[FA저널 SMART FACTORY 이건오 기자] 반도체 제조 공정은 여러 가지 특수성을 갖고 있다. 설비 및 공장 건설에 따른 막대한 비용, 안전, 고성능 및 다품종 소량생산 등의 요구에 여러 가지 대응 방안이 나오고 있다. 특히 반도체 제조 산업은 스마트 팩토리 기술을 선도하는 분야로 다른 제조 산업에서 적용할 수 있는 사례들을 살펴볼 수 있다.

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사례 1 : 가상설계
반도체 개발을 위한 팹 건설비용은 막대하다. 그러나 개발기간을 획기적으로 절감할 수 있는 100% 가상 반도체 팹이 현실화되고 있다. 설계 검증에 따른 공정 개발, 설계 변경에 대한 유연한 대응 등으로 비용, 시간 및 탄소 배출과 같은 환경오염을 크게 감소시킨다. 이러한 변화로 최근 반도체 시장에 기술력과 생산력을 겸비한 소형, 벤처 업계가 지속적으로 등장하고 있다.

이들은 경쟁력 있는 다양한 제품을 시장에 출시하면서 가격 경쟁력과 함께 충분한 물량 공급 역시 이뤄내고 있다. 사무실 하나에 직원이 3명뿐인 벤처기업 D사와 반도체 생산시설을 하나도 보유하고 있는 않은 E사가 대기업과 공급계약을 마쳤다. 아이디어만 있으면 소자의 설계부터 생산가능여부 및 납기까지 가상화 작업으로 해결할 수 있어 시장 경쟁력을 갖출 수 있다.

사례 2 : 실시간 모니터링
반도체 제조 공장은 화학물질, 방사선 등의 특수성으로 작은 실수나 고장으로 심각한 사고를 유발할 수 있다. 이에 많은 반도체 장비가 설계, 제작 단계부터 사고 예방을 위해 안전관리를 필수적으로 적용한다. 또한, 초미세 패턴을 다루는 특성상 외부 오염으로부터 매우 취약하기 때문에 팹 시설의 청정도 유지를 위해 막대한 유지보수 비용이 소모돼 왔다.

실시간 모니터링 시스템은 자재관리부터 이송, 공정 등 제품의 생산 과정을 추적하고 장비들이 유기적으로 가동되기 위한 모니터링 및 스케줄링 한다. 이를 통해 제조 기업은 생산성을 향상시키고 인건비를 절감하고 있으며 수요 기업은 제조사의 생산시스템에서 제공하는 실시간 공정 추적 및 모니터링을 통해 제품 개발에 반영할 수 있게 됐다.

각종 첨단센서로 무장한 C사의 모니터링 시스템은 공장 내에서 사각지대가 없이 모든 것을 모니터링하고 제어할 수 있다. 모든 자동화 로봇은 철저히 계획된 스케줄 하에 동작하며 충돌방지 및 물리센서까지 무장해 스스로 사고를 방지할 수 있다. 또한 자재부터 생산 시설의 모든 환경을 실시간 모니터링 하고 유사시 바로 조치가 가능해 인명피해를 최소화 할 수 있다.
 

 사례 3 : 머신비전
머신비전은 과거의 단순한 생산품 불량 유무 판별에서 이미지 DB를 정보화하며 생산량까지 결정하는 단계로 발전했다. 머신비전 시스템은 반도체 제조에서 품질과 신뢰성 향상을 위한 필수 요소다. 과거에는 반도체 생산품 불량 유무를 사람이 판별했다. 그러나 최근 공장자동화와 미세화로 인해 사람의 육안으로 검사하는 것에 한계가 생겼다. 검사의 신뢰성 문제, 사람 간 오차 문제, 실시간 검사·전수검사 불가능 등 여러 가지 복합적인 한계 때문에 머신비전이 아니면 반도체를 제조할 수 없게 됐다.

정보화되고 전략화 되기 위해서는 지금보다 더 정밀하게 데이터를 처리할 수 있어야 한다. 반도체 제조 공정에서 머신비전의 활용 분야로는 품질 신뢰성, 결함 검출, 검사와 보정, 데이터 수집과 소팅, 기계 모니터링, ID 트래킹, 집계, 로보틱 가이던스 등이 있다. 최근엔 리얼타임 프로세스 컨트롤과 세이프티 모니터링, 유지보수 모니터링에 활용 가치가 더 늘어나고 있다.

사례 4 : 3D 프린팅
반도체 제조의 중요한 공정 중 하나는 제품화를 위한 최종 단계인 패키징이다. 메모리, CPU 등을 대량 생산하던 때는 패키징이 한정적이었다. 하지만 전자 제품의 다양화에 따라 다품종 소량 생산이 보편화 되면서 맞춤형 패키징의 수요가 증가하고 있다. 기존의 획일화된 패키징이 3D 프린터를 이용한 맞춤형 패키징 시스템으로 탈바꿈하고 있다.

이를 통해 반도체 패키징 효율을 높이고 제품별 맞춤형 제작으로 소형화와 고성능 제품 생산이 가능해졌다. 반도체의 용도와 특성에 맞는 다양한 소재, 형태에 따라 패키징을 3D 프린터로 손쉽게 개발하고 곧바로 생산까지 가능하다.

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