SECS/GEM을 GEM이 아닌 장비에 통합: 실용적인 엔지니어 가이드

요약

• 과제: 레거시 또는 비표준 장비를 현대 반도체 및 첨단 제조 공장의 자동화 시스템에 연결하는 것은 가장 어려운 과제 중 하나입니다. 
• 표준: SECS/GEM(SEMI Equipment Communications Standard/Generic Equipment Model)은 현대 팹에서 호스트-장비 통신을 위해 필수적으로 요구되는 표준 프로토콜입니다. 
• 목표: 이 가이드는 공장 자동화 엔지니어 및 OEM 장비 제작자가 원래 SECS/GEM 기능이 없는 장비에 SECS/GEM 통합을 구현할 수 있도록 실질적인 절차를 제공합니다.
• 해결책: 해결책은 보통 “GEM Wrapper” 또는 “Gateway”라고 불리는 소프트웨어 계층을 생성하여 장비의 고유 제어 신호를 표준화된 SECS/GEM 메시지로 변환하는 것입니다.
•  주요 단계: 제어 포인트 식별, 이벤트 및 알람 매핑, 새로운 Host Communication Interface(HCI)가 안정성과 SECS/GEM 규격을 준수하는지 철저히 테스트하는 단계가 포함됩니다.

소개

반도체 및 첨단 제조 산업은 정밀성과 표준화된 통신 위에서 운영됩니다. 이 통합의 핵심에는 SECS/GEM(SEMI Equipment Communications Standard/Generic Equipment Model)이 있으며, 이는 중앙 호스트 컴퓨터(MES 등)가 생산 장비를 관리하고 모니터링할 수 있게 해주는 사실상의 국제 표준 프로토콜입니다.

그러나 모든 장비가 이 언어를 유창하게 구사하는 것은 아닙니다. 현대 표준 이전에 제작된 레거시 장비, 독자적 인터페이스를 가진 커스텀 장비, 소규모 OEM 장비 등은 기본적으로 SECS/GEM을 지원하지 않습니다. 이러한 “non-GEM” 장비를 자동화된 최신 팹 환경에 통합하는 것은 공장 자동화 엔지니어가 반드시 해결해야 하는 과제입니다.

McKinsey & Company(2023)의 반도체 제조 보고서에 따르면 레거시 장비를 자동화하면 처리량과 가동시간 측면에서 20% 이상의 효율 향상이 가능하다고 합니다. 이는 통합의 경제적 가치가 매우 크다는 뜻입니다.

문제는 다음과 같습니다:
어떻게 이 통신 격차를 실제로 메울 것인가?

이 가이드는 내부 API, 시리얼 포트, TCP/IP 소켓, PLC I/O 등 어떤 고유 인터페이스를 사용하는 장비라도 SECS/GEM 통합을 구현할 수 있도록 단계별 실무 절차를 제공합니다. 목표는 기존에 연결되지 않았던 장비를 완전한 자동화 환경에 통합된, SECS/GEM 준수 장비로 변화시키는 것입니다.

Non-GEM 문제: 통합이 필수적인 이유

반도체처럼 고속·고자본 산업에서 장비가 자신의 상태를 통신하지 못한다는 것은 곧 비용이 발생한다는 의미입니다.

Non-GEM 장비는 보통 다음과 같은 문제를 일으킵니다:

• 수동 데이터 수집
  
• 오류 보고 지연
  
• MES가 중요한 공정 명령을 전송할 수 없음
  

따라서 표준화된 Host Communication Interface(HCI)는 필수입니다.

연결 끊김 인식: 일반적인 Non-GEM 인터페이스

솔루션으로 들어가기 전에 장비가 현재 “어떤 언어를 사용하는지” 이해하는 것이 중요합니다. 통합 계층(Wrapper)은 이 언어를 “듣고” SECS/GEM으로 번역해야 합니다.

독점 API/SDK:

 대형 OEM 장비는 TCP/IP 기반의 고유 라이브러리(API 또는 SDK)를 제공하기도 합니다. 구조화되어 있으나 복잡도가 높습니다.

산업용 프로토콜:

 Modbus, EtherNet/IP, Profibus 등 PLC 기반 제어용 산업용 프로토콜을 사용할 수 있습니다.

간단한 I/O 및 직렬 포트:

 레거시 장비는 디지털/아날로그 I/O, RS-232 시리얼 통신 기반인 경우가 많습니다.
예: “Running,” “Error,” “Ready”

데이터베이스 폴링:

특정 커스텀 장비는 상태/제어 정보를 SQL 기반 DB(MSSQL, MySQL)에 기록하는 방식일 수 있습니다.

핵심 문제는 다음과 같습니다:
이들 인터페이스는 SEMI 표준 메시지 구조(SECS-II 등)를 따르지 않습니다.

연결 구축: SECS/GEM 래퍼 아키텍처

비표준 장비를 GEM 호환 장비로 만드는 가장 현실적이고 일반적인 접근법은 “GEM Wrapper” 또는 “SECS Gateway” 소프트웨어를 구축하는 것입니다.

GEM 래퍼의 핵심 기능

Wrapper는 번역기 역할을 하며 다음 두 가지 방향의 기능을 수행합니다.

호스트-장비(MES 다운스트림):

• SECS/GEM 메시지 수신 (예: S2F41: Host Command Send)
  
• 이를 장비가 이해하는 내부 명령 형식으로 변환
  
• 예: 고유 API에 문자열 명령 전송
  

장비-호스트(MES 업스트림):

• 장비의 고유 인터페이스 감시
  (예: Modbus 레지스터 polling, 시리얼 포트 listening)
  
• 상태 변화 발생 시 이를 SECS/GEM 메시지로 변환
  (예: S6F11: Event Report)
  

이 계층은 고유 인터페이스의 복잡성을 숨기고 호스트에는 “완전한 SECS/GEM 장비”처럼 보이도록 합니다.

