제조 실행 시스템(MES)의 성능은 수신하는 데이터의 질에 달려 있습니다. 아무리 정교한 스케줄링 알고리즘, 깔끔한 대시보드, 업계 최고 수준의 추적성 규칙을 갖추고 있더라도 현장의 장비가 실시간으로 시스템과 통신하지 않으면 아무 소용이 없습니다. 반도체 제조에서 장비와 MES 간의 연결은 무엇보다 SECS/GEM이라는 프로토콜 제품군을 통해 이루어집니다.

이 가이드에서는 MES와 SECS/GEM이 어떻게 연동되는지, 이러한 통합이 스마트 반도체 공장의 핵심인 이유, 그리고 반도체 공장, OSAT, 장비 OEM 업체들이 대규모로 안정적으로 운영하기 위해 무엇을 제대로 해야 하는지를 자세히 설명합니다.

MES SECS/GEM 통합이란 무엇입니까?

MES SECS/GEM 통합은 SECS/GEM 통신 프로토콜을 사용하여 제조 실행 시스템(MES)을 생산 장비에 연결하는 프로세스입니다 . 이를 통해 장비 상태, 공정 데이터, 경보 및 레시피가 생산 현장과 생산 관리 소프트웨어 시스템 간에 자동으로 전달됩니다.

이러한 통합이 없으면 MES는 제어해야 할 장비에서 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 실시간으로 파악할 수 없습니다. 작업자는 공정 결과를 수동으로 기록하고, 레시피 선택은 수작업으로 입력하며, 경보는 장비의 빨간불이 켜진 후에야 알 수 있습니다. SECS/GEM은 MES에 장비 동작을 관찰하고 제어하는 ​​표준화되고 구조화된 방식을 제공함으로써 이러한 격차를 해소합니다.

MES에 SECS/GEM이 필요한 이유 (일반 프로토콜이 아닌)

OPC, Modbus, MQTT와 같은 일반적인 산업 프로토콜은 여러 제조 분야에서 흔히 사용되지만, 반도체 제조 분야에서는 웨이퍼 제조의 특수한 요구 사항(장비 상태 모델링, 레시피 관리, 웨이퍼 수준 추적성, 수십 개의 서로 다른 OEM 업체에서 생산된 장비 전반에 걸친 표준화된 알람 동작 등)을 고려하여 설계된 것이 아니었기 때문에 보다 특화된 프로토콜이 개발되었습니다.

SECS/GEM은 SEMI E4(SECS-I), SEMI E37(HSMS), SEMI E5(SECS-II) 및 SEMI E30(GEM)을 기반으로 구축되었으며, 데이터 형식뿐만 아니라 장비의 동작 방식까지 정의함으로써 이러한 문제를 해결합니다. 한 OEM에서 개발한 도구와 완전히 다른 OEM에서 개발한 도구 모두 동일한 제어 상태, 동일한 이벤트 구조 및 동일한 레시피 관리 모델을 MES에 제공합니다. 이러한 일관성 덕분에 MES는 각 도구마다 맞춤형 드라이버를 개발하는 대신 단일 통합 방식을 사용하여 수십 개 공급업체의 장비로 구성된 팹 플로어를 관리할 수 있습니다.

통합은 실제로 어떻게 진행될까요?

구조적 차원에서 SECS/GEM은 호스트-장비 관계를 정의합니다. MES(또는 중간 단계의 장비 자동화 프로그램, EAP)가 호스트 역할을 하고, 생산 도구가 장비 역할을 합니다. 둘은 구조화된 메시지를 지속적으로 교환하며 통신합니다.

  • 연결과 악수 — 장비와 호스트는 HSMS(이더넷/TCP-IP) 또는 구형 도구의 경우 SECS-I(직렬)를 통해 통신을 설정합니다.
  • 주정부 보고 — 해당 장비는 제어 상태(오프라인, 온라인/로컬, 온라인/원격)를 보고하므로 MES는 현재 명령을 내릴 권한이 있는지 여부를 알 수 있습니다.
  • 이벤트 기반 업데이트 — MES가 모든 도구를 지속적으로 폴링하는 대신, 장비는 프로세스 시작, 문 열림, 로트 완료와 같은 의미 있는 일이 발생할 때 수집 이벤트(CEID)를 게시하고, MES는 자신과 관련된 이벤트만 구독합니다.
  • 지휘통제 — MES가 온라인/원격 권한을 확보하면 프로세스 시작, 레시피 선택 또는 특정 데이터 요청과 같은 명령을 내릴 수 있습니다.
  • 알람 및 레시피 교환 — 경보는 발생 시 보고되고 해결되면 명시적으로 해제되며, 레시피는 작업자가 수동으로 선택하는 대신 MES를 통해 업로드하거나 선택할 수 있습니다.

