클린룸 필터란 무엇인가
클린룸 필터는 필터 한 장이 아니라 공기 방어선 한 세트입니다. 집 현관의 발판, 복도의 신발장, 그다음 방의 공기청정기를 떠올려 보십시오. 클린룸도 마찬가지로 등급이 다른 서너 겹의 필터로 층층이 걸러 바깥 공기 속 0.1μm(머리카락 지름의 1/1000) 이상의 미립자를 걷어 냅니다.
다른 점은 집의 공기청정기는 입자 몇 개를 놓쳐도 상관없지만, 반도체 EUV 황색광 구역은 0.3μm 입자 하나를 놓치면 웨이퍼 한 배치가 통째로 폐기될 수 있다는 것입니다. 클린룸이 HEPA는 물론 ULPA 등급 필터까지 써야 하고 그 앞에 프리와 미디엄 필터를 두어 수명을 늘려야 하는 이유가 여기 있습니다.
세 겹 방어선: 프리 → 미디엄 → HEPA/ULPA
클린룸의 공기 여과 시스템은 3단 구조가 표준 구성입니다. 각 단이 맡은 일이 달라 하나도 뺄 수 없습니다:
| 여과 단 | 흔한 등급 | 차단 입경 | 주요 기능 | 전형적 위치 |
|---|---|---|---|---|
| 1단: 프리필터 | G3-G4(EN 779) / ePM10 | ≥5μm | 굵은 분진, 꽃가루, 섬유 차단 | MAU 외기 도입구 |
| 2단: 미디엄 필터 | F7-F9(EN 779) / ePM1 | 1-10μm | 미세 분진, 세균 매개체 차단 | AHU 환기단 |
| 3단: HEPA / ULPA 필터 | H13-H14 / U15-U17(EN 1822) | ≥0.12μm(MPPS) | 말단 고효율 여과 | 천장 FFU / HEPA Box |
앞의 두 방어선이 없으면 HEPA 필터의 수명이 3-5년에서 몇 달로 줄어듭니다. 교체 비용만 따져도 5-10배가 더 듭니다.
비용 면에서는 1단이 가장 효율적입니다. 클린룸용 프리필터는 이 구성에서 가장 저렴한 소모품이며, 제때 교체하면 HEPA 단의 조기 노화를 막을 수 있습니다.
등급 사양 대조: EN 779 / EN 1822 / ISO 16890
선정할 때 가장 헷갈리는 것이 여러 규격의 등급 코드입니다. 다음은 엔지니어가 가장 자주 찾아보는 대조표입니다:
| 규격 | 분류 | 등급 범위 | 시험 기준 | 대응 효율 |
|---|---|---|---|---|
| EN 779 | 조효 | G1-G4 | 합성 분진 중량 효율 | 40%-95%(중량법) |
| EN 779 | 미디엄 | F5-F9 | 0.4μm 계수 효율 | 40%-95%(계수법) |
| ISO 16890 | ePM10 | — | 10μm 입자 | 옛 G 등급에 대응 |
| ISO 16890 | ePM2.5 | — | 2.5μm 입자 | 옛 F5-F7에 대응 |
| ISO 16890 | ePM1 | — | 1μm 입자 | 옛 F7-F9에 대응 |
| EN 1822 | EPA | H10-H12 | MPPS(0.12-0.25μm) | 85%-99.5% |
| EN 1822 | HEPA | H13-H14 | MPPS | 99.95%-99.995% |
| EN 1822 | ULPA | U15-U17 | MPPS | 99.9995%-99.99999% |
H10–H14 / U15 등급 사양, MPPS 시험 원리, ISO 14644 청정 등급 대응은 HEPA 필터 등급 대조표를 참고하십시오.
ISO 청정 등급에 따라 필터 고르기
청정 등급이 다르면 말단 필터의 요구도 다릅니다. 다음은 실무에서 가장 흔한 대응입니다:
| ISO 청정 등급 | 허용 입자 수(≥0.5μm/m³) | 말단 필터 최저 요구 | 전형적 용도 |
|---|---|---|---|
| ISO Class 1-3 | ≤35 | U15 / U16 | EUV 황색광, 선단 패키징 |
| ISO Class 4 | ≤352 | H14 | 웨이퍼 제조, OLED |
| ISO Class 5 | ≤3,520 | H13-H14 | 반도체 후단, TFT-LCD |
| ISO Class 6 | ≤35,200 | H13 | 제약 무균 충전, BSL-3 |
| ISO Class 7 | ≤352,000 | H13(또는 F9+H10) | GMP 청정 구역, PCB |
| ISO Class 8 | ≤3,520,000 | F9(또는 H10) | 일반 클린룸, 식품 포장 |
ISO Class는 숫자가 작을수록 깨끗합니다. Class 1 클린룸은 집보다 1억 배 깨끗합니다. 1세제곱미터 공기 안에 0.1μm 이상의 입자가 많아야 10개만 있을 수 있습니다.
