JP3134982U - クリーンユニットおよび連結クリーンユニット - Google Patents

Abstract

【課題】巨大なクリーンルームを用いることなく、ＩＳＯクラス−１以上の超高清浄度のクリーンエアー環境を実現することができ、しかもこの超高清浄度のクリーンエアー環境を長期間維持することができるクリーンユニットおよびこのクリーンユニットを用いた連結クリーンユニットを提供する。
【解決手段】密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室１と、作業室１に設けられた送風動力を有する塵埃フィルター１５、１６と、作業室１と塵埃フィルター１５の入口との間を気密性を持って接続する気体流路とを有し、作業室１から流出する気体の全てが気体流路を通って塵埃フィルター１５の入口に入るように構成されたクリーンユニットにおいて、気体流路の一部を、作業室１の一つの壁面に設けられた二重壁１１ａ、１１ｂの間の空間であって作業室１の内部より体積が小さいものにより構成する。
【選択図】図６

Description

この考案は、クリーンユニットおよび連結クリーンユニットに関し、特に、粉塵や菌などのダスト微粒子の数を極めて小さい一定値以下に維持することができ、あるいはこれらのダスト微粒子の混入のない超クリーンエアー（空気）環境の実現に適用して好適なものである。

電子工業・精密機械工業・精密印刷などの用途の精密製品の高品質化と歩留まり向上とを図るために塵埃を除去するクリーンルームが必要とされている。国際半導体技術ロードマップ（International Technology Roadmap for Semiconductor, ＩＴＲＳ）によれば、局所クリーン化の進展により２０１８年には通常の大気レベルの環境までクリーンルームの要求清浄度は緩和されるとしているが、現時点ではまだそれからはほど遠い。

クリーンルームを用いることなくクリーンな作業空間を提供する技術については従来より提案されている。例えば、クリーンな環境での作業を可能とする作業台として、作業空間の開口部から外気を取り入れ、この空気をフィルターでろ過して作業空間の上部から作業空間内に吹き出す作業台であって、作業空間の側面または背面に作業空間と外部とを連通する連通路を設け、この連通路に物体収納空間を形成し、物体空間の両側に外部と作業空間とを仕切る開閉手段を設けたものが提案されている（特許文献１参照。）。

また、単位室体を順次連結して、全体として一定容積の清浄空間を構成する連結式クリーン空間装置において、各単位室体毎に、その内部において清浄な空気を循環させる空気循環手段および粉塵除去手段を備え、清浄空間と遮断して空調手段設置空間を設けた連結式クリーン空間装置が提案されている（特許文献２参照。）。

また、空気循環手段と粉塵除去手段および空調手段とをそれぞれ備えて単位室体を順次連結して、全体として一定容積の清浄空間を構成する連結式クリーン空間装置において、前記単位室体の内部空間を連結する開口部に、前記開口部を横切る方向に空気が吹き出るように空気吹き出し口を設け、あるいは、前記単位室体の内部空間を連結する開口部に開閉自在な扉を設けることが提案されている（特許文献３参照。）。

また、上方に外気を取り入れ下面の空気吹き出し口から作業域内に清浄空気を吹き出す空気浄化部を備え、下方にこの空気浄化部を支える脚を有する移動可能な清浄作業室において、作業室同士の脚を互いに結合する脚部結合手段と、作業室同士の空気浄化部を互いに結合する空気浄化部結合手段とを備え、上記空気浄化部結合手段は空気浄化部の側面に設けられ、該側面の幅方向全長にわたり上下方向に結合する１対の結合部材からなり、上記結合部材の少なくとも一方はその上下方向の結合部を圧縮可能な密封材で構成され、作業室同士の結合、分離が自在である清浄作業室が提案されている（特許文献４参照。）。

また、フィルターを通して清浄な空気を吹き出すブロウユニットと、ブロウユニットから供給される空気をフィルターを通して吸い込むドレンユニットとを間隔をおいて対向配置することでクリーンベンチを構成することが提案されている（特許文献５参照。）。

また、完全循環型で密閉された構造を持つクリーンユニットおよび連結クリーンユニットが提案されている（特許文献６〜８参照）。これによれば、クリーンな環境に維持することができる作業室の後部、上部および下部のうちの少なくとも一つならびに少なくとも一方の側部にそれぞれ連結部を設けたクリーンユニットの作業室の上部に送風動力を有する塵埃フィルター（ＨＥＰＡ（high efficiency particulate air)フィルター）を一つ設けるとともに、作業室の側面などに気密性を有する管を直結し、かつ上記の塵埃フィルターの入口に繋げることにより気体が循環するように構成する。このクリーンユニットの清浄度の平均値および最高値はクラス１０並の値が得られている。また、このクリーンユニットは、その連結部を利用して、実行しようとするプロセスに応じて、折れ線状配置、ループ状配置などで複数連結することにより所望のクリーンユニットシステムを容易に構成することができる。上記のようにクリーンユニットを循環型に構成することにより高い清浄度が達成されるメカニズムについては、すでに報告されている（非特許文献１、２参照。）。

図１８にこの種の従来のクリーンユニットを示す。図１８に示すように、このクリーンユニットにおいては、作業室３０１の上面に送風動力を有する塵埃フィルター３０２が取り付けられ、作業室３０１の側壁下部に設けられた通風孔と塵埃フィルター３０２の入口とを気密性を持って接続するように循環ダクト３０３が取り付けられており、図１８中矢印で示すように空気を循環させることにより作業室３０１の内部を高清浄環境に維持することができるようになっている。

特開平２−１５９８４号公報 特開平５−１０６８８８号公報 特開平５−２２３３００号公報 特開昭６３−１２３９３７号公報 特開２００３−９０５７６号公報 国際公開第０４／１１４３７８号パンフレット 特開２００６−１８３９２９号公報 特開２００７−８５７２１号公報 A.Ishibashi, H.Kaiju, Y.Yamagata and N.Kawaguchi : Electron. Lett.41,735(2005) H.Kaiju, N.Kawaguchi and A.Ishibashi : Rev. Sci. Instrum.76, 085111(2005)

