반도체 MES는 반도체 산업의 디지털 전환의 핵심에 있는 제조 소프트웨어 도구입니다. 웨이퍼 제조 공장의 인프라에 통합되면 엔지니어와 관리자가 공정과 장비를 더욱 효과적으로 통제할 수 있게 됩니다. 수집된 데이터를 분석하면 성능과 효율성을 높이기 위해 지속적인 개선이 이루어질 수 있는 지점을 파악하는 데 단서를 제공할 수 있습니다.
반도체 MES가 무엇인지, 그 기능은 어떠한지, 그리고 제조업체에게 제공할 수 있는 다양한 이점을 함께 알아보겠습니다. 또한 이를 통해 기업이 어떻게 제조 비용을 절감하고, 더 높은 수율을 달성하며, 더 나은 제품을 만들 수 있는지도 살펴보겠습니다. 마지막으로 현재 개발 중인 스마트 제조 개념이 미래의 MES를 어떻게 형성해 나갈지 알아보겠습니다.
반도체 MES란?
반도체 MES, 즉 제조 실행 시스템(Manufacturing Execution System)은 생산 라인의 기계에서 직접 데이터를 수집하고, 원자재부터 완제품에 이르는 제조 공정을 모니터링하며, 공장 현장의 엔지니어와 관리자와 같은 핵심 의사결정권자들이 생산을 최적화할 수 있도록 지원하는 포괄적인 소프트웨어 솔루션입니다. 이는 반도체 제조 운영에 대한 높은 투명성을 제공하며, 공정의 지속적인 개선을 위한 민첩성을 부여합니다.
이에 더해 반도체 제조업체는 MES를 생산 일정 수립에 활용하고, 근무 교대 중인 생산팀에 최신 지침을 전달할 수 있습니다. 항공우주, 의료, 방위 산업과 같이 규제가 엄격한 산업을 위한 반도체 제품을 제조할 때는 MES를 통해 완전한 추적 및 이력 관리 기능을 갖춘 감사 추적(audit trail)을 유지할 수 있습니다.
새로운 세대의 반도체 MES 소프트웨어는 스마트 센서와 같은 신기술을 활용하여 생산 현장에서 실시간 데이터를 확보하고, 머신러닝을 통해 데이터를 처리함으로써 엔지니어가 손끝에 있는 정보를 더 잘 이해할 수 있도록 돕는 능력을 갖추고 있습니다.
이러한 스마트 제조 방식을 통해 반도체 팹은 일상적인 운영 속도를 늦추지 않고도 새로운 공정 방법과 재료를 실험할 수 있으며, 그에 따라 생산량을 늘리고, 여러 제조 공장에 걸쳐 동일한 워크플로를 안정적으로 적용할 수 있습니다. 제품 출시부터 시장 출시까지 걸리는 시간 또한 단축할 수 있습니다.
반도체 제조업체를 위한 MES의 이점
반도체 제조업체는 MES를 사용함으로써 많은 것을 얻을 수 있습니다.
품질 관리
생산 라인 전반에 배치된 센서로부터 실시간 데이터를 수집하고 분석함으로써, MES는 문제가 감지되는 즉시 제조업체에 경고할 수 있습니다. 제조 결함이 생산 라인을 따라 전달되는 것을 방지하기 위해 작업을 중단할 수 있어, 폐기물, 스크랩, 재작업 비용을 줄일 수 있습니다.
가동 시간 증가
MES는 일정 수립에 활용될 수 있으며, 직원, 자재, 장비와 같은 자원을 필요와 가용성에 따라 배분할 수 있습니다. 유지보수 관리 역시 예약할 수 있어, 공구 유지보수, 마스크 세정 등이 필요할 때 수행되어 하드웨어 고장을 방지합니다. 이를 통해 전체 설비 효율성이 개선되고 자산 활용도가 극대화됩니다.
재고 감소
MES는 완제품, 스크랩, 부적합 자재에 대한 최신 정보를 유지할 수 있습니다. 이를 통해 반도체 제조업체의 구매 및 배송 부서는 언제든지 이용 가능한 자원을 파악할 수 있습니다. 이는 제조업체가 만약을 대비한 대규모 재고를 유지할 필요성을 줄여줍니다. 재공품(work-in-progress) 재고 역시 줄일 수 있어, 값비싼 보관 및 재고 관리 시스템의 비용을 낮출 수 있습니다.
