CN115614855A - 洁净棚 - Google Patents

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Abstract

提供一种洁净棚，其形成成为单向层流及均匀循环的气流特性，能够适用于ISO 3级至4级甚至更高清洁度，有利于提高产率、降低成本。本发明的高清洁度洁净棚具备：(A)用于实现高清洁度环境的吹出结构；(B)用于使棚侧壁成为均匀的循环路径的双壁结构；(C)用于减少由各种装置产生的气流的紊乱、滞留及扬尘的整流结构；以及(D)局部抽吸机构，这些通过考虑了实际条件的(E)数值流体力学(CFD)设计。

Description

洁净棚
技术领域
本发明涉及一种在半导体制造工艺及有机EL显示器(OLED)等显示器的制造工艺中要求高清洁度的洁净棚。
背景技术
在半导体制造工艺和OLED等显示器的制造工艺中，即使存在微量的灰尘等微粒，也会附着在正在制造中的产品上而导致产品缺陷，因此在需要高清洁度环境的区域局部性设置棚(以下称为“洁净棚”)，并使洁净棚内处于清洁状态，以致力于提高产品质量和可靠性，并提高产率。
洁净棚的方式之一是层流方式，以层流状态沿一个方向推动内部空气的同时，排出微粒。为了使空气的流动大体从上向下流动，在顶棚的一部分形成由以HEPA(HighEfficiency Particulate Air：高效率空气微粒)过滤器或ULPA(Ultra Low PenetrationAir：超低渗透空气)过滤器为最终的风扇过滤单元(Fan Filter Unit，以下称为FFU)构成的顶棚吹出部，及地板从由格栅等形成的高架地板(双层地板)的开孔吸入空气，流体连通于任意的导管或循环轴，通过洁净棚外部周围的通风道进行排气/循环，并将该空气进行温度调节/除尘后再从顶棚吹出的下降气流。这样，通过迅速排除在室内产生的微粒并处理从设备和装置发出的热量，能够将洁净棚内保持成所希望的高清洁度和温度。
例如，在专利文献1中揭示了将洁净室的内部空间的一部分局部设定为高清洁度的局部洁净棚。根据专利文献1，尤其将排气口或导出路仅形成在局部洁净棚的地板部的一部分上，设为单层结构等，由此能够降低构建成本。
专利文献1：日本专利第5513989号
在本发明中，“清洁度”是指例如洁净室所采用的美国联邦标准Federal STD-209E、国际标准ISO 14644-1、JIS标准JISB9920中的清洁度，为方便起见，根据ISO标准对清洁度进行说明。
在单向流的气流方式的洁净棚中，要求ISO 3级至4级甚至更高清洁度的情况下，需要在洁净棚内形成成为均匀的下降气流的气流特性，以往，吹出部的过滤器占有率(顶棚面积中所占的FFU等过滤器面积的占有率)至少需要70～80％以上，平均气流速度需要0.3～0.5m/s。在此基础上，将洁净棚内设为正压，通过清洁空气的层流的下降气流，防止因洁净棚的壁或帘子等的泄漏而导致的污染物质的流入，并快速去除由洁净棚内的人或装置生成的微粒。
过滤器占有率越接近100％，越容易形成相同的层流，因此有利于实现高清洁度，但在非常大的洁净棚中，昂贵的FFU的数量增加，从而成本也会增加。另一方面，若试图减少FFU的数量，则因吹出部的过滤器占有率不足而带来过滤器之间或侧壁部的滞留风险。
另外，如后述的图5的上下左图(a)的现有技术所示，仅通过一侧侧壁的返回而进行循环等循环路径不均匀，或者在地板部的栅格上部存在偏流或滞留。如上，在现有技术中，实际上通过基于单向层流的完全均匀的气流填充洁净棚并不容易。
并且，在洁净棚内设置装置并运转时，气流发生紊乱，产生偏流的情况下，会进一步恶化，且滞留区域增加。很难基于装置的配置预测或改善装置实际运转时的扬尘行为，推测滞留区域或滞留的时间，因此成为高成本。多数情况下，这些问题在现场运转时变得明显，气流特性的恶化可能成为清洁度恶化的根本原因。
专利文献1中揭示的局部洁净棚内的局部空间的清洁度维持在10级(相当于Federal STD-209E、ISO 4级)左右。然而，在单向层流的气流方式的洁净棚中，实际上，如上所述，存在安装困难和成本的问题，并且在实际机器运转中存在很多问题，因此难以满足ISO 3级至4级的标准甚至难以实现比其更高的清洁度。
发明内容
鉴于上述实际情况，本发明的主要课题为提供一种洁净棚，其能够适用于ISO 3级至4级甚至更高清洁度，形成成为单向层流及均匀循环的气流特性，通过迅速减少内部装置及其运转中产生的扬尘及滞留而有助于提高产率，并且与以往相比将成为成本增加的主要原因之一的FFU的占有率最大削减50％，由此有利于降低成本。
为了解决如上问题，本发明的洁净棚具有以下(A)～(E)的结构。
(A)FFU的过滤器占有率70％以下，过滤器间隔500mm以下(优选为300mm以下)，下部200mm以内(优选为下部100mm)设为整面冲孔板(开口率20～40％)的100％的整面整流机构
