クリーンルームが必要な理由

半導体の製造には前工程と後工程がありますが、特に前工程では空気洗浄度が重要になっています。

その理由は、パーティクル（空気中に浮遊している微粒子や不純物、ゴミ）がウェーハ上に付着・堆積すると、リソグラフィーやドライエッチングなどの工程で回路パターンのショートや切断を引き起こす原因になるからです。

出典：日本電子株式会社

先端の半導体の配線の寸法は20nm以下にもなるので、僅かなパーティクルでも不良の原因になってしまいます。

歩留まり（良品率）を向上させるためにはクリーンルームが不可欠となります。

パーティクルについて

パーティクルとは、ナノレベルの空気中に浮遊している微粒子や不純物、ゴミのことです。スギやヒノキ花粉は直径30～40μm、黄砂は約4μm、PM2.5は2.5μm以下ですので、パーティクルは更に小さい事になります。

パーティクルの発生源は様々ですが、主に人体からの発塵、製造装置の可動部などから発塵します。

空気清浄度

クリーンルームの空気清浄度規格は、米国連邦空気清浄度基準 209Eが長く使用され、1立方フィート中の0.5μm以上の粒子数でクラス分けがされていました。しかし2001年11月に廃止され、現在はISO14644-1が清浄度評価方法を含めて唯一の国際規格となっています。

半導体製造の前工程ではClass3～5、後工程ではClass6～9の清浄度が求められます。

清浄度クラス		上限濃度（個/m³）
ISO14644-1	米国連邦規格	0.1μm	0.2μm	0.3μm	0.5μm	1.0μm	5.0μm
Class 1		10
Class 2		100	24	10
Class 3	1	1,000	237	102	35
Class 4	10	10,000	2,370	1,020	352	83
Class 5	100	100,000	23,700	10,200	3,520	832
Class 6	1,000	1000,000	237,000	102,000	35,200	8,320	293
Class 7	10,000				352,000	83,200	2930
Class 8	100,000				3,520,000	832,000	29,300
Class 9					35,200,000	8,320,000	293,000

クリーンルームの仕組み

クリーンルームは、HEPAフィルターで空気中の微粒子を除去した空気を室内に供給しています。HEPAフィルターとは、粒径が0.3μmの粒子に対して99.97％以上を捕集する性能ある高性能フィルターです。

クリーンルーム内は空気が常に循環するようになっており、循環する空気の流し方によって、主に一方向流式と非一方向流式があります。

一方向流方式

天井全体に高性能エアーフィルタを配置することで、気流が部屋全体で一定の方向に流れます。床をグレーチングにすることで、パーティクルが気流に沿って上から下に押し出されるように室外に排出されるので、パーティクルが室内に滞留・蓄積しにくい構造です。一方向流方式は、高い清浄度の維持することができます。しかし一方で、電力の消費が高く、ランニングコストがかかる傾向になります。

非一方向流方式

天井の一部に高性能エアーフィルタを設置し、別の一部にダクトなどの排気口を設けます。清浄空気を室内に供給し、室内で発生したパーティクルを希釈して排出する構造です。一方向流方式と比べて清浄度は低いが、コストの点でメリットがあるため、広く用いられています。

クリーンルームの運用

クリーンルーム内の清浄度を保つためにクリーンウェアの着用が必要だったり、清浄度を保つルールがあります。

クリーンウェア

クリーンルーム内での最大のパーティクルの発生源は、人です。人が動くことで汚染が広まります。

人体からの発塵を抑えるためにクリーンルーム内では、クリーンウェアを着用します。他にも防塵服・クリーン服・クリーンスーツ・無塵服といった呼ばれ方があります。人体に付着した塵埃などの異物がクリーンルーム内に漏洩するのを防ぐために着用します。一般的な材質はポリエステル長繊維やアラミド繊維などの合成繊維です。