사진은 NASA에서 운용중인 클린룸이다. CLAEN 덕트 컨벤션 방식의 클린룸으로 추정된다.
1. 개요
Clean Room청정실(淸淨室) 또는 클린룸(Cleanroom)이란 공기 중 입자들의 농도가 제어되도록 지어졌으며, 먼지의 발생, 유입, 유보가 최소화되도록 되어 있고, 다른 관계된 수치인 온도, 습도, 그리고 압력이 요구에 따라 제어되는 방을 의미한다.[1]
2. 상세
산업용 크린룸(Industrial Clean Room, ICR)반도체 및 디스플레이, 이차전지 및 배터리를 만들기 위한 기본적인 생산 환경이다. 삼성전자, LG디스플레이, LG이노텍, SK하이닉스, 에코프로, 엘앤에프등 IT 기기를 생산하는 모든 회사들의 제품들은 기본적으로 클린룸에서 생산된다. 그 외 식품의 생산, 의약품의 생산 및 연구와 같이 깨끗함을 요구하는 공간에도 사용된다.
바이오 크린룸(Biological Clean Room, BCR)
병원 내 수술실 및 음압병동 등에서 세균침입 방지 및 전염병보균 환자의 균이 실외로 방출 노출을 막고자 하는곳에서 사용한다.
이미 폐기되었으나 현재 가장 많이 사용하는 기준은 FED-STD-209D이다. 현재 공식적으로는 ISO 14644-1을 기준으로 한다. 단위는 일반적으로 단위 체적당 Particle의 갯수로 나타내며, FED-STD-209D와 ISO 14644-1간의 정의가 동일하여 이를 이용한 호환이 가능하다.
3. 구조
3.1. CLEAN 덕트 컨벤션 방식
천장에 필터를 설치하고 벽면에 흡입구를 만들고 덕트를 통해 기계실에 있는 항온항습기로 이어지고 블로워를 통해 공기를 순환시키는 방식이다. 가장 일반적인 방식으로 시설비 및 유지비용도 적절한 편이다.3.2. 팩케이지 컨벤션 방식
항온항습기와 필터가 일체화된 설비를 클린룸 내부에 두어 가동하는 방식이다. 흔히 가정용 에어컨 또는 공기청정기와 비슷한 원리이며 가장 저렴하고 가장 청정도가 낮은 방식이다.3.3. 팩케이지 컨벤션 + 실내 덕트
팩케이지 컨벤션 방식에서 필터의 배기부에 덕트를 연결에서 천장에 배기구에서 배기하는 방식이다. 팩케이지 컨벤션 방식 보다는 조금더 나은 기류를 만들 수 있으며 그에따라 청정도도 높아진다.3.4. 팩케이지 상부 FFU 방식
팩케이지 컨벤션 방식에서 필터부분만 제거하고 천장에 FFU와 FFU 흡기구를 단 방식이다. 팩케이지 컨벤션 방식 보다는 높은 청정도를 만들 수 있다.3.5. 수직층류 방식
반도체, 디스플레이 공정에서 주로 사용되고 CLASS 1,000이상의 현존하는 클린룸 중에서 가장 높은 청정도를 얻기위한 방식이다. 설치하는게 가장 복잡하고 비용도 많이 든다. 실제 삼성에서 사용하는 클린룸을 기준으로 작성했다.일반적으로 수직층류방식 클린룸은 3층 구조로 이루어져 있다.
3층인 Supply Plenum 층에는 FFU[2]가 FAB(fabrication) 층을 향해 빼곡히 박혀있다.
2층인 FAB 층에는 주 생산 라인이 있다. 실제 반도체, 디스플레이등을 생산하는 공정설비들과 물류설비등이 위치해있다. 바닥에는 그레이팅이라고 하는 구멍 뚫린 타일이 있어 1층인 RP층으로 기류가 흘러서 오염된 공기를 RP층으로 빼낸다.
1층인 Return Plenum 층에는 클린룸의 온습도 유지를 위한 건코일(Dry Coil)와 대기압을 유지하기 위한 설비들이 있고 FAB 층의 공정 설비에 기체(질소,수소 등 공정용 가스), 전기, 약품, 공정용 진공(PV), 청소용 진공(CV), 공정용 압축공기(CDA), 초순수[3]등을 공급하기 위한 배관과 설비들과 유기, 알칼리, 산성, 중성 폐수 등을 밖으로 빼내기 위한 배관들과 유기, 알칼리, FA, 냄새, 긴급, 일반배기 등등 배기 덕트들과 전선들이 지나다니는 트레이와 공정설비들의 제어반들이 빼곡하게 들어서 있다.
