DE3621452C2 - Reinraum - Google Patents

Reinraum

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DE3621452C2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

Die Erfindung betrift einen Reinraum, wie er für die Herstellung von Halbleiterelementen, Präzisionsmaschinen und dgl. verwendet wird.
Aus der DD 145 948 ist eine räumliche Anordnung von Filter­ einheiten zur Lokalisierung eines Laminarstromes bekannt, wobei diese Anordnung nicht für ausgesprochene Reinräume vorgesehen ist, sondern für Labors und Reinheitsbereiche von verschiedenen Industriezweigen. Es sind maximal zwei übereinander liegende Kammern vorhanden, wobei aus der unteren Kammer Luft abgeführt wird. Einzelne Bereiche sind mit Luftfiltern versehen, wobei seitlich von den Luftfiltern Vorhänge, Wandkonstruktionen oder dgl. Luftstrombegrenzungen herabhängen. Die Luftfilter können schräg oder in beliebiger Höhe angeordnet werden. Der Luftstrom in den Laminarbereichen wird am Boden reflektiert bzw. abgelenkt, so daß ein Teil des Luftstromes zurück in den Laminarbereich gelangt. Dies hat zur Folge, daß Staubteilchen aufgrund von Turbulenzen im Luftstrom relativ lange in dem durch die Seiten­ wände begrenzten Bereich verbleiben können.
Aus der JP 59-78 36 A. in Patent Abstracts of Japan, Sect. M. Vol. 8 (1984), Nr. 94 (M-293) und JP 58-127 033 A. in Patent Abstracts of Japan, Sect. M. Vol. 9 (1983), Nr. 240 (M-251) ist jeweils eine Anordnung bekannt, wobei über einem Arbeitstisch ein Filterelement in einer Luftkammer angeordnet ist, in die über ein Gebläse Luft derart eingeblasen wird, daß die Luft über den Arbeitsbereichen durch die Filter austritt. Im Zwischenbereich kann ein weiterer hochwirksamer Filter vorgesehen werden.
Bei Halbleiterfertigungsanlagen hat die Notwendigkeit eines Superreinraumes zuge­ nommen, um den Verbesserungen auf dem Gebiet der Herstellungs­ technik in Verbindung mit der hohen Integration und der Mikrominiaturisierung von superhochintegrierten Schaltungen zu genügen.
Weiterhin hat sich die Notwendigkeit von Reinraumanlagen daraus ergeben, daß dem Fortschritt der Vollautomatisation der Anlagen, der Verbreitung von automatischen Förder­ maschinen, der Einführung von unbemannten Produktionsstraßen usw. genügt werden muß, was mit den Verbesserungen auf dem Gebiet der Herstellungstechnik einhergeht.
Unter den Reinräumen gibt es im allgemeinen solche, die ein Laminarströmungssystem umfassen, bei dem ein hochwirksames Teilchenluftfilter, das als Staubschutzeinrichtung bekannt ist, an der gesamten Deckenfläche angebracht ist, und solche, die ein Turbulenzsystem umfassen, bei dem die hochwirksamen Teilchenluftfilter verteilt angeordnet sind, wobei die Rein­ räume in die Klasse 100, die Klasse 1000 und die Klasse 10000 (Anzahl der Teilchen pro ft³) durch eine Änderung der Blasluftgeschwindigkeit, der Stärke der Belüftung usw. klassifiziert werden können.
Für das System, das einen Reinraum mit einem hohen Reinheits­ grad von wenigstens der Klasse 100 liefert, ist bereits ein vertikales laminares Gesamtflächenströmungssystem vorge­ schlagen worden, wie es in Fig. 2 dargestellt und aus US 3 975 995 bekannt ist, das so aufgebaut ist, daß ein hochwirksames Teilchenluftfilter 1 an der gesamten Deckenflächen angebracht ist, um den vertikalen Luftstrom mit gleichförmiger Luftgeschwindigkeit von einer Versorgungskammer 2 auszublasen, den Luftstrom zu einer Rückführungskammer 3 abzuführen und ihn über eine Klimaanlage 4 zu zirkulieren.
Ein derartiges vertikales laminares Gesamtflächenströmungs­ system hat zwar Vorteile hinsichtlich der Flexibilität und der Beibehaltung einer gleichförmigen Luftströmung, ist jedoch mit den folgenden Schwierigkeiten verbunden:
  • 1) Die Anfangskosten sind sehr hoch, da das hochwirksame Teilchenluftfilter an der gesamten Deckenfläche angebracht werden sollte und eine Klimaanlage benötigt wird, deren Kapazität für den gesamten Luftstrom ausreicht.
  • 2) Die laufenden Kosten sind sehr hoch, da das Gebläse der Klimaanlage für eine Aufnahme des gesamten Luft­ stromes betrieben werden sollte.
  • 3) Die Kapazität des Gebläses ist so groß, daß es zu einer Vibrationsquelle wird.
Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, ist ein System vor­ geschlagen worden, bei dem die Abschnitte, die besonders rein sein müssen, in einer Reihe 5 angeordnet sind, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
Dieses System kann zwar die Anfangskosten und die laufenden Kosten vermindern, da das hochwirksame Teilchenluftfilter nur an den notwendigen Abschnitten angebracht werden muß, zu denen Luft geblasen wird, es ist jedoch mit den folgenden Schwierigkeiten verbunden:
  • 1) Ein Gebläse (6) und eine Leitung (7) in der Decke oder ähnlichem sorgen dafür, daß die Flexibilität und die Stabilität gering und schwierig zu erreichen sind.
  • 2) Die Schwingung des Gebläses wird auf den Boden der Anlage übertragen.
  • 3) Die Luftströmung wird um den Reinreihenbereich herum turbulent.
