MES란? 팹의 컴퓨터는 로트마다 어디까지 왔는지 어떻게 알까

MES는 Manufacturing Execution System의 줄임말로, 우리말로는 제조 실행 시스템이라 한다. 팹에서 MES는 모든 로트를 기억하는 컴퓨터 시스템이다. 이 로트의 이름은 무엇인지, 어떤 수백 단계를 거쳐야 하는지, 지금 어느 공정에 있는지, 다음에는 어디로 가는지. 팹에서 흔히 말하는 디스패치, 트랙인, 트랙아웃이 모두 MES를 거친다.

팹에는 왜 MES가 필요할까?

택배를 떠올려 보자. 택배마다 운송장 번호가 있고, 거점을 지날 때마다 한 번씩 스캔한다. MES도 조금 비슷한데, 기록만 하는 것이 아니라 공정마다 이 로트를 어떻게 처리할지 알려 주고, 처리하기 전에 잘못된 것을 막아 낸다.

팹에는 특히 MES가 필요하다. 로트 하나가 수백 단계를 거치며 몇 달 동안 만들어진다. 칩은 한 층씩 쌓아 올리므로, 한 층을 쌓을 때마다 포토, 식각을 다시 거친다. 게다가 웨이퍼는 생김새가 모두 같아서, 장비 앞에 서서 봐도 3층째인지 30층째인지 구별할 수 없다. 그래서 ‘다음에 무엇을 할지’를 사람의 기억에 맡길 수 없다.

MES는 많은 종류의 공장에 있다. 공개된 국제 참조 모델에서는 MES를 가운데 계층에 둔다. 위 계층은 주문과 계획을 다루며 월, 주, 일 단위로 움직이고, 아래 계층은 장비를 직접 제어하며 초 단위, 또는 그보다 짧은 시간 단위로 움직인다. MES가 다루는 일은 일, 근무조, 시간, 분 단위다.

로트 하나를 따라가 보자: MES는 단계마다 무엇을 할까?

1단계: 투입, 로트 번호와 경로를 받는다

• 하는 일: 웨이퍼 투입 순간, MES는 이 로트에 로트 번호를 부여하고, 어떤 웨이퍼가 들어 있는지 기록한 다음, 이 로트가 거쳐야 할 경로(route)를 붙인다. 수백 단계마다 어떤 종류의 장비로, 어떤 조건에 따라 처리할지가 담겨 있다. 웨이퍼 한 장 한 장의 가장자리에도 레이저로 각자의 번호가 새겨져 있다.
• 이유: 이 순간부터 ‘몇 번째 단계까지 했는지’는 경로만 알고 있다(투입하는 날의 일은 ‘웨이퍼 투입이란?’ 참고).
• 하지 않으면: 어디까지 했는지 사람의 기억에 의존할 수밖에 없다. 한 단계를 빠뜨리거나 한 단계를 더 해도, 몇 공정이 지나서야 알아챌 수 있다.

2단계: 공정에 도착하면, 디스패치가 무엇부터 할지 정한다

• 하는 일: 같은 종류의 장비 앞에는 흔히 여러 로트가 줄을 서 있다. 디스패치 시스템은 MES의 데이터, 즉 로트마다 어디에 있는지, 급한지, 시간이 얼마나 남았는지, 어떤 장비가 지금 처리할 수 있는지를 읽고, 규칙에 따라 장비마다 다음 로트를 정한다.
• 이유: 장비는 적고 로트는 많아서, 순서가 로트마다 얼마나 기다릴지를 결정한다. 어떤 로트를 우선할지는 생산관리가 먼저 세운 계획이다(‘생산관리는 무슨 일을 할까?’ 참고). 긴급 로트가 어떻게 끼어드는지는 ‘Hot lot이란?’ 참고.
• 하지 않으면: 데이터가 실시간이 아니면 이미 멈춘 장비에 로트를 보내거나, 기한이 임박한 로트를 계속 뒤로 밀 수 있다.

3단계: 장비에 넣기 전에 먼저 확인한다

병원에서 투약 전에 간호사가 환자의 팔찌를 스캔하고 약을 스캔해, 맞는 사람에게 맞는 약인지 확인한다. 로트를 장비에 넣기 전에 MES도 비슷한 일을 한다.