しかしながら、上記の特許文献６〜８で提案された従来のクリーンユニットでは、ＩＳＯクラス−１以上の超高清浄度環境を実現することは困難であった。
そこで、この考案が解決しようとする課題は、大掛かりで小回りが効かず、巨大な設備投資や固定資産負担が必要な巨大なクリーンルームを用いることなく、ＩＳＯクラス−１以上の超高清浄度のクリーンエアー環境を実現することができ、しかもこの超高清浄度のクリーンエアー環境を長期間維持することができるクリーンユニットおよびこのクリーンユニットを用いた連結クリーンユニットを提供することである。

上記課題を解決するために、第１の考案は
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室と上記塵埃フィルターの入口との間を気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成されたクリーンユニットであって、
上記気体流路の一部が、上記作業室の一つの壁面に設けられた二重壁の間の空間であって上記作業室の内部より体積が小さいものにより構成されている
ことを特徴とするものである。

第２の考案は、
クリーンな環境に維持することができるクリーンユニットが複数連結された連結クリーンユニットにおいて、
少なくとも一つのクリーンユニットが、
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室と上記塵埃フィルターの入口との間を気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成されたクリーンユニットであって、
上記気体流路の一部が、上記作業室の一つの壁面に設けられた二重壁の間の空間であって上記作業室の内部より体積が小さいものにより構成されているものである
ことを特徴とするものである。

第１および第２の考案において、作業室内のダスト微粒子密度をｎ（ｔ）（ｔは運転開始後の時間）、作業室の内部の空間の体積をＶ、その空間の内面積をＳ、単位面積・単位時間当たりのダスト微粒子の脱離レートをσ、クリーンユニットの設置環境（外気）のダスト微粒子密度をＮ₀ 、塵埃フィルターのダスト捕集効率をγ、塵埃フィルターの風量をＦとすると、作業室内のダスト微粒子密度ｎ（ｔ）は、非特許文献１において本考案者らにより理論的に示されている通り、

なる微分方程式を満たす。

密閉循環系では、従来の半開放系であるクリーンルームのダスト微粒子密度と大きく異なり、ｎ（ｔ）は、

によって与えられる。時間が経てば（１）式の第２項が

に従って、つまり、γはほぼ１であるのでＶ／Ｆ時間当たり、１／ｅに減衰し、急速にゼロに近づくため、外気のダスト微粒子密度を含まない（１）式の右辺第１項のみが残る。すなわち、密閉循環系では、クリーンユニットの設置環境によらず、

なる究極の清浄度が得られる。

例えば、作業室の内部の空間の幅、高さ、奥行きが各１ｍのクリーンユニットにおいて風量Ｆ＝１ｍ³ ／分で密閉循環させる場合を考えると、Ｖ／Ｆ＝１ｍ³ ／（１ｍ³ ／分）＝１分となるので、１分毎に、作業室内のダスト微粒子数は１／ｅ、すなわち約２．８分の一に減っていくことが分かる。また、作業室の内部の空間の幅、高さ、奥行きが各２ｍのクリーンユニットの場合、風量８ｍ³ ／分のファンユニットを一台用いる（あるいは風量２ｍ³ ／分のファンユニットを４台用いるなど）ことにより、同じタイムスケールで、作業室の内部の清浄度を高くすることができる。

特に、従来のクリーンルームの定常状態のダスト微粒子密度は設置環境のダスト微粒子密度Ｎ₀ に依存し、かつこのためできるだけダスト微粒子の捕集効率γが１に近い高品質の塵埃フィルターが必要であったのに対し、第１および第２の考案では、定常状態のダスト微粒子密度ｎ（ｔ）はＮ₀ に依存せず（従って設置環境を選ばず）、かつγがｎの表式の分母に入っているので、γが１に近いことも重要ではなく、安価な塵埃フィルターでも極めて高い清浄度を達成することができる。
好適には、作業室から流出する気体の風量に対する作業室の内部の体積の比を２．５分以下とする。

従来の考察（特許文献８などを参照）では、

におけるＳσは作業室の内壁の表面のものが考えられていたが、ＩＳＯクラス−１以上の超高清浄度を得るには、作業室の内壁の表面の凹凸を十分に小さくすることに加え、作業室に比べて小さい体積しか有しない二重壁を通じて気体の還流を行うことにより、Ｓσは塵埃フィルターそのもののそれを考えなければならないことが判明した。

