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クリーンルームとは

くりーんるーむ

空気中の微粒子(パーティクル)の数を決められた水準以下に保ち、温度・湿度・気圧なども管理した部屋。半導体の製造は、ウエハを汚さないようにクリーンルームの中で行う。

やさしい解説で読む: クリーンルームとは? 半導体工場がほこりを嫌う理由

「クリーンルーム」は、4分野の35問の練習問題に出てきます(クリーンルーム・製造装置, 環境安全, 酸化・拡散など)。

この用語の分野: クリーンルーム・製造装置

クリーンルームとは

クリーンルームは、空気中に浮かぶ微粒子の数を決められた水準以下に保つように、空気をろ過して送り込み、部屋の中の汚れを外へ出し続ける部屋です。半導体の製造では、ウエハの上に回路の寸法と同じくらいの大きさの粒子が1個付くだけで、そのチップが不良になることがあります。そのため、天井のHEPAフィルタやULPAフィルタでろ過した空気を流し、温度や湿度、部屋の気圧も一定に保ちます。外から汚れた空気が入らないよう、部屋の気圧は周りより少し高くしておきます。

清浄度のクラス

どれだけきれいかは、決められた体積の空気に含まれる粒子の数で表し、国際規格のISO 14644-1では1〜9のクラスで分けます。数字が小さいほどきれいで、ISOクラス5では、1 m³あたり0.1 µm以上の粒子が100,000個まで許されます。これは、廃止された米国連邦規格209Eのクラス100(1立方フィートあたり0.5 µm以上の粒子が100個)にほぼ相当します。人は大きな発塵源なので、作業者は専用の服やマスク、手袋を着け、エアシャワーを通ってから入ります。

半導体工場のクリーンルームの作り

一般的な工場では、天井の全面からフィルタを通した空気を下へ流し(ダウンフロー)、穴の開いた床から床下へ吸い出して、再びろ過して循環させます。最先端の工場では、建物全体を最も高い清浄度にするのではなく、ウエハをFOUPという密閉容器に入れて自動搬送(AMHS)で運び、装置のミニエンバイロメントの中だけを特に清浄に保ちます。こうすると、人が働くベイの清浄度を少し緩められ、大量の空気を動かすための電力を減らせます。

クリーンルームの練習問題に挑戦

クリーンルームの清浄度は、一般に何によって表されるか。

  1. A空気中の一定体積あたりに含まれる、一定の大きさ以上の粒子の数
  2. B室内の温度と湿度
  3. C照明の明るさ
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正解：A. 空気中の一定体積あたりに含まれる、一定の大きさ以上の粒子の数

クリーンルームの清浄度は、一定体積の空気に含まれる、ある大きさ以上の粒子の数で表します。国際規格ISO 14644-1では、1 m³あたりの粒子数にもとづいてクラス1〜9に分類され、数字が小さいほど清浄です。例えばクラス5では0.1 µm以上の粒子が1 m³に10万個以下です。普通の部屋の空気はクラス9程度に当たります。温度・湿度や照明も管理しますが、清浄度の指標ではありません。

クリーンルームで、天井から床へ一方向に空気を流す(ダウンフロー)方式の主な目的はどれか。

  1. A発生した粒子をすばやく床下へ排出し、ウエハの周りに滞留させない
  2. B室温を上げる
  3. C室内の騒音を下げる
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正解：A. 発生した粒子をすばやく床下へ排出し、ウエハの周りに滞留させない

天井の高性能フィルタを通した清浄な空気を床に向けて一方向に流すと、人や装置から発生した粒子が舞い上がらずに床下へ運ばれます。こうして粒子がウエハの周りに滞留しないようにしています。部屋の空気をかき混ぜて薄める方式より高い清浄度が得られる一方、大量の空気を動かすため、空調のエネルギーが大きくなります。室温や騒音の調整が目的ではありません。

よくある質問

半導体工場にクリーンルームが必要なのはなぜですか?

回路の線幅が数十nm以下になると、同じくらいの大きさの粒子が1個付くだけで配線が切れたりつながったりして、チップが不良になるからです。粒子のほか、ナトリウムなどの金属や、空気中のアンモニア・有機物などの分子状の汚染(AMC)も歩留まりを下げるので、あわせて管理します。

クリーンルームのクラスはどう決まりますか?

ISO 14644-1では、1 m³の空気に含まれる粒子の数の上限で1〜9のクラスを決めます。0.1 µm以上の粒子の上限はクラスNで10のN乗個で、クラスが1つ小さくなるごとに10分の1になります。クラスは、施工完了時・非作業時・作業時のどの状態で測るかとあわせて示します。

解説の中の「クリーンルーム」

「クリーンルーム」が出てくる問題(35問)

  1. クリーンルームの清浄度は、一般に何によって表されるか。
  2. クリーンルームで、天井から床へ一方向に空気を流す(ダウンフロー)方式の主な目的はどれか。
  3. クリーンルームの空気から微粒子を取り除くために使われる高性能フィルタはどれか。
  4. クリーンルーム内の気圧を周囲より高く(陽圧に)保つ主な理由はどれか。
  5. クリーンルームでの主要な発塵源の一つで、クリーンスーツの着用で対策するものはどれか。
  6. クリーンルームで、粒子ではなくガス状の汚染物質(酸、アルカリ、有機物など)を指す用語はどれか。
  7. クリーンルームの入口で、作業者に強い清浄空気を吹き付けて衣服の表面のほこりを落とす設備はどれか。
  8. クリーンルーム、特に露光エリアで温度を非常に厳しく一定に保つ主な理由はどれか。
  9. クリーンルームで、空気中にイオンを供給してウエハや装置の帯電を中和する装置はどれか。
  10. クリーンルームの湿度を極端に低くしすぎないように管理する理由の一つとして正しいものはどれか。
  11. クリーンルーム内への持ち込みが厳しく制限されるものはどれか。
  12. ダウンフロー方式のクリーンルームで、床に穴のあいたパネル(グレーチング)を使う理由として正しいものはどれか。
  13. ダウンフロー方式のクリーンルームで一般的な、天井からの吹き出し風速の目安はどれか。
  14. ベイ・チェイス方式のクリーンルームで、装置の裏側の保守用の空間(チェイス)の清浄度の扱いとして一般的なものはどれか。
  15. クリーンルームの一般的な温度の設定値に最も近いものはどれか。

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