반도체 입문 · 16강
24시간 멈추지 않는 공장
팹은 불을 끄지 않는다. 웨이퍼는 밀폐 용기에 담겨 천장의 레일을 따라 이동하고, 어떤 공정 사이에서는 너무 오래 기다려서는 안 되며, 긴급 로트와 장비 정비도 모두 일정에 끼워 넣어야 한다.
학습 목표
- 팹이 왜 24시간 가동되는지, 멈추면 어떤 대가를 치르는지 설명할 수 있다.
- 웨이퍼가 팹 안에서 어떻게 이동하는지, MES가 로트마다 어디까지 왔는지를 어떻게 기억하는지, 웨이퍼 한 장을 만드는 데 왜 몇 달이 걸리는지 안다.
- 로트 일정을 짤 때의 트레이드오프, 즉 긴급 로트, 공정 사이 대기 시간의 상한(Q-time), 장비 정비가 서로 어떻게 맞물리는지 이해한다.
한 단계씩
- 장비는 24시간 작업하며, 밤에도 멈추지 않는다.
이유장비는 비싸고 날마다 감가상각된다. 24시간 가동하면 웨이퍼 한 장이 떠안는 감가상각비는 8시간 가동할 때의 약 3분의 1에 불과하다.
하지 않으면밤에 라인 전체가 멈추면 모든 웨이퍼의 완성 시점이 늦어지고, 납기도 그만큼 뒤로 밀린다.
- 흔한 방식은 인원을 네 조로 나눠 12시간씩 교대로 지키는 것이다.
이유팹에 24시간 사람이 있게 하면서도, 같은 사람이 쉬지 않고 계속 일하지 않게 하기 위해서다.
하지 않으면한 조가 24시간을 버틸 수는 없다. 교대하려면 인수인계가 필요한데, 인수인계가 부실하면 다음 근무조가 이전 근무조가 남긴 일을 이어받지 못한다.
- 웨이퍼는 밀폐된 FOUP에 담아 천장의 OHT로 나른다.
이유눈에 보이지 않는 파티클 하나로도 선 하나가 끊어질 수 있고, 사람은 클린룸에서 가장 큰 파티클 발생원이다.
하지 않으면사람이 직접 나르면 가득 찬 용기 하나가 7~9kg이라 하루에 여러 번 나르기 버겁고, 용기를 잘못 집거나 엉뚱한 장비로 보내기도 쉽다.
- MES(제조 실행 시스템)가 로트마다 위치를 기억하게 한다. 장비에 넣기 전에 공정, 장비, 레시피, 큐타임을 먼저 확인한다.
이유장비는 자기가 엉뚱한 로트를 받았다는 것을 모르고, 잘못된 조건대로 아주 정확하게 작업을 끝낸다. MES는 웨이퍼마다 어느 장비, 어느 챔버에서, 어떤 레시피로, 몇 시에 작업했는지도 기록하므로, 문제가 생겼을 때 거슬러 올라가 추적하는 데 이 기록이 쓰인다.
하지 않으면공정을 잘못 타거나 레시피를 잘못 넣은 것을 막지 못하면 용기 하나 분량 전체를 리워크하거나 스크랩해야 할 수도 있다. 기록을 찾을 수 없으면, 문제가 생겼을 때 해당 기간 전체의 로트를 모두 묶어 둘 수밖에 없다.
- 장비 일정을 꽉 채우지 않고 여유를 조금 남긴다.
이유웨이퍼는 대부분의 시간을 줄 서서 보낸다. 장비가 쉴 틈 없는 상태에 가까워질수록 줄은 빠르게 길어진다.
하지 않으면너무 꽉 채우면 장비 한 대가 다운되거나 한 로트를 다시 하는 일만 생겨도 라인 전체가 막힐 수 있다.
- 긴급 로트는 모든 공정에서 우선 처리하되, 너무 많이 만들지 않는다.
이유긴급 로트가 덜 기다린 시간은 사라지지 않고, 뒤에 선 로트들이 그만큼 더 기다린다.
하지 않으면모두가 긴급 로트라면 긴급 로트끼리도 줄을 서야 하므로, 긴급 로트가 없는 것과 같다.
