JP2006162090A

JP2006162090A - 局所清浄化装置及びクリーンルーム

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Publication number: JP2006162090A
Application number: JP2004349542A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Kure; 得男久禮; Junta Hirata; 順太平田; Yasuhiro Kashirajima; 康博頭島; Takumi Sugiura; 匠杉浦
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2024-12-02
Also published as: JP4656296B2

Abstract

【課題】製造機器の周辺を周囲の汚染から防護するとともに、製造機器自身から発生する汚染を他の領域に拡散させない。
【解決手段】クリーンルーム内に設置された精密品製造機器２４の周辺の空気を吸い込む中央吸気口４２と、この中央吸気口４２から吸い込んだ空気を清浄化するＦＦＵ４４と、中央吸気口４２を囲むように配置されてＦＦＵ４４からの清浄空気を製造機器２４に向けて送風する送風口５２と、中央吸気口４２に一端が接続し、他端が製造機器２４側に伸長して開口した吸い込みダクト５４とを具備している。また、チャンバ４０には製造機器から離れた位置からのクリーンルーム内空気を取り込み可能な給気口５６が接続している。
【選択図】図１

Description

本発明は局所清浄化装置及びクリーンルームに係り、精密品製造機器の周囲を局所的に清浄化する場合に好適な局所清浄化装置及びこの局所清浄化装置を配置したクリーンルームに関する。

半導体ウェハなどの精密品を生産する場合には、精密品に空気中の塵埃やガス状のケミカル成分が付着すると製品不良の原因になる。このため、各種の処理、加工を行うための製造機器を高清浄に維持したクリーンルーム内に設置することが一般に行われている。しかしながら、製造機器を多数設置したクリーンルーム大空間を常に高清浄に維持するためには、クリーンルームの建設費、運転費が莫大となり、精密品の製造コストが増大する。そこで、近年にはミニエンバイロ方式のクリーンルームが採用されるようになってきた。

図１１はミニエンバイロ方式のクリーンルームを例示した側断面図である。本方式のクリーンルーム１は天井に設置するＦＦＵ(ファンフィルタユニット)３の台数を削減することによって内部の清浄度を緩和し、クリーンルーム１のコスト低減を図っている。半導体ウェハなどの精密品は密閉容器４に収納して搬送車５で搬送し、製造機器２への移載室（ミニエンバイロ室）６のみを局所的に高清浄することによって、精密品への塵埃やケミカル成分の付着を防ぐようにしている。この方式では通常時は精密品に対する環境を高清浄に保つことができる。しかしながら、製造機器２の保守作業のために製造機器２の内部を開放した場合には、清浄度が低いクリーンルーム雰囲気によって製造機器２の内部が汚染され、ひいては保守作業の後に取り扱われる精密品が汚染されるという問題がある。また、製造機器２自体も内部に反応生成物である塵埃や残留ガスなどを持つ。このため、製造機器２の内部を開放した際にこれらの物質がクリーンルーム１内に拡散して他の製造機器２や精密品を汚染させるという問題がある。

特許文献１には製造機器からの汚染物質の拡散を防止するためのクリーンルームの構造が開示されている。図１２にその概要を示す。クリーンルーム１１は天井面の全面がフィルタユニット１２で覆われており、空調機１３によって温湿度を調和した空気を天井空間→クリーンルーム１１→床下空間の順に循環させることにより、クリーンルーム１１全体の清浄度が保たれている。クリーンルーム１１内に熱気流などの上昇気流Ｗを発生させる製造機器１５が配置された場合に、上昇気流Ｗに伴う汚染物質の拡散が懸念される。そこで製造機器１５上方のフィルタユニット１２の裏側に吸気口１６を配し、この吸気口１６に接続した吸気ファン１８によって上昇気流Ｗを吸気口１６から吸引する。吸気ファン１８の吐出側には送風口１７が配されており、吸気した気流を送風口１７を介して下降気流Ｚとしてクリーンルーム１１に戻す。