二重壁の間の空間の厚さは、好適には、作業室の内部の空間の奥行きの寸法の１／１０以下であり、具体的には、例えば１ｃｍのオーダー、典型的には０．５〜４ｃｍである。こうすることで、ＩＳＯクラス−１またはそれ以上の超高清浄度を得やすくなる。また、クリーンユニットの運転中は二重壁の間の空間は外部空間に対して陰圧となるため、この二重壁を押し潰す圧力が加わることから、これを防止するために、好適には、二重壁の間にこの二重壁の補強材が設けられる。この補強材としては、例えば、波状の断面形状および複数の通気孔を有する板や、少なくとも一つ、一般的には複数のリブまたは支柱を用いることができる。こうすることで、二重壁の潰れを防止して、作業室の高清浄度を極めて再現性良く得ることが可能となる。気体流路となる、二重壁の開口部の断面形状は、例えば、ほぼ正方形、言い換えると断面形状の縦横比（アスペクト比）がほぼ１対１になるようにしてもよいし、ほぼ円形にしてもよい。好適には、作業室の塵埃フィルターの出口側に、この塵埃フィルターの出口から出てくる空気の流れをこの流れの方向と垂直な面内で均一にするための均一流形成体（例えば、空気の透過が可能な板状または膜状のもの）が設けられる。こうすることで、塵埃フィルターから出てくる空気を均等に分流・分散することができ、作業室内をほぼ均一に流れるようにすることができ、ＩＳＯクラス−１以上の超高清浄度を作業室全体で得ることが可能となる。このように均一流形成体を設ける場合、好適には、この均一流形成体から流出する気体の風量に対する、作業室のこの均一流形成体の下方の空間の体積の比を２．５分以下とする。好適には、作業室および還流用の気体流路の一部を構成する二重壁の少なくとも一部、より好適には、作業室のほぼ全部および二重壁の全部が、表面凹凸の少ない材料、例えばステンレス鋼や透明樹脂などにより形成され、最も好適には、内面が鏡面（例えば、ＪＩＳ規格＃４００〜＃８００相当）のステンレス鋼により形成される。必要に応じて、作業室の内壁からの発塵を抑えるために、例えば、この内壁の全部または一部に、ポリテトラフルオロエチレンのコーティングを施すようにしてもよい。塵埃フィルターは、好適には、自己発塵性の小さい塵埃フィルターを少なくとも一部に含む。この塵埃フィルターは、好適には、少なくとも最下流側に、ポリテトラフルオロエチレンをろ材に用いたＵＬＰＡ（ultra low penetration air)フィルターを含み、例えば、上流側のＨＥＰＡフィルターと下流側のＵＬＰＡフィルターとからなる。必要に応じて、気体流路の二重壁以外の部分にパイプ状流路、例えば直径１０ｃｍ以下のパイプ状流路を設けてもよい。こうすることで、気体流路の長さのフレキシビリティーを得ることができるため、塵埃フィルターに自己発塵性の少ないものを少なくとも一部に含ませることが容易となり、塵埃フィルターを複数段積層する場合にも容易に対応することができる。このパイプ状流路には必要に応じて弁が設けられる。この弁の開閉により、気体流路の遮断や流路の変更を容易に行うことが可能となり、気体流路を変更した場合に生じるデッドスペースを小さくすることができ、超高清浄度を高い安定性で実現することができる。クリーンユニットを複数連結する場合、好適には、作業室の後部、上部および下部のうちの少なくとも一つならびに少なくとも一方の側部にそれぞれ連結部が設けられる。このような連結クリーンユニットは、一つまたは複数、好適には全てのクリーンユニットおいて超高清浄度のクリーンエアー環境を得ることができることから、随時拡張可能な、トータルのプロセスを一貫して行うことができるプラットフォームとして用いることができる。

クリーンユニットの形状は、種々の形状であってよく、必要に応じて選ばれるが、具体例を挙げると、直方体状または立方体状、直方体または立方体を変形した形状などであってよい。また、作業室の内部の大きさは、基本的には使用目的などに応じて設計により適宜決定するものであるが、例えば、オペレーターがグローブなどを用いて作業室の内部で各種の作業（各種のプロセスの実行、クリーニングなどのメンテナンスの実施など）を行うことができるようにするためには、作業室内に外部から手を入れて作業空間のほぼ全体に届く大きさであることが望ましく、一般的には通常の室内に格納することができる大きさ、例えば幅、高さ、奥行きとも１ｍ以内に選ばれるが、これに限定されるものではない。一方、作業室の内部に人が入って作業を行う場合には、人が入ることができる大きさ、例えば幅、高さ、奥行きとも１．５ｍ以上、典型的には２ｍ以上に選ばれるが、これに限定されるものではない。作業室内に人が入って作業を行う必要がない場合、例えば作業を自動化する場合、あるいは、クリーンユニットを試料などを入れたまま携帯する場合などには、作業室の大きさをより小さくすることが可能である。

作業室内では、例えば材料処理を行うことができる。この材料処理には、無機材料、有機材料、生体材料などの各種の材料の処理が含まれる。複数のクリーンユニットを連結する場合、例えば、トータルな一連のプロセスフローの中で複数回現れる同種類のプロセスを、上記の複数のクリーンユニットに、ループ状配置でクリーンユニットが連結された部分を設けることにより、同一のクリーンユニットにおいて実行可能となる。

複数のクリーンユニットを連結する場合、この連結クリーンユニットには、例えば、ナノテクノロジープロセスユニットおよび／またはバイオテクノロジープロセスユニットを含ませることができる。
クリーンユニットの連結を行う場合、作業室の後部、上部および下部のうちの少なくとも一つならびに少なくとも一方の側部にそれぞれ連結部が設けられるが、作業室の連結部を後部、上部、下部および二つの側部のどこに設けるかは、クリーンユニットを二次元的（平面的）または三次元的（立体的）にどのように配置するかに応じて適宜決められる。例えば、連結クリーンユニットを水平面内に配置する場合、連結の自由度を大きくし、連結クリーンユニットのフレキシビリティーを高めるためには、好適には、連結部は、作業室の後部および両側部にそれぞれ設けられる。この場合、一つのクリーンユニットに対し、後部および両側部に合計三つのクリーンユニットを連結することが可能である。また、クリーンユニットを鉛直面内に配置する場合、連結の自由度を大きくし、連結クリーンユニットのフレキシビリティーを高めるためには、好適には、連結部は、作業室の上部または下部および両側部にそれぞれ設けられる。この場合、一つのクリーンユニットに対し、上部または下部および両側部に合計三つのクリーンユニットを連結することが可能である。連結部は、例えば、作業室の壁に設けられた開口部とこの開口部を開閉可能に設けられた遮断板とを有する。この遮断板は、開閉可能である限り、基本的にはどのようなものであってもよいが、典型的には、引き戸や扉などである。この遮断板の開閉は、手動で行ってもよいし、光センサーなどのセンサーを作業室内部に取り付けるとともに、遮断板の開閉機構を設け、オペレーターの手や試料が遮断板に近づいた時に自動的に開閉するようにしてもよい。また、作業室にベルトコンベアーなどの搬送機構を設け、入り口と出口との間でこの搬送機構により試料を搬送する場合には、試料が搬送機構により出口付近まで搬送された時、これをセンサーにより検知して遮断板を開閉機構により開閉するようにしてもよい。遮断板または作業室の壁面にパッキンなどのシール部材を設けて遮断時の気密性を高めるようにしてもよい。

