JP5453721B2

JP5453721B2 - 半導体製造装置用空気調和システム

Info

Publication number: JP5453721B2
Application number: JP2008044216A
Authority: JP
Inventors: 一夫赤池; 雅人小竹
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP2009204176A

Description

本発明は、クリーンルーム内に設置された半導体製造装置の内部の空気調和を行う空気調和装置に関する。

クリーンルームの空気調和装置については、その作業領域を超清浄空間に維持すると共に、温度変動幅を±０．１℃程度に制御することを要求されている。従来、この種の空気調和装置は、この目的を達成するために、冷却コイルと再熱コイルを設け、一度過冷却した空気を再度熱することにより精度良く温度制御を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、そのクリーンルームの空気調和装置について図４を参照しながら説明する。

図に示すように、従来のクリーンルーム用空気調和装置１０１は、冷却コイル１０２、再熱ヒータ１０３、送風機１０４、フィルタ１０５、室内温度検出手段１０６、温度調節器１０７を有している。このような構成により、クリーンルーム用空気調和装置１０１は、クリーンルーム内の空気を還気空気（ＲＡ）として取り入れて、まず冷却コイル１０２によってＲＡを冷やす。このとき、冷却コイル１０２では過冷却ぎみに冷却を行う。一方、温度調節器１０７は室内温度検出手段１０６によって検出された室内温度を入力として、室内温度が前記した所定の温度範囲になるよう、再熱ヒータ１０３の加熱量をフィードバック制御する。冷却コイル１０２で冷却された空気はこの再熱コイル１０３を通過することによって温度が調節され、フィルタ１０５を通過した後、室内へ給気される。また、特許文献１には、再熱コイル１０３へ供給する熱量は、冷却コイル１０２へ送る冷媒の凝縮器の排熱を利用することも開示されている。
特開昭６４−７０６３４号公報

このような従来のクリーンルーム用空気調和装置は、吸い込んだ還気空気（ＲＡ）を一旦過冷却して、さらに温度調節のために再熱コイルを通すという構成であり、過冷却と再熱によるエネルギーの無駄という課題があり、少ないエネルギーで空調を行うことが要求されている。

現在では、クリーンルーム内に半導体や、液晶パネルの製造装置を設け、その製造装置内専用で空気調和する方式がとられている。その製造装置内は、ナノメートルレベルの精度で半導体の製造が行われているため、より厳しい温度管理が求められている。

本発明の半導体製造装置用空気調和システムは上記目的を達成するために、クリーンルーム内に設置された半導体製造装置の内部の空気調和を行う半導体製造装置用空気調和装置と、クリーンルーム全体の空気調和を行なう全体空気調和装置を備え、
前記半導体製造装置用空気調和装置は、半導体製造装置内の空気を循環空気として取り込み、熱交換器を通じた後に、高性能フィルタを通して清浄化した後、半導体製造装置内に供給する循環経路と、前記全体空気調和装置によって空調されたクリーンルーム内の空気（以下、ＣＡと呼ぶ）を取り込み、熱交換器を通じた後に、クリーンルーム中に排気するＣＡ経路を有し、前記熱交換器は、循環空気とＣＡとの間で熱交換を行い、循環空気を冷却し、前記ＣＡ経路の排出口近傍には、ＣＡファン用モータとこのＣＡファン用モータによって回転するＣＡファンと、前記循環経路には循環空気を送風する循環ファンと、前記循環経路の外部には循環ファン用モータを備え、循環ファンは循環経路を形成する壁面を隔てて循環ファン用モータのシャフトに接続され、前記半導体製造装置内の温度を検出する装置内温度検出手段と、この装置内温度検出手段で検出された温度をもとにＣＡファンの回転数を決定する制御手段を有し、前記循環ファンを一定の送風量で運転するとともに、前記制御手段は、前記装置内温度検出手段で検出された温度が所望の温度になるように前記ＣＡファンの回転数を制御することを特徴とするものである。

上記構成により、半導体製造装置内で発生した熱を、半導体製造装置の周囲となるクリーンルームの空気と熱交換により排出して、半導体製造装置内の空気調和を行うことが可能になる。

