JP6802548B1 - 気流制御装置、気流制御方法及び気流制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 炉から上昇気流が生じる場合であっても、クリーンルーム内の気流の乱れを抑制することを可能とする気流制御装置、気流制御方法及び気流制御システムを提供する。【解決手段】 気流制御装置は、ヒータによって加熱される炉を有する２以上の製造装置が設けられるクリーンルームにおいて、前記２以上の製造装置のそれぞれに対応する２以上の給気口に連通する給気ダクトに供給される気体を制御する制御部を備える。前記制御部は、前記炉が開かれた場合に、開かれた炉を有する第１製造装置に対応する第１給気口から前記クリーンルーム内に給気される気体の流量を増大する気流調節制御を実行する。【選択図】 図３

Description

本発明は、気流制御装置、気流制御方法及び気流制御システムに関する。

半導体製造装置や結晶成長装置などの製造装置が設けられるクリーンルームにおいては、クリーンルーム内において気流をラミナーフロー（層流）として生成することによってクリーンルーム内の塵埃を一定レベル以下に抑制する技術が知られている。クリーンルームにおいては、クリーンルーム内の温度や湿度が所望範囲に収まるように制御される。

上述したクリーンルームに設けられる製造装置が熱源を有するケースも想定される。このようなケースにおいて、熱源から生じる熱を排出する技術も提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１７−２１７５７９号公報

ところで、ヒータによって加熱される炉を有する製造装置がクリーンルーム内に設けられるケースにおいて、未だ冷え切っていない炉内の製品を取り出す際に、炉から生じる上昇気流によってクリーンルーム内の気流が乱れる。クリーンルーム内の気流が乱れると、クリーンルーム内の塵埃を一定レベル以下に抑制することができない事態が生じる可能性がある。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、炉から上昇気流が生じる場合であっても、クリーンルーム内の気流の乱れを抑制することを可能とする気流制御装置、気流制御方法及び気流制御システムを提供することを目的とする。

第１の特徴に係る気流制御装置は、ヒータによって加熱される炉を有する２以上の製造装置が設けられるクリーンルームにおいて、前記２以上の製造装置のそれぞれに対応する２以上の給気口に連通する給気ダクトに供給される気体を制御する制御部を備える。前記制御部は、前記炉が開かれた場合に、開かれた炉を有する第１製造装置に対応する第１給気口から前記クリーンルーム内に給気される気体の流量を増大する気流調節制御を実行する。

第２の特徴に係る気流制御方法は、ヒータによって加熱される炉を有する２以上の製造装置が設けられるクリーンルームにおいて、前記２以上の製造装置のそれぞれに対応する２以上の給気口に連通する給気ダクトに供給される気体を制御するステップＡを備える。前記ステップＡは、前記炉が開かれた場合に、開かれた炉を有する第１製造装置に対応する第１給気口から前記クリーンルーム内に給気される気体の流量を増大する気流調節制御を実行するステップを含む。

第３の特徴に係る気流制御システムは、第１の特徴に係る気流制御装置を備える。

本発明によれば、炉から上昇気流が生じる場合であっても、クリーンルーム内の気流の乱れを抑制することを可能とする気流制御装置及び気流制御方法を提供することができる。

図１は、実施形態に係る気流制御システム１００を示す図である。 図２は、実施形態に係る結晶成長装置１０を示す図である。 図３は、実施形態に係る気流制御装置２００を示す図である。 図４は、実施形態に係る給気装置２０を示す図である。 図５は、実施形態に係る適用シーンを説明するための図である。 図６は、実施形態に係る気流制御方法を示す図である。 図７は、変更例１に係る気流制御システム１００を示す図である。 図８は、変更例３に係るパーティション７０を示す図である。 図９は、変更例３に係るパーティション８０を示す図である。 図１０は、変更例４に係る気流を説明するための図である。

以下において、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものである。

［実施形態］
（気流制御システム）
以下において、実施形態に係る気流制御システムについて説明する。図１は、一般的な実施形態に係る気流制御システム１００を示す図である。

気流制御システム１００は、製造装置が設けられるクリーンルームで用いられる。製造装置は、半導体製造装置であってもよく、結晶を成長させる成長装置であってもよい。特に限定されるものではないが、実施形態では、製造装置として、種結晶から単結晶シリコンを成長させる結晶成長装置１０を例示する。

図１に示すように、気流制御システム１００は、天板１１０と床板１２０とによって区画されるクリーンルームで用いられる。但し、結晶成長装置１０の周辺はパンチングプレート（穴空き板）によって、炉の周辺を経由して流れてきた気流の吸い込み口となっている。気流制御システム１００は、クリーンルームに設けられる２以上の結晶成長装置１０と、クリーンルーム内に気体を給気する２以上の給気装置２０と、を有する。気流制御システム１００は、天板１１０の上方に設けられる給気ダクト１１１と、床板１２０の下方に設けられる排気ダクト１２１と、を有する。排気ダクト１２１の吸入口についてもダンパ開閉を天井側の吹き出し口の風量制御に同期させて制御すればさらに効果的ではあるが、床下がユーティリティーの配管・配線の加減で自由度がない場合は、床下の壁側にリターンシャフトを設置することでもよい。