クリーンユニットの内部（作業室の内部）には、使用目的に応じて、コンパクトな装置を収めることができる。この装置は、具体的には、例えば、各種のプロセス装置、ラッピング装置、解析装置（例えば、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）など）、反応装置、マイクロケミカルシステム、マイクロケミカルリアクター、露光装置、エッチング装置、成長装置、加工装置、殺菌装置、粒径フィルター、人工光源、バイオ装置、食品加工装置、検査装置、メディカルデバイス、内視鏡部品、コンタクトレンズ作製機器、透析機器、医用ディスポーザル製造装置、香辛料／化粧品の調合・作製装置、製薬装置などである。人工光源は、例えば、細胞系の育成、植物体の育成、遺伝子実験などを行う場合に用いられる。細胞系の育成や植物体の育成を行う場合、人工光源としては、好適には、スペクトル半値幅が３０ｎｍ以下の発光ダイオードや半導体レーザ、特にパルス駆動半導体レーザが用いられる。
また、クリーンユニットの作業室の内部環境は様々な方式で制御することができる。この内部環境の制御手段は、例えば、温度制御装置、湿度制御装置、気体成分制御装置、吸着装置、除害装置、特定波長照明器、密閉／開球環境選択機構などである。内部環境は、例えばコンピュータにより制御することができる。

上記の連結クリーンユニットによれば、ナノテクノロジー、バイオテクノロジー、植物工場技術などの分野にわたってトータルな一連のプロセスフローに対応して各種の材料の処理プロセスを高いフレキシビリティーを持って低コストで簡便に実行することができる材料処理方法、トータルな一連のプロセスフローに対応して無機材料または有機材料を用いた各種の素子（ＬＳＩ、発光ダイオード、半導体レーザなど）の製造プロセスを高いフレキシビリティーを持って低コストで簡便に実行することができる素子製造方法、トータルな一連のプロセスフローに対応して植物体育成プロセスを高いフレキシビリティーを持って低コストで簡便に実行することができる植物体育成方法などの実現が可能となる。

この考案によれば、作業室と塵埃フィルターの入口との間を気密性を持って接続する気体流路の一部が、作業室の一つの壁面に設けられた二重壁の間の空間であって作業室の内部より体積が小さいものにより構成されているので、作業室と塵埃フィルターの入口との間をパイプにより接続する場合に比べて気体流路の幅を十分に広くすることができ、それによって作業室内の気流の制御性を高めることができ、これによって例えばＩＳＯクラス−１以上の超高清浄度のクリーンエアー環境を実現することができるとともに、この超高清浄度のクリーンエアー環境を長期間維持することができる。そして、連結クリーンユニットでは、このような超高清浄度のクリーンエアー環境でトータルな一連のプロセスを実行することができる。

以下、この考案の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１〜図７はこの考案の第１の実施形態によるクリーンユニットを示し、図１は正面図、図２は背面図、図３は上面図、図４は左側面図、図５は右側面図、図６は図３のＸ−Ｘ線に沿っての断面図、図７は図４のＹ−Ｙ線に沿っての断面図である。また、図８はこのクリーンユニットの作業室から前カバーを取り外した状態を示す正面図、図９は前カバーを本体に取り付けられる側から見た図である。

図１〜図９に示すように、このクリーンユニットは全体として六面体形状の箱状の作業室１を有する。この作業室１の両側面は互いに平行、上面および底面も互いに平行、両側面と上面、底面および背面とは互いに直角であり、前面は背面に対して非平行でその上部が背面に近づく向きに所定の角度、例えば７０〜８５°だけ傾斜しているが、これに限定されるものではない。作業室１は、前部が開放された直方体形状の本体１１とこの本体１１の前面に取り外し可能に設けられた前カバー１２とにより構成されている。前カバー１２は図示省略した固定具により本体１１に固定されている。前カバー１２を取り外した状態で本体１１の中にプロセス装置や観察装置などの必要な装置を入れることができるようになっている。

本体１１は、内壁からのダスト微粒子の放出を抑えたり、静電気の発生などによるダスト微粒子の付着を防止するために、好適には、金属、取り分けステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）により形成され、より好適には、その内面が、除去しようとするダスト微粒子の径と同程度またはそれ以上の大きさの凹凸を有しない平滑表面であるもの、例えば鏡面（例えば、ＪＩＳ規格＃４００〜＃８００相当）のステンレス鋼により形成される。前カバー１２も同様にステンレス鋼などの金属により形成してもよいが、前カバー１２を透明とする場合には透明アクリル樹脂や透明パレックス樹脂などの透明樹脂を用いてもよい。前カバー１２を金属などの不透明な材料により形成する場合に作業室１の内部を外部から観察可能とするためには、前カバー１２にガラス窓などを設ければよい。図８に示すように、本体１１の前面の外周には額縁部が形成されている。図９に示すように、前カバー１２の、本体１１に取り付けられる側の面の外周にも同じ形状の額縁部が形成されている。本体１１に対する前カバー１２の取り付けは、本体１１の額縁部に対して前カバー１２の額縁部を間にＯリングなどのシール材を挟んで押し付け、図示省略した固定具により本体１１と前カバー１２とを相互に固定することにより行う。このシール材としては、好適には、十分な圧力が加わった状態で気密性が得られるものが用いられる。

作業室１の内部の大きさはその中にプロセス装置などの必要な装置を収容することができ、かつ、オペレーターが作業室１の内部に入らない場合には例えば後述の手作業用グローブに両手を入れて作業室１内で必要な作業を行うことができる大きさに選ばれ、オペレーターが作業室１の内部に入る場合にはオペレーターが内部に入って作業を行うことができる大きさに選ばれる。前者の場合の作業室１の内部の空間の寸法は、一般的には奥行き、幅、高さとも１ｍ以内であり、具体的には例えば奥行き４０〜７０ｃｍ、幅７０〜９０ｃｍ、高さ５０〜１００ｃｍであるが、これに限定されるものではない。