このような構成によって、上昇気流Ｗの拡散を抑制する。また、上昇気流Ｗ中の汚染物質はフィルタユニット１２を通過する際に除去され、清浄な下降気流Ｚが製造機器１５の周囲を覆うエアカーテンとしての役割を果たす。
特開平８−２４７５１２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたクリーンルーム１１では、製造機器１５からの上昇気流が無いか又は弱い場合には、図１３に示したように吸気口１６には送風口１７から出た直近の空気Ｘが吸い込まれ、製造機器１５の上方では滞留Ｙが生じ、製造機器１５からの汚染を速やかに除去することができない欠点がある。滞留した気流の一部はやがて周辺の下降気流Ｚに誘引されて空調機１３や他の製造機器へ流れ込んでクリーンルーム１１全体の汚染を招くという欠点がある。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を改善し、クリーンルーム内に設置された個々の精密品製造機器の周辺を周囲の汚染から防護するとともに、製造機器自身から発生する汚染を他の領域に拡散させない局所清浄装置並びにクリーンルームを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る局所清浄装置は、クリーンルーム内に設置された精密品製造機器の周辺の空気を吸い込む中央吸気口と、この中央吸気口から吸い込んだ前記空気を清浄化する空気清浄化手段と、前記中央吸気口を囲むように配置されて前記空気清浄化手段からの清浄空気を前記製造機器に向けて送風する送風口と、前記中央吸気口に一端が接続し、他端が前記製造機器側に伸長して開口した吸い込みダクトとを具備したことを特徴とする。

また、本発明に係る局所清浄装置は、前記空気清浄化手段には前記製造機器から離れた位置からの外部空気を取り込み可能な給気口が接続し、前記空気清浄化手段は当該給気口から取り込んだ外部空気と前記中央吸気口から吸い込んだ前記汚染空気の合流空気を清浄化して前記送風口に送り込むようにされたことを特徴とする。

上記構成の局所清浄装置は、前記吸い込みダクトの有効口径をｗ、吸い込みダクトの平均吸い込み風速をｖ１、送風口の平均吹き出し風速をｖ２とした時に、前記吸い込みダクトの他端開口と前記製造機器の表面との距離ｄが式ｄ≦２・ｗ・ｖ２／ｖ１を満足するように調整されたことが望ましい。また、上記構成の局所清浄装置は、前記クリーンルーム内を移動可能にすることができる。
また、本発明に係るクリーンルームは、上記構成の局所清浄化装置が内部に配置されたことを特徴とする。

本発明の局所清浄化装置によれば、低清浄なクリーンルームであっても必要な箇所に本装置を固定配置又は移動配置することによって、製造機器の周辺を周囲の汚染から防護するとともに、製造機器自身から発生する汚染を他の領域に拡散させない。このため、製造機器の保守作業時などおいても製造機器の環境を高清浄に保つことができる。また、製造機器相互間の汚染の防止、作業者の安全の確保に有効である。さらに本発明のクリーンルームによれば、当該局所清浄化装置を必要な時にのみ稼動させるか、又は必要な箇所に移動して使用することができるので、クリーンルーム全体の清浄度を常時高く保つ必要がない。このため、クリーンルームの運転コストを削減できる。

図１は本発明に係る局所清浄化装置の第１実施形態を示す側断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。当該局所清浄化装置２０は、図３に示したようにクリーンルーム２２内に設置された精密品製造機器２４の近傍に配置される。クリーンルーム２２は例えばミニエンバイロ方式のクリーンルームであり、天井２６には削減された数のＦＦＵ(ファンフィルタユニット)２８が設置され、クリーンルーム２２内に向けて清浄空気を吹き出す。この清浄空気は通気性の床面３０を通過した後に、大部分は循環路３２から天井空間に戻り、一部は空調機３４によって温湿度が調整された後にダクト３５を介して天井空間に戻り、ＦＦＵ２８によって清浄空気として循環される。