문서 작업 감소
기계로부터의 데이터는 디지털 방식으로 수집되며, 적절한 통합을 통해 MES는 의사결정권자가 실시간으로 중요한 정보를 받을 수 있도록 보장합니다. 팀원 간의 소통을 지연시키는 서류 작업이 없어지며, 이는 인적 오류의 가능성 역시 줄여줍니다.
추적 및 이력 관리
원자재부터 최종 제품에 이르는 전체 제품 생애 주기를 MES를 통해 추적할 수 있습니다. 제품 배치 단위, 경우에 따라서는 개별 부품 단위의 제조 데이터를 조회할 수 있습니다. 이를 요구하는 주요 산업을 위한 제조 시 규제 준수가 간소화되며, 필요시 제품을 신속하게 회수할 수 있습니다. 반도체 제조업체는 또한 제품의 가공 이력을 보여줄 수 있어 ISO 9001과 같은 표준의 자격을 갖출 수 있습니다.
반도체 제조 실행 시스템의 기능
MES는 제조업체가 사용 가능한 모든 기술, 인력, 기타 자원을 모니터링하고 통제하는 데 활용할 수 있는 도구입니다. 이는 공정을 최적화하고, 지속적인 개선을 통해 소비자의 증가하는 수요를 충족하는 더 높은 품질의 제품을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. MES를 제조 인프라에 통합함으로써 기업은 업계에서 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다. 다음은 반도체 제조 소프트웨어, 즉 MES가 수행할 수 있는 여러 필수 기능입니다.
제조 공정 제어
제조 공정은 원자재를 완제품으로 바꾸는 일련의 단계입니다. 반도체 제조에서는 웨이퍼 배정, 집적 회로를 만들기 위한 포토리소그래피의 다양한 단계, 그리고 각 웨이퍼에 대한 세심한 검사가 그 단계에 포함될 수 있습니다. 각 단계는 자재, 장비, 인력, 그리고 무엇을 수행해야 하는지 상세히 기술한 레시피와 같은 공정 지침을 필요로 합니다. 또한 특정 공정에 맞춰 장비를 보정해야 하는 설정값과, 공정 단계에서 사용되지만 완제품의 일부가 되지는 않는 화학물질과 같은 소모품도 있습니다.
이러한 모든 워크플로는 MES 내에서 정의될 수 있어, 관리자가 사용 가능한 자원을 확인하고 이를 배분하는 데 대한 완전한 통제권을 가질 수 있게 합니다. 현재 처리 중인 작업 지시와 이에 해당하는 제품 배치에 대한 정보를 통해 재공품 역시 관리할 수 있습니다.
디스패칭
MES에 실시간 데이터를 반영함으로써, 관리자는 우선순위나 자원의 가용성에 따라 작업을 예약하여 반도체 제조를 최적화할 수 있습니다. 서로 다른 구매자로부터의 여러 작업 지시를 워크플로가 처리해야 할 때 일정 수립이 중요합니다. 이러한 작업 지시는 또한 근무 중인 서로 다른 생산 라인, 장비, 생산팀에 분배되어야 합니다.
MES는 반도체 웨이퍼 배치가 완료되어야 하는 기한을 추적할 수 있으며, 현재 성과를 바탕으로 완료 예상 시점을 추정할 수 있습니다. 이를 통해 관리자는 특정 작업 지시에 대해 일정보다 앞서 있는지 뒤처져 있는지 파악할 수 있어, 우선순위에 따라 조정할 수 있습니다.
인력 관리
각 교대 근무에 배치된 기술자나 장비 운영자는 MES를 통해 적절히 배분될 수 있습니다. 각 작업자의 특정 숙련도, 근무 시간 기록, 심지어 과거 작업의 정확도까지 추적할 수 있어 인력 활용도 최적화할 수 있습니다.