本体１１の背面は、後述のトランスファーボックスの接続部を除いて、所定の間隔をおいて互いに平行に設けられた外壁１１ａと内壁１１ｂとからなる二重壁により構成されている（図６参照）。内壁１１ｂの下端と本体１１の底面との間には所定の高さの隙間１３がスリット状に設けられている。内壁１１ｂの下端には、この内壁１１ｂと垂直で本体１１の底面に平行な底板１４が一体に設けられている。図１０にこの底板１４を示す。図１０に示すように、この底板１４には、例えば円形の通気孔１４ａが蜂の巣状に多数設けられている。

本体１１の上面１１ｃには二つの塵埃フィルター１５、１６が直列に接続されて取り付けられている。塵埃フィルター１５の上流側には、送風動力源であるファンユニット１７が設けられている。塵埃フィルター１５、１６は、除去可能なダスト微粒子の最小径が互いに異なり、塵埃フィルター１５に比べて塵埃フィルター１６の方が除去可能なダスト微粒子の最小径が小さい。塵埃フィルター１５としては、例えば、ガラス繊維をろ材に用いたＨＥＰＡフィルターを用いる。塵埃フィルター１６としては、自己発塵の少ないもの、例えば、ポリテトラフルオロエチレンをろ材に用いたＵＬＰＡフィルターを用いる。

二重壁を構成する外壁１１ａと内壁１１ｂとの間隔は本体１１の上面１１ｃの付近において広がっている。上面１１ｃには二重壁の間の空間と連通した三つの円形の通気孔（図示せず）が設けられている。これらの通気孔にはそれぞれダクトホース１８の一端が上面１１ｃに垂直に接続されている。これらのダクトホース１８の他端とファンユニット１７の入口との間は偏平な直方体形状の連結管１９により気密性を持って接続されている。ダクトホース１８としては、例えば、内径が４〜６ｃｍのポリプロピレン製のものが用いられるが、例えばステンレス鋼製のもの、特に内面が鏡面（例えば、ＪＩＳ規格＃４００〜＃８００相当）のステンレス鋼製のものを用いてもよい。

本体１１の上面１１ｃの直ぐ下方にはこの上面１１ｃに平行に均一流形成板２０が設けられている。図１１にこの均一流形成板２０を示す。図１１に示すように、この均一流形成板２０には円形の通気孔２０ａが多数設けられている。塵埃フィルター１６の出口から出てくるエアーはこの均一流形成板２０と本体１１の上面１１ｃとの間の空間を通って水平方向に広がるとともに、通気孔２０ａを通って下方に流れる。この場合、均一流形成板２０と本体１１の上面１１ｃとの間の空間を通るエアーは塵埃フィルター１６から遠くなるほど到達しにくくなることから、均一流形成板２０の全ての場所の通気孔２０ａから出てくるエアーの流れが面内で均一となるように、均一流形成板２０の通気孔２０ａの大きさは塵埃フィルター１６の出口から離れるに従って徐々に大きくなっている。より一般的には、塵埃フィルター１６の出口の面積をＡ₁ 、塵埃フィルター１６の出口から出てくるエアーの風量をＦ₁ 、均一流形成板２０の全体の面積をＡ₂ 、均一流形成板２０の通気孔２０ａを通って下方に流れるエアーの風量をＦ₂ とすると、Ｆ₁ Ａ₁ ＝Ｆ₂ Ａ₂ が成立するから、Ｆ₂ ＝（Ａ₁ ／Ａ₂ ）Ｆ₁ となる。そこで、均一流形成板２０を通って下方に流れるエアーの風量がこの式で決まるＦ₂ になり、かつ均一流形成板２０の単位面積当たりの通気孔２０ａの総面積が均等になるように通気孔２０ａの大きさおよび密度を決める。なお、均一流形成板２０の代わりに、エアーが透過可能な均一な目の細かい膜を用いて、非ゼロの圧力損失を生じさせ、その結果として、膜通過後のエアーの流れが膜に対して場所依存性を小さくするようにしてもよい。この場合、好適には、均一流形成板２０を通って下方に流れるエアーの風量に対する、作業室１の均一流形成板２０の下側の空間の体積の比が２．５分以下になるようにする。

本体１１の両側面および背面の下部にはそれぞれ、クリーンユニット間のコネクターおよび搬送路を兼用するトランスファーボックス２１〜２３が着脱自在に設けられている。図１〜図７には図示されていないが、これらのトランスファーボックス２１〜２３が取り付けられている部分の本体１１の壁には開口部が設けられている。これらのトランスファーボックス２１〜２３を用いて両側面および背面の三方向から他のクリーンユニットを連結することができるようになっているとともに、これらのトランスファーボックス２１〜２３を通して試料などの搬送を行うことができるようになっている。トランスファーボックス２１〜２３は、典型的には、本体１１の壁に設けられた開口部とこの開口部を開閉可能に設けられた遮断板とを有する。この遮断板は、開閉可能である限り、基本的にはどのようなものであってもよいが、典型的には引き戸や扉などである。トランスファーボックス２１〜２３の断面の寸法は例えば（１５〜２０ｃｍ）×（１５〜２０ｃｍ）であるが、これに限定されるものではない。

本体１１の背面のトランスファーボックス２３の接続部の付近の長方形の領域１１ｄにおいては、外壁１１ａが形成されておらず、従って二重壁が形成されていない。そして、トランスファーボックス２３はこの領域１１ｄの内壁１１ｂに接続されている。この領域１１ｄの下端は本体１１の背面の下端と一致している。外壁１１ａは、この領域１１ｄの左端、右端および上端において垂直に折れ曲がって内壁１１ｂと隙間なく接合している。上述のように二重壁は本体１１の背面の領域１１ｄの部分を除いた部分に形成されているが、この二重壁の形状は、左右が非対称であることを無視すると、凱旋門と同様な形状となっている。これを反映して、底板１４と本体１１の底面との間の空間を通って隙間１３から二重壁の間の空間に入るエアーは、この領域１１ｄの両側を通って上方に流れるが、このときのエアーの流れの形状も凱旋門と同様な形状となる（図２参照。）。このように二重壁を凱旋門と同様な形状に形成していることにより、本体１１の背面に対するトランスファーボックス２３の接続が可能となるとともに、二重壁の面積を最大化することができ、この二重壁の間の空間内のエアーの滞留を防ぐことができ、作業室１の下部からのエアーの還流を効率的に行うことができ、ひいては作業室１内の超高清浄度を短時間で達成することが可能となる。