局所清浄化装置２０は製造機器２４の直上位置に支持部材３６によってクリーンルーム２２の天井２６から吊り下げられる。当該局所清浄化装置２０は箱状のチャンバ４０の下面中央部に中央吸気口４２を有し、この中央吸気口４２を取り囲むようにして空気清浄化手段である４基のＦＦＵ４４がチャンバ４０内に収められている。各ＦＦＵ４４は上部のファン４６の下方にケミカルフィルタ４８、エアフィルタ５０を積層した構成とされる。エアフィルタ５０の下面は送風口５２とされ、この送風口５２からＦＦＵ４４によって清浄化された清浄空気が製造機器２４に向けて下向きに送風される。中央吸気口４２には吸い込みダクト５４の一端がスライド自在に接続し、この吸い込みダクト５４の他端が製造機器側に伸長して開口している。吸い込みダクト５４の他端開口と製造機器２４の表面との距離ｄは、吸い込みダクト５４の一端を上下方向にスライドさせることによって調整することができる。

チャンバ４０の上面中央部には給気口５６が設けられ、製造機器２４から離れた位置からのクリーンルーム２２内の空気を取り込み可能とされる。給気口５６にはダンパ５８が取り付けられており、ダンパ５８の開度を変化させることによって、給気口５６からの空気取り込み量を調整することができる。

上記構成の局所清浄化装置２０は製造機器２４から汚染空気が臨時的又は継続的に発生する際に主に稼動させる。すなわち、保守作業などのために製造機器２４の内部を開放した際に、製造機器２４から汚染空気が発生する。又は製造機器２４が定常運転している際でも継続的に製造機器２４から汚染空気が発生する場合がある。したがって、このような汚染空気が当該製造機器２４からクリーンルーム２２全体に拡散しないように局所清浄化装置２０を稼動させる。このため、局所清浄化装置２０は製造機器２４の汚染空気発生部２４Ａの直上に位置するように予め配置される。

局所清浄化装置２０を稼動させる際には吸い込みダクト５４の他端開口を汚染空気発生部２４Ａになるべく接近させる。次いで各ＦＦＵ４４のファン４６を駆動する。すると、汚染空気発生部２４Ａで発生した汚染空気は吸い込みダクト５４の他端開口から吸い込みダクト５４内に吸い込まれ、中央吸気口４２から各ＦＦＵ４４を通過し、送風口５２に送られる。汚染空気はＦＦＵ４４を通過する際に汚染空気中の有害ガス成分がケミカルフィルタ４８に、塵埃がエアフィルタ５０によって除去されて、清浄空気となる。この清浄空気は送風口５２から製造機器２４に向けて下向きに送風され、エアカーテンを形成するとともに、その大部分が再び中央吸気口４２に吸い込まれる。その結果、汚染空気発生部２４Ａで発生した汚染空気は清浄空気によるエアカーテンに囲まれた状態となり、汚染空気がクリーンルーム２２全体へ拡散することを防止する。なお、吸い込みダクト５４は汚染空気発生部２４Ａで発生した汚染空気を確実に吸い込む機能以外に、外面が仕切り板の役目を果たし、送風口５２から吹き出した清浄空気を外面に沿って確実に下方へ案内する。

給気口５６は中央吸気口４２から吸い込む汚染空気の量を調整する場合に有効である。ＦＦＵ４４は給気口５６から取り込んだ外部空気と中央吸気口４２から吸い込んだ汚染空気の合流空気を清浄化して送風口５２に送り込む。給気口５６に設けたダンパ５８の開度を大きくすると、製造機器２４から離れた位置からのクリーンルーム２２内の空気が給気口５６から多量にチャンバ４０内に吸い込まれ、その分、中央吸気口４２から吸い込む汚染空気の量が減少する。逆に、ダンパ５８の開度を小さくすると、給気口５６からチャンバ４０内に吸い込まれる空気量が少なくなり、その分、中央吸気口４２から吸い込む汚染空気の量が増加する。

したがって、汚染空気発生部２４Ａで発生する汚染空気量が少ないか、又は汚染空気の汚染度が低い場合には、ダンパ５８の開度を大きくして中央吸気口４２から吸い込む汚染空気の量を減少させる。すると、製造機器２４の上方で内部循環する空気量が減少し、製造機器２４の周囲を下方に流れる清浄空気Ｂの量を増やすことができ、この清浄空気Ａが製造機器２４を大きく包み込んで清浄環境を保持する。逆に、汚染空気発生部２４Ａで発生する汚染空気量が多いか、又は汚染空気の汚染度が高い場合には、ダンパ５８の開度を小さくして中央吸気口４２から吸い込む汚染空気の量を増加させる。すると、発生した汚染空気を確実に中央吸気口４２から吸い込むことができ、汚染空気の外部拡散を防ぐ。

実験検討結果によれば、前記した吸い込みダクト５４の他端開口と製造機器２４の表面との距離ｄは、吸い込みダクト５４の有効口径をｗ、吸い込みダクト５４の平均吸い込み風速をｖ_１、送風口５２の平均吹き出し風速をｖ_２とした時に、式ｄ≦２・ｗ・ｖ_２／ｖ_１を満足するように調整することが望ましい。上記関係式において吸い込みダクト５４の有効口径とは、ダクト断面形状が正方形の場合には各辺の幅、長方形の場合には長辺と短辺の平均幅、円形の場合には直径である。上記関係式を満足させると吸い込みダクト５４による汚染空気の吸い上げを比較的円滑に行うことができる。上記関係式を満足させるためには、主に２通りのアプローチ法がある。第１の方法は吸い込みダクト５４を上下方向にスライドさせて、距離ｄを直接に調整する方法である。第２の方法は給気口５６に設けたダンパ５８の開度を調整する方法である。前記したようにダンパ５８の開度を調整することによって、中央吸気口４２から吸い込む汚染空気の量、すなわち吸い込みダクト５４の平均吸い込み風速ｖ１を増減させることができる。したがって、ダンパ５８の開度の調整によって間接的に距離ｄを調整することができる。

ただし、製造機器２４の形状は様々であり、汚染空気発生部２４Ａの形状、拡がりも様々であるたため、上記関係式が常に成り立つわけではない。その際には、この関係式を目安にして、距離ｄやダンパ５８の開度を適宜に調整すればよい。

上記説明では局所清浄化装置２０の稼動状況として、製造機器２４から汚染空気が発生し、この発生した汚染空気をクリーンルーム２２の他の領域に拡散させない場合について説明した。しかしながら、本実施形態に係る局所清浄化装置２０はクリーンルーム２２の環境が何らかの原因で汚染している際に、製造機器２４をクリーンルーム２２の汚染環境から保護する場合にも役立つ。この場合には給気口５６のダンパ５８を全開にして、給気口５６からの空気取り込み量を相対的に多くし、中央吸気口４２からの空気吸い込み量を少なくした運転を行う。すると給気口５６からの空気取り込み量に相当した量の清浄空気Ａが製造機器２４を大きく包み込むことになり、製造機器２４をクリーンルーム２２の汚染環境から保護する。

上述のとおり、本実施形態の局所清浄化装置２０によればクリーンルーム２２内に設置された精密品製造機器２４の周辺を周囲の汚染から防護するとともに、製造機器２４自身から発生する汚染を他の領域に拡散させない。

図４は本発明の第２実施形態の要部を示す斜視図である。中央吸気口４２Ａを挟んで２基のＦＦＵ４４Ａを配置し、中央吸気口４２Ａの残りの２辺には閉止板６０が取り付けてある。中央吸気口４２Ａの下方には吸い込みダクト５４Ａが接続している。他の構成は前記第１実施形態と同様である。すなわち、中央吸気口４２Ａの周囲全体をＦＦＵ４４Ａで囲わずに、一部省略している。この実施形態では閉止板６０の下方領域に送風口５２Ａからの清浄空気が行き渡らない可能性がある。そこで送風口５２Ａの一部に傾斜送風部６２を設けている。これによって、閉止板６０の下方領域にも清浄空気が行き渡ることになり、周囲からの汚染の侵入を防止できる。

