JPH0612180B2 - 半導体製造用空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体製造工程に使用される作業空間或いは作
業室の空気清浄度及び空気調和度を低コストで管理でき
る省エネルギ形の空気調和装置に関するものである。

半導体装置の製造においては、半導体簿板（ウェーハ）
にフォトリソグラフィ処理や拡散処理等を行う所謂ウェ
ーハ処理作業が行われているが、この作業は塵埃の混入
を極端に嫌いまた温度や湿度の変化を嫌う。このため、
これらの作業用の室は、第１図或いは第２図に示すよう
な空気調和装置として構成される必要がある。

即ち、第１図に示すものは、空気調和室１の上部にフィ
ルタ２を備えた複数個の空気吹出口３を設ける一方、下
部にはこれよりも数の少ない排気口４を設け、これら吹
出口３と排気口４とを空気調和機５を介在したダクト６
にて連通したもので、空気調和機５にて温度、湿度、風
量等が調整された空気を吹出口３から室１内に吹出し、
排気口４から排出して室１内の空気調和を行うようにし
ている。この場合、室内の温度や湿度は室内全体の数個
所の検出点での平均値や一点での検出値によって制御す
るようになっている。また、この構成では室全体の清浄
度は、クラス１０，０００（空気２７（１立方フィー
ト）当り、０．５μ以上の塵埃の個数が１０，０００個
以下の状態をいう。以下これと同じ）程度とし、前記の
作業を行う部分のみクリーンベンチ７を用いてクラス１
００程度に高清浄化しているのである。

ところが、この構成では室１内における作業装置、作業
者等の介在により室内の空調熱負荷が不均一になると、
室内に吹き出される空気は均等な状態であることから、
室内の温度や湿度の分布状態が悪くなり、特にウェーハ
の処理空間であるクリーンベンチ７内を適正な温度や湿
度に維持することは困難になる。また、清浄度がクラス
１０，０００の室内を作業者が動き回って作業するため
に塵埃が舞い上がり、これが高清浄度のクリーンベンチ
内に入り込み、クリーンベンチ内ではクラス１００を維
持することが困難となり、ウェーハが汚染されてウェー
ハ処理の歩留が低下するという問題がある。

一方、第２図に示すものは、特に清浄度が要求される室
１Ａの天井面８の全体を吹出口として構成すると共に、
床面ａ全体をすのこ状にして排気口とした所謂ダウンフ
ロー式に構成したものである。そして、この室１Ａの数
個所の検出点での平均値や一点での検出値により温度や
湿度を制御し、室内全体をクラス１００〜１０に高清浄
化しているのである。

この第２図の例では、前記した第１図における不具合を
完全とまではいかずとも解消できるのであるが、室１Ａ
の内部全体を高い清浄度と温度及び湿度の維持を図るた
めには、室内へ吹き出す清浄空気の量を前者の１０〜２
０倍程度の大風量とし、これを満足させるための空気調
和機５（ファン）、フィルタ２Ａ、ダクト６等も空気量
に比例して大形としなければならず、これらを収納する
機械室や天井裏、床下等のスペースに大空間を必要とす
る一方、建家及び施設が高価になる。

上記第１図及び第２図の従来例に共通する構造は、空気
調和室１内の空気の温度・湿度調整及び清浄化を行うた
めの循環経路（ダクト６）が１つしかない点である。一
般に、温度及び湿度は比較的少ない空気量の循環で調整
可能であるのに対して、清浄度は循環回数に依存するか
ら、清浄度を高めるためには、より多くの空気量を扱わ
なければならない。従って、従来の様に循環経路が１つ
であると、空気調和機５は必要以上に大量の空気を扱わ
なければならなくなる。

更に、前記第１図、第２図の装置の共通する問題とし
て、室を部分的に使用している時間帯や製造装置等が稼
動しない休日等の時間帯において、室内の清浄度や温
度、湿度を一定以上に保持するために、空気調和装置の
ほぼ全体を運転しなければならず、維持管理費が高くつ
くという問題や、層流状態で流れている室内空気を製造
装置によってその流れを大きく乱したり、渦流を起こし
たりして塵埃を舞い上がらせ、或いは塵埃の停滞域をつ
くってウェーハを汚染させるという問題もある。

