náhled|vpravo|Čistý prostor používaný pro výrobu mikrosystémů. Žluté (červeno-zelené) osvětlení je nezbytné pro fotolitografii, aby se zabránilo nežádoucímu osvitu fotorezistu světlem kratších vlnových délek. náhled|vpravo|Čistý prostor zvenčí náhled|vpravo|Vstup do čistého prostoru bez vzduchové sprchy náhled|vpravo|Čistý prostor pro výrobu mikroelektroniky s filtračními jednotkami s ventilátory instalovanými ve stropním roštu náhled|vpravo|Kabina čistého prostoru pro přesné měřicí přístroje náhled|Typické zakrytí hlavy pro čistý prostor

Čisté prostory jsou dobře izolované a aktivně čištěné prostory chráněné před kontaminací, v nichž jsou přesně definované parametry vnitřního klimatu (čistota vzduchu, koncentrace polétavých částic, počet výměn vzduchu, přetlak, vlhkost a další parametry), obvykle včetně technického provedení prostorů, které jsou definovány vnitřními předpisy pro jednotlivá průmyslová a jiná odvětví. Takové prostory jsou často potřebné pro vědecký výzkum a v průmyslovou produkci pro všechny výrobní procesy v nanorozměrech, např. při výrobě polovodičových součástek. Čisté prostory jsou navrženy tak, aby se do nich nedostalo nic od prachu až po vzduchem přenášené mikroorganismy nebo odpařené částice, a aby nedocházelo k rozptylování materiálů, se kterými se v nich pracuje.

Účelem čistých prostorů může být také zabránit úniku materiálů, což je často hlavním cílem při práci s nebezpečnými látkami a organismy v biologii, jaderném inženýrství, farmacii a virologii.

Úroveň čistoty čistých prostorů se obvykle kvantifikuje počtem částic na metr krychlový při předem stanoveném měření molekul. Venkovní vzduch v typické městské oblasti obsahuje 35 milionů částic o velikosti od 0,5 μm na metr krychlový, což odpovídá čistému prostoru s certifikací ISO 9. Čistý prostor s certifikací ISO 14644-1 úrovně 1 nepovoluje žádné částice této velikosti a nejvýše 12 částic na metr krychlový do velikosti 0,3 μm. Polovodičové provozy často vystačí s úrovní 7 nebo 5. Provozy s úrovní 1 jsou mimořádně vzácné.

Historie Starší čisté prostory měly často problémy s částicemi a nepředpověditelným prouděním vzduchu. Moderní čistý prostor vynalezl americký fyzik Willis Whitfield, který v roce 1960, když byl zaměstnaný v Sandia National Laboratories, vytvořil počáteční plány pro čistý prostor. Whitfieldem navržený čistý prostor má konstantní proudění vysoce filtrovaného vzduchu, které odvádí nečistoty. Během několik let od vynálezu v 60. letech 20. století Whitfieldovy moderní čisté prostory generovaly celosvětově tržby více než 50 miliard dolarů.

V roce 1963 mělo takové speciálně zkonstruované provozy, pro které se tehdy používal název White Rooms, Clean Rooms, nebo Dust-Free Rooms, více než 200 amerických průmyslových podniků, mezi jinými Radio Corporation of America, McDonnell Aircraft, Hughes Aircraft, Sperry Rand, Sylvania Electric, Western Electric, Boeing a North American Aviation.Koslow, Jules. “Industry’s Pursuit of Cleanliness.” Electronic Age 22:3 (Summer 1963), 22-25. RCA zahájila změny v části svého provozu v Cambridge ve státě Ohio v únoru 1961. Pro výrobu naváděcího systému mezikontinentálních balistických raket Minuteman se používaly čisté prostory o celkové ploše 6500 m².

Většinu zařízení na výrobu integrovaných obvodů v Silicon Valley vybudovaly tři společnosti: MicroAire, PureAire a Key Plastics. Tyto konkurenční firmy vyvinuly laminární boxy, rukavicové boxy, čisté prostory a vzduchové sprchy i chemické nádrže používané v mokrém procesu výroby integrovaných obvodů. Byly průkopníky používání teflonu pro vzduchové pistole, chemické pumpy, čističe, vodní pistole a další zařízení potřebná pro výrobu integrovaných obvodů. William (Bill) C. McElroy Jr. pracoval jako vedoucí inženýr, vedoucí kreslírny, QA/QC a konstruktér pro všechny tři společnosti, a jeho návrhy obohatily tehdejší technologii o 45 původních patentů. McElroy také napsal čtyřstránkový článek pro časopis MicroContamination, školicí příručky pro mokré zpracování, a příručky pro vybavení pro čisté prostory a mokré zpracování.William (Bill) C. McElroy Jr., MicroAire Engineering Manager and acting VP; Kay Plastics Engineering Manager; PureAire Drafting Room Manager

Popis Čistý prostor je nezbytností při výrobě polovodičů, akumulátorů při farmaceutické výrobě a v dalších oborech, které jsou vysoce citlivé na znečištěné prostředí.