上記構成により、半導体製造装置内の温度制御を行うことが可能になり、かつ、循環経路を通過する循環空気の送風量は一定であるため、半導体製造装置内の清浄度を維持し、一定の気流環境を提供することができる。

また、他の手段は、クリーンルーム内の温度（ＣＡ温度）を検出するＣＡ温度検出手段を設け、前記制御手段は、加熱モードと冷却モードを切替えるモード切替手段を備えたことを特徴とするものである。

また、他の手段は、前記循環経路の空気取入口に、空気冷却機を備えたことを特徴とするものである。

上記構成により、クリーンルーム内の空気との熱交換だけで半導体製造装置内の温度を所定の温度に制御できない場合に冷却機の運転により対応が可能になる。

また、他の手段は、前記高性能フィルタの上流側に隣接して整流手段を設けたことを特徴とするものである。

また、他の手段は、前記熱交換器は、顕熱交換器であることを特徴とするものである。

また、他の手段は、前記熱交換器は、全熱交換器であることを特徴とするものである。

本発明によれば、半導体製造装置内からの還気空気の冷却を熱交換器を通じてクリーンルーム内の空気との熱交換によって行うため、少ないエネルギーで空調することができる。

本発明の請求項１記載の発明は、クリーンルーム内に設置された半導体製造装置の内部の空気調和を行う半導体製造装置用空気調和装置と、クリーンルーム全体の空気調和を行なう全体空気調和装置を備え、前記半導体製造装置用空気調和装置は、半導体製造装置内の空気を循環空気として取り込み、熱交換器を通じた後に、高性能フィルタを通して清浄化した後、半導体製造装置内に供給する循環経路と、空調されたクリーンルーム内の空気（以下、ＣＡと呼ぶ）を取り込み、熱交換器を通じた後に、クリーンルーム中に排気するＣＡ経路を有し、前記熱交換器は、循環空気とＣＡとの間で熱交換を行い、循環空気を冷却し、前記ＣＡ経路の排出口近傍には、ＣＡファン用モータとこのＣＡファン用モータによって回転するＣＡファンと、前記循環経路には循環空気を送風する循環ファンと、前記循環経路の外部には循環ファン用モータを備え、循環ファンは循環経路を形成する壁面を隔てて循環ファン用モータのシャフトに接続され、前記半導体製造装置内の温度を検出する装置内温度検出手段と、この装置内温度検出手段で検出された温度をもとにＣＡファンの回転数を決定する制御手段を有し、前記循環ファンを一定の送風量で運転するとともに、前記制御手段は、前記装置内温度検出手段で検出された温度が所望の温度になるように前記ＣＡファンの回転数を制御することを特徴とするものであり、半導体製造装置内で発生した熱を、半導体製造装置の周囲となるクリーンルームの空気と熱交換により排出して、半導体製造装置内の空気調和を行うことが可能になる。また、半導体製造装置内の温度制御を行うことが可能になり、かつ、循環経路を通過する循環空気の送風量は一定であるため、半導体製造装置内の清浄度を維持し、一定の気流環境を提供することができる。

また、クリーンルーム内の温度（ＣＡ温度）を検出するＣＡ温度検出手段を設け、前記制御手段は、加熱モードと冷却モードを切替えるモード切替手段を備えたことを特徴とするものである。

また、前記循環経路の空気取入口に、空気冷却機を備えたことを特徴とするものであり、クリーンルーム内の空気との熱交換だけで半導体製造装置内の温度を所定の温度に制御できない場合に冷却機の運転により対応が可能になる。