- 장비는 일정에 따라 멈춰서 정비하고, 정비 후에는 먼저 테스트를 거친 다음 로트를 받는다.
이유챔버에는 무언가가 쌓이고 부품은 닳는다. 고장 나기 전이라도 만들어지는 웨이퍼는 이미 틀어져 있을 수 있다.
하지 않으면다시 조립했다고 해서 원래와 같다는 보장은 없다. 측정에서 문제가 드러날 즈음에는 이미 여러 로트를 작업했을 수 있다.
핵심 설명
장비는 너무 비싸고, 한번 멈추면 다시 돌리기 어렵다
일반 공장은 밤에 문을 닫을 수 있지만, 팹은 새벽 3시에도 돌아간다. 첫째 이유는 돈이다. 장비는 매우 비싸고, 쓰든 안 쓰든 그 가치가 날마다 조금씩 줄어드는데, 이를 감가상각이라고 한다. 하루 24시간 가동하면 웨이퍼 한 장이 떠안는 감가상각비는 8시간 가동할 때의 약 3분의 1에 불과하다. 둘째 이유는 한번 멈추면 다시 가동하기 어렵다는 것이다. 고온의 퍼니스는 온도를 올렸다 내렸다 하기를 되풀이하면 손상되고, 진공에서 가공하는 챔버는 한번 열면 다시 진공을 뽑아야 한다. 멈췄던 장비는 먼저 테스트 웨이퍼를 돌려 결과가 정상인지 확인해야 제품을 다시 넣을 수 있다.
웨이퍼는 밀폐 용기에 담겨 천장으로 다니고, MES는 로트마다 위치를 기억한다
웨이퍼는 팹 안에서 이동할 때 FOUP이라는 밀폐 용기에 담긴다. 용기 하나에 최대 25장이 들어가며, 눈에 보이지 않을 만큼 작지만 선 하나를 끊기에는 충분한 파티클을 막아 준다. 천장 레일 위를 달리는 작은 반송차를 OHT(천장 반송 장치)라고 하는데, 장비 바로 위까지 가서 용기를 수직으로 내려 준다. 사람이 직접 나르지 않는 이유는 용기 하나를 가득 채우면 7~9kg이나 되고, 사람이 파티클을 끌어들이며, 엉뚱한 곳으로 보내기도 쉽기 때문이다. 다음에 어느 공정으로 갈지도 사람의 기억에 맡기지 않는다. 웨이퍼는 다 똑같이 생겨서 3번째 층까지 왔는지 30번째 층까지 왔는지 겉으로는 알 수 없기 때문이다. 공장의 컴퓨터 시스템인 MES(제조 실행 시스템)는 로트마다 경로와 지금 어느 공정에 있는지를 기억한다. 장비에 넣기 전에 이 로트가 여기에 있는 것이 맞는지, 장비가 작업할 수 있는 상태인지, 어떤 레시피(장비가 따라 돌리는 설정)를 쓸지, 큐타임(Q-time, 공정 사이 대기 시간의 상한)이 지나지 않았는지를 확인하고, 모두 맞아야 투입한다. 측정값이 규격을 벗어나거나 큐타임이 지나면 MES에서 그 로트를 홀드(다음 공정으로 보내지 않고 붙잡아 두는 것)하고, 시스템은 더 이상 그 로트를 배정하지 않는다.
몇 달 가운데 대부분은 줄 서서 기다리는 시간
웨이퍼 한 장은 수백 단계를 거쳐야 하며, 생산 라인에 올린 날(웨이퍼 투입)부터 완성까지 업계에서는 흔히 평균 3개월 안팎이라고 한다. 이 기간을 사이클 타임(생산 주기)이라고 한다. 병원에서 건강검진을 받을 때 항목마다 몇 분이면 끝나지만 오전 내내 대부분 복도에 앉아 순서를 기다리는 것처럼, 웨이퍼가 실제로 장비 안에서 가공되는 시간도 일부에 불과하고 나머지는 모두 기다리는 시간이다. 장비를 기다리고, 반송을 기다리고, 측정을 기다리고, 사람의 결정을 기다린다. 장비 일정이 꽉 찰수록 줄은 더 길어진다.