前カバー１２の前面の壁には二つの円形の開口部２４が設けられており、これらの開口部２４に一対の手作業用グローブ２５が装着されている。そして、これらの手作業用グローブ２５にオペレーターが両手を入れて、作業室１内で必要な作業を行うことができるようになっている。
本体１１の上面１１ｃには、塵埃フィルター１５、１６、ファンユニット１７などを覆うように上カバー２６を取り付けることができるようになっている。この上カバー２６の材料は必要に応じて選ばれるが、外部から内部を見えないようにするためには不透明な材料、例えば樹脂を用いることができる。具体的には、この上カバー２６の材料として、例えば黒色の静電防止アクリル樹脂が用いられる。

クリーンユニットの運転中は、本体１１の背面の二重壁の間の空間にはエアーが流れることから、この空間の内部は作業室１の外部空間に対して陰圧になるため、この二重壁にはこの二重壁を押し潰そうとする圧力が加わる。二重壁を構成する外壁１１ａおよび内壁１１ｂの機械的強度を十分に高くしておけば、二重壁が押し潰されるのを防止することができるが、必要に応じて、二重壁の機械的補強を行うのが望ましい。この補強構造の例を図１２および図１３に示す。図１２に示す例では、外壁１１ａと内壁１１ｂとの間に、波状に湾曲加工され、全面に多数の通気孔２７ａが形成された金属板２７を挿入し、この湾曲加工された金属板２７の剛性を利用して二重壁の機械的補強を行う。金属板２７に通気孔２７ａを形成するのは、金属板２７を挿入したことによる、二重壁の間の空間を通るエアーの流れの抵抗の増加を最小限に抑えるためである。図１３に示す例では、外壁１１ａと内壁１１ｂとの間に金属などの剛性のある材料からなるリブ２８を間隔を置いて複数、本体１１の背面の上下方向に延在するように設け、このリブ２８の剛性を利用して二重壁の機械的補強を行う。この場合、リブ２８の間の開口部２９が気体流路となる。

次に、このクリーンユニットの運転方法の一例について説明する。ここでは、最初、作業室１の内部が通常の室内環境のような低清浄度であるとする。
ファンユニット１７を作動させると、図６中矢印で示すように、作業室１内のエアーは底板１４の通気孔１４ａを通り、底板１４と本体１１の底面との間の空間を通って隙間１３から二重壁の間の空間に入り、さらにダクトホース１８および連結管１９を通って塵埃フィルター１５の入口に入り、粒径が大きいダスト微粒子が除去される。次に、こうして粒径が大きいダスト微粒子が除去されたエアーが塵埃フィルター１５から出てきて塵埃フィルター１６に入り、より粒径が小さいダスト微粒子の除去が除去される。これを繰り返すことによりエアーの清浄化が行われる。

このクリーンユニットの作業室１内のダスト微粒子のカウント数の時間依存性の測定を５４日間（１２９６時間）連続して行った。図１４にその結果を示す。図１４において、縦軸はダスト微粒子数を対数で表示している。クリーンユニットは通常環境の部屋に設置した。クリーンユニットは密閉されており、作業室１内にダストカウンターを設置した。ただし、本体１１の内部の空間の大きさは奥行き約４１ｃｍ、幅約８０ｃｍ、高さ約８０ｃｍ、前カバー１２の下端の奥行きは約１４ｃｍ、上端の奥行きは約４ｃｍである。この場合、クリーンユニットの作業室１の内部の空間の体積は約０．４ｍ³ である。二重壁を構成する外壁１１ａと内壁１１ｂとの間の空間の厚さは約３．２ｃｍである。二重壁が形成されていない領域１１ｃの寸法は幅約３０ｃｍ、高さ約２５ｃｍである。ファンユニッ１７としては、寸法が１８ｃｍ×１８ｃｍ×９ｃｍの軸流ファンを用い、風量は０．４〜０．９ｍ³ ／分である。本体１１は鏡面仕上げ（ＪＩＳ規格＃４００相当）のステンレス鋼により形成し、前カバー１２は透明パレックス樹脂により形成し、ダクトホース１８は内径約４ｃｍ、長さ約２０ｃｍのポリプロピレン製のものを用いた。塵埃フィルター１５としては、寸法が２０ｃｍ×２０ｃｍ×５．５ｃｍ、粒径０．３μｍのダスト微粒子の捕集効率が９９．９９％以上のＨＥＰＡフィルターを用いた。また、塵埃フィルター１６としては、寸法が２０ｃｍ×２０ｃｍ×５．５ｃｍ、粒径０．１５μｍのダスト微粒子の捕集効率が９９．９９９％以上のＵＬＰＡフィルターを用いた。

図１４から分かるように、作業室１内のダスト微粒子のゼロカウント到達時間は２０分程度である。ただし、図１４の横軸は時間を日単位で示しているため、プロットはいずれも縦軸上に乗っている。ゼロカウントへの到達以降、ダストカウントはゼロを維持し、ごく稀に有限のダストカウントが計測された。作業室１内のダスト微粒子の５４日間にわたる測定中、ダスト微粒子がカウントされるのは、運転開始直後の２０分程度で、以後は、ごくまれに１〜２カウントを計数するものの、そのほかの時間は、完全にゼロカウントを維持した。このように１千時間を超える測定を行った後、ダスト微粒子の計測を行った結果を図１５に示す。図１５に示すように、清浄度はＩＳＯクラス−２〜−３程度であり、これまで得られていない世界最高の超高清浄度環境が実現されていることが分かる。なお、ダストカウンターとしては、東京ニュークリアサービス（株）のＬａｓａｉｒ１１０および３１０を使用した。