また、前記高性能フィルタの上流側に隣接して整流手段を設けたことを特徴とするものである。

また、前記熱交換器は、顕熱交換器であることを特徴とするものである。

また、前記熱交換器は、全熱交換器であることを特徴とするものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（前提の形態１）
図１に示すように、半導体製造装置３は、クリーンルームＣＲ内に設けられ、その内部に半導体製造装置プロセス部２等を備えている。本実施の形態による半導体製造装置用空気調和装置１は、この半導体製造装置３内の空気調和を行うものである。その半導体製造装置用空気調和装置１の構成は、半導体製造装置３内の空気（以下、循環空気と呼ぶ）を吸込んで冷却し、再び半導体製造装置３内に供給する循環経路４を有している。また、クリーンルームＣＲ内の空気（ＣＡと呼ぶ）を吸込んで循環空気と熱交換した後、排気するＣＡ経路６を有している。循環経路４は、半導体製造装置３内の空気を吸込む循環空気吸込口７と、循環用ファン８、顕熱交換器９と、高性能フィルタ１０を直列に配し、循環空気吹出口１１から半導体製造装置３内に給気する。一方、ＣＡ経路６は、ＣＡ吸込口１２、顕熱交換器９とＣＡ用ファン１３、モータ１４を有し、排気口１５から排気する。循環経路４とＣＡ経路６とは、壁面５を挟んで隣接している。モータ１４は、ＣＡ経路６内に配置される。循環用ファン８は、壁面５を貫通したモータ１４のシャフトに接続され、モータ１４の駆動によって回転する。ＣＡ用ファン１３もモータ１４のシャフトに接続されている。すなわち、循環用ファン８とＣＡ用ファン１３は、モータ１４の駆動によって連動して回転する。顕熱交換器９は、循環空気とＣＡが混じりあうことなく交差するような構造で、循環空気とＣＡとの間で顕熱の交換を行うものである。

上記構成において、その動作を説明する。まず、循環経路４においては、モータ１４を駆動すると、循環用ファン８が回転し、循環空気吸込口７から半導体製造装置３内の空気が循環空気として吸込まれる。この循環空気は、顕熱交換器９を通過して冷却された後、高性能フィルタ１０で清浄化され、循環空気吹出口１１から再び半導体製造装置３内に供給される。

一方、ＣＡ経路６においては、モータ１４を駆動すると、ＣＡ用ファン１３が回転し、ＣＡ吸込口１２からクリーンルームＣＲ内の空気（ＣＡ）が吸込まれる。クリーンルームＣＲ内は、全体空調として別の空気調和装置（図示せず）によって半導体製造装置３内よりも緩やかな温度制御が行われる。通常、クリーンルームＣＲ内には半導体製造装置３などの発熱源を多数有するため、クリーンルームＣＲ内は年間を通じて冷房を行っている。この温調された空気ＣＡを冷熱源として、顕熱交換器９を通じて循環空気の温度を下げ、その後ＣＡは排気口１５から排気される。

このように、半導体製造装置３内の空気は、循環経路４を通過することにより、冷たいＣＡとの熱交換が顕熱交換器９によって行われるため、冷凍サイクルを運転したり、あるいは、冷水を供給することなく、冷却することが可能になる。また、半導体製造装置用空気調和装置１における発熱体となるモータ１４は、ＣＡ経路６内の排気口近傍に設置されているので、半導体製造装置用空気調和装置１内に熱がこもることがないし、半導体製造装置３内に排出されることもない。

なお、循環空気吹出口１１には、パンチングメタル等の整流作用を有した整流手段を設けることによって、吹き出し空気の風速分布が均一化され、半導体の製造に影響を与えにくくなる。取り付け位置としては高性能フィルタ１０の直前の上流側がよい。

また、本実施の形態では、顕熱交換器９を例にして説明したが、クリーンルームＣＲ内の調湿を行なっている場合には、全熱交換器を用いることによって、半導体製造装置３内の湿度調節も可能になる。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について、図２を参照して説明する。第１の前提の形態と同じ構成については同一の番号を付し、詳細な説明を省略する。

図２に示すように、本実施の形態による半導体製造装置用空気調和装置１ｂは、第１の前提の形態と同様に、循環経路４ｂ、ＣＡ経路６、顕熱交換器９を有する。ＣＡ経路６内には、ＣＡ用ファン１３が配置され、ＣＡ用モータ２２のシャフトに接続されている。循環経路４ｂ内には、循環用ファン８ｂが配置される。循環経路４ｂの経路の外には、循環用モータ２３が配置され、そのシャフトは循環経路４ｂを形成する壁面を貫通して循環用ファン８ｂに接続されている。循環経路４ｂを通過した空気は、高性能フィルタ１０によって浄化された後、循環空気吹出口１１から半導体製造装置３内に給気される。

