クリーンルームにおける温度および気圧制御

大気汚染の増加に伴い、環境保護への関心はますます高まっています。クリーンルーム工学は、環境保護対策の一つです。クリーンルーム工学を効果的に活用して環境保護を実現するにはどうすればよいでしょうか？今回は、クリーンルーム工学における制御について解説します。

クリーンルーム内の温度と湿度の制御

クリーンルームの温度と湿度は主にプロセス要件に基づいて決定されますが、プロセス要件を満たす際には、人間の快適性も考慮する必要があります。空気清浄度要件の向上に伴い、プロセスにおける温度と湿度に対する要求はより厳しくなる傾向にあります。

一般的に、加工精度の向上に伴い、温度変動範囲に対する要求はますます小さくなっている。例えば、大規模集積回路製造におけるリソグラフィおよび露光工程では、マスク材料として使用されるガラスとシリコンウェハの熱膨張係数の差がますます小さくなっている。

直径100μmのシリコンウェーハは、温度が1度上昇すると0.24μmの線膨張を起こします。そのため、±0.1℃の一定温度が必要であり、特にナトリウムを懸念する半導体製造工場では、発汗によって製品が汚染されるため、湿度は一般的に低く保つ必要があります。このような工場では、25℃を超えないようにしなければなりません。

過剰な湿度は、さらに多くの問題を引き起こします。相対湿度が55%を超えると、冷却水パイプの壁に結露が発生します。精密機器や回路で結露が発生すると、様々な事故につながる可能性があります。相対湿度が50%になると、錆びやすくなります。さらに、湿度が高すぎると、シリコンウェハの表面に付着した塵埃が空気中の水分子を介して化学的に吸着され、除去が困難になります。

相対湿度が高いほど、付着物を除去するのが難しくなります。しかし、相対湿度が30%を下回ると、静電気の作用により粒子が表面に吸着しやすくなり、多くの半導体デバイスが故障しやすくなります。シリコンウェーハ製造における最適な温度範囲は35～45%です。

気圧コントロールクリーンルーム内 

ほとんどのクリーンルームでは、外部からの汚染物質の侵入を防ぐために、内部圧力（静圧）を外部圧力（静圧）よりも高く維持する必要があります。圧力差の維持は、一般的に以下の原則に従うべきです。

1. クリーンルーム内の圧力は、非クリーンルーム内の圧力よりも高くなければならない。

2. 清浄度の高い空間の圧力は、隣接する清浄度の低い空間の圧力よりも高くなければならない。

3. クリーンルーム間のドアは、清浄度の高い部屋に向かって開けるべきである。

圧力差の維持は、新鮮な空気の量に依存します。新鮮な空気は、この圧力差の下で隙間から漏れる空気を補うことができる量でなければなりません。したがって、圧力差の物理的な意味は、クリーンルーム内のさまざまな隙間を通る空気の漏れ（または侵入）に対する抵抗です。