半導体は、私たちの身の回りにあるスマートフォンやパソコン、自動車など、あらゆる製品に欠かせない存在です。その心臓部となる半導体チップは、現在では人の目では確認できないほどの細かさで作られています。

このような超精密な製造現場では、工場内のわずかな温度や湿度の変化が、製品の品質に大きな影響を与えます。人が気づかないレベルの温度差や湿度の違いによって、製品が正常に動かなくなってしまうことも珍しくありません。

では、なぜ半導体工場ではそこまで厳しい温度・湿度管理が必要なのでしょうか。

本記事では、半導体製造の現場で温湿度管理が重視される理由を、専門知識がなくても理解できるように解説します。あわせて、どのような基準で管理されているのか、最新の工場ではどんな工夫がされているのかも紹介します。

半導体クリーンルームで温度・湿度管理が重要な理由

半導体を製造する工場では、なぜこれほどまでに温度や湿度の管理が重視されているのでしょうか。その理由は、大きく分けて3つあります。

理由① 温度変化による“わずかなズレ”が不良を生む

半導体は、非常に細かい回路を正確な位置に重ねて作られています。そのため、工場内の温度が少し変わるだけでも、材料や装置がわずかに伸びたり縮んだりします。

この目に見えないズレが積み重なると、本来つながるはずの回路がつながらなかったり、逆につながってはいけない部分が接触したりすることがあります。結果として、正常に動かないチップが生まれてしまうのです。

特に最先端の半導体ほど、このズレを許容できる幅が小さく、安定した温度環境が品質を左右する重要な条件になります。

理由② 湿度が低すぎても高すぎてもトラブルの原因に

湿度の管理も、半導体製造では欠かせません。

湿度が低くなりすぎると、静電気が発生しやすくなります。私たちがドアノブに触れて「パチッ」と感じる静電気と同じような現象が、工場内でも起こりますが、半導体にとっては致命的です。ごく小さな静電気でも、繊細な回路を壊してしまうことがあります。

一方で、湿度が高すぎると別の問題が起こります。金属部分が劣化しやすくなったり、製造に使う薬品の状態が変わってしまったりと、品質に悪影響を与える原因になります。

そのため、湿度は低すぎず、高すぎず、常に安定した状態を保つことが求められています。

理由③ 製造プロセスそのものの安定性に影響する

半導体の製造では、薬品を使って材料を削ったり、薄い膜を重ねたりといった工程が何度も繰り返されます。これらの作業は、温度や湿度によって結果が微妙に変わります。

環境が安定していないと、「昨日と同じ条件で作ったはずなのに、仕上がりが違う」という状態が起こりやすくなります。これは大量生産を行う工場にとって大きなリスクです。

だからこそ半導体工場では、人の感覚では気づかないレベルまで環境を整え、常に同じ品質を保つことが重要視されています。

半導体クリーンルームの温度・湿度基準

半導体工場では、温度や湿度を感覚的に管理しているわけではありません。国際的な基準であるISO（国際標準化機構）の規格に基づき、誰が見ても同じ品質を保てるよう、明確なルールが定められています。

ISO基準で決められている温度の目安

ISO規格（ISO 14644）では、半導体クリーンルームの温度管理について一定の考え方が示されています。多くの工場では、20〜25℃の範囲で管理されており、これは人が快適に感じる室温に近い設定です。

ただし、半導体製造で本当に重要なのは「何度か」よりも、温度がどれだけ安定しているかです。

最先端の製造工程では、温度の変動を±0.5℃以内、場合によってはそれ以下に抑えることが求められます。人が体感できないほどのわずかな変化でも、製品の精度に影響が出てしまうためです。

湿度にもISOに基づく管理基準がある

一般的な半導体クリーンルームでは、45％前後（±5％程度）の範囲で湿度を保つケースが多く見られます。

この数値は、

• 静電気が起こりにくい
• 金属部品や材料が劣化しにくい

という、半導体製造にとってバランスの良い状態を目安に設定されています。

湿度が40％を下回ると静電気のリスクが高まり、60％を超えると劣化や品質ばらつきの原因になるため、急な変動が起きないよう常に監視されています。

工程によって基準はさらに細かく変わる

半導体の製造は、一つの作業だけで完結するものではありません。回路を形成する工程、加工する工程、組み立てや検査を行う工程など、複数の工程が連続しています。

そのため、すべての工程で同じ温湿度条件が使われているわけではありません。たとえば、回路を作り込む工程では「温度：22〜24℃、湿度：45〜50％」、組み立てや検査の工程では「温度：20〜22℃、湿度：30〜60％」といったように、異なる条件が設定される場合もあります。

工程ごとに最適な環境を用意することで、品質と作業効率の両立が図られています。

半導体クリーンルームを支える温度・湿度制御システム

半導体工場では、ISO基準で定められた温度・湿度を守るために、専用の温湿度制御システムが24時間稼働しています。この管理は人の感覚に頼るものではなく、数値にもとづいた自動制御によって行われています。

