클린룸이란 반도체·바이오·이차전지 등 초미세 공정에 필요한 초청정 환경의 FAB을 말한다. 단순히 청결한 공간이 아니라 공기 중 부유 입자 농도를 일정 수치 이하로 제어하고, 온도·습도·압력까지 정밀하게 관리하는 공간이다. 반도체 업계에서는 이 청정도를 '클래스(Class)'라는 단위로 구분하는데, 1m³ 내 CFU(Colony Forming Unit) 입자 농도를 기준으로 등급을 나눈다. 예를 들어 Class 1000은 0.1µm 입자가 1m³ 안에 1,000개 이하인 수준이고, Class 10은 0.5µm 이상 입자가 1ft³ 안에 10개 이하인 수준이다. ISO 기준으로는 포토리소그래피 공정이 ISO 3의 고청정도를 요구하고, 에칭·증착은 ISO 4~5, 패키징은 ISO 6~7 수준이면 된다.
클린룸을 유지하기 위한 핵심 시스템으로는 HVAC 공조 시스템이 있다. HEPA 필터는 0.3µm 입자를 99.97% 이상 제거하고, ULPA 필터는 0.12µm 입자를 99.9999% 이상 제거한다. 공기 흐름 방식은 ISO 5~7 등급에서는 난류(Turbulent) 방식을, ISO 3~4의 고청정 환경에서는 단방향 층류(Laminar) 방식을 사용한다. 또한 클린룸은 양압으로 유지해 외부 오염 물질이 유입되지 않도록 차단한다.
다음으로 팹의 구조를 학습했다. 반도체 팹은 3개의 층이 하나의 팹을 구성한다. 3층은 Main FAB으로 실제 반도체를 양산하는 메인 설비가 위치하며, 기술팀별로 AREA가 나뉜다. 2층은 CSF(Clean Sub Fab)로 메인 설비 가동을 지원하는 부대 설비들이 있다. 전원을 안정적으로 공급하는 Generator, DI Water 칠러, 가스 공급용 CABINET 등이 여기에 해당한다. 1층은 FSF(Facility Sub Fab)로 PR Room, PUMP, SCRUBBER 등이 배치되며 CLASS 관리가 상대적으로 엄격하지 않다.
Sub FAB의 주요 역할은 크게 네 가지다. 첫째, 수십 종의 고순도 가스를 안전하게 저장·분배·공급하는 가스 공급 시스템. 둘째, 유해 화학물질의 저장·혼합·분배·회수·처리를 담당하는 화학물질 관리. 셋째, 드라이 펌프와 배기 시스템을 통해 진공 환경을 유지하고 공정 부산물을 처리하는 진공 및 배기 시스템. 넷째, 고전력 인프라와 장비 발열을 관리하는 전력 및 냉각 시스템이다.
클린룸 내부 구성 요소로는 HEFU, FFU, 댐퍼, 에어샤워, 스막룸, 패스박스 등이 있다. HEFU와 FFU는 모두 Class 100 이상의 고청정 환경에서 천장 대용으로 사용되며 내부 공기를 순환시켜 오염 물질을 제거한다. 댐퍼는 실내 정압을 일정하게 유지하고 외부 오염 공기가 유입되지 않도록 차단하는 역할을 한다. 에어샤워는 클린룸 입실 전 신체에 붙은 파티클을 에어로 제거하는 설비이고, 스막룸은 방진복을 착용하는 공간, 패스박스는 클린룸 내외부 간 물품을 전달하기 위한 전용 공간이다.
오늘 학습을 통해 클린룸 등급이 단순한 청결 기준이 아니라 공정 수율과 직결되는 핵심 변수라는 점을 이해했다. 또한 팹이 단일 층이 아닌 3층 구조로 운용되며 Sub FAB이 가스·진공·냉각 등 인프라 전반을 지원한다는 점이 인상적이었다. CMP 연구를 진행하면서도 장비엔지니어로서 슬러리 오염 제어나 실험 환경 관리가 왜 중요한지 오늘 내용과 연결해서 생각해볼 수 있었다.
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