JP2004218919A

JP2004218919A - クリーンルーム

Info

Publication number: JP2004218919A
Application number: JP2003006096A
Authority: JP
Inventors: Matsuo Kamiya; 松雄神谷; Junta Hirata; 順太平田
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP3991271B2

Abstract

【課題】省設備化、省エネルギ化を図りつつ、床下チャンバから室内への空気の逆流を防止する。
【解決手段】天井面１８から吹き出した清浄空気３６を通気性のグレーチング床２２で仕切られた床下チャンバ２４に向けて流すようにしたクリーンルーム１２において、グレーチング床２２の近傍位置に空気の流れ方向又は速度を検出するセンサとして差圧計４２を配置し、差圧計４２で検出される差圧が一定範囲内となるように室圧調整用のＦＦＵ４０から吹き出す清浄空気の流量を調整する制御手段４４を設けた。制御手段４４は差圧計４２及び微粒子計４６の双方の検出値に応じてＦＦＵ４０から吹き出す清浄空気の流量を調整するようにしてもよい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクリーンルームに係り、特に半導体製造などの工業用分野で用いられるクリーンルームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用などのクリーンルームでは、プロセス配線などの微細加工のためにクリーンルーム室内を高清浄に維持する必要がある。そのため、天井全面にファンフィルタユニット（以下、ＦＦＵという。）などの清浄空気吹出装置を多数配置した全面層流式のクリーンルームが主流を占めていた。しかしながら、全面層流式のクリーンルームはＦＦＵの設置数が多くなるので、イニシャルおよびランニングコストが莫大にかかる問題を抱えている。そこで、ＦＦＵなどの清浄空気吹出装置の設置台数を削減するための工夫が試みられている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
図４はこのような工夫されたクリーンルームの一例を示す断面図である。クリーンルーム１は内壁２で囲われた室内３と、天井面４の上方の天井チャンバ５と、通気性のグレーチング床６の下方の床下チャンバ７と、天井チャンバ５と床下チャンバ７とを連絡するレターンスペース８とによって建屋が構成されている。天井面４には全面ではなく削減された個数で複数のＦＦＵ９が設置されている。また、室内３には複数の局所清浄化装置１０が適所に設置されている。局所清浄化装置１０は天井部に高性能なＦＦＵ１１を備えている。
【０００４】
天井チャンバ５内の空気はＦＦＵ９によって浄化され、清浄空気として天井面４から室内３に吹き出される。このため、室内３は比較的清浄に維持される。局所清浄化装置１０では室内３の空気をＦＦＵ１１から取り込み、高度に浄化した清浄空気を局所清浄化装置１０の内部空間に送り込む。したがって、室内３には比較的清浄に維持された一般清浄領域と高度に清浄化された局所清浄領域の２種類の領域が存在することになる。室内３及び局所清浄化装置１０からの空気はグレーチング床６を通過して床下チャンバ７に至り、次いでレターンスペース８を経て循環利用される。
【０００５】
このようなクリーンルーム１においては、半導体製造などで高度に清浄な環境が要求される工程を局所清浄領域で行い、左程でもない工程を一般清浄領域で行う。このため、設置するＦＦＵ９とＦＦＵ１１の総数を全面層流式のクリーンルームに比べて大幅に削減しつつ、それぞれの工程で要求される清浄レベルを満足させることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８２９７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したクリーンルーム１での技術思想を徹底すると新たな課題が発生する。図５はその典型的な事例の説明図である。本図は図４で示したクリーンルーム１をモデルとしており、前記室内３において局所清浄領域の占める比率が大きい場合のケースである。このケースでは、ＦＦＵ９から吹き出す清浄空気の総風量Ｑ_１を１００量とし、また，ＦＦＵ１１によって室内３から局所清浄化装置１０の内部空間に送り込む総風量Ｑ_２を１２０量とする。すると、室内３では供給される空気量が不足し、２０量の空気Ｑ_３が床下チャンバ７から室内３に逆流することになる。また、床下チャンバ７では局所清浄化装置１０から流入した１２０量の空気Ｑ_２の内、２０量が室内３に逆流し、残りの１００量の空気Ｑ_４が循環空気として天井チャンバ５に循環されることになる。
