IC製造業界におけるチップ歩留まりは、チップ上に付着する空気中の粒子の大きさや数と密接に関係しています。クリーンルーム内の塵埃源から発生した粒子を効果的に除去し、クリーンルームの清浄度を確保することで、クリーンルーム内の気流構成はIC生産の歩留まりに極めて重要な役割を果たします。クリーンルーム内の気流構成の設計においては、以下の目標を達成する必要があります。流れ場における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、相互汚染を防止すること。
空気の流れの力
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、分子間力、粒子間の引力、気流力などが含まれる。
気流力：送気、還気、熱対流、人工攪拌など、一定の流量で粒子を運搬する気流によって生じる力を指します。クリーンルーム環境の技術制御において、気流力は最も重要な要素です。
実験により、気流の動きにおいて、粒子はほぼ同じ速度で気流の動きに追従することが示されています。空気中の粒子の状態は、気流分布によって決まります。室内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）、人の歩行によって生じる気流と熱対流、およびプロセス操作や産業機器によって生じる気流です。クリーンルームにおけるさまざまな給気方法、速度インターフェース、作業者と産業機器、および誘発現象はすべて、清浄度レベル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）送風速度
均一な気流を確保するためには、一方向クリーンルームでは空気供給速度が均一である必要があり、空気供給面のデッドゾーンが小さくなければならず、ULPA内の圧力損失も均一でなければならない。
均一な送風速度：つまり、気流のばらつきは±20%以内に抑えられています。
空気供給面のデッドゾーンを減らす：ULPAフレームの平面面積を減らすだけでなく、より重要なのは、冗長フレームを簡素化するためにモジュール式のFFUを採用することである。
垂直方向の一方向気流を確保するためには、フィルターの圧力損失の選定も非常に重要であり、フィルター内の圧力損失が一定の範囲内に収まることが求められる。
（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）を備えた送風ユニットです。FFUの遠心ファンによって空気が吸い込まれた後、動圧がエアダクト内で静圧に変換され、ULPAによって均一に吹き出されます。天井の送風圧力は負圧であるため、フィルター交換時に粉塵がクリーンルーム内に漏れることはありません。実験により、FFUシステムは、空気出口の均一性、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上の要求される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気流場の均一性に影響を与えます。粗いフィルター材や層流板をフィルター出口に追加することで、出口気流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が清潔さに与える影響
同一のクリーンルーム内において、垂直一方向気流の作業エリアと非作業エリアの間では、ULPA出口における空気速度の差により、界面に混合渦が発生し、この界面は特に高い乱流強度を持つ乱流領域となる。粒子が装置表面に付着し、装置やウェハを汚染する可能性がある。
3. スタッフと設備の影響
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、作業員が移動し、製品が搬送されると、気流の組織化に必然的に障害が生じます。例えば、装置の突出した角や端では、気流が逸れて乱流領域が形成され、その領域内の流体は気流によって容易に運ばれないため、汚染が発生します。同時に、装置の表面は連続運転により加熱され、温度勾配によって装置付近にリフロー領域が形成され、リフロー領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飛散します。この二重の影響により、垂直層流全体の清浄度制御が困難になります。クリーンルーム内の作業員からの粉塵は、これらのリフロー領域にあるウェハに非常に付着しやすくなっています。
4. 還気床の影響
床を通過する還気の抵抗が異なると、圧力差が生じ、空気は抵抗の少ない方向に流れるため、均一な気流が得られません。現在主流となっている設計方法は、高床式床を採用することです。高床式床の開口率が10%の場合、室内の作業高さにおける気流速度を均一に分布させることができます。また、床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、均一な気流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。以下に、考えられる誘導現象を示します。
（１）ブラインドプレート
垂直方向の一方向の流れを持つクリーンルームでは、壁の継ぎ目により、一般的に大きなブラインドプレートが存在し、局所的な還流に乱流が発生する。
（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領域は発生しません。一般的に、クリーンルーム内の照明器具は、気流への影響を軽減するために涙滴型に設計されています。
（３）壁の間の隙間
清浄度レベルの異なる仕切り壁の間、あるいは仕切り壁と天井の間に隙間があると、清浄度要件の低いエリアの埃が、隣接する清浄度要件の高いエリアに移動する可能性がある。
（４）機械と床または壁との間の距離
機械と床または壁の間の隙間が非常に小さい場合、反動乱流が発生します。そのため、機器と壁の間に隙間を設け、機械が地面に直接接触しないように高さを調整してください。
投稿日時：2025年2月5日