디스패치: 긴급 로트, 큐타임, 정비의 줄다리기
각 장비가 다음에 어느 로트를 작업할지는 대개 디스패치 시스템이 정한다. 이 시스템은 MES의 데이터를 읽어 로트마다 위치, 긴급도, 남은 시간을 보고, 지금 작업할 수 있는 장비가 어느 것인지 확인한 뒤, 규칙에 따라 장비마다 다음 로트를 정한다. 데이터가 실시간이 아니면 이미 멈춘 장비에 로트를 배정할 수도 있다. 일정을 짤 때는 세 가지가 장비 시간을 두고 다툰다. 큐타임은 어떤 공정이 끝난 뒤 다음 공정을 얼마 안에 시작해야 하는지 정한 상한으로, 웨이퍼 표면을 오래 두면 변질되기 때문에 둔다. 긴급 로트는 대개 모든 공정에서 우선 처리되는 로트로, 긴급 로트가 덜 기다린 만큼 다른 로트가 더 기다린다. 정비(PM)는 장비가 고장 나기 전에 일정에 따라 멈추고 청소하거나 부품을 교체하는 일이다. 장비가 멈춰도 카운트다운은 그대로 흘러가므로, 일정을 짤 때는 누가 가장 기다릴 수 없는지부터 본다. 긴급 로트가 아직 시간에 맞출 수 있다면, 큐타임 만료가 임박한 로트를 먼저 작업한다.
흔한 오해
- 흔히 듣는 말팹이 24시간 가동되는 것은 모든 장비의 일정을 꽉 채우기 위해서다.
- 실제로는팹은 보통 가장 바쁜 장비라도 100%까지 채우지 않는다. 계산대가 쉴 틈 없는 상태에 가까워질수록 줄이 빠르게 길어지듯, 장비 일정을 너무 꽉 채우면 웨이퍼의 대기 시간이 급격히 늘어나고, 장비 한 대가 다운되거나 한 로트를 다시 해야 하는 일만 생겨도 라인 전체가 막힐 수 있다. 24시간 가동하는 것은 웨이퍼가 계속 흐르게 하기 위해서다.
- 흔히 듣는 말장비가 고장 나지 않았다면 멈추고 손볼 필요가 없다.
- 실제로는챔버 안에는 서서히 무언가가 쌓이고 부품은 닳는다. 장비가 고장 나기 전에도 만들어지는 웨이퍼는 이미 틀어져 있을 수 있다. 일정에 따라 미리 멈추고 정비하면 사람, 부품, 시간을 모두 미리 준비할 수 있다. 고장 난 뒤에 고치면 한밤중이나 로트가 가장 많을 때와 겹치기 쉽고, 얼마나 멈춰야 할지도 알 수 없다.
살펴보기: 분해해 보는 장비
OHT(천장 반송)
스토커필독
- 반도체 공장은 왜 24시간 멈추지 않을까?
- 웨이퍼는 팹 안에서 어떻게 이동할까? 웨이퍼 박스(FOUP)와 천장의 OHT
- MES란? 팹의 컴퓨터는 로트마다 어디까지 왔는지 어떻게 알까
- 웨이퍼 한 장 만드는 데 얼마나 걸릴까? 사이클 타임은 왜 몇 달이나 될까
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플레이
제조부로 근무해 보기: 한 구역 전체의 로트가 앞으로 나아가도록 챙기기 →
생각해 보기
- 교대 근무 덕분에 공장은 멈추지 않지만, 사람은 잠을 자야 한다. 멈추지 않는 공장은 그 안에서 일하는 사람들을 어떻게 돌봐야 할까?
- 긴급 로트 하나가 끼어들면 앞에 줄 서 있던 로트들은 기다려야 한다. 긴급 로트가 언제나 첫 번째여야 할까? 누가, 무엇을 근거로 정해야 할까?
수업 자료: 슬라이드
이 강의의 핵심, 모식도, 장비, 토론 질문을 슬라이드 한 벌로 만들었다. 그대로 화면에 띄워도 되고, 자신의 강의 자료에 넣어도 된다.
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