JP4684683B2 - クリーンブースおよびそのクリーンブースを用いた作業システム - Google Patents

クリーンブースおよびそのクリーンブースを用いた作業システム Download PDF

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Description

本発明は、半導体製造用のクリーンルームにおいて、生産装置の半製品搬入出口と連通するクリーンブースと、そのクリーンブースを用いた作業システムに関する。
特開2000−87260号公報 特開2003−158164号公報
液晶あるいは半導体製品の生産には、高い空気清浄度の雰囲気下で、複数の生産工程を必要とする。そのため、液晶あるいは半導体製品の半製品は、複数の生産装置間を行き来きしながら、順次、必要な処理を施され次第に完成品へと近づく。
図7は、ある生産工程を経て運ばれてきた半導体の半製品(ウエハー)が、新たな生産工程へと移行するために、次の生産装置へと搬入される様子を示す概略工程図である。図7のクリーンルーム100はクラス1000レベルの空気の清浄度を備えており、そのクリーンルーム100の内部に設けられた生産装置103の内部はクラス1レベルの空気清浄度を備えている。
前記クリーンルーム100の天井には、密閉容器101に収納されたウエハー102のコンベアが設けられている。前記密閉容器101は、そのコンベアにより生産装置103の上方に近づき、その生産装置103の前面の作業台103aまでリフト105により自動的に運ばれる(工程S1)。前記密閉容器101が作業台103aに運ばれると、その密閉容器101はロボット104により生産装置103に形成された前段部103bに移載される(工程S2)。次いで、密閉容器101のフタ101aが外される(工程S3)。前記前段部103bでは、ウエハー102が一枚ずつ生産装置103内部に運び込まれ、所定の処理が施される(工程S4)。そして、その処理が終了すると、ウエハー102は再び密閉容器101に戻され、フタをされて、次の生産装置による生産工程へと進む。このように、ウエハー102は、クリーンルーム100から生産装置103へと移動する。そして、このようにウエハー102の移動に人間を介在させないことにより、空気清浄度の低下を防止している。
特許文献1および2には、空気清浄度が低い空間から高い空間へと半導体製品などの半製品を移動させる際に、空気清浄度を損なわずに搬入あるいは搬出させる手段を開示している。特許文献1および2とも、製品を搬出、搬出するための開口部を形成したクリーンルームにおいて、クリーンルーム内部の空気が前記開口部から外部に流出することを防止するクリーンルームが開示されている。すなわち、クリーンルームの内外を隔てる隔壁に別個の部屋を設け、その部屋にクリーンルームの内側から外側に向かう気流を発生させる、あるいは別途、その部屋に清浄度の高い空気を内側から外側に向かう気流により吹き流している。
図7に示す生産装置103では、生産装置によって内部排気量が大きいものがあり、それにより、装置の周辺、特にクリーンルーム側からウエハーを取り入れる半製品の搬入出口から生産装置103内部に空気清浄度の低い空気が吸い込まれるため、生産装置103が汚染され、クリーンルーム100内部の気流を乱している。
また、リフト105により構成された搬送経路に自由度がないため、製品毎に生産工程のレイアウトを変更するのが困難であり、一旦レイアウトを変更すると、生産ラインを再稼動するまでに多くの時間が費やされる。また、ウエハーの種類が異なると生産工程も異なる。そうすると、ウエハーが正しい生産装置まで運ばれないという搬送のミスも多くなる。このような複雑な生産工程は、仮にウエハーが正しい生産装置まで到達できたとしても、それに要する時間も長くなる。さらに、ウエハーの搬送経路を部屋の上部あるいは天井付近に配置した場合には、リフトにより生産装置までウエハーを降したり、再び搬送経路まで昇げたりする昇降作業に時間が費やされ、その作業が、生産システム全体の生産速度を低下させている。一方、ウエハーが床面を移動するように搬送経路を配置する場合は、クリーンルーム内の床面積を大きく占有するため、スペースを有効に利用し難い。
