요약
- SECS/GEM 프로토콜은 반도체 및 전자 제조 장비를 위한 범용 통신 표준입니다.
- 공장 호스트/제조 실행 시스템(MES)이 현장의 장비(툴)와 통신할 수 있도록 구조화된 방식을 정의합니다.
- 이 표준은 장비 간 상호 운용성을 보장하며, 레시피 관리, 데이터 수집(EDA), 알람 모니터링과 같은 핵심 자동화 작업을 지원합니다.
- 스트림(Stream), 함수(Function), 변수(Variable)와 같은 핵심 개념을 이해하는 것은 자동화 엔지니어와 장비 제조사(OEM)에 필수적입니다.
- SECS/GEM 도입은 완전한 디지털 기반의 스마트 팩토리를 구현하는 데 매우 중요하며, 수율, 처리량, 운영 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
- 이 프로토콜은 SEMI(국제 반도체 장비 및 재료 협회)에 의해 관리되고 유지됩니다.
소개
정밀성과 복잡성이 극도로 높은 반도체 제조에서는 공장 바닥의 모든 장비를 완벽하게 제어하는 것이 필수적입니다. SEMI(2024)에 따르면 전 세계 반도체 제조 장비 시장 규모는 2030년까지 1450억 달러를 넘어설 것으로 예상됩니다. 이는 첨단 장비에 대한 막대한 투자를 의미하지만, 장비의 진정한 가치는 단순한 처리 능력이 아니라 공장의 중앙 시스템(MES/Host)과 원활하게 통신하는 능력에 있습니다.
이 지점에서 SECS/GEM 프로토콜이 등장합니다.
SECS/GEM 프로토콜은 팹에서 호스트 시스템이 장비와 통신하고 제어하는 방식을 정의하는 가장 광범위하게 사용되는 표준입니다. 이를 통해 호스트 시스템은 CVD 장비, 노광기, 계측 장비 등 어떤 SECS/GEM 준수 장비와도 동일하고 예측 가능한 언어로 통신할 수 있습니다. 이 표준이 없다면 자동화는 장비마다 커스텀 코드를 작성해야 하는 혼란스러운 환경이 되었을 것입니다.
반도체 자동화, 장비 통합, 공장 디지털화에 참여하는 모든 사람에게 SECS/GEM의 이해는 필수입니다. 이 가이드는 프로토콜의 기본 개념과 구조를 명확하게 설명합니다.
SECS/GEM 디코딩: 자동화를 위한 표준화된 언어
SECS/GEM은 단일 기술이 아니라 SEMI가 개발하고 유지하는 여러 통신 표준의 집합입니다. 이 이름은 다음 두 가지 구성 요소에서 시작됩니다: SECS와 GEM.
SECS: 커뮤니케이션 파이프라인
SECS는 반도체 장비 통신 표준(Semiconductor Equipment Communication Standards)을 의미합니다. 이는 장비와 호스트 간 메시지가 전송되는 물리적/메시지 기반 계층을 정의합니다.
- SECS-I(E4): RS-232 기반 초기 물리 연결
- SECS-II(E5): 실제 메시지 구조와 내용을 정의
- HSMS(E37): 현대 팹에서 사용하는 고속 TCP/IP 이더넷 기반 연결 방식으로, 현재 표준
오늘날 대부분의 팹에서는 HSMS/SECS-II 스택을 사용합니다
GEM: 필수 행동 모델
GEM(Generic Equipment Model)은 메시지 전송 방식이 아닌 장비가 갖춰야 할 필수 동작 규칙(E30) 을 정의합니다.
GEM의 핵심은 예측 가능성입니다.
장비가 SECS/GEM을 준수하면 호스트는 레시피 요청·상태 조회·데이터 수집 방식을 모두 표준화된 형태로 수행할 수 있습니다.
필수 GEM 기능
모든 GEM 준수 장비가 반드시 구현해야 하는 기능:
- Status Data Collection(SDC): 변수/트레이스/이벤트 기반 데이터 수집
- Alarm Management: 장비 알람 보고
- Recipe Management: 레시피 업로드/다운로드/검증
- Remote Control: 온라인/오프라인, 시작/정지 제어
- Equipment Status: 장비 상태 조회 가능
커뮤니케이션 툴킷: 스트림, 함수 및 변수
SECS/GEM 메시지는 Stream-Function(S/F) 구조로 구성됩니다.
