[논문]반도체 제조업에서의 RFID Active 태그를 이용한 위치추적 시스템 구축 사례 및 스케줄링 개선 방안에 관한 연구

김갑용; 채명신; 유재언

[국내논문] 반도체 제조업에서의 RFID Active 태그를 이용한 위치추적 시스템 구축 사례 및 스케줄링 개선 방안에 관한 연구
Case Study on Location Tracking System using RFID Active Tag and Improvement of Scheduling System in Semiconductor Manufacturing 원문보기

산업공학 = IE Interfaces, v.21 no.2, 2008년, pp.229 - 236

김갑용 (서울벤처정보대학원대학교 정보경영학과) , 채명신 (서울벤처정보대학원대학교 정보경영학과) , 유재언 (서울벤처정보대학원대학교 정보경영학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, ubiquitous computing paradigm considers as a tool for making innovation and competitive strength in manufacturing industry like other industries. Particularly, the location-based service that enables us to trace real-time logistics make effective management of schedules for inventory control, facilities and equipments, jobs planning, and facilitate the processes of information management and intelligence, which relate with ERP and SCM in organizations. Our study tries to build the location-based system for products of semiconductors in manufacturing place and suggests the good conditions and effective tracking procedures for positions of products. Our study show that the system is good for the saving of time in tracking products, however, it has to be improved in terms of accuracy. The study verifies the application of RFID technology in manufacturing industry and suggests the improvement of photograph process through RFID. In addition, our research introduces the future operation of FAB in semiconductors' processes that relate with real-time automation and RFID in manufacturing company.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

RFID 구축 업체 시각에서 기업 내 물류 분야의 RFID 도입에 대한 사례 연구는 많으나, 기업 현장에서 제조 공정 내의 적용 현황에 대한 사례 발표는 부족한 실정이다. 이에, 본 연구에서는 제조 현장에 RFID기술을 이용한 위치추적 시스템의 파일로트 프로젝트 사례를 통하여 바코드 시스템을 사용하고 있는 환경에서 RFID기술을 도입할 때 우선적으로 고려해야 할 요인과, RFID 도입을 새로운 기술혁신 관점에서 RFID 도입에 영향을 미치는 요인을 파악하고 제시 하고자 한다.
본 연구는 RFID기술을 반도체 FAB에 적용하는 파일로트 프로젝트를 추진해 봄으로써 신기술의 현장 적용 여부를 가늠해 보고, 향후 유비쿼터스 매뉴팩처링을 위한 현실적인 출발점으로서의 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문의 구성은, 제 2장에서 유비쿼터스 위치기반 서비스와 RFID 관련 연구 동향을 살펴보고, 제 3장에서 파일로트로 구현된 위치추적 시스템에 대한 필요성과 시스템 개요를 설명한다.
본 사례 연구에서는 실제 산업 현장인 반도체 제조 공장에 RFID기술을 설치하여 위치추적 시스템을 적용하고, 제조업에서의 물류 추적을 위한 RFID기술의 적용성과 효용성을 평가한다. 이러한 평가를 바탕으로 기업 관점에서 RFID기술을 적용하기 위한 고려 사항을 제시한다.
본 사례 연구에서는 실제 산업 현장인 반도체 제조 공장에 RFID기술을 설치하여 위치추적 시스템을 적용하고, 제조업에서의 물류 추적을 위한 RFID기술의 적용성과 효용성을 평가한다. 이러한 평가를 바탕으로 기업 관점에서 RFID기술을 적용하기 위한 고려 사항을 제시한다.
물류/유통 분야에서 활발히 적용되는 RFID기술을 생산현장에 적용하기 위해서는 많은 실질적인 연구와 실험이 필요하다. 본 연구에서는 실제 반도체 생산 라인에서 RFID 시스템의 가용성을 확인하기 위해 파일로트 시스템을 구축하여 위치추적에 소요되는 시간과 적중률을 측정하였다. 구축된 시스템은 쉘프와 같은 주어진 위치에 실물이 존재할 경우에 높은 적중률을 보였으며, 분실된 실물을 빠르게 찾을 수 있는 가능성을 보여주었다.