수직층류 방식 클린룸이 청정도를 유지하는 방식은 SP 층에서 FFU를 통해 분진을 포집한 깨끗한 공기를 FAB층으로 공급해 주면 FAB 층이 무진 상태를 유지할 수 있고 오염된 공기는 FAB 층의 바닥에 그레이팅을 통해 RP 층으로 빠지게 된다. 위에서 아래로 곧장 기류가 흐르는 특성상 와류가 발생하지 않는다. RP 층에서 항온항습과 기압, 산소농도등의 파라미터가 제어된 공기는 다시 SP 층으로 덕트를 통해 올려보내서 SP 층의 FFU가 분진을 포집해서 청정한 환경을 유지할 수 있다.
3.6. 수평층류 방식
수직층류 방식을 옆으로 눕힌거라고 보면 된다. 병원의 무균실 및 특수 수술실에서 사용한다. 수직층류방식에 비해 기류가 불안정해서 내부에서 발생된 분진이 빠져나가지 못하고 바닥에 잔류하게된다. 수직층류방식 보다는 청정도가 낮은편이지만 위에서 설명한 팩케이지 방식들 보다는 훨씬 높은 청정도를 만들 수 있다.4. 클린룸에 들어가는법
출입하기 위해서는 스막룸에서 방진복을 착용해서 신체로부터 나오는 분진을 차단하고 방진의류에 있는 분진을 제거하기 위해 에어샤워를 하게 된다.설비 등을 반입하기 위한 PASSBOX를 사용하여 2중문 구조로 되어서 1차 문을 열어 밖에서 반입한 뒤 1차 문을 닫고 설비를 1, 2차문 사이의 전실에서 포장을 해체하고 에탄올 등으로 클리닝한 다음 2차문을 열어서 설비를 반입하게 된다.
이때 SHOWERING PASSBOX를 사용 할 경우 1차 문을 닫은 뒤 설정 된 시간만큼 송풍기를 이용한 바람이 필터를 거처
PASSBOX 내부의 파티클을 제거 후 2차 측 문이 열리게 된다
필요 시 옮겨야 할 설비가 클 경우 대차용 PASSBOX를 사용1, 2차문을 동시에 개방하는걸 양문개방이라고 하는데 양문개방을 하면 클린룸의 청정도 또는 온도 습도가 다를 경우 파티클이 유입되며 FFU도 오염되게 된다. 무엇보다 분진도 유입돼서 품질사고가 나기 딱 좋기 때문에 클린룸에서는 비상시나[4] 특별한 이유가 있는 게 아닌 이상 평시에는 절대 양문개방을 하지 않는다.
삼성의 클린룸에서는 1차문조차도 작업, 반입 등의 이유로 일정 시간 이상 열고 있으면 "문을 닫아주세요. 공정에 막대한 영향을 끼칩니다"라고 귀가 아플 정도로 경고방송이 울린다.
5. 여담
- 온습도가 정확하게 제어되고 먼지도 없는 환경이라서 들어가면 굉장히 쾌적할 것이라고 오해하는 사람이 많다. 하지만 온습도등 모든 파라미터가 사람이 쾌적하게 느끼는 수치가 아니라 제품생산에 최적화된 수치로 설정 돼있기 때문에 그렇게 쾌적하지도 않다. 배터리를 생산하는 제습크린룸의 경우 습도가 낮아(상대습도 10% 미만, 인간이 쾌적함을 느끼는 습도는 약 55%)그리고 무엇보다 들어가기 위해서는 눈 이외에 모든 신체 부위를 방진 의류로 가려야 하는 게 정말 갑갑하다. 가만히 있어도 괴롭다. 숨쉬는 것조차 괴롭다. 조금만 움직여도 통풍이 잘 안되는 방진의류 특성상 굉장히 덥다.[5]
- 음식물 섭취, 흡연은 당연히 금지이고 클린룸 등급에 따라 규정도 다르지만, 일반적으로 방진 섬유가 아닌 일반 섬유, 종이, 필기구 등 먼지가 생기는 모든 물품이 반입금지이다. 종이도 먼지가 생기지 않는 클린 용지(무진지)와 클린 노트가 있으며 클린 용지라고 할지라도 찢으면 먼지가 생겨 청정위반이 된다. 필기구도 연필, 샤프, 지우개 등 먼지가 생기는 것은 반입금지이다. 뚜껑이 있는 볼펜과 유성펜 정도만 허용된다. 건전지, 헤드랜턴 등을 가져온다 하더라도 모든 포장을 벗겨야 한다. 가방도 방진 섬유 또는 PVC 등의 재질로 된 방진 가방만 반입 가능하다. 종이박스도 반입 불가능 하며 흔히 수사기관 상자로 알고 있는 플라스틱으로 된 단프라 박스만 반입 가능하다. 화장도 먼지가 생기므로 금지이다. 책상이나 의자도 클린룸용이 따로 있다.