【０００８】
床下チャンバ７から室内３への逆流が起きると、逆流自体が室内３の気流分布を大きく乱し、汚染の原因となる。さらに、床下チャンバ７内には通常、ポンプ、薬品槽、配管類などが配置されており、これらの付帯設備の表面に堆積、付着していた塵埃が逆流空気とともに舞い上がって室内３に流入するので汚染が著しく進む。このような逆流による汚染の問題は、クリーンルームの省設備化、省エネルギ化を推し進めて限界設計に近づけようとすればするほど避けて通れない重要な課題であった。
【０００９】
本発明の目的は上記従来技術の課題を解決し、省設備化、省エネルギ化を図りつつ、床下チャンバから室内への空気の逆流を防止することができるクリーンルームを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係るクリーンルームは、天井面から吹き出した清浄空気を通気性の床で仕切られた床下チャンバに向けて流すようにしたクリーンル−ムにおいて、前記床の近傍位置に空気の流れ方向又は速度を検出するセンサを配置し、前記センサの検出値に応じて前記天井面から吹き出す清浄空気の流量を調整する制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るクリーンルームは、前記センサが前記床を境とした上下空間の差圧を検出することによって間接的に空気の流れ方向又は速度を検出する差圧計であり、前記制御手段は前記差圧計で検出される差圧が一定範囲内となるように、前記天井面から吹き出す清浄空気の流量を調整するようにされたことを特徴とする。なお、本発明において「速度」という用語は、方向と速さの両方の概念を備えたベクトル量を意味するものとする。
【００１２】
また、本発明に係るクリーンルームは、前記床の近傍位置に空気中の微粒子数を検出する微粒子計を配置し、前記制御手段は前記センサ及び前記微粒子計の双方の検出値に応じて前記天井面から吹き出す清浄空気の流量を調整するようにされたことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
本発明によれば、床の近傍位置に空気の流れ方向又は速度を検出するセンサを配置し、センサの検出値に応じて前記天井面から吹き出す清浄空気の流量を調整する制御手段を設けたので、この制御手段によって床の近傍位置の空気の流れが常に下降方向となるように制御すれば、床下チャンバから室内への空気の逆流を確実に防止することができる。具体的には、床を境とした上下空間の差圧が一定範囲内となるように制御する。また、制御手段が前記センサ及び微粒子計の双方の検出値に応じて天井面から吹き出す清浄空気の流量を調整するようにすれば、より一層、緻密な制御が可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るクリーンルームの第１実施形態を示す断面図である。クリーンルーム１２は外壁１３と内壁１４とを有する二重構造とされている。外壁１３の内部は、内壁１４で囲われた室内１６と、天井面１８の上方の天井チャンバ２０と、通気性のグレーチング床２２の下方の床下チャンバ２４と、天井チャンバ２０と床下チャンバ２４とを連絡するレターンスペース２６とによって構成されている。天井面１８には全面ではなく削減された個数で複数のＦＦＵ３０が設置されている。また、室内１６には複数の局所清浄化装置３２が適所に設置されている。局所清浄化装置３２は天井部に高性能なＦＦＵ３４を備えている。
【００１５】
天井チャンバ２０内の空気はＦＦＵ３０によって浄化され、清浄空気３６として天井面１８から室内１６に吹き出される。このため、室内１６は比較的清浄に維持される。局所清浄化装置３２では室内１６の空気をＦＦＵ３４から取り込み、高度に浄化した清浄空気を局所清浄化装置３２の内部空間に送り込む。したがって、室内１６には比較的清浄に維持された一般清浄領域と高度に清浄化された局所清浄領域の２種類の領域が存在することになる。室内１６及び局所清浄化装置３２からの空気はグレーチング床２２を通過して床下チャンバ２４に至り、次いでレターンスペース２６を経て循環利用される。