케미컬 필터: 보이지 않는 넷째 방어선
입자 오염은 문제의 절반일 뿐입니다. 반도체 선단 공정은 기체상 분자 오염(AMC, Airborne Molecular Contamination)에도 부딪힙니다. 이 분자들은 너무 작아 HEPA가 전혀 막지 못합니다.
케미컬 필터(활성탄 필터)가 바로 AMC를 전담하는 넷째 방어선으로 보통 MAU 외기단과 RC 환기단에 답니다. 흔히 다루는 대상은 이렇습니다:
- ▸산성 가스: HCl, HF, SO₂, NOₓ
- ▸염기성 가스: NH₃, 아민류(NMP, TMAH)
- ▸유기 가스: VOC, 톨루엔, 폼알데하이드
- ▸특수 공정 가스: 붕소(Boron), 포스핀
한마디로 HEPA는 보이는 먼지를 맡고 케미컬 필터는 냄새나는 것을 맡습니다. 반도체 5nm 이하 공정에서는 둘 다 빠질 수 없습니다.
교체 시점과 수명 관리
필터는 달아 놓고 잊는 물건이 아닙니다. 수명은 환경 공기 질, 풍량, 운전 시간에 달려 있고 가장 믿을 만한 판단 방법은 차압 감시입니다:
| 필터 등급 | 권장 교체 시점 | 전형적 수명(클린룸) | 감시 방법 |
|---|---|---|---|
| 프리(G3-G4) | 최종 압력손실 ≥ 초기 압력손실 ×2 | 3-6개월 | 차압계 |
| 미디엄(F7-F9) | 최종 압력손실 ≥ 200-400 Pa | 6-12개월 | 차압계 / 스마트 모듈 |
| HEPA(H13-H14) | 최종 압력손실 ≥ 초기 압력손실 ×2 | 3-5년 | 차압계 + 연 1회 PAO 스캔 |
| ULPA(U15-U17) | HEPA와 동일 | 3-5년 | 차압계 + PAO 스캔 |
| 케미컬 필터 | 투과 농도 > 허용값 | 6-24개월(농도에 따라) | 하류 AMC 검출기 |
차압을 보지 않고 정해진 시간에 갈면 보통 남은 수명의 30-40%를 낭비합니다. 차압계나 스마트 감시 모듈을 달면 돈을 아낄 뿐 아니라 필터가 터지고 나서야 알게 되는 위험도 피할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Q: 클린룸에는 반드시 HEPA 필터를 써야 합니까?
꼭 그렇지는 않습니다. ISO Class 8 클린룸은 F9 등급이면 기준에 닿고 ISO Class 7은 때로 H10-H12(EPA 급)로도 충분합니다. 그러나 ISO Class 5 이하는 반드시 H13 이상의 HEPA가 필요합니다. 관건은 공정이 입자 관리에 무엇을 요구하느냐입니다. 반도체 전단과 무균 의약품은 거의 모두 H14 이상이 필요합니다.
Q: HEPA 필터를 물세척해도 됩니까?
안 됩니다. HEPA와 ULPA 필터의 초극세 유리섬유 여재는 물에 닿는 순간 섬유 구조와 정전 효과가 망가져 여과 효율이 영구히 떨어집니다. 시중에서 물세척 가능한 HEPA라고 내세우는 가정용 제품은 대부분 H10-H12(EPA 급)로 진짜 H13/H14 HEPA보다 효율이 훨씬 낮습니다. 산업용 HEPA는 통째로 갈 수밖에 없습니다.
Q: 프리와 미디엄 필터를 거꾸로 달면 어떻게 됩니까?
필터에는 흡입면과 토출면이 있고(보통 화살표로 풍향을 표시합니다) 거꾸로 달면 압력손실이 이상하게 오르고 분진 보유량이 크게 떨어지며 사용 수명이 정상의 1/3-1/2로 줄어듭니다. 일부 구조 형식(점진 밀도 여재 등)은 거꾸로 달면 큰 입자가 그대로 통과하기도 합니다.
Q: HEPA 앞에는 왜 반드시 미디엄 필터를 달아야 합니까?
HEPA 필터 자체는 분진 보유량이 한정되어 있어 5-10μm의 굵은 먼지가 많이 그대로 부딪히면 몇 달 만에 압력손실이 치솟습니다. H14 HEPA 한 장의 값은 미디엄의 10-20배라, 미디엄 필터를 덧대 HEPA를 보호하면 소모품 비용을 크게 아낍니다. 계산은 간단합니다. 미디엄 비용을 1배 더 쓰고 HEPA 비용을 5-10배 아끼는 것입니다.
Q: 클린룸 필터의 실링 방식은 어떻게 고릅니까?
흔한 것은 세 가지입니다. 젤 액조 실링(Gel Seal)이 가장 보편적이고 설치가 쉬우며 밀폐성이 좋습니다. 나이프 에지 실링(Knife Edge)은 자주 갈아야 하는 곳, 예컨대 BIBO 백인·백아웃 시스템 같은 데 알맞습니다. 기계 압착 실링은 옛 프레임을 개조할 때 알맞습니다. 선정은 주로 설치 프레임의 형식과 교체 빈도를 보고 정합니다.