SECS GEM 및 EDA: 필수 반도체 장비 통신 표준

요약

SECS(반도체 장비 통신 표준)*와 *GEM(일반 장비 모델)*은 웨이퍼 팹에서 제조 장비와 공장 호스트 간의 원활한 데이터 교환을 보장하는 핵심 통신 프로토콜이다.

SECS/GEM은 장비 제어, 공정 레시피 관리, 자재 추적, 데이터 수집을 가능하게 하여 대량 생산 반도체 제조의 필수 기반을 제공한다.

반도체 산업은 지속적으로 진화하고 있으며, Interface A 계열 표준(예: EDA, SEMI E134, GEM 300)은 첨단 팹에서 요구되는 고속·대용량 데이터 수집 문제를 해결한다.

이러한 SEMI 통신 프로토콜을 정확히 이해하고 올바르게 구현하는 것은 장비 통합 엔지니어와 팹 IT 팀이 효율적이고 지능적이며 완전 자동화된 반도체 자동화 환경과 MES를 구축하는 데 필수적이다.

소개

SEMI(2024)에 따르면 전 세계 반도체 제조 장비 시장은 매출 기준 1,240억 달러에 이를 것으로 전망되며, 이는 공장 인프라에 대한 막대한 지속적 투자를 의미합니다. 이러한 급속한 확장 속에서 수백만 달러 규모의 복잡한 장비와 공장 제어 시스템 간의 견고하고 표준화되며 신뢰성 높은 통신에 대한 필요성은 절대적입니다. 바로 이 지점에서 반도체 장비 통신 표준이 핵심 역할을 합니다.

현대 팹 연결성의 근간은 SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)가 개발·유지하는 일련의 규격입니다. 이 규격들은 신뢰성 있고 효율적인 장비–호스트 통신을 위해 필요한 언어, 구조, 동작 방식을 정의하여, 서로 다른 벤더의 장비를 하나의 통합된 제조 환경으로 연결할 수 있도록 합니다.

수십 년 동안 SECS/GEM 표준 조합이 업계의 기준이었지만, 고급 분석과 인공지능에 의해 공정 데이터 수요가 폭증하면서 EDA와 같은 새로운 프로토콜이 빠르게 확산되고 있습니다. 이러한 진화를 이해하는 것은 차세대 운영 효율성을 추구하는 모든 팹 연결성 엔지니어와 MES 개발자에게 매우 중요합니다.

기반 개념 – SECS와 GEM 이해하기

자동화 팹을 구축하는 초기 과제는 단순했습니다. 서로 다른 벤더의 리소그래피 장비를 어떻게 중앙 공장 호스트와 의미 있게 “대화”하게 할 것인가? 이에 대한 해답은 SEMI E5와 E30 규격에서 나왔습니다.

SECS – 통신 파이프라인

반도체 장비 통신 표준(SECS)은 단일 프로토콜이 아니라 메시지 전송 및 구조를 정의하는 표준 집합입니다.

SECS-I (SEMI E4)

SECS-I는 RS-232 직렬 통신을 기반으로 물리 계층과 링크 계층을 정의한 레거시 표준입니다. 현재는 대부분 대체되었지만, 메시지 교환의 기본 구조를 확립한 중요한 토대였습니다. 메시지는 스트림(Stream)과 함수(Function) 구조로 정의되며, 일반적으로 SxFy 형식으로 표현됩니다(예: S1F1은 “Are You There 요청”).

H4: SECS-II (SEMI E5)

실제 통신 “언어”가 정의되는 부분입니다. SECS-II는 장비와 호스트 간에 교환되는 메시지의 구조와 의미를 규정합니다. 메시지는 정수, ASCII 문자열, 불리언과 같은 데이터 요소(Item)로 구성되며, 복잡한 구조를 위해 리스트(List)로 묶입니다.
Streams: 특정 기능과 관련된 메시지 그룹(예: 스트림 1 – 장비 상태, 스트림 6 – 데이터 수집)

Functions: 각 스트림 내의 개별 메시지(예: S1F1 Are You There 요청, S1F13 통신 설정 요청)

이 구조를 통해 벤더와 무관하게 호스트와 장비가 동일한 데이터를 일관되게 해석할 수 있습니다.

