1. クリーンルームにおける粉塵粒子の除去
クリーンルームの主な機能は、シリコンチップなどの製品が曝される環境の清浄度、温度、湿度を制御し、製品を良好な環境空間で製造できるようにすることです。この空間をクリーンルームと呼びます。国際的な慣行では、清浄度レベルは主に、分類基準を超える直径の粒子が1立方メートルあたりにどれだけ存在するかによって決まります。つまり、いわゆる無塵とは、100%無塵ではなく、非常に小さな単位で制御されていることを意味します。もちろん、この基準で粉塵基準を満たす粒子は、私たちが普段目にする一般的な粉塵に比べれば非常に小さいものですが、光学構造においては、わずかな粉塵でも非常に大きな悪影響を及ぼすため、光学構造製品の製造において無塵は不可欠な要件となっています。
0.5ミクロン以上の粒子径を持つ粉塵粒子の数を1立方メートルあたり3520個未満に制御することで、国際的な無塵基準のクラスAに到達します。チップレベルの製造および加工に使用される無塵基準は、クラスAよりも粉塵に対する要求が高く、このような高い基準は主に一部のハイエンドチップの製造に使用されます。粉塵粒子の数は1立方メートルあたり35,200個に厳密に制御され、これはクリーンルーム業界では一般的にクラスBとして知られています。
2. クリーンルームの状態の3種類
空のクリーンルーム：建設済みで使用可能なクリーンルーム施設。必要な設備と機能はすべて備えている。ただし、施設内には作業員が操作する機器は設置されていない。
静的クリーンルーム：完全な機能、適切な設定および設置が施されたクリーンルーム施設であり、設定に従って使用できる、または既に使用されているが、施設内にオペレーターはいない。
動的クリーンルーム：通常の使用状態にあるクリーンルームで、完全なサービス機能、設備、人員を備えており、必要に応じて通常の作業を実施できる。
3. 管理項目
（１）空気中に浮遊する塵粒子を除去できます。
（２）粉塵の発生を防ぐことができる。
（３）温度と湿度の制御
（４）圧力調整
（５）有害ガスの除去
（６）構造物及び区画の気密性
（７）静電気の防止
（８）電磁干渉の防止
（９）安全要因の考慮
（１０）省エネルギーの考慮
4. 分類
乱流タイプ
空気は、空調機からダクトを通ってクリーンルーム内のエアフィルター（HEPAフィルター）を通過し、クリーンルーム両側の仕切り壁パネルまたは高床式床から排出されます。空気の流れは直線的ではなく、不規則な乱流または渦流状態となります。この方式は、クラス1,000～100,000のクリーンルームに適しています。
定義：空気の流れが不均一な速度で、かつ平行ではなく、逆流または渦流を伴うクリーンルーム。
原理：乱流クリーンルームは、空気供給の流れを利用して室内の空気を継続的に希釈し、汚染された空気を徐々に希釈することで清浄度を実現します（乱流クリーンルームは一般的に1,000～300,000以上の清浄度レベルで設計されます）。
特徴：乱流クリーンルームは、複数の換気によって清浄度と清浄度レベルを達成します。換気回数によって清浄度レベルが決まり（換気回数が多いほど清浄度レベルが高くなります）。
（１）自己浄化時間：クリーンルームが設計換気数に従ってクリーンルームに空気を供給し始め、室内の粉塵濃度が設計清浄度レベルに達するまでの時間を指します。クラス1,000では20分以内（計算には15分を使用できます）、クラス10,000では30分以内（計算には25分を使用できます）、クラス100,000では40分以内（計算には30分を使用できます）が期待されます。
（２）換気頻度（上記のセルフクリーニング時間要件に従って設計） クラス1,000：43.5～55.3回/時間（標準：50回/時間） クラス10,000：23.8～28.6回/時間（標準：25回/時間） クラス100,000：14.4～19.2回/時間（標準：15回/時間）