このような自動搬送の問題は作業員による搬送によって解消できるが、その場合は作業員の衣服などからゴミが発生する。他方、生産装置103では、内部で発生するゴミをクリーンルーム内に出さないように、独自の配管で排気したり、あるいは廃熱などのために常にいくらかの量の空気を排気している。そして、その生産装置の排気は、クリーンルーム100内に、横方向の気流を生じ、設計で意図したクリーンルーム100内のダウンフローの流れを乱し、ゴミを巻き上げたりする原因となる。
そこで、本発明は半製品を自動化手段に頼らずに人の手により移動させても、半製品を汚染することなく、生産装置の排気によるクリーンルーム内の気流の乱れを抑制できるクリーンブースおよびそのクリーンブースを用いた作業システムを提供することを課題とする。
本発明のクリーンブース(請求項1)は、液晶あるいは半導体製品の複数の生産装置を行き来しながら必要な処理を施される半製品を、前記生産装置で処理する際に蓋をはずして一枚ずつ運び込み、前記生産装置での処理が終了すると戻されて蓋をされる密閉容器で工程間搬送するクリーンルーム内に設置され、天面と周壁とを備えたブース本体と、前記天面に配置されたファンフィルタユニットとからなり、前記ブース本体の周壁の下端に床面との間に所定の間隔を空けて内部と外部とを連通する隙間が形成され、前記周壁の一面には、生産装置の搬入出口側に気密に取り付ける取付部と、その取付部により搬入出口と連通する前記密閉容器を搬出入する開口部とが形成され、前記周壁の一面のうち該開口部を含む一部を囲む作業スペースを有し前記周壁の他面には、人が出入りする出入口が前記開口部に対向しないよう形成され、前記周壁の他面のうち該出入口を含む一部を囲む出入口スペースを有し前記密閉容器を運び入れる人が前記出入口スペースに出入りしても、前記搬入出口には人を経由した空気あるいは外部から混入した空気が流れ込まない垂直下方の空気流れを有することを特徴としている。
このようなクリーンブースは、前記天面が枠状部材により形成され、その枠状部材に複数のファンフィルタユニットが並べて固定され、天面の略全体を清浄空気の吹き出し口としているものが好ましい(請求項また、前記複数のファンフィルタユニットの風量が互いに異なるものが好ましい(請求項)。
本発明のクリーンブースを用いた作業システム(請求項)は、粉塵の混入を嫌う製品を生産する生産装置と、その生産装置の搬入出口側に気密に取り付けられた前述のクリーンブースと、それらクリーンブースの間で前記材料を密閉状態で移動させるための密閉容器とからなることを特徴とする。
本発明のクリーンブース(請求項1)は、前記周壁の一面に設けられた取付部で、生産装置の搬入出口側に気密に取り付けて用いる。作業員は出入口からクリーンブースに入り
、開口部を介して前記周壁の他面に、人が出入りする出入口が形成されているので、半製品を生産装置の搬入出口へ手動で出し入れする。そしてクリーンブース内はファンフィルタユニットによって清浄な空気で満たされているので、半製品を汚染から防ぐことができる。すなわち、手動の搬送を実現することができるので、搬送経路の自由度が増し、搬送経路の変更にも素早く対応できる。また、自動搬送装置のための余分なスペースがいらないので、クリーンルーム内の限られた空間を有効に活用することができる。さらに、クリーンブース内部が生産装置の搬入出口と連通しているので、生産装置の生産排気を搬入出口を介してクリーンブース内の清浄空気を供給することができる。したがって、生産装置の排気に基づくクリーンルーム内の気流の乱れを防止することができる。そして、ブース本体の周壁の下端に床面との間に所定の間隔を空けて内部と外部とを連通する隙間が形成されているので、天面のファンフィルタユニットから流れる清浄な空気を隙間から排出するので、ほぼ垂直下方の流れを実現できる。
このようなクリーンブースが、前記天面が枠状部材により形成され、その枠状部材に複数のファンフィルタユニットが並べて固定され、天面の略全体を清浄空気の吹き出し口としている場合(請求項)は、クリーンブースの内部に清浄空気を垂直下方の流れで供給することができるので、クリーンブース内部の気流の乱れを防止することができ、粉塵などの滞留時間を短くすることができる。また、局所的に粉塵が滞留するのを防止することができる。そして、簡単な構成で、クリーンブースの規模を容易に大きくすることができる。