• 이 로트가 여기 있어야 하나? 경로상 다음 단계가 이 공정이 맞는지 본다. 공정을 잘못 찾아왔거나 공정을 건너뛴 로트는 여기서 막힌다.
• 장비가 처리할 수 있나? 상태가 ‘생산 가능’이어야 한다. PM 중이거나, 다운되었거나, 수리 후 아직 테스트 런을 통과하지 못한 장비는 안 된다. PM을 더는 미룰 수 없는 시점에 이르렀다면 먼저 멈추고 PM을 해야 한다. 장비에는 이 단계에 필요한 조건도 등록되어 있어야 한다.
• 어떤 레시피를 쓰나? 시스템이 경로에 따라 불러와 작업지시서로 발행하므로, 웨이퍼 번호와 레시피를 사람이 고르거나 옮겨 적을 필요가 없다(‘레시피란?’ 참고). 사람이 직접 골라야 할 때 잘못 고르면 MO가 된다(‘MO란?’ 참고).
• Q-time을 넘기지 않았나? 앞의 어느 공정, 대개 직전 공정이 끝난 순간부터 계산한다. 넘겼다면 웨이퍼 표면이 이미 변했을 수 있어, 원래 경로대로 바로 진행할 수 없다(‘Q-time이란?’ 참고).

왜 처리하기 전에 확인할까? 장비는 자기가 잘못된 로트를 받았는지 모른 채 잘못된 조건으로 아주 정확하게 처리를 끝내고, 많은 단계는 한번 하면 되돌릴 수 없기 때문이다. 네 가지가 모두 맞아야 이 로트가 ‘트랙인’(track-in)된다. 장비는 박스의 번호를 읽어 맞으면 문을 열고, 웨이퍼를 한 장씩 안으로 가져간다.

4단계: 처리가 끝나면 트랙아웃하고 이 공정을 기록한다

• 하는 일: 장비가 처리를 마치면 MES는 한 줄을 기록한다. 어떤 웨이퍼를, 어느 장비에서(챔버가 여러 개인 장비는 어느 챔버였는지까지 조회되는 경우가 많다), 어떤 레시피로, 누가 조작했고, 몇 시에 들어가 몇 시에 나왔는지. 이 공정에서 계측을 했다면 측정값도 로트 번호와 함께 저장된다. 그다음 트랙아웃한다.
• 이유: 이후의 모든 일이 이 한 줄에 달려 있다. Q-time이 걸린 로트는 이 순간부터 카운트다운이 시작되고, 측정값은 관리도에 찍혀야 한다.
• 하지 않으면: 한 건이라도 기록이 빠지면, 나중에 조회하는 사람은 그 웨이퍼들이 이 장비를 거치지 않았다고 생각하게 된다.

5단계: 문제가 생기면 홀드한다

• 하는 일: 측정값이 한계를 벗어나거나, Q-time을 넘기거나, 장비가 처리 도중에 이상을 일으키면, 이 로트는 MES에서 홀드된다. 시스템은 더 이상 이 로트를 디스패치하지 않고, 로트는 다음 공정에도 들어갈 수 없다. 누군가 처리 방법을 정할 때까지 그대로다(‘홀드란?’ 참고).
• 이유: 문제가 있을지 모르는 로트가 한 공정을 더 갈 때마다, 망가졌을지 모르는 웨이퍼에 공을 한 번 더 들이는 셈이다.
• 하지 않으면: 말로만 전해 두면, 근무조가 바뀐 뒤 누군가 그 로트를 다음 장비에 넣을 수 있다.

6단계: 다음 공정으로

• 하는 일: 문제없는 로트는 경로에 따라 다음 공정으로 간다. 반송 시스템이 디스패치 결정에 따라 OHT를 불러 박스를 옮긴다(‘웨이퍼는 팹 안에서 어떻게 이동할까?’ 참고).
• 이유: MES가 다음 공정에 어떤 장비가 필요한지 알고 있으니, 박스가 사람의 판단을 기다릴 필요가 없다.
• 하지 않으면: 사람이 기억하고 사람이 밀어 보내면 박스가 엉뚱한 장비로 가기 쉽다.

같은 단계가 수백 번 되풀이된다.

MES는 다른 시스템과 어떻게 연결될까?

팹에는 시스템이 하나만 있는 것이 아니며, 시스템마다 보는 것이 다르다.

