JP2001217579A - 換気装置、換気方法、及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、クリーンルーム内に設置される半導体製造装
置や半導体検査装置などの電気機器から発生する熱を、
クリーンルーム外へ排出する換気装置に関し、クリーン
ルームの空調システムに負荷を与えずに、電気機器で生
じる熱をクリーンルームの外部へ排熱することを目的と
し、クリーンルームに設置されると共に発熱源となる電
気機器を備えた半導体製造装置に接続し、該電気機器で
発生する熱を排出するためにクリーンルーム外の空気を
該半導体製造装置へ導く導気手段と、該導気手段により
導かれて該電気機器の熱と熱交換された空気をクリーン
ルームの外に排出する排気手段とを備えるよう構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、換気装置に係り、
特に、クリーンルーム内に設置される半導体製造装置や
半導体検査装置などの電気機器から発生する熱を、クリ
ーンルーム外へ排出する換気装置に関する。

【０００２】半導体集積回路は、半導体基板上への酸化
膜の堆積、不純物注入、熱処理、配線金属被着、レジス
トパターニング、エッチングなどの、一連の半導体プロ
セスを経由して形成されることが一般的である。また、
半導体集積回路に形成されるトランジスタやダイオード
などの寸法は非常に小さい。このため、空気中に浮遊し
ている塵（パーティクル）が半導体基板上に付着して影
を作ると、設計通りのパターン形成ができず、回路機能
を発揮できなくなる。そのような問題を避けるため、通
常、半導体製造工程は、周囲環境を無塵状態に近づけた
クリーンルームの内部にて行われる。

【０００３】更に、クリーンルーム内の空気は、半導体
製造装置の製造精度を確保するために、温度と湿度にお
いても所望の範囲となるよう厳密に管理される必要があ
る。

【０００４】半導体製造装置は電気を動力源としてお
り、装置が稼働し出すと、その消費電力で内部の温度が
上昇する。現在の半導体製造装置では、この温度上昇を
抑制するために、十分排熱できる量の空気の流れを装置
内部に発生させることのできる換気装置が必要とされて
いる。

【０００５】

【従来の技術】図６は従来の熱排気装置の構成を示す図
である。５はクリーンルームであり、６はクリーンルー
ム５の床である。また、８はフリーアクセス床である。
１０は半導体製造装置であり、フリーアクセス床８の上
に設置されている。図では２台の半導体製造装置がある
場合を示している。１は電気機器であり、半導体製造装
置１０の内部に収納されている。７は床下空間であり、
フリーアクセス床８とクリーンルーム床６の間の空間
で、図示しない電気配線、給排水配管、プロセスガス配
管、真空配管などを収納している。９は付帯機器室であ
り、クリーンルーム床６の下にあり、図示しない真空ポ
ンプなどの動力機器が収納されている。２０は排気ダク
トであり、半導体製造装置１０の内部の空気を引き出す
ために設けられている。３は集合排気ダクトであり、１
つ或いは複数の排気ダクト２０と接続されている。４は
排気ファンであり、集合排気ダクト３の空気を屋外の大
気中に放出するものである。なお、図中の矢印は空気の
流れを示している。

【０００６】クリーンルーム内部に設置されている半導
体製造装置１０において、内部に収納された電気機器１
は、電気を動力源とし、電気炉の加熱制御をしたり、半
導体基板の搬送、電気的試験などの制御を行うものであ
る。そして電気機器１で消費される電力のほとんどは熱
に変換されることになる。しかしながら発生した熱をそ
のままクリーンルームに放出すると、クリーンルーム内
の温度に影響が生じるため、クリーンルームの空調シス
テムへの負荷が大きくなる。そこで、クリーンルーム内
の空気を半導体製造装置１０の筐体に設けられた吸気用
の穴から取り込み、電気機器１周辺を流れる気流を作
り、電気機器１で発生した熱と熱交換せしめ、排気ダク
ト２０へ排出する。そしてそれぞれの半導体製造装置１
０に繋がった複数の排気ダクト２０の空気を集める集合
排気ダクト３を経由して、排気ファン４によりクリーン
ルーム５内の空気を大気中に放出する。同時にこの排気
ファン４の排気量に見合った新しい空気が、外気から取
込まれる。取り込まれた空気はフィルタで塵を除かれ、
温度及び湿度調整された後に、クリーンルーム空調シス
テムの空気循環に投入される。このようにして、パーテ
ィクルの数、温度、湿度などが一定の範囲内で制御さ
れ、クリーンルームの環境は維持されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のクリーンルーム
の空調システムでは、電気機器で発生する熱は、クリー
ンルーム内の空気とともに大気中に排出する方式のた
め、排出した空気量に見合った新しい空気を外部から導
入する空調処理が必要であった。

