KR100605106B1

KR100605106B1 - 그레이팅 패널 및 그것을 사용하는 청정실 시스템

Info

Publication number: KR100605106B1
Application number: KR1020040051177A
Authority: KR
Inventors: 황정성; 조창민; 양재현; 전상문; 김재봉
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2006-07-31
Also published as: US20060003684A1; JP2006017450A; TW200620391A; KR20060002232A; TWI279832B

Abstract

본 발명은 본 발명은 청정실 환경에서 사용되는 바닥과 같은 그레이팅(Grating) 패널과, 그 패널을 사용하는 청정실 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 그레이팅(Grating) 패널은 복수개의 천공구멍들을 갖는 베이스판을 포함하되, 천공구멍은 공기가 유입되는 유입부와, 공기가 유출되는 유출부를 갖으며, 상기 유입부는 상기 유출부에 가까울수록 그 단면적이 감소되며, 상기 유출부는 상기 유입부로부터 멀어질수록 그 단면적이 증가된다.

Description

그레이팅 패널 및 그것을 사용하는 청정실 시스템{GRATING PANEL AND CLEAN ROOM SYSTEM USING THE GRATING PANEL}

도 1 기존의 그레이팅 패널에 형성된 구멍을 보여주는 요부 단면도;

도 2는 기존의 그레이팅 패널이 적용된 청정실내에서의 높이별 파티클을 측정한 그래프;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 청정실 시스템을 개략적으로 도시한 구성도;

도 4는 청정실 바닥에 설치된 그레이팅 패널의 사시도;

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 그레이팅 패널의 부분 확대 평면도;

도 5b는 도 5a에 표시된 b-b 선 단면도;

도 6은 기존의 그레이팅 패널이 적용된 청정실과 본 발명의 청정실에서의 차압을 비교한 그래프;

도 7은 슬롯 형태의 천공구멍을 갖는 그레이팅 패널을 보여주는 도면;

도 8은 기존 그레이팅 패널과 본 발명의 그레이팅 패널에서의 난류환산계수(turbulent kinetic energy;K)를 비교한 그래프;

도 9는 기존의 그레이팅 패널이 적용된 청정실과 본 발명의 청정실에서의 높이별 파티클을 측정한 그래프;

도 10은 다른 형상의 천공구멍들을 갖는 그레이팅 패널의 요부 단면도;

도 11은 다른 형상의 천공 구멍들을 갖는 그레이팅 패널의 요부 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 청정실 시스템

110 : 청정실

120 : 팬 필터 유니트

130 : 그레이팅 패널

132 : 베이스판

134 : 천공 구멍

136 : 유입부

138 : 유출부

140 : 미들부

본 발명은 청정실 환경에서 사용되는 바닥과 같은 그레이팅(Grating) 패널과, 그것을 사용하는 청정실 시스템에 관한 것이다.

반도체 장치나 LCD는 매우 정밀한 장치로 일반적인 제품의 제조와는 다르게 고도의 청정도를 가진 제조환경에서 만들어진다. 반도체장치의 설비 다수는 이러한 고도의 청정도를 형성하고 유지하기 위해 별도의 청정실을 운영하고 있다.

청정실 내에서의 작업자는 분진등의 이물질 발생을 최소화하기 위해 특수한 방진복을 입고 작업하게 된다. 또한, 청정실 공간 상층부에는 대기압보다 약간 높은 압력으로 공기(청정공기)가 방출되고, 바닥에는 구멍들이 형성된 바닥재인 그레이팅 패널이 설치되어 공기가 방출된다. 따라서, 청정실 공간 내에서는 수직으로 공기의 흐름이 형성된다. 그러므로 청정실 공간내의 오염물질들은 바닥쪽으로 모이게 되고, 그들은 그레이팅 패널의 구멍들을 통해 외부로 배출된다.

하지만, 나노 파티클(Nano Partical) 및 AMC(Airborne Molecular Contamination)로 총칭되는 크린룸 대기중의 분자상 오염물질들은 마이크로 파티클과는 달리 비시각적(Nonvisual)인 특성으로 인하여 쉽게 제거되지 못하고 있다. 나노 파티클 및 AMC의 신속한 제거를 위해서는 마이크로 파티클을 제거하기 위한 조건보다 차압 및 풍속 조건을 18%이상 높게 설정해야 하며, 이는 공조 시스템의 가동비 증가로 연결되어 제조원가 상승의 원인이 된다.

