半導体製造、ディスプレイ・太陽電池産業、光学・レーザー技術、医療技術、宇宙・高エネルギー研究などにおいて、常に重要視されるのは「最大限の清浄度」です! 粒子や異質な分子のひとつひとつが結果の品質に悪影響を及ぼす可能性があるため、ここで起こることは実質的にすべてクリーンルーム条件下で行われています。
粒子やアウトガスの形で異物を避けるための継続的な要求は、VAT社が新しいウルトラクリーンバキューム（UCV）レベルを達成することをより複雑にしています。UCVアプローチの目標は、高真空または超高真空における粒子およびアウトガスのダイナミクスを最小化することで、2つの側面が関係しています。一つは、真空中に残留する空気/ガス分子の性質とダイナミクス、もう一つは、プロセスで許容される粒子の大きさです。
超高真空では、1cm3あたり10万個から1億個のガス分子が空間に残っていますが、UCVアプローチでは、これが原子量45u（または45amu）を超えてはいけないと現在定義されています。このため、分子は窒素、酸素、二酸化炭素、水といった空気を構成する古典的なものに限定されますが、質量だけでなく、残りの分子の反応性も重要になります。例えば、酸素は非常に反応性の高い元素であるため、むしろ不人気であり、できれば存在しない方が良いでしょう。
超高真空では、残存分子の数が極端に少なくなるため、分子同士の衝突よりもチャンバーの壁との衝突が多くなります。そのため、ほとんどすべての分子間相互作用は、チャンバー内の表面で行われます。このため、UCV条件を作り出すには、これらの表面が特に重要視されます。この文脈では、チャンバーの表面には、チャンバーの様々な入口と出口から生じる密閉面も含まれています。表面に関しては、一般的にアウトガスの挙動が重要で、アウトガス発生率が高いほど、つまり、例えば真空チャンバーの金属壁に付着している水分子が多く放出されるほど、チャンバー内のダイナミクスは高くなります。ダイナミックスが高いということは、熱力学が高いということでもあり、真空中で行われるプロセスにマイナスの影響を与える可能性があります。しかし、超高真空では、表面からのアウトガスだけでなく、極めて小さなリークや排気時の還流効果もダイナミクスの上昇に寄与します。
超清浄真空におけるもうひとつの大きな問題は、粒子にあります。それは、使用する真空コンポーネントの製造工程で発生する残留物や、ダイナミックシールなどの摩耗プロセスで発生し、これらは通常チャンバー表面に結合していますが、熱力学的プロセスや衝撃・振動によって放出され、チャンバー内の加工・検査対象物に付着し、検査・加工結果に悪影響を及ぼす可能性があります。
そのため、現在、UCV環境では1マイクロメートルを許容範囲としています。したがって、1マイクロメートルより大きな粒子はもはや発見されるべきではありません。しかし、より小さな粒子についても、その放出を最小限に抑えるための戦略を立てる必要があるのです。
VAT社は、ウルトラクリーンバキュームの要件を生産の全領域で満たすために、すべての領域でタスクを処理し、適合する生産プロセスをより迅速に開発・実施できるような組織を構築しています。当社は、製造、組立、物流、設置の各プロセスを最適化するための粒子管理ソリューションを設計し、試運転前であってもシステムや工場の汚染を低減または完全に排除することを目指します。
今日、クリーンルーム・クラス6 DIN EN ISO 14644-1以上の適切なクリーナーを使って、清浄水槽（> 12 MΩ/cm）で超音波洗浄を繰り返し、粒子のない空気で乾燥することは、製造の標準的な方法となっています。組み立ては常に、指定されたクリーンルームクラスに準拠したクリーンルーム環境で行われます。供給されるすべての真空システムは、リークテスト後に必ずパーティクルフィルターされた空気または粒子フィルターされたガス（窒素）が注入され、輸送と保管のためにダストタイト二重包装で保護されています。しかし、これはUCVのアプローチにおける一つの側面に過ぎません。
マイクロチップ製造の例は、粒子管理の難しさを物語っています。製造工程に関わるトランスファーバルブは、個々の製造工程でプロセスチャンバーを開閉しています。そのため、バルブは移動と停止を連続的に繰り返しており、バルブが動くたびに、プロセスチャンバー内の物理的・化学的条件が変化します。この変化は、プロセスガスの温度や流れのわずかな変化から、振動や乱流、さらには凝縮効果による強い影響まで、多岐にわたります。このような強い影響により、粒子が放出されたり、発生したりすることがあります。これらの粒子はプロセス自体から発生することもありますが、例えばエラストマーシールに過度のストレスがかかることによって、搬送バルブ自体から放出されることもあります。このようなパーティクルは、たとえその数や大きさが小さくても、製造されたマイクロチップに損傷を与える可能性があり、不良品率を高め、最悪の場合、製造の経済性を危うくすることがあります。