半導体製造装置３内、または、循環空気吸込口７近傍の循環経路４ｂ内には、半導体製造装置３内の温度を検出する装置内の温度センサ２４が設置されている。装置内の温度センサ２４で検出された温度は、制御装置２５に送られ、そのデータに基づいてＣＡ用ファン１３の回転数を決定し、ＣＡ用モータ２２の制御を行う。

上記構成において、その動作を説明する。まず、循環経路４においては、ＣＡ用モータ２２によって循環用ファン８ｂが駆動される。ここで、循環空気の送風量は、半導体製造装置３内から発生する塵埃・化学物質などの汚染物質の量、および、半導体製造装置３内に吹き出す気流の設計風速によって決定される。すなわち、循環用ファン８ｂの回転数は、これらの設計要因によって決定され、一定の値で運転される。循環用ファン８ｂが回転すると、循環空気吸込口７から半導体製造装置３内の空気が循環空気として吸込まれる。この循環空気は、顕熱交換器９を通過して冷却された後、高性能フィルタ１０で清浄化され、循環空気吹出口１１から再び半導体製造装置３内に供給される。

一方、ＣＡ経路６においては、ＣＡ用モータ２２を駆動すると、ＣＡ用ファン１３が回転し、ＣＡ吸込口１２からＣＡが吸込まれる。このＣＡは、顕熱交換器９を通過して循環空気の熱量を受けた後、排気口１５から排気される。制御装置２５は、装置内の温度センサ２４で検出された温度が所望の温度になるように、ＣＡ用モータ２２の制御を行う。

ＣＡ用モータ２２の回転数増減については、以下のように行う。装置内の温度センサ２４で検出した温度が高い場合、すなわち、半導体製造装置３内の熱負荷が大きい、あるいは、ＣＡの温度が比較的高い場合には、制御装置２５は、ＣＡの送風量を増やすようにＣＡ用モータ２２に指令を出す。逆に、装置内の温度センサ２４で検出した温度が低い場合、すなわち、半導体製造装置３内の熱負荷が小さい、あるいは、ＣＡの温度が低い場合には、制御装置２５は、ＣＡの送風量を減らすようにＣＡ用モータ２２に指令を出す。

このように、顕熱交換器９を通じるＣＡの量を制御すれば、特別な冷却設備を用いることなく、半導体製造装置３内の温度制御を精度良く行うことが可能になる。また、循環空気の送風量は一定であるため、半導体製造装置３内の清浄度を維持し、気流の変化のない一定の環境に制御することが出来る。

なお、第１の前提の形態と同様に、クリーンルームＣＲ内の調湿を行なっている場合には、全熱交換器を用いることによって、半導体製造装置３内の湿度調節も可能になる。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について、図３を参照して説明する。第１の前提の形態、第１の実施の形態と同じ構成については同一の番号を付し、詳細な説明を省略する。

図３に示すように、本実施の形態による半導体製造装置用空気調和装置１ｃは、第２の実施の形態と同様に、循環経路４ｃ、ＣＡ経路６、顕熱交換器９を有する。循環経路４ｃ内の循環空気吸込口７と顕熱交換器９の間には、冷却コイル３１を設置する。クリーンルームＣＲ内、あるいは、ＣＡ吸込口１２近傍のＣＡ経路６内には、ＣＡの温度を検出するＣＡ温度センサ３２を設置する。