이러한 이벤트 기반 설계는 SECS/GEM이 수백 개의 장비가 있는 제조 시설 전체에 걸쳐 확장성이 뛰어난 주요 이유 중 하나입니다. MES는 끊임없는 폴링 트래픽에 시달리는 것이 아니라, 알림을 받고자 요청한 구조화된 업데이트를 정확하게 수신합니다.

장비에서 MES로 어떤 데이터가 흐르나요?

잘 구성된 SECS/GEM 인터페이스가 통합되면 MES는 다음과 같은 정보를 확인할 수 있습니다.

  • 장비 상태 및 제어 상태 — 도구가 실행 중인지, 유휴 상태인지, 유지 관리 중인지, 아니면 오프라인 상태인지 여부입니다.
  • 데이터 처리 — 실행 중에 생성된 매개변수, 센서 판독값 및 공정 결과는 일반적으로 스트림 6 데이터 수집 메시지를 통해 전송됩니다.
  • 경보 및 오류 — 실시간 경보 설정 및 해제 이벤트는 평균 수리 시간(MTTR)을 줄이는 데 매우 중요합니다.
  • 레시피 정보 — 어떤 레시피가 활성화되어 있는지, 그리고 올바른 레시피가 올바른 로트에 대해 선택되었는지 확인합니다.
  • 로트 및 운송업체 추적 — 을 통한 GEM300 특히, 웨이퍼 및 캐리어 레벨 추적 환경에서 재료가 제조 공정을 통과할 때의 움직임 추적에 중점을 둡니다.

이 데이터는 단순한 상태 보고가 아니라, MES가 공정 규칙을 시행하고, 실시간 OEE 지표를 생성하며, 규제 기관과 품질 팀이 의존하는 추적 기록을 유지하는 데 사용하는 원자재입니다.

통합을 뒷받침하는 주요 SEMI 표준

MES-SECS/GEM 통합을 이해한다는 것은 해당 통합이 구축된 기반이 되는 표준 스택을 이해하는 것을 의미합니다.

  • 세미 E4 (SECS-I) — 원래의 직렬 통신 표준으로, 여전히 많은 구형 도구에서 사용되고 있습니다.
  • SEMI E37(HSMS) — 대부분의 최신 장비에서 SECS-I를 대체한 현대적인 이더넷 기반 전송 계층
  • SEMI E5 (SECS-II) — 메시지의 실제 내용을 정의하며, 스트림과 기능으로 구성됩니다(예: 스트림 1은 장비 상태, 스트림 2는 장비 제어, 스트림 6은 데이터 수집).
  • 세미 E30(젬) — 장비가 명령에 어떻게 반응하고 상태를 보고해야 하는지를 규정하는 행동 계층으로, 상태 모델 및 이벤트 구조를 포함합니다.

이러한 표준들을 종합하면 MES가 완전히 다른 제조업체의 도구를 일관된 통합 방식을 사용하여 관리할 수 있도록 하는 "공통 언어"가 형성됩니다.

GEM300: 300mm 자동화를 위한 MES 통합 확장

300mm 팹의 경우, MES 통합은 일반적으로 기본 GEM을 넘어 GEM300 표준 제품군까지 확장해야 하며, 이를 통해 장비와 MES 간의 연동에 자동화된 자재 처리 기능을 추가할 수 있습니다.

  • 세미 E87 — 캐리어 관리, 웨이퍼 캐리어가 제조 공정을 통과하는 과정을 추적합니다.
  • 세미 E90 — 웨이퍼 개별 수준에서의 기판 추적
  • 세미 E94 — 작업 관리 제어, 여러 단계로 이루어진 공정 작업 조정
  • 세미 E116 — 장비 성능 추적

GEM300 규격 준수는 MES가 공정 실행뿐만 아니라 자동화된 자재 이동까지 조정할 수 있도록 해줍니다. 이를 위해 오버헤드 호이스트(OHT), AGV, RGV와 통합하여 수동 운반 장치 조작 없이 로트가 팹을 통과하도록 합니다. 완전 자동화된 300mm 팹의 경우, 이러한 MES-SECS/GEM 통합은 선택 사항이 아닌 필수 요구 사항입니다.

