공장을 처음부터 짓는 것이 아닙니다. 아마도 최신 설비와 90년대 후반부터 가동해 온 믿음직한 설비들이 혼합되어 있을 것입니다.

SEMI 재단 보고서(2022)에 따르면, 전 세계 200mm 웨이퍼 생산 능력의 상당 부분이 구형 장비에 의존하고 있습니다. 이러한 장비들은 실리콘을 완벽하게 절삭하지만, 컴퓨터 시스템은 매우 오래되었습니다. 어떤 장비는 Windows 98을 사용하고, 어떤 장비는 이더넷 포트가 없으며, 또 어떤 장비는 SECS/GEM 프로토콜을 지원하는 소프트웨어가 부족합니다.

"멍청한" 기계 문제

기기가 MES에 연결할 수 없으면 데이터에 "블랙홀"이 생깁니다.

• 작업자는 로트 번호를 수동으로 입력해야 하므로 오타가 발생하기 쉽습니다.
• 엔지니어는 실시간 성능을 확인할 수 없습니다.
• 레시피 선택은 수동이기 때문에 "잘못된 레시피"를 선택해서 재료를 버리는 최악의 상황이 발생할 수 있습니다.

LED 또는 PV 제조 분야의 자동화 조립 라인에서 단순히 연결성을 확보하기 위해 이러한 고가의 장비를 교체하는 것은 재정적으로 자살 행위나 다름없습니다. 투자 대비 수익률(ROI)이 거의 없기 때문입니다.

그렇다면 새 제품을 구매하지 않고 어떻게 현대화할 수 있을까요?

Einnosys Solutions: 격차 해소

바로 이 지점에서 아이노시스가 나섭니다. 저희는 불가능해 보이는 연결을 가능하게 만드는 데 특화되어 있습니다. 저희는 반도체 자동화 표준을 준수하기 위해 멀쩡하게 작동하는 장비를 폐기할 필요가 없다는 것을 잘 알고 있습니다.

EIGEM – SECS/GEM 드라이버

새로운 장비를 개발하는 장비 제조업체(OEM)에게 SECS/GEM 코드를 처음부터 작성하는 것은 엄청난 골칫거리입니다. 이는 개발자들이 핵심 공정 기술에 집중하는 것을 방해합니다.

EIGEM은 당사의 라이브러리/드라이버 솔루션입니다. OEM 업체가 자사 장비 제어 소프트웨어에 통합할 수 있는 플러그 앤 플레이 방식의 소프트웨어 구성 요소입니다. 이를 통해 장비는 즉시 SECS/GEM 및 GEM300과 같은 제조 자동화 표준을 준수하게 됩니다. C#, C++, Java, Python을 지원하므로 기본 아키텍처에 관계없이 원활하게 통합할 수 있습니다.

하드웨어 어댑터를 사용한 개조

기존 장비를 고수하는 공장의 경우 소프트웨어만으로는 충분하지 않은 경우가 많습니다. 기계 컨트롤러가 독자적인 블랙박스이거나 오래된 PLC인 경우 중간 매개체가 필요합니다.

Einnosys는 번역기 역할을 하는 스마트 하드웨어 어댑터(E-Box)를 제공합니다.

1. 연결 : 우리는 아날로그/디지털 I/O, PLC 레지스터 또는 로그 파일을 통해 장비의 내부 신호에 연결합니다.
2. 번역: E-Box는 "히터가 켜져 있다", "문이 열려 있다"와 같은 신호를 해석합니다.
3. 통신 : 어댑터는 이러한 상태를 표준 SECS/GEM 메시지로 변환하여 공장 호스트로 전송합니다.

MES의 관점에서 볼 때, 30년 된 스퍼터링 장비는 이제 완전히 새로운 스마트 호환 장비처럼 보이고 작동합니다.

표준화의 주요 이점

왜 굳이 그런 수고를 해야 할까요? 왜 이런 기준에 맞춰 개조하거나 업그레이드하는 데 투자해야 할까요?

수율 및 품질 관리

SECS/GEM을 통해 레시피 선택을 자동화하면 "실수"로 인한 오류를 방지할 수 있습니다. 호스트 컴퓨터에서 이를 차단하면 작업자가 실수로 "저온" 로트에 "고온" 레시피를 선택하는 일이 없습니다.

또한 자동화된 데이터 수집을 통해 공정 엔지니어는 배치 생산에 차질이 생기기 전에 온도나 압력의 변화를 감지할 수 있습니다.

운영 효율성(OEE)

측정하지 않으면 개선할 수 없습니다. 모든 장비를 제조 자동화 표준에 맞추면 다음과 같은 사항을 파악할 수 있습니다.

• 유휴 시간: 기계가 특정 운영자를 기다리고 있습니까?
• 휴식 시간: 진공 펌프는 얼마나 자주 고장이 나나요?
• 처리량 : 시간당 목표를 달성하고 있습니까?

이 데이터는 OEE(전체 설비 효율) 계산에 직접 반영되어 경영진이 병목 현상을 정확히 파악할 수 있도록 해줍니다.

산업 4.0을 위한 미래 지향적 준비

"인더스트리 4.0"이라는 유행어가 자주 사용되지만, 본질적으로는 데이터를 활용하여 현명한 의사결정을 내리는 것을 의미합니다. AI 및 머신러닝 모델은 깨끗하고 구조화된 데이터를 필요로 합니다.

수동으로 작성된 엑셀 시트에서 데이터를 가져오면 AI 모델이 제대로 작동하지 않습니다. Fab의 자동화 표준은 고급 분석에 사용되는 데이터가 정확하고 시의적절하며 표준화되어 있음을 보장합니다.

구현: 시작하는 방법

반도체 제조 공장을 스마트 공장으로 탈바꿈시키는 것은 단기간에 이루어지는 일이 아닙니다. 전략적인 접근 방식이 필요합니다.

평가 및 감사

먼저 바닥 상태를 점검하세요.

• 어떤 기기들이 이미 GEM 규격을 준수하고 있나요?
• GEM이 설치되어 있지만 활성화가 필요한 기기는 어떤 것들이 있나요?
• 어떤 기계들이 "단순" 기계라서 개조 박스가 필요한가요?

성공을위한 파트너십

개발자 팀이 할 일 없이 남아도는 경우가 아니라면 SECS/GEM 드라이버를 자체 개발하려고 하지 마세요. 이 프로토콜은 복잡하고 예외적인 경우가 수백 가지에 달합니다.

Einnosys와 같은 전문가와 협력하면 내부 팀은 공정 엔지니어링에 집중할 수 있고, 연결 작업은 저희가 담당합니다. 새로운 와이어 본더용 라이브러리가 필요한 OEM이든, 기존 오븐들을 연결하려는 공장 관리자든, 저희는 필요한 맞춤형 툴셋을 제공합니다.

맺음말

반도체 산업은 매우 가혹합니다. 소자 크기가 작아지고 생산량이 증가함에 따라 오류 발생 가능성은 점점 줄어듭니다. 반도체 자동화 표준을 준수하는 것은 이제 300mm급 반도체 제조 시설과 같은 최상위 기업만의 사치가 아니라, 공급망 내 모든 제조 업체에게 생존 필수 조건입니다.

SECS/GEM을 통한 기본 통신부터 GEM300을 통한 복잡한 물류 관리까지, 이러한 프로토콜은 현대 공장의 신경계를 구성합니다. 그리고 시간이 흐르면서 잊혀진 장비들을 위해, 아이노시스는 미래로 나아갈 수 있는 다리를 제공합니다.