このような構成において、半導体製造装置３内の熱負荷が大きいとき、あるいは、ＣＡの温度が高くて冷却できない場合（ＣＡ温度センサ３２で検出した温度が高いとき）には、冷却コイル３１に冷水（あるいは冷媒）を通じ、循環空気が顕熱交換器９に入る前に予め冷却しておくことによって半導体製造装置３内の温度制御ができる。すなわち、冷却コイル３１に流す冷水（冷媒量）を、装置内の温度センサ２４の信号をもとに制御して、冷却コイル３１の通過後の循環空気が過冷却気味になるようにする。冷やし過ぎとなった循環空気は、ＣＡ用ファン１３の回転数を制御することによって微調節し、半導体製造装置３内を所望の温度に制御する。冷却コイル３１によって循環空気を過冷却する場合には、制御装置２５においては、ＣＡ用ファン１３の制御を「加熱モード」によって行う。すなわち、循環空気は、冷やし過ぎの状態にあるので、加熱が必要となるためである。この場合、循環空気の温度を上げる方向に制御するには、ＣＡ用ファン１３の回転数を増加させる。

逆に、冷却コイル３１を動作させないとき、つまり、顕熱交換器９によって循環空気を冷やす際には、ＣＡ用ファン１３の制御は、冷却モードで行い、循環空気の冷却量を増やすときに、ＣＡ送風量を増やすような制御を行う。

このような構成によれば、半導体製造装置３内の熱負荷の増加に対応した半導体製造装置用空気調和装置が提供できる。

半導体製造だけでなく、食品製造、薬製造などの清浄空間を必要とする空調の用途にも適用できる。

本発明の第１の前提の形態の半導体製造装置用空気調和装置を示す概略図本発明の第１の実施の形態の半導体製造装置用空気調和装置を示す概略図本発明の第２の実施の形態の半導体製造装置用空気調和装置を示す概略図従来のクリーンルーム用空気調和装置を示す概略図

符号の説明

１、１ｂ半導体製造装置用空気調和装置
４、４ｂ、４ｃ循環経路
６ＣＡ経路
８、８ｂ循環用ファン
９顕熱交換器
１０高性能フィルタ
１３ＣＡ用ファン
１４モータ
２２ＣＡ用モータ
２３循環用モータ
２４温度センサ
２５制御装置
３１冷却コイル
３２ＣＡ温度センサ

Claims

クリーンルーム内に設置された半導体製造装置の内部の空気調和を行う半導体製造装置用空気調和装置と、
クリーンルーム全体の空気調和を行なう全体空気調和装置を備え、
前記半導体製造装置用空気調和装置は、
前記半導体製造装置内の空気を循環空気として取り込み、熱交換器を通じた後に、高性能フィルタを通して清浄化した後、製造装置内に供給する循環経路と、
前記全体空気調和装置によって空調されたクリーンルーム内の空気（以下、ＣＡと呼ぶ）を取り込み、熱交換器を通じた後に、クリーンルーム中に排気するＣＡ経路を有し、
前記熱交換器は、循環空気とＣＡとの間で熱交換を行い、循環空気を冷却し、
前記ＣＡ経路の排出口近傍には、ＣＡファン用モータとこのＣＡファン用モータによって回転するＣＡファンと、
前記循環経路には循環空気を送風する循環ファンと、前記循環経路の外部には循環ファン用モータを備え、
循環ファンは循環経路を形成する壁面を隔てて循環ファン用モータのシャフトに接続され、前記半導体製造装置内の温度を検出する装置内温度検出手段と、
この装置内温度検出手段で検出された温度をもとにＣＡファンの回転数を決定する制御手段を有し、
前記循環ファンを一定の送風量で運転するとともに、
前記制御手段は、前記装置内温度検出手段で検出された温度が所望の温度になるように前記ＣＡファンの回転数を制御することを特徴とする半導体製造装置用空気調和システム。
クリーンルーム内の温度（ＣＡ温度）を検出するＣＡ温度検出手段を設け、
前記制御手段は、加熱モードと冷却モードを切替えるモード切替手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置用空気調和システム。
前記循環経路の空気取入口に、空気冷却機を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造装置用空気調和システム。
前記高性能フィルタの上流側に隣接して整流手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の半導体製造装置用空気調和システム。
前記熱交換器は、顕熱交換器であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の半導体製造装置用空気調和システム。
前記熱交換器は、全熱交換器であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の半導体製造装置用空気調和システム。