さらに、前記複数のファンフィルタユニットの風量が互いに異なる場合(請求項)は、クリーンブース内の清浄空気の風路を風量により変化させることができる。
本発明のクリーンブースを用いた作業システム(請求項)は、粉塵の混入を嫌う製品を生産する生産装置と、その生産装置の搬入出口側に気密に取り付けられた前述のクリーンブースと、それらクリーンブースの間で前記材料を密閉状態で搬送するための密閉容器とからなるので、密閉容器に半製品を密閉して作業員が次々と生産装置間を行き来することにより、完成品とすることができる。そのため、複雑な処理過程が必要なものでも、簡単に処理することができる。また、少量生産する場合にも有効である。
つぎに図面を参照しながら本発明のクリーンブースの実施の形態を説明する。図1は本発明のクリーンブースの一実施形態を示す概略側面図、図2aは図1のクリーンブースの平面図、図2bはクリーンブースの正面図、図3はクリーンブースの骨組み構造を示す概略斜面図、図4は図2aのI−I線断面図、図5aはクリーンブースの内部の空気の流れる様子を示す概略正面図、図5bは生産装置およびクリーンブースの内部の空気の流れる様子を示す概略側面図、図6は本発明のクリーンブースを用いた作業システムの実施の形態を示す概略工程図である。
まず、図1を参照して、本発明のクリーンブース1が配置されるクリーンルーム2について説明する。クリーンルーム2は半導体装置の製造工場、食品工場などで用いられる防塵が施された部屋であり、清浄度の高い空気を得るためにHEPAフィルタなどが使われている。本実施例のクリーンルーム2では、天井2aに設けられたHEPAフィルタ2dにより、例えばクラス1000程度の清浄度を得ることができるようにしている。また、クリーンルーム2の天井2aの全面から一様に清浄エアを吹き出し、その吹き出した清浄エアをグレーチング床2bよりそのまま下降流でもって垂直に吹き流す一様ダウンフローを採用している。なお、生産装置が置かれる箇所には強度などを高く保つためにグレーチング床2bは採用せず、通常の無孔パネルの床2cである。
図1および図2aを用いて本発明のクリーンンブース1を生産装置に取り付けた実施の形態を説明する。図1および図2aに示すクリーンンブース1を生産装置に取り付けたクリーンブース付き生産装置Aは、クリーンルーム2内部に配置された生産装置3と、その生産装置3の搬入出口3aと連通する開口部1dが形成されたクリーンブース1とからなる。そのクリーンブース1および生産装置3は、クリーンルーム2内部の孔の形成されない床2cの上に配置されている。前記クリーンブース1は縦長の箱状の部屋を形成しており、その縦長の一方の側(図2の左側の部分)の作業スペース1aと、その作業スペースと反対側の後述する出入口1cが形成された出入口スペース1bの2つの部分とからなる。そして、出入口スペース1bから人あるいはロボットにより密閉容器に入れられて運ばれた半導体などの半製品(ウエハー13)は、作業スペース1aに配置された作業台1eまで移送された後、密閉容器から取り出され、生産装置3へと搬入される。そのクリーンブース1は、クリーンルーム2へ供給されているクラス1000の清浄度を備えた空気を天面から取り込んで、クラス1程度の清浄度に処理してクリーンブース1内部に供給している。このように、クリーンブース1は、クリーンルーム2内に局所的にクリーン度が高いスペースを作っている。
前記生産装置3は、スピンコータ、露光機、フォトエッチングなど、例えば半導体を製造するための装置であり、前記ウエハー13を内部に取り込んで、所定の工程を施し、再び開口部1dより、クリーンブース1に戻す。その生産装置3とクリーンブース1とは、図2aに示すようにクリーンブース1の背面側でパッキンあるいはコーキング材等3b(図2a参照)により気密に結合されている。