스트림 및 함수 이해
- Stream (S): 메시지 카테고리
- Function (F): 특정 메시지의 종류
- 기본 구조는 항상 요청(홀수 번호) → 응답(짝수 번호)
사용 중인 키 스트림/함수 쌍
| Stream / Function | Direction | Description | Purpose |
|---|---|---|---|
| S1F1 | Host → Equipment | Are You There | 연결 상태 확인 (Connection status check) |
| S1F2 | Equipment → Host | On-line Data | S1F1 응답 (Response to S1F1) |
| S6F11 | Equipment → Host | Event Report Send | 이벤트 발생 보고 (Report event occurrences) |
| S7F1 | Host → Equipment | Process Program Load Request | 레시피 로드 요청 (Request to load a recipe/process program) |
| S5F1 | Host → Equipment | Enable Alarm Send | 특정 알람 활성화 (Enable specific alarms) |
장비 변수, 상태 변수 및 데이터 ID
- ECs (Equipment Constants): 장비 설정 변수
- SVs (Status Variables): 실시간 상태
- DVs (Data Variables): 프로세스 데이터
- CEIDs (Collection Event IDs): 장비 이벤트 ID
SECS/GEM에서 호스트는 이러한 변수를 구독하고 자동으로 수신할 수 있습니다.
SECS/GEM 프로토콜 구현: 호스트 및 장비 역할
장비 측면(서버 역할)
장비(툴)는 HSMS 서버 역할을 하며 다음을 수행해야 합니다.
- GEM(E30) 필수 기능 구현
- 내부 동작을 SECS/GEM 메시지로 변환하는 통신 드라이버
- SV/DV/CEID/EC 목록을 포함한 GEM Interface Guide 제공
호스트 측(클라이언트 역할)
MES 또는 Cell Controller가 HSMS 클라이언트 역할을 합니다.
주요 역할:
- S1F13/S1F14: 장비 온라인 전환
- S7F1/S7F2: 레시피 전송
- S3F19/S3F20: Lot 시작 명령
- S6F3/S6F4: 이벤트 구독
- 데이터 수집/제조 흐름 제어
이 구조 덕분에 팹은 수백 대의 장비를 표준화된 방식으로 운영할 수 있습니다.
기본 이상: 고급 SECS/GEM 기능
장비 데이터 수집(EDA 또는 인터페이스 A, E120/E125/E134)
EDA는 SECS/GEM의 데이터를 보완하는 고속 데이터 수집 표준입니다.
- SOAP/HTTPS 기반 별도 통신 채널
- SECS/GEM의 제어 메시지와 분리
- 고주파수(밀리초 단위) 데이터 수집 가능
- 머신러닝 및 고급 분석에 필수
인증 및 규정 준수의 중요성
장비 제조사는 아래 SEMI 표준에 맞춰야 합니다.
- E30 (GEM)
- E87 (Carrier Management)
- E40 (Processing Management)
팹에서는 이를 기반으로 장비의 적합성을 검증합니다.
결론
SECS/GEM은 단순한 통신 규격이 아니라 반도체 제조 자동화의 보편적 기반입니다.
표준화된 메시징·행동 규칙을 통해 장비 통합을 단순화하고, 자동화 및 데이터 기반 운영의 토대를 제공합니다.
반도체 자동화 엔지니어와 OEM에게 SECS/GEM의 숙련도는 필수 역량이며, 스마트 팩토리 구축의 첫 단계입니다.
자주 묻는 질문 섹션
SECS/GEM과 EDA(인터페이스 A)의 차이점은 무엇입니까?
SECS/GEM은 제어와 기본 데이터 수집을 위한 양방향 통신 채널입니다.
EDA는 고속·대량 데이터 수집을 위한 별도 인터페이스입니다.
둘은 역할이 다르며, EDA는 제어가 아닌 분석용 데이터 스트림을 제공합니다.
SECS/GEM은 현대 AI 기반 스마트 팩토리에서 여전히 관련이 있습니까?
물론입니다.
AI, ML, 분석 시스템은 데이터를 소비할 뿐, 장비 제어는 여전히 SECS/GEM으로만 가능합니다.
SECS/GEM은 스마트 팩토리의 핵심이자 필수 기반입니다.
SECS/GEM 드라이버 또는 라이브러리의 역할은 무엇입니까?
SECS/GEM 드라이버는 복잡한 S/F 메시지를 자동으로 구성·파싱하는 소프트웨어 계층입니다.
이 덕분에 엔지니어는 API 호출만으로 장비 상태 조회, 이벤트 보고 등을 처리할 수 있어 개발 시간을 크게 단축할 수 있습니다.