なお、半導体集積回路の集積度の向上に伴って最小パタ
ーン寸法が小さくなるため清浄空間である室内のグレー
ドもこれに対応して向上させる必要がある。例えば、こ
れまでは粒子径が０．５μ以上の塵埃粒子を除去するこ
とで足りていたが、これからは０．３μ以下、更には
０．１μ以下の塵埃が除去の対象になる。このような細
粒径の塵埃を対象とする場合には、吹き出す清浄空気の
量はこれまでのダウンフロー式の３〜７倍を必要とし、
空調能力も少なくとも５０％増を必要として装置の建設
費及び維持管理費の大幅増を招くことになる。

従って本発明の目的は、前記した各問題点を解消して低
コストの建設費や維持管理費にて作業用の室内を高無塵
化状態で空気調和することができる半導体製造用空気調
和装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の代表的な半
導体製造用空気調和装置によれば、ワークを処理する処
理装置が配置される装置配置領域と、前記装置配置領域
の一つの側面に配置された第１の隔壁と該第１の隔壁に
並置された第２の隔壁とによって、前記処理装置のメン
テナンスを行うために必要なスペースが区画されて成る
保全領域と、前記装置配置領域に関し作業者が作業を行
うために、前記装置配置領域の一つの側面と対向する他
の側面に隣接して設けられた作業領域と、前記装置配置
領域および前記作業領域へ清浄空気を供給するために設
けられた装置配置用空気清浄化手段および作業領域用空
気清浄化手段と、前記装置配置用空気清浄化手段および
作業領域用空気清浄化手段の吸気側にそれぞれ付設され
た空気混合手段と、空調空気を供給するための空気調和
機とを有し、前記装置配置用空気清浄化手段および作業
領域用空気清浄化手段を介した清浄空気を前記装置配置
領域および前記作業領域の上方から下方に向けて流して
成り、前記装置配置領域および前記作業領域を通過した
空気の一部を、前記保全領域を循環空気路として用いる
ことによって前記保全領域の下方から上方へ向けて上昇
させ、該上昇させた空気を、前記保全領域の上方から前
記装置配置用空気清浄化手段および作業領域用空気清浄
化手段のそれぞれの前記空気混合手段へ戻して成り、前
記装置配置領域および前記作業領域を通過した空気の他
の一部を前記空気調和機へ通流させ、該空気調和機を介
した空調空気を、前記空気調和機に連通する分岐された
ダクトを通して、前記装置配置用空気清浄化手段および
作業領域用空気清浄化手段のそれぞれの前記空気混合手
段へ供給して成り、前記装置配置用空気清浄化手段およ
び作業領域用空気清浄化手段の吸気側にそれぞれ付設さ
れた各空気混合手段によって、前記保全領域から戻され
た空気と前記空気調和機から供給された空調空気とは所
定の割合に混合されて成ることを特徴とする。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は、本発明の空気清浄装置の模式的な断面図であ
る。図示のように、建家１０内に構成した作業室、即ち
空気清浄調和室１１は、フォトリソグラフィ装置、拡散
炉、熱酸化炉等の各種の処理装置１２を配置する装置配
置領域１３と、作業者１４が稼動する通路となると共に
前記処理装置１２を操作する作業領域１５と、前記処理
装置１２のメンテナンスを行なう保全領域１６とに区画
されており、装置配置領域１３と保全領域１６との間に
は隔壁１７を設けているが、装置配置領域１３と作業領
域１５との間には特に隔壁は設けていない。したがっ
て、装置配置領域１３と保全領域１６とは隔壁１７によ
って２室に区分されているが、装置配置領域１３と作業
領域１５とは連続した室として区画されていることにな
る。

前記装置配置領域１３及び作業領域１５の各室の上部に
は、夫々独立して空気洗浄化装置１８ａ〜ｃを設けてい
る。これら空気洗浄化装置１８ａ〜ｃには超高性能フィ
ルタ１９ａ〜ｃとファン２０ａ〜ｃとを組合せて配置し
ており、ファン２０ａ〜ｃにて加圧した空気を超高性能
フィルタ１９ａ〜ｃ及び吹出口２１ａ〜ｃを通して各室
内に吹出すようになっている。なお、本実施例では、作
業領域１５の空気洗浄化装置１８ｃは装置配置領域１３
の装置１８ａ，ｂよりも高い位置に設けている。そし
て、これら各空気清浄化装置１８ａ〜ｃはダクト２２ａ
〜ｃ及び２３を通して空気調和機２４に連通接続してい
る。この空気調和機２４は、吸入口２４ａから吸引した
空気を制御された温度、湿度の空気として調整し、送出
口２４ｂから吹き出すものであることは言うまでもな
い。前記ダクト２３は送出口２４ｂに接続している。

一方、前記各領域１３，１５，１６の下部には床下排気
室２５を構成し、ダクト２６，２７を通して前記空気調
和機２４の吸入口２４ａに接続している。この床下排気
室２５は、前記作業領域１５と保全領域１６とではすの
こ状の排気口２８，２９を通して連通しているが、装置
配置領域１３とでは床板３０によって隔絶されている。
また排気口２８，２９の周囲意値には流量調節の可能な
ダンパ３１，３１を配設しており、前記領域１５，１６
に相対する床下排気室２５はこのダンパ３１，３１を通
してダクト２６に連通する。更に、前記隔壁１７の下部
周囲には、通流する空気の流量の調整が可能な排気口３
２を設け、この排気口３２を通して装置配置領域１３と
保全領域１６とを連通している。そして保全領域１６の
室上部にはダクト３３を開設し、このダクト３３に連設
した空気混合調整装置３４を介して前記ファン２０ａ，
２０ｂ及びダクト２２ａ，２２ｂに連通しているのであ
る。なお、本実施例では、図示左側の保全領域１６をダ
クト３５によりファン２０ｃ、ダクト２２ｃに接続され
ている。３６は空気混合調整装置である。

次に以上の構成の空気洗浄装置の作用を説明する。

空気調和機２４にて所定の温度、湿度に調整された空気
（空調空気）は送出口２４ｂ及びダクト２３を通り、そ
の大部分はダクト２３，２２ｃを通って空気清浄化装置
１８ｃに至る。ここで、空調空気はファン２０ｃにより
加圧されてフィルタ１９ｃを通り、吹出口２１ｃから作
業領域１５の室内に吹き出される。作業領域１５はその
床面がすのこ状をしているため、吹出口２１ｃから適正
な風速で下方に向けて吹出された空気は、天井から床に
向ってダウンフロー式に縦の層流となって流れ、作業領
域１５を清浄化する。そして、排気口２８から床下排気
室２５に通流された空気はダンパ３１を通り、更にダク
ト２６，２７を通して空気調和機２４の吸入口２４ａに
まで復流される。このとき、ダンパ３１の絞りを調整し
て空気流量を制御すれば、作業領域１５内を適正な空気
流方向及び室内圧力に調整することができる。一方、空
調空気の一部はダクト２２ａ，ｂを通って空気清浄化装
置１８ａ，ｂに至り、ファン２０ａ，ｂにより加圧され
てフィルタ１９ａ，ｂ及び吹出口２１ａ，ｂから装置配
置領域１３の室内に吹き出される。ところが、この室で
は床が板状であるため吹出された空気は横方向に移動し
て排気口３２或は作業領域１５の排気口２８へ通流され
る。このうち、排気口３２に通流された空気は保全領域
１６に通流し、その大部分は保全領域１６の室内を上昇
し、ダクト３３から空気混合調整装置３４に至り、ここ
で前記空調空気と所定の割合で混合された後に再度ファ
ン２０ａ，ｂ、フィルタ１９ａ，ｂを通って吹出口２１
ａ，ｂから装置配置領域１３の室内に吹出される。ま
た、排気口３２から保全領域１６に流入した空気の一部
は、排気口２９から床下排気室２５へ入り、ダンパ３１
及びダクト２６，２７を通って空気調和機２４へ復流さ
れる。更に、図の左側の保全領域１６の他の一部の空気
はダクト３５を通って空気混合調整装置３６に流れ、こ
こで空調空気と所定の割合で混合され、前述のようにフ
ァン２０ｃにより作業領域１５内に吹出されるのであ
る。

以上のように空気が通流されると、装置配置領域１３の
空気清浄化装置１８ａ，ｃにおけるファン２０ａ，ｂの
加圧力を大にしたり或は排気口３２の流量を絞ることに
より、装置配置領域１３の室内を流れる空気の空気圧
は、作業領域１５や保全領域１６の空気圧よりも陽圧
（高い）状態となる。すなわちファンの加圧力の調整に
ついてみるならば、空気清浄化装置１８ａ，ｂにおける
ファン２０ａ，ｂの加圧力を空気清浄化装置１８ｃにお
けるファン２０ｃより大にして装置配置領域１３の室内
に流れる空気の流量を作業領域１５の室内に流れる空気
の流量より多くすれば装置配置領域１３の室内の空気圧
は作業領域１６の室内の空気圧よりも高い状態になるこ
とが明らかである。したがって、装置配置領域１３の空
気が、差圧に基づいて作業領域１５や保全領域１６に流
れることはあっても、作業領域１５の空気が装置配置領
域１３に流入することはない。また、装置配置領域１３
には、空気清浄化装置１８ａ，ｂによって再浄化された
排気が循環されて通流されるので、循環回数の増大に伴
なってフィルタ１９ａ，ｂを通る回数も増え、その分清
浄化が促進されて高清浄空気が通流されることになる。
更に、それ程空気清浄度を必要としない保全領域では、
装置配置領域１３からの排気を通流するだけで充分であ
り、空気調和機２４からの空調空気を特に通流する必要
はない。

因みに、前記実施例の空気清浄度について考察すると、
空気調和機２４からクラス１００程度の空調空気を送出
した場合、各空気清浄化装置１８ａ〜ｃの作用により作
業領域１５や装置配置領域１３ではこれよりも高い清浄
空気が得られ、更に複数回の循環が繰返されると装置配
置領域１３ではクラス１０相当の清浄度を維持すること
ができる。また、保全領域１６においても装置配置領域
１３からの排気空気を多量に導入しているので、クラス
１００程度に維持することは可能である。

このような実施例によれば、処置装置１２を有する装置
配置領域１３はクラス１００〜１０相当に維持できると
共に、作業者が動きまわる作業領域も常にクラス１００
以下に維持でき、しかも装置配置領域１３を陽圧にして
いるため、作業領域の空気が装置配置領域１３に混入す
ることはなく、処理装置１２におけるワークの汚染を極
めて少なくする。また、高い清浄度を必要とする領域、
即ち装置配置領域１３や作業領域１５を主として清浄化
するだけで、他の保全領域１６は高清浄度領域の排気空
気と循環空気とでその清浄度を維持できる構造となって
いるため、空気調和機２４で取扱う空気量は少なくな
り、設備の所要動力も少なくなって省エネルギ化を図り
得る。設備の維持管理費はこれまでのダウンフロー式に
較べて約３０〜５０％低減できる。更に、各処理装置１
２の周囲空気は同じ温度に制御されているため、処理装
置１２間の温度、湿度変化は極めて少なく、ウェーハ等
の熱膨張が極めて少なくなって歩留を向上することがで
きる。