【０００８】仮に、半導体製品増産のために半導体製造
装置を増設しようとすると、電気機器で発生する熱量の
増加をカバーできるように、クリーンルームの空調処理
能力および熱排気能力の増強が必要となる。

【０００９】更に、最近の半導体基板の大口径化に伴う
半導体製造装置自体の大型化により、電気機器で発生す
る熱自体も増加し、上述と同様に空調処理能力および熱
排気能力の増強が必要となる。

【００１０】本発明は、クリーンルームの空調システム
に負荷を与えずに、電気機器で生じる熱をクリーンルー
ムの外部へ排熱することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による換気装置
は、クリーンルームに設置された半導体製造装置におい
て、半導体製造装置の電気機器で発生する熱を排出する
ために、クリーンルーム外の空気を電気機器へ導く導気
手段と、導気手段により導かれ電気機器の熱により暖め
られた空気をクリーンルームの外に排出する排気手段と
を備えるようにする。

【００１２】本発明者らは、半導体製造装置の増設又は
大型化等に伴って空調処理能力や熱排気能力の増強が必
要となるのは、クリーンルーム内に設置される半導体製
造装置の電気機器で生じる熱をクリーンルームの空気を
使って熱交換し、外気に排出しているからだという点に
着目した。

【００１３】本発明では、電気機器で生じる熱をクリー
ンルーム内の空気の流れとは独立したクリーンルーム外
の空気の流れを作って排出するため、クリーンルームの
空調システムに負荷を与えない。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の原理構成を示す図
である。図では２台の半導体製造装置がクリーンルーム
内に設置されている場合を示している。図中、図６のも
のと同じものは同一の符号にて示しており、２２は換気
ファン、２３は導気ダクトである。換気ファン２２は本
発明の換気装置における空気の流れを生じるためのもの
であり、クリーンルームの外へ向けた空気の流れを作っ
ている。導気ダクト２３は半導体製造装置１０へクリー
ンルーム外の空気を導くダクトである。なお、図中の矢
印は空気の流れを示している。

【００１５】電気機器１で生じた熱は、導気ダクト２３
を経由して供給されるクリーンルーム外の空気と熱交換
する。熱交換して暖められた空気は、換気ファン２２に
より排気ダクト２０を経由して再びクリーンルーム外へ
排出される。この時使われるクリーンルーム外の空気と
は、例えば付帯機器室の空気のことであり、付帯機器室
では、クリーンルームの空調ほど厳密に温度及び湿度の
調整はしていないが、除湿及び粗い温度調整を行う、低
コスト版の空調パッケージが用いられる。すなわち本発
明では、電気機器１の周辺の暖められた空気の流れが、
クリーンルーム内の空気と独立している。従って、本発
明では、電気機器１で生じる熱が、クリーンルームにお
ける空調システムに対して及ぼす影響を最小限に抑制す
ることができる。また、一般的にクリーンルームは与圧
されていることが多い。このような場合、本換気経路に
おいて、クリーンルーム５との完全な密閉性は不要とな
る。クリーンルーム内の気圧の方が高いため、小さな隙
間ならば、本換気用の空気がクリーンルームへ流れ込む
ことは無い。逆に、クリーンルームの空気が本換気経路
に漏れ出す量は、クリーンルームの空調システムが扱う
量に較べると無視できる。

【００１６】図２は本発明の第１の実施例を示す斜視図
である。

【００１７】図２において、２０は排気ダクト、２１は
排気ダンパー、２２は換気ファン、２３は導気ダクト、
２４は導気ダンパー、２５は導気箱、２６は導気フィル
タであり、これらによって換気装置が構成されている。
１０は半導体製造装置、１１は空調パッケージ、８はフ
リーアクセス床、６はクリーンルームの床である。９は
付帯機器室であり、半導体製造装置１０を真空排気する
ための図示しない真空ポンプなどの動力機器が設置され
ている。