품질 관리 및 제품 계보
MES에서 각 제품의 제조 공정 이력을 문서화하는 계보 보고서를 얻을 수 있습니다. 이는 일련번호와 배치 식별자를 사용한 제품 추적을 통해 가능합니다. 추적 및 이력 관리는 항공우주나 의료와 같이 규제가 엄격한 산업을 위해 반도체 장치를 제조할 때 흔히 요구되는 사항입니다. 반도체 제조업체에게는 품질 관리와 이러한 산업이 요구하는 사양 준수가 무엇보다 중요합니다.
반도체 칩의 품질 검사 및 테스트는 자동 테스트 장비(ATE)에 의해 수행됩니다. 이러한 시스템에서 나오는 결과는 MES에서 모니터링할 수 있습니다. 제조 결함이 감지되면 경보가 발생하여 담당자에게 필요한 조치를 취하도록 알릴 수 있습니다. MES는 결함 추적과 부적합 관리 또한 수행할 수 있습니다. ATE에 대해 더 자세히 알아보려면 자동 테스트 장비를 이용한 반도체 칩 테스트를 읽어보세요.
장비 사용 추적
모든 장비의 현재 상태는 MES를 통해 모니터링할 수 있습니다. 상태는 가동(현재 처리 중), 정지(처리 불가), 유휴(처리 가능하지만 현재 처리하지 않음) 중 하나일 수 있습니다. 일반적으로 처리 시간이 오래 걸리는 기계는 병목 현상을 일으킵니다. MES는 이러한 병목 지점을 드러내어, 이 지점에서 하드웨어 고장이 발생할 경우 막대한 지연을 초래할 수 있으므로 고장이 발생하지 않도록 확인해야 할 곳을 공장 작업자에게 보여줄 수 있습니다.
생산의 특정 단계에서 처리 시간에 이상이 발생하면 해당 장비에 문제가 있음을 나타낼 수 있습니다. 급격한 변화는 오작동에 의한 것일 수 있으며, 점진적인 변화는 장비가 초기 보정 상태에서 점점 벗어나고 있음을 나타낼 수 있습니다. 장비가 처리할 수 있는 유닛의 수, 즉 처리량(throughput) 또한 기록할 수 있습니다.
유지보수 관리
장비 유지보수를 임의로 배정하는 대신, MES는 실시간으로 장비 사용을 추적하고 과거 이력을 바탕으로 고장 나기 전에 유지보수를 위해 생산에서 제외해야 할 시점을 예측할 수 있습니다. 반도체 제조에 사용되는 장비는 정교하고 고가이며, 예측 정비와 같은 예방 조치를 취함으로써 제조업체는 가동 중단 시간과 수리 비용을 줄일 수 있습니다.
문서 관리
근무 중인 생산팀에 대한 작업 지침, 제품 사양, 도면, 배치 기록, 그리고 표준 작업 절차와 같은 다양한 기타 문서를 MES를 통해 배포할 수 있습니다. 이는 공장의 모든 인력이 필요할 때 이러한 문서에 접근할 수 있음을 의미하며, 오해와 서류 작업을 최소화합니다.
보고 및 성능 분석
MES는 사이클 타임(제품의 총 제조 시간), 수율(생산에 투입된 유닛 수 대비 완료된 유닛 수), 스크랩율(폐기된 유닛의 비율)과 같은 중요한 제조 지표를 추적할 수 있습니다. 이는 모두 제조업의 비즈니스 측면에서 중요하며, 반도체 기업이 비용을 이해하고 효율성을 개선해야 할 부분을 파악하는 데 도움이 됩니다.
MES가 제공하는 운영 보고는 공장 소유주에게 현재 시설에서 일어나고 있는 상황을 파악할 수 있게 해줍니다. 여기에는 작업 지시, 장비 상태, 그리고 지금까지 언급한 다양한 사항의 상태가 포함됩니다.