【００１６】
以上の構成は図４に示した従来技術に係るクリーンルーム１の構成と実質的に同一であり、このようなクリーンルーム１２においては、半導体製造などで高度に清浄な環境が要求される工程を局所清浄領域で行い、左程でもない工程を一般清浄領域で行う。このため、設置するＦＦＵ３０の総数を全面層流式のクリーンルームに比べて大幅に削減しつつ、それぞれの工程で要求される清浄レベルを満足させることができる。
【００１７】
本実施形態においては上記の構成に加えて、天井面１８には要所に室圧調整用のＦＦＵ４０が配置されている。このＦＦＵ４０の駆動用モータはインバータを備え、回転数を変更することにより送風量を調整することができる。また、代表された位置のグレーチング床２２の近傍にはこのグレーチング床２２を境とした上下空間の差圧を検出する差圧計４２が配置されている。差圧計４２の検出値は制御手段４４に送信され、制御手段４４では差圧計４２で検出される差圧が一定範囲内となるように、室圧調整用のＦＦＵ４０から吹き出す清浄空気の流量を調整することができる。
【００１８】
上記の構成において、ＦＦＵ３０は装置の単純化、低コストの観点から定風量式のものが採用されており、常時は定数のＦＦＵ３０が稼動して室内１６に一定量の清浄空気を供給している。一方、局所清浄化装置３２に設置されたＦＦＵ３４は負荷に応じて送風量を調整できる変風量式のものが採用されている。したがって、複数の局所清浄化装置３２が室内１６から吸い込む空気の総量は半導体などの製品の生産計画に応じて、時間、日、月単位で変動する。このため、局所清浄化装置３２が室内１６から吸い込む空気の総量が少ない時には、室内１６の気流分布は比較的安定し、全面下降流の様相を示す。一方、総量が多い時には室内１６の気流分布が乱れ、床下チャンバ２４から室内１６への逆流が発生する可能性が大きくなる。
【００１９】
そこで、本実施の形態では逆流が最も発生しやすい位置に差圧計４２を配置し、グレーチング床２２を境とした上下空間の差圧を検出している。気流は圧力が高い方から低い方へと流れる。したがって、グレーチング床２２を境とした室内１６側の圧力から床下チャンバ２４側の圧力を差し引いた差圧Ｐｄｉがプラスであれば、この位置では空気は正常な下降流である。逆に、差圧Ｐｄｉがマイナスであれば、この位置では空気は上昇流であり、逆流が発生している。そこで、制御手段４４では差圧計４２で検出される差圧Ｐｄｉがプラス側のなるべく低い範囲を維持するように、室圧調整用のＦＦＵ４０から吹き出す清浄空気の流量を調整する。すなわち、差圧Ｐｄｉがマイナスか、又は零に近いときは、制御手段４４はＦＦＵ４０から吹き出す清浄空気の流量を増加させる。すると、天井面１８から吹き出す清浄空気の総流量がその分、増加し室内１６全体の気流分布が安定した下降流を形成し、床下チャンバ２４からの逆流を防止又は解消することができる。また、差圧Ｐｄｉが十分に大きいときは、制御手段４４はＦＦＵ４０から吹き出す清浄空気の流量を減少させる。すると、天井面１８から吹き出す清浄空気の総流量がその分、減少し、室内１６全体の気流分布を安定な下降流に維持しつつ、省エネルギ運転を行うことができる。
【００２０】
前記したように、差圧計４２は逆流が最も発生しやすい位置に配置されるが、この位置が特定できない場合や、複数位置で逆流が発生する恐れがある場合には、逆流の可能性がある複数位置に差圧計４２を配置し、制御手段４４では複数の差圧計４２で検出される差圧のいずれもが一定範囲内となるように、室圧調整用のＦＦＵ４０から吹き出す清浄空気の流量を調整するようにしてもよい。
【００２１】
また、代表された位置のグレーチング床２２の近傍に空気中の微粒子数を検出する微粒子計４６を配置し、制御手段４４では差圧計４２及び微粒子計４６の双方の検出値に応じて、室圧調整用のＦＦＵ４０から吹き出す清浄空気の流量を調整することもできる。すなわち、差圧計４２で検出される差圧Ｐｄｉがプラス側の適正な範囲にあっても、例えば室内１６の特定位置で激しい発塵があると、近傍の空気中の微粒子数が適正値を逸脱する場合がある。このような場合には発塵が予想される位置のグレーチング床２２の近傍に微粒子計４６を配置しておき、検出される空気中の微粒子数が適正値を超えたときには、差圧Ｐｄｉが適正な範囲にあっても制御手段４４では室圧調整用のＦＦＵ４０から吹き出す清浄空気の流量を増加させる。このような方法によれば、室内１６における要所の気流方向と微粒子数の双方を適正に維持した、より一層緻密な制御が可能になる。
