半導体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大きさや数と密接に関係しています。適切な気流設計により、粉塵源から発生した粒子をクリーンルームから除去し、クリーンルームの清浄度を確保することができます。つまり、クリーンルーム内の気流設計は、チップ生産の歩留まりに極めて重要な役割を果たします。クリーンルームの気流設計において達成すべき目標は、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相互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、分子間力、粒子間の引力、気流力などが含まれる。
気流力：供給気流、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。クリーンルームの環境制御技術において、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、粒子は気流とほぼ同じ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。室内粒子に対する気流の主な影響には、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が粒子に及ぼす影響などがあります。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、誘発現象などは、すべて清浄度レベルに影響を与える要因です。
1. 空気供給方法の影響
（１）送風速度
均一な空気の流れを確保するためには、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損失が均一であることが必要です。
送風速度は均一である。すなわち、気流のばらつきは±20%以内に抑えられている。
空気供給面のデッドスペースを減らすため、HEPAフレームの平面面積を縮小するだけでなく、より重要な点として、冗長フレームを簡素化するためにモジュール式のFFUを使用する必要があります。
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、フィルター内部の圧力損失に偏りがあってはならない。
（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、ダクト内で動圧が静圧に変換されます。そして、HEPAフィルターを通して均一に送風されます。天井の送風圧力は負圧となるため、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。実験の結果、FFUシステムは、送風口の均一性、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組織を改善することができます。
（３）FFU自身の構造の影響
FFUは主にファン、フィルター、エアフローガイドなどの部品で構成されています。HEPAフィルターは、クリーンルームが設計で要求される清浄度を達成するための最も重要な保証部品です。フィルターの材質も流れ場の均一性に影響を与えます。粗いフィルター材やフロープレートをフィルター出口に追加することで、出口の流れ場を容易に均一にすることができます。
2. 清浄度が異なる場合の速度インターフェースの影響
同じクリーンルーム内で、垂直方向の一方向気流が流れる作業エリアと非作業エリアの間では、HEPAフィルターボックスにおける風速の差により、界面に混合渦が発生し、乱流領域となる。この乱流の強度は特に強く、粒子が装置表面に飛散し、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、機器がクリーンルーム内に搬入され、人が移動したり、製品が搬送されたりするようになると、機器から突き出た鋭利な突起物など、気流の流れを妨げる障害物が必然的に発生します。角や端の部分では、気流が偏向して乱流領域が形成され、その領域の流体は流入する気流によって容易に運ばれず、汚染の原因となります。
同時に、機械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生じ、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。この二重効果により、全体的な垂直層が強化されます。また、ストリーム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が、これらのリフロー領域のウェハに付着しやすくなります。
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、空気は抵抗の小さい方向に流れ、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、室内作業高さで気流速度を均一に分布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、均一な気流とは逆方向に気流を発生させ、室内で発生した粉塵や隣接する汚染区域の粉塵を風上側に誘導し、それによって粉塵がウェハを汚染する現象を指します。考えられる誘導現象には、以下のようなものがあります。
（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パネルが設置されており、乱流や局所的な逆流が発生する。
（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、蛍光灯周辺は乱流領域になりません。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
清浄度要件の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から、隣接する清浄度要件の高いエリアに埃が移動する可能性がある。
（４）機械設備と床または壁との間の距離
機械設備と床または壁との隙間が小さい場合、反跳乱流が発生します。そのため、設備と壁の間に隙間を設け、機械プラットフォームを高くして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