(B)为了使整体洁净棚的气流循环均匀，将至少两面以上的侧壁双层化(间隙～200mm)，不需要开孔的地板且抑制偏流的均匀循环机构
(C)设置用于减少由装置产生的路径线(在生产线设备中的材料的通道、在工艺区域中的实质重要的位置)上的气流的紊乱、卷扬、剥离、涡流生成等的偏流和/或滞留的装置附带的整流/导风机构
(D)用于避免/减少由装置及其运转产生的路径线周围的扬尘和气流的紊乱的局部抽吸机构
(E)如上所述，利用考虑了实际条件的数值流体力学(CFD:计算流体动力学)执行整体空间(A)/(B)，装置周围空间(C)，局部空间(D)的阶段性设计，在要求ISO 3级至4级区域(主要为路径线)中，向下速度设为0.3m/s左右，空气龄(当吹出位置设为0s时到达空间内每个位置所需的时间)设为理论值的3倍以下，洁净棚的正压设为20～40Pa
通过以上结构，能够提供稳定的高清洁度空间。
发明效果
本发明的高清洁度洁净棚能够抑制在现有技术中容易产生的空间内的偏流或速度的偏差，尤其能够避免成为滞留产生原因的无风状态(≈0m/s)或成为气流的紊乱和涡流产生原因的过度的气流速度增加(超过0.5m/s)，从而能够使路径线附近的气流均匀化(平均气流速度在0.3m/s左右)。
并且，利用空气龄(滞留时间)的数值分析(被动标量输送方程式)，将装置周围的空气龄实施为理想下降气流的3倍以下的有限值，因此能够排除且最小化在现有技术中难以考虑的路径线上由装置引起的微粒的存在。同样，能够提供一种洁净棚，其通过将滞留在整体棚空间的时间定为有限值，具有自清洁度恶化中快速恢复等自清洁作用。
由此，在洁净棚内形成单向层流及成为均匀循环的气流特性，迅速降低内部装置及其运转中的扬尘及滞留风险，确保空间(重要区域，主要为路径线附近)的稳定的高清洁度。另外，还有助于降低洁净棚内的温度/湿度等的偏差。
附图说明
图1是表示本发明的洁净棚的结构的图。
图2是比较了(a)现有技术与(b)本发明的空气速度的流线的图。
图3是比较了(a)现有技术与(b)本发明的速度矢量的图。
图4是比较了(a)现有技术与(b)本发明的空气龄的图。
图5是比较了(a)现有技术与(b)本发明的流线及空气龄的图。
附图标记说明
1-洁净棚，2-空气清洁机构，3-冲孔板，4-内壁，5-外壁，6-装置，7-整流/导风机构，8-局部抽吸机构。
具体实施方式
以下，利用附图对用于实施本发明的方式进行说明。另外，本发明并不限定以下实施例。
图1是本发明的洁净棚的纵剖视图。洁净棚1例如即使在洁净室内也要求高清洁度的情况等下设置，通过利用区划部件(隔板、垂壁等)进行区划而形成。以下，对本发明的洁净棚的结构(A)～(E)进行说明。
(A)FFU的过滤器占有率70％以下，过滤器间隔500mm以下(优选为300mm以下)，下部200mm以内(优选为下部100mm)设为整面冲孔板(开口率20～40％)的100％的整面整流机构
在洁净棚1的顶棚中，作为空气清洁机构2，并列设置有多个具有高密度的ULPA过滤器的FFU，通过该FFU，能够将洁净棚内维持高清洁度。通过改变FFU的设置位置或数量，能够与不同宽度的空间对应。FFU的具体结构或循环次数为任意，在本发明中的吹出部的机构中，以平均气流速度为基准考虑。另外，本发明并不限定于FFU，可以设置其他空气清洁机构。
如上述，在现有技术中，为了实现ISO 3级至4级、甚至更高清洁度，FFU的过滤器占有率在吹出部中至少需要70～80％以上。剩余的20～30％成为FFU的吹出口的框架框或设置空白。
FFU的气流速度一般在0.1～0.7m/s的范围内，未成为相同的气流特性的情况下，洁净棚内的气流发生紊乱，成为飞扬微粒的原因。另一方面，ISO 3级至4级的单向流的气流方式中的平均气流速度需要0.3～0.5m/s作为相同的吹出。因此，为了整流化或降低过滤器占有率，在FFU的吹出口设置冲孔板，扩大吹出面积后，使从FFU吹出的被净化的空气扩散到周围。
冲孔板的开口率为30％左右，起到暂时阻挡气流、从开口部向周围吹出气流的整流化的作用。作为一般的FFU的机构，没有该冲孔板，或在端面存在安装用设置空白的冲孔板，或者FFU与冲孔板为一体型，在任何情况下，用于设置FFU自身或冲孔板一体型的单元的框架框端部或设置空白部分的框架等占过滤器占有率的剩余20～30％。
如上，以往，即使过滤器占有率为70～80％，无论吹出部有无冲孔板，剩余的20～30％为用于并列设置多个FFU的框架框或设置空白，因此在该部分没有进行整流，从而作为吹出设计不充分。因此，若为通常从事清洁设计的技术人员，则从洁净棚内部看到顶棚时，考虑为何将可以看到框架框或设置空白的部分限制在20％以内。
另一方面，在本发明中，将FFU的过滤器占有率降低到70％以下，例如50～60％，与现有技术相比，将FFU的台数最大削减50％。如上述，若试图减少FFU的数量，则因吹出部的过滤器占有率不足而带来过滤器之间或侧壁部的滞留风险。因此，在本发明中，仅将FFU先安装于顶棚。在设置在顶棚的FFU的下部100mm(从设置于顶棚的FFU朝向地板面朝下方100mm)整面施工冲孔板3(开口率20～40％)。冲孔板经过整面开孔加工，使设置框架成为最小宽度，或者连该框架也取消而设为几乎100％的整面整流机构。
