チップ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中の粒子のサイズと数に密接に関連しています。良好な空気の流れは、塵埃発生源から発生する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、クリーンルームにおける空気の流れは、チップ生産の歩留まりに極めて重要な役割を果たすのです。クリーンルームの空気の流れを設計する際に達成すべき目標は、流れ場における渦流を低減または除去して有害粒子の滞留を防ぐこと、そして適切な正圧勾配を維持して交差汚染を防ぐことです。
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、空気流力などがあります。
気流力：給気流、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。クリーンルームの環境技術制御において、気流力は最も重要な要素です。
実験により、気流運動において、粒子は気流にほぼ等しい速度で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。気流が室内の粒子に及ぼす主な影響には、給気気流（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が粒子に与える影響などがあります。クリーンルームにおける給気方法の違い、速度インターフェース、作業者や産業設備、誘発現象などは、いずれも清浄度に影響を与える要因です。
1. 空気供給方法の影響
（１）空気供給速度
均一な空気の流れを確保するには、一方向流クリーンルーム内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 HEPA フィルター内の圧力降下が均一であることが必要です。
空気供給速度は均一、つまり空気流のムラは±20％以内に抑えられます。
給気面のデッドスペースが少なくなります。HEPA フレームの平面面積を減らすだけでなく、さらに重要なのは、モジュール式 FFU を使用して冗長フレームを簡素化することです。
空気の流れが垂直かつ一方向であることを保証するために、フィルタの圧力損失の選択も非常に重要であり、フィルタ内の圧力損失が偏ら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HEPAフィルターを備えた給気ユニットです。FFUの遠心ファンによって吸入された空気は、ダクト内の動圧を静圧に変換し、HEPAフィルターによって均一に吹き出されます。天井へ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。実験結果によると、FFUシステムは、軸流ファンシステムよりも、排気口の均一性、気流の平行性、換気効率指数において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組織を改善できます。
（３）FFU自身の構造の影響
FFUは主にファン、フィルター、エアフローガイドなどの部品で構成されています。クリーンルームにおいて、設計上の清浄度を達成するための最も重要な要素はHEPAフィルターです。フィルターの材質も気流場の均一性に影響を与えます。フィルター出口に粗いフィルター材やフロープレートを追加すると、出口気流場を容易に均一化できます。
2. 異なる清浄度による速度インターフェースの影響
同じクリーンルーム内で、作業エリアと非作業エリアの間に垂直方向の一方向気流がある場合、HEPAボックスにおける気流速度差により、界面に混合渦効果が発生し、この界面は乱流域となります。乱流の強度は特に強く、粒子が装置表面に伝播し、装置やウェハを汚染する可能性があります。
3. スタッフと設備への影響
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、設備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、設備機械から鋭利な突起物など、気流の組織化を妨げる障害物が必然的に発生します。角や縁では、気体が方向転換して乱流領域が形成され、その領域内の流体は流入する気体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、機械設備の表面は連続運転により加熱され、温度勾配によって機械近傍にリフローエリアが形成され、リフローエリアにおけるパーティクルの蓄積が増加します。同時に、高温によりパーティクルが容易に放出されます。この二重の効果により、全体的な垂直層が強化されます。これにより、流れ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が排出する粉塵は、これらのリフローエリアのウェーハに容易に付着する可能性があります。
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、抵抗の小さい方向に空気が流れ、均一な気流が得られません。現在普及している設計方法は、高床式を採用することです。高床式の開口率が10％の場合、室内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、一様流とは逆方向の気流が発生し、室内で発生したダストや隣接する汚染エリアのダストが風上側に誘導され、ウェーハを汚染する現象を指します。誘導現象としては、以下のようなものが考えられます。
（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、乱流と局所的な逆流を生み出す大きなブラインド パネルが一般的に存在します。
（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、蛍光灯が乱流域となることはありません。一般的に、クリーンルーム内のランプは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
清浄度要件が異なる間仕切り壁や天井の間に隙間があると、清浄度要件の低いエリアの粉塵が、清浄度要件の高い隣接エリアに移動する可能性があります。
（4）機械設備と床または壁との間の距離
機械設備と床面または壁面との隙間が狭い場合、反発乱流が発生します。そのため、機械設備と壁面との間に隙間を設け、機械台を高くすることで、地面との直接接触を避けてください。
投稿日時: 2023年11月2日