시스템	무엇을 보나
반송 시스템	OHT가 어떤 박스를 어디로 옮기는지
계측	막이 얼마나 두꺼운지, 선이 얼마나 넓은지, 정렬이 얼마나 맞는지
SPC	측정값을 관리도로 그려 공정이 흔들리고 있는지 본다
FDC	장비 센서의 수치: 압력, 온도, 가스 유량
APC	측정값에 따라 다음 로트를 얼마나 조정할지 계산한다

이들을 잇는 것은 같은 로트 번호, 같은 장비, 같은 시각이다. MES는 총장부와 같아서, 모두가 ‘어느 로트가, 어느 장비에서, 몇 시에’로 대조한다. 그래서 어떤 수치가 한계를 벗어나면 어느 로트를 막아야 하는지 조회할 수 있다. SPC의 점이 관리 한계를 벗어나거나 FDC가 장비의 이상을 감지하면, 라인의 담당자는 이상 조치 절차인 OCAP에 따라 MES에서 의심스러운 로트를 홀드한다. 각 시스템이 하는 일은 ‘SPC 관리도란?’, ‘FDC란?’, ‘APC란?’을, 계측을 어떻게 하는지는 ‘팹은 공정이 제대로 됐는지 어떻게 알까?’를 참고하자.

기록은 왜 계속 남겨 둘까?

문제가 생겼을 때 거슬러 올라가 조회할 수 있어야 하기 때문이다. 이를 추적성(traceability)이라 한다. 품질경영 국제 표준도 추적이 필요한 제품은 어느 것인지 식별할 수 있어야 하고, 추적에 필요한 기록을 남겨야 한다고 요구한다.

가정한 예를 들어 보자. 오늘 아침 식각 장비 한 대의 모니터 웨이퍼 측정값이 한계를 벗어났고, 마지막으로 정상이었던 것은 어젯밤 10시다. 가장 먼저 할 일은 MES 조회다. 어젯밤 10시부터 지금까지 이 장비가 어떤 로트를 처리했고, 각각 어느 공정까지 갔는지. 이 로트들을 먼저 모두 홀드하고, 한 로트씩 판정한다. 조회할 수 있으면 그 로트들만 막으면 된다. 조회할 수 없으면 그 시간대의 로트를 통째로 막거나, 아무 일 없기를 바라는 수밖에 없다.

반대로 어떤 로트들의 테스트 결과가 유독 나쁘면, 그 로트들이 거쳐 간 장비를 비교해 나쁜 로트만 거쳐 간 장비 한 대를 찾아낼 수도 있다(‘근본 원인 분석이란?’ 참고). 칩이 출하되고 한참 뒤에 문제가 생겨도, 조회해야 하는 것은 그때의 그 기록들이다. 그래서 한 줄 한 줄을 정확하게, 빠짐없이 기록하고 충분히 오래 보관해야 한다.

fab24hr에서는

‘출근’을 누르고 ‘직장인의 하루’를 고른 뒤, ‘오늘 나는’ 카드에서 ‘양산 팹’을 누르고 좌우로 넘겨 ‘제조부’로 가면 식각 구역을 맡는다. 저녁 근무 19:45, MES에 경고가 하나 뜬다. P-2E08의 Q-time이 30분 남았는데, 인수인계서에는 이 로트가 없다. ‘로트 조회’를 열어 한 줄씩 짚어 가며 Q-time이 어디서부터 계산되었는지, 또 누가 이 로트를 스토커에 두었는지 찾아낸다. 디스패치 시스템 연결이 끊겨 모든 장비의 트랙인과 트랙아웃이 막히는 날도 있는데, 돌고 있는 로트를 멈출지 말지는 플레이어가 정한다. 품질 엔지니어로 플레이하면, 오후 근무에 장비가 실제로 처리한 내용과 MES에 기록된 내용을 한 구간씩 맞춰 봐야 한다.

게임 속 회사, 인물, 로트 번호, 장비, 시간은 모두 가상이다. 시스템 화면은 단순화한 예시이며, 디스패치 시스템과 MES를 하나의 시스템으로 다룬다. MES가 어떻게 돌아가는지는 공개된 일반 자료를 바탕으로 썼으며, 실제 시스템과 운영 방식은 회사마다 다르다. 다른 전문 용어는 ‘반도체 공장 전문 용어, 쉬운 말로 풀이’에서 찾아볼 수 있다.