KR100706870B1 - 반도체, 엘시디 공장 등의 미진동 제어에 유리한, 현수식복층 클린룸 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물구조에 속하는 기술로서, 보다 자세하게는 반도체 또는 엘시디(LCD) 제조공장, 등과 같이 정밀장비가 운용되어 고도로 정숙한 진동환경이 요구되는 건물의 저진동 구조에 관한 기술이다.

본 발명인 현수식 복층 클린룸 구조는 건물의 기본바닥의 하부의 지지보에 현수기둥이 설치되고, 이 현수기둥의 하단에 수평보가 볼트 또는 용접으로 설치된다. 그리고 상기 수평보 상부에 콘크리트 또는 철판으로 바닥이 설치된다.

본 발명의 클린룸은 건물의 주요바닥의 상부를 정숙한 진동환경을 요구하는 정밀 가공실로 사용할 수 있어 진동환경이 크게 개선되고, 방진에 필요한 비용을 절감할 수 있다. 그리고, 별도의 무거운 제진대 등을 사용할 필요가 없어 건물 구조에 하중부담을 경감시키고, 건물의 층고를 낮게 할 수 있어서 건축비를 절감할 수 있다. 또한, 진동에 민감한 노광기 등 주요 정밀가공 장비들을 건물의 주요바닥에 직접 설치할 수 있으므로 클린룸 내부의 장비 배치에 융통성이 크다.

반도체, LCD, 클린룸, 진동 개선, 현수구조, Fab층 Plenum층.

Description

반도체, 엘시디 공장 등의 미진동 제어에 유리한, 현수식 복층 클린룸 구조{Hanging Type Double Layer Clean Room Structure for Micro-vibration Control of Semiconductor, LCD, etc. Fabrication Buildings}

도1은 종래의 클린룸 구조를 보인 도면이다.

도2는 본 발명인 현수식 복층 클린룸 구조 도면이다.

본 발명은 건물구조에 속하는 기술로서, 보다 자세하게는 반도체 또는 엘시디(LCD) 제조공장, 등과 같이 정밀장비가 운용되어 고도로 정숙한 진동환경이 요구되는 건물의 저진동 구조에 관한 기술이다.

반도체 또는 엘시디(LCD) 제조공장 등은 초정밀 가공이 이루어지는 곳으로, 가공중 먼지가 유입될 경우 가공 불량률이 높아지고, 수율이 크게 저하된다. 따라서 이러한 초정밀 가공 또는 검사실은 고도의 청정도가 요구된다. 이렇게 청정도가 높은 공간을 통상 클린룸(Clean Room)이라고 하는데, 통상의 클린룸에서는 정밀가공, 정밀계측 등의 정밀한 작업이 이루어지므로, 클린룸은 높은 청정도 뿐만 아니라, 일정한 온도와 습도의 유지, 정숙한 진동환경 등이 요구된다.

상기한 바와 같이 클린룸은 높은 청정도, 정밀한 온습도조절 등을 요하는데, 이를 위하여 Fan, 필터, 항온항습기 등 많은 설비장비들이 클린룸과 가까운 지역에 설치되어 운용되고 있다. 그런데, 이들 설비장비들은 가동시에 대부분 진동을 유발하는 기계들로서, 이들 설비장비에서 발생한 진동이 클린룸으로 전달되어 진동환경을 악화시켜 문제가 된다. 그리고, 클린룸 내부의 가공장비 자체에서 발생하는 진동, 제품 또는 자재 운반용 수송 장비에서 발생하는 진동, 심지어 작업자의 보행시 발생하는 진동 등 미세한 진동까지도 초정밀 장비의 운용에 문제가 되고 있다.

상기와 같이 고도의 청정도, 균일한 항온항습 등의 클린룸의 요구조건을 만족시키면서도, 진동의 진폭이 미크론 단위인 미진동까지 허용되지않는 아주 정숙한 진동환경을 유지하기 위하여 클린룸은 도 1과 같이 독특한 구조로 지어진다.

