반도체 산업의 스마트 제조는 반도체 제조 방식에 혁명을 일으킬 엄청난 잠재력을 가진 최신 개념 중 하나입니다. 아직 기업들이 널리 채택하지는 않았지만 효율성 개선, 더 높은 수율 제공, 반도체 혁신의 길을 열어줄 열쇠를 쥐고 있습니다.
스마트 제조가 무엇인지, 스마트 팩토리와 같은 개념이 반도체 소자 제조 방식을 어떻게 변화시킬 것인지, 그리고 산업과 소비자가 어떻게 혜택을 볼 수 있는지에 대해 논의하겠습니다.
스마트 제조란?
스마트 제조의 예
스마트 제조의 개념은 반도체 산업에 국한되지 않고 제조 분야의 다른 산업들도 모두 채택하려는 변화입니다. 제조는 역사적으로 중요한 기술 도약이 있을 때마다 새로운 생명을 얻었습니다. 증기 기관의 도입과 함께 시작된 최초의 산업 혁명에서 이를 목격했습니다. 두 번째는 전기, 전신 및 현대 생산 라인이었습니다. ‘디지털 혁명’으로 알려진 세 번째 산업 혁명은 컴퓨터 처리를 도입했습니다.
우리는 현재 4차 산업 혁명(Industry 4.0)에 있으며, IoT(사물 인터넷)를 통해 연결된 스마트 센서, 인공 지능 기반 빅데이터 분석, 인간-기계 인터페이스, 자율 로봇 공학 및 시뮬레이션 시스템과 같은 기술이 전통적인 제조 시스템을 변화시키는 데 핵심적인 역할을 하고 있습니다. Industry 4.0 프레임워크에서 스마트 제조는 이러한 기술을 사용하여 제품을 실시간으로 모니터링하고 가능하면 자율적으로 개선을 수행하는 것을 목표로 합니다.
‘스마트 팹’ 또는 스마트 팩토리는 이러한 스마트 제조 원칙을 반도체 제조 산업에 적용한 결과입니다. 이는 제조 실행 시스템(MES), 시설 모니터링 및 제어 시스템(FMCS), 전사적 자원 관리(ERP) 시스템과 같은 모든 현재 시스템을 통합하는 접근 방식입니다.
스마트 제조는 제조 공정의 효율성을 개선하고 더 투명하고, 대응력이 뛰어나며, 안전하고, 신뢰할 수 있게 만들 것으로 기대됩니다. 반도체 산업의 제조 기업들은 스마트 제조를 통해 수율을 개선하고 궁극적으로 더 나은 반도체 소자를 생산하기를 희망합니다.
반도체 제조 산업이 스마트 제조 시스템을 채택해야 하는 이유
반도체 산업에서 스마트 제조를 채택해야 하는 이유
제조에 종사하는 반도체 기업에는 많은 새로운 성장 기회가 있습니다. 흥미롭게도 사물 인터넷, 인공 지능, 클라우드 컴퓨팅과 같은 스마트 제조를 추진하는 많은 기술 자체가 성장 분야입니다. 스마트폰용 반도체가 가장 많은 수익을 창출하며, 높은 보급률로 인해 성장은 둔화되고 있지만 5G 기술이 더 널리 채택되면 활기를 띨 것으로 예상됩니다.
인공 지능 및 딥러닝 응용 프로그램의 사용 증가로 인해 메모리, 스토리지 및 로직 칩에 사용되는 반도체에 대한 수요가 높습니다. 이 시장 부문은 현재 나머지보다 5배 빠르게 성장하고 있습니다. 순수한 볼륨 측면에서 가장 빠르게 성장하는 것은 IoT에 사용되는 스마트 센서입니다. 마지막으로 자율 주행 자동차가 더 대중화되면 자동차 산업이 성장을 주도할 것으로 예상됩니다.
성장이 증가할 것으로 예상됨에 따라 반도체 산업은 여러 가지 이유로 안정적인 공급을 유지하기 위해 스마트 제조 방법을 채택해야 합니다.
소자 수준 추적 및 추적의 필요성
자동차, 의료, 국방 및 항공우주 산업은 명백한 이유로 집적 회로가 좁은 범위의 파라미터 내에서 작동해야 합니다. 이러한 구매자는 제조에서 시스템 통합까지 모든 집적 회로에 대한 계보 추적을 요구합니다. 이러한 유형의 소자 수준 추적은 현재 세대의 제조 실행 시스템(MES)이 처리할 수 없는 막대한 양의 데이터를 제시합니다.
