Чистое помещение (cleanroom) – это такое пространство, в котором контролируется концентрация аэрозольных частиц и которое спроектировано, построено и эксплуатируется так, чтобы свести к минимуму поступление, выделение и удержание частиц в нем. Чистая зона (clean zone) – определенное пространство, в котором контролируется концентрация аэрозольных частиц и которое построено и эксплуатируется так, чтобы свести к минимуму поступление, выделение и удержание частиц в нем. О том, где их применяют и, разумеется, патентном аспекте мы и расскажем в нашем материале. 

Области применения

Их используют в:

• Микроэлектронике;

• Космической промышленности;

• Машиностроении и приборостроении;

• Производстве лекарственных средств;

• Производстве медицинских изделий;

• Больницах;

• Производстве продуктов питания.

Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды обеспечивают контроль загрязнения воздуха и, если необходимо, поверхностей, в целях поддержания допустимого уровня загрязнений в чувствительных к ним процессах. Продукты и процессы, требующие защиты от загрязнений, применяются в электронной, фармацевтической, медицинской, пищевой промышленности и здравоохранении. Сложилась международная классификация помещений из 9 позиций, где наивысшая по чистоте «1 ИСО» ограничивает предельно допустимую концентрацию частиц в воздухе размером не более 0,1 мкм на уровне не выше 10 ед. в кубическом метре воздуха, а «9 ИСО» - это обычное офисное помещение с 35 тыс. частиц размером 0,5 мкм + 8 тыс. частиц размером 1 мкм + 0,3 тыс. размером 5 мкм.

Основные принципы обеспечения чисты следующие:

• Разделение зон с различными классами чистоты;

• Управление потоками и расход воздуха;

• Обеспечение перепадов давления;

• Локальные чистые зоны;

• Статическое электричество;

• Общая чистота и культура производства.

В последнее время технологии чистых помещений приобрели значительную популярность благодаря растущему осознанию важности поддержания чистоты и контроля в различных отраслях. Рынок технологий чистых помещений демонстрирует стабильный рост, обусловленный такими факторами, как растущий спрос на высококачественную продукцию без загрязнений, строгие нормативные требования, а также усовершенствование производственных процессов и технологий.

Мировые тренды:

1. Рост обусловлен увеличением числа модульных систем чистых помещений в различных отраслях, таких как биотехнологии, электроника и фармацевтика.

2. Чистые помещения ориентированы на снижение воздействия на окружающую среду и внедрение инноваций в систему рекуперации энергии.

3. Автоматизация и интеграция искусственного интеллекта в систему помогут анализировать данные и прогнозировать потребности в техническом обслуживании.

4. Интеграция передовых датчиков и устройств интернета вещей поможет усовершенствовать мониторинг в чистых помещениях.

5. Спрос на прочные, легко моющиеся и устойчивые к загрязнениям материалы стимулирует появление таких высокоэффективных вариантов, как сталь с порошковым покрытием. Спрос на непористые композитные панели растет.

Микроэлектроника была и остается движущей силой развития требования к чистоте. Переход от кремниевых пластин с диаметром 200 мм и технологических норм порядка 0,1 мкм к пластинам с диаметром 300 мм и технологическим нормам ниже 100 нанометров в значительной степени совершен. Для техники чистых помещений это означает, что время, когда в воздухе могли быть частицы, прошло. Их наличие не совместимо с высокотехнологичными микроструктурами. Опасностью номер один является молекулярное загрязнение. В настоящее время риск загрязнений в полупроводниковом производстве связан с эффектом окисления, вызываемом мономолекулярными слоями оксидов на подложке; загрязнением примесей в концентрациях ppb (часть на миллиард), например находящихся в воздухе молекул бора. Это заставляет переносить процессы в инертную среду или в условия глубокого вакуума. При этом необходимо использование SMIF-технологии (Standard Mechanical InterFace — Стандартный Механический ИнтерФейс — стандарт E19-1105 на механическое оборудование для микроэлектронных производств. Контейнеры SMIF позволяют хранить и перемещать наборы изделий между установками, сохраняя повышенную чистоту).