Velikost čistých prostorů se může pohybovat od velmi malých po velmi velké. Na jednom konci mohou být jednouživatelské laboratoře s čistým prostorem o rozloze několika čtverečních metrů, na druhém konci celé výrobní provozy s plochou tisíců čtverečních metrů. Přibližně uprostřed leží modulární čisté prostory, které mohou snižovat náklady na rozšiřování technologie, a jsou méně náchylné na katastrofické selhání.

Vzhledem k široké škále oblasti použití nejsou požadavky na čisté prostory stejné. Prostory pro výrobu polovodičů nemusí být sterilní (tj. zbavené mikrobů),In NASA's Sterile Areas, Plenty of Robust Bacteria New York Times, 9. October 2007 zatímco prostory používané v biotechnologiích obvykle sterilní být musí. Naopak operační sály nemusí být oproti prostorům pro nanotechnologie absolutně zbavené miniaturních částic anorganických solí např. rzi. Všechny čisté prostory však vyžadují přísnou kontrolu polétavých částic, případně se sekundární dekontaminací vzduchu, povrchů, pracovníků vstupující do prostoru, nářadí, chemikálií a strojního vybavení.

V některých případech je třeba zamezit také úniku částic, např. při výzkumu nebezpečných virů nebo při práci s radioaktivními materiály.

Základní konstrukce Vnější vzduch vstupující do čistého prostoru je nejdříve přefiltrován a ochlazen několika vnějšími vzduchotechnickými jednotkami, které používají sadu postupně jemnějších filtrů na zachycení prachu.

Vzduch v čistých prostorech je neustále recirkulován pomocí ventilačních jednotek vybavených vysoce účinnými filtry zachycujícími částice (HEPA filtr), nebo ještě účinějšími filtry ULPA () pro odstraňování znečištění, které vzniká v čistém prostoru. Používají se speciální osvětlovací tělesa, stěny, zařízení a jiné materiály aby minimalizovalo vytváření polétavého prachu. Pro omezení turbulence vzduchu lze použít plastové desky, pokud návrh čistého prostoru používá laminární proudění vzduchu.

Teplota a vlhkost vzduchu v čistých prostorech jsou přísně kontrolované, protože ovlivňují účinnost a způsob filtrace vzduchu. Pokud určitý prostor vyžaduje dostatečně nízkou vlhkost vzduchu, která představuje problém kvůli statické elektřině, ovlivňuje se i množství nabitých iontů ve vzduchu použitím korónového výboje. Výboje statické elektřiny jsou zvláště nebezpečné při výrobě elektroniky, kde mohou okamžitě zničit součástky a obvody.

Zařízení čistých prostorů je navrženo tak, aby způsobovalo minimální znečištění vzduchu. Materiály použité při konstrukci čistých prostorů nesmějí uvolňovat žádné částice; proto se upřednostňují monolitické epoxidové nebo polyuretanové nátěry podlah. Místo slitin železa náchylných ke korozi a následnému odlupování se používají sendvičové příčky a stropní panely z leštěné nerezové oceli nebo práškově lakované měkké oceli. Vnitřní hrany a rohy mezi stěnami nebo mezi stěnami a podlahou nebo stropem se zaoblují a všechny spáry se utěsňují epoxidovým tmelem, aby se zabránilo usazování nebo vzniku částic ve spárách vlivem vibrací a tření. Mnoho čistých prostorů má „tunelovou“ konstrukci, v níž jsou „servisní šachty“, které slouží jako vzduchové komory přenášející vzduch ze spodní části místnosti nahoru, aby mohl být recirkulován a filtrován v horní části čistého prostoru.