또한, 도 1에서와 같이 공기가 상기 그레이팅 패널에 수직하게 형성된 구멍들을 통과하는 과정에서 와류가 발생하게 된다. 와류는 주로 점선으로 표시된 부분(구멍의 입구 가장자리 부분과 구멍의 출구 가장자리 부분)에서 많이 발생하게 된다.

도 2는 청정실의 높이별 파티클 측정결과를 보여주는 것으로, 그레이팅 패널에서 0.2m 높이에서 파티클(30,000~35,000 counter/cf)을 발생시킨 후, 높이별 파티클을 측정하였다. 측정 결과, 와류에 의해 파티클이 70cm 높이까지 분포하고 있음을 알 수 있다.

이처럼, 그레이팅 패널의 구멍 주변에서 발생되는 와류는 공기의 신속한 배기를 방해할 뿐만 아니라, 오염물질들(특히; 나노 파티클 및 AMC)을 그레이팅 패널(바닥)로부터 70cm 높이까지 상승시켜 주변을 오염시키는 심각한 문제를 유발시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은 공기의 배기가 원활하게 이루어지는 새로운 형태의 그레이팅 패널 및 그것을 사용하는 청정실 시스템을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 와류 현상을 최소화하여 오염물질의 재상승을 방지할 수 있는 새로운 형태의 그레이팅 패널 및 그것을 사용하는 청정실 시스템을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 청정실 환경에서 사용되는 바닥과 같은 그레이팅(Grating) 패널은 상기 청정실 내의 공기가 외부로 배기되는 통로인 복수개의 천공구멍들을 갖는 베이스판을 포함한다.

본 실시예에 따르면, 상기 천공구멍은 공기가 유입되는 유입부와, 공기가 유출되는 유출부를 갖으며, 상기 유입부는 상기 유출부에 가까울수록 그 단면적이 감소되며, 상기 유출부는 상기 유입부로부터 멀어질수록 그 단면적이 증가된다.

본 실시예에 따르면, 상기 유입부와 상기 유출부는 경사지거나 또는 만곡(curve)진다.

본 실시예에 따르면, 상기 천공 구멍은 원형 또는 슬롯이다.

본 실시예에 따르면, 상기 유입부와 상기 유출부 사이에는 단면적이 동일한 미들부를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 베이스판 상면에는 염화비닐수지로 이루어지는 타일이 부착될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 청정실 시스템은 청정실과; 상기 청정실 천정에 설치되는 그리고 청정공기를 상기 청정실 내부로 공급해주는 공기 공급부와; 상기 청정실 바닥으로부터 이격되어 설치되는 그리고 상기 청정실 내부의 공기가 외부로 배기되는 복수의 천공구멍들이 형성된 그레이팅 패널을 갖는 공기 배기부를 포함하되; 상기 천공구멍은 아래로 갈수록 그 단면적이 감소된 후, 다시 단면적이 증가된다.

본 실시예에 따르면, 상기 천공구멍은 공기가 유입되는 유입부와, 공기가 유출되는 유출부를 갖되; 상기 유입부는 상기 유출부에 가까울수록 그 단면적이 감소되며, 상기 유출부는 상기 유입부로부터 멀어질수록 그 단면적이 증가된다.

예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 11을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 청정실 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 4는 청정실 바닥에 설치된 그레이팅 패널을 보여주고 있다.

도 3을 참조하면, 청정실 시스템(100)은 청정실과, 공기 공급부 그리고 공기 배기부를 갖는다. 상기 공기 공급부는 상기 청정실(110)의 천정에 설치되는 팬 필터 유니트(fan-filter unit)(120)를 포함한다. 상기 팬 필터 유니트(120)는 필터와 공기 공급 팬이 하나의 유니트로 모듈화된 것으로, 순환공기를 필터링하여 청정실 내부로 공급해주는 장치이다. 도시하지는 않았지만, 상기 청정실의 천정에는 공기로부터 수 미크론레벨의 먼지등의 이물질을 제거하는 HEPA (High Efficiency Particulate Air)필터 또는 ULPA(Ultra Low Penetraticn Air)필터등의 천정필터가 설치될 수 있다.