MES와 SECS/GEM의 긴밀한 통합의 이점

  • 실시간 가시성 — 공장 관리자와 엔지니어는 수동 교대 근무 보고서에 의존하는 대신 실제 장비 상태를 확인할 수 있습니다.
  • 평균 수리 시간(MTTR) 단축 — MES를 통한 즉각적인 경보 확인은 더 빠른 분류 및 대응을 의미합니다.
  • 수확량 및 품질 관리 개선 — 자동화된 레시피 검증은 작업자가 특정 로트에 대해 잘못된 공정을 선택할 위험을 제거합니다.
  • 더 높은 OEE — 지속적인 이벤트 기반 데이터 수집은 수동 사후 보고를 대체하여 장비 활용도에 대한 훨씬 더 정확한 정보를 제공합니다.
  • 확장 가능한 자동화 — 표준화된 통합 방식을 사용하면 새로운 장비를 추가할 때마다 맞춤형 인터페이스를 처음부터 구축할 필요가 없습니다.
  • 고급 분석을 위한 기초 — 장비 데이터가 MES로 안정적으로 유입되면 고장 감지 및 분류(FDC), 고급 공정 제어(APC), AI 기반 예측 유지보수에 활용 가능한 입력 자료가 됩니다.

일반적인 통합 과제

SECS/GEM은 성숙하고 문서화가 잘 된 표준임에도 불구하고, MES 통합 프로젝트는 여전히 반복적인 마찰 지점에 직면합니다.

GEM 구현의 일관성 부족 — SECS/GEM은 다양한 선택적 기능을 정의하지만, OEM 업체마다 이를 다르게 구현하여 시운전 중에 예기치 않은 동작이 발생할 수 있습니다.

SECS/GEM을 기본적으로 지원하지 않는 구형 장비 — 특히 더 이상 사업을 하지 않는 OEM 업체에서 제조한 구형 장비는 GEM 인터페이스가 아예 내장되어 있지 않은 경우가 많습니다.

비표준 프로토콜 사용 - 많은 제조 시설에서는 SECS/GEM 대신 OPC, MQTT, Modbus, EtherCAT 또는 Profinet과 같은 프로토콜을 기본적으로 사용하는 장비를 운영하므로 MES 통합을 위해서는 변환 계층이 필요합니다.

규정 준수 테스트 오버헤드 — 일반적으로 새 장비는 실제 운영 환경에서 사용하기 전에 예상되는 메시지 동작에 대해 검증을 거쳐야 하는데, 적절한 도구가 없으면 상당한 테스트 부담이 될 수 있습니다.

200mm/300mm 혼합 환경 — 여러 세대의 장비를 운영하는 팹에서는 기본 GEM 및 GEM300 전체 규격 준수를 동시에 처리할 수 있는 통합 전략이 필요합니다.

MES에 기존 및 비표준 장비 통합

많은 MES 통합 프로젝트가 실제로 정체되는 지점은 MES 측이 아니라 장비 측입니다. SECS/GEM 인터페이스가 기본적으로 제공되지 않거나 완전히 다른 프로토콜을 사용하는 도구는 중간 솔루션 없이는 MES 통합에 참여할 수 없습니다.

일반적으로 두 가지 접근 방식이 있습니다.

기존 장비의 디스플레이 및 제어 인터페이스를 관찰하고 이를 표준 SECS/GEM 메시지로 변환하는 비침습형 SECS/GEM 개조 게이트웨이입니다 . 이 게이트웨이는 장비의 컨트롤러나 프로세스 소프트웨어를 수정할 필요가 없습니다.

표준 산업 프로토콜(OPC, MQTT, Modbus, EtherCAT, Profinet, Ethernet)을 이미 사용하는 장비 사이에 위치하여 각 프로토콜에 대한 맞춤 개발 없이 MES용 SECS/GEM으로 변환하는 다중 프로토콜 변환 소프트웨어입니다 .

두 접근 방식 모두 동일한 기본 목표를 공유합니다. 즉, 장비 노후화 또는 프로토콜 불일치가 MES가 공장 현장을 파악하는 데 있어 영구적인 사각지대가 되지 않도록 하는 것입니다.

스마트 반도체 공장의 구성 요소

MES-SECS/GEM 통합은 기반이지만 스마트 팩토리의 전체 모습은 아닙니다. 전체 스택은 일반적으로 다음을 포함합니다.

  • 장비 연결성 — 기존 도구든 새로운 도구든 모든 도구는 표준화된 SECS/GEM 데이터 스트림으로 보고됩니다.
  • MES/EAP 레이어 — 해당 장비 데이터를 기반으로 레시피, 작업 지시서 및 로트 추적을 관리합니다.
  • 고장 탐지 및 분류(FDC) — 핵심 공정 매개변수를 실시간으로 모니터링하여 이상 징후를 즉시 감지합니다.
  • 고급 공정 제어(APC) — 공정 데이터를 사용하여 장비 설정을 자동으로 조정하고 공정 범위를 더욱 엄격하게 유지합니다.
  • AI 기반 예측 유지보수 — 장비의 과거 데이터를 활용하여 계획되지 않은 가동 중단을 초래하기 전에 고장을 예측합니다.
  • OEE 및 수율 분석 대시보드 — 원시 데이터 스트림을 공장 관리자와 엔지니어링 팀이 활용할 수 있는 성능 가시성 정보로 변환합니다.