図2bおよび図3に示すように、クリーンブース1は、ブース本体と、そのブース本体の天井部分に備え付けられたにファンフィルタユニット(FFU)5とからなる。そのブース本体は、骨組みを形成しているフレーム4と、そのフレーム4の左右の側面を覆って外部と内部を隔てている周壁6と、フレーム4の下端に設けられ前記クレーチング床2bと周壁6の下端との間に所定の隙間を形成してクリーンブース1の内部と外部とを連通させるアジャスタ7とからなる。
図3に示す前記フレーム4は、断面が凸状の中空部材(図4参照)を連結して形成されており、枠状に形成された枠部4aと、その枠部4aの四隅から垂直下方に延びる脚部4bと、前記枠部4aの枠内を隔てるように複数本(本実施例では2本)の中空部材を平行に渡している梁部4c、4cとからなる。その梁部4cにより、枠部4aで形成される枠の内部は、エアを供給するための3つの開口部4d、4d、4dに分かれている。また、中空部材の端部同士を連結する際は、それぞれの中空内部にL字状のブラケットを配置して連結したり、連結部分を含むように連結する中空部材同士を外側から弾力的に覆い、そのまま前記中空部材の外周に弾力的に係止することができるポリカーボネート等の樹脂からなる部材を用いて連結してもよい。また、前記中空部材の凸状の突出した部分は上方に向けて配置され、その突出した部分を中心にして左右の低い部分は肩部4eである。なお、前記フレーム4は、アルミニウムあるいはステンレスなどの錆を生じにくい金属または焼付塗装鋼板などで形成され、特にアルミ引き抜き材を用いると軽量でありながら強度も高い。
図4に示すように前記FFU5はフィルタ部材8と、そのフィルタ部材8の上面に配置される駆動部9とからなる。フィルタ部材8は、シート状のフィルタ部材を幾重にも折りたたんで形成されたHEPAフィルタ8aと、そのHEPAフィルタ8aの外周をアルミニウムなどの金属板で囲った金属枠8bとから形成されている。そのHEPAフィルタ8aの折り曲げ方向は、通過する空気と平行になるように形成されるのがよい。前記フィルタ部材8は、金属枠8bの部分を枠部4aおよび梁部4cの肩部4eにパッキンあるいはコーキング材等により気密な状態で配置する。
前記駆動部9は、内部に駆動モータ9aと、その駆動モータ9aにより外部から空気を取り込んでHEPAフィルタ8aの上面に空気を送風するファン9bとから形成される。それら駆動モータ9aおよびファン9bは、駆動部9の外形を形成するカバー10により、内部に収納されている。そのカバー10は、フィルタ部材8の外周にはめ込むことができる枠状の部材である。カバー10は、フィルタ部材8の金属枠8bの外周面およびその上端部に沿うように板状部材を直角に折り曲げて形成され、そのフィルタ部材8にはめ込まれる部分は折り曲げて形成された係止部10aである(図3参照)。
図2に戻って、前記周壁6は、ポリ塩化ビニルなどの軟質の合成樹脂シートからなる両側壁6a、6aと、正面に配置されFFU5(図2bあるいは図5aに示すように3つのFFU5のうち)の1個分の幅だけ上下全体に正面に配置され、塩化ビニルあるいはアクリルなどの硬質の樹脂製の板状部材からなる壁6bと、残り2つ分の幅だけ正面の上部を塞ぐように上から垂れ下がるカーテン状に配置されたポリ塩化ビニルなどの軟質の合成樹脂シートからなる垂れ壁6cと、クリーンブース1の背面側の上下全体に配置されている背面壁6dとからなる。その垂れ壁6cにより正面に形成されたクリーンブース1の開口部は、人が出入りするための出入口1cとなる。また、前記背面壁6dには、生産装置3と連通する開口部1dが形成され、生産装置3とパッキンあるいはコーキング材3b等により気密状態で結合されている。なお、前記周壁6に透明な部材を用いると、クリーンブース1の内部を視認することができる。
図4に示すように前記フレーム4の脚部材4bの下端には、アジャスタ7が設けられており、床2cと所定の間隔(隙間11)を空けるように配置されている。そのため、ファンフィルタユニット5より供給されてクリーンブース1内を流れた清浄空気は床2c付近まで垂直下向きに流れ、床2cに到達すると、前記隙間11より外部に流れ出る。なお、アジャスタ7は、例えばネジ機構などによりその高さを調整することができれば、隙間11の幅を変化させて、クリーンブース1内のエアの流れを調整することもできる。また、アジャスタ7としてキャスタなどの車輪を備えたものを用いると移動が容易となる。