고도 청정도의 클린룸은 도 1에 도시된 바와 같이 복층 구조로 되어 있는데, 상층은 각종 생산 및 검사장비가 설치되어 가공작업이 이루어지는 Fab층(Fabrication층, 가공층, 이하 "Fab층"이라 칭함)이며, 하층은 공조덕트, 케이블트레이 등의 보조설비가 배치되는 보조 공간으로서 Plenum층("보조설비 설치층" 등으로 명명할 수 있으나, 반도체공장 등에서 통용되는 명칭인 "Plenum층"이라 칭함)이다. 이 Plenum층은 덕트, 케이블 등의 하드웨어를 수납할 뿐만 아니라 청정도 유지와 항온항습을 위한 다량의 청정공기가 흐르는 통로가 되어 상당히 큰 공간을 차지하는데, Fab층의 공기가 자유롭게 Plenum층으로 유동할 수 있도록 공기통로가 구비되어 있는 구조로 되어 있다.

종래의 고도 청정도의 클린룸의 골조 구조는, 도 1에 도시된 바와 같이, 정숙한 진동환경 조성을 위하여, 강성이 높은 기본기둥을 짧은 간격으로 배치하고, 이 기본기둥 사이를 좁은 간격의 격자보로 연결한 후, 이 격자보의 위에 기본바닥을 타설하여 축조한다. 이와 같이 골조구조를 축조할 경우, 기본바닥 구조체의 강성과 질량이 아주 높아, 외부에서 가해지는 진동 가진력에 대한 구조체의 진동 응답(Vibration Response)이 작아 구조체의 진동이 낮은 상태를 유지한다. 그리고, 기본바닥의 위에 짧은 기둥(이하 Post라 칭함)을 다수 개를 설치하고, 이 Post의 위에 좁은 간격으로 악세스플로어(Access Floor)를 설치할 수 있는 수평구조물인 악세프플로어 프레임(이하 "프레임"이라 칭함)을 설치하고, 이 프레임에 악세스플로어를 설치하여 Fab층의 바닥을 형성한다. 상기와 같은 방법으로 고도 청정도의 클린룸의 골조구조는, 아주 강성(Stiffness)이 높은, 즉 튼튼한 구조로 지어진다.

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고도 청정도의 클린룸은 상기와 같은 방법으로 악세스플로어를 경계로 건물의 1개 층을 상하로 나누고, 상부는 Fab층으로, 하부는 Plenum층으로 사용한다.

실제 대형 클린룸은 도 1에 도시한 바와 같은 구조체의 단위가 수평으로 연속적으로 배치되어 하나의 클린룸을 형성한다.

Fab층에 설치되는 노광기 등 진동에 특히 민감한 정밀장비는 주변 진동환경과 격리하기 위하여, 그 정밀장비가 놓일 위치의 건물의 기본 바닥에 별도의 튼튼한 Post를 설치하고, 그 위에 대중량의 제진대를 두고, 이 제진대 위에 장비를 설치하여 그 정밀장비를 운용한다.

상기와 같은 통상의 클린룸 구조는 진동 측면에서 많은 문제점이 있다.

우선 이와 같은 클린룸 구조는 정작 정숙한 진동환경이 요구되는 Fab층의 바닥은 건물의 기본바닥과는 달리 강성이 아주 낮아 진동에 취약하다. 건물구조체의 강성이 낮을 경우, 외부에서 가해지는 진동 가진력에 구조물이 크게 응답하여, 작은 가진력에도 구조체가 크게 진동한다. 실제로 클린룸의 각 부위의 진동을 측정해 보면, 진동가속도 진폭이 기본바닥은 0.1 cm/sec², 악세스플로어 바닥은 0.2 cm/sec² 으로 악세스플로어의 진동이 기본바닥보다 두배 가량 크다. 이는 기본바닥의 진동이 Post를 거쳐 격자보로 전달되는 과정에서, 기본바닥 구조에 비하여 상대적으로 강성이 낮은 Post 및 격자보 구조와 공진을 일으켜 진동이 증폭되기 때문이다. 따라서 Fab층에 사용되는 각종 장비들과 주변의 설비장비, 덕트, 배관 등은 아주 높은 정도의 방진을 요하게 된다.