  • 4) Die Arbeitszeit wird durch die Leitungsausführung und ähnliches verlängert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß problemlos Abschnitte mit hoher Reinheit vorgesehen werden können, so daß sich Reinräume ergeben, die sowohl die Vorteile der beiden bekannten Systeme als auch teilweise verschiedene Reinheitsgrade haben können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Da der Abschnitt, der einen besonders hohen Reinheitsgrad benötigt, durch Unterteilungen bzw. hängende Wände unterteilt ist, um das laminare Gesamtflächenströmungssystem zu liefern, kann ein Bereich mit hoher Reinheit leicht erhalten werden und es können die folgenden Vorteile der beiden bekannten Systeme gemeinsam erreicht werden:
  • 1) Die Auslegung kann leicht dadurch geändert werden, daß die hochwirksamen Teilchenluftfilter und die hängenden Wände verändert werden, so daß ein Vorteil hinsichtlich der Flexibilität erzielt werden kann.
  • 2) Da Leitungen und ein Gebläse in der Decke und in der jeweiligen Kammer fehlen, ergibt sich ein Vorteil hinsichtlich der Wartung.
  • 3) Die Anfangskosten und die laufenden Kosten können dadurch verringert werden, daß die hochwirksamen Teilchenluftfilter nur an den notwendigen Abschnitten angebracht werden und die notwendige minimale Luftströmung zugeführt wird.
  • 4) Die Luftgeschwindigkeit und der Luftstrom können leicht gleichförmig gemacht werden.
  • 5) Die Schwingung des Gebläses kann leicht unterdrückt werden.
  • 6) Da eine Leitungsführung nicht benötigt wird und die Gebläsemontage wenig aufwendig ist, kann die Arbeitszeit kurz gehalten werden.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 in einer schematischen Schnittansicht das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rein­ raums,
Fig. 2 in einer schematischen Schnittansicht einen bekannten Reinraum mit einem laminaren Ge­ samtflächenströmungssystem und
Fig. 3 in einer schematischen Schnittansicht einen bekannten Reinraum mit Freitunnelsystem.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist der Reinraum mit einer unbemannten Halbleiterherstellungskammer R₂ durch eine Glastrennwand 8 abgetrennt. Eine Halbleiterherstellungsvor­ richtung 9 ist in der Kammer R₂ installiert.
Ein Plättcheneingabeteil 9A der Halbleiterherstellungsvor­ richtung 9 und ein automatischer Transportroboter 10 sind Bereiche, an denen das Plättchen der Raumluft ausgesetzt ist. Die wichtigsten Bereiche sind durch Unterteilungen bzw. hängende Wände 11 unterteilt, um eine Kammer R₁ mit einem vertikalen Gesamt­ flächenlaminarströmungssystem der Klasse 100 (Korngröße 0,1 µm) oder einem geringeren Reinheitsgrad zu bilden.
Die innere Kammer R₂, in der das Plättchen der Raumluft nicht ausgesetzt ist, ist ein wichtiger Bereich, in dem sich die Herstellungsvorrichtung 9 befindet und der dementsprechend die Klasse 1000 (Korngröße 0,3 µm) oder einen niedrigeren Rein­ heitsgrad für den Turbulenzsystemraum hat.
Außerhalb der Kammer R₂ ist ein allgemeiner Bereich R₃, in dem Arbeiter arbeiten und der die Klasse 1000 (Korngröße 0,5 µm) der Reinheit des Turbulenzsystems hat.
Die jeweiligen Kammern bzw. Bereiche R₁, R₂ und R₃ benutzen dieselbe Ver­ sorgungskammer 2 und dieselbe Rückführkammer 3.
Die hängende Wand 11 ist eine antistatische Platte aus Kunststofff im Abstand von 20 bis 30 mm von der Herstellungs­ vorrichtung 9, so daß sie an einer Wand gehalten ist, auf der sich die Vorrichtung 9 nicht befindet.
In der Kammer R₂ befinden sich weiterhin mehrere hochwirksame Teilchenluftfilter 1 neben der hängenden Wand 11.
Der Reinheitsgrad jeder der Räume ist dabei durch die Spazifikation, die Anzahl, die Einstellung des Prozeßluft­ stromes (Anzahl der Belüftungen), des eingebauten hoch­ wirksamen Teilchenluftfilters 1 usw. bestimmt.
Bei einem speziellen Beispiel können die folgenden Werte vorgesehen sein:
Kammer R₁ (laminare Gesamtflächenströmung): Anzahl der Be­ lüftungen 480/h (Blasluftgeschwindigkeit: 0,4 m/s),
Kammer R₂ (Turbulenz): Anzahl der Belüftungen 50/h,
Kammer R₃ (Turbulenz): Anzahl der Belüftungen 30/h.
Es reicht gleichfalls ein gleichförmiger Druck in der Ver­ sorgungskammer 2 aus, um eine gleichförmige Blasluftge­ schwindigkeit zu erzielen. Dazu ist das Volumen der Kammer in ausreichendem Maße vergrößert, um 1,5 m oder mehr der Höhe der Kammer 2 zu bilden, die Blasluftgeschwindigkeit für die Kammer 2 von im allgemeinen 7 bis 8 m/s auf 4 m/s oder weniger herabzusetzen und einen weiter gleichförmigen Blasluftstrom zu erhalten.
Da ein Teil der Rückführungskammer 3 in der Nähe der Klimaanlage 4 Luft ansaugen kann und ein Teil, der von der Klimaanlage 4 entfernt ist, keine Luft ansaugen kann, wird der Widerstand der Ansaugöffnung in der Nähe der Klima­ anlage für die Rückführungskammer 3 erhöht und es wird der Widerstand der Ansaugöffnung von der Klimaanlage 4 ent­ fernt verringert.
Dazu ist ein Verschluß 13 mit einem Filter in einer Öffnung eines Bodenrostes 12 vorgesehen, um den Gesamtwiderstand zu liefern, während der Ansaugwiderstand für jeden Bereich reguliert wird, um einen gleichförmigen Ansaugluftstrom zu erzielen.
Durch eine Änderung der Spezifiktion, der Anordnung, der Anzahl der Filter, der Verschiebung der hängenden Wand 11 usw. kann eine Änderung in der Auslegung der Her­ stellungsvorrichtung leicht erreicht werden.

