나노시대의 클린룸용 기기와 부재료

기사입력 2017.05.01 16:31
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1. 고도의 공조기술과 첨단 필터 재료

 

나노미터 수준의 초미세 프로세스를 사용하고 있는 반도체 제조에서는 고수율 확보를 실현해야 하기 때문에 온도, 습도, 청정도 등을 매우 고정밀도로 제어할 필요가 있다. 그러나 일본에서는 최근 반도체 공장을 신설한 것이 거의 없어서 지금으로써는 라인의 통폐합 등에 따른 공조 설비의 갱신 수요가 많다.


이러한 상황에서 후지쯔반도체(미쯔예)는 미쯔예 공장내에 환경 부하 저감기술을 도입한 제조 라인을 증설한다. 지역에서 우수한 ECO 공장을 목표로 한 설계, 시공을 추진하고 특히 공조관련의 최첨단기술을 활용하여 저에너지 성능이 우수한 시스템을 구축하는 등 고정밀도한 공조와 저에너지를 구현한다.


고도한 클린룸 공조기술 제품의 다양한 전개로서 착실히 시장 확대가 되고 있는 데이터 센터에 있어서도 저에너지기술, 공조 관련 제품에 대한 요구가 나오고 있다. 데이터 센터에서는 서버의 처리 능력 향상, 선반에서 수납이 고정밀도에 의해 단위면적당의 냉각 부하가 급증한다. 이 때문에 실내를 냉각하는 공조동력이 증가되어서 효율적인 공조 관리가 필요하게 된다.


한편, 저에너지화에 대해서는 냉각 시스템의 최적화, 전자회로의 저전력화, 전력 공급 시스템의 효율화 등이 기본적인 대책이 된다. 공조 시스템 업체들이 다양한 신기술화과 저에너지 기술을 제안하고 있으며 각 업체들이 격렬한 기술경쟁을 벌이고 있다.


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2. 주요 공조업체의 새로운 기술(물질) 개발동향

 

○ Nippon-Muki(日本無機)와 불소 수지 HEPA

 

일본무기(주)는 공조필터 대기업으로 알려지고 있다. 반도체, 액정 등의 전자 디바이스부터 정밀기계, 원자력, 제약, 병원, 식품, 빌딩공조까지 다양한 산업에 사용되고 있는 폭 넓은 필터를 시작으로 에어 샤워, FFU(Fan Filter Unit) 등도 개발하고 있다. 2009년 10월에 공조기기 업체인 Daikin공업 그룹에 들어가서 시너지 효과도 살려서 연구개발을 진행하고 있다.


동사는 초저압력손실 장수명 불소수지 HEPA 미니 브릿지형 "BFML"과 동 엔보스형 "BFMD"를 발매하였다. 불소수지 필터 재료라면 PTFE(폴리테트라 후로에치텐)가 대표라고 한다. PTFE는 "보론" 등의 발생이 극소로 산에 의해서 부식되지 않는 내약품성을 보유하여 유리 복합재에 비해서 압력손실이 낮고 우수한 특징을 갖고 있으나 구조상 수명이 짧아지는 과제도 있다.


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동사는 PTFE의 수명이 짧은 문제를 특수한 섬유제어 기술을 채용하여 Daikin 공업과 공동 개발한 새로운 구조의 불소수지재료를 사용하여서 해결하였다. 불소 수지 필터의 특징은 약 절반에 그치는 초저압력 손실을 그대로 유지하면서 수명을 유리 복합재 필터와 대등하게 대폭 개선하였다.


BFML와 BFMD는 신개발 불소수지재료를 사용하는 것으로서 초저압력 손실과 장 수명의 양립을 실현하여 보론 등의 반도체공정에서 문제가 되는 유해가스의 발생이 극히 적어서 프레임 등 재료의 옵션도 대응되지만 산성 분위기로의 사용도 될 수 있는 장점을 갖고 있다. 저에너지효과 측면에서는 유리 복합재 HEPA 필터에 비해서 BFML은 32% 감소하였고, BFMD는 42% 감소로 대폭적인 소비전력 감소에 성공하였다. BFML와 비교하여 BFMD의 소비전력 감소량이 더 큰 이유는 재료에 Dot상 엔보스 가공을 실한 새로운 브릿지의 간격유지 방법을 채용하고 있기 때문이다. 두 제품이 저에너지가 요구되는 공조설비나 클린기기, 보론 등의 유해가스가 문제가 되는 공조 설비나 클린기기, 장비 조립형 FFU 등의 용도에 적합하다.

 

○ 고사(Takasa) 열공학 공업 : 최고 수준의 고속 VAV(급배기설비)

 

고사열공학공업(주)는 안전과 저에너지를 양립한 흄후드(Humed Hood)용 고속 급배기 통합 관리 시스템 "아이-흄"을 제공하고 있다. 의료, 합성화학 분야의 연구시설 등에서 유기물질을 취급하는 경우에 사용되는 흄후드는 유해가스의 환경에서 사용자를 보호하기 위해 샤워 구멍에 있는 최소 흡입면 속도가 법령으로 정해져 있다.


