半導体工場では、圧縮空気を階層的に供給する必要がありますか。

半導体製造工場における圧縮空気システムの基本的な分類

半導体製造工程において、圧縮空気は欠かせない動力源です。チップ工場の圧縮空気システムは、用途や品質要件に応じて通常、次のように区分されます。清浄乾燥空気（CDA）と計装用空気（IA）二大分類である。異なる種類の空気は、圧力、露点、油分含有量および粒子状物質の制御において顕著な差異を示し、これにより分圧供気方式の採用が不可欠となる。

なぜ半導体工場ではガス供給に圧力調整が必要なのですか？

• 多様なデバイスのニーズに対応：チップ工場内には、大型の補助設備から小型の空気圧バルブに至るまで多種多様な機器が設置されており、それぞれ定格作動圧力は異なります。一律に高圧の供給ガスを用いると低圧対応の機器が損傷するおそれがあり、逆に一律に低圧を採用すると高圧機器の駆動要件を満たせません。
• エネルギーの無駄を避ける：工場全体で単一の高圧供気を採用すると、末端の低圧機器は必ずスロットル弁によって減圧しなければならず、その結果、大量の圧縮空気が無駄に消費されることになります。一方、分圧供気では、実際の配管網の需要に応じて圧力を設定できるため、コンプレッサーの吐出圧力を大幅に低減でき、結果として電力コストの削減につながります。
• 圧力安定性の確保：精密な製造プロセスは、エア供給圧力の変動に対して極めて敏感です。分圧式供気により、各用気エリアを独立させることで、特定エリアでの使用量の急激な変動が工場全体の配管網の圧力変動を引き起こすのを防ぎ、計装用空気および重要プロセス設備の圧力を一定に保つことができます。

分圧供気の実現方法と配管網の設計

実際の工場設備システムの設計において、圧力調整による供給は通常、多段式減圧ステーションと環状配管網によって実現される。空気圧縮機室から送出される高圧ガスは、まず……へと導かれる。主減圧所、中圧に減圧した後、各生産工場へ送られます。工場内または特定の設備群の近くには、さらに設置されますエリア減圧弁ユニットまたは末端減圧弁圧力を装置に必要な設定値に正確に調整します。

さらに、計装用空気系統については、プラントの各種調整弁や安全連鎖装置を直接制御するため、通常は独立した減圧ループを採用し、冗長な減圧弁およびフィルターを備えることで、極端な運転条件下においても安定かつ清浄な低圧エア供給源を確保しています。

分圧供気の歩留まりおよびコストに対する意義

半導体チップの製造は、典型的な資本・技術集約型産業であり、わずかな環境変動でもウェーハの歩留まり低下を招くおそれがあります。適切な分圧供気設計は、精密機器に適切かつ安定した動力源を供給し、気圧異常による装置の停止やプロセス偏差を低減するだけでなく、配管網の圧力を最適化することで空気圧システム全体の消費エネルギーを大幅に削減します。したがって、分圧供気は単なる技術的要件にとどまらず、半導体工場がリーン生産とコスト管理を実現するための重要な施策です。