【００１８】本実施例では付帯機器室９がクリーンルー
ム５の床下にある場合を説明している。クリーンルーム
の床６の上方にはフリーアクセス床８がある。フリーア
クセス床８はスノコ状の床であり、半導体製造装置１０
はこのフリーアクセス床８の上に設置される。フリーア
クセス床８とクリーンルームの床６の間には床下空間７
がある。床下空間７には、図示しない電気配線、給排水
配管、プロセスガス配管、真空配管などが設置されてい
る。

【００１９】導気箱２５はクリーンルームの床６の任意
の位置に固定され、付帯機器室９からの空気の導入口と
なる。導気箱２５には導入する空気のパーティクルを除
去するための導気フィルタ２６（例えば、ヘパフィルタ
など）が収納されている。半導体製造装置１０と導気箱
２５とは導気ダクト２３によって接続されており、その
途中には導気ダンパー２４が設けられている。導気ダク
ト２３と導気ダンパー２４の接続に際して、床下空間の
配管・配線などを避けるため、導気ダクト２３は曲げ及
び伸縮自在な構造（例えば、塩化ビニール製フレキシブ
ルダクトなど）である。付帯機器室９から導入された空
気は電気機器で発生した熱と熱交換して暖まり、排気ダ
クト２０と風量調整可能な排気ダンパー２１を経由し
て、クリーンルームの床６の任意の位置に固定された換
気ファン２２により付帯機器室９へ排気される。半導体
製造装置１０と排気ダンパー２１との接続のため、導気
ダクト２３と同様に排気ダクト２０も曲げ及び伸縮自在
な構造である。クリーンルーム内には、上述したような
半導体製造装置が複数台隣接して配置され、個々に導気
系及び排気系が接続されている。なお本実施例では、個
々の半導体製造装置は付帯機器室と直接ダクトで繋がれ
ている。そのため、集合排気ダクトや大型の排気ファン
を必要としない。

【００２０】換気ファン２２から排出された暖まった空
気は、付帯機器室９に拡散し、付帯機器室の室温を変化
させようとする。空調パッケージ１１は付帯機器室９の
空調機であり、クリーンルームで使われる空調機に比べ
空気の処理量が少なく、除湿機能はあるが湿度制御を厳
しく行わないために、安価なものが適用可能である。こ
の空調パッケージ１１を用いて、付帯機器室９の室温変
化を抑えて所望の温度に制御する。

【００２１】ところで半導体製造装置１０をメンテナン
スする場合、換気装置も止めることになる。その際に
は、導気ダンパー２４及び排気ダンパー２１を閉じるこ
とにより、付帯機器室９とクリーンルーム５とを物理的
に分離することが可能である。なお、通常の運用時に
は、電気機器１の発熱量の大小によって、導気及び排気
ダンパーの開閉度合いを変えることにより、排熱のため
の適正風量を得る。

【００２２】従来の半導体製造装置ではクリーンルーム
の空気を吸い込んで、電気機器で生じる熱を排熱してい
たが、本発明では、導気系、半導体製造装置、排気系の
経路でクリーンルーム外の空気を流して排熱するため、
クリーンルームの空調システムに対して負荷とはならな
い。また、従来のクリーンルームの排気システム（大口
径の排気ダクト及び大容量の排気ファンを備えたもの）
に比べ簡便にクリーンルーム外部に排気することができ
る。本発明の換気装置は、半導体製造装置の配置レイア
ウト、設置台数の増加、大型化などの変更にも容易に対
応可能である。

【００２３】図３は半導体製造装置の例を示す斜視図で
あり、熱処理装置の具体例を示している。

【００２４】図２のものと同様、半導体製造装置１０
は、フリーアクセス床８の上に設置されている。１５は
ロードポートで、熱処理前のウェハーをウェハーカセッ
トに収納し、処理後のウェハーを元の位置へ戻すもので
ある。１６はセットアップ部であり、ロードポート１５
からウェハーを一枚づつ取り出し、石英製のボート上に
セットアップし、又、熱処理後のウェハーをウェハーカ
セットに戻すものである。１７は炉体であり、セットア
ップ部１６で装填されたウェハーに対して熱処理を施す
ものである。又、１は電気機器であり、炉体の温度調
整、熱処理時間、ウェハー搬送などの制御回路や電源な
どで構成されており、発熱源となっている。