【００２２】
なお、本実施形態における前記差圧計４２で検出される差圧Ｐｄｉは、その位置での気流の方向と流速を把握する指標として利用される。したがって、本発明では差圧計に換えて風向計や速度計などの空気の流れ方向又は速度を検出できる他のセンサを用いるようにしてもよい。また、グレーチング床２２は通気性の床であればよく、グレーチングに換えて多孔板を敷き詰めた多孔床を用いるようにしてもよい。
【００２３】
図２は本発明に係るクリーンルームの第２実施形態を示す断面図である。本図において、図１と同一の符号を付した要素は前記第１実施形態で説明した要素と同一の機能を有している。この第２実施形態のクリーンルーム１２Ａでは天井面１８に配置された複数のＦＦＵ３０Ａのそれぞれがインバータを備え、回転数を変更することにより送風量を調整することができる変風量式とされている。制御手段４４Ａでは、差圧計４２で検出される差圧が一定範囲内となるように、ＦＦＵ３０Ａから吹き出す清浄空気の流量を調整する。
【００２４】
制御の方法は大別して２つの方法がある。第１の方法は複数のＦＦＵ３０Ａのすべてが同一の送風量となるように一括制御する方法である。この方法は制御が簡単であり、室内１６の上部空間の気流分布が安定する利点がある。第２の方法は複数のＦＦＵ３０Ａのそれぞれの送風量を個別制御する方法である。この方法は差圧計を複数位置に配して、複数地点での差圧に基づいて特定の領域への送風量を特に増強したい場合に有効である。ただし、大規模のクリーンルームでは削減されたとはいえ数百基又は数千基もあるＦＦＵ３０Ａのすべてを個別に制御することは現実的でない。このようなケースでは前記２つの方法の利点を生かし、ＦＦＵ３０Ａを複数の領域ごとにグループ化し、１つの領域内でグループ化された複数のＦＦＵ３０Ａを一括制御するとともに、各領域別に送風量を個別制御する方法が好ましい。
【００２５】
図３は本発明に係るクリーンルームの第３実施形態を示す断面図である。本図において、図１と同一の符号を付した要素は前記第１実施形態で説明した要素と同一の機能を有している。この第３実施形態のクリーンルーム１２Ｂでは天井面１８には、定常運転用の複数の定風量式ＦＦＵ３０と室圧調整用の複数の変風量式ＦＦＵ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが配置されている。また、室内１６には第１、第２実施形態に示した局所清浄化装置は配設されていないが、それに代わって有害ガス発生装置５２が存在している。これらの有害ガス発生装置５２から発生する有害ガスが室内１６に放散又は再循環しないように、有害ガスを専用のダクト５４を介して排気ファン５６によってクリーンルーム１２Ｂ外へ排気している。この有害ガスの排気の際に有害ガス発生装置５２の図示しないフードエリアを負圧に維持する必要があり、フードの開口部から室内１６の空気が多量に吸引排気される。このため、有害ガス発生装置５２の近傍では気流の乱れが発生し、その程度が進むと床下チャンバ２４から室内１６への空気の逆流が発生する。
【００２６】
そこで、本実施形態ではグレーチング床２２直下の床下チャンバ２４の複数位置に風向を検出するセンサ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを設けている。これらのセンサ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの設置位置は、前記室圧調整用のＦＦＵ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの設置位置に対応している。センサ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃで検出された各地点の風向は制御手段４４Ｂに送信され、制御手段４４Ｂでは受信した各位置の風向に基づいてＦＦＵ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの送風量を調整する。