- 클린룸에서 근무 중에 화장실이 급해지면 정말 난처하다. 큰 규모의 현장은 클린룸 안에 화장실을 마련해둔 곳도 있지만, 화장실마다 탈의실과 에어샤워를 만들어야 하기 때문에 곳곳에 마련하기 어려울뿐더러 규모가 클수록 내부는 미로를 방불케 할 정도로 복잡해서[6] 화장실 찾아가는 것도 힘들며 화장실이 없는 현장이라면 빼도 박도 못하고 스막룸까지 돌아와서 방진 의류를 몽땅 벗고 화장실에 가야 한다. 출근 전에 장을 비우는 것이 정신건강에 좋다.
- 휴대폰을 가져갈 수 없다. 스막룸에 옷과 함께 휴대폰을 보관한 채로 방진복으로 갈아입는다. 유일한 원격 소통 수단은 무전기이다. 일행이 뿔뿔이 흩어지면 미아가 되기에, 무슨 일이 있어도 뭉쳐야 한다. 뭉치면 살고 흩어지면 죽는다.
- 공정에 따라서 다르지만 많은 독성 화학물질을 다루고 있고 복잡한 기계장치가 설치되어 있기 때문에 굉장히 위험한 곳이다. 예를 들면 삼성에서 운영하는 클린룸 생산라인은 협력사 엔지니어가 설비 관련 작업 시 무조건 안전관리자 감독하에 작업해야 하며[7] 사소한 작업 하나라도 허가서를 받고 작업해야 한다. 안전규정을 위반한 게 환경안전팀에 적발되면 즉시 출입금지 조치를 당한다. 삼성 기술팀 직원들도 똑같이 적용된다.[8] 게다가 출입 카드를 찍고 클린룸에 입실한 뒤 8시간이 지나도 퇴실하지 않으면 담당 부서에 긴급연락이 가며 행방불명일시 방재센터에서 해당 인원을 찾아 출동하게 된다. 삼성 현장은 정말 상상 이상으로 넓고 복잡한 데다 외부와 완벽히 단절된 공간인 데다 거의 모든 공정이 자동화돼있어서 최소한의 엔지니어와 오퍼레이터 인원들 말고는 많은 인원들이 상주하지 않는다. 사람 한 명이 어디 구석에서 혼자 쓰러져서 객사해도 환경안전팀이나 패트롤이 순찰오기 전까지는 아무도 발견하지 못할 수도 있다.[9]
[1]
출처 위키피디아 청정실
[2]
Filter Fan Unit, 공기청정기와 비슷하다고 생각하면 된다
[3]
물 속의 무기질, 박테리아, 미생물 등등을 제거한 고도로 정제된 물이다. 증류수와 비슷하지만 증류수는 증류과정을 통해 정제한 것이 차이다. 공정에 쓰이는 물이다.
[4]
자연재해,
테러 등
[5]
특히 무더운 여름날 땀 뻘뻘 흘리며 스막룸까지 와서 바로 꾸역꾸역 방진의류 입고 입실하면 정말 때려치고 싶어진다.
[6]
정말 규모가 큰 곳은 까딱하면 미아가 되기에 십상이기 때문에 기둥 열이라고 해서 기둥마다 고유 번호를 부여해서 기둥 열 번호(예: M-21)를 보고 길을 찾아가야 할 정도이다. 게다가 설비들이 복잡하게 들어서 있어서 방향감각이 없는 길치들은 기둥 열 번호를 보고도 길을 헤매기 십상이며 현장 끝에서 끝까지 걸어가려면 30분은 족히 걸릴 정도로 넓은 곳도 많다. 이런 큰 현장은 긴급상황 발생시 119같은 구조대도 들어오지 못하기 때문에 현장에 방재센터가 따로있고 긴급번호도 따로있다.
[7]
안전관리자를 파견시켜주기 위한 업체도 따로 있다. 주로 안전 관련 자격증이 있는 아주머니들이 많이 근무한다.
[8]
대신 안전관리자를 따로 붙이지는 않고 2인 1조 이상으로 작업하는데, 안전규정 위반 시 징계를 받는다.
[9]
순찰도 외진곳은 자주 오지도 않는다. 실제 사례로 단독으로 프로그램 수정 작업을 하러갔던 외부업체 인원이 작업 도중 지병으로 쓰러진 뒤에 23시간 동안 방치되는 바람에 사망한 경우가 있었다.