以上のように、この第１の実施形態によれば、密閉可能なクリーンユニットの作業室１の本体１１の背面を一部を除いて二重壁とし、この二重壁の間の空間を、作業室１の内部から塵埃フィルター１５の入口に戻る気体流路の一部としているので、作業室１から塵埃フィルター１５の入口にエアーを途中で淀むことなく効率良く還流させることができる。加えて、ＨＥＰＡフィルターなどの塵埃フィルター１５とＨＥＰＡフィルターと比較してより粒径の小さいダスト微粒子を除去することができるＵＬＰＡフィルターなどの塵埃フィルター１６とを直列に接続して用いている。このため、このクリーンユニットをオフィスなどの通常の環境下にクリーンユニットを置いた場合でも、塵埃フィルター１５、１６の運転開始後極めて短時間（例えば、２０分程度）でＩＳＯクラス−２〜−３という世界最高の超高清浄度を達成することができ、しかも長期間にわたってこの超高清浄度を維持することができる。このため、このように超高清浄度の作業室１内で素子の製造や細胞の育成などを汚染を最小限に抑えつつ、最適な環境で行うことができ、歩留まりの大幅な向上を図ることができる。また、塵埃フィルター１５により粒径が大きいダスト微粒子を除去してから、より粒径が小さいダスト微粒子の除去が可能な塵埃フィルター１６を使用して清浄化を行うことができるため、最初から塵埃フィルター１６を使用して清浄化を行う場合に比べて、塵埃フィルター１６の目詰まりなどを起こすことなく、作業室１を塵埃フィルター１６により到達可能な清浄度に清浄化することができる。また、塵埃フィルター１６の寿命の向上を図ることもできる。また、このクリーンユニットは、清浄度が低い通常のオフィス環境に設置しても内部の高清浄度環境を維持することができることから、従来のように巨大なクリーンルーム内に設置する必要がなく、設備コストの大幅な低減を図ることができる。このクリーンユニットは、このようにＩＳＯクラス−２〜−３程度の超高清浄度エアー環境を実現することができるため、完全に塵・菌がゼロの状態のクリーンエアー環境を実現することができる。例えば、次世代高度技術、特に、バイオとナノとの融合や細胞培養の発展に資することができる。特に、高い費用がかかるＧＭＰなどを廉価にシステムアップすることもできる。

次に、この考案の第２の実施形態によるクリーンユニットについて説明する。
図１６に示すように、このクリーンユニットは、作業室１の本体１１の背面の二重壁の構造が第１の実施形態と異なる。具体的には、このクリーンユニットにおいては、本体１１の背面の両端部に断面がほぼ正方形（アスペクト比が約１）の管部３０が設けられており、これらの管部３０の間は一重壁３１になっている。管部３０の下端は底板１４と同じ高さにあり、管部３０の下端と本体１１の底面との間には隙間がある。この構造は、図１３に示す構造を変形したものに相当する。すなわち、この構造は、図１３において、リブ２８の数を一つとしてそれを幅広に形成し、さらにこのリブ２８の両側の開口部２９を断面形状がほぼ正方形となるように形成したものであり、一重壁３１がリブ２８に対応し、管部３０の内部が開口部２９に対応する。
この第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。

次に、この考案の第３の実施形態による連結クリーンユニットについて説明する。
図１７に示すように、この連結クリーンユニットにおいては、第１の実施形態によるクリーンユニットと同様な三方向接続可能なクリーンユニット１２１〜１２８がトランスファーボックス１２９を介して連結されている。この場合、クリーンユニット１２２〜１２７はループ状配置で連結されている。

各クリーンユニット１２１〜１２８で行われる作業は例えば次の通りである。まず、クリーンユニット１２１は保管ユニットで、試料保管庫（例えば、基板を収納したウエハーカセット）が設置され、連結に使用されていない右側面のトランスファーボックス１２９は試料投入口、同じく連結に使用されていない背面のトランスファーボックス１２９は非常時試料取出口である。クリーンユニット１２２は化学ユニットで、例えば化学前処理システムが設置され、化学前処理が行われる。クリーンユニット１２３はレジストプロセスユニットで、例えばスピンコータおよび現像装置が設置され、レジストのコーティングや現像が行われる。クリーンユニット１２４はリソグラフィーユニットで、露光装置が設置され、連結に使用されていない右側面のトランスファーボックス１２９は非常時試料取出口である。クリーンユニット１２５は成長／メタライゼーションユニットで、例えば電気化学装置およびマイクロリアクターシステムが設置され、連結に使用されていない右側面のトランスファーボックス１２９は非常時試料取出口である。クリーンユニット１２６はエッチングユニットで、エッチング装置が設置されている。このクリーンユニット１２６の背面のトランスファーボックス１２９は、中継ボックス１３０を介して、クリーンユニット１２３の背面のトランスファーボックス１２９と連結されている。クリーンユニット１２７はアセンブリユニットで、例えば顕微鏡およびプローバーが設置されている。クリーンユニット１２８は走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）観察ユニットで、例えば卓上ＳＴＭおよび卓上ＡＦＭが設置され、連結に使用されていない右側面のトランスファーボックス１２９は試料取出口、同じく連結に使用されていない背面のトランスファーボックス１２９は非常時試料取出口である。クリーンユニット１２３のスピンコータ、クリーンユニット１２４の露光装置、クリーンユニット１２５の電気化学装置およびマイクロリアクターシステム、クリーンユニット１２６のエッチング装置、クリーンユニット１２７のプローバーなどは電源に接続されていて電源が供給されるようになっている。また、クリーンユニット１２５の電気化学装置は信号ケーブルにより電気化学装置制御器と接続されており、この電気化学装置制御器により制御されるようになっている。さらに、クリーンユニット１２７の顕微鏡、クリーンユニット１２８の卓上ＳＴＭおよび卓上ＡＦＭによる観察画像は、液晶モニターに映し出すことができるようになっている。