В маркетинговом исследовании (май 2025) Semiconductor and Electronics Cleanroom Consumables Market главными игроками мирового рынка на май 2025 г. являлись Berkshire, Kimberly-Clark, DuPont de Numours, Ansell, Micronclean, Helapet.

В другом обзоре Semiconductor Cleanroom Consumable Market Research Report Information by Cleanroom (Modular Cleanrooms, Standard Cleanrooms and Mobile Cleanrooms) рост рынка с 2024 по 2034 год прогнозируется с 3,6 до 12,6 млрд долл. с темпом 13,3% в год.

В данной статье нас интересует только патентный аспект.

Патентный аспект

На портале Google.Patents поиск по запросу Electronics Cleanroom показывает более 100 000 документов. По международной патентной классификации лидируют следующие темы:

• полупроводниковые приборы H01L1 — 20%;

• кондиционирование воздуха; увлажнение воздуха; вентиляция; использование воздушных потоков для экранирования F24F — 14%;

• исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств G01N — 10%;

• разное оборудование Y10T — 7%;

• разделение веществ B01D — 5%;

• чистка вообще; предотвращение загрязнений вообще B08B — 5%;

• обработка цифровых данных с помощью электрических устройств G06F — 5%.

  Нас особо заинтересовали полупроводниковые приборы. Специальный поиск по запросу (Electronics Cleanroom) (H01L) Google.Patents выдал в июле 2025 года около 17 000 окументов. Динамика по годам представлена на рис. 1.
  

Рисунок 1: Динамика мирового патентования изобретений на тему (Electronics Cleanroom) (H01L) в 1992-2025 гг.

Видно, что последние 20 лет темпы патентования изобретений по чистым помещениям для изготовления полупроводниковых приборов росли экспоненциально. Среди патентообладателей явный лидер – знаменитая производящая Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. Рейтинг компаний по количества патентов следующий:

1. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. — 15%;

2. Samsung Electronics Co., Ltd — 3,1%;

3. International Business Machines Corporation — 2%;

4. Nanya Technology Corporation — 1%;

5. Infineon Technologies AG — 1%;

6. Micron Technology, Inc. — 1%;

7. Texas Instruments Incorporated — 1%.

   Другие участники нашего рейтинга в представлении не нуждаются. Сплошь знаменитые производители полупроводников и электроники. Специализированный поиск по теме (Electronics Cleanroom) (B08B) дал 1576 патентов в Google. Их динамика на рис. 2.

Рисунок 2: Динамика мирового патентования изобретений на тему очистки чистых помещений (Electronics Cleanroom) (B08B) в 1992-2025 гг.

Видно, что в обозримый период было два всплеска изобретательской активности по чистке и предотвращению загрязнений относительно чистых помещений для электроники: в 2001-2024 годах, а потом совсем недавно в 2019-2022 годах. Возможно, это обусловлено переходом на новые технологические нормы производства полупроводниковых приборов, скажем, со 100 нанометров до порядка 10 (4-17) нанометров. Лидерами в патентах выступили в том числе специализированные клининговые компании из КНР:

1. Samsung — 1,8%;

2. SCREEN Holdings Co., Ltd. — 1,3%;

3. Applied Materials, — Inc. — 1,3%;

4. HEPA — 1,2%;

5. Gsec German Semiconductor Equipment Company — 0,8%.

При этом особо яркого лидера не наблюдается, ведущие компании могут похвастаться порядка 1% мировых патентов. Изобретения вообще касаются вопросов очистки как производственных и складских чистых комнат электронной промышленности, так и самих полупроводниковых устройств и их компонентов, а также мониторинга степени чистоты.

Примеры патентов для чистых помещений:

• CN105107791B A kind of Airshower chamber and dust-free workshop system. BOE Technology Group Co Ltd. Beijing BOE Optoelectronics Technology Co Ltd.

• EP2995361B1 Filter unit. Acous Corp.

А что в России? 