공기는 상기 팬 필터 유니트(120)를 통과하여 청정실(110) 내부로 공급되어 수직기류를 형성하게 된다. 이러한 공기의 수직기류는 청정실(110)에서 생성된 오염물질들을 바닥으로 가라앉게 하여 오염물질들이 공정이 이루어지는 높이에 도달되는 것을 차단하게 된다. 그리고, 이러한 오염물질들은 공기와 함께 공기 배기부의 그레이팅(130) 패널을 통해 배출되어 제거됨으로써 청정실내의 고청정도를 유지하게 된다.

상기 그레이팅(130) 패널을 통해 배출된 공기는 팬 필터 유니트(120)에 의해 다시 천정위로 이동하여 팬 필터 유니트(120)를 통해 재순환됨으로써 청정실 내의 고청정도를 유지하게 된다.

상기 그레이팅 패널(130)을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 그레이팅 패널(130)은 청정실(110)의 실내와 아래 바닥(subfloor;112) 사이에 공기가 흐를 수 있도록 설치된다. 상기 그레이팅 패널(130)은 아래 바닥(subfioor;112)으로부터 지지 구조체(114)에 의해 지지된다.

상기 그레이팅 패널(130)은 강, 스테인레스강 또는 알루미늄으로 제조되는 베이스판(132)을 포함한다. 물론, 이들 재료 이외에 복합재와 같은 다른 재료가 사용될 수도 있다. 상기 그레이팅 패널(130)은 파스너에 의해 상기 지지 구조체(114)에 부착될 수 있거나 단순히 그 구조체(114)에 놓여질 수도 있다. 어느 경우이든지, 상기 그레이팅 패널(130)은 상기 그레이팅 패널과 아래 바닥(112) 사이의 영역(115)에 놓인 배선(wiring), 배관(ductwork) 또는 그 밖의 하부 구조 요소(infrastructure element;116)에 접근할 수 있도록 쉽게 제거될 수 있다.

상기 그레이팅 패널(130)의 베이스판(132) 상부 표면에는 보호용 마모면을 제공하도록 염화비닐수지로 된 타일(133)이 부착된다.

예컨대, 상기 그레이팅 패널(130)은 임의 수의 원하는 표면 성질을 제공하도록 처리될 수 있다. 예를 들면, 음향 감쇠, 전도성 제어 및 다른 원하는 기능과 같이 장식적 목적 및 기능적 목적을 위해, 그레이팅 패널의 표면에는 카페트 타일 또는 다른 적당한 바닥 처리물이 덮여진다. 또한, 상기 그레이팅 패널(130)은 에폭시로 코팅되거나 도금 처리되어 정적 제어(static control), 내마모성, 화학 유출물로부터의 보호 등과 같은 바람직한 성질을 제공할 수 있다. 물론, 상기 그레이팅 패널은 아무런 처리를 하지 않고 그대로 사용할 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 상기 그레이팅 패널(130)의 크기는 통상적으로, 600 mm *600 mm이지만, 몇몇 용례에서는 750 mm * 750 mm, 500 mm * 500 mm와 같이 다른 크기의 패널이 사용될 수 있고, 이들 패널은 쉽게 성형할 수 있다. 선택한 지지 구조체(114)와 그레이팅 패널(130)을 일치시키기 위하여, 상기 치수는 원하는 대로 선택할 수도 있다.

상기 그레이팅 패널(130)에는 청정실 내의 공기가 외부(아래 바닥 공간)로 배기되는 통로인 복수 개의 구멍(134)들이 천공되어 있다. 본 발명의 천공 구멍(134) 패턴은 외관상 매력적이고 패널을 통한 실질적인 공기의 흐름을 용이하게 하는 패턴을 제공한다. 도시된 크기의 구멍을 사용하는 경우에는 약 18%의 공기 흐름 면적이 제공된다.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 그레이팅 패널의 부분 확대 평면도이고, 도 5b는 도 5a에 표시된 b-b 선 단면도이다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 천공구멍(134)은 공기가 유입되는 유입부(136)와, 공기가 유출되는 유출부(138)를 갖는다. 상기 유입부(136)는 상기 유출부(138)에 가까울수록 그 단면적이 감소되도록 경사지며, 상기 유출부(138)는 상기 유입부(136)로부터 멀어질수록 그 단면적이 증가되도록 경사진다. 상기 천공구멍(134)의 가장 좁은 부분(L2)은 지름이 약 8.5mm(기존 천공구멍과 동일한 지름)이고, 천공구멍의 가장 넓은 부분(L1)은 지름이 약 10mm이다. 예컨대, 천공구멍(134)은 도 7에서와 같이 슬릿타입으로도 이루어질 수 있다.