発明者らは、結晶取り出しのための炉の開放時にどのような気流が生じるかを微細な糸により、気流の流れを図る方法で気流を測定した。その結果、完全に常温になっていない炉からは激しい上昇気流が生じ、周辺炉の近傍に降り注いでいることを確認した。この事は、炉室の清浄度管理や、特に毒物をドーパント（半導体結晶の抵抗率制御のための不純物）として用いている場合、作業者の毒物被曝や炉室の環境が汚染される問題を確認した。従来は、個別炉の運転状態と炉の開放時について、炉の開放時の信号で空調制御を行う仕組みとなっていなかったため、問題を乗じていた。

結晶成長装置１０は、ヒータによって加熱される炉を有する製造装置の一例である。例えば、結晶成長装置１０は、種結晶から単結晶シリコンを成長させる成長装置である。図１では、結晶成長装置１０として結晶成長装置１０＃１〜１０＃４が例示されている。結晶成長装置１０の詳細については後述する（図２を参照）。

給気装置２０は、給気ダクト１１１に連通する給気口を有する。各給気装置２０は、各結晶成長装置１０に対応する位置に設けられる。言い換えると、給気装置２０の給気口は、結晶成長装置１０に対応する位置に設けられる。実施形態では、給気装置２０が結晶成長装置１０の上方に設けられるケースを例示する。例えば、給気装置２０は、天板１１０に埋め込まれてもよい。図１では、給気装置２０として給気装置２０＃１〜２０＃４が例示される。従来は、吹き出し口のダンパ開口度合いを部屋の形状装置の並びなどで半固定的に調整していたが、その場合には、上昇気流が生じる炉の開放時には、当該炉の周辺炉上にパーティクルが飛散し、清浄度が保てなかった。

また、当該炉が高濃度ドーパント（砒素や燐などの毒物）の場合、周辺にいる作業者が汚染被曝する危険があった。従って、このパーティクル飛散を排気系に確実に送り込む必要があり、本発明の空調制御が重要となる。

例えば、給気装置２０＃１の給気口から給気される気体は、結晶成長装置１０＃１に対する下降気流を生じる。同様に、給気装置２０＃２の給気口から給気される気体は、結晶成長装置１０＃２に対する下降気流を生じ、給気装置２０＃３の給気口から給気される気体は、結晶成長装置１０＃３に対する下降気流を生じ、給気装置２０＃４の給気口から給気される気体は、結晶成長装置１０＃４に対する下降気流を生じる。クリーンルーム内に給気された気体は排気ダクト１２１を通じて排気される。すなわち、クリーンルーム内においては下降気流が生じる状態が維持され、クリーンルーム内の塵埃が一定レベル以下に抑制される。

天板１１０は、クリーンルームの天井を構成しており、給気装置２０を有する。上述したように、天板１１０の上方には給気ダクト１１１が設けられる。給気ダクト１１１は、２以上の結晶成長装置１０のそれぞれに対応する２以上の給気口に連通する。

床板１２０は、クリーンルームの床を構成しており、網目形状を有する。上述したように、床板１２０の下方には排気ダクト１２１が設けられる。

（結晶成長装置）
以下において、実施形態に係る結晶成長装置について説明する。図２は、実施形態に係る結晶成長装置１０の炉室部分に限定し、単結晶の収納する上部チャンバや結晶成長時に結晶の回転を行ったり、結晶を引き上げるためのワイヤーや、シャフトなどの昇降機構部分は省略して炉室部に限定した部分を示す図である。

図２に示すように、結晶成長装置１０は、種結晶から単結晶シリコン５０を成長させる装置である。結晶成長装置１０は、主チャンバ１１と、蓋体１２と、保温筒１３と、カーボン坩堝１４と、石英坩堝１５と、ガスフロー管１６と、ヒータ１７と、を有する。

特に限定されるものではないが、単結晶シリコン５０を製造する方法としては、CZ（Czochralski）法が用いられてもよく、MCZ（Magnetic field applied Czochralsk）法が用いられてもよい。これらの方法では、多結晶シリコンなどの原料を石英坩堝１５に配置した上で、主チャンバ１１内を減圧状態（１０〜４００Ｔｏｒｒ又は１，３３３〜５３，３２９Ｐａ）において石英坩堝１５内の原料シリコンをヒータ１７によって加熱溶融することによってシリコン融液を得る。続いて、シリコン融液に種結晶を垂下するとともに、一定長ずつ種結晶を引き上げることによって種結晶の転位欠陥を無転位化することによって単結晶シリコン５０を成長させる。

主チャンバ１１は、保温筒１３、カーボン坩堝１４、石英坩堝１５、ガスフロー管１６及びヒータ１７を収容する。主チャンバ１１は、ヒータ１７によって加熱される炉の一例である。主チャンバ１１は、上方に引き上げられる単結晶シリコン５０を覆うように設けられる。単結晶シリコン５０の成長段階において主チャンバ１１は減圧状態に維持されてもよい。

坩堝の回転や、昇降機構、昇降軸も用いられるが、ここでは図示はせず、省略する。同じく、炉内を減圧するための排気口や、ヒータ電極と細部の構造は、炉外の気流に関係しないため、省略する。