제안 방법

이와 같이, RFID기술을 이용한 실시간 위치추적 시스템은 실제 물류의 정확한 위치를 파악하고 싶은 현장의 요구사항, 그리고, 생산성 향상을 위한 신기술의 도입 관점에서 그 필요성이 증가하게 되었다. 위치추적 시스템에 대한 적용가능성과 효용성을 평가하기 위하여, 레티클을 추적 대상으로 하는 파일로트 시스템을 다음과 같이 구축하게 되었다. 포토 룸 전체의 크기에 비례하여, 위치추적기는 반경 10m로 설치하는 것이 설치 개수나 신호 강도 등을 고려하여 적정하다고 판단이 되어, 가로 7개/세로 3개 총 21개가 설치되었다.
레티클의 위치를 추적하는 테스트를 실시하여 RFID 시스템의 성능을 평가하였다. 성능 평가는 레티클의 위치를 추적하는데 소요되는 시간과 적중률로 측정하였으며, 테스트는 레티클이 주로 보관되는 쉘프와 임의의 장소에 레티클을 위치시킨 뒤, 파일로트 시스템의 추적 결과를 바탕으로 실물을 찾도록 하였으며, 레티클을 찾는데 소요된 시간과 순위별 적중률을 측정하였다.
레티클의 위치를 추적하는 테스트를 실시하여 RFID 시스템의 성능을 평가하였다. 성능 평가는 레티클의 위치를 추적하는데 소요되는 시간과 적중률로 측정하였으며, 테스트는 레티클이 주로 보관되는 쉘프와 임의의 장소에 레티클을 위치시킨 뒤, 파일로트 시스템의 추적 결과를 바탕으로 실물을 찾도록 하였으며, 레티클을 찾는데 소요된 시간과 순위별 적중률을 측정하였다. <그림 4>와 같이 추적하고자 하는 레티클의 위치는 근처에 있는 위치추적기의 순위로 나타내어 탐색할 수 있다.

대상 데이터

본 연구의 대상이 되는 반도체 FAB에서는 물류 정보화를 위하여 현재 바코드 시스템을 사용하고 있다. 바코드 시스템은 생산공정관리시스템(MES)과 연동되어 로트의 진행 조건 및 장비에 대한 유효성을 확인하고, 런쉬트(Run Sheet) 작성에 필요한 데이터를 자동으로 수집하게 해줌으로써 생산 효율을 높이기 위한 수단으로 활용되고 있다.
위치추적 시스템에 대한 적용가능성과 효용성을 평가하기 위하여, 레티클을 추적 대상으로 하는 파일로트 시스템을 다음과 같이 구축하게 되었다. 포토 룸 전체의 크기에 비례하여, 위치추적기는 반경 10m로 설치하는 것이 설치 개수나 신호 강도 등을 고려하여 적정하다고 판단이 되어, 가로 7개/세로 3개 총 21개가 설치되었다. 라우터와 코디네이터는 위치추적기와의 배선을 고려하여 설치하였다.