ここで、本実施例では作業領域１５の左右に夫々装置配
置領域１３と保全領域１６を形成（区画）しているが、
片方のみに、これらの領域を形成することは勿論可能で
ある。また、隔壁１７は固定壁に限らず、下部に開口部
を設けて取付けたビニールシートやプラスチックボード
類、巻上装置と下部に固定装置等を有するスクリーンや
ヨロイ形パネル、上下開閉形ガラス戸のような着脱可能
な構造としてもよい。

第４図の実施例は、装置配置領域１３及び作業領域１５
に相対する部位にのみ床下排気室２５を横設し、これら
領域からの排気をダンパ４４を経て保全領域１６に流入
して保全領域１６を所望の清浄度及び温湿度に保持でき
るようになっている。また、空気清浄化装置１８ａ，ｂ
の循環空気と空気調和機２４への戻り空気は保全領域１
６の天井に配置したダクト４５から取入れることができ
るようになっている。なお、床下排気室２５は、穴を有
するフリーアクセス床にて形成してもよい。本実施例
は、既存の設備で二重天井内に大なる空間を有するもの
を、簡単な構造変形で本発明構成とすることができ、前
述したような本発明の効果を得ることができるのであ
る。

第５図の実施例は、処理装置１２の据付高さを調整でき
る架台４６を中空に成形し、この中空部を空気通路とし
て利用したものである。即ち、架台４６の開口一部には
流量調整ダンパ４７を取着し、装置配置領域１３や作業
領域１５から保全領域１６へ通流する空気流量を調整す
る。

以上のように本発明の空気調和装置は、空気清浄度、温
度及び湿度の相違する複数の室の空気調和を行うに際
し、これらの室には空気調和機からの空調空気を循環さ
せると共に、ひとつの室には更に排気を再清浄化て再循
環させ、更にこの室を他の室に較べて陽圧に維持してい
るので、高清浄化を目的とする室からそれ程でもない室
の全てにわたって所望の清浄度、温度、湿度に管理でき
ると共に、各室内を通流する空気を再循環させることに
より空気調和機やこれと各室を結ぶダクトの小型化を可
能とし、占有スペースの低減を図る一方で設備動力の低
減を図って設備費や維持管理費の大幅な低減を達成こと
ができるのである。さらに、本発明によれば、多数の清
浄化作業室を設置する場合、上述した実施例のように共
通作業領域を挟むようにその両側に装置配置領域を配置
し、さらにそれらの外側に一対の保全領域を配置した形
態を単位設備とし、これらを多数組用意して互いに隣接
して並置することによって容易に多数の清浄化室を展開
することができるので、特に各種の工程に必要な多数の
空気清浄化室を要求される半導体製造用空気清浄化設備
に適用できるという効果を有する。

本発明は、前記した各実施例の装置を必要に応じ種々変
形し、あるいはまた組み合せた高性能な空気調和装置の
態様とすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々異なる空気調和装置の断面図、
第３図は本発明の実施例に係る空気調和装置の断面図、
第４図は他の実施例の断面図、第５図は更に他の実施例
の断面図である。 １２……処理装置、１３……装置配置領域、１５……作
業領域、１６……保全領域、１７（１７ａ，１７ｂ）…
…隔壁、１８ａ〜ｃ……空気清浄化装置、１９ａ〜ｃ…
…フィルタ、２０ａ〜ｃ……ファン、２１ａ〜ｃ……空
気吹出口、２４……空気調和機、２５……床下排気室、
２８，２９……排気口、３１，３２……ダンパ（流量調
整排気口）、３４……空気混合調整装置、４６……架
台、４７……ダンパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長友 宏人 東京都小平市上水本町1450番地 株式会社 日立製作所武蔵工場内 (72)発明者 鈴木 純 東京都小平市上水本町1450番地 株式会社 日立製作所武蔵工場内 (72)発明者 辰見 昭 東京都千代田区丸の内１丁目５番１号 株 式会社日立建設設計内 (72)発明者 中島 登 東京都千代田区内神田１丁目１番14号 日 立プラント建設株式会社内 (56)参考文献 空気調和と冷凍，18〔３〕，（1978, ３） Ｐ．105 図−10 空気清浄，17〔４〕，（1979，12） Ｐ．10 図１ 半導体における製造環境清浄化技術の現 況と将来，（株）フジテクノシステム, （昭55．３．27） Ｐ．２−17 図−15