すなわち、各位置の風向がすべて明確な下降流の時には室内１６全体の気流分布が正常であると判断されるのでＦＦＵ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの送風量をそのままの状態で維持するか又は省エネルギを目的として少し減少させる。また、いずれかの位置、例えばセンサ５０Ａで検出される風向が明確な下降流でない時には逆流の可能性が大きくなるので、センサ５０Ａに対応したＦＦＵ４０Ａの送風量を増加させる。センサ５０で検出される複数位置での風向が明確な下降流でない時には、各センサ５０に対応した複数の室圧調整用のＦＦＵ４０の送風量を増加させる。
【００２７】
この第３実施形態によれば、有害ガスの排気の際に室内１６の空気が多量に吸引排気されるクリーンルーム１２Ｂにおいても、天井面１８に設置する定常運転用のＦＦＵ３０の数を大幅に削減して省設備化、省エネルギ化を図りつつ、床下チャンバ２４から室内１６への空気の逆流を防止することができる。また、要所に設置した室圧調整用の複数の各ＦＦＵ４０に対応して、センサ５０を設けたのでＦＦＵ４０毎にきめの細かい制御を実現することができる。また、センサ５０を床下チャンバ２４側に設けたので、室内１６では設置機器のレイアウトや作業性の自由度が制約を受けない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、床の近傍位置に空気の流れ方向又は速度を検出する差圧計などのセンサを配置し、センサの検出値に応じて天井面から吹き出す清浄空気の流量を調整する制御手段を設けた。この制御手段によって床の近傍位置の空気の流れが常に下降方向となるように制御すれば、床下チャンバから室内への空気の逆流を確実に防止することができる。また、前記センサ及び微粒子計の双方の検出値に応じて天井面から吹き出す清浄空気の流量を調整するようにすれば、より一層、緻密な制御が可能になる。このため、省設備化、省エネルギ化を図りつつ、信頼性の高いクリーンルームを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクリーンルームの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るクリーンルームの第２実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明に係るクリーンルームの第３実施形態を示す断面図である。
【図４】従来技術に係るクリーンルームの一例を示す断面図である。
【図５】従来技術の課題を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１２………クリーンルーム、１３………外壁、１４………内壁、１６………室内、１８………天井面、２０………天井チャンバ、２２………グレーチング床、２４………床下チャンバ、２６………レターンスペース、３０………ＦＦＵ、３２………局所清浄化装置、３４………（局所清浄化装置用の）ＦＦＵ、４０………（室圧調整用の）ＦＦＵ、４２………差圧計、４４………制御手段、４６………微粒子計、５０………センサ、５２………有害ガス発生装置、５４………ダクト、５６………排気ファン。

Claims

天井面から吹き出した清浄空気を通気性の床で仕切られた床下チャンバに向けて流すようにしたクリーンルームにおいて、前記床の近傍位置に空気の流れ方向又は速度を検出するセンサを配置し、前記センサの検出値に応じて前記天井面から吹き出す清浄空気の流量を調整する制御手段を設けたことを特徴とするクリーンルーム。
前記センサは前記床を境とした上下空間の差圧を検出することによって間接的に空気の流れ方向又は速度を検出する差圧計であり、前記制御手段は前記差圧計で検出される差圧が一定範囲内となるように、前記天井面から吹き出す清浄空気の流量を調整するようにされたことを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム。
前記床の近傍位置に空気中の微粒子数を検出する微粒子計を配置し、前記制御手段は前記センサ及び前記微粒子計の双方の検出値に応じて前記天井面から吹き出す清浄空気の流量を調整するようにされたことを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム。