IC製造業界におけるチップの歩留まりは、チップ上に付着する空気粒子のサイズと数に密接に関連しています。良好な気流構造は、発塵源から発生した粒子をクリーンルームから排出し、クリーンルームの清浄度を確保します。つまり、クリーンルームの気流構造はIC製造の歩留まりに重要な役割を果たします。クリーンルームの気流構造の設計では、以下の目標を達成する必要があります。流れ場内の渦流を低減または除去し、有害粒子の滞留を防ぐこと。適切な正圧勾配を維持して交差汚染を防ぐこと。
気流力
クリーンルームの原理によれば、粒子に作用する力には、質量力、分子力、粒子間の引力、気流力などが含まれます。
気流力：送気流、還気流、熱対流、人工撹拌など、一定流量の気流によって粒子を運ぶ力を指します。クリーンルーム環境の技術的制御において、気流力は最も重要な要素です。
実験によると、気流の運動において、粒子は気流の動きにほぼ等速度で追従します。空気中の粒子の状態は、気流の分布によって決まります。室内の粒子に影響を与える気流は、主に給気流（一次気流と二次気流を含む）、人の歩行による気流と熱対流、そしてプロセス操作や産業設備による気流です。給気方法の違い、速度インターフェース、作業者や産業設備、そしてクリーンルーム内の誘発現象はすべて、清浄度に影響を与える要因です。
気流組織に影響を与える要因
1. 空気供給方法の影響
（1）空気供給速度
均一な気流を確保するには、一方向クリーンルーム内での空気供給速度が均一であること、空気供給面のデッドゾーンが小さいこと、そして ULPA 内の圧力降下が均一であることが必要です。
均一な給気速度、つまり気流のムラを±20％以内に抑えます。
給気面のデッドゾーンの低減: ULPA フレームの平面面積を削減するだけでなく、さらに重要なのは、冗長フレームを簡素化するためにモジュール式 FFU を採用することです。
垂直方向の一方向の空気の流れを確保するには、フィルターの圧力損失の選択も非常に重要であり、フィルター内の圧力損失が逸脱しないことが求められます。
（2）FFUシステムと軸流ファンシステムの比較
FFUは、ファンとフィルター（ULPA）を備えた給気ユニットです。FFUの遠心ファンによって吸い込まれた空気は、ダクト内で動圧が静圧に変換され、ULPAによって均一に吹き出されます。天井の給気圧力は負圧であるため、フィルター交換時にクリーンルーム内に粉塵が漏れることはありません。実験によると、FFUシステムは、排気口の均一性、気流の平行性、換気効率指数において、軸流ファンシステムよりも優れていることが示されています。これは、FFUシステムの気流の平行性が優れているためです。FFUシステムを使用することで、クリーンルーム内の気流をより整然とさせることができます。
（３）FFU自身の構造の影響
FFUは主にファン、フィルター、気流ガイド装置などの部品で構成されています。超高効率フィルターULPAは、クリーンルームが設計どおりの清浄度を達成できるかどうかの最も重要な保証となります。フィルターの材質も流れ場の均一性に影響を与えます。フィルター出口に粗いフィルター材や層流板を追加すると、出口の流れ場を容易に均一化できます。
2. 異なる速度インターフェースの清潔さへの影響
同一クリーンルーム内において、垂直一方向流の作業エリアと非作業エリアの間では、ULPA出口における気流速度差により、界面に混合渦効果が発生し、この界面は特に乱流強度の高い乱気流域となります。粒子が装置表面に透過し、装置やウェーハを汚染する可能性があります。
3. 人員と設備の影響
クリーンルームが空の状態では、室内の気流特性は概ね設計要件を満たしています。しかし、装置がクリーンルームに入り、人が移動したり、製品が搬送されたりするとなると、必然的に気流の組織化に支障が生じます。例えば、装置の突出した角や縁では、ガスが方向転換して乱流域が形成され、その領域内の流体はガスによって容易に運び去られず、汚染を引き起こします。同時に、装置の表面は連続運転によって加熱され、温度勾配によって装置の近くにリフロー域が形成され、リフロー域における粒子の蓄積が増加します。同時に、高温によって粒子が容易に放出されます。この二重の影響により、全体的な垂直層流清浄度を制御することがより困難になります。クリーンルーム内の作業者から発生する塵埃は、これらのリフロー域のウェーハに非常に付着しやすいです。
4. 還気床の影響
床面を通過する還気抵抗が異なると圧力差が生じ、空気は抵抗の少ない方向に流れ、均一な気流が得られません。現在主流の設計方法は、高床式を採用することです。高床式の開口率が10%の場合、作業高さにおける気流速度を均一に分散させることができます。また、床面の汚染源を減らすため、清掃作業には細心の注意を払う必要があります。
5. 誘導現象
いわゆる誘導現象とは、均一な流れとは逆方向の気流が発生し、室内で発生した粉塵や隣接する汚染区域の粉塵が風上側に誘導され、チップを汚染する現象を指します。考えられる誘導現象には以下のものがあります。
（１）ブラインドプレート
垂直方向の一方向の流れがあるクリーン ルームでは、壁の継ぎ目により、通常、局所的な戻り流れに乱流を発生させる大きなブラインド プレートがあります。
（2）ランプ
クリーンルーム内の照明器具は、より大きな影響を与えます。蛍光灯の熱によって気流が上昇するため、蛍光灯の下には乱流域が形成されません。クリーンルーム内の照明器具は、一般的にティアドロップ型に設計されており、気流への影響を軽減します。
（3）壁の隙間
清浄度が異なるパーティション間や、パーティションと天井の間に隙間があると、清浄度要件が低いエリアの埃が、清浄度要件が高い隣接エリアに伝わる可能性があります。
（4）機械と床または壁との間の距離
機械と床や壁との隙間が非常に狭い場合、反発乱流が発生します。そのため、機械と壁との間に隙間を設け、機械が地面に直接接触しないように設置場所を高くしてください。
投稿日時: 2025年2月5日