【００２５】そして、図示していない床下の付帯機器室
９から導気ダクト２３を経由して空気を吸気し、電気機
器１が設置された半導体製造装置１０の筐体内へ送風す
る。送風された空気は、電気機器周辺を流れる間に発生
した熱と熱交換して暖まり、排気ダクト２０を経由して
床下の付帯機器室９へ排気される。

【００２６】従来の熱処理装置ではクリーンルームの空
気を吸い込んで、電気機器で生じる熱を排熱していた
が、本実施例では導気ダクト、熱処理装置と排気ダクト
を流れるクリーンルーム外の空気の流れで排熱するた
め、クリーンルームの空調システムに対して負荷とはな
らない。

【００２７】ところで最近のクリーンルームでは空調さ
れた空気は天井から床下空間へ流れる所謂ダウンフロー
が主流である。しかし、従来は天井裏に空調機を備え、
天井から空調された空気を吐き出すタイプが多数を占め
ていた。図４は従来型のクリーンルームを想定した本発
明の第２の実施例を示す斜視図であり、付帯機器室９が
クリーンルーム５の天井裏にある場合を示している。

【００２８】この場合、導気フィルタ２６を内蔵した導
気箱２５は、クリーンルーム天井裏の付帯機器室の床に
設けられることになる。導気箱２５と半導体製造装置１
０とは、導気ダクト２３により天井を貫通して接続され
ており、その途中には導気ダンパー２４が設けられてい
る。電気機器で発生した熱と熱交換した空気は排気ダク
ト２０、クリーンルームの天井を貫通する排気ダンパー
２１、付帯機器室の床に設置された換気ファン２２を経
由して付帯機器室へ排気される。排出された空気は付帯
機器室に備えられた空調パッケージ１１で冷やされ、所
望の温度の空気に戻される。

【００２９】本実施例においても、電気機器における発
熱に対して、クリーンルームの空調された空気とは独立
した天井裏の付帯機器室の空気で排熱しているため、ク
リーンルームの空調システムには負荷を与えない。

【００３０】図５は本発明の第３の実施例を示す構成図
であり、直接外気を取り込んで電気機器の排熱を行う場
合を示している。この構成は、付帯機器室で空調された
空気をできるだけ使用しない、更に低コスト化を目的と
した換気装置である。図中、図２と同じものは同じ符号
にて示しており、１８は半導体製造装置の内部に設けた
装置内温度計、１９は外気温度計である。

【００３１】本実施例では外気を直接半導体製造装置１
０へ導く導気系が第１の実施例で示した付帯機器室９か
ら導かれる導気系と合流されている。外気または付帯機
器室の空気を半導体製造装置１０へ導き、その取り込ま
れた空気は電気機器周辺で熱交換されて暖まって、排気
ダクト２０、排気ダンパー２１、換気ファン２２を経由
して外気に放出される。

【００３２】外気を取り込む場合、装置内部で結露を生
じないことが重要である。結露は空気の露点よりも低温
の物体表面に水滴として水蒸気が凝縮するものである。
従って、結露を装置内部で生じないようにするには、外
気の露点温度がクリーンルームの内部温度以上の場合
に、外気を取り込まないようにすることが必要である。
露点温度を求めるには温度及び湿度を測定しなければな
らないが、より簡便な方法としては、外気温度計１９の
指示値が装置内温度計１８の指示値より低い場合に外気
の導入すれば、温度測定だけで外気導入の可否を判断で
きる。

