JP4905679B2 - クリーンルーム - Google Patents

Description

本発明はクリーンルームに係り、特にミニエンバイロメントを用いる半導体製造工場等のクリーンルームに関する。

半導体製造工場では、生産エリアを高清浄度な空間にするためにクリーンルームが用いられている（特許文献１参照）。また、近年では、ミニエンバイロメントを用いて局所的に浄化するクリーンルームが開発されている（特許文献２参照）。このクリーンルームは、図４に示すように、製造装置８等が設置される部屋１の天井面にファンフィルタユニット（以下、ＦＦＵという）２、２…が配設され、このＦＦＵ２、２…によって天井裏空間３のエアが除塵されて部屋１内にダウンフローされる。ダウンフローされたエアは、床下空間４に吸い込まれた後、部屋１と仕切られたリターンチャンバ５を通って天井裏空間３に吸い込まれる。そして、エアが再び部屋１にダウンフローされて循環することによって、生産エリアである部屋１が高い清浄度に維持される。

また、部屋１の内部には、ミニエンバイロメント６が設けられており、このミニエンバイロメント６の上部にＦＦＵ７が設けられる。そして、このＦＦＵ７で部屋１内のエアを除塵してダウンフローすることによって、ミニエンバイロメント６内が局所的に浄化される。これにより、部屋１の内部全体の浄化レベルを落とすことができ、ランニングコストを大幅に削減することができる。
特開２００４−２１８９１９号公報 特開２００１−１８２９７８号公報

しかしながら、従来のクリーンルームは、リターンチャンバ５を生産エリアとして利用できないため、クリーンルーム全体の敷地面積を必要以上に大きくしなければならないという問題があった。

そこで、リターンチャンバ５を無くすとともに部屋１の天井面に開口部を形成することによって、部屋１のエアを天井裏空間３に直接戻すクリーンルームが考えられる。しかしながら、そのようなクリーンルームは、ＦＦＵ３からダウンフローしたエアがショートカットして天井裏空間３に流れるため、部屋１全体の清浄度が大きく低下するという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、生産エリアの床面積割合を増加させることができ、且つ、部屋全体の清浄度を向上させることのできるクリーンルームを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、少なくとも一つの浄化エリアと該浄化エリアの少なくとも一辺に接するリターンエリアとが部屋の内部に形成されるクリーンルームであって、前記浄化エリアの天井面に設けられ、天井裏空間のエアを浄化して前記浄化エリアにダウンフローするファンフィルタユニットと、前記浄化エリアに設けられ、エアを吸い込んでダウンフローする送風ユニットと、前記リターンエリアの天井面に形成されるリターン開口部と、前記浄化エリアと前記リターンエリアの間の天井面から前記部屋内に垂設される垂れ壁部材と、を備え、前記複数台のファンフィルタユニットは、前記浄化エリア内の中央部に配置されたファンフィルタユニットが、前記浄化エリア内の周辺部に配置されたファンフィルタユニットよりも大きな送風量であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、天井面のファンフィルタユニットによって天井裏空間のエアが浄化されて浄化エリア内にダウンフローされ、そのエアの一部が送風ユニットに集められて吸い込まれ、送風ユニットからダウンフローされる。ダウンフローされたエアはリターンエリアを上昇してリターン開口部から天井裏空間に吸い込まれる。一方で、天井面のファンフィルタユニットでダウンフローされたエアの残りは、垂れ壁部材の下を通ってリターンエリアに流れ、リターン開口部から天井裏空間に吸い込まれる。これにより、浄化エリア内のリターンエリアから離れた部分に大きなダウンフローが形成され、且つ、リターンエリアに上昇気流が形成されるとともに、垂れ壁部材の下側を回り込む気流が形成されるので、部屋の内部全体に清浄エアの気流が効果的に形成され、部屋の内部全体の清浄度を向上させることができる。