この連結クリーンユニットにおいて、例えば、第１の実施形態によるクリーンユニットを小型化してポータブルとしたポータブルクリーンユニットの作業室内に試料（例えば、半導体ウェハー）を保管したまま、このポータブルクリーンユニットのトランスファーボックスをクリーンユニット１２８の試料取り出し口に取り付けて連結する。この状態でトランスファーボックス１２９を経由して、遠く離れた２つの地点に存在する、クリーンユニット連結プラットフォームシステムの間で試料の移動を行うこともできる。また、このポータブルクリーンユニットからクリーンユニット１２８に試料を搬送し、卓上ＳＴＭまたは卓上ＡＦＭにより観察を行うこともできる。

この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点に加えて、次のような多くの利点を得ることができる。すなわち、化学前処理、レジスト塗布、露光、現像、成長／メタライゼーション、エッチング、プロービング、表面観察など、通常巨大なクリーンルームの中に設えられた装置群を駆使して行われるほぼあらゆる工程を、超高清浄度のクリーンエアー環境が得られるクリーンユニットを連結した連結クリーンユニットにおいてループ状配置などを取ることによって、大規模なクリーンルームを用いることなく通常の実験室規模の部屋の中において簡便かつコンパクトに実現することができる。

以上、この考案の実施形態について具体的に説明したが、この考案は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この考案の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。

この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットの正面図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットの背面図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットの上面図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットの左側面図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットの右側面図である。 図３のＸ−Ｘ線に沿っての断面図である。 図４のＹ−Ｙ線に沿っての断面図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットの本体の正面図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットの前カバーの背面図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットの底板の平面図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットの均一流形成板の平面図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットにおける二重壁の補強構造の一例を示す断面図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットにおける二重壁の補強構造の他の例を示す断面図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットのダスト微粒子数の経時変化を示す略線図である。 この考案の第１の実施形態によるクリーンユニットのダスト微粒子数の測定結果を示す略線図である。 この考案の第２の実施形態によるクリーンユニットを示す断面図である。 この考案の第３の実施形態による連結クリーンユニットを示す平面図である。 従来のクリーンユニットを示す断面図である。

符号の説明

１…作業室、１１…本体、１１ａ…外壁、１１ｂ…内壁、１１ｃ…上面、１２…前カバー、１３…隙間、１４…底板、１５、１６…塵埃フィルター、１７…ファンユニット、１８…ダクトホース、１９…連結管、２０…均一流形成板、２１〜２３…トランスファーボックス、２５…手作業用グローブ、２６…上カバー、２７…金属板、２８…リブ、２９…開口部、３０…管部、３１…一重壁

Claims (15)

1. 密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
   上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
   上記作業室と上記塵埃フィルターの入口との間を気密性を持って接続する気体流路とを有し、
   上記作業室から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成されたクリーンユニットであって、
   上記気体流路の一部が、上記作業室の一つの壁面に設けられた二重壁の間の空間であって上記作業室の内部より体積が小さいものにより構成されている
   ことを特徴とするクリーンユニット。
2. 上記作業室から流出する気体の風量に対する上記作業室の内部の体積の比が２．５分以下であることを特徴とする請求項１記載のクリーンユニット。
3. 上記二重壁の間の空間の厚さが上記作業室の内部の空間の奥行きの寸法の１／１０以下であることを特徴とする請求項１記載のクリーンユニット。
4. 上記二重壁の間の空間の厚さが０．５〜４ｃｍであることを特徴とする請求項３記載のクリーンユニット。
5. 上記作業室の上記塵埃フィルターの出口側に、上記塵埃フィルターの出口から出てくる空気の流れをこの流れの方向と垂直な面内で均一にするための均一流形成体が設けられていることを特徴とする請求項４記載のクリーンユニット。
6. 上記作業室および上記二重壁の少なくとも一部が、内面が鏡面のステンレス鋼により形成されていることを特徴とする請求項５記載のクリーンユニット。
7. 上記二重壁の間に上記二重壁の補強材が設けられていることを特徴とする請求項６記載のクリーンユニット。
8. 上記補強材が、波状の断面形状および複数の通気孔を有する板、少なくとも一つのリブまたは少なくとも一つの支柱であることを特徴とする請求項７記載のクリーンユニット。
9. 上記塵埃フィルターは少なくとも最下流側にＵＬＰＡフィルターを含むことを特徴とする請求項８記載のクリーンユニット。
10. 上記塵埃フィルターは上流側のＨＥＰＡフィルターと下流側のＵＬＰＡフィルターとからなることを特徴とする請求項９記載のクリーンユニット。
11. 上記二重壁の開口部の断面形状がほぼ正方形またはほぼ円形であることを特徴とする請求項１０記載のクリーンユニット。
12. 上記気体流路の上記二重壁以外の部分に直径１０ｃｍ以下のパイプ状流路を有することを特徴とする請求項１１記載のクリーンユニット。
13. 上記パイプ状流路に弁が設けられていることを特徴とする請求項１２記載のクリーンユニット。
14. 上記作業室の後部、上部および下部のうちの少なくとも一つならびに少なくとも一方の側部にそれぞれ連結部が設けられていることを特徴とする請求項１０記載のクリーンユニット。
15. クリーンな環境に維持することができるクリーンユニットが複数連結された連結クリーンユニットにおいて、
    少なくとも一つのクリーンユニットが、
    密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
    上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
    上記作業室と上記塵埃フィルターの入口との間を気密性を持って接続する気体流路とを有し、
    上記作業室から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成されたクリーンユニットであって、
    上記気体流路の一部が、上記作業室の一つの壁面に設けられた二重壁の間の空間であって上記作業室の内部より体積が小さいものにより構成されているものである
    ことを特徴とする連結クリーンユニット。

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