蓋体１２（上部チャンバ）は、主チャンバ１１に対して開閉可能に構成される。単結晶シリコン５０の成長段階にといて蓋体１２は閉じられ、単結晶シリコン５０の取出段階にといて蓋体１２は開かれる。蓋体１２は、主チャンバ１１に対して着脱可能なフランジ構造に構成されてもよい。蓋体１２は、主チャンバ１１の一部であると考えてもよい。蓋体１２は、成長中の単結晶シリコン５０を観察するための観察窓１１Ａを有してもよい。蓋体１２は、成長中の単結晶シリコン５０の直径を検出するためのセンサ窓１１Ｂを有してもよい。

保温筒１３は、カーボン坩堝１４及び石英坩堝１５の外側に設けられており、石英坩堝１５の温度を維持する。

カーボン坩堝１４は、石英坩堝１５の外側に設けられており、カーボン坩堝１４は、石英坩堝１５を支持する。カーボン坩堝１４は、少なくとも炭素を含む材料によって構成される。カーボン坩堝１４は、単結晶シリコン５０の成長段階において高温状態の石英坩堝１５の軟化変形を保護する。

石英坩堝１５は、カーボン坩堝１４の内側にもうけられており、多結晶シリコンなどの原料を収容する。石英坩堝１５は、少なくとも石英を含む材料によって構成される。例えば、単結晶シリコン５０の成長段階において石英坩堝１５内の温度（単結晶シリコン５０の成長温度）は１４００℃〜１７００℃の範囲に維持される。

ガスフロー管１６は、石英坩堝１５に不活性ガスを供給する管である。不活性ガスとしてはアルゴンガスを用いてもよい。ガスフロー管１６の少なくとも表面は、シリコン酸化物と還元反応を生じない部材によって構成されてもよい。

ヒータ１７は、カーボン坩堝１４の外側に配置されており、石英坩堝１５に収容される多結晶シリコンなどの原料を加熱溶融する。ヒータ１７は、単結晶シリコン５０の成長段階において石英坩堝１５に収容されるシリコン融液の加熱を継続する。ヒータ１７は、カーボンヒータであってもよい。

（気流制御装置）
以下において、実施形態に係る気流制御装置について説明する。図３は、実施形態に係る気流制御装置２００を示す図である。気流制御装置２００は、気流制御システム１００に設けられる。

図３に示すように、気流制御装置２００は、通信部２１０と、主調節部２２０と、制御部２３０とを有する。

通信部２１０は、通信モジュールによって構成される。通信モジュールは、IEEE802.11a/b/g/n、ZigBee、Wi-SUN、LTE、5Gなどの規格に準拠する無線通信モジュールであってもよく、IEEE802.3などの規格又はPLC（Power Line Communication）に準拠する有線通信モジュールであってもよい。

実施形態では、通信部２１０は、結晶成長装置１０及び給気装置２０とネットワークを介して接続される。通信部２１０は、主チャンバ１１が開閉状態を示す信号を結晶成長装置１０から受信してもよい。例えば、通信部２１０は、主チャンバ１１が開かれた場合に、主チャンバ１１が開かれた旨を示す信号を受信してもよい。通信部２１０は、主チャンバ１１が閉じられた場合に、主チャンバ１１が閉じられた旨を示す信号を受信してもよい。通信部２１０は、主チャンバ１１の開閉状態を示す信号を定期的に受信してもよい。

実施形態では、通信部２１０は、給気装置２０からクリーンルーム内に給気される気体（空気）を制御するための制御信号を給気装置２０に送信してもよい。制御信号は、開かれた主チャンバ１１を有する結晶成長装置１０（以下、第１製造装置と称する）に対応する給気口（以下、第１給気口と称する）からクリーンルーム内に給気される気体の流量の増大を指示する制御信号を含んでもよい。制御信号は、閉じられた主チャンバ１１を有する結晶成長装置１０（以下、第２製造装置と称する）に対応する給気口（以下、第２給気口と称する）からクリーンルーム内に給気される気体の流量の減少を指示する制御信号を含んでもよい。

主調節部２２０は、給気ダクト１１１に接続されており、給気ダクト１１１に供給される気体を調節する。例えば、主調節部２２０は、クリーンルーム内の塵埃（パーティクル又はダストと称することもある）を一定レベル以下に抑制するように、給気ダクト１１１に供給される気体の流量を調節してもよい。また、第１製造装置の近隣に設けられたダストセンサーモニター口からダスト量を監視し、ダスト量が一定以下になるように、風量を給気口から給気装置２０によって適正化してもよい。また、給気装置２０は、風量を自由に制御できるインバータ方式を用いてもよい。主調節部２２０は、クリーンルーム内の温度が所望温度内に維持されるように、給気ダクト１１１に供給される気体の温度を調節してもよい。主調節部２２０は、クリーンルーム内の湿度が所望湿度内に維持されるように、給気ダクト１１１に供給される気体の湿度を調節してもよい。

実施形態では、主調節部２２０は、第１製造装置に対応する第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量の増大するために、給気ダクト１１１に供給される気体の流量を増大してもよい。

