HEPAフィルターとULPAフィルターはどのような基準で使い分ければよいですか？

製造プロセスが要求するISOクリーンクラスをベースに判断します。ISO Class 5〜6ではH13〜H14のHEPAフィルターが一般的で、ISO Class 3〜4を要求するEFEM内部やEUV関連装置ではU15以上のULPAフィルターを選択してください。最終的にはウェーハ上の実パーティクルカウントで効果を検証することが重要です。

フィルターの交換タイミングはどのように判断しますか？

フィルター前後の差圧が初期値の2〜2.5倍に達したことを目安に交換を検討します。差圧のみに頼らず、定期PM（6〜12ヶ月ごと）との連動スケジュールを設定し、交換後にパーティクルカウンターで清浄度を実測確認することを推奨します。

PTFEろ材のHEPA・ULPAフィルターはガラス繊維製と比べてどのような優位性がありますか？

PTFEろ材は疎水性・耐薬品性・低アウトガス性に優れており、腐食性ガスや高湿度環境での使用に適しています。ガラス繊維製ろ材で懸念される加湿による強度低下やパーティクル再飛散のリスクが大幅に低減されますが、製品コストはガラス繊維製より高くなる傾向があります。

フィルター交換時のパーティクル汚染リスクをどのように最小化できますか？

交換前にウェーハや製品を退避させ、旧フィルター取り出し時はビニール袋を端面に被せてパーティクル飛散を防止します。作業者はクリーンスーツ・手袋・マスクを着用し、交換後はパーティクルカウンターで清浄度を確認してから製品搬送を再開してください。

フィルターのアウトガスが問題になる装置とはどのようなものですか？

フォトリソグラフィ（露光装置・コータデベロッパ）、EUV関連装置、電子ビーム描画装置などの高感度プロセス装置でVOC・アミン・シロキサン類のアウトガスが問題になります。フレーム・シール材・接着剤を含む全構成部材のアウトガス試験データをメーカーに要求し確認することが重要です。

HEPAフィルター・ULPAフィルター〜クリーンルーム装置への搭載と管理

半導体製造における歩留まりと品質は、製造環境中の微小粒子（パーティクル）の管理水準に大きく左右される。デバイスの微細化が10nm以下の世代へと進むにつれ、わずか0.1μm級の異物でも致命的な欠陥を引き起こすリスクが増大している。そのような超清浄環境を実現する要となる部材が、HEPAフィルターおよびULPAフィルターだ。本記事では、両フィルターの捕集原理・種類から、装置組み込み時の設計考慮点、主要メーカー情報、選定時のチェックポイントまでを体系的に解説する。設計・保全エンジニアがフィルター管理で直面する実務的な課題にも踏み込み、現場で即活用できる知識を提供する。

HEPAフィルター・ULPAフィルターの仕組みと種類
半導体製造装置へのHEPAフィルター・ULPAフィルターの応用
HEPAフィルター・ULPAフィルターの主要メーカー
HEPAフィルター・ULPAフィルターの選定ポイント
よくある質問（FAQ）
まとめ

HEPAフィルター・ULPAフィルターの仕組みと種類

捕集原理：4つのメカニズム

HEPAフィルター（High Efficiency Particulate Air Filter）およびULPAフィルター（Ultra-Low Penetration Air Filter）は、いずれもガラス繊維を主体としたシート状のろ材をプリーツ加工（ひだ折り）して高密度に折り畳んだ構造を持つ。捕集は主に以下の4つのメカニズムによって成立する。

慣性衝突（Inertial Impaction）：比較的大きな粒子（概ね1μm以上）は気流が繊維を回り込む際に慣性で直進し、繊維に衝突・捕捉される。
さえぎり（Interception）：中間サイズの粒子が繊維の近傍を通過する際に接触し捕捉される。粒子径が繊維径に近いほど効率が高まる。
拡散（Diffusion）：0.1μm以下の超微小粒子はブラウン運動が卓越し、ランダムな軌跡を描いて繊維に衝突する確率が上がる。
静電引力（Electrostatic Attraction）：一部のろ材では静電処理を施し、荷電粒子の捕集効率を高めている。ただし高湿度環境や経時劣化で効果が低減するため、半導体装置では採用に注意が必要だ。