【００３３】本実施例によれば、年間の半分近い期間、
外気による冷却が可能で、付帯機器室の空調負荷を軽減
できる。

【００３４】付記 本発明は以下の特徴を有する。 （付記１） クリーンルームに設置されると共に、発熱
源となる電気機器を備えた半導体製造装置に接続し、該
電気機器で発生する熱を排出するために、クリーンルー
ム外の空気を該半導体製造装置へ導く導気手段と、該導
気手段により導かれて該電気機器の熱と熱交換された空
気をクリーンルームの外に排出する排気手段とを備えた
ことを特徴とする換気装置。（請求項１） （付記２） 前記クリーンルームは床下または天井裏に
付帯機器室を備えてなり、前記導気手段及び排気手段は
該付帯機器室に接続されることを特徴とする付記１記載
の換気装置。 （付記３） 前記導気手段は、前記半導体製造装置に供
給される空気中に含まれる塵を除去する導気フィルタを
収納した導気箱と、該供給される空気の流量を制御する
導気ダンパーと、該供給される空気を導く導気ダクトと
を有し、前記排気手段は該半導体製造装置から排出され
る空気を導く排気ダクトと、該排出される空気の流量を
制御する排気ダンパーと、排気ファンとを有することを
特徴とする付記１及び２記載の換気装置。 （付記４） クリーンルームに設置されると共に、発熱
源となる電気機器を備えた半導体製造装置に対し、該電
気機器で発生する熱を排出するために、クリーンルーム
外の空気を該半導体製造装置へ導くと共に、該電気機器
の熱と熱交換された該空気をクリーンルームの外に排出
することを特徴とする換気方法。（請求項２） （付記５） 前記空気を前記半導体製造装置へ導くか、
或いは該空気を該クリーンルームの外へと排出するため
の換気経路における気圧を、該クリーンルームにおける
気圧よりも低くすることを特徴とする付記４記載の換気
方法。 （付記６） 発熱源となる電気機器を内蔵した半導体製
造装置において、該半導体製造装置の筐体に空気の導入
口と排気口とを設け、該電気機器から放出された熱を、
該導入口を介して供給された前記空気により熱交換し、
該空気を該排出口を介して排出することを特徴とする半
導体製造装置。（請求項３）

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体製造装置の電気機器における発生熱をクリーンルー
ムの空調空気と独立して排出しているので、クリーンル
ームの空調負荷に及ぼす影響を抑制することができる。
また、従来例のようにクリーンルームの排気システム
（排気ダクト及び排気ファン）に比べ簡便にクリーンル
ーム外部に排気することができる。

【００３６】また、増産のための半導体製造装置設置台
数の増加や大口径半導体基板処理のための装置の大型化
などによる発熱量の増加に対しても、空調システムとは
独立して排熱しているため、クリーンルームの空調シス
テムの大きな変更無く対処可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理構成を示す図

【図２】 本発明の第１の実施例を示す斜視図

【図３】 半導体製造装置の例を示す斜視図

【図４】 本発明の第２の実施例を示す斜視図

【図５】 本発明の第３の実施例を示す構成図

【図６】 従来の換気装置の構成を示す図

【符号の説明】

１ 電気機器 ３ 集合排気ダクト ４ 排気ファン ５ クリーンルーム ６ クリーンルーム床 ７ 床下空間 ８ フリーアクセス床 ９ 付帯機器室 １０ 半導体製造装置 １１ 空調パッケージ １５ ロードポート １６ ウェハーセットアップ部 １７ 炉体 １８ 装置内温度計 １９ 外気温度計 ２０ 排気ダクト ２１ 排気ダンパー ２２ 換気ファン ２３ 導気ダクト ２４ 導気ダンパー ２５ 導気箱 ２６ 導気フィルタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クリーンルームに設置されると共に、発
   熱源となる電気機器を備えた半導体製造装置に接続し、 該電気機器で発生する熱を排出するために、クリーンル
   ーム外の空気を該半導体製造装置へ導く導気手段と、該
   導気手段により導かれて該電気機器の熱と熱交換された
   空気をクリーンルームの外に排出する排気手段とを備え
   たことを特徴とする換気装置。
2. 【請求項２】 クリーンルームに設置されると共に、発
   熱源となる電気機器を備えた半導体製造装置に対し、 該電気機器で発生する熱を排出するために、クリーンル
   ーム外の空気を該半導体製造装置へ導くと共に、該電気
   機器の熱と熱交換された該空気をクリーンルームの外に
   排出することを特徴とする換気方法。
3. 【請求項３】 発熱源となる電気機器を内蔵した半導体
   製造装置において、該半導体製造装置の筐体に空気の導
   入口と排気口とを設け、該電気機器から放出された熱
   を、該導入口を介して供給された前記空気により熱交換
   し、該空気を該排出口を介して排出することを特徴とす
   る半導体製造装置。