VAT社のパーティクルマネジメントが直面している課題の1つは、理想的には検出可能なパーティクルが作動または放出されないように、トランスファーバルブの閉鎖機構と閉鎖動作を最適化することです。
トランスファーバルブのシールは、規定の気密性を保証し、閉じる動きを抑制するもので、これもまた重要な分野です。ここで通常使用されるエラストマーは、例えば可塑剤を含んでおり、特定の条件下で放出される可能性があります。また、動的な圧縮・緩和の繰り返しでストレスを受けるシールは、経年変化により微小なエラストマー粒子が放出されることがあります。そこで、VAT社では、製造工程での耐久性・耐性を向上させたシールコンパウンドの採用に取り組んでいます。この結果、従来の静的シールとは異なり、トランスファーバルブの動的要件に最適化され、粒子性能を大幅に向上させたエラストマーシールが実現させました。
応用研究による境界の再定義
VAT社は、まったく新しいソリューションと、既存のプロセスの性能を向上させる有望な方法の両方を研究しています。例えば、バルブの開閉動作によって発生する振動は、エレベーターがある階に到達すると緩やかに減速するのと同じように、動作の最後にブレーキをかけることですでに最小限に抑えられています。当社では、この技術の完成度を高めており、ダイナミックモーションプロファイルにより、非常に短い開閉サイクルで高い加速度と制動速度でも、最適な粒子性能を保証することができます。
ウルトラクリーンバキューム事業部の組み立て後のテストは、常にお客様が指定した細かさで実施されます。このプロセスにおいて、VAT社はしばしば、テスト精度の点で技術的に実現可能な限界まで作業を進めます。その好例が、例えば、CernのLHC、ITER、XFEL、SLAG、JeffersonやFermilabのような高エネルギー研究プロジェクトや、ASMLのようなメーカーの半導体部門から来る要件です。ASML社は現在、世界で唯一、13.5nm台の短波長の光で今日の最高級のチップ構造を作製できるEUV（Extreme Ultraviolet Lithography）を提供している会社です。ASML社はEUVにより、従来の深紫外（DUV）プロセスの物理的限界に挑戦しています。DUVリソグラフィでは真空状態を必要としませんでしたが、EUVプロセスでは非常に純粋なUHV環境、すなわち超クリーンな真空を必要とします。そこでASMLは現在、産業用半導体製造分野における純真真空の規格を定義しています。
原則として、UCVの要件には、製造されるコンポーネントとその出発材料だけでなく、洗浄剤から輸送、保護パッケージまで、製造中にそれぞれのコンポーネントに接触するすべてのコンポーネントが含まれます。これらの要素はいずれも、粒子やアウトガスの排出源となる可能性があることを証明するものであってはなりません。
VAT社は、アウトガスの影響をさらに軽減するために、改良された原材料の使用などを研究しています。これと直接関連するのは、粒子や個々の分子を特異的に結合させ、プロセスから遠ざけるために、粒子の蓄積に対してより不活性な、あるいは特異的にそれを好む表面（ゲッター原理）を作り出す革新的な処理方法の開発です。また、パーティクルが重要な動作条件を早期に検出することも課題となっています。VAT社は、最先端のセンサー技術を駆使して、インダストリー4.0の方向性を示す模範を示しています。また、当社が開発した最新の真空バルブでは、定義された動作状態から逸脱し、自己補正オプションを使い果たし、排出量が増加する危険性がある場合に、的を射た警告を出すことができます。
カリフォルニア州サンノゼにあるVAT Particle Test Centerと、スイスのハーグにあるVAT Laboratoryでは、この分野の開発を特に推進しています。ここでは、VAT製バルブの粒子性能を詳細にチェックし、お客様の要件に合わせて調節しています。これには、ロードロックからトランスファーチャンバー、プロセスチャンバーに至る「ウェーハパス」など、特定のプラントコンポーネントにおけるバルブのテストも含まれます。
自社での研究により、VAT 社は顧客の高い技術革新スピードに追いつき、同じサイクル速度でソリューションを提供することができます。また、お客様やサプライヤーとの継続的なノウハウの交換も重要な要素となっています。これにより、変化し、増大する要求への適応が加速され、最適化されるのです。VATは、常に増え続ける知識によって、多くの分野で特定の顧客ニーズを事前に予測することができるようになり、その結果、要件に対して非常に柔軟に対応することができるようになりました。このようにして、既存顧客と新規顧客の両方が、VAT社の拡大し続ける専門知識から直接利益を得ることができるのです。
これにより、当社はウルトラクリーン真空分野のバルブソリューションに関して、業界のグローバルリーダーとなると同時に、独自の主張を実践しています。それと同時にすべてのお客様、すべての要件に対応するカスタマイズされた高純度真空ソリューションを提供します。