SECS/GEM 통합을 위한 실제 엔지니어링 워크플로우

통합 작업은 구조화된 엔지니어링 프로세스를 따라야 하며 특히 데이터 매핑과 에러 처리 설계가 중요합니다.

1단계: 기본 인터페이스 심층 분석 및 데이터 매핑

첫 단계이자 가장 시간이 많이 드는 작업은 고유 인터페이스 구조를 완전히 분석하고 상세 데이터 맵을 만드는 것입니다.

A. 통제점 식별

호스트가 장비에 보낼 수 있는 명령 정의
예: Start, Stop, Pause, Abort, Recipe Download

B. 장비 변수 매핑(데이터 항목)

호스트가 모니터링해야 하는 주요 값
예:

• Current Recipe Name
  
• Chamber Temperature ($T_{Chamber}$)
  
• Wafer Count
  
• $O_2$ Flow Rate
  
• Status (Idle, Setup, Run, Down)
  

각 항목에 SECS ID(EVID, CEID, SVID) 부여

C. 이벤트 및 알람 정의

장비 상태 변화(Event), 비정상 상황(Alarm)을 매핑
예:

• Event: Process Start → Native code 100 → GEM CEID 501
  
• Alarm: Over-Temperature → Native error T-99 → GEM ALID 1021
  

일화:

 레거시 문서는 종종 30년 전 돌에 새겨놓은 듯합니다.
“Wafer Out 신호가 깜빡이는 LED라고?” 같은 순간이 매우 흔합니다.

이 매핑 문서가 해당 비표준 장비의 Generic Equipment Model이 됩니다.

2단계: GEM 래퍼 개발 및 구현

매핑이 완료되면 소프트웨어 개발 단계로 이동합니다.
C#, Java, Python 등 고급 언어 + 상업용 SECS/GEM SDK 사용을 강력히 추천합니다.

메시지 번역 논리

예: S2F49: Equipment Constant Write 처리 절차

• ECID 확인 (예: ECID 100 = $T_{set}$)
  
• SECS 메시지에서 값 추출
  
• 장비 인터페이스 명령 형식으로 변환
  (예: Modbus register 40001 write)
  
• 장비에 명령 전송
  
• 성공/실패 ACK를 S2F50으로 반환
  

상태 머신 구현

Wrapper는 SECS/GEM Equipment Status Model을 구현해야 합니다.
이는 SEMI E30에서 정의한 유한 상태 기계(FSM)입니다.

예:
$EQP_IDLE → EQP_RUN → EQP_SETUP$

Wrapper는 고유 인터페이스를 모니터링하여 장비 활동을 기반으로 상태를 전환해야 합니다.

3단계: 엄격한 규정 준수 및 신뢰성 테스트

레트로핏 통합에서는 테스트가 개발보다 더 중요합니다.

규정 준수 테스트

• SECS/GEM 시뮬레이터를 사용해 모든 메시지/쿼리 테스트
  
• 이벤트/알람/변수가 정확하고 적시에 보고되는지 확인
  
• OEM 수준의 SECS/GEM 호환성 확보
  

스트레스 테스트

• MES가 고주파수로 요청을 보내도 안정적으로 동작해야 함
  
• 데이터 유실, 크래시 없어야 함
  

고장 및 복구 테스트

예:

• 네트워크 끊김
  
• 공정 중 장비 전원 다운
  
• 통신 타임아웃
  

Wrapper는 SEMI E30의 link test 및 복구 절차를 구현해야 합니다.

Funny Anecdote:
어떤 팹은 일주일간 버그를 찾다 결국 원인이 “시리얼 케이블 뽑아서 휴대폰 충전한 기술자”였다는 사실을 발견했습니다.
항상 물리 레이어부터 확인하세요!

맞춤화의 역할과 공장 자동화 통합의 미래

Non-GEM 통합 프로젝트는 장비별로 모두 다릅니다.
자동화 프로토콜, MES 요구사항에 따라 상당한 커스터마이징이 필요합니다.

기본 통합 그 이상: 고급 GEM 기능

기본 통신이 구축되면 고급 기능을 구현해 장비의 가치를 최대화할 수 있습니다.

레시피 관리 (S7F1–S7F26)

• MES가 레시피 업로드/다운로드/관리
  
• 수동 입력 제거 → 인간 오류 감소
  

데이터 튜닝 및 추적 (S6F1, S2F23)

• SPC용 고주파수 데이터 수집
  예: 100ms마다 chamber pressure
  

공정 프로그램 선택

• 제품마다 정확한 레시피 버전 자동 선택
  

이 기능들은 단순 모니터링을 넘어서
실제 폐루프 제어(Closed-loop Control)
를 가능하게 합니다.

결론

GEM Wrapper를 사용한 Non-GEM 장비 통합은 쉽지 않지만 공장의 운영 능력을 근본적으로 향상시키는 필수 작업입니다.
데이터 매핑 → Wrapper 개발 → 규격 준수 테스트까지 방법론적으로 수행하면 레거시/비표준 장비도 최신 자동화 환경에 완벽히 통합할 수 있습니다.

이는 설비의 수명을 연장하고 효율성을 크게 향상시키며 SECS/GEM 통합 비용을 여러 번 상쇄하는 투자입니다.

자주 묻는 질문