特筆すべきは「最も捕集しにくい粒径（MPPS：Most Penetrating Particle Size）」の存在であり、一般にガラス繊維フィルターでは0.1〜0.3μm付近でこの現象が顕著となる。HEPAおよびULPAの性能規格は、このMPPS付近でも高い捕集率を保証するよう設計されている。

規格による分類：HEPA・ULPAの違い

国際的な分類はISO 29463（旧EN 1822）に基づき、フィルターはグループH・Uに大別される。日本では日本空気清浄協会（JACA）が独自基準を定めているが、近年はISO規格との整合が進んでいる。

クラス	規格	捕集効率（MPPS）	透過率
H13	HEPA	99.95%以上	0.05%以下
H14	HEPA	99.995%以上	0.005%以下
U15	ULPA	99.9995%以上	0.0005%以下
U16	ULPA	99.99995%以上	0.00005%以下
U17	ULPA	99.999995%以上	0.000005%以下

半導体製造向けのクリーンルームでは、クラス1（ISO Class 3以上）の清浄度を求める場合にH14またはU15以上のフィルターが選択されるケースが多い。装置内のミニエンバイロンメントや局所排気ユニット（LEU）では、さらに上位のU16・U17が採用される場合もある。

ろ材とシール材の種類

ろ材はほぼすべての製品においてマイクロガラスファイバー製だが、特殊用途向けにPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）繊維製ろ材も市場に出ている。PTFEろ材は疎水性・耐薬品性に優れており、腐食性ガスや有機溶剤が混在する半導体製造プロセス向けフィルターとして注目されている。シール材（ガスケット）には低アウトガス性のシリコーン系やEPDM、PTFE系が採用されており、クリーンルーム環境への汚染物質放出（アウトガス）が厳しく管理されている。

半導体製造装置へのHEPAフィルター・ULPAフィルターの応用

搭載箇所と役割

半導体製造装置におけるフィルターの搭載箇所は多岐にわたる。代表的な例を挙げると以下のとおりだ。

FFU（Fan Filter Unit）：クリーンルームの天井面に配置され、クリーンルーム全体の清浄気流（ダウンフロー）を形成する。一般的にH14クラスのHEPAフィルターが標準的に採用される。
装置内ミニエンバイロンメント：ウェーハを収納するFOUPオープナー（EFEM）やロードポート付近に設けられる局所清浄空間。U15〜U16クラスのULPAフィルターが用いられることが多い。
排気系・スクラバー前段フィルター：有毒ガス・腐食性排気をスクラバーへ導く前に粗大粒子を除去し、下流機器を保護する目的で使用される。この用途では耐薬品性が優先されるためPTFEろ材製品が適合することが多い。
ドライポンプ排気ライン：CVD・ALD装置のドライポンプ排気ラインにおいて、反応副生成物のパーティクルがポンプ外部へ拡散することを防ぐために設置される。
計測・検査装置の光学系パージ：電子顕微鏡（SEM/TEM）や欠陥検査装置（AOI）の光学系・鏡筒内部に清浄な窒素またはCDAをパージする際の最終フィルターとして搭載される。

装置設計での考慮点

フィルターを装置に組み込む際、エンジニアが注意すべき設計上の考慮点がある。まず差圧管理だ。フィルターの捕集効率は粒子の蓄積とともに差圧が上昇するため、フィルター前後に差圧計またはマノメーターを設置し、交換タイミングを定量的に管理する必要がある。多くのメーカーは初期差圧の2〜2.5倍を交換推奨値として示している。

次に面風速（フィルター通過風速）の設計が重要だ。標準的な推奨面風速は0.45〜0.5m/s（クリーンルームFFU）とされるが、装置内ミニエンバイロンメントでは気流設計の自由度が低く、意図せず設計値外の風速になっているケースも散見される。風速が過大になると圧力損失が急増し、捕集効率の低下・ろ材の破損を招く恐れがある。

また、フィルターのフレーム材質とアウトガスにも注意が必要だ。アルミフレームはコストと加工性に優れているが、陽極酸化（アルマイト）処理の品質によっては微量の水分や有機物を放出することがある。超清浄が要求される装置内では、半導体製造装置の金属加工部品〜アルミ・SUS・チタンの使い分けと表面処理にあるように、素材の選定と表面処理の組み合わせを慎重に検討することが不可欠だ。ステンレス（SUS316L）フレームや電解研磨・不動態化処理を施したフレームが、アウトガス低減の観点から選択される場面も増えている。

