반도체 공정에서 클린룸은 왜 그렇게 중요한가요?

 

 

 반도체는 ‘먼지 한 톨’ 때문에 불량이 생길 수 있는 산업이다. 그만큼 깨끗함은 이 산업의 생명선이나 다름없다.

그래서 반도체를 생산하는 공장에서는 대부분 클린룸(Clean Room)이라는 특수한 공간에서 모든 작업이 이뤄진다. 하지만 이 공간이 구체적으로 어떻게 생겼고, 왜 그렇게까지 중요한지 잘 알려진 바는 많지 않다.

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1. 클린룸이란 무엇인가?

 클린룸은 단어 그대로 ‘청정한 방’이다. 외부의 먼지, 박테리아, 화학물질, 온도, 습도, 진동 등을

극도로 제한해 놓은 공간으로, 1㎥(세제곱미터)당 허용되는 입자 수에 따라 등급이 정해진다.

 반도체 공정에서는 Class 1~10 수준의 초고청정 환경을 유지해야 한다. 이는 일반적인 사무실보다 1만~10만 배 더 깨끗한 수준이다.

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2. 왜 그렇게까지 깨끗해야 하나요?

 현재 반도체의 회로는 5nm 이하 수준까지 미세화됐다. 이는 머리카락 굵기의 1/10,000에 불과한 수준이다.

이렇게 미세한 회로 위에 먼지 한 톨만 올라가도, 전기가 흐르지 않거나 단락이 발생할 수 있다. 즉, 한 장의 웨이퍼가 수천 개의 반도체 칩으로 잘려나가는데 이 중 일부라도 오염되면 막대한 불량 손실로 이어진다.

실제로 불량률 0.1%를 줄이는 것이 수백억 원의 비용 절감으로 이어지는 경우도 많다.

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3. 클린룸의 내부는 어떻게 운영될까?

◆ 작업자는 어떻게 입장하나요?

외부에서 클린룸 안으로 들어가려면 ‘에어샤워(Air Shower)’를 통과해야 한다. 고속 송풍기를 이용해 의복의 먼지를 제거하는 장치다.

그 후 작업자는 아래와 같은 복장을 착용한다:

• Smock복: 몸 전체를 감싸는 먼지 방지복
• 제전 장갑: 정전기로 인한 회로 손상 방지
• 라텍스 장갑: 이중 장갑 착용으로 이물질 전이 방지
• 전용 마스크, 모자, 덧신

◆ 사용하는 도구도 특별하다

• 전용 볼펜: 일반 볼펜의 잉크 가루조차 오염원이 될 수 있기 때문에 클린룸 전용 잉크나 필기구만 사용 가능하다.
• 노트: 먼지가 일어나지 않는 특수지(무진지) 사용
• 장비 표면도 정전기 방지 코팅 처리

작업자는 하루에도 수차례 복장을 갈아입고, 입·출입 시마다 에어샤워를 통과한다. 심지어 화장품, 향수, 금속 악세사리도 전면 금지다.

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4. 클린룸은 얼마나 유지하기 힘든가요?

 클린룸을 유지하려면 거대한 HEPA 필터 공조 시스템이 24시간 365일 가동되어야 한다. 공기는 상부에서 하부로 흐르며 한 방향으로 유입·배출되고, 실내 압력은 외부보다 높게 유지된다.

 이는 에너지 비용의 약 30~50%를 차지할 정도로 운영비에 큰 부담이 된다. 또한 모든 장비와 배선도 클린룸 사양에 맞춰 설계되어야 하므로 건설과 유지 보수에도 고난이도 기술이 필요하다.

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5. 일반적인 생산 시설과 무엇이 다를까?

 일반 공장이나 전자기기 조립 라인에서도 청정도를 신경 쓰긴 한다. 하지만 반도체 공정은 입자 하나, 수분 한 방울, 정전기 하나도 치명적인 변수가 될 수 있다.

 그래서 클린룸은 단지 ‘깨끗한 작업 공간’이 아니라 반도체 품질을 좌우하는 설비 그 자체인 것이다.

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6. 마무리: 먼지 한 톨이 수조 원을 날릴 수도 있다

 반도체 산업은 끊임없이 미세화되고 있다. 그 말은 곧 청정도의 중요성이 더 커지고 있다는 뜻이다.

클린룸은 단순히 먼지를 막는 공간이 아니다. 수조 원의 설비를 보호하고, 수천만 개의 트랜지스터를 살려내는 보이지 않는 방패다. 한 마디로, 클린룸 없이는 반도체도 없다.