각 계층은 바로 아래 계층에 의존합니다. 신뢰할 수 있고 표준화된 장비-MES 연결이 없으면 FDC, APC 및 예측 유지보수는 제대로 작동하는 데 필요한 데이터를 확보할 수 없습니다.

eInnoSys는 MES-SECS/GEM 통합을 어떻게 지원하는가

eInnoSys는 MES-SECS/GEM 관계의 양측 모두에서 활동하며, 반도체 제조 시설(fab)과 OSAT(운영체제 인증 및 테스트 업체)가 장비를 연결할 수 있도록 지원하고, OEM 업체가 처음부터 GEM 규격을 준수하는 도구를 개발할 수 있도록 지원합니다.

SECS/GEM 프로토콜을 기본적으로 지원하지 않는 장비를 사용하는 제조 시설(fab) 및 OSAT(외장 인증 및 테스트 업체)의 경우, EIGEMLink는 OPC, MQTT, Modbus, EtherCAT, Profinet 및 표준 이더넷 프로토콜을 SECS/GEM으로 변환하는 솔루션입니다. 프로그래밍이나 심도 있는 SECS/GEM 전문 지식 없이도 사용 가능하며, 200mm 및 300mm 환경 모두에서 SEMI 표준을 준수합니다. 모든 비표준 장비에 대해 맞춤형 프로토콜 드라이버를 구축하는 대신, EIGEMLink는 범용 변환 계층 역할을 하여 장비를 MES(제조 실행 시스템)에 몇 주가 아닌 몇 분 만에 연결할 수 있도록 지원합니다.

디지털 인터페이스가 전혀 없는 기존 장비, 즉 아날로그 계측 또는 디스플레이 전용 인터페이스로 작동하는 구형 장비의 경우 EIGEMBox는 컨트롤러나 프로세스 소프트웨어를 수정하지 않고도 기존 디스플레이 및 제어 포트를 통해 SECS/GEM 기능을 추가할 수 있는 비침습적인 개조 경로를 제공합니다.

300mm 자동화 요구 사항을 완벽하게 충족하는 팹의 경우, EIGEM300Equipment는 통합 E87 캐리어 관리 및 E84 자재 처리 지원을 통해 SECS/GEM 연결을 확장하여 장비가 기본적인 MES 데이터 보고뿐만 아니라 자동화된 웨이퍼 이송에도 참여할 수 있도록 합니다.

이러한 솔루션들은 공통된 원칙을 기반으로 구축되었습니다. 즉, 제조 공장에서 어떤 프로토콜이나 장비 세대를 사용하든, 장비를 교체하거나 원래 OEM 업체를 기다릴 필요 없이 표준화된 MES 연결 방식을 사용할 수 있다는 것입니다.

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성공적인 통합을 위한 모범 사례

먼저 보유 장비를 점검하십시오. SECS/GEM을 기본적으로 지원하는 장비, 다른 표준 프로토콜을 사용하는 장비, 그리고 디지털 인터페이스가 전혀 없는 장비를 파악하십시오.

생산에 미치는 영향을 기준으로 우선순위를 정하십시오. 전체 장비에 한 번에 통합하는 것이 아니라 사용량이 가장 많거나 가동 중단 위험이 가장 높은 장비부터 MES 통합을 시작하십시오.

GEM 규격 준수가 동일한 동작을 의미한다고 가정하지 마십시오. 새로운 도구를 프로덕션 환경에 도입하기 전에 각 도구의 실제 메시지 동작이 MES의 기대치와 일치하는지 테스트하십시오.

300mm 시스템을 사용하는 경우 GEM300을 별도로 계획하십시오. 기본 GEM 연결 기능과 완전한 GEM300 자재 처리 자동화는 서로 다른 작업 범위이므로 두 가지 모두에 대한 예산과 계획을 명확하게 수립해야 합니다.

표준 프로토콜이 아닌 경우에는 사용자 지정 개발 대신 변환 계층을 사용하는 것이 좋습니다. 이는 일회성 드라이버를 구축하는 것보다 거의 항상 더 빠르고 유지 관리가 용이합니다.

기존 장비를 막다른 길이 아닌 개조 기회로 여기십시오. 비침습적 게이트웨이 솔루션을 사용하면 교체가 불필요한 경우가 많습니다.