성능/효과

RFID기술을 적용한 제조 현장에서는 실시간 생산 정보의 공유, 작업의 투명성 확보를 통하여 정보 활용 능력이 강해지고, 생산 현장 정보 인프라의 기반이 구축되어 작업 효율성 증대, 작업에 대한 실시간 실적 처리, 사이클 시간(Cycle Time)의 감소로 생산성 증가가 가능하다. 그리고 재공과 재고 관리에 소요되는 시간과 비용이 감소됨으로써, 수익성 향상의 효과를 나타내고 있다.
바코드 시스템을 이용하는 반도체 제조 현장 작업자의 물류 관리에 대한 개선점과 요구 사항은 다음과 같다. 첫째, 레티클 관리 시스템과 작업자 화면에 나타나는 레티클 위치 정보는 바코드 리더기의 최종판별 위치를 나타내기 때문에, 실물의 위치 정확도가 낮다. 둘째, 인쇄된 바코드가 지워지거나 훼손되면 판별이 불가능하며, 판독기로 식별하지 않으면 바코드 시스템 상에 정보가 갱신되지 않는다.
첫째, 레티클 관리 시스템과 작업자 화면에 나타나는 레티클 위치 정보는 바코드 리더기의 최종판별 위치를 나타내기 때문에, 실물의 위치 정확도가 낮다. 둘째, 인쇄된 바코드가 지워지거나 훼손되면 판별이 불가능하며, 판독기로 식별하지 않으면 바코드 시스템 상에 정보가 갱신되지 않는다. 마지막으로, 바코드로는 이동 중인 레티클의 실물위치를 실시간으로 파악이 불가능하여, 레티클 보관 및 출고 관리 등에 지연이 발생한다.
지정된 장소인 쉘프에 위치한 경우, 9미터 이내에 있는 레티클 추적 성공률은 92%이며, 3미터 이내는 58%이였다. 쉘프와 같이 정해진 구역이 아닌 바닥, 장비 내부, 쉘프 밑 등 임의의 장소에 레티클을 위치시키고, 사용자가 위치 탐색을 수행할 경우에는 9미터 이내는 85%로 7% 감소했으나, 3미터 이내는 39%로 19% 감소하였다. 그러나 추적 율은 감소하였지만, 임의의 위치에 놓아도 찾아낸다는 것은, 이는 현 RFID기술로서는 9미터 내의 레티클 추적을 현장에서 원할 경우에는 적용이 가능하나, 3미터 이내에서 레티클 찾기를 원한다면 RFID기술을 적용하더라도 보완적으로 레티클 위치를 지정하여 관리하여야 함을 의미한다.
RFID기술을 이용할 경우, 10분 이내에 92% 레티클 위치 파악이 가능하나, 바코드의 경우에는 75% 정도이다. <그림 6>의 데이터를 평균해 보면, RFID 경우 하나의 레티클을 찾는데 평균 10분 정도의 시간이 소요되며, 바코드의 경우 15분 정도의 시간이 소요됨을 알 수 있다. 하나의 로트가 스테퍼 장비에서 가공되는 시간을 평균 40분이라고 할 때, 전체 작업시간은 RFID경우 50분(40+10), 바코드의 경우 55분(40+15)으로서 약 10%의 차이가 난다고 할 수 있다.
최종적으로 구축된 파일로트 위치추적 시스템을 통하여 생산라인 내에서 장비와의 전파 간섭 없이 로트나 레티클 등 실물의 위치추적이 가능한 것을 확인할 수 있었다. 실제 현장 작업자의 사용 전후의 효과에 대해 설문 조사 결과, 약 52%의 작업자가 실물의 위치 파악에 도움이 될 수 있다고 파악이 되었다.
최종적으로 구축된 파일로트 위치추적 시스템을 통하여 생산라인 내에서 장비와의 전파 간섭 없이 로트나 레티클 등 실물의 위치추적이 가능한 것을 확인할 수 있었다. 실제 현장 작업자의 사용 전후의 효과에 대해 설문 조사 결과, 약 52%의 작업자가 실물의 위치 파악에 도움이 될 수 있다고 파악이 되었다.
이를 바탕으로 기존의 생산공정관리시스템(MES)에 실시간 물류 정보를 제공한다면, 실물의 위치를 단시간 내에 탐색할 수 있다. 또한 레티클 저장장치간의 이동 시간을 기본으로, 다음 공정의 예상 작업 시작 시간을 제공하는 스케줄링 시스템에 레티클 저장장치와 쉘프, 쉘프와 장비간의 이동 시간 등 보다 세분화된 이동 시간의 정보가 누적 수집되면 스케줄링 시스템의 정확도가 향상되어 작업 능률과 만족도 제고의 효과를 거둘 수 있다
본 연구에서는 실제 반도체 생산 라인에서 RFID 시스템의 가용성을 확인하기 위해 파일로트 시스템을 구축하여 위치추적에 소요되는 시간과 적중률을 측정하였다. 구축된 시스템은 쉘프와 같은 주어진 위치에 실물이 존재할 경우에 높은 적중률을 보였으며, 분실된 실물을 빠르게 찾을 수 있는 가능성을 보여주었다.
위치추적기의 이상적인 설치장소는 직선성(Line Of Site)을 확보 할 수 있는 천장이 제일 좋으나, 이번 연구에서는 천장에 물류 반송장치가 설치되어 있어 부착하기가 어려웠고, 설치를 하려면 일정 시간 작업 현장에 영향을 미치므로, 설치가 어려운 천장보다, 상대적으로 부착이 쉬운 장비의 상단에 부착한 결과 음영영역이 발생이 되어, RFID 적중률이 감소하였다고 판단이 된다. 위치추적기의 부착거리도 10미터가 적당하다고 하여, 라인의 레이아웃을 고려 10미터 당 배치를 하고 나서 경험적으로 위치조정을 하였으나, 향후에는 RFID 시스템 구축시 적용되는 공간과 장애물을 고려한 위치추적기의 적절한 위치 선정 및 부착 개수의 최적화 알고리즘을 연구하여 적중률을 높이는 것이 중요한 요소이다.