На Яндекс.Патент выдает 3250 документа по запросу чистые помещения электроника за период 1929-2023 гг. Пик с примерно 200 патентами в год пришёлся на 2011-2018 годы. Правда, в ряде документов чистые помещения применялись для других целей, например, медицинских, а электроника использовалась как вспомогательный атрибут. По запросу чистые помещения электроника H01L 97 патентов за 1989-2023 гг. с пиком 7 документов в 2008 г., в среднем по 3 патента в год. 

В базе ФИПС в рефератах на изобретения РФ по запросу чистые помещения для электроники всего один недействующий патент на изобретения. По запросу чистые комнаты для электроники ноль патентов на изобретения. Аналогичный ноль по запросу чистые комнаты полупроводники. 

В базе ФИПС на патенты РФ на полезные модели по нашей теме аналогичная ситуация, нулевая 

И о чём это всё говорит?

Мы не раз уже сообщали, что поисковая машина ФИПС проводит поиск по рефератам, а Яндекс.Патент по всему телу документов.

Мы вручную с помощью Яндекса отобрали патенты РФ, которые хотя бы косвенно касаются нашей темы:

• №2126567 (1999) Состав разбавителя для смывания ненужного фоторезиста на пластине в процессе изготовления полупроводниковых устройств (варианты) и способ смывания ненужного фоторезиста (варианты). Самсунг Электроникс Ко, Лтд. (KR). 

• №2258253 (2005) Система контроля технологического процесса для лазеров, используемых в литографии. САЙМЕР, ИНК. (US). 

• №2408110 (2010) Матрица детекторов излучения. КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС, Н.В. (NL). Перемежающиеся диэлектрические и металлические слои наносятся в такой же среде чистого помещения, как изготовление матрицы BIP.

• №2436184 (2011) Способ изготовления Cu-Ge омического контакта к GaAs. АО «Микран». Минимальное значение температуры первой термообработки Т1=20°С определяется минимальной комнатной температурой, характерной для чистых помещений микроэлектронного производства.

• №2439104 (2012) Полимерная композиция и формованное изделие, полученное из данной композиции. МИЦУИ КЕМИКАЛЗ, ИНК. (JP). Формованное изделие, в частности контейнер, используют для работы в чистом производственном помещении при производстве изделий, таких как кассеты для полупроводниковых пластин.

• №2469303 (2012) Способ количественного определения содержания диоксида кремния на поверхности кремния. Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе Российской академии наук. 

• №2510546 (2014) Устройство для перемещения подложек без образования частиц. ЗЕМИЛЕВ ГМБХ (DE). Изобретение относится к устройству для перемещения подложек согласно технологии производства микропроцессорной техники без образования частиц в миниатюрных рабочих средах в условиях чистого помещения.

Как видите почти все патенты принадлежат зарубежным компаниям.

Несколько патентов РФ на полезные модели:

• №130139 (2013) Влагозащищенная упаковка для полупроводниковых пластин. ЮМИКОР (BE). Функция внутреннего пакета заключается в защите пластин от влаги после удаления внешних слоев упаковки. Данное действие обычно выполняется непосредственно перед помещением данного внутреннего пакета с находящейся в нем пластиной в чистое помещение.

• №212275 (2022) Нанокомпозитное фотонно-кристаллическое светофильтрующее покрытие для нужд фотолитографии. Правообладатель Галаганова Елена Николаевна. Запатентовано светофильтрующее покрытие для стекол, устанавливаемых в оконных рамах чистых помещений, а также используемых в корпусах светильников, смотровых окнах технологического оборудования и прозрачной транспортировочной таре.

  
  Как видно, патенты РФ на изобретения и полезные модели с упоминанием в теле охранного документа чистого помещения имеют косвенное значение: чистые помещения констатируются как среда для производства полупроводниковых устройств. Большинство косвенных патентов принадлежало иностранным компаниям. В некоторых случаях патентов российских правообладателей упоминания имели дискриминационный характер, мол, чистые помещения дороги, а вот мы изобрели способ, для которого чистые помещения не требуются! При этом в патентном корпусе РФ ни разу нам не удалось найти тему «клининга или уборки чистых помещений».

НИОКТР

На портале ГИС «Наука и инновации» по теме чистых помещений учтено 311 документов, большинство посвящено медицине и биотехнологиям, ничтожно малая часть касается микроэлектроники и полупроводниковых устройств.