간접 인건비 증가
반도체 제조사의 비용 중 약 20%는 간접 인건비입니다. 이는 생산 능력 계획자가 새로운 원자재, 공정 개선 또는 신제품에 관한 최신 데이터에 즉시 접근할 수 없어 비현실적인 계획을 세우기 때문일 수 있습니다. 숙련된 기술자가 회사를 떠날 때 비효율성이 발생하기도 합니다.
엔지니어는 현재 여러 분리된 시스템에서 가져온 데이터를 기반으로 결정을 내릴 수 있습니다. 기존 시스템에서 데이터를 가져오기 어려울 뿐만 아니라 이 정보를 해석하기도 어려워 제조 장비의 파라미터 조정 시 잘못된 결정으로 이어질 수 있습니다.
수율 개선
제조 기업은 수요 뿐만 아니라 주주 기대치를 충족하기 위해 수율을 개선해야 한다는 압력을 항상 받고 있습니다. 최첨단 장비와 테스트 데이터로 가득 찬 하드 드라이브가 제조사의 수율 개선을 보장하지는 않습니다. 구형 MES는 이 데이터를 분석할 능력이 없을 수 있기 때문입니다.
스마트 팩토리가 전통적인 제조 공정을 개선하는 방법
반도체 기업이 제조 공장에 스마트 제조 공정 방식을 추가하려면 다음을 고려해야 합니다. 생산 최적화와 수율 개선 모두에 기회가 있습니다. 또한 많은 과제도 있습니다.
디지털 트윈 개념
디지털 트윈 개념
반도체 제조 공장의 디지털 트윈은 기본적으로 시뮬레이션을 실행하는 데 사용할 수 있는 가상 시스템입니다. 생산 중 사용되는 현대 장비의 대부분은 이미 3D 모델과 작동 방식에 대한 상세 사양과 함께 제공됩니다. 엔지니어는 또한 제조 공정을 시뮬레이션하는 모델을 개발했습니다. 함께 이러한 모델은 생산 흐름과 그 안의 공정을 시뮬레이션하고 결과를 예측하는 데 활용될 수 있습니다.
제조 공장의 디지털 트윈이 구축되면 제품 믹스, 재료 및 고객 공급 주문과 같은 특정 파라미터를 조정하여 시뮬레이션을 실행할 수 있습니다. 수율 개선을 위해 새 장비 및 운영 절차의 최적 설정을 발견할 수 있습니다. 프로토타입 단계에서 전체 생산까지 걸리는 시간도 단축할 수 있습니다.
디지털 트윈의 시뮬레이션은 MES 및 유지보수, 테스트, 스케줄링 작업의 데이터를 공급하여 더욱 개선될 수 있습니다. 이를 통해 제조사는 공장의 성능을 실시간으로 이해할 수 있습니다. 당연히 이러한 디지털 트윈 시뮬레이션을 실행하려면 통계 모델링, 머신러닝 기능 및 시뮬레이션 소프트웨어가 포함된 고급 컴퓨팅이 필요합니다.
개선된 스케줄링이 포함된 제조 실행 시스템
제조 실행 시스템
반도체 제조 공장의 MES(제조 실행 시스템)는 원자재에서 완제품까지 전체 생산 라인을 모니터링, 문서화 및 제어하는 소프트웨어입니다. 이러한 시스템은 항공우주 및 의료와 같은 규제가 엄격한 산업에서 컴플라이언스 요구가 증가함에 따라 등장했으며, 불량 제품을 리콜해야 할 경우 추적 가능성을 위한 방법이 필요했습니다. 이러한 필요성은 반도체 산업에도 존재합니다.
기존 MES는 스케줄링 시스템에 연결되어 월별 또는 일별 규모의 기본적인 제품 계획을 가능하게 하며, 생산 팀에 필요한 생산량, 충족해야 할 마감일, 생산에 필요한 자원 및 재료에 대한 아이디어를 제공합니다. 그러나 공장에서 제조되는 제품 믹스는 항상 변화하기 때문에 현재 교대조의 생산 팀은 수행해야 할 작업에 대한 지속적인 업데이트가 필요합니다. 한정 생산 스케줄링은 점점 더 교대 또는 시간별 수준에서 요구되고 있습니다.
스마트 제조 접근 방식을 통해 제한적이거나 통합이 거의 없는 구형 모델과 달리 내장 스케줄링 기능을 갖춘 새로운 MES가 개발되고 있습니다. 이를 통해 진행 중인 생산을 지연시키지 않고 테스트를 수행할 수 있으며, 현재 교대조의 생산 팀은 리소스 제약, 우선 순위 및 워크스테이션 수준에서 수행해야 할 작업에 대한 상세한 보기를 얻을 수 있습니다.