GEM – 동작 계약(Behavioral Contract)

SECS-II가 메시지를 어떻게 교환하는지를 정의한다면, 언제·왜 교환해야 하는지는 GEM(Generic Equipment Model, SEMI E30)이 담당합니다. GEM은 장비가 “GEM 준수”로 인정받기 위해 반드시 따라야 하는 필수 동작 요구사항 집합입니다.
GEM은 장비의 동작 상태와 메시지 처리 방식을 표준화하는 규칙서라고 볼 수 있으며, 이는 장비 통합 엔지니어의 통합 부담을 크게 줄여줍니다.

핵심 요구사항:

장비 상태 모델: IDLE, SETUP, PROCESSING, FAULT 등 표준 상태 정의

이벤트 보고: 장비 이벤트를 호스트에 보고하는 메커니즘

알람 관리: 중요·비중요 알람의 표준화된 처리 및 보고

레시피 관리: 공정 레시피 업로드, 다운로드, 선택 절차

원격 제어: 호스트에서 공정 시작, 정지, 일시정지 가능

GEM이 없다면 모든 장비마다 개별 통신 드라이버가 필요해지며, 완전 자동화 팹은 사실상 불가능합니다.

진화 – Interface A(EDA/GEM 300)의 부상

웨이퍼 크기 증가, 미세 공정 진화, 공정 복잡도 상승으로 데이터 수집 요구는 폭발적으로 증가했습니다. 트랜잭션 기반 요청–응답 모델에 의존하는 기존 SECS/GEM은 초당 수천 개 센서 데이터를 요구하는 환경에서 병목이 될 수 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 Interface A, 즉 장비 데이터 수집(EDA)입니다.

EDA – 대용량 데이터 스트리밍

EDA는 현대 팹의 대용량 데이터 수집 한계를 해결하기 위해 설계된 표준 집합입니다. 핵심 규격은 SEMI E125, E134, E138입니다.

표준	명칭	주요 기능	핵심 기술
SEMI E125	장비 자기 기술 규격	장비 내부 구조 및 데이터 수집 능력 정의	XML over HTTP/S
SEMI E134	데이터 수집 관리 규격	호스트의 데이터·이벤트 구독 관리	SOAP/XML
SEMI E138	이산 시계열 데이터 수집 규격	타임스탬프 데이터 전송 정의	SOAP/XML

SECS/GEM이 제어와 데이터를 하나의 연결에서 처리하는 것과 달리, EDA는 데이터 수집 전용 통신 채널(XML/TCP-IP 기반)을 사용합니다. 이는 제어 명령과 대용량 데이터가 서로 간섭하지 않도록 하는 결정적 차별점입니다.

GEM 300 계열

GEM 300은 SECS/GEM 기반 위에 구축된 SEMI 표준 집합으로, 특히 300mm 및 450mm 팹의 자동 자재 처리와 고급 공정 실행을 다룹니다.

• SEMI E40 (Processing Management): 공정 작업 및 스케줄 관리
• SEMI E87 (Carrier Management): FOUP 등 캐리어 관리 표준
• SEMI E90 (Substrate Tracking): 개별 웨이퍼 식별 및 추적

현대 고자동화 팹은 SECS/GEM을 제어 기반으로 사용하고, GEM 300을 통해 자재 처리와 고급 실행을 구현하는 계층적 접근이 필요합니다.

팹 연결성 구현 과제와 모범 사례

규격 준수와 통합 문제

• 비표준 알람 보고
• 이벤트 과다 또는 부족 정의
• SECS-II 데이터 구조 오류

이를 방지하기 위해 규격 준수 체크리스트와 FAT/SAT 테스트는 필수입니다.

성능 최적화와 데이터 무결성

• EDA 구독 최적화: 필요한 데이터만 선택적으로 수집
• 네트워크 지연 관리: 저지연 전용 네트워크 권장
• 타임스탬프 무결성: 시간 동기화 오류는 분석 무효화로 이어짐

정확한 타임스탬프가 없는 테라바이트급 데이터는 의미가 없습니다.

SECS/GEM을 넘어서 – 반도체 통신의 미래

업계는 단순 모니터링을 넘어 AI 기반 자율 제어로 이동하고 있습니다.

• SEMI E171: 맥락 정보를 포함한 고급 데이터 교환
• 표준화된 REST API: 비핵심 서비스 통합 단순화
• 디지털 트윈: 고정밀 실시간 데이터 기반 가상 팹 구현

결론

SECS/GEM부터 EDA/Interface A에 이르기까지의 반도체 장비 통신 표준은 대량 생산을 가능하게 하는 보이지 않는 핵심 인프라입니다. 표준을 정확하고 성능 저하 없이 구현하는 것이 차세대 자동화 팹의 경쟁력을 결정합니다.

자주 묻는 질문