また、請求項１の発明は、部屋の内部に形成したリターンエリアが従来のリターンチャンバとして作用するので、部屋の外側にリターンチャンバを別途設ける必要がない。したがって、製造装置などを設置する生産エリアの敷地面積の割合が大きくなり、結果として設備全体を小型化することができる。
更に、浄化エリアの中央部の送風量を周辺部の送風量よりも大きくすることによって、浄化エリアの中央部に大きなダウンフローを形成することができ、部屋全体の清浄度をより向上させることができる。なお、中央部の送風量を周辺部の送風量よりも大きくする方法としては、各ファンフィルタユニットの送風量を制御する方法や、ファンフィルタユニットの設置密度を変える方法などがある。

請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記天井裏空間には、前記リターン開口部から前記天井裏空間に吸い込まれたエアの温度を調節する温度調節手段が設けられることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、温度調節手段を天井裏空間に設けたので、天井裏空間と部屋とを循環するエアの温度を調節することができる。本発明のクリーンルームでは、部屋と天井裏空間とを循環するエアの流れを考慮し、温度調節手段を天井裏空間に設けることが好ましい。

請求項３に記載の発明は請求項１又は２の発明において、前記送風ユニットの全送風量は、前記ファンフィルタユニットの全送風量の２０％以上８０％以下であることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、送風ユニットの全送風量をファンフィルタユニットの全送風量に対して２０％以上８０％以下にしたので、部屋全体の清浄度を確実に向上させることができる。すなわち、ファンフィルタユニットの全送風量に対する送風ユニットの全送風量の割合が上記の範囲を外れると、部屋内の気流が乱れたり滞留域ができたりして部屋全体の清浄度が低下するが、請求項３の発明ではこれを確実に防止することができる。

請求項４に記載の発明は請求項１〜３のいずれか１の発明において、前記送風ユニットは、前記浄化エリア内に形成されるミニエンバイロメントの上部に設置されるとともに前記浄化エリア内のエアを吸い込んで浄化して前記ミニエンバイロメント内にダウンフローするミニエンバイロメント用ファンフィルタユニットであることを特徴とする。

本発明は、浄化エリア内に局所的な高清浄度領域を形成するミニエンバイロメント方式のクリーンルームにおいて特に効果的である。

請求項５に記載の発明は請求項４の発明において、前記部屋の内部には、複数の装置がその前面同士で向き合うように二列ずつに配設され、該装置の前面に前記ミニエンバイロメントが配設されることを特徴とする。

請求項５の発明は、複数の装置を二列ずつ配設し、その前面にミニエンバイロメントを設けるので、ミニエンバイロメントが浄化エリアの中央側に配置される。このようなレイアウトにすることによって、部屋全体の気流を効率良く形成することができる。

本発明によれば、リターンチャンバを設けることなく、部屋の内部全体に効果的な清浄エアの気流を形成して、清浄度を向上させることができる。

以下添付図面に従って本発明に係るクリーンルームの好ましい実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態のクリーンルーム１０を模式的に示す構成図である。このクリーンルームは、半導体製造用のウエーハを加工、洗浄するとともにそのウエーハを密閉容器（ＦＯＵＰ）で搬送するシステムである。

同図に示すクリーンルーム１０は、側面が壁で仕切られた部屋１２を有しており、この部屋１２の内部に三つのリターンエリア１２Ａ、１２Ａ、１２Ａと二つの浄化エリア１２Ｂ、１２Ｂを備えている。リターンエリア１２Ａと浄化エリア１２Ｂは交互に設けられており、二つの浄化エリア１２Ｂ、１２Ｂの両側にリターンエリア１２Ａが形成されている。

部屋１２の床面は、多数の貫通孔を有するグレーチング１４で構成されており、グレーチング１４の下側には床下空間１６が形成されている。なお、本実施形態では、部屋１２の下側に床下空間１６を形成した例で説明するが、これに限定するものではなく、床下空間１６のない設備（すなわち部屋１２の床面に孔がない場合）にも適用することができる。

部屋１２の天井面には、梁を縦と横に組み合わせた格子状の天井フレーム１８が設けられる。この天井フレーム１８の格子部分で、且つ、浄化エリア１２Ｂの上方には、ＦＦＵ（ファンフィルタユニット）２０が設けられている。ＦＦＵ２０の内部構造は図示しないが、上下に開口されたケーシングと、このケーシング内に設置されたファン及びフィルタで構成されており、ファンを駆動することによって天井裏空間２２のエアがケーシング内に吸い込まれ、吸い込まれたエアがフィルタによって除塵されて部屋１２の浄化エリア１２Ｂにダウンフローされる。ＦＦＵ２０は間引きして配設されており、浄化エリア１２Ｂの残りの格子部分は閉止板２４で閉塞されている。

