⚙️ 반도체·디스플레이 장비 제어의 핵심 — PLC ↔ 장비 간 통신 완전 해설

 

🧭 1. PLC란 무엇인가?

PLC (Programmable Logic Controller)
→ “산업용 두뇌”이자 “공장 자동화의 중추”

PLC는 현장에서 각종 센서 입력을 받아
모터, 밸브, 펌프, 가스밸브, 로봇 등 장비를 제어하는 산업용 제어 장치입니다.

💡 쉽게 말해
“사람 대신 장비를 자동으로 조작하는 컴퓨터”

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🧩 2. PLC의 주요 역할

구분설명

🔌 입력(Input)	센서, 스위치, 인터락 신호 수집 (예: 도어 닫힘, 압력 도달 등)
⚙️ 논리제어(Logic Control)	Ladder Logic(래더)로 조건 판단 → 제어 명령 수행
🔋 출력(Output)	모터, 솔레노이드 밸브, 펌프 등에 전기신호 전송
🔄 통신(Communication)	상위 MES/Host 및 주변 장비 간 데이터 송수신
📈 모니터링(Monitoring)	온도, 압력, 진공도, 센서 값 실시간 감시

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🏭 3. 반도체·디스플레이 공정에서의 위치

공정장비(예: Etcher, PVD, CVD, CMP 등)는
하나의 완전한 제어시스템으로 구성되어 있습니다.
그중 PLC는 “장비 내부 제어”의 중심부로서 아래와 같이 작동합니다.

 

[Host PC/MES] ↓ [PLC Controller] ↓ (Signal Control) ↓ [Vacuum Pump, Valve, Heater, Robot, MFC, Sensor 등]

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🔧 4. 제어 신호의 실제 흐름

예를 들어 **“진공 챔버를 배기한다”**는 명령이 내려오면:

1. Host PC (장비 메인 소프트웨어) → PLC에 명령 전송
2.  
   Command: Pump ON
3. PLC 내부에서 래더 로직 판단
4.  
   IF Door_Closed == TRUE AND Interlock_OK == TRUE THEN Vacuum_Pump = ON ELSE Alarm("Interlock fail")
5. 출력(Output) 제어
   • PLC가 Digital Output(DO)으로 펌프 스타트 신호 전송
   • Dry Pump, Cryo Pump, Valve 등이 순차적으로 작동
6. 센서 입력 확인 (Input)
   • 압력 센서, Gate Valve Limit 등 신호 확인
7. 상태 보고 (Feedback)
   • PLC → Host로 “Pump On Complete” 신호 송신
   • 공정 단계 전환

✅ 즉, PLC는
모든 하드웨어 제어를 논리적으로 조합해
“조건 → 동작 → 확인 → 보고” 사이클을 자동으로 수행합니다.

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🛰️ 5. PLC ↔ 장비 간 통신 방식

PLC는 다양한 통신 프로토콜을 통해 장비나 상위 시스템과 연결됩니다.

구분설명주요 프로토콜

🔹 PLC ↔ 장비 모듈	MFC, 온도컨트롤러, 진공펌프, 로봇 등과의 신호 주고받음	Modbus RTU/TCP, Profibus, EtherCAT
🔹 PLC ↔ 상위 PC/Host	공정 제어 SW와 데이터 교환	Ethernet TCP/IP, SECS/GEM
🔹 PLC ↔ PLC	장비 간 인터락, 동기화 제어	Profibus-DP, Profinet, Ethernet/IP

💡 반도체 장비에서는 “안전 + 동기화 + 실시간성” 이 중요하므로,
주로 PROFIBUS, EtherCAT 같은 고속 필드버스가 사용됩니다.

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📡 6. 실제 통신 구조 예시

🔸 장비 내부 (PLC ↔ 모듈)

 

PLC ---[Profibus]--- MFC Controller

 

├──[Modbus RTU]--- Cryo Pump Controller

 

├──[EtherCAT]----- Temperature Controller

 

└──[Digital I/O]-- Valve, Sensor, Limit Switch

🔸 장비 외부 (PLC ↔ Host System)

 

Host PC ---[Ethernet TCP/IP]--- PLC

 

└──[SECS/GEM]--- MES (공장 관리 시스템)

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⚙️ 7. 제어 방식의 종류

제어 방식특징예시

🧩 Digital I/O 제어	On/Off 형태의 단순 제어	밸브 Open/Close, 펌프 Run/Stop
📶 Analog 제어	0~10V, 4~20mA 신호로 연속값 전달	Heater 온도 제어, MFC 유량 제어
🌐 통신 제어 (Fieldbus)	RS-485, Ethernet 등 디지털 통신으로 세부 데이터 교환	Cryopump 상태값, MFC Flow, Temperature Data 등

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🧠 8. PLC의 논리 구조 (Ladder Logic 예시)

 

|--[ Start Button ]----[( ) Pump_Command ]----|

|--[ Pump_Command ]----[/ Interlock_Fail ]----( ) Pump_Output |

|--[ Pressure_OK ]----[ Pump_Output ]----( ) Complete_Signal |

👇 설명

• 버튼이 눌리고 인터락이 이상 없을 때 펌프 동작
• 압력이 정상 도달하면 완료 신호 발생

이 구조가 수백~수천 개 조합되어 장비 전체를 제어합니다.

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🧰 9. PLC 브랜드와 사용 예시

제조사대표 모델사용 예시

Siemens	S7-1200 / S7-1500	디스플레이, PVD, CVD 장비
Mitsubishi	Q/L/FX 시리즈	국내 반도체 설비, FPD 라인
Omron	CJ2 / NX 시리즈	Robot handler, EFEM
Rockwell	ControlLogix	글로벌 FA, LCD 장비
LS Electric	XGK / XGI	국내 FA 및 장비 제어

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🚦 10. 장비 동작 시퀀스 예시 (PVD 예)

 

1️⃣ Load Lock Door Close → 2️⃣ Pump Down (Dry Pump → Cryo Pump) → 3️⃣ Pressure < 5E-6 Torr → 4️⃣ Gas Flow (Ar, N2 등) → 5️⃣ RF/DC Power On → 6️⃣ Deposition Time → 7️⃣ Power Off / Vent → 8️⃣ Door Open → Unload

이 모든 단계를 PLC가 논리적으로 순차 제어하며,
각 단계의 상태값과 센서 신호를 실시간 모니터링합니다.

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📈 11. 정리 — 한눈에 보는 구조

구성 요소역할

🧠 PLC	장비 제어의 중심, 모든 I/O 및 통신 제어
🪛 장비 모듈	실제 구동 (Valve, Pump, Robot, Heater 등)
🌐 통신 네트워크	신호 전달 (Profibus, Modbus, EtherCAT 등)
💻 Host / GUI	작업자 인터페이스 및 공정 제어
🏭 MES	상위 생산관리 시스템 (SECS/GEM)

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💬 결론

💡 한 줄 요약:
“PLC는 반도체 장비의 ‘두뇌’이며, 각 모듈과 통신하며 논리적 판단으로 모든 동작을 제어한다.”

PLC는 단순한 제어기를 넘어
✅ 신호 판단,
✅ 실시간 동기화,
✅ 공정 안전,
✅ 데이터 피드백
을 통합적으로 수행합니다.

즉, PLC ↔ 장비 통신은 ‘자동화 장비의 신경망’ 입니다.