制御部２３０は、少なくとも１つのプロセッサを含んでもよい。少なくとも１つのプロセッサは、単一の集積回路（ＩＣ）によって構成されてもよく、通信可能に接続された複数の回路（集積回路及び又はディスクリート回路（discrete circuits）など）によって構成されてもよい。

実施形態では、制御部２３０は、第１製造装置に対応する第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量の増大する制御（以下、気流調節制御と称する）を実行する。

例えば、制御部２３０は、以下に示す気流調節制御を実行してもよい。なお、全ての結晶成長装置１０の主チャンバ１１が閉じている状態（すなわち、気流調節制御が実行される前の状態）において、各給気装置２０の給気口の開口率は同じであるものとする。

第１に、制御部２３０は、開かれた主チャンバ１１を有する第１製造装置に対応する第１給気口を有する給気装置２０（以下、第１給気装置）に対して、第１給気口の開口率を増大する制御信号を送信する制御（以下、第１気流調節制御）を実行してもよい。第１気流調節制御によれば、第１給気口の開口率が第２給気口の開口率に対して相対的に大きくなるため、第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量が増大する。

第２に、制御部２３０は、閉じられた主チャンバ１１を有する第２製造装置に対応する第２給気口を有する給気装置２０（以下、第２給気装置）に対して、第２給気口の開口率を減少する制御信号を送信する制御（以下、第２気流調節制御）を実行してもよい。第２気流調節制御によれば、第１給気口の開口率が第２給気口の開口率に対して相対的に大きくなるため、第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量が増大する。この時、炉から発生する上昇気流を十分に抑える風量でなければならない。

第３に、制御部２３０は、給気ダクト１１１に供給される気体の流量を増大する制御（以下、第３空気調節制御）を実行してもよい。第３気流調節制御によれば、第２給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量も増大するが、第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量が増大することはいうまでもない。すなわち、第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量は、第３気流調節制御の実行前と比べて増大する。

第４に、制御部２３０は、上述した第１気流調節制御〜第３気流調節制御の中から選択された２以上の気流調節制御を実行してもよい。このような構成によれば、第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量が増大することは勿論である。

上述した第１気流調節制御〜第３気流調節制御において、制御部２３０は、開かれた主チャンバ１１の温度に基づいて、第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量を調節してもよい。この時、風量が多すぎると当該炉の周辺からのダストの巻き込みが生じるため、風量を適正化するため、前述のダストモニタを用いて適正化を測ってもよい。具体的には、制御部２３０は、開かれた主チャンバ１１の温度が高いほど、第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量の増大幅が大きくなるように、給気装置２０に送信する制御信号を生成してもよい。制御部２３０は、開かれた主チャンバ１１の温度が低いほど、第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量の増大幅が小さくなるように、給気装置２０に送信する制御信号を生成してもよい。開かれた主チャンバ１１の温度は、クリーンルームの設計段階、結晶成長装置１０の設置段階などにおいて予め定められた温度であってもよい。開かれた主チャンバ１１の温度は、結晶成長装置１０などに設置された温度センサによって測定された温度であってもよい。

実施形態では、制御部２３０は、主調節部２２０の制御によって、給気ダクト１１１に供給される気体の流量、温度及び湿度の少なくともいずれか１つを制御してもよい。主調節部２２０の制御は、主調節部２２０に対する制御信号の送信によって実行されてもよい。例えば、制御部２３０は、クリーンルームの環境条件に基づいて、給気ダクト１１１の気体の流量、温度及び湿度の少なくともいずれか１つを制御してもよい。例えば、環境条件は、クリーンルーム内の温度、クリーンルーム外の温度、クリーム外の湿度を含んでもよい。

ここで、制御部２３０は、クリーンルーム内の温度が所望温度内に維持されるように、給気ダクト１１１に供給される気体の流量及び温度を制御してもよい。

例えば、制御部２３０は、給気ダクト１１１に供給される気体の温度がクリーンルーム内の温度よりも低いケース（すなわち、クリーンルームの温度を下げる必要があるケース）において、クリーンルーム内の温度又はクリーンルーム外の温度が高いほど、給気ダクト１１１に供給される気体の流量を増大し、或いは、給気ダクト１１１に供給される気体の温度を下げてもよい。一方で、制御部２３０は、給気ダクト１１１に供給される気体の温度がクリーンルーム内の温度よりも高いケース（すなわち、クリーンルームの温度を上げる必要があるケース）において、クリーンルーム内の温度又はクリーンルーム外の温度が低いほど、給気ダクト１１１に供給される気体の流量を増大し、或いは、給気ダクト１１１に供給される気体の温度を上げてもよい。

同様に、制御部２３０は、クリーンルーム内の湿度が所望湿度内に維持されるように、給気ダクト１１１に供給される気体の流量及び温度を制御してもよい。

一般的に、炉室は発熱体が同時に稼働しているため、給気温度を加熱する必要はあまり無いが、夏場の冷房を十分配慮する必要があり、冷凍機を用いて熱交換器により、給気温度を下げる必要性が高くなる。

例えば、制御部２３０は、給気ダクト１１１に供給される気体の湿度がクリーンルーム内の湿度よりも低いケース（すなわち、クリーンルームの湿度を下げる必要があるケース）において、クリーンルーム内の湿度又はクリーンルーム外の湿度が高いほど、給気ダクト１１１に供給される気体の流量を増大し、或いは、給気ダクト１１１に供給される気体の湿度を下げてもよい。すなわち、適正な湿度管理を行わなければ、ダストの舞い上がりにも影響し、除湿、加湿を行わなければならない。そのため、炉室の適性位置に配置された温湿度センサを用いてフィードバック制御を行ってもよい。また、この場合において、温湿度操作には一定の遅延があるため、過剰操作が制御全体を見出すことがある。このフィードバック量調整において経験値で制御してもよいが、AI（Artificial Intelligence）システムに代表される学習システムを用いてもよい。

ここで言うAIシステムは、フィードバック制御において生じる過渡応答制御で生じるハンチング現象や、気象条件、炉の稼働台数、稼働炉の分布から来る制御バラツキ要素と情報を常に蓄積・学習し、空調設備のバランス制御を実行する。

一般的に、外気温、外気湿度、室内温度、室内湿度の空調条件と、装置レイアウト、部屋構造、パーティション、局部上昇気流に対し、供給空気風量、排気速度、空気の循環量、フィルターの目詰まり状況と室内温湿度、クリーンルームへの人の出入りなど、多岐にわたる状態の把握が必要である。

特に、天井位置が一般クリーンルームよりも高い単結晶成長炉の部屋は、空調制御が難しいため、前述の条件を時系列でデータベースに取り込み、これをAIシステムで解析調整を行う必要がある。工場の定常状態において、炉の開放と気流の変化については、予めデータを収集し、シミュレーションデータも合わせ比較検討の上、AIシステムによる空調管理状況をマニュアル補正も行いながら、最終的には、マニュアル補正が無くなる状況を作り出す。

一方で、制御部２３０は、給気ダクト１１１に供給される気体の湿度がクリーンルーム内の湿度よりも高いケース（すなわち、クリーンルームの湿度を上げる必要があるケース）において、クリーンルーム内の湿度又はクリーンルーム外の湿度が低いほど、給気ダクト１１１に供給される気体の流量を増大し、或いは、給気ダクト１１１に供給される気体の湿度を上げてもよい。

なお、温度と湿度との間には相関がある。従って、制御部２３０は、クリーンルーム内の温度又はクリーンルーム外の温度に基づいて、給気ダクト１１１に供給される気体の湿度を加湿装置・除湿装置を用いて制御してもよい。制御部２３０は、クリーンルーム内の湿度又はクリーンルーム外の湿度に基づいて、給気ダクト１１１に供給される気体の温度を制御してもよい。

（給気装置）
以下において、実施形態に係る給気装置について説明する。図４は、実施形態に係る給気装置２０を示す図である。

図４に示すように、給気装置２０は、通信部２１と、副調節部２２と、制御部２３とを有する。

通信部２１は、通信モジュールによって構成される。通信モジュールは、IEEE802.11a/b/g/n、ZigBee、Wi-SUN、LTE、5Gなどの規格に準拠する無線通信モジュールであってもよく、IEEE802.3などの規格又はPLC（Power Line Communication）に準拠する有線通信モジュールであってもよい。

ここでは、省配線システムを用いて電源重畳型で天井裏の配線を各吸気口のインバータ制御ユニット（例えば、制御部２３）をアドレス設定し、当該アドレス信号とともに制御信号を伝送することが望ましい。これによって、複雑な配線をする必要がなく、且つ各給気装置２０の識別を容易にすることができる。この場合、単純に２本線をそれぞれの隣り合わせのターミナルと次々チェーン状に繋げば、一括制御が省配線の下で制御も容易に行える。

実施形態では、通信部２１は、気流制御装置２００とネットワークを介して接続される。通信部２１は、上述した第１気流調節制御又は第２気流調節制御において制御信号を気流制御装置２００から受信する。例えば、給気装置２０が第１給気装置に該当する場合には、通信部２１は、第１気流調節制御において、第１給気口の開口率を増大する制御信号を受信する。一方で、給気装置２０が第２給気装置に該当する場合には、通信部２１は、第２気流調節制御において、第２給気口の開口率や風量制御するインバータ式モーターの回転数を減少する制御信号を受信する。

副調節部２２は、給気口２０Ｘに接続されており、給気口２０Ｘからクリーンルーム内に給気される気体を調節する。例えば、給気装置２０が第１給気装置に該当する場合には、副調節部２２は、給気口２０Ｘの開口率を増大する。一方で、給気装置２０が第２給気装置に該当する場合には、副調節部２２は、給気口２０Ｘの開口率を減少する。

制御部２３は、少なくとも１つのプロセッサを含んでもよい。少なくとも１つのプロセッサは、単一の集積回路（ＩＣ）によって構成されてもよく、通信可能に接続された複数の回路（集積回路及び又はディスクリート回路（discrete circuits）など）によって構成されてもよい。

実施形態では、制御部２３は、気流制御装置２００から受信する制御信号に応じて副調節部２２を制御することによって、給気口２０Ｘの開口率を調節する。開口率の調節方法は上述した通りである。