一方、リターンエリア１２Ａの上方となる天井フレーム１８の格子部分は、閉塞されずにリターン開口部２６となっている。リターン開口部２６は、図１に示すように、部屋１２の両サイド部分と中央部分に形成されている。

また、天井フレーム１８には、垂れ壁部材（アイリッドともいう）２８、２８…が部屋１２側に垂設されている。垂れ壁部材２８は、浄化エリア１２Ｂとリターンエリア１２Ａの境界部分に垂設されている。また、垂れ壁部材２８は、その下端が、後述する製造装置３２Ａ〜３２Ｄに触れないように設定されている。なお、垂れ壁部材２８は、グレーチング１４から垂れ壁部材２８の下端までの高さをＨ、浄化エリアの幅をＷとした際、Ｗ／Ｈ＞２となるように設定することが好ましい。

上記の垂れ壁部材２８を設けることによって、ＦＦＵ２０から吹き出されたエアが垂れ壁部材２８の下端をまわってリターン開口部２６に流れるようになり、ＦＦＵ２０からリターン開口部２６にショートカットする気流を防止することができる。

天井裏空間２２には、ドライコイル３０が設けられている。ドライコイル３０は、天井フレーム１８を挟んで垂れ壁部材２８の反対側（すなわち浄化エリア１２Ｂとリターンエリア１２Ａの境界線上）に設けられており、リターン開口部２６を通過したエアが全てドライコイル３０を通過するように周囲が壁３１で覆われている。ドライコイル３０は、通過するエアを熱媒体との顕熱交換によって冷却する機器であり、このドライコイル３０によって、循環エアの温度が調節される。

ところで、部屋１２の内部には、半導体用のウエーハを加工或いは洗浄する装置（以下、まとめて製造装置という）３２Ａ〜３２Ｄが設けられている。製造装置３２は、所定の間隔を空けて、且つ、その前面３４が互いに向き合うようにして二列ずつ二組設けられている。すなわち、装置３２Ａと装置３２Ｂが所定の間隔で向き合うように配置され、装置３２Ｃと装置３２Ｄが所定の間隔で向き合うようにして配置される。なお、装置３２Ａ〜３２Ｄの前面３４とは、ウエーハを受け渡しする側である。また、装置３２Ａ〜３２Ｄは、その背面３６でメンテナンスが行われ、その背面３６はメンテナンスのために部屋１２の側壁から離れて配置される。

各製造装置３２Ａ〜３２Ｄの前面３４には、局所的な清浄空間を形成するためのミニエンバイロメント３８が設けられる。ミニエンバイロメント３８は、下方を除いて周囲が覆われており、その上部には、ミニエンバイロメント用のＦＦＵ（送風ユニットに相当）４０が設けられている。ＦＦＵ４０の内部構成は、上述したＦＦＵ２０と同じ構成であり、その説明を省略する。このＦＦＵ４０によってミニエンバイロメント３８外のエアが吸引されて浄化され、ミニエンバイロメント３８内にダウンフローされ、そのエアがグレーチング１４を介して床下空間１６に吸引される。

ＦＦＵ４０のファンとＦＦＵ２０のファンは、不図示の制御装置によってその回転数が制御されており、ＦＦＵ４０、４０…の全送風量がＦＦＵ２０、２０…の全送風量に対して２０％以上８０％以下になるように制御される。

ミニエンバイロメント３８の前面（製造装置３２Ａ〜３２Ｄの反対側の面）には、ウエーハを受け渡しするための開口部（不図示）と、この開口部を開閉するための扉（不図示）が設けられており、ウエーハの受け渡し時に扉が自動的に開閉される。

また、ミニエンバイロメント３８の前方には、密閉容器４２を載置するためのロードポート４４が設けられる。密閉容器４２は、ウエーハを収納して搬送するための容器であり、ミニエンバイロメント３８側に開閉自在な扉（不図示）が設けられる。この扉は、ミニエンバイロメントの扉とともに開閉制御され、ウエーハの受け渡し時に開放され、ウエーハの搬送時に閉成される。ウエーハを収納した密閉容器４２は、自走台車４６によって搬送される。