精密空調と外気処理の役割

半導体クリーンルームでは、一般空調とは異なる「精密空調設備」が使われます。その中核となるのが、外気処理装置（Outside Air Unit）です。

外気はそのまま取り込むと、季節による温度差、天候による湿度変動をそのまま室内に持ち込んでしまいます。そこで、外気処理装置であらかじめ調整したうえで、クリーンルーム内へ供給します。

この処理に加えて、室内空気を循環させることで、外乱の影響を抑えた安定した環境を作っています。

センサーとフィードバック制御

クリーンルーム内には、温度センサー・湿度センサーが多数配置され、空間の状態を常時数値として取得しています。取得したデータは制御システムに送られ、設定値と比較されます。ここで使われるのが、フィードバック制御と呼ばれる考え方です。

たとえば温度が設定値より0.3℃高くなると、冷却量を増やす、送風量を調整する、といった制御が自動的に行われ、元の状態に戻されます。

製造装置の発熱を前提にした制御設計

半導体製造装置は稼働中に熱を発します。特に露光装置やエッチング装置などは、工程の進行に応じて発熱量が変化します。

そのため、温湿度制御は「室内全体を一定に保つ」だけでなく、装置稼働による局所的な温度上昇も想定して設計されています。装置の稼働データと連動し、

• 発熱が増えるタイミング
• 稼働が集中する時間帯

を見越して空調を調整することで、急激な環境変化を防いでいます。

温度・湿度異常が製造に与える影響

半導体工場では、温度や湿度の管理がわずかに崩れるだけでも、製品の品質に影響が出ます。

その影響は「すぐに壊れる」といった分かりやすい形ではなく、目に見えないズレとして積み重なっていくのが特徴です。

温度変動が引き起こす寸法ズレと精度低下

半導体製造では、ナノメートル単位で回路を形成する工程が連続しています。この工程では、製造装置や材料が温度変化によってわずかに膨張・収縮します。

たとえば、クリーンルームの温度が設定値から±1℃ずれるだけでも、ウェハー、マスク、製造装置の構造部材、それぞれの寸法が微妙に変化します。

このズレは肉眼では確認できませんが、回路を重ねて作っていく過程では、位置ずれ（アライメントずれ）として現れます。結果として、設計通りの回路が形成されず、動作不良や性能低下の原因になります。

湿度変動による静電気トラブル

湿度が低下すると、クリーンルーム内で静電気が発生しやすくなります。特に湿度が40％を下回ると、静電気のリスクが急激に高まるとされています。

静電気は、人が触れた瞬間、搬送中の摩擦、装置内での接触、など、さまざまな場面で発生します。

半導体は非常に微細な構造を持つため、人が感じないレベルの放電でも回路を損傷させることがあります。このダメージはその場で不良として見つからず、後工程や市場に出てから問題になるケースもあります。

湿度が高すぎる場合の材料劣化と不良

一方で、湿度が高すぎる状態も問題です。湿度が60％を超える環境では、材料の吸湿や金属部分の劣化が起こりやすくなります。

たとえば、レジスト材料の特性変化、配線金属の腐食、表面への水分付着、といった現象が起こり、加工精度や信頼性に影響します。これらの影響は即座に不良として現れることもあれば、長期的な信頼性低下として後から問題になる場合もあります。

短時間の異常でも影響が残る理由

温湿度の異常は、長時間続かなければ問題にならない、というわけではありません。半導体製造では、数分〜数十分のズレでも、特定の工程に影響を与えることがあります。

たとえば、露光工程中の温度変動、成膜工程中の湿度上昇、などは、その瞬間に処理されたウェハーにだけ影響が残ります。

このため、後から原因を特定するのが難しく、歩留まり低下として現れることも少なくありません。

まとめ｜半導体製造を支える“見えない環境管理”

半導体は、スマートフォンや自動車、社会インフラに至るまで、現代の暮らしを支える中核技術です。その半導体が安定して作られる背景には、製造装置や回路設計だけでなく、温度や湿度という見えない環境要素を精密に管理する仕組みがあります。

半導体工場のクリーンルームでは、ISO規格を基準に、温度はおおよそ20〜25℃、湿度は40〜50％といった条件が設定されます。重要なのは数値そのものよりも、その状態をどれだけ安定して保てるかです。

半導体製造における温湿度管理は、単なる空調制御ではなく、品質そのものを左右する製造技術の一部だと言えます。普段は意識されることのない環境管理ですが、その精度と継続性が、私たちの手元に届く電子機器の信頼性を支えています。

半導体工場の中では、今日も人の目には見えないレベルで、温度と湿度が厳密にコントロールされ続けているのです。