（適用シーン）
以下において、実施形態に係る適用シーンについて説明する。図５は、実施形態に係る適用シーンを説明するための図である。図５では、開かれた主チャンバ１１を有する第１製造装置が結晶成長装置１０＃２であり、閉じられた主チャンバ１１を有する第２製造装置が結晶成長装置１０＃１、１０＃３及び１０＃４であるケースにいて例示する。従って、第１製造装置に対応する第１給気口を有する第１給気装置は給気装置２０＃２であり、第２製造装置に対応する第２給気口を有する第２給気装置は給気装置２０＃１、２０＃３及び２０＃４である。

このような前提下において、上述した気流制御装置２００は、第１気流調節制御〜第３気流調節制御の中から選択された１以上の気流調節制御を実行する。このような構成によれば、結晶成長装置１０＃２に対する下降気流が増大するため、結晶成長装置１０＃２から生じる上昇気流を抑制することができ、クリーンルーム内の気流の乱れを効果的かつ効率的に抑制することができる。

（気流制御方法）
以下において、実施形態に係る気流制御方法について説明する。図６は、実施形態に係る気流制御方法を示す図である。図６では、気流制御装置２００の動作が示されている。

図６に示すように、ステップＳ１１において、気流制御装置２００は、クリーンルームの環境条件を取得する。例えば、環境条件は、クリーンルーム内の温度、クリーンルーム外の温度、クリーンルーム内の湿度、クリーンルーム外の湿度を含んでもよい。環境条件の取得方法は、特に限定されるものではない。環境条件は、各種センサによって測定されてもよく、オペレータによって入力されてもよい。また、季節変動要因を事前に概略のプログラムを組み、補正のみを自動制御してもよい。

ステップＳ１２において、気流制御装置２００は、クリーンルームの環境条件に基づいて、給気ダクト１１１に供給される気体の流量、温度及び湿度の少なくともいずれか１つを制御してもよい。このような状況下において、結晶成長装置１０によって単結晶シリコン５０の成長処理が実行される。

ステップＳ１３において、気流制御装置２００は、主チャンバ１１が開かれたか否かを検出する。判定結果がＹＥＳである場合には、気流制御装置２００はステップＳ１４の処理を実行する。判定結果がＮＯである場合には、気流制御装置２００は主チャンバ１１が開かれるまで待機する。

ステップＳ１４において、気流制御装置２００は、第１製造装置に対応する第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量の増大する気流調節制御（例えば、第１気流調節制御〜第３気流調節制御）を実行する。第１気流調節制御〜第３気流調節制御の詳細については上述した通りである。
また、ステップＳ１１からステップS１４において、AIシステムからの情報で最適化を図ってもよい。

（作用及び効果）
実施形態では、気流制御装置２００は、主チャンバ１１が開かれた場合に、開かれた主チャンバ１１を有する第１製造装置に対応する第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量の増大する気流調節制御を実行する。このような構成によれば、開かれた主チャンバ１１から生じる上昇気流を抑制することができ、クリーンルーム内の気流の乱れを効果的かつ効率的に抑制することができる。

また、結晶成長炉や、蒸着炉などの粉塵を大量に放出する設備には、クリーンルームの清浄度向上、作業の安全性の面からの効果も大きい。

なお、各給気口２０Ｘからクリーンルーム内に給気される気体の流量を予め大きな流量に設定することも考えられるが、このような設定では、給気ダクト１１１に供給される気体の流量が増大してしまい、エネルギー効率の観点で好ましくない。また、閉じられた主チャンバ１１を有する第２製造装置に対応する第２給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量が不必要に増大してしまい、エネルギー効率の観点で好ましくない。

実施形態では、上述した気流調節制御という概念を新たに導入することによって、エネルギー効率を損なうことなく、クリーンルーム内の気流の乱れを抑制することができる点に留意すべきである。

［変更例１］
以下において、実施形態の変更例１について説明する。以下においては、実施形態に対する相違点について主として説明する。

変更例１では、図７に示すように、気流制御システム１００は、開かれた主チャンバ１１から生じる上昇気流によってクリーンルーム内を浮遊する塵埃（パーティクル）を検出するセンサ３０（パーティクルセンサと称することもある）を有する。センサ３０は、各結晶成長装置１０に対応する位置に設けられる。図７では、センサ３０としてセンサ３０＃１〜センサ３０＃４が例示されている。センサ３０＃１〜センサ３０＃４は天板１１０に設けられる。センサ３０＃１〜センサ３０＃４は、天井位置では高すぎる場合、主チャンバ１１の直上位置まで、適宜垂下させることもできる。

制御部２３０は、センサ３０によって検出された塵埃の量に基づいて、第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量を調節する。例えば、制御部２３０は、検出された塵埃の量が多いほど、第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量の増大幅が大きくなるように、気体の流量を調節してもよい。制御部２３０は、検出された塵埃の量が少ないほど、第１給気口からクリーンルーム内に給気される気体の流量の増大幅が小さくなるように、気体の流量を調節してもよい。

変更例１では、センサ３０が結晶成長装置１０毎に設けられるケースについて例示した。しかしながら、変更例１はこれに限定されるものではない。センサ３０の数は結晶成長装置１０の数よりも少なくてもよい。