図5を用いてこのように形成されたクリーンブース1内部に清浄空気が流れる様子を示す。図5aに示すように、3つのFFU5、5、5から送風される清浄空気は出入口1cより吹き出すように、作業スペース1aから出入口1cが形成された出入口スペース1bに向かって流れる。そのため、図中の左側の作業台1eにウエハー13を配置すると、空気流れは、作業台1eのウエハー13、人から出入口1cという流れを形成しているため、ウエハー13に外部の空気あるいは人を経由して流れた清浄空気がぶつからない。また、このような空気流れは3つあるFFU5、5、5の送風量を順に変化させることによっても制御することができ、例えば図5aの左側から風量を左端を最も強く、右端を最も弱くするようにしだいに順に弱くしていくと、出入口1cに向かう自然な空気流れを形成することができる。なお、端から順に風量を変化させるばかりでなく、出入口1c、搬入出口3aあるいは人の配置などにより、中央の風量を大きくして、次第に外に向かって風量を小さくしていくなど、変化させることができる。
図5bには、クリーンブース1と生産装置3との空気流れの様子を示す。前記生産装置3は、内部で発生するゴミをクリーンルーム1内に出さないように、独自の配管で排気したり、あるいは廃熱などのために常にいくらかの量の空気を排気している。そのため、清浄空気の一部は搬入出口3aから生産装置3にも流れ込む。しかし、クリーンブース1内部には清浄空気が上方から下方に垂直に吹き降ろされているため、搬入出口3aには、人を経由した空気あるいは外部から混入した空気が流れ込まないので、防塵効果が高い。さらに、生産装置3の排気は、クリーンルーム2内に、横方向の気流を生じ、設計で意図したクリーンルーム2内のダウンフローの流れを乱し、ゴミを巻き上げたりする原因となるが、クリーンブース1を搬入出口3aの手前に配置することにより、その排気分を補充する十分な清浄空気を供給することができるので、クリーンルーム2内部の空気流れを乱すことがない。
次に図6を用いて本発明のクリーンブースを用いた作業システムについて説明する。クリーンブースを用いた作業システムBは、クリーンブース付き生産装置Aと、そのクリーンブース付き生産装置A間を移動する密閉容器12とからなる。ここで密閉容器12について説明する。密閉容器12は、蓋と台座からなる。その容器の内部には清浄空気が満たされ密閉状態にすることができ、外部からの粉塵の混入を防止する容器である。その容器の台座にウエハー13をセットして、蓋を被せて密閉すると、ウエハー13の汚染を防ぎつつ外部に運び出すことができる。
まず、図6の工程S1に示すように、作業員Wが密閉容器12を携帯したままクリーンブース1内部に入る。このとき、出入口1cからは清浄空気が吹き出しているため、作業員Wおよび密閉容器12はエアシャワーと同様な効果を受けて、クリーンブース1内部へ入ることになり、防塵効果が高い。次に、作業員Wが作業スペース1aの作業台1eに密閉容器12を置く(工程S2)。ロボットが密閉容器12の蓋を開ける(工程S3)。このとき、上方から吹き流される清浄空気はウエハー13の上部から作業員Wあるいは搬入出口3aへと向かうので、ウエハー13の汚染がない。裸になったウエハー13を、密閉容器12ごと生産装置3の内に置く(工程S4)。生産装置3が自動的にウエハー13を処理する(工程S5)。生産装置による処理が終了すると、再びロボットがウエハー13を密閉容器12の台座に載せて、蓋をする(S6)。そして、次の生産装置付きクリーンブースA´まで作業員Wが密閉容器12を運び、再び一連の工程を繰り返しながら、次第に工程を一段階ずつ重ねて完成品へと近づく。なお、ロボットによる密閉容器12の蓋の開閉を作業員Wがしてもよい。