Principy proudění vzduchu

Čisté prostory udržují vzduch bez znečišťujících částic použitím HEPA filtrů nebo ULPA filtrů a využívají principy laminárního nebo turbulentního proudění vzduchu. Systémy s laminárním neboli jednosměrným prouděním vzduchu směrují filtrovaný vzduch dolů nebo horizontálně v konstantním proudu k filtrům umístěným na stěnách v blízkosti podlahy čistého prostoru nebo přes vyvýšené perforované podlahové panely k recirkulaci. Systémy laminárního proudění vzduchu se obvykle používají na 80 % stropní plochy čistého prostoru, aby byla zajištěna nepřetržitá úprava vzduchu. Pro konstrukci laminárních filtrů a digestoří se používá nerezová ocel nebo jiné materiály, které nevylučují částice, aby se zabránilo vnikání přebytečných částic do vzduchu. Turbulentní nebo nejednosměrné proudění vzduchu využívá jak digestoře s laminárním prouděním vzduchu, tak filtry s nespecifickou rychlostí, které udržují vzduch čistém prostoru v neustálém pohybu, i když ne všechen ve stejném směru. Nerovnoměrný proud vzduchu se snaží zachytit částice, které se mohou macházet ve vzduchu, a hnát je směrem k podlaze, kde vstupují do filtrů a opouštějí prostředí čistých prostor. Americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) a Evropská unie stanovily přísné směrnice a limity, aby zajistily, že farmaceutické výrobky nebudou mikrobiálně kontaminovány. Mezi vzduchotechnickými zařízeními a filtračními jednotkami ventilátorů se mohou používat také komory s lepivými rohožemi.

Kromě vzduchových filtrů mohou čisté prostory také používat ultrafialové světlo pro dezinfikování vzduchu. Zdroje UV záření lze montovat do stropních svítidel a ozařovat vzduch, aby se zničily potenciální infekční částice, včetně 99,99 % vzduchem přenášených mikrobiálních a plísňových kontaminantů. UV světlo se používalo již dříve k čistění povrchových kontaminantů ve sterilním prostředí např. v nemocničních operačních sálech. Jeho použití v jiných čistých prostorech je častější, jak se zařízení stávají cenově dostupnějšími. K potenciálním výhodám dekontaminace UV zářením patří snížení potřeby chemických dezinfekčních prostředků a prodloužení životnosti HVAC filtrů.

Čisté prostory různých typů V některých čistých prostorech je udržován přetlak, takže v případě netěsností uniká vzduch z komory ven, místo aby do ní proudil nefiltrovaný vzduch. To je nejobvyklejší případ při výrobě polovodičů, kde i malé množství vniklých částic by mohlo narušit celý proces. Opačně se postupuje, např. v případě biolaboratoří s vysokou úrovní ochrany, které pracují s nebezpečnými bakteriemi nebo viry; v nich je vždy udržován podtlak a odsávání je vybaveno vysoce účinnými filtry a dalšími sterilizačními postupy. V obou případech se však jedná o čisté prostory, protože úroveň částic je udržována pod stanovenými limity.

Některé systémy HVAC pro čisté prostory regulují vlhkost vzduchu na tak nízkou úroveň, že jsou zapotřebí zvláštní zařízení jako ionizátory vzduchu, aby se zabránilo problémům s elektrostatickými výboj. To je obzvláště důležité v oblasti polovodičů, protože statický výboj může snadno poškodit moderní obvody. Na druhou stranu mohou aktivní ionty ve vzduchu poškodit i vystavené součástky. Z tohoto důvodu musí většina pracovníků ve špičkových elektronických a polovodičových provozech nosit při práci vodivou obuv. Čisté prostory s nízkou úrovní mohou vyžadovat pouze speciální obuv se zcela hladkou podrážkou, která nezachycuje prach ani nečistoty. Podrážky bot však z bezpečnostních důvodů nesmí způsobovat nebezpečí uklouznutí. Přístup do čistých prostor je obvykle omezen na osoby, které na sobě mají oděv pro čisté prostory, včetně nezbytného přístrojového vybavení.

V čistých prostorech, ve kterých jsou méně přísné standardy kontaminace vzduchu, nemusí mít vstup do čistého prostoru vzduchovou sprchu. Pro obléknutí oděvu do čistého prostoru se používá vestibul (nazývaný „šedý prostor“). Tato praxe je běžná ve vedlejších prostorách mnoha jaderných elektráren, které jako celek fungují jako čisté prostory nízkého stupně s přetlakem.

Rozdělení čistých prostorů podle využívání vzduchu