이력 보고는 다르며, 제조 트렌드를 드러낼 수 있습니다. 시간에 따른 생산 라인의 수율, 장비 유지보수 이력, 제품의 품질 편차는 풍부한 정보를 제공하여 공장의 조건이 개선되고 있는지 보여줍니다. 관리자는 이러한 인사이트를 활용하여 새로운 공정 개선이 제품 품질에 영향을 미치는지 파악할 수 있습니다. 또한 새로운 제품이 라인에 도입되었을 때 어떻게 성과를 내는지 이해하고, 효율성을 개선하기 위한 제조 최적화 방법을 찾을 수 있습니다.
MES 표준
국제자동화학회(International Society of Automation, ISA)는 MES에 사용되는 용어를 정의하고, 이를 제조업체가 사용하는 전사적 자원 관리, 물류, 공정 제어 시스템과 같은 다른 소프트웨어 도구와 구분하는 데 도움을 주는 ISA-95라는 표준을 개발했습니다. 이는 MES 시스템을 사용하는 제조업체와 그 개발에 관여하는 이들 간의 더 나은 소통을 가능하게 합니다.
ISA-95는 계층 구조의 4단계에서 MES를 전사적 자원 관리(ERP) 소프트웨어와 기타 공정 제어 시스템 사이에 위치시킵니다. 현대의 MES는 반드시 분리될 필요가 없으며 ERP 시스템과 쉽게 통합될 수 있습니다. 이러한 시스템을 긴밀하게 통합한 기업은 조달부터 제조, 공급망 물류에 이르기까지 모든 것에 대한 데이터를 확보할 수 있습니다.
스마트 기술로 반도체 제조 공정 개선하기
많은 산업이 이제 ‘인더스트리 4.0’ 방식으로 나아가고 있으며, 스마트 제조는 많은 이들이 주목하고 있는 개념입니다. 반도체 제조 역시 같은 방향으로 나아가고 있으며, 이들이 활용하는 MES 또한 함께 진화하고 있습니다.
공장에 배치된 장치와 센서가 서로 데이터를 공유하며 최소한의 사람 개입만으로 상호작용할 수 있는 자동화 능력의 가능성이 있습니다. 머신러닝과 같은 기술은 실시간으로 수집되는 방대한 양의 정보에 대한 빅데이터 분석을 가능하게 합니다. 이러한 시스템은 워크플로가 어디서 개선될 수 있는지, 낭비를 어디서 줄일 수 있는지 파악할 수 있게 될 것입니다.
고급 시뮬레이션은 엔지니어에게 정상적인 생산을 위험에 빠뜨리지 않으면서도 새로운 공정이나 기술을 안정적으로 도입하는 방법을 보여줄 수 있습니다.
이렇게 개선된 워크플로는 한 공장뿐만 아니라 위치에 관계없이 여러 시설에 도입될 수 있습니다. 스마트 제조 방식의 통합이 반도체 제조업체에게 왜 훌륭한 투자인지 더 자세히 알아보려면 스마트 제조가 반도체 산업에서 어떻게 변화를 만드는가를 읽어보세요. 반도체 제조, 수요를 이끄는 최신 제품, 업계 뉴스에 대해 더 자세히 알아보려면 Inquivix Technologies를 방문하세요.
자주 묻는 질문
MES란 무엇인가요?
MES는 ‘제조 실행 시스템(Manufacturing Execution System)‘의 약자로, 공장의 전체 제조 주기를 모니터링하고 통제하는 역할을 하는 소프트웨어입니다. 품질 관리, 비용 절감, 효율적인 자원 활용 등이 그 기능 중 일부입니다.
MES와 ERP 시스템의 차이점은 무엇인가요?
MES는 ‘제조 실행 시스템(Manufacturing Execution System)‘의 약자로, 공장의 전체 제조 주기를 모니터링하고 통제하는 역할을 하는 소프트웨어입니다. 품질 관리, 비용 절감, 효율적인 자원 활용 등이 그 기능 중 일부입니다.
MES의 기능은 무엇인가요?
MES는 제조 공정 제어, 디스패칭, 품질 관리, 인력 관리, 유지보수 관리, 그리고 장비 사용 및 성능 추적을 수행할 수 있습니다. 또한 다양한 유형의 보고를 지원하여 제조업체가 현재 공장 현장에서 일어나고 있는 상황과 과거의 트렌드를 이해하는 데 도움을 줄 수 있습니다.