さらに、装置内の構造部材としてセラミックス部品が近傍に用いられる場合は、加工くずや焼結体由来のパーティクルが初期に発生しやすいことを考慮し、フィルター搭載前のブレークイン運転とパーティクルカウントによる確認を行うことが推奨される。セラミック加工部品（アルミナ・SiC・窒化アルミ）〜耐熱・耐食・絶縁用途別選び方でも解説されているように、材料固有の特性を把握した上でクリーン設計に反映させることが重要だ。

交換作業と保全管理

フィルター交換は差圧上昇だけでなく、定期点検（PM）スケジュールとの連動で計画的に実施するのが理想だ。交換時には以下の手順を徹底することが求められる。

装置停止・電源インターロック確認後、ウェーハや製品を退避させる。
旧フィルターの取り出し前にビニール袋をフィルター端面に被せてパーティクルの飛散を防止する。
新フィルターのガスケット面にシリコーングリースを均一に塗布し、締め付けトルクを管理値内で実施する。
交換後はパーティクルカウンターで清浄度を測定し、規格内であることを確認してから製品ウェーハを搬送する。

HEPAフィルター・ULPAフィルターの主要メーカー

グローバル市場において高い信頼性と実績を持つ主要メーカーを以下に紹介する。

Camfil（カムフィル）

スウェーデンに本社を置く世界最大級のエアフィルターメーカー。半導体・ライフサイエンス向けの高性能フィルターラインを豊富に展開しており、ISO 29463準拠の試験・認証体制が整っている。日本法人も販売・サポート体制を持つ。

Freudenberg Filtration Technologies（フロイデンベルク）

ドイツ発のフィルタリング技術の老舗。ViledonブランドのHEPA・ULPAシリーズは厳格な品質管理のもとで製造され、半導体クリーンルームの大型FFUから装置内組み込みフィルターまで幅広く対応する。

Daikin Industries（ダイキン工業）

日本を代表するHVAC・フィルターメーカー。PTFEろ材を用いた高耐薬品性フィルター製品において世界的な強みを持ち、半導体・FPD製造向けのULPAフィルターラインでも高い市場シェアを有する。

Nippon Muki（日本無機）

国内フィルターメーカーのパイオニア的存在。HEPAフィルターの国内規格策定にも深く関与した実績を持ち、装置組み込み用のカスタム仕様フィルター対応力が高い。国内半導体メーカーとの取引実績も豊富だ。

AAF International（AAFインターナショナル）

米国に本拠を置く大手フィルターメーカーで、クリーンルーム・半導体向けのAmeriFab HEPAシリーズが広く採用されている。グローバルなサプライチェーンとトレーサビリティ管理が強みだ。

HEPAフィルター・ULPAフィルターの選定ポイント

①要求クリーン度から逆算する

まず製造プロセスが要求するISOクラスを確認し、クラスに対応するフィルターグレードを選定する。ISO Class 5（Class 100）ならH14、ISO Class 4（Class 10）以上ならU15以上を基本として検討する。ただし装置内の局所環境では、ウェーハ表面で実測されるパーティクルカウント値をもとに逆算することが最も精度の高いアプローチだ。

②ろ材の耐薬品性・耐湿性

プロセスガスや薬液の雰囲気にさらされる排気ライン用途では、耐薬品性を持つPTFEろ材を積極的に採用する。水蒸気・高湿度環境が想定される場合も、ガラス繊維ろ材の加湿劣化（パーティクル再飛散）リスクを考慮してPTFEを選択することが有利だ。

③フレーム材質とアウトガス仕様

アウトガス要求が厳しい用途（フォトリソグラフィ・電子ビーム露光など）では、フレーム材質・シール材・接着剤のアウトガスデータ（VOC・アミン・シロキサン類）をメーカーに要求し、EUV露光装置などの高感度プロセスへの影響を事前評価する。

④フィルターサイズと圧力損失

装置内スペースの制約から、標準サイズ以外のカスタム品が必要になるケースは少なくない。カスタム品の場合はリードタイムと最小発注数量（MOQ）を事前に確認することが重要だ。また圧力損失（初期差圧）は送風系（ファン・ブロワー）の選定にも直結するため、フィルター選定と気流設計を並行して進める必要がある。