후속연구

레티클 검사 시의 사례를 보면, 현재 제조 현장에서는 레티클을 일정 로트 이상 사용하거나, 일정 기간이 지나면 세척을 하고, 검사를 타 부서에 의뢰하게 되어 있는데, 이럴 경우 레티클의 상황이 실시간으로 파악이 되지 않아, 일정 시간 레티클 확보가 가능하지 않다고 판단하여, 스케줄러에서 로트 할당을 하지 않게 로직이 설계 설계되어 있다. RFID에 의해 실시간으로 추적이 되면 언제 레티클 확보가 가능하다고 예측 할 수 있어, 스케줄러의 입력 정보로 활용이 가능하여 스케줄러의 디스패칭 정확도를 높여 줄 수 있을 것이다.
위치추적기의 이상적인 설치장소는 직선성(Line Of Site)을 확보 할 수 있는 천장이 제일 좋으나, 이번 연구에서는 천장에 물류 반송장치가 설치되어 있어 부착하기가 어려웠고, 설치를 하려면 일정 시간 작업 현장에 영향을 미치므로, 설치가 어려운 천장보다, 상대적으로 부착이 쉬운 장비의 상단에 부착한 결과 음영영역이 발생이 되어, RFID 적중률이 감소하였다고 판단이 된다. 위치추적기의 부착거리도 10미터가 적당하다고 하여, 라인의 레이아웃을 고려 10미터 당 배치를 하고 나서 경험적으로 위치조정을 하였으나, 향후에는 RFID 시스템 구축시 적용되는 공간과 장애물을 고려한 위치추적기의 적절한 위치 선정 및 부착 개수의 최적화 알고리즘을 연구하여 적중률을 높이는 것이 중요한 요소이다.
또한 반도체 공장에는 많은 장비와 무선 시스템이 존재하여 주파수 상호 간섭에 의한 통신 장애가 발생할 수 있으므로, 주파수 간섭 문제를 사전 검증하여 적중률 감소를 최소화하여야 하며, 일정 계획 시스템 등 타 시스템과의 연동을 통한 작업자의 생산성 및 납기 준수율 향상에 대해 추가적인 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	RFID 시스템은 무엇으로 구성 되는가?	실시간 위치추적 시스템(RTLS: RealTime Locating System)은 최근에 주목을 받고 있는 RFID기술의 무선을 이용, 원격에서 감지 및 인식하여 정보의 교환을 가능케 하는 기술로 산업 전반에 많은 응용서비스가 가능하여 연구개발과 확산이 이루어지고 있다(Albano, 2002). RFID 시스템은 추적 대상에 부착되는 RFID 태그, 특정 지역에 위치해 추적 대상의 위치를 확인하는 RFID 리더(리시버, 액티베이터), 추적 애플리케이션 소프트웨어가 탑재되는 데이터 처리 시스템으로 구성되며, 태그는 능동형(Active type)과 수동형(Passive type)으로 구분된다(박성수, 2003).
	RFID 시스템이란?	근거리 위치추적 기술 중, 비접촉식 인식시스템인 RFID는 국내는 물론 전 세계적으로 물류, 유통, 군사, 식품 등 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 추진되고 있다. RFID 시스템은 태그에 생산, 유통, 보관 및 폐기에 이르는 전 라이프사이클의 정보를 저장하고, 리더를 통해 태그에 저장된 정보를 수집한 후, 인공위성이나 이동통신망과 연계하고 정보시스템과 통합하여 사용하는 기술을 의미한다. 실시간 위치추적 시스템(RTLS: RealTime Locating System)은 최근에 주목을 받고 있는 RFID기술의 무선을 이용, 원격에서 감지 및 인식하여 정보의 교환을 가능케 하는 기술로 산업 전반에 많은 응용서비스가 가능하여 연구개발과 확산이 이루어지고 있다(Albano, 2002).
	레이어 수만큼의 레티클이 필요한 이유는?	반도체 포토공정은 20~30개의 레이어(Layer)로 구성되며, 매 레이어 마다 스테퍼(Stepper) 및 스캐너(Scanner) 장비에서 레티클(Reticle)이라고 하는 원판을 이용하여 프린팅하게 된다. 따라서 스테퍼 및 스캐너를 사용하는 포토공정은 한 제품이 완성되기 위해 레이어 수만큼의 레티클이 필요하다.

참고문헌 (11)

김용국, 이영애 (2007), 공급사슬에서 RFID기술의 적용을 위한 ROI 분석 모형, 한국SCM학회 2007하계발표대회
양경식 (2005), 유비쿼터스 컴퓨팅 활성화를 위한 RFID 이용에 관한 연구, 건국대학교, 석사학위 논문
이 재범, 이학선, 정윤희, 이상철 (2006), 기술혁신의 관점에서 RFID 도입 영향요인에 관한 연구, 한국경영과학회지, 31(2), 41-55

원문보기 상세보기
장윤석 (2006), RFID의 현황 및 산업분야 활용 동향, 한국SCM학회 2006 학술대회 논문집
조영수, 조성윤, 김병두, 이성호, 김재철, 최완식 (2007), 실내 외 연속 측위 기술 동향, 전자 통신 동향분석, 22(3), 20-28
Albano, S. and Engels, D. W. (2002), Technical Report : Auto-ID Center Field Trial: Phase I Summary
http://www.autoidcenter.org/research/MIT-AUTOID-TR-006.pdf
Klaus Finkenzeller (2003), RFID Handbook, WILEY
Michael, K. and McCarthi, L. (2005), The Pros and Cons of RFID in Supply Chain Management, Proceedings of the international conference on mobile business, IEEE computer Society
Lee, Y. H. and Lee, B. J. (2003), Push-pull production planning of the re-entrant process, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 22, 922-931

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Lee, Y. H., Park, J. K. and Kim, S. Y. (2002), Experimental study on input and bottleneck scheduling for a semiconductor Fabrication line, IIE Transactions, 34, 179-190

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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