利点：構造がシンプルで、システム構築コストが低く、クリーンルームの拡張が容易です。また、特定の用途の場所では、無塵クリーンベンチを使用してクリーンルームのグレードを向上させることができます。
デメリット：乱流によって発生した粉塵粒子が室内空間に浮遊し、排出が困難なため、処理製品を汚染しやすい。また、システムを停止してから再度作動させた場合、必要な清浄度に達するまでに時間がかかることが多い。
層流
層流空気は均一な直線上を流れます。空気は100%のろ過率を持つフィルターを通して室内に入り、高床式床または両側の仕切り板を通して排出されます。このタイプは、一般的にクラス1～100といった、より高いクリーンルームグレードのクリーンルーム環境での使用に適しています。タイプは2種類あります。
（１）水平層流：水平方向の空気がフィルターから一方向に吹き出され、反対側の壁にある還気システムによって戻されます。粉塵は空気の流れに沿って屋外に排出されます。一般的に、下流側で汚染がより深刻になります。
利点：構造がシンプルで、運転開始後すぐに安定する。
デメリット：建設コストが乱流よりも高く、屋内空間の拡張が容易ではない。
（２）垂直層流：室内の天井はULPAフィルターで完全に覆われており、空気は上から下へ吹き込まれるため、より高い清浄度を実現できます。工程中または作業員によって発生した粉塵は、他の作業エリアに影響を与えることなく、屋外へ迅速に排出されます。
利点：管理が容易で、運転開始後短時間で安定状態を達成でき、運転状態やオペレーターの影響を受けにくい。
デメリット：建設コストが高い、空間を柔軟に活用するのが難しい、天井吊り下げ装置が多くのスペースを占有する、フィルターの修理や交換が面倒。
複合型
複合型とは、乱流型と層流型を組み合わせたり併用したりすることで、局所的に超清浄な空気を供給できる方式である。
（１）クリーントンネル：HEPAまたはULPAフィルターを使用してプロセスエリアまたは作業エリアの100％をカバーし、清浄度レベルをクラス10以上に高めることで、設置および運用コストを削減できます。
このタイプの機械では、機械のメンテナンス中に作業や品質に影響が出ないように、作業者の作業エリアを製品や機械のメンテナンスエリアから隔離する必要があります。
クリーン・トンネルには、他にも2つの利点があります。A. 柔軟な拡張が容易であること。B. メンテナンスエリアで機器のメンテナンスを容易に行えること。
（２）クリーンチューブ：製品の流れが通過する自動生産ラインを囲んで浄化し、清浄度をクラス100以上に高めます。製品、作業者、粉塵発生環境が互いに隔離されているため、少量の空気供給で高い清浄度を実現でき、エネルギーを節約できます。手作業を必要としない自動生産ラインに最適です。医薬品、食品、半導体業界に適用可能です。
（３）クリーンスポット：クリーンルームレベルが10,000〜100,000の乱流クリーンルーム内の製品プロセスエリアの清浄度レベルを、生産目的で10〜1000以上に引き上げたもの。クリーンワークベンチ、クリーン小屋、プレハブクリーンルーム、クリーンワードローブはこのカテゴリに属します。
クリーンベンチ：クラス1～100。
クリーンブース：乱流クリーンルーム空間内に、帯電防止透明プラスチック布で囲まれた小空間を設け、独立したHEPAフィルターまたはULPAフィルターと空調設備を用いて、より高レベルのクリーン空間を実現したもの。クリーンレベルは10～1000、高さは約2.5メートル、設置面積は約10平方メートル以下。4本の柱を備え、移動用キャスター付きで、柔軟な使用が可能。
5. 空気の流れ
空気の流れの重要性
クリーンルームの清浄度は、多くの場合、空気の流れによって左右されます。つまり、人、機械室、建物構造物などから発生する粉塵の移動や拡散は、空気の流れによって制御されるのです。
