반도체 장비를 위한 실시간 네트워크 기술

반도체 장비는 반도체의 기술 발전 속도에 비례하여 빠른 속도로 발전하고 있다. 고품질의 반도체를 보다 쉽고 효율적으로 생산하기 위해서는 이를 생산하는 반도체 장비는 필수적이다. 특히 스마트 제조의 이점을 극대화하기 위해 반도체 장비에서 실시간(Real-Time) 네트워크가 점점 더 중요해지고 있다. 실시간 네트워크는 반도체 장비의 다양한 구성 요소 간의 통신 및 조정에 필수적이기 때문이다.

실시간 네트워크 기술의 종류

이더넷
이더넷(Ethernet)은 실시간 네트워크 기술의 가장 일반적인 유형 중 하나이다. 다양한 산업 응용 분야의 통신에 널리 사용되는 저비용이면서, 동시에 신뢰할 수 있는 기술이다. 이더넷은 일반적으로 기계, 센서 및 컨트롤러와 같은 구성 요소 간의 통신을 위해 반도체 장비 산업에서 사용된다.

필드버스
필드버스(Fieldbus)는 반도체 장비 산업에서 일반적으로 사용되는 또 다른 유형의 실시간 네트워크 기술이다. 열악한 산업 환경에서 사용하도록 설계되어 반도체 제조에 이상적이다. 필드버스는 구성 요소 간에 안정적이고 빠른 통신을 제공하여 제조 프로세스의 다양한 측면을 모니터링하고 제어할 수 있도록 지원한다.

산업용 이더넷
산업용 이더넷(Industrial Ethernet)은 이더넷을 기반으로하지만 산업 환경에 특화된 견고하고 신뢰할 수 있는 네트워크 인프라를 말한다. 이는 국제 표준의 개방화된 네트워크 프로토콜로 반도체 장비를 비롯한 산업 현장에서의 기계 및 설비간 네트워크 상호운용성을 보장한다. OPC UA 및 클라우드를 통해 장비 운영 정보를 실시간으로 모니터링하고 운용하는 것이 가능하다.

시간 민감 네트워킹(TSN)
시간 민감 네트워킹(Time-Sensitive Networking; TSN)은 반도체 장비 산업에서 최근 들어 이슈가 되고 있는 새로운 실시간 네트워크 보장 기술이다. TSN은 저지연 통신을 제공하도록 설계되어 제조 공정의 실시간 제어 및 모니터링을 수행할 수 있다. TSN은 고속 대량 제조 환경에서 사용하기에 이상적이다.

무선 기술
와이파이(Wi-Fi) 및 블루투스(Bluetooth)와 같은 무선(Wireless) 기술은 반도체 장비의 실시간 네트워크에서 점점 더 대중화되고 있다. 이러한 기술은 상대적으로 저렴하고 구현하기 쉽기 때문에 많은 반도체 장비 제조업체에 적합한 옵션으로 그 비중이 늘어나고 있다. 무선 기술은 유선 네트워크를 설치할 수 없는 분야와 네트워크 케이블이 기계 작동에 큰 영향을 미치는 제조 환경에서 사용하기에 이상적이다.

SECS/GEM
SECS/GEM (SEMI Equipment Communications Standard/Generic Equipment Model)은 반도체장비제료협회(SEMI)에서 업계표준으로 제시한 반도체 제조 장비와 호스트 컴퓨터 시스템 간의 통신을 설정하기 위해 사용되는 통신 표준 및 프로토콜이다. SECS/GEM은 장비 및 호스트 시스템이 정보를 교환하고 장비를 모니터링 및 제어하며 제조 프로세스를 관리할 수 있는 표준화된 방법을 제시한다. 통신 메시지에 대한 공통 언어 및 형식을 정의하여 다양한 제조업체의 다양한 장비들이 호스트 시스템과 원활하게 상호 통신할 수 있도록 규정한다.

실시간 네트워크 기술의 이점

반도체 제조 현장에서의 실시간 네트워크 기술은 향상된 효율성과 우수한 모니터링 및 제어, 데이터 관리의 효율성, 그리고 기계 장비에서의 유연성을 특징으로 제공한다.

향상된 효율성
실시간 네트워크는 반도체 장비 구성 요소 간의 실시간 통신 및 조정을 허용하여 제조 공정의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다. 이는 곧바로 생산성 향상과 생산 비용 절감으로 이어질 수 있다.

향상된 모니터링 및 제어
실시간 네트워크를 통해 제조 프로세스의 다양한 측면을 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있으므로 제조업체는 발생할 수 있는 모든 문제에 대한 신속한 대응이 가능해 졌다. 이를 통해 품질 관리를 개선하고 가동 중지 시간을 줄일 수 있다.

향상된 데이터 관리
실시간 네트워크는 데이터를 실시간으로 수집하고 관리할 수 있기 때문에 제조 공정을 개선하는 데 유용하다. 이 데이터는 빅데이터 수집으로 연결하고, 머신러닝과 같은 최신 기술을 결합할 수 있다. 이를 통해 생산을 최적화하고 개선이 필요한 영역을 식별하고 더 나은 시스템으로 향상시킬 수 있다.

향상된 유연성
실시간 네트워크를 통해 제조 공정의 변화에 빠르게 적응할 수 있어 변화하는 시장 상황에 보다 쉽게 대응할 수 있다. 이는 경쟁력 향상과 수익성 향상으로 이어질 수 있다.

반도체 라인에서의 스마트 제조

스마트 공장과 스마트 제조와 관련하여 반도체 라인은 자동차 제조 라인과 함께 가장 선도적인 영역을 구축해 왔다. 초기에는 외부와 완전히 폐쇄된 형태로 내부 반도체 장비와 전송기기, 테스트 기기들 간에 독립적인 형태로 최신의 자동화 기술을 채택했다.

이후로 완전한 자동화를 넘어서는 지능화와 스마트 제조라는 개념으로 성장하는데 앞장서고 있다. 반도체 라인 내부에서의 기계와 장비, 시스템간 네트워크 연결은 물론, 모션제어 및 TSN 기술을 통해 생성 데이터에 대한 실시간 전송과 분석이 가능하도록 하며, 이를 기반으로 머신러닝과 AI 알고리즘을 결합하여 관련 결정권자에게 맞춤형 분석 정보를 제공하게 된다.

이제는 반도체 재료로부터 반도체 장비/설비, 그리고 반도체 라인을 포함하는 공장 건물 자체에 대한 정보를 통합하고 실시간 분석하는 방향으로 발전해 나가고 있다. 제조 자동화 설비와 공장의 냉동공조 설비가 일체화되는 시스템 구성까지 가능하다.

이러한 반도체 라인을 스마트하게 구성함에 있어서 실시간 네트워크 기술은 필수적인 역할을 담당한다. 필드버스 기술과 산업용 이더넷 기술은 범용의 네트워크 및 이더넷 기술과 달리, 안정성이 보장되어야 하는 산업용에 사용 가능하도록 수정 개발된 네트워크 시스템이다. 반도체 장비와 설비에서는 이더캣(EtherCAT), 이더넷아이피(EtherNet/IP), 씨씨링크아이이(CC-Link IE), 프로피넷(PROFINET)과 같은 산업용 이더넷 기술들이 적극 활용되고 있으며, 이들은 또한 TSN 기술과 함께 강력한 실시간 네트워크 구현에도 나서고 있다.

[출처. 아이씨엔 미래기술센터]