Claims (5)

1. Reinraum mit folgenden Merkmalen:
zwischen Seitenwänden sind eine durchgehende obere und eine durchgehende untere Kammer (2, 3) sowie eine dazwischen­ liegende mittlere Kammer (R) ausgebildet,
  • - die Decke der mittleren Kammer (R) wird durch den Boden der oberen Versorgungskammer (2) und der Boden der mittleren Kammer (R) wird durch die luftdurch­ lässige Decke der unteren Rückführungskammer (3) gebildet,
  • - in der Decke der mittleren Kammer (R) sind hochwirk­ same Teilchenfilter (1) unterschiedlicher Bauart angeordnet,
  • - die durch den Boden der mittleren Kammer (R) abge­ saugte Luft wird in einer Klimaanlage (4) wieder aufbereitet und in die durchgehende obere Versor­ gungskammer (2) rezirkuliert,
  • - in der mittleren Kammer (R) ist durch Glastrennwände (8), die sich zwischen Decke und Boden der mittleren Kammer (R) erstrecken, eine innere unbekannte Kammer (R₂) ausgebildet,
  • - die Glastrennwände (8) sind mit Abständen von den Seitenwänden der mittleren Kammer (R) angeordnet,
  • - von der Decke der inneren Kammer (R₂) hängt in einem Abstand von den Glastrennwänden (8) wenigstens eine Unterteilung (11) herab, die mit der Glastrennwand (8) eine Reinzone (Kammer R₁) begrenzt,
  • - der hochwirksame Teilchenfilter (1) im Bereich der Reinzone (Kammer R₁) läßt einen höheren Luftdurchsatz zu als die Teilchenfilter im übrigen Bereich der mittlerem Kammer (R).
2. Reinraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsführung durch die Teilchenfilter so aus­ gebildet ist, daß in der Reinzone (Kammer R₁) laminare Strömung und im übrigen Bereich der mittleren Kammer (R) turbulente Strömung vorliegt.
3. Reinraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im luftdurchlässigen Boden der mittleren Kammer (R) ein Verschluß (13) mit einem Filter zur Steuerung des Durchsatzes vorgesehen ist.
4. Reinraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung (11) aus einer antistatischen Platte besteht.
5. Reinraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung (11) durch den Boden der mittleren Kammer (R) an einer Stelle gestützt ist, an der keine Arbeitsvorrichtung vorhanden ist.
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