上記の如く構成されたクリーンルーム１０では、天井裏空間２２のエアがＦＦＵ２０によって除塵されて部屋１２の浄化エリア１２Ｂに吹き出される。そして、ＦＦＵ２０から吹き出されたエアの一部（２０〜８０％）は、ＦＦＵ４０に吸い込まれて除塵され、ミニエンバイロメント３８内にダウンフローされる。これにより、ミニエンバイロメント３８内が浄化エリア１２Ｂよりも高い清浄度に維持される。

ミニエンバイロメント３８内にダウンフローされたエアと、ミニエンバイロメント３８、３８同士の間にダウンフローされたエアは、グレーチング１４を通って床下空間１６に吸い込まれる。これにより、浄化エリア１２Ｂの中央部に大きなダウンフローが形成される。このエアは、床下空間１６を両サイドに流れた後、リターンエリア１２Ａを通って上昇し、リターン開口部２６から天井裏空間２２に吸い込まれる。一方、ＦＦＵ２０から浄化エリア１２Ｂの周辺部に吹き出されたエアは、垂れ壁部材２８の下側を通ってリターンエリア１２Ａを上昇し、リターン開口部２６から天井裏空間２２に吸い込まれる。

天井裏空間２２に吸い込まれたエアは、ＦＦＵ２０によって再度除塵されて部屋１２の浄化エリア１２Ｂに吹き出される。これにより、部屋１２と天井裏空間２２とを循環するエアの気流が形成される。その際、浄化エリア１２Ｂの中央部に大きなダウンフローが形成されるので、リターンエリア１２Ａを上昇する気流を確実に形成することができ、部屋１２の内部全体の清浄度を向上させることができる。

次に上述したクリーンルーム１０の作用を図４の従来例と比較して説明する。図４に示した従来のクリーンルームは、部屋１と仕切られたリターンチャンバ５が形成されており、このリターンチャンバ５内をエアが上昇するようになっている。したがって、部屋１の側方にリターンチャンバ５のスペース（通常、クリーンルーム床面積の約１０％）を確保しなければならず、リターンチャンバ５の分だけ敷地面積が余分に必要になる。

これに対して本実施の形態のクリーンルーム１０は、部屋１２の内部に形成されたリターンエリア１２Ａを通ってエアが上昇するので、図４のリターンチャンバ５を別途設ける必要がない。よって、クリーンルーム１０を小型化することができる。

図２は、ＦＦＵ２０の全送風量に対するＦＦＵ４０の全送風量の割合と、部屋１２の清浄度との関係を示している。同図に示すように、上記割合が２０％以上８０％以下の範囲では部屋１２の清浄度が大きく向上し、上記割合が２０％未満又は８０％超の範囲では部屋１２の清浄度が大きく低下する。

これは、送風量の割合が２０％未満の場合、ＦＦＵ２０から吹き出されたエアの大部分が垂れ壁部材２８の下側を通ってリターン開口部２６に流れるためである。このような現象が生じると、清浄エアを無駄に循環させることになるとともに、リターンエリア１２Ａから床下空間１６に流れる気流が発生するなど、気流の乱れが生じて部屋１２全体の清浄度が悪化する。反対に、送風量の割合が８０％を超えた場合は、ＦＦＵ２０から吹き出されたエアの大部分がＦＦＵ４０に吸い込まれ、これによって、垂れ壁部材２８の下端周辺に滞留域が形成されるようになり、清浄度が悪化する。

これに対して本実施の形態のように送風量の割合を２０％以上８０％以下とした場合には、浄化エリア１２Ｂの中央部に大きなダウンフローが生じるとともに、浄化エリア１２Ｂの周辺部に垂れ壁部材２８を回り込む小さな気流が形成される。したがって、部屋１２、床下空間１６、天井裏空間２２を循環する気流が効果的に形成されるとともに、部屋１２の内部に滞留域が発生することを防止できる。これにより、部屋１２全体の清浄度を向上させることができる。