変更例１では、センサ３０が天板１１０に設けられるケースについて例示した。しかしながら、変更例１はこれに限定されるものではない。センサ３０は、クリーンルームを区画する壁面に設けられてもよく、結晶成長装置１０の周辺に設けられてもよい。センサ３０の位置は、開かれた主チャンバ１１から生じる上昇気流によって運ばれる塵埃の量を適切に検出可能な位置であればよい。

［変更例２］
以下において、実施形態の変更例２について説明する。以下においては、実施形態に対する相違点について主として説明する。

実施形態では特に触れていないが、上述した気流調節制御が適用されるクリーンルームは、結晶成長装置１０で用いられるドーパントの濃度によって区画されてもよい。例えば、第１濃度のドーパントが用いられる結晶成長装置１０が配置される第１クリーンルームは、第２濃度のドーパントが用いられる結晶成長装置１０が配置される第２クリーンルームと区画されてもよい。第１クリーンルームに適用される気流調節制御は、第２クリーンルームに適用される気流調節制御と独立して実行されてもよい。

［変更例３］
以下において、実施形態の変更例３について説明する。以下においては、実施形態に対する相違点について主として説明する。

変更例３では、気流制御システム１００は、クリーンルームにおいて、２以上の給気口２０Ｘの近傍に設けられるパーティションを備える。

具体的には、図８に示すように、気流制御システム１００は、天板１１０から下方に向かって伸びるパーティション７０を有していてもよい。パーティション７０は、吸気装置２０（吸気口２０Ｘ）の近傍に設けられていればよく、結晶成長装置１０への気流をガイドする。パーティション７０は、板状形状を有していてもよく、膜状形状を有していてもよい。図８では、結晶成長装置１０＃１への気流をガイドするパーティション７０＃１、結晶成長装置１０＃２への気流をガイドするパーティション７０＃２、結晶成長装置１０＃３への気流をガイドするパーティション７０＃３、結晶成長装置１０＃４への気流をガイドするパーティション７０＃４が例示されている。

或いは、図９に示すように、気流制御システム１００は、天板１１０から下方に向かって伸びるパーティション８０を有していてもよい。パーティション８０は、吸気装置２０（吸気口２０Ｘ）の近傍に設けられていればよく、結晶成長装置１０への気流をガイドする。パーティション８０は、上下方向に伸縮可能に構成されてもよい。図９では、結晶成長装置１０＃１への気流をガイドするパーティション８０＃１、結晶成長装置１０＃２への気流をガイドするパーティション８０＃２、結晶成長装置１０＃３への気流をガイドするパーティション８０＃３、結晶成長装置１０＃４への気流をガイドするパーティション８０＃４が例示されている。

伸縮可能なパーティション８０の伸縮率は、周辺のダストセンサとAIシステムとを連携し、ダストの舞い上がり量を適正化させてもよい。例えば、クリーンルーム内に設けられるパーティクルセンサによって検出される塵埃（ダスト）の舞い上がり量とパーティション８０の伸縮率との相関関係を学習し、目標舞い上がり量を入力として学習結果に基づいて伸縮率が制御されてもよい。

［変更例４］
以下において、実施形態の変更例４について説明する。以下においては、実施形態に対する相違点について主として説明する。

変更例４では、単結晶シリコン５０の取り出し又は結晶成長装置１０の清掃が行われる場合に、主チャンバ１１が開かれるケースについて主として説明する。

図１０に示すように、このようなケースにおいて、クリーンルーム内の気流は、蓋体１２以外の部分（本体）の側面を上から下に流れる気流と、蓋体１２の側面を上から下に流れる気流と、を含んでもよい。例えば、このような気流制御は、上述した実施形態の気流制御で実現されてもよく、上述した変更例３で説明したパーティション８０を上方向に縮めることによって実現されてもよい。

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

実施形態では、開かれた主チャンバ１１を有する第１製造装置が１つであるケースを例示した（図５を参照）。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。開かれた主チャンバ１１を有する第１製造装置は２以上であってもよい。

実施形態では、気流制御装置２００は、主チャンバ１１が開閉状態を示す信号を結晶成長装置１０から受信する。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。主チャンバ１１が開閉状態の検出方法は任意である。例えば、主チャンバ１１が開閉状態は、これを検出するセンサによって検出されてもよい。このようなケースにおいて、気流制御装置２００は、このようなセンサから主チャンバ１１が開閉状態を示す信号を受信してもよい。

実施形態では、気流調節制御を実行する気流制御装置として、２以上の給気装置２０を制御する気流制御装置２００を例示した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。気流調節制御を実行する気流制御装置は、互いに連携する２以上の給気装置２０によって実現されてもよい。すなわち、気流制御装置は、２以上の給気装置２０によって自立分散的に実行されてもよい。このようなケースにおいて、２以上の給気装置２０は互いに通信を実行する機能を有していてもよい。

実施形態では、クリーンルーム内に給気される気体の流量は、開口率の制御によって変更される。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、クリーンルーム内に給気される気体の流量は、風量制御バルブ又は風量制御ファンなどの制御によって変更されてもよい。

実施形態では、製造装置の一例として結晶成長装置１０について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。製造装置は、ヒータによって加熱される炉を有する装置や、蒸着炉など粉塵が排出され易い設備であればよい。