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークを処理する処理装置が配置される装
   置配置領域と、 前記装置配置領域の一つの側面に配置された第１の隔壁
   と該第１の隔壁に並置された第２の隔壁とによって、前
   記処理装置のメンテナンスを行うために必要なスペース
   が区画されて成る保全領域と、 前記装置配置領域に関し作業者が作業を行うために、前
   記装置配置領域の一つの側面と対向する他の側面に隣接
   して設けられた作業領域と、 前記装置配置領域および前記作業領域へ清浄空気を供給
   するために設けられた装置配置用空気清浄化手段および
   作業領域用空気清浄化手段と、 前記装置配置用空気清浄化手段および作業領域用空気清
   浄化手段の吸気側にそれぞれ付設された空気混合手段
   と、 空調空気を供給するための空気調和機とを有し、 前記装置配置用空気清浄化手段および作業領域用空気清
   浄化手段を介した清浄空気を前記装置配置領域および前
   記作業領域の上方から下方に向けて流して成り、 前記装置配置領域および前記作業領域を通過した空気の
   一部を、前記保全領域を循環空気路として用いることに
   よって前記保全領域の下方から上方へ向けて上昇させ、
   該上昇させた空気を、前記保全領域の上方から前記装置
   配置用空気清浄化手段および作業領域用空気清浄化手段
   のそれぞれの前記空気混合手段へ戻して成り、 前記装置配置領域および前記作業領域を通過した空気の
   他の一部を前記空気調和機へ通流させ、該空気調和機を
   介した空調空気を、前記空気調和機に連通する分岐され
   たダクトを通して、前記装置配置用空気清浄化手段およ
   び作業領域用空気清浄化手段のそれぞれの前記空気混合
   手段へ供給して成り、 前記装置配置用空気清浄化手段および作業領域用空気清
   浄化手段の吸気側にそれぞれ付設された各空気混合手段
   によって、前記保全領域から戻された空気と前記空気調
   和機から供給された空調空気とは所定の割合に混合され
   て成ることを特徴とする半導体製造用空気調和装置。
2. 【請求項２】前記作業領域の床にすのこ状または穴状の
   排気口を設け、前記装置配置領域および前記作業領域の
   床下に前記保全領域に連通する排気室を設け、この排気
   室を介して、前記空気清浄化手段から前記作業領域の下
   方へ通流した空気を前記すのこ状または穴状の排気口か
   ら前記保全領域へ導入することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の半導体製造用空気調和装置。
3. 【請求項３】前記装置配置用空気清浄化手段および作業
   領域用空気清浄化手段を介して前記装置配置領域および
   前記作業領域の上方から下方に向けてそれぞれ流す前記
   清浄空気の単位面積当りの流量は、前記装置配置領域が
   前記作業領域よりも多くなるように制御されて成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体製造用
   空気調和装置。
4. 【請求項４】前記第１の隔壁の下方には、前記装置配置
   領域の空気の一部を前記保全領域へ導入するための排気
   口が設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第３項のいずれか一つに記載された半導体製造
   用空気調和装置。
5. 【請求項５】前記装置配置用空気清浄化手段および作業
   領域用空気清浄化手段の吸気側に、前記空気混合手段で
   混合された空気を前記装置配置用空気清浄化手段および
   作業領域用空気清浄化手段に送風するためのファンがそ
   れぞれ付設されて成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいずれか一つに記載された半導体製
   造用空気調和装置。
6. 【請求項６】前記装置配置領域および前記作業領域を通
   過した前記空気の他の一部は、前記保全領域の下方から
   上方へ向けて上昇させて、前記保全領域の上方から前記
   空気調和機へ通流させることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第３項のいずれか一つに記載された半導体
   製造用空気調和装置。