Так, в Нижегородском Госуниверситете в 2022-2024 гг. выполнена НИР «Оптоэлектроника и радиофотоника для перспективных систем космической связи и радиолокационных систем» за грант 19,8 млн руб. от Минобрнауки. Цель работы – разработка технологии изготовления микрочипов QPSK-модулятора лазерного излучения на основе объёмного ниобата лития для применения в радиофотонных линиях антенных систем и телекоммуникационных оптоволоконных системах с плотным мультиплексированием по длине волны. Разработаны планировочные решения чистых производственных помещений, необходимых для обеспечения воспроизводимой технологии изготовления микрочипов QPSK-модуляторов. Область применения результатов НИР – импортозамещение иностранной компонентной базы на магистральных оптоволоконных линиях связи, а также разработка перспективных радиофотонных решений для радиолокационных систем и систем связи. 

Также в этом Университете в 2022-2024 гг. выполнена за грант в 6 млн руб. от Минобрнауки НИР «Проектирование конструкции гибридного оптико-электронного микрочипа QPSK-модулятора лазерного излучения». Дано подробное описание технологического процесса изготовления микрочипов фотонных интегральных схем на основе ниобата лития, содержащих планарные интерферометры по схеме Маха-Цендера и сформулированы технические требования к проектам чистых производственных помещений, на основе которых создано техническое задание на строительство первой очереди таких помещений.

В 1990 г. выполнена НИР «Исследование возможности применения химических сенсоров на основе металлооксидных полупроводников для индикации  утечек арсина и фосфина».

Это исчерпывающий список из ГИС «Наука и инновации» по чистым помещениям для электроники.

Заключение

Чистые помещения средних и низших классов от ISO 5 до ISO 8 имеются в специализированных учреждениях науки РАН, в профильных вузах и на предприятиях электронной промышленности, в ГК «Росатом» и «Роскосмос», а также в «Технополисе «Москва» (Волгоградский 42, бывший автозавод «Москвич»). При этом существенная часть стройматериалов и сопутствующего (панели, вентиляция и кондиционирование, электроснабжение, системы газодетекции, системы ионизации и т.д.) контролирующее оборудование и автоматизация – импортное, в основном из недружественных стран, например Octanorm, Denko Happel и Ritterwand из Германии, Klimaoprema (Хорватия), Clestra (Франция). Правда, некоторые устройства для эксплуатации чистых помещений производят отечественные предприятия, в частности ООО «Арктос» (оборудование для систем вентиляции, отопления и кондиционирования), ООО «НПП Фолтер» (производство воздушных фильтров для чистых помещений и пылеуловителей), ООО «Чистые технологии» (проектирование и аттестация производств с чистыми помещениями), АО «НПК Медиана-Фильтр» (подготовки воды для электронной промышленности). В рамках импортозамещения после введения западных санкций их позиции на российским рынке чистых помещений усилились.

Имеется несколько компаний по очистке/клинингу чистых помещений классов ISO 4-7, например представительство Vileda Professional (входит в состав немецкой технологической группы Freudenberg Group), специализируется на очистке резервуаров и ламелей, поставке расходных материалов (держатели мопов, телескопические ручки, спец. тележки, насадки, губки, перчатки и прочие половые тряпки).

Средний класс чистых помещений (ISO 5-7) достаточен для производства микроэлектроники в РФ по технологическим нормам 90-350 нанометров, например изготовление СБИС, а также оптоволокна и лазерной техники.

О высокочистых помещениях первостепенных классов, например ISO 1 или 2, для технологических норм 4-17 нанометров, российские специалисты только читают в иностранной технической литературе (на посмотреть их не пускают из опасений промышленного шпионажа).

Что касается патентного аспекта в электронике с чистыми помещениями и их клинингом в нашей стране, то ситуация плачевная: нет ни патентов, ни серьёзных НИОКТР по чистым помещениям средних и высоких классов. За рубежом при этом наблюдается повышенная патентная активность со стороны техногигантов. Особенно выделяются предприятия из Южной Кореи, США, Тайваня и КНР.