그리고 진동에 특히 민감한 장비를 설치하기 위하여 제진대를 별도로 설치하여야 하는데, 한번 제진대의 위치가 결정되면 그 위치를 변경하기가 거의 불가능하여 Fab층의 공간배치의 융통성이 크게 떨어지고, 제진대의 중량이 큰 하중으로 작용하여 건물 구조에 주는 하중부담이 증가한다.

또한 Fab층의 제진대 설치부위 하부 등에는 구조체의 강성을 크게 하기 위하여 Post를 좁은 간격으로 많이 세워야 하는데, 이 경우 Plenem층의 공간활용이 나빠진다. 또한 Fab층의 천장, 즉 건물의 기본바닥 하부에는 공조덕트, 배관 등이 배치되는 별도의 공간이 요구되고, 이들 덕트, 배관 등은 기본바닥의 격자보 구조체를 관통할 수가 없어서 격자보의 하부에 배치할 수밖에 없는데, 공간을 크게 차지한다.

고집적도의 반도체, LCD 등 초정밀 제품의 가공을 위한 기존의 클린룸은 상기와 같이 정밀 진동제어 측면에서 많은 문제점이 있는바, 미진동에 대해서도 안전한 건물구조가 요구된다.

클린룸의 구조는 그 구조 자체로 진동에 대하여 안전하여, 클린룸과 그 주변 에 설치되는 각종 진동유발 장비와 설비 그리고 정밀 가공장비의 진동제어에 소요되는 비용을 줄일 수 있어야 한다.

또한 클린룸의 구조는 필연적으로 존재하는 많은 덕트 배관 등을 용이하게 수용할 수 있고, 특히 Fab층은 공간활용에 융통성이 많은 구조를 가져야 한다.

본 발명은 종래의 클린룸의 구조에 비하여 획기적으로 진동에 대하여 안전하고, 클린룸 내부의 공간활용에 유리한 건물구조로서, 반도체, LCD 등 초정밀 제품의 생산공장 등에 적용할 수 있는 클린룸의 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명인 현수식 복층 클린룸 구조는 종래의 클린룸 구조와는 반대로, 건물의 기본바닥 위를 Fab층으로 하고, 기본바닥의 하부에 철골구조의 Plenum층이 매달린 구조로 구성된다.

이와 같은 현수식 복층 클린룸 구조를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명인 현수식 복층 클린룸 구조는 건물의 기본바닥의 하부의 격자보에 현수기둥(Hanging Column)(10)이 다수 개가 하방으로 볼트결합 또는 용접 등의 방법으로 설치되고, 상기 현수기둥(10)의 하단에 수평보(Horizontal Beam)(20)가 볼트결합 또는 용접으로 설치된다. 그리고 상기 수평보 상부에 콘크리트 또는 철판으로 바닥(30)이 설치된다.

현수기둥(10)과 수평보(20)의 크기와 개수는 구조계산을 통하여 Plenum층의 하중을 지지하는데 필요한 크기와 수로 하면 된다. 이 현수기둥(10)과 수평보(20)는 H-Beam, ㄷ-Channel 등과 같은 강재을 사용하는 것이 편리하다.

바닥(30)은 철근 배근이 된 콘크리트로 할 수도 있고, 골이 진 철판 등 기타 평판 재료로 할 수도 있다. 이 바닥(30)의 하부는 하층 클린룸의 Fab층 천장이 되므로 먼지의 정체와 비산을 방지하여 고도 청정도를 유지하기 위하여, 철판, 합성수지판 등으로 매끈하게 마감을 하는 것이 좋다.

상기와 같이 형성된 현수식 복층 클린룸 구조에서는 가공에 필요한 정밀 장비가 놓일 부분에만 기본 바닥을 타설하고, 나머지 바닥 부분은 격자보 위에 직접 악세스플로어 프래임(Frame)을 설치하고, 이 악세스플로어 프래임에 악세스플로어 판을 올려 악세스플로어(Access Floor)를 구성할 수도 있다.