実施形態及び各変更例は適宜組み合わされてもよい。例えば、結晶成長装置１０は、単結晶成長炉を有する装置のように、非常に高い寸法（例えば、１０ｍ〜１５ｍ）を有してもよい。クリーンルームは、このような装置を配置するために、非常に高い天井を有する炉室であってもよい。このようなクリーンルーム内の空間を作業フロワーで地下部分と地上部分に分け、天井から吹き出す空気を地下部分からリターンシャフトによって一部循環及び一部排気を行う。このようなシステムにおいて、パーティクルセンサを要所要所につけて、パーティクルセンサの検出結果をモニタリングしながら、個別の給気口から給気される気体の流量制御が行われ、単結晶炉の解放時に合わせてパーティションを上方向に縮めることによって、クリーンルーム内の気流が最適化されてもよい。

実施形態では特に触れていないが、気流制御システム１００は、クリーンルームにおいて、クリーンルーム内を浮遊する塵埃（パーティクル）を検出するための吸気口を備えてもよい。気流制御システム１００は、吸気口から吸い込まれる気体に含まれる塵埃の検出結果に基づいて、クリーンルーム内に給気される気体を制御してもよい。すなわち、気流制御システム１００は、各結晶成長装置１０（炉）の適正な位置にパーティクル採取口（吸気口）を設け、気中のパーティクルをパーティクルセンサによりモニタし、上昇気流中に含まれる微小パーティクルの飛散状態をモニタし、流速制御を行えば、一層確実なクリーンルーム管理が行うことができる。

実施形態では特に触れていないが、クリーンルーム内に給気される気体の制御は、AI（Artificial Intelligence）に代表される学習によって実現されてもよい。具体的には、気流制御装置２００（制御部２００）は、クリーンルーム内において検出される状態情報とクリーンルーム内に給気される気体との相関関係を学習し、状態情報の目標値を入力として学習結果を用いてクリーンルーム内に給気される気体を制御する。状態情報は、塵埃（パーティクル）量、温度及び湿度の少なくともいずれか１つを含む。塵埃量は、クリーンルーム内に設けられるパーティクルセンサによって検出されてもよい。温度は、クリーンルーム内に設けられる温度センサによって検出されてもよい。湿度は、クリーンルーム内に設けられる湿度センサによって検出されてもよい。気体の制御は、クリーンルーム内に給気される気体の流量の制御、クリーンルーム内に給気される気体の温度の制御及びクリーンルーム内に給気される気体の湿度の制御の少なくともいずれか１つを含む。なお、クリーンルーム内に給気される気体の流量の制御と塵埃量との間には相関関係があり、クリーンルーム内に給気される気体の温度の制御とクリーンルーム内の温度との間には相関関係があり、クリーンルーム内に給気される気体の湿度の制御とクリーンルーム内の湿度との間には相関関係がある。

１０…結晶成長装置、１１…主チャンバ、１２…蓋体、１３…保温筒、１４…カーボン坩堝、１５…石英坩堝、１６…ガスフロー管、１７…ヒータ１７、２０…給気装置、２０Ｘ…給気口、２１…通信部、２２…副調節部、２３…制御部、５０…単結晶シリコン、１００…気流制御システム、１１０…天板、１１１…給気ダクト、１２０…床板、１２１…排気ダクト、２００…気流制御装置、２１０…通信部、２２０…主調節部、２３０…制御部

Claims (8)

1. 気流制御装置であって、
   ヒータによって加熱される炉を有する２以上の製造装置が設けられるクリーンルームにおいて、前記２以上の製造装置のそれぞれに対応する２以上の給気口に連通する給気ダクトに供給される気体を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記炉が開かれた場合に、開かれた炉を有する第１製造装置に対応する第１給気口から前記クリーンルーム内に給気される気体の流量を増大し、閉じた炉を有する第２製造装置に対応する第２給気口から前記クリーンルーム内に給気される気体の流量を減少する気流調節制御を実行する、気流制御装置。
2. 前記制御部は、前記気流調節制御において、前記給気ダクトに供給される気体の流量を増大する、請求項１に記載の気流制御装置。
3. 前記制御部は、前記気流調節制御において、前記開かれた炉の温度に基づいて、前記第１給気口から給気される気体の流量を調節する、請求項１又は請求項２に記載の気流制御装置。
4. 前記制御部は、前記気流調節制御において、前記開かれた炉から生じる上昇気流によって前記クリーンルーム内を浮遊する塵埃を検出するセンサによって検出された塵埃の量に基づいて、前記第１給気口から供給される気体の流量を調節する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の気流制御装置。
5. 前記制御部は、前記クリーンルームの環境条件に基づいて、前記給気ダクトに供給される気体の流量、温度及び湿度の少なくともいずれか１つを制御する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の気流制御装置。
6. 前記製造装置は、種結晶から単結晶シリコンを成長させる成長装置である、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の気流制御装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の気流制御装置を備える気流制御システム。
8. 前記クリーンルームにおいて、前記２以上の給気口の近傍に設けられるパーティションを備え、
   前記パーティションは、上下方向において伸縮可能に構成される、請求項７に記載の気流制御システム。