なお、上述した実施形態において、各ＦＦＵ２０は均等にエアをダウンフローするようにしてもよいし、各ＦＦＵ２０の送風量を個別に制御してもよい。個別に制御する場合、浄化エリア１２Ｂの中央部のＦＦＵ２０が浄化エリア１２Ｂの周辺部のＦＦＵ２０よりも大きな風量で送風することが好ましい。これにより、浄化エリア１２Ｂの中央部分でのダウンフローが大きくなり、部屋１２の内部全体に効果的な気流を形成することができる。

また、上述した実施形態は、製造装置３２Ａ〜３２Ｄを四列に配置したが、製造装置の列の数や配置はこれに限定するものではなく、二列ずつ配置されているのであればよい。たとえば図３は、製造装置３２Ａ、３２Ｂが二列に配置されたクリーンルームを示している。この場合にも、製造装置３２Ａ、３２Ｂが向かい合うように配置し、ミニエンバイロメント３８、３８を浄化エリア１２Ｂの中央部に配置することによって、部屋１２と天井裏空間２２とを循環するエアの流れを効果的に形成することができ、部屋１２の清浄度を向上させることができる。

なお、本発明において、送風ユニットは、ミニエンバイロメント３８用のＦＦＵ４０に限定するものではなく、ファンなどの送風手段だけで構成してもよい。

また、上述した実施の形態では、浄化エリア１２Ｂの両側にリターンエリア１２Ａ、１２Ａを設けた例で説明したが、本発明の構成はこれに限定するものではなく、浄化エリア１２Ｂの片側だけにリターンエリア１２Ａを形成してもよい。この場合には、送風ユニットをリターンエリア１２Ａから離れた位置に配置することが好ましく、リターンエリア１２Ａから離れた位置のＦＦＵ２０の送風量を他のＦＦＵ２０の送風量よりも大きくすることがより好ましい。

本実施形態のクリーンルームを示す構成図 ＦＦＵの送風量の割合と清浄度の関係を示す図 図１と異なるクリーンルームを示す構成図 従来のクリーンルームを示す構成図

符号の説明

１０…クリーンルーム、１２…部屋、１４…グレーチング、１６…床下空間、１８…天井フレーム、２０…ＦＦＵ、２２…天井裏空間、２４…閉止板、２６…リターン開口部、２８…垂れ壁部材、３０…ドライコイル、３２…製造装置、３４…前面、３６…背面、３８…ミニエンバイロメント、４０…ＦＦＵ、４２…密閉容器、４４…ロードポート、４６…自走台車

Claims (5)

1. 少なくとも一つの浄化エリアと該浄化エリアの少なくとも一辺に接するリターンエリアとが部屋の内部に形成されるクリーンルームであって、
   前記浄化エリアの天井面に設けられ、天井裏空間のエアを浄化して前記浄化エリアにダウンフローするファンフィルタユニットと、
   前記浄化エリアに設けられ、エアを吸い込んでダウンフローする送風ユニットと、
   前記リターンエリアの天井面に形成されるリターン開口部と、
   前記浄化エリアと前記リターンエリアの間の天井面から前記部屋内に垂設される垂れ壁部材と、を備え、
   前記複数台のファンフィルタユニットは、前記浄化エリア内の中央部に配置されたファンフィルタユニットが、前記浄化エリア内の周辺部に配置されたファンフィルタユニットよりも大きな送風量であることを特徴とするクリーンルーム。
2. 前記天井裏空間には、前記リターン開口部から前記天井裏空間に吸い込まれたエアの温度を調節する温度調節手段が設けられることを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム。
3. 前記送風ユニットの全送風量は、前記ファンフィルタユニットの全送風量の２０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のクリーンルーム。
4. 前記送風ユニットは、前記浄化エリア内に形成されるミニエンバイロメントの上部に設置されるとともに前記浄化エリア内のエアを吸い込んで浄化して前記ミニエンバイロメント内にダウンフローするミニエンバイロメント用ファンフィルタユニットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のクリーンルーム。
5. 前記部屋の内部には、複数の装置がその前面同士で向き合うように二列ずつに配設され、該装置の前面に前記ミニエンバイロメントが配設されることを特徴とする請求項４に記載のクリーンルーム。

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