상기 천공 구멍(134)을 통과하는 공기의 흐름은 도 5b에 점선으로 표시되어 있다. 도 5b에서와 같이, 상기 천공구멍(134)은 공기가 유입되는 입구가 되는 유입부(136)를 경사지게 형성함으로써, 수직방향으로 흐르는 공기와의 충돌 각도를 완화하였다. 상기 유입부(136)의 경사면(136a)으로 충돌한 공기는 그 경사면을 따라 자연스럽게 유출구(138) 측으로 유도됨으로써, 상기 천공구멍의 유입구(136)에서는 원활한 공기 흐름이 발생된다. 그 뿐만 아니라, 공기가 빠져나가는 출구가 되는 유출부(138)는 점진적으로 넓어지게 형성됨으로써, 상기 유입부(136)에서 유출부(138)로 들어오는 공기는 보다 신속하게 방출되게 된다.

도 6은 기존의 그레이팅 패널이 적용된 청정실(Q1)과 본 발명의 청정실(Q2)에서의 차압을 비교한 그래프이다. 도 6에서와 같이, 본 발명의 청정실(Q2)의 내부 압력은 기존 청정실(Q1)의 내부 압력보다 2.379Pa 이상의 압력 드롭(pressure Drop) 감소 효과가 발생되었음을 알 수 있으며(42% 개선 효과). 이는 노즐 효과(Nozzle effect)로 인한 난류(Turbulence) 감소 및 압력 로스를 감소시킨다.

결과적으로, 상기 천공 구멍(134)의 입구 가장자리 부분과 출구 가장자리 부분에서 많이 발생되던 와류 현상이 감소됨으로써, 오염물질(특히; 나노 파티클 및 AMC)의 신속한 제거가 가능해졌다. 또한, 난류 현상에 따른 오염물질의 임계 높이 상승 현상을 감소시킬 수 있다. 도 8은 기존의 그레이팅 패널에서의 난류환산계수(turbulent kinetic energy;K1)와, 본 발명의 그레이팅 패널에서의 난류환산계수(K2)를 검증한 것으로, 도 8에서와 같이, 본 발명의 그레이팅 패널은 천공구멍 주위에서 난류환산계수가 기존의 그레이팅 패널 대비 37% 감소하는 효과가 있으며, 거친 흐름(turbulent flow) 감소로 인한 차압 감소 및 매스 플로우(Mass flow)도 증가된다.

도 9는 그레이팅 패널로부터 0.2m 이격된 높이에서 파티클을 30,000~35,000 counter/cf 발생시킨 후, 높이별 파티클을 측정하였다. 이때, 팬 필터 유니트에서(120)의 풍속은 0.4m/s 이다. 파티클 임계 높이를 측정한 결과, 본 발명의 그레이팅 패널은 기존 그레이팅 패널(종래기술)에 비하여 파티클 임계높이가 40cm 감소되었음을 알 수 있다.

도 10에는 다른 형상의 천공구멍(134a)들을 갖는 그레이팅 패널(130a)이 도시되어 있다. 이 그레이팅 패널(130a)은 유입부(136), 유출부(138) 그리고 이들 사이에 형성되는 미들부(140)를 갖는 천공구멍(134a)들을 갖는다. 상기 천공구멍(134a)은 상기 유입부(136)와 유출부(138)가 전술한 천공구멍(134)과 동일한 구조와 기능을 갖으며, 상기 미들부(140)는 단면적이 동일한 직선형태로 이루어지는데 그 구조적인 특징이 있다. 이러한 구조를 갖는 천공 구멍에서의 공기 흐름은 전술한 천공구멍(134)에서의 공기 흐름과 유사하게 이루어진다.

도 11에는 또 다른 형상의 천공 구멍(134b)들을 갖는 그레이팅 패널(130b)이 도시되어 있다. 이 실시예의 재료 및 구조는 본질적으로 전술한 그레이팅 패널(130)과 동일하고, 다만 천공 구멍의 형상이 만곡지게 형성된 것이 특징이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 천공구멍(134b)은 공기가 유입되는 유입부(136b)와, 공기가 유출되는 유출부(138b)를 갖는다. 상기 유입부(136b)는 상기 유출부(138b)에 가까울수록 그 단면적이 감소되도록 만곡지며, 상기 유출부(138b)는 상기 유입부(136b)로부터 멀어질수록 그 단면적이 증가되도록 만곡진다. 이러한 만곡진 천공구멍에서는 공기 흐름(점선으로 표시)은 전술한 천공 구멍(134)에서의 공기 흐름처럼 원활하게 이루어진다.

이상에서, 본 발명에 따른 그레이팅 패널 및 그것을 사용하는 청정실 시스템의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 난류환산계수(Turbulent Kinetic Energy) 감소로 인한 난류 및 압력 드롭 로스(Press. Drop loss)를 감소시키며 그에 따른 단위 시간당 에어 흐름율(Air Flow Rate)이 증가하게 된다. 이로 인해 수직한 타입의 천공구멍을 갖고 있는 그레이팅 패널 대비 파티클 제어 효과 발생으로 파티클 발생 임계 높이를 40cm 하향시킬 수 있어 나노 파티클 및 AMC (Airbone Molecular Contamination) 제어 효과를 극대화 할 수 있다.

Claims

청정실 환경에서 사용되는 바닥과 같은 그레이팅(Grating) 패널에 있어서:

상기 청정실 내의 공기가 외부로 배기되는 통로인 복수개의 천공구멍들을 갖는 베이스판을 포함하되;

상기 천공구멍은

공기가 유입되는 유입부와, 공기가 유출되는 유출부를 갖으며,

상기 유입부는 상기 유출부에 가까울수록 그 단면적이 감소되며, 상기 유출부는 상기 유입부로부터 멀어질수록 그 단면적이 증가되는 것을 특징으로 하는 그레이팅 패널.
제1항에 있어서,

상기 유입부와 상기 유출부는 경사진 것을 특징으로 하는 그레이팅 패널.
제1항에 있어서,

상기 유입부와 상기 유출부는 만곡(curve)진 것을 특징으로 하는 그레이팅 패널.
제1항에 있어서,

상기 천공 구멍은 원형인 것을 특징으로 하는 그레이팅 패널.
제1항에 있어서,

상기 천공 구멍은 슬롯인 것을 특징으로 하는 그레이팅 패널.
제1항에 있어서,

상기 유입부와 상기 유출부 사이에는 단면적이 동일한 미들부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이팅 패널.
제1항에 있어서,

상기 베이스판 상면에는 염화비닐수지로 이루어지는 타일이 부착되는 것을 특징으로 하는 그레이팅 패널.
제1항에 있어서,

상기 천공구멍들은 약 18%의 공기 흐름 면적을 제공하는 것을 특징으로 하는 그레이팅 패널.
제1항에 있어서,

상기 천공구멍의 가장 넓은 부분은 지름이 약 10mm이고, 좁은 부분은 지름이 약 8.5mm인 것을 특징으로 하는 그레이팅 패널.
청정실 시스템에 있어서:

청정실과;

상기 청정실 천정에 설치되는 그리고 청정공기를 상기 청정실 내부로 공급해주는 공기 공급부와;

상기 청정실 바닥으로부터 이격되어 설치되는 그리고 상기 청정실 내부의 공기가 외부로 배기되는 복수의 천공구멍들이 형성된 그레이팅 패널을 갖는 공기 배기부를 포함하되;

상기 천공구멍은 아래로 갈수록 그 단면적이 감소된 후, 다시 단면적이 증가되는 것을 특징으로 하는 청정실 시스템.
제10항에 있어서,

상기 천공구멍은 공기가 유입되는 유입부와, 공기가 유출되는 유출부를 갖되;

상기 유입부는 상기 유출부에 가까울수록 그 단면적이 감소되며, 상기 유출부는 상기 유입부로부터 멀어질수록 그 단면적이 증가되는 것을 특징으로 하는 청정실 시스템.
제11항에 있어서,

상기 유입부와 상기 유출부는 경사진 것을 특징으로 하는 청정실 시스템.
제11항에 있어서,

상기 유입부와 상기 유출부는 만곡(curve)진 것을 특징으로 하는 청정실 시스템.
제11항에 있어서,

상기 유입부와 상기 유출부 사이에는 단면적이 동일한 미들부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청정실 시스템.
제10항에 있어서,

상기 천공 구멍은 원형인 것을 특징으로 하는 청정실 시스템.
제10항에 있어서,

상기 천공 구멍은 슬롯인 것을 특징으로 하는 청정실 시스템.
제10항에 있어서,

상기 그레이팅 패널은 상면에 염화비닐수지로 이루어지는 타일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청정실 시스템.