⑤トレーサビリティと試験成績書

半導体製造装置向けフィルターには、ロット単位での試験成績書（Test Report）の提供が求められる。ISO 29463またはEN 1822に準拠したMPPS試験データ、スキャン試験結果（ピンホール漏れ検査）が揃っているかを確認する。トレーサビリティ管理を装置の品質記録に組み込むことで、万が一の歩留まり異常時の原因追跡が容易になる。

よくある質問（FAQ）

Q1. HEPAフィルターとULPAフィルターはどのような基準で使い分ければよいですか？: A. 製造プロセスが要求するISOクリーンクラスをベースに判断します。ISO Class 5〜6（旧Class 100〜1000）相当ではH13〜H14のHEPAフィルターが一般的に採用されます。一方、ISO Class 3〜4（旧Class 1〜10）を要求するEFEM内部やEUV関連装置では、U15以上のULPAフィルターを選択してください。最終的にはウェーハ上の実パーティクルカウントで効果を検証することが重要です。
Q2. フィルターの交換タイミングはどのように判断しますか？: A. 最も信頼性の高い指標は差圧（圧力損失）の変化です。フィルター前後の差圧が初期値の2〜2.5倍に達したことを目安に交換を検討します。ただし差圧のみに頼らず、定期PM（例：6〜12ヶ月ごと）との連動スケジュールを設定し、さらに交換後にパーティクルカウンターで清浄度を実測確認することを強く推奨します。
Q3. PTFEろ材のHEPA・ULPAフィルターはガラス繊維製と比べてどのような優位性がありますか？: A. PTFEろ材は疎水性・耐薬品性・低アウトガス性に優れており、腐食性ガス（HF・Cl₂・NF₃など）や高湿度環境での使用に適しています。ガラス繊維製ろ材は加湿による強度低下やパーティクル再飛散のリスクがありますが、PTFEろ材ではそのリスクが大幅に低減されます。ただし製品コストはガラス繊維製より高くなる傾向があります。
Q4. フィルター交換時のパーティクル汚染リスクをどのように最小化できますか？: A. 交換前にウェーハや製品を必ず退避させ、旧フィルターの取り出し時はビニール袋をフィルター端面に被せてパーティクル飛散を防止します。作業者はクリーンスーツ・手袋・マスクを着用し、交換後は必ずパーティクルカウンターで清浄度を確認してから製品搬送を再開してください。また交換作業はダウンフロー気流が安定した状態で実施することが重要です。
Q5. フィルターのアウトガスが問題になる装置とはどのようなものですか？: A. 特にフォトリソグラフィ（露光装置・コータデベロッパ）、EUV関連装置、電子ビーム描画装置、ガスクロマトグラフィ・質量分析計などの高感度計測装置において、フィルターからのVOC・アミン・シロキサン類のアウトガスが問題となります。これらの用途では、フレーム・シール材・接着剤を含めた全構成部材のアウトガス試験データをメーカーに要求し、問題がないことを確認した上で採用してください。

まとめ

HEPAフィルターおよびULPAフィルターは、半導体製造における超清浄環境を維持するための根幹部材だ。本記事では慣性衝突・さえぎり・拡散・静電引力という4つの捕集原理から始まり、ISO 29463に基づくクラス分類、半導体装置への具体的な搭載事例、設計時の差圧管理・アウトガス対策、主要メーカーの特徴、そして実務的な選定ポイントまでを体系的に解説した。

デバイスの微細化・高集積化が加速する中、フィルター選定の失敗は装置の清浄度不足を招き、歩留まり低下や製品廃棄ロスに直結する。設計フェーズから保全フェーズまで一貫してフィルターを適切に管理することが、製造品質の維持と設備稼働率の向上に不可欠だ。本記事が、設計・保全エンジニアの日常業務における判断の一助となれば幸いだ。

また、装置内の清浄環境設計においては、フィルター単体の性能のみならず、周辺の構造部材が放出するパーティクルやアウトガスも含めた総合的な視点が求められる。金属部品やセラミック部品の素材・表面処理の選定と合わせて、クリーン設計を最適化していただきたい。

最終更新日：2026年5月

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