오염제어 클린룸이란? 청정도 등급과 핵심 개념 총정리

클린룸의 정의와 필요성

클린룸(Cleanroom)은 공기중의 미세먼지, 미생물, 화학 오염물질 등을 일정 기준 이하로 유지하도록 설계된 제어 환경을 의미한다.

반도체, 2차전지, 바이오·제약, 디스플레이 산업처럼 제품의 품질이 극도로 민감한 분야에서는 아주 작은 입자 하나도 불량 발생률을 높이기 때문에, 생산성과 안정성을 보장하기 위해 클린룸이 필수적으로 활용된다.

클린룸은 단순히 먼지를 제거하는 공간이 아니라, 공기 흐름(기류), 압력 차, 온도·습도, 사람·자재의 이동, 설비 배치까지 모두 제어되는 복합 기술 시스템이다.
특히 반도체 산업에서는 0.1마이크로미터(μm) 이하 미세입자도 공정 불량을 일으키므로, 자연상태 대비 10억 분의 1 수준의 입자 농도를 유지하기도 한다.

즉, 클린룸은 산업 경쟁력과 직결되는 정밀 환경 기술의 집약체이며, 현대 첨단 제조업의 근간이 되는 필수 인프라다.

 

청정도 등급의 기준과 국제 규격 (키워드: ISO Class, 연방표준, 미세입자 기준)

클린룸의 청정도 등급은 대부분 국제 표준인 ISO 14644-1 기준으로 분류된다.
등급(Class)은 공기 중에 존재할 수 있는 입자의 최대 개수를 기준으로 한다. 등급 숫자가 낮을수록 더 엄격한 청정도를 의미한다.

예를 들어 반도체 노광 공정은 ISO Class 3~4, 2차전지 제조는 ISO Class 6~7, 제약 제조는 ISO Class 7~8을 일반적으로 요구한다.

아래 표는 ISO 청정도 등급의 개략적 비교다.

ISO 등급기준 입자 크기1 m³ 내 최대 허용 입자수특징

 ISO Class   ≥ 0.1 µm / m³     ≥ 0.2 µm / m³    ≥ 0.3 µm / m³     ≥ 0.5 µm / m³      ≥ 1.0 µm / m³        ≥ 5.0 µm / m³

ISO 1	10	2	—	—	—	—
ISO 2	100	24	10	4	—	—
ISO 3	1,000	237	102	35	8	—
ISO 4	10,000	2,370	1,020	352	83	—
ISO 5	100,000	23,700	10,200	3,520	832	29
ISO 6	1,000,000	237,000	102,000	35,200	8,320	293
ISO 7	—	—	—	352,000	83,200	2,930
ISO 8	—	—	—	3,520,000	832,000	29,300
ISO 9	—	—	—	35,200,000	8,320,000	293,000

“—” 표시는 해당 등급에서 공식적으로 특정 크기 입자에 대한 최대 허용치가 설정되지 않음 또는 일반적으로 모니터링 대상이 아님을 의미함.

 

클린룸 설계는 단순히 등급을 맞추는 것이 아니라,
오염도 기준 → 공정 필요성 → 공기 공급량 → 장비 배치 → 인력 동선 이라는 구조적 계획을 기반으로 최적화된다.

 

 

클린룸을 구성하는 핵심 기술 요소

클린룸 환경은 다양한 기술 요소들이 합쳐져 만들어진다. 그중 핵심 요소는 다음과 같다.

① 공조 및 필터링 시스템 (HEPA·ULPA)

• HEPA(High Efficiency Particulate Air) 필터: 0.3μm 입자 99.97% 제거
• ULPA(Ultra-Low Penetration Air) 필터: 0.12μm 입자 99.9995% 제거
  초정밀 클린룸에서는 ULPA가 주로 사용된다.

② 기류(Airflow) 방식

• 층류(Laminar Flow): 한 방향 직선 흐름, 반도체·바이오 핵심 공정
• 난류(Turbulent Flow): 공기 혼합 방식, Class 6~8에서 사용
  기류 방식은 오염물질을 얼마나 빠르게 제거하느냐를 결정한다.

③ 압력 차이(Positive/Negative Pressure)

• 양압(Positive): 오염이 적은 곳 → 많은 곳으로 공기 흐름 유지
  예: 반도체·배터리 공정
• 음압(Negative): 오염물질의 외부 확산 방지
  예: 실험실·감염병 대응 구역

④ 인원·자재 이동 관리

클린룸의 오염원 70~80%는 사람에서 발생한다.
따라서 에어샤워, 라커룸, 자재 패스박스, 클린 게이트 등 절차가 중요하다.

이러한 요소들을 조합하여, 공정 목적에 맞는 고유한 클린룸 성능이 결정된다.

 

산업별 클린룸 적용 사례와 구축 시 고려 요소 ( 반도체 클린룸, 2차전지 제조, 제약·바이오)

클린룸은 산업마다 역할이 다르다.

① 반도체 산업

• 초미세 공정(5nm~2nm)은 微입자·온도·습도·정전기까지 민감
• Class 1~3 수준의 극초고청정 환경 필요
• 공조비용이 생산비의 20~40%를 차지하기도 함

② 2차전지(배터리) 산업

• 수분(H₂O) 관리가 핵심
• 수분 농도가 1%만 높아도 불량 증가
• 드라이룸(Dry Room) 형태로 관리

③ 제약·바이오 산업

• 미생물 오염 차단이 중요
• 사람·자재 동선 분리 설계 필수
• EU-GMP, PIC/S 규정 준수 필요

클린룸 구축 시 고려해야 할 요소

• 요구 청정도 등급
• 공정별 온·습도 요구치
• 운영비 부담(전력·공조비)
• 장비 배치 및 동선 효율
• 향후 증설 가능성

결국 클린룸은 단순한 공간이 아니라 오염 제어 기술을 기반으로 한 산업 인프라 전체를 설계하는 과정이다.
정확한 이해와 기초 지식은 산업 전문가뿐 아니라 블로그 독자들에게도 높은 신뢰와 전문성을 제공할 수 있다.