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저에너지 관점에서는 섀시 구멍에 맞추어서 배기 풍량을 제어하는 방식이 최근에는 주류이지만 새로운 저풍량형의 저에너지 흄후드가 보급되는 경향이다. 동사의 "아이 흄"은 일본 최고 수준의 고속성과 고안정성을 겸비한 고속 VAV (Variable Air Volume)를 채용하여 안전과 저에너지의 양립을 실현한 급배기 풍류제어 시스템이다. "아이 흄"의 고속 VAV는 섀시 개방시에 풍량을 고속(1초 이내)으로 조정하여 구멍에서 누설(leak) 없이 안전한 작업 공간을 제공한다. 이 고도한 안전제어는 독자적인 풍량 제어 방식의 채용으로 실현하고 있어 조정의 난맥이 발생하지 않는다. 고속 VAV의 성능은 풍량 조정시간 1초, 풍량조정 정도는 풍속 2~10m/s, Range Ability 1대10, 전후차압 사용 범위는 100~100pa이다. 안정된 실내 환경 구조도 우수하고 고속 연동제어로 빠르게 실내 급배기 균형을 갖추는 것도 저에너지 운용을 실시한다.


공간 기류 형성의 방법은 급배기의 오프셋 제어를 이용하여 실내의 정압/부압 환경을 구축한다. 최저 환기량도 흄후드 사용량에 의존하지 않고 유지 확보한다. 시스템 운용에 맞춘 기능이나 감시 조작을 하는 인터페이스도 충실히 방마다에 급배기량 등이 도표로 표시되어 한눈에 상태를 파악할 수가 있다.


방이나 VAV의 상태(어디가 어떤 상태인가)를 신속하게 파악될 수 있는 상태가 상세하게 리스트로 표시되고 있다. 운용방법의 설계를 자유롭게 운용방법에 맞는 감시 인터페이스기기를 선택할 수 있어서 "데스크탑 PC에 의한 감시", "무선통신에 의한 태블릿 PC에서의 감시", "터치패널 PC에 의해 제어 측면에서의 감시"등이 선택 가능하다.

 

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○ Kimura Corp(木村洋行)/Purafil의 흡착제를 판매

 

미국 Bearing의 수입 상사인 동사(기무라양행)는 반도체 제조 프로세스용이나 류황산화물을 보유한 유해한 환경 정화용으로 고성능인 Purafil Media 흡착제를 전개하고 있다. 화학 흡착제를 사용하며 공기중의 유해물질을 흡착 제거하는 것으로서 종래의 활성탄을 사용한 것에 비해서 단위 질량당에서 업계 최고 성능의 흡착력을 과시하고 있다. 또한 최신기술에 의한 흡착제를 Grid 상으로 성형한 Filter-Block "Grid Block"에는 화학필터도 갖추고 있어 다양한 요구에 대응한다.


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Purafil는 1960년대부터 세계 최초가 되는 "활성함침 옥시던트"에 대한 화학 흡착제를 전개하여 가스 흡착 여과 산업에 개선을 가져온 고기능 흡착제의 선도업체이다. 동사의 Purafil Media 흡착제는 다양한 가스물질을 흡착하는 물질로서 과막강산갈륨을 함유하고 그 함유량을 12% 전후까지 높이는 것으로서 우수한 제거 용량 특성을 실현하고 있다. 또한 대상 가스에 대응한 특허를 취득 완료하여 14종류의 Media를 Customize하여서 고객마다의 요구에 하나하나 대응이 가능하다.


흡착할 대상 물질은 NOx나 SOx를 시작으로 류화수소나 "홀무알테히트" 등으로 다방면에 걸치고 있다. 활성탄을 사용한 Media 이외에 양자를 조합한 Media도 라인업하고 있고 염소계를 시작으로 탄화수소나 고분자량의 유해 물질 제거에도 유효하다. Purafil Media 흡착제의 원형은 구상이지만 세공이 많은 표면의 마찰 저항도 낮기 때문에 압력손실도 적다. 화학반응 대상물질을 무해화하고 화학반응시의 발열 등이 덜 생기고 또한 불가역 반응이어서 무해화되는 대상 가스가 재반입, 대기중에 다시 들어오는 것은 없다.


새롭게 무해화 후의 흡착제는 일반 산업폐기물로서 처리되기 때문에 환경부하가 적은 것도 큰 특징이라고 할 수 있다. Purafil Media 흡착제는 성능 우수성, 대상 물질의 다양성 등에서 반도체 노광장비나 초정밀 분석기기 등의 최첨단 분야에서의 채용에서 높은 평가를 얻고 있다. 또한 데이터 센터 등에 있어서 부식 대상 대책 하수처리장이나 식품공장 등에 있어서의 냄새 대책, 그리고 VOC의 흡착도 가능하기 때문에 일반 사무실 등에 있어서 환경 개선 등 다방면에 걸친 응용분야 영역에서의 전개도 시야에 두고 있다.


한편, "Pura Grid Filter"는 Filter-Block의 "Grid Block"에서는 "Chemical Filter"가 된다. Grid Block는 미립상의 화학 흡착제를 바탕으로 압출성형에 의한 Gas의 제거에 필요한 물질만으로 격자 형상을 제조하고 있다. 이것에 의해서 표면적을 넓게 취하는 것이 가능하며 기존 제품과 비교하여 50% 이상이고 제거 용량을 증가할 수가 있다. 또한 Grid Block은 마모되는 것이 없어 파티클이 발생하지 않기 때문에 마지막 필터가 불필요하여 시스템의 슬림화에도 기여한다.

 
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현재는 "홀무알테피트" 제거 성능이 다른 Media와 비교하여 2배의 "IAQ"나 폭 넓은 범위의 제거 성능을 갖는 "Purakol", 산성 가스나 류화수소, SOx 등의 제거에 적합한 "Puracab", 암모니아계나 아민계 제거에 접한한 "Puracarb AM", 염소계 Gas의 제거에 적합한 "Chlorosorb" 등의 5종류의 Grid Block을 라인업하고 있으나 향후 고객의 요구를 살펴가면서 Grid Blok의 종류를 새롭게 넓히는 것도 눈앞에 두고 있다. 

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