このような、クリーンブースを用いた作業システムBによると、固定化された搬送経路の自由度を高くすることができる。そのため、製品毎に生産装置のレイアウトを変更するのが容易である。また、一旦レイアウトを変更しても、生産ラインを再稼動するまでの時間を節約することができる。また、ウエハーの種類が異なると、そのウエハーに対応して生産工程も異なるため、ウエハーは様々な生産装置間を行き来することになる。さらに、このような複雑な生産工程は、仮にウエハーが正しい生産装置まで到達できたとしても、それに要する時間も長くなりがちであるが、その場合でも、必要な工程を熟知した作業員Wにより、ウエハー13を短い時間で正しい生産装置まで搬送することができる。
また、自動化された搬送装置のように、ウエハー13の搬送経路を部屋の上部あるいは天井付近に配置したり、リフトにより生産装置までウエハー13を降したり、再び搬送経路まで昇げたりする昇降作業に時間が費やされることがない。また、そのような自動搬送のためのウエハー13が床面を移動するような搬送経路を配置する必要がないので、クリーンルーム2内の床面積を有効に利用することができる。
図1は本発明のクリーンブースの一実施形態を示す概略側面図である。 図2aは図1のクリーンブースの平面図、図2bはクリーンブースの正面図である。 図3はクリーンブースの骨組み構造を示す概略斜面図である。 図4は図2aのI−I線断面図である。 図5aはクリーンブースの内部の風路の様子を示す概略正面図、図5bは生産装置およびクリーンブースの内部の風路の様子を示す概略側面図ある。 図6は本発明のクリーンブースを用いた作業システムの実施の形態を示す概略工程図である。 従来の技術を示す概略工程図である。
1 クリーンブース
1a 作業スペース
1b 出入口スペース
1c 出入口
1d 開口部
1e 作業台
2 クリーンルーム
2a 天井
2b グレーチング床
2c 床
2d HEPAフィルタ
3 生産装置
3a 搬入出口
3b パッキンあるいはコーキング材
4 フレーム
4a 枠部
4b 脚部
4c 梁部
4d 開口部
4e 肩部
5 FFU(フィルタファンユニット)
6 周壁
6a 側壁
6b 壁
6c 垂れ壁
6d 背面壁
7 アジャスタ
8 フィルタ部材
8a HEPAフィルタ
8b 金属枠
9 駆動部
9a 駆動モータ
9b ファン
10 カバー
10a 係止部
11 隙間
12 密閉容器
13 ウエハー
A クリーンブース付き生産装置
B クリーンブースを用いた作業システム
W 作業員

Claims (4)

  1. 液晶あるいは半導体製品の複数の生産装置を行き来しながら必要な処理を施される半製品を、前記生産装置で処理する際に蓋をはずして一枚ずつ運び込み、前記生産装置での処理が終了すると戻されて蓋をされる密閉容器で工程間搬送するクリーンルーム内に設置され
    天面と周壁とを備えたブース本体と、前記天面に配置されたファンフィルタユニットとからなり、
    前記ブース本体の周壁の下端に床面との間に所定の間隔を空けて内部と外部とを連通する隙間が形成され
    前記周壁の一面には、生産装置の搬入出口側に気密に取り付ける取付部と、その取付部により搬入出口と連通する前記密閉容器を搬出入する開口部とが形成され、
    前記周壁の一面のうち該開口部を含む一部を囲む作業スペースを有し
    前記周壁の他面には、人が出入りする出入口が前記開口部に対向しないよう形成され、
    前記周壁の他面のうち該出入口を含む一部を囲む出入口スペースを有し
    前記密閉容器を運び入れる人が前記出入口スペースに出入りしても、前記搬入出口には人を経由した空気あるいは外部から混入した空気が流れ込まない垂直下方の空気流れを有することを特徴とするクリーンブース。
  2. 前記天面が枠状部材により形成され、その枠状部材に複数のファンフィルタユニットが並べて固定され、天面の略全体を清浄空気の吹き出し口としている請求項1記載のクリーンブース。
  3. 前記複数のファンフィルタユニットの風量が互いに異なる請求項記載のクリーンブース。
  4. 粉塵の混入を嫌う製品を生産する生産装置と、
    その生産装置の搬入出口側に気密に取り付けられた請求項1、2または3記載のクリーンブースと、
    それらクリーンブースの間で半製品または材料を密閉状態で搬送するための密閉容器とからなるクリーンブースを用いた作業システム。
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