재사용 가능한 워크플로우
최신 MES는 주요 생산 공정뿐만 아니라 제품 레시피, 사양 및 장비 관리와 같은 2차 공정에 대한 복잡한 모델링이 가능합니다. 신제품 또는 공정 개선이 도입되면 MES는 테스트를 수행하고 결과를 추적할 수 있습니다.
MES에 중앙 집중식 변경 관리 기능이 있는 경우, 새로 도입된 요소에 대한 최적의 워크플로우를 회사의 관련 제조 공장 및/또는 생산 라인에 쉽게 롤아웃할 수 있습니다. 스마트 제조를 통해 회사의 의사 결정권자는 어디서든 이러한 공정을 설계하고 제어할 수 있습니다. 한 공장에서 새로운 공정 개선이 발견되면 다른 곳의 다른 생산 라인에 안정적으로 적용할 수 있습니다.
더 깊은 인사이트
반도체와 이로 만든 집적 회로는 점점 더 복잡해지고 있습니다. 수율을 높이고 생산 비용 효율성을 개선하며 시장 출시 시간을 단축하려면 실시간 정보가 필요합니다. 최신 제조 장비는 내부에 배치된 센서에서 수집된 방대한 양의 데이터를 제공할 수 있습니다. 이 데이터를 이해하고 생산 라인 성능에 대한 유용한 인사이트를 얻으려면 빅데이터 분석이 필요합니다.
이러한 인사이트는 공장 엔지니어에게 수율 이상, 부적합 및 기타 다양한 품질 관련 정보를 이해할 수 있는 대시보드를 통해 제공될 수 있습니다. 예측도 가능하여 제조사가 장비의 예측 유지보수를 수행할 수 있으며, 이는 고장 가능성을 대폭 줄이고 가용성을 높일 수 있습니다. 공정 실패도 예측할 수 있어 수율 손실을 줄일 수 있습니다.
수율 인지 FDC
수율 인지 FDC 그래프
반도체 산업이 망설이는 이유
4차 산업 혁명과 스마트 제조의 기술이 반도체 산업 내 제조를 개선할 엄청난 잠재력을 가지고 있지만, 일부 기업은 여전히 망설이고 있습니다. 이는 상당한 구조 조정과 비용, 그리고 스마트 제조의 투자 수익에 대한 정보가 거의 없기 때문에 인식된 비혜택 때문입니다. 일부는 Industry 4.0이 마케팅 과대 광고에 불과하다고 생각합니다.
스마트 제조가 제조 공장에서 아직 완전히 구현되지는 않았지만, 반도체 생태계의 일부 공급업체는 이 개념의 잠재력을 실현하는 데 필요한 소프트웨어와 장비를 개발하기 위해 이미 나아갔습니다. Siemens는 제조사가 운영을 완전히 디지털화할 수 있는 애플리케이션 개발 플랫폼과 소프트웨어 솔루션을 보유하고 있습니다. Exyte는 예방 유지보수를 위한 스마트 센서, 실시간 반도체 클린룸 모니터링 및 제어, 클라우드 기반 시설 모니터링 솔루션을 보유하고 있습니다.
관련 기술이 더 대중화됨에 따라 생태계는 계속 발전할 것입니다. 스마트 제조를 조기에 활용하는 반도체 제조사는 상당한 경쟁 우위를 확보하고 가까운 미래의 소비자 수요를 처리할 수 있을 것입니다. 업계 뉴스에 대한 자세한 내용은 Inquivix Technologies를 확인하십시오!
FAQ
스마트 제조란 무엇인가요?
스마트 제조는 스마트 센서, 인공 지능, 빅데이터 분석, 시뮬레이션, 인간-기계 인터페이스 및 로봇 공학과 같은 신흥 기술을 활용하는 접근 방식입니다. 실시간 데이터가 수집, 분석되며 의사 결정권자에게 생산 공정을 최적화하고 생산 속도를 늦추지 않으면서 수율을 개선하기 위한 권장 사항이 제공됩니다.
제조 실행 시스템(MES)은 무엇을 하나요?
MES(제조 실행 시스템)는 원자재에서 완제품까지 제품의 모든 생산 작업을 모니터링하고 제어할 수 있는 소프트웨어입니다.
MES와 ERP의 차이점은 무엇인가요?
MES는 생산 라인의 장비 모니터링 및 제어를 포함합니다. ERP(전사적 자원 관리)는 스케줄링 및 재고 관리에 사용되는 소프트웨어입니다.