図５は本発明の第３実施形態の要部を示す側断面図である。第１実施形態と同様にチャンバ４０Ｂの中央に中央吸気口４２Ｂを配置し、この中央吸気口４２Ｂを囲むようにして送風口５２Ｂが設けられている。中央吸気口４２Ｂにはファン６４を配し、送風口５２Ｂ側にはケミカルフィルタ４８Ｂとエアフィルタ５０Ｂを配置している。この実施形態の構造ではファン６４は中央吸気口４２Ｂから吸い込んだ空気をチャンバ４０Ｂの内部に向けて送風するので、チャンバ４０Ｂの内部は外部に対して陽圧になる。このため、第１実施形態で示したような給気口５６を設けて外部空気を取り込むことはできないが、１台のファン６４のみで吸気と送風ができるので装置の軽量化とコスト低減を図ることができる。

図６は本発明の第４実施形態の要部を示す側断面図である。この実施形態も第１実施形態と同様にチャンバ４０Ｃの中央に中央吸気口４２Ｃを配置し、この中央吸気口４２Ｃを囲むようにして送風口５２Ｃが設けられている。中央吸気口４２Ｃの上方にファン６４Ｃ、ケミカルフィルタ４８Ｃ、エアフィルタ５０Ｃで構成された１台のＦＦＵ４４Ｃを配置し、このＦＦＵ４４Ｃによって吸気、空気清浄化及び送風を行う。この第４実施形態によれば、より一層、装置の軽量化とコスト低減を図ることができる。

図７は本発明の第５実施形態の要部を示す側断面図である。この実施形態も第４実施形態と同様に中央吸気口４２Ｄに１台のＦＦＵ４４Ｄを配置し、このＦＦＵ４４Ｄによって吸気、空気清浄化及び送風を行う。チャンバ４０Ｄ内には気流方向を滑らかに案内する案内板６６が設置されている。また、中央吸気口４２Ｄの周囲を閉止板６０Ｄで囲み、送風口５２Ｄが閉止板６０Ｄの外側に狭い面積で開口している。このような構成によって、送風口５２Ｄからの清浄空気の吹き出し風速を大きくし、エアカーテン効果を増強するとともに、製造機器側の吸気範囲を拡大することができる。なお、閉止板６０Ｄが設置された内側部分を閉止板６０Ｄに替えて通気抵抗の大きい送風口とし、その周辺を通気抵抗の小さい送風口５２Ｄとすれば、清浄空気の下降気流に乱れが発生しにくくなるのでより一層、有効である。

図８は本発明の第６実施形態の要部を示す側断面図である。この実施形態も第４実施形態と同様に中央吸気口４２Ｅに１台のＦＦＵ４４Ｅを配置し、このＦＦＵ４４Ｅによって吸気、空気清浄化及び送風を行う。チャンバ４０Ｅを覆うように外周チャンバ６８が設けられ、この外周チャンバ６８の上面中央に第２のＦＦＵ７０が取り付けられている。第２のＦＦＵ７０はクリーンルーム内の外部空気を取り込んで清浄化し、この清浄空気をチャンバ４０Ｅの外周部に形成された吹き出し口７２から下降気流として吹き出す。この第６実施形態によれば、下方の製造機器側に吹き出す清浄空気量が増加するので、より一層、周辺を周囲の汚染から防護するとともに、製造機器２４自身から発生する汚染を他の領域に拡散させない。

図９は本発明の第７実施形態を示す側面図である。この実施形態の係る局所清浄化装置の主要部８０は第１実施形態と同様であるので、図１に図示したものと同一の符号を付して説明を省略する。この局所清浄化装置は主要部８０を複数本の支柱７４で支持するとともに、支柱７４の下端に車輪７６を取り付け、クリーンルームの床面７８を移動可能にしたものである。この第７実施形態によれば、保守作業などを必要とする製造機器２４の位置に当該局所清浄化装置を移動し、その機能を発揮させることができる。このため、個々の製造機器２４に対応した局所清浄化装置を設置する必要がなく、コスト低減に寄与する。本実施形態は床面７８を移動可能な局所清浄化装置としたが、これに替えてクリーンルームの天井面に走行用のレールを配し、主要部８０を天井面に沿って移動可能な構成としてもよい。