具体而言，在安装FFU时，虽然放置框架或面板，但在其间设置100mm高度的长螺栓或螺母，以在FFU的设置框架和冲孔面上设置100mm的间隙的状态进行固定。由此，FFU和冲孔面被分离，框架不会在冲孔面上移动，在整面完成了冲孔面。其结果，即使过滤器占有率为50～60％，也能够实现100％的整流化。
另外，关于FFU2、冲孔板3的安装进行详细说明。安装FFU2时，与冲孔板3分离，因此需要不会恶化清洁度的安装步骤。首先，可以举出在设置FFU2的框架上没有与顶棚连通的间隙，具体而言，作为材质使用不会扬尘的垫圈(衬垫)、例如EPDM(三元乙丙橡胶)，以便将设置部密封在铝型材或钢板等框架上。接着，重新对用于安装冲孔板3的螺栓或螺母、已设置的框架及冲孔板3进行仔细清洁清扫。其原因在于，设置被分离的FFU2与冲孔板3后，难以实施清扫，对确保吹出结构的质量来说是必需的。并且，该整流用冲孔板3预先实施去毛刺、脱脂处理、整面开孔加工，根据适当尺寸进行防止挠曲的弯曲加工等。将这些冲孔板3组装到预先准备好的安装孔时，不允许冲孔板3之间的间隙，以1mm以下等最小限度的间隙固定排列。关于产生间隙的部分，设有堵板。通过这种方式，从洁净棚内部，顶棚面成为以相同的开孔加工实施的整面冲孔面，以完善吹出部的整流化机构。并且，顶棚面为整面冲孔面的情况下，有时在该面的任一位置上安装照明、报知器、传感器、防坠落机构等门窗。这些安装位置基本上设置、排列在洁净棚的两端，在路径线上方不安装由气流紊乱引起的门窗。
现有技术中用于FFU的冲孔板一体型机构与本发明的不同点为，FFU的过滤面与冲孔面之间的间隔窄，稍微增加了吹出面积。另外，下部设为100mm，但并不限定于此，可以设为150mm或200mm。若FFU与冲孔面的间隔长，则容易整流，但另一方面，由于设置洁净棚内部的装置的空间的容积减少，因此期望将200mm作为上限。
并且，在本发明中，将铺满顶棚的FFU的过滤器的间隔设置为300mm以下。虽然过滤器间隔以300mm以下为基本，但是为了在非常宽的顶棚区域将过滤器占有率设为70％以下，在设计上，例如，通过墙壁和FFU的间隔或FFU自身的大小、过滤器间的调整等，有可能在一部分扩宽为400～500mm。若过滤器间较宽，则气流的变动及偏差会变大，在冲孔面上使气流速度的时间及空间变动稳定这一点上,由于冲孔板的开口率及下降气流的均匀化等的调整较难，因此期望以不超过500mm的间隔安装。
依此，在实际应用中，例如，在将FFU的吹出温度调温到23摄氏度左右(之后，温度均设为“摄氏度”)，的状态下，被除尘的高清洁度空气通过冲孔板，在装置周围和路径线上，以0.1～0.5m/s，更佳为0.3～0.4m/s的平均气流速度向下方供给。
除了用于实现上述清洁度环境的吹出结构之外，通过后述的基于(B)双重壁结构的均匀循环，在整体洁净棚中形成成为单向层流以及均匀循环的气流特性，并通过后述的以机器、装置为中心的(C)中央部的整流或(D)局部排出，即使过滤器占有率较以往最多减少50％，也能够适用于ISO 3级至4级甚至更高清洁度。
另外，在图1中，将顶棚与FFU的空气吸入部的间隙设为500mm，但并不限于此，为了避免顶棚与FFU的空气吸入部的间隙为极端的负压、风量降低以及温度等的混合不足，期望确保在200mm以上，更优选为300mm以上。
并且，将FFU过滤器占有率设为70％以下，例如设为50～60％，但是若过滤器占有率低于40％，需要加大吹出部的气流速度，容易产生偏差，难以实现100％整面整流机构。因此，为了作为吹出结构不产生0.5m/s以上的过度的气流速度，过滤器占有率设为至少40％以上，优选为50％以上。如上所述，在现有技术中，过滤器占有率至少需要70～80％以上，过滤器占有率为70％以下时，难以适用于ISO 3级至4级甚至更高的高清洁度，但是，通过使用本发明的技术，能够以过滤器占有率40％以上且70％以下实现高清洁度。
(B)为了使整体洁净棚的气流循环均匀，将至少两面以上的侧壁双层化(间隙～200mm)，不需要开孔的地板且抑制偏流的均匀循环机构
以往，通过在洁净棚的地板上铺满格栅或冲孔金属板等开孔地板，形成多个通风口，并且经由该开孔地板形成底层。如上，地板成为高架地板(双层地板)。在洁净棚外部周围，形成将从多个通风口流出到底层的空气引导至FFU的通风道(返回道)。从洁净棚流出到底层的气流流入到形成在底层壁上的返回口，通过与洁净棚内部分开区划的洁净棚外部周围的通风道进行循环，并通过FFU。通过利用FFU形成的循环气流，形成从洁净棚的顶棚朝向地板的下降气流。
在一般的洁净棚中，通过过滤器在洁净棚的内部与外部产生一定的压力差。因此，通过过滤器后的气流的气流速度在洁净棚的整体顶棚几乎均等化。为了提高洁净棚的清洁度，优选使气流在洁净棚的内部与外部之间循环，在洁净棚内扬尘的微粒立即排出到洁净棚外。通过下降气流，能够立即去除在洁净棚内扬尘的微粒，但实际上，通过装置的设置或运转，在局部形成清洁度低的区域(滞留等)。尤其，在无尘室内气流滞留的区域中，由微粒引起的污染加剧，因此需要调整气流以避免产生气流滞留的区域。
在本发明中，通过将覆盖洁净棚1的壁面设为由内壁4和外壁5构成的双重壁结构，将洁净棚1的至少两面以上的侧壁双重化。壁之间的间隙的上限为200mm，优选为100～200mm，在壁彼此的间隙中形成空间。在洁净棚的侧壁上，内壁4采用铝型材，一般为将PVC面板，在防爆区域中为将SUS面板等从洁净棚内侧安装在铝型材上，构成内壁无凹凸的洁净棚，在其下部靠近地板面的部分，以利用调节器打开距地板100～200mm的间隙的状态设置吸入口。从该吸入口吸入洁净棚内的空气，通过与由隔热面板构成的外壁5之间的间隙在上方形成返回道，使洁净棚内的空气向FFU2循环，由此使双重壁的间隙充满通过路径线后的空气。由此，将洁净棚的至少两面以上的侧壁设为均匀的循环路径。另外，本结构在内壁4的短边(宽度)为6500mm以下(优选为5000mm以下)的情况下实现，关于长边(长度方向的长度)的尺寸没有特别要求。
关于该双重壁结构所附带的门窗等，基本上安装于不阻碍下降气流的位置。例如正压截止器，在现有技术中一般设置在洁净棚上方的侧壁上，在刚吹出后可能会产生向正压截止器的偏流或流动路径，另一方面，在本发明中，由于安装在双重壁的外壁5上，因此不会产生偏流等。关于门，基本上内壁4及外壁5均设于同一位置，外壁5为拉门，内壁4为绞链门。进入时，两扇门暂时处于同时打开状态，但由于洁净室内有充分的正压，并且是均匀循环结构，因此清洁度迅速恢复。内壁4的门并不是必须的，可以取下构成为内壁的面板进入。
并且，当洁净棚与其它洁净棚连接的情况下，内壁4及外壁5均在同一位置设有连接口。此时，双重壁结构的间隙设有隔板等通道，以与循环空气区划。关于与窗、维修口、配线面板以及空调等连接的凸缘，由于安装在外壁5上，因此在下降气流区域的内壁4上，如扰乱气流的门窗为最小限度，关于报知器、各种传感器，也尽量避免设置在路径线上。
关于内壁4的气密性，施工成避免扰乱气流的缝隙或缝隙等开口，没有向与外壁5的壁彼此的缝隙的漏出，下降气流形成至下方。关于外壁5，对于以铝等为材质安装的地板轨道，利用内衬等适当调整水平对齐后，依序在侧面、顶棚密集排列以防静电钢板为外板的隔热不燃面板。面板彼此的接缝通过以硅等为材质的填缝来密封。关于外壁5的气密性，密封成将与地板的接缝及面板彼此的接缝充分填缝，以使内部压力至少能够承受50Pa以上。
通过基于FFU2的空气的吹入，洁净棚1内成为正压，顶棚内的FFU2的空气吸入部成为负压，因此双重壁的间隙空间的压力与洁净棚内等同或较低。由此，洁净棚内的气密性能变高，从而能够可靠地防止空气从洁净棚的外部流入内部。并且，通过提高区划性能和气密性能，能够抑制外部气量及内部循环风量的增加，从而能够实现降低运行成本。
另外，双重壁的间隔的上限设为200mm，但并不限于此，例如在想要将双重壁的间隙作为人的导线的情况等，可以根据设计条件适当地变更为200mm以上。但是，间隙越大，整体洁净棚越大，或洁净棚内部的容积越減小。并且，虽然在图1中将压力损失设为100Pa以下，但并不限于此，因为与FFU2的风量及风扇的温度上升有关，所以可根据FFU2的规格来决定。另外，不限于四边形的洁净棚，即使是多边形的洁净棚中，也将至少两面以上的侧壁作为双重壁。
在专利文献1中，设置有使仅在局部洁净棚的地板面的一部分上形成的排气口或导出路导出的空气向一般空间的上部回流的回流路。回流路在局部洁净棚的长度方向的端部上，构成为与导出路连通的导管，通过局部洁净棚的侧方，形成为到达一般空间的顶棚附近，因此向顶棚开放，而并不完全像本发明成为双重壁。
以往，由光栅或冲孔金属板等开孔的地板构成而整体地板部设为双重地板，并且将空气与洁净棚中的微粒一起从地板的开孔引入到地板下的空间以形成向下的气流，然而，这也限制了地板下空间的应用。在本发明中，通过在比路径线更下方设置均匀吸入的循环结构(双重壁)，不需要开孔的地板等，也不需要如现有技术那样设为双重地板，还不需要如专利文献1那样将排气口及导出路形成为地板部的一部分，因此能够进一步降低建设成本，节省空间，并能够增加清洁空间的容积。
图2是比较通过树脂流体力学(CFD)分析的(a)现有技术与(b)本发明的空气速度的流线的图。在图2中，上图是洁净棚的纵剖视图，下左图是平面图，下右图是立体图。倾斜的流动为偏流。如用椭圆包围，在现有技术中，在地板面的返回口产生偏流而成为不均匀的循环，而本发明中将其减少，通过上述(A)及(B)的结构，形成均匀的下降气流和均匀的循环。该方法构成如下组合机构，即，着眼于在整体洁净棚中将作为流体的变形运动的三个要素的伸缩、旋转、剪切的效果均最小化，作为将成为流体的运动量输送的基础的对流及扩散中的对流效果成功地带来优势。
(A)均匀的吹出结构或(B)不具有开孔地板的双重壁循环机构对于从事洁净棚业务的技术人员来说只要一看就很容易想到，实际上，适用这些(A)(B)组合结构的洁净棚在现场前所未有，关于本结构，由多年来从事构建的发明人等连后述的(C)(D)(E)也包括在内通过数值流体力学(CFD)进行了深入研究的结果，最终获得了本发明，该构建为不仅要求高清洁度，而且还以高水平满足温度、除湿和惰性气体环境的气密循环棚机构的构建。
(C)设置用于减少由装置产生的路径线上的气流的紊乱、卷扬、剥离、涡流生成等的偏流和/或滞留的装置附带的整流/导风机构
在洁净棚1内配置有需要高清洁度的装置6。通过装置的配置或形状、运转，且通过气流的紊乱或自装置外观的流动的剥离、由此产生的涡流生成或装置自身阻碍下降气流而产生的偏流，会产生跟随气流的微粒的卷扬。例如，在作为OLED制造的主要工艺的喷墨装置中，托架(以下，称为CA。内置有墨水，墨水被涂在其正下方。)是承担装置中枢机能的处，会诱发气流的紊乱、或难以控制温度等，需要气流的整流化。因此，通过在CA周围设置整流引导件(导风板)，或者设置用于避免CA周边装置附近的滞留(低气流速度区域)的曲线状整流引导件、用于消除有可能发生滞留区域自身的罩或阻挡该区域流入流出的帘子，来改善路径线上的气流，减少局部滞留。并且，在半导体制造的光致抗蚀剂的填充工序等中，由于在路径线上存在复杂的结构物、驱动源，因此，通过用于避免偏流或滞留、维持下降气流的整流引导件的设置或用于消除滞留忧虑区域自身的罩，改善气流，减少局部滞留。
FFU的吹出温度例如精密管理为23℃±0.1℃～±0.5℃，但装置的内部发热的行为难以掌握。因此，为了降低来自装置的导热风险，在装置上附带设置整流罩或整流导板、导风板等整流/导风机构7，以整流装置周围来抑制滞留。考虑到装置的大小、运转状况、设置位置等，适当选定整流/导风机构7的材质或方式、结构、设置方法等。
图3是比较通过树脂流体力学(CFD)分析的(a)现有技术与(b)本发明的速度矢量的图。图3是包含装置6的洁净棚的纵剖视图，由圆角四边形包围，在现有技术中，通过装置6的存在，气流速度增加，产生剥离(由椭圆包围的部分)和涡流，但是，在本发明中，通过整流/导风机构7(装置6的上部成为圆形，其自身由装置罩整流)减少紊乱，并抑制剥离。
另外，导入/设置整流/导风机构7时，由于多为附带在路径线上的装置6自身上，因此，在装置设计中，不仅要以流体力学效果为依据适用这些整流/导风机构7，还需要对伴随其材质、形状、固定的装置侧进行风险管理。例如，由安装了整流引导件而引起的振动的产生、来自安装部的扬尘、工艺运转时的干扰、对性能自身的影响或对用整流罩覆盖装置引起的发热的影响等，需要采用基于数值流体力学(CFD)进行设计时的对策。
并且，在基于数值流体力学(CFD)进行设计时，整流/导风机构7以减少来自进行装置6产生的下降气流带来的剥离或其后的滞留的构思为起点，考虑如何在流体的变形运动的三个要素中也将旋转、剪切的效果在局部区域中最小化。即，着眼于抑制由气流的速度差或障碍物引起的运动量缺损引起的涡流的产生，考虑保持成为流体的运动量输送的基础的对流效果的同时，不使扩散占优势的整流/导风机构来决定结构及设置位置。
(D)用于避免/减少由装置及其运转产生的路径线周围的扬尘和气流的紊乱的局部抽吸机构
通过设备6运转，部件彼此的接触和来自驱动源的扬尘在路径线周围产生。例如，在OLED制造的涂布工艺中，在路径线中，随着基于传送的工作台移动，微粒从驱动部卷扬。因此，在装置6的地板下部分沿路径线设置由排气导管等构成的局部抽吸机构8，以任意间隔设置抽吸口，局部抽吸并排出，由此以防止微粒飞扬。局部抽吸机构8的抽吸口可具有最大10m/s左右的抽吸气流速度，但设计为在其周围逐渐减速，在路径线附近，由局部抽吸机构8产生的向下方流动的气流速度成为0.5m/s以下。产生的微粒通过基于朝向地板下的整个区域向下的局部抽吸排出的气流被排出而不会卷扬到路径线上。依此，实现了避免并减少路径线附近的滞留。
局部抽吸机构8除地板下之外，在装置的侧面或与装置连接的部分，使用柔性导管或硬导管、将其连接的带抽吸口的箱等适当地设置。为了不使平均气流速度为0.3m/s的下降气流的气流形成过度紊乱，在路径线附近将由局部抽吸机构产生的朝向下方的流动的气流速度设定为0.5m/s以下，但并不限于此，适当选择局部排出的方法或场所、抽吸气流速度等。
图4是比较通过数值流体力学(CFD)分析的(a)现有技术与(b)本发明的空气龄(滞留时间)(当吹出位置设为0s时到达空间内的每个位置所需的时间)的图。图4是包含装置6的洁净棚的纵剖视图，由圆角四边形包围，在现有技术中，装置6周围的空气龄变长，存在滞留风险，但在，本发明中，通过在装置6的地板下设置局部抽吸机构8，减少空气龄，并降低滞留风险。
另外，导入并设置局部抽吸机构8时，在附带在路径线上的装置6附近或装置6自身上的情况下，在装置设计中，不仅要以流体力学效果为依据适用该抽吸效果，还需要与整流/导风机构7相同地对伴随其材质、设置位置的装置侧实施风险管理。例如，由安装了局部抽吸机构8而引起的振动的产生、来自安装部的扬尘、工艺运转时的干扰、对由气流形成引起的性能自身的影响等，需要采用基于数值流体力学(CFD)进行设计时的对策。并且，即使将局部抽吸机构8安装在装置6下部的情况下，也与相同的层流的下降气流相反，为了防止在路径线高度产生向上的气流，考虑在下方以均匀的气流速度形成气流的同时，实施以装置侧的扬尘位置为中心取得效果的安装条件很重要。
并且，在基于数值流体力学(CFD)进行设计时，以局部抽吸机构8如何恢复通过装置6而从理想的下降气流恶化的包括紊乱或涡流、滞留的装置依存的气流特性作为构思的起点，与整流/导风机构7相同地，考虑如何在流体的变形运动的三个要素中也将旋转、剪切的效果在局部区域中降低，进而通过局部抽吸产生运动量，来重新诱导气流。即，着眼于抑制由气流的速度差引起的新涡流的产生，考虑诱导成为流体的运动量输送的基础的对流效果的同时不使扩散占优势的局部抽吸位置及风量来决定结构及设置位置。
在考虑了装置的数值流体力学(CFD)中，大体分为能够在无装置的条件及有装置的条件下实施。其中，在本发明中有作为标准适用对象的装置的条件下，形状再现性成为很大程度上左右数值预测精确度的必要条件之一。在本发明中，对于想要设置在高清洁度的环境中的装置，在用一般的3DCAD获得实际模型之后，考虑对气流特性的贡献程度，将模型修正为数值分析用。具体而言，为被认为对气流特性的影响度小的螺栓和螺母、安装孔的省略、部件彼此或装置彼此的微小间隙(例如10mm以下)的省略、由部件或装置壳体的弯曲而产生的轻微曲率的省略等。对这些进行修正，在充分保留应该考虑对气流特性的影响的部件和形状的状态下实施数值分析。
另外，在本发明中的数值流体力学(CFD)中，以有限体积法为离散化方法，通过流体的支配方程式(那微史托克方程式)获得速度及压力。并且，根据能量方程式及化学种类输送方程式分别得到温度及质量分数，在空气龄中采用被动标量输送方程式。在粒子运动中，对于使用拉格朗日法的运动方程式，在与流体方程式相同的解算器内，使压力耦合进行计算并评价。紊流模型采用RANS(Reynolds-AveragedNavier Stokes equation：雷诺平均方程式、时间平均模型)型二方程式模型SSTk-ω模型，进行低雷诺数的修正。这考虑到下降气流的比较慢的气流速度以及排气、循环区域的较快的气流速度的存在，作为适合较宽雷诺数带的模型采用。格子类型使用以四面体网格为基础的多面体网格，但是这些由作为对象的装置的复杂性以及整体格子数决定，因此并不限于此。在分析装置运转时，在移动区域大多使用六面体网格。网格的质量根据偏斜度进行评价，在装置的详细部分中，也以0.98以下保证质量。基本上，实施稳定分析，在考虑装置的移动等对气流的影响的情况下，实施非稳定分析。在考虑温度的影响的情况下，考虑装置的发热、FFU的发热、来自洁净棚壁面的导热等热源进行分析。在考虑湿度和混合气体的浓度的情况下，利用化学种类输送方程式考虑混合气体的对流扩散。当考虑微粒的行为的情况下，使用拉格朗日法给出粒子密度、粒径、个数(流量)、喷出位置、喷出速度并进行计算。此时，根据紊流扩散中的速度变动，通过概率性跟踪来表现粒子的产生。在微粒中，也可知大体表现出跟随气流的行为，但作为滞留区域的行为，还考虑到考虑了气溶胶性质的布朗运动且球形的阻力定律来进行计算。
在本发明中，通过数值分析(被动标量输送方程式)算出空气龄(通风效率指标SVE3(SVE:Scale for Ventilation Efficiency))，将装置周围的滞留状况作为空气龄T[s]进行评价，通过以理想的下降气流的3倍以下(3T)的有限值形成路径线上的气流，能够将由在现有技术难以考虑的路径线上的装置引起的粒子的存在最小化。例如，对在装置工作时从电缆轴等驱动源产生的粒径d＝0.1～5μm以下的微粒行为进行流体分析发现，微粒在任何粒径均可卷扬，粒径越小，卷扬的概率越高，但微粒在路径线下方的吸入区域中的出现概率仍然在1.5％以下，可以说微粒卷扬到路径线上方的可能性明显较低。如上，在本发明的伴随气流紊乱而产生的微粒的卷扬中，以在路径线上形成向下的气流为基本的同时，根据路径线上的空气龄的规定，能够期待大体上抑制产生微粒的风险。
在专利文献1中，将由冲孔金属板构成的通气道设置在区划部件的下部，形成在与多个制造装置相互间对应的位置上，防止将制造装置内部的粉尘等卷扬(气流速度例如为1m/s以下)。然而，该通气道用于将局部洁净棚的高清洁度空气引入一般空间，与本发明的用途不同。
如上，本发明的洁净棚能够通过(C)用于减少由各种装置产生的气流的紊乱、滞留及扬尘的整流结构或(D)局部抽吸机构，对在现有技术中容易发生的由路径线周围的装置或其运转而导致的偏流的存在与否和速度的偏差进行抑制，尤其，能够避免成为滞留发生原因的无风状态(≈0m/s)或成为气流紊乱及涡流的产生原因的过度的气流速度增加(超过0.5m/s)，并且能够使路径线附近的气流均匀(平均气流速度为0.3m/s左右)。
(E)如以上，将整体空间(A)/(B)、装置周围空间(C)、局部空间(D)的阶段性设计通过考虑到实际条件的数值流体力学(CFD)来执行，在ISO 3级至4级要求区域(路径线上方)中，将向下的速度设为0.3m/s左右，将空气龄设为理论值的3倍以下，且将洁净棚内正压设为20～40Pa。
根据本发明，如上述，自冲孔面的吹出平均气流速度在路径线中以0.1～0.5m/s，优选为以0.3～0.4m/s的平均气流速度形成0.3m/s左右的向下的下降气流。通过使吹出气流速度均匀，能够在理论上计算几秒后到达每个位置，即空气龄。例如将平均气流速度设为0.3m/s，且将从冲孔板吹出部到路径线的距离设为1.5m时，到路径线为止的到达时间(空气龄T)成为5s。将此作为理想的下降气流的空气龄的理论值T。本发明采用数值流体力学(CFD)，将装置周围(路径线的上方)的空气龄以理论值的3倍以下，即3T以下为基准，设为以路径线的上方的空气龄处于该范围内的有限值。换言之，在以0.3m/s为基准规定了气流速度的条件下需要3T的时间是指，即可以说至少具有0.1m/s以上的气流速度，这可以用作避免在路径线上处于无风状态(≈0m/s)的一个指标。如果，存在该空气龄充分大的区域的情况下(10T、20T等)，即担心无风状态(≈0m/s)状态，这直接导致清洁度的恶化。实际上，由于本结构能够充分适用，因此在本发明中，作为有效标准，规定并使用空气龄。另外，通过将路径线上的空间的空气龄定为有限值，能够具有自清洁度恶化中快速恢复等自清洁作用。
并且，通过基于FFU的空气的吹入，洁净棚内成为正压。由此，洁净棚外部的清洁度低的空气不会流入洁净棚。通常，正压(洁净棚的内部与外部的压力差)设为5～20Pa左右，但是在要求高清洁度的情况下，期望高于此，在本发明中设为20～40Pa。如果正压大于此，则存在当打开洁净棚的门时风的吹出很明显、门的打开和关闭受到阻碍、从排气口和返回口的开口部分产生风噪声等问题。
图5是比较通过树脂流体力学(CFD)分析的(a)现有技术与(b)本发明的流线及空气龄的图。图5是包含装置的洁净棚的纵剖视图，上图表示流线，下图表示空气龄。在现有技术中，在一侧的侧壁或装置周围发生了偏流或滞留，但是在本发明中，从洁净棚的上部朝向下方形成相同的下降气流，从而减少了滞留区域。
通过使吹出气流速度均匀，能够理论上计算出几秒钟后到达地板下，但实际上，利用现有技术难以用完全均匀的气流填满洁净棚内。并且，还难以推测设置并运转装置时的滞留区域及所滞留的时间。本发明的洁净棚把握整体洁净棚的(A)下降气流及(B)循环，甚至考虑到实际装置及其运转条件的气流紊乱或滞留区域，避免及减少(C)整流及(D)滞留。
接着，对关于实现本发明的洁净棚的清洁度的清扫、准备、条件等进行补充。为了实现本发明所示的高清洁度，本洁净棚施工后的清扫非常重要。在双重壁结构的清扫中，基本上，在装置6全部被设置，且在FFU2开始运转后，从接近顶棚的门窗或内壁4的上表面朝向下方进行清扫。并且，在装置6中也相同地在洁净棚的清扫结束后进行清扫。尤其，仔细地清扫装置盖、暴露在空间中的部件/配线等。所使用的清洁清扫用具，例如为湿巾、酒精、清洁辊、ULPA吸尘器、鼓风机等。清扫后，根据入室规则，实施入室时间、人员和作业内容的限制、清洁垫的设置等不使清洁度恶化的管理，逐步使管理水平严格，提高清洁度。
并且，为实现本发明所示的高清洁度，装置侧的扬尘对策也很重要。即，除了在洁净棚内形成的(A)下降气流及(B)以循环为基础的气流特性外，为了有效适用(C)整流/导风板及(D)局部抽吸机构，考虑了与数值流体力学(CFD)相关的条件。例如，从扬尘材料/部件的使用、可能阻碍下降气流的结构物、诱发紊乱的结构物、部件彼此的干扰、接触的部件的运转/移动、振动的结构物、空气驱动的机器、通过配线的配管等中空配管以及导管或维护的流线/作业内容/频度、所使用的工具/机器/材料等中，通过使用数值流体力学(CFD)应回避的项目及设计指针，区分应回避的项目。例如，在本发明的(C)及(D)的结构中，各种装置以确保避开了路径线的配线路径、配线等的布线或者容纳在盖内的方式实施而进行充分的清洁。
通过上述结构，可以说通过作为与装置的一体型洁净棚进行产业应用，不仅在装置停止时，而且在运转时也能够提供更稳定地维持高清洁度的环境。
以上，对根据本发明的洁净室的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行适当变更。
产业上的可利用性
与空间的大小无关，作为一种大概稳定的气流特性，本发明的洁净棚能够提供近年来对高清洁度要求不断提高的半导体制造工艺的上游工序(光致抗蚀剂的填充工序等)、有机EL的涂布、密封、贴合工序等高清洁度环境。并且，不仅在新增洁净棚时，而且在改造现有制造工序时也能够选择性地适用本发明的结构。
本发明成为尤其进一步有利于降低在引入批量生产线时产生的巨大成本的棚结构。与以往相比，高清洁度的洁净棚所需的FFU的台数最大削减50％作为原始成本，与此同时，成为还能够期待降低与运行成本相关的电力的节能设计。虽然双重壁等附属部件相关的成本增加，但由于实现了自清洁作用强的鲁棒气流特性，因此能够期待降低产率恶化的风险，并且通过由棚环境恶化引起的运转后的设备停止频度或产率改善所产生的成本低于现有技术。
另外，本发明是不仅是气流的均匀化，而且是温度分布、混合气体浓度分布的均匀化的基础的流场，例如，也能够适用为吹出温度、浓度的均匀化及避免棚内热或高浓度气体的滞留的基本策略，对于需要迅速达到目标温度或目标浓度时有效。
这也是能够应用展开作为具有气密性的循环棚结构的本发明的特征，例如，可以说是除了满足清洁度ISO 3级之外，还充分能够将水分浓度和氧浓度设置为1ppm的气氛的技术。例如，在本机构中适用精密的温度环境、除湿环境或惰性气体环境的情况下，为了使由隔热面板构成的外壁5的气密性更高，能够承受200Pa左右的内压，通过填缝进行密封。并且，对顶部区域的温度和浓度进行控制的气体(SG,Supply Gas：供给气体)通过任意设置的导管或配管流入。通过数值流体力学(CFD)决定流入位置或流速在设置FFU2的顶棚区域内充分混合，在通过FFU2后，以清洁且均匀的温度、水分浓度、惰性气体浓度实现整面下降气流。并且，一部分气体作为RG(Return Gas:返回气体)循环到空调，除湿机，精制机。该导管或配管安装在外壁5的侧壁上，并且在洁净棚内进行相同的气体置换。在本发明的(A)整面吹出以及(B)双重壁循环机构，具备能够扩展到这些用途的程度的基本结构，并且根据实际要求的性能，通过数值流体力学(CFD)来实施由顶棚部的流体的紊流混合、循环位置而引起的洁净棚内部的偏流或滞留预测。如上，本发明除了清洁度之外，对于如温度或除湿、惰性气体环境等环境维持条件更加严格的洁净棚，提供满足这些的洁净棚的基本结构。

Claims (13)

1.一种洁净棚，其特征在于，
利用区划部件对满足ISO 3级至4级的标准甚至要求更高清洁度环境的区域进行区划而局部形成洁净棚，在所述洁净棚的顶棚设置空气清洁机构，将所述空气清洁机构的过滤器占有率设为70％以下，在所述空气清洁机构的过滤器下部设置冲孔板，通过用外壁及内壁覆盖所述洁净棚的至少2个面以上的侧壁而设为双重壁，在所述内壁的下部设置吸入口，从所述吸入口吸入所述洁净棚内的空气，使其通过所述双重壁的间隙，并向所述空气清洁机构循环所述洁净棚内的空气。
2.根据权利要求1所述的洁净棚，其中，
所述空气清洁机构为FFU。
3.根据权利要求1或2所述的洁净棚，其特征在于，
在所述空气清洁机构的过滤器下部200mm以内设置所述冲孔板。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的洁净棚，其特征在于，
在整面设置所述冲孔板。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的洁净棚，其特征在于，
以平均气流速度0.1～0.5m/s供给通过所述冲孔板的空气。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的洁净棚，其中，
地板部不需要开孔的地板。
7.根据权利要求1所述的洁净棚，其特征在于，
所述外壁与所述内壁的间隙为200mm以下。
8.一种洁净棚，其特征在于，利用区划部件对满足ISO 3级至4级的标准甚至要求更高清洁度环境的区域进行区划而局部形成洁净棚，在所述洁净棚内设置装置，并设置所述装置所附带的整流/导风机构，由此将所述装置周围的空气龄设为理想的下降气流的空气龄的理论值的3倍以下。
9.根据权利要求8所述的洁净棚，其特征在于，
在所述装置周围设置局部抽吸机构。
10.一种洁净棚，其特征在于，利用区划部件对满足ISO 3级至4级的标准甚至要求更高清洁度环境的区域进行区划局部形成洁净棚，在所述洁净棚内设置装置，并在装置周围设置局部抽吸机构，由此将所述装置周围的空气龄设为理想的下降气流的空气龄的理论值的3倍以下。
11.根据权利要求9或10所述的洁净棚，其特征在于，
在路径线附近因所述局部抽吸机构产生的向下方流动的气流速度为0.5m/s以下。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的洁净棚，其特征在于，
所述洁净棚内的压力相比所述洁净棚外的压力为正压。
13.根据权利要求12所述的洁净棚，其特征在于，
所述正压为20～40Pa。
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