クリーンルームでは、HEPAフィルターとULPAフィルターを用いて空気をろ過しており、集塵率は99.97～99.99995%と非常に高いため、このフィルターでろ過された空気は非常に清浄と言えます。しかし、クリーンルーム内には人以外にも機械などの粉塵発生源が存在します。発生した粉塵が拡散すると、クリーンな空間を維持することは不可能になるため、発生した粉塵を速やかに屋外へ排出するために、気流を利用する必要があります。
影響要因
クリーンルームの気流に影響を与える要因は数多くあり、プロセス機器、作業員、クリーンルームの組み立て材料、照明器具などが挙げられます。同時に、生産設備上部の気流の分岐点も考慮する必要があります。
一般的な作業台や生産設備の表面にある気流分岐点は、クリーンルーム空間と仕切り板との距離の2/3の位置に設置する必要があります。こうすることで、作業者が作業している際に、気流が処理エリア内部から作業エリアへと流れ、粉塵を除去できます。もし分岐点が処理エリアの前面に設置されている場合、気流の分岐が不適切になります。この場合、気流の大部分が処理エリアの後方へと流れ、作業者の作業によって発生した粉塵が設備の後方へと運ばれ、作業台が汚染され、生産性の低下を招くことになります。
クリーンルーム内の作業台などの障害物では、接合部に渦流が発生し、その周辺の清浄度は比較的低くなります。作業台に還気孔を設けることで渦流現象を最小限に抑えることができます。また、組み立て材料の選定が適切であるか、装置の配置が完璧であるかも、気流が渦流現象となるかどうかを左右する重要な要素です。
6. クリーンルームの構成
クリーンルームの構成は、以下のシステムから成り立っています（これらのシステムはいずれもシステム分子に不可欠なものではありません）。そうでなければ、完全で高品質なクリーンルームを形成することはできません。
（１）天井システム：天井ロッド、I形梁またはU形梁、天井グリッドまたは天井フレームを含む。
（２）空調システム：エアキャビン、フィルターシステム、風車などを含む。
（３）間仕切り壁：窓及び扉を含む。
（４）床：高架床または帯電防止床を含む。
（５）照明器具：LED浄化フラットランプ。
クリーンルームの主要構造は一般的に鉄筋または骨セメントでできていますが、どのような構造であっても、以下の条件を満たさなければなりません。
A. 温度変化や振動によるひび割れは発生しません。
B. 粉塵粒子が発生しにくく、粒子が付着しにくい。
C. 吸湿性が低い。
D. クリーンルーム内の湿度を維持するためには、高い断熱性能が必要である。
7. 用途別分類
工業用クリーンルーム
目的は無生物粒子の制御です。主に作業対象物への空気中の粉塵粒子の汚染を制御し、内部は一般的に正圧状態を維持します。精密機械産業、電子産業（半導体、集積回路など）、航空宇宙産業、高純度化学産業、原子力産業、光磁気製品産業（CD、フィルム、テープ製造）、LCD（液晶ガラス）、コンピュータハードディスク、コンピュータヘッド製造などの産業に適しています。
生物学的クリーンルーム
主に、作業対象物への生物粒子（細菌）および無生物粒子（粉塵）の汚染を制御する。これは以下のように分類できる。
A. 一般的な生物学的クリーンルーム：主に微生物（細菌）汚染物質の制御を目的としています。同時に、内部材料は様々な殺菌剤の腐食に耐えることができなければならず、内部は一般的に陽圧が確保されます。本質的に、内部材料は産業用クリーンルームの様々な殺菌処理に耐えることができなければなりません。例：製薬業界、病院（手術室、無菌病棟）、食品、化粧品、飲料製品の製造、動物実験室、物理化学試験室、血液ステーションなど。
B. 生物学的安全クリーンルーム：主に作業対象物の生体粒子が外部や人に汚染されるのを防ぐ。内部圧力は外気に対して負圧に維持されなければならない。例：細菌学、生物学、クリーンラボ、物理工学（遺伝子組み換え、ワクチン製造）
投稿日時：2025年2月7日