図１０は本発明の第８実施形態を示す側面図である。この実施形態の係る局所清浄化装置は主要部９０が前記各実施形態のものに対して９０度、起立しており、この主要部９０が支柱９２によって支持されている。主要部９０は第１実施形態と同様であるので、図１に図示したものと同一の符号を付して説明を省略する。この第８実施形態の局所清浄化装置は、製造機器９４の開放面が横向きであるような場合に好適に利用される。当該局所清浄化装置の支柱９２に車輪を付けてクリーンルーム内を移動可能にすることもできる。

本発明の第１実施形態を示す側断面図である。図１のＡ−Ａ矢視断面図である。第１実施形態に係る局所清浄化装置が設置されたクリーンルームの側断面図である。本発明の第２実施形態の要部を示す側断面図である。本発明の第３実施形態の要部を示す側断面図である。本発明の第４実施形態の要部を示す側断面図である。本発明の第５実施形態の要部を示す側断面図である。本発明の第６実施形態の要部を示す側断面図である。本発明の第７実施形態を示す側面図である。本発明の第８実施形態を示す側面図である。ミニエンバイロ方式のクリーンルームを例示した側断面図である。特許文献１に開示されたクリーンルームの概要を示す側断面図である。特許文献１に開示されたクリーンルームの技術課題を説明するための側断面図である。

符号の説明

２０………局所清浄化装置、２２………クリーンルーム、２４………製造機器、２４Ａ………汚染空気発生部、２６………天井、２８………ＦＦＵ、３０………床面、３２………循環路、３４………空調機、３５………ダクト、３６………支持部材、４０，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ………チャンバ、４２、４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ………中央吸気口、４４，４４Ａ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ………ＦＦＵ、４６，４６Ｃ………ファン、４８，４８Ｂ，４８Ｃ………ケミカルフィルタ、５０，５０Ｂ，５０Ｃ………エアフィルタ、５２，５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ………送風口、５４，５４Ａ………吸い込みダクト、５６………給気口、５８………ダンパ、６０………閉止板、６２………傾斜送風部、６４………ファン、６６………案内板、６８………外周チャンバ、７０………第２のＦＦＵ、７２………吹き出し口、７４………支柱、７６………車輪、７８………床面、８０、９０………主要部、９２………支柱、９４………製造機器。

Claims

クリーンルーム内に設置された精密品製造機器の周辺の空気を吸い込む中央吸気口と、この中央吸気口から吸い込んだ前記空気を清浄化する空気清浄化手段と、前記中央吸気口を囲むように配置されて前記空気清浄化手段からの清浄空気を前記製造機器に向けて送風する送風口と、前記中央吸気口に一端が接続し、他端が前記製造機器側に伸長して開口した吸い込みダクトとを具備したことを特徴とする局所清浄化装置。
前記空気清浄化手段には前記製造機器から離れた位置からの外部空気を取り込み可能な給気口が接続し、前記空気清浄化手段は当該給気口から取り込んだ外部空気と前記中央吸気口から吸い込んだ空気の合流空気を清浄化して前記送風口に送り込むようにされたことを特徴とする請求項１に記載の局所清浄化装置。
前記吸い込みダクトの有効口径をｗ、吸い込みダクトの平均吸い込み風速をｖ_１、送風口の平均吹き出し風速をｖ_２とした時に、前記吸い込みダクトの他端開口と前記製造機器の表面との距離ｄが式ｄ≦２・ｗ・ｖ_２／ｖ_１を満足するように調整されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の局所清浄化装置。
前記クリーンルーム内を移動可能とされたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の局所清浄化装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の局所清浄化装置が配置されたことを特徴とするクリーンルーム。