건물의 기본바닥인 Fab층의 바닥, 즉 Plenum층의 천장에는 청정도 유지와 항온항습에 필요한 공기가 유동할 수 있는 구멍을 필요한, 크기로, 필요한 곳에, 필요한 개수만큼 미리 마련해 둔다.

이러한 형태의 클린룸은 기본기둥과 격자보는 그 자체로 강성과 질량이 아주 높아 진동에 대하여 안전한 구조물이므로, 격자보의 위에 직접 타설된 기본바닥 위에 노광기 등 진동에 민감한 정밀 가공장비를 직접 설치하여 운용한다. 그리고 기본바닥의 하부에 매달린 Plenum층에는 각종 덕트, 배관, 케이블 트레이 등이 배치된다.

클린룸의 Plenum층을 건물의 주요구조를 이루는 지지보에 매다는 구조인 현수식으로 할 경우, 강성과 질량이 아주 높아 진동에 대하여 안전한 기본바닥의 상부를 정숙한 진동환경을 요구하는 Fab층으로 사용할 수 있다. 강성과 질량이 높은 구조체가 강성과 질량이 낮은 구조체에 비하여 진동에 대하여 안전한 이유는, 구조체의 강성과 질량이 높을 경우, 외부에서 가해지는 진동 가진력에 대한 구조체의 진동응답(Vibration Response)이 상대적으로 작고, 따라서 외부에서 진동을 유발하는 힘인 가진력이 구조체에 가해지더라도 이에 대하여 구조체의 응답이 작으므로 그 구조체는 진동이 낮은 상태를 유지한다. 그리고 외부진동이 이와 같은 구조체에 전달되더라도, 구조체에서 공진에 의한 진동 증폭의 염려도 없다. 반도체 등의 초정밀가공 제품의 제조에 사용되는 클린룸의 구조로 본 발명인 현수식 복층클린룸 구조를 채택할 경우, Fab층의 바닥으로 강성과 질량이 높아 진동에 대하여 상대적으로 안전한 건물의 기본바닥을 정밀가공장비가 설치되는 Fab층의 바닥으로 사용할 수 있고, 이 경우 노광기 등의 정밀 가공장비도 별도의 진동방지 수단 없이, 또는 방진고무패드의 사용 등과 같이 아주 간단한 진동방지 수단을 이용하여 기본바닥에 설치하여 사용할 수가 있으며, 그에 따라 진동방지에 필요한 비용을 절감할 수 있다.

또한, 이와 같이 주요바닥을 바로 Fab층 바닥으로 할 경우, 바닥 자체가 아주 중량이고 또한 강성이 높아, 정밀 가공 장비의 설치를 위하여 별도의 무거운 제진대를 사용할 필요가 없고, 그만큼 건물 구조에 하중부담을 경감시키고, 그에 따라 건축비를 절감할 수 있다.

또한, 진동에 민감한 노광기 등 주요 정밀가공 장비들을 건물의 기본바닥에 직접 설치할 수 있으므로, 클린룸 내부의 장비배치(Layout)의 변경에 융통성이 커진다.

그리고 지지보에 매달린 Plenum층에는 그 하층의 Fab층에 청정 공기를 공급하는 덕트와 기타 배관 그리고 케이블 트레이 등을 설치할 수가 있으므로 Fab층의 천장에 이들을 위한 별도의 공간을 둘 필요가 없어서 건물의 층고를 낮게 할 수 있고, 그만큼 건축비용이 절감된다.

Claims (1)

1. 클린룸 건물의 기본바닥의 하부에 있는 격자보에 수직 하방으로 고정되는 다수개의 현수기둥(10);

   상기 현수기둥의 하단을 서로 연결하여 설치되는 다수개의 수평보(20);

   그리고 상기 수평보 상부에 설치되는 바닥(30);

   을 포함하여 구성되어, 건물의 기본바닥의 상부는 Fab층이 되고, Plenum층이 기본바닥의 하부에 매달린 형태로 건축되는, 현수식 복층 클린룸 구조.

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