JPH0678833B2 - 半導体製造用空気調和方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体製造工程等に使用される複数個の作業空
間或いは作業室を、夫々の作業目的に応じた空気清浄度
及び空気調和度に管理できる省エネルギ形の空気調和方
法に関するものである。

半導体装置等の製造においては、半導体薄板（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27l（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100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
者等の存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全域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10〜20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。

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、渦流を起した
りして塵埃を舞い上がらせ、或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の空気
調和方法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は、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、前記処理
装置のメンテナンスを行うために、必要なスペースを有
しかつ前記装置配置領域の一つの側面に隣接して設けら
れた保全領域と、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を有する各
領域に対して清浄化された空気を供給する空気調和方法
において、前記装置配置領域と前記保全領域との間に前
記装置配置領域の前記処理装置を隔壁の一部とした第１
の隔壁を設けると共に、前記第１の隔壁とともに前記保
全領域を区画するように第２の隔壁を設け、かつ、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
ための、空気混合手段を吸気側に備える空気清浄化手段
を設け、前記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、
かつ、前記装置配置領域における単位面積当たりの流量
が前記作業領域における単位面積当たりの流量よりも多
くなるように流し、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、前記保全領域を第１の循環
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ることにより前記空気混合手
段へ戻し、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、ダクトおよび少なくとも温度を
調整するための空気調和機から成る第２の循環空気路を
通して前記空気混合手段へ供給し、前記第１の循環空気
路から前記空気混合手段へ戻された空気と、前記第２の
循環空気路から前記空気混合手段へ供給された空気と
を、該空気混合手段によって所定の割合に混合して前記
空気清浄化手段へ導入す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、本発明の空気調和方法の検討段階で本発明者
によって考えられた、一実施例の空気清浄装置の模式的
な断面図である。本発明の空気調和方法の基本的な構成
および効果を理解するために、まず、第３図の空気清浄
装置について実施された空気調和方法について説明す
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が稼働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。したがつて、装置配置領域13と保全領域
16とは隔壁17によつて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、
夫々独立して空気清浄化装置18a〜ｃを設けている。こ
れら空気清浄化装置18a〜ｃには超高性能フイルタ19a〜
ｃとフアン20a〜ｃとを組合わせて配置しており、フア
ン20a〜ｃにて加圧した空気を超高性能フイルタ19a〜ｃ
及び吹出口21a〜ｃを通して各室内に吹出すようになつ
ている。なお、本実施例では、作業領域15の空気清浄化
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2
4a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によつて
隔絶されている。また排気口28,29の周囲位置には流量
調整の可能なダンパ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32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を介して前記フアン20a,20b及びダクト20a,20b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によりフアン20c、ダクト22cに接
続している。36は空気混合調整装置である。

次に以上の構成の空気清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を通つて空気清浄化装置18cに至
る。ここで、空調空気はフアン20cにより加圧されてフ
イルタ19cを通り、吹出口21cから作業領域15の室内に吹
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、天井から床に向つてダウンフロー式に縦の
層流となつて流れ、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を通つて空気清浄
化装置18a,bに至り、フアン20a,bにより加圧されてフイ
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或いは作
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
された後に再度フアン20a,b、フイルタ19a,bを通つて吹
出口21a,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を通つて空気調和機24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を通つて空
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、前述のようにフアン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,bにおけるフアン20a,bの加圧力を大に
したり或いは排気口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。し
たがつて、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に流れることはあつても、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によつ
て再浄化された排気が循環されて通流されるので、循環
回数の増大に伴なつてフイルタ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1
5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1b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、処理装置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
業領域の空気が践置配置領域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つているため、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
つ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、設
備面積も約30〜50％低減できる。更に、各処理装置12の
周囲空気は同じ温度、湿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、ウエーハ等
の熱膨張が極めて少なくなつ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ツクボード類、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、上下開閉形のガラス戸のような着脱可能な構造
としてもよい。

第４図は、本発明の空気調和方法の検討段階で本発明者
によって考えられた、他の実施例の空気清浄装置の模式
的な断面図である。本実施例は作業領域15と装置配置領
域13の各空気清浄化装置18a〜ｃを並列的に連通接続す
ると共に、装置18cにおけるフアンを省略し、代りに流
量調整ダンパ37を内装している。また、空気調和機24の
送出口24bに連なるダクト23は装置18a,bにのみ連通接続
している。本実施例によれば、作業領域15内には、装置
18a,bのフアン20a,bにより加圧されかつダンパ37を通つ
た空気のみが吹出口21cから吹出される。したがつて、
装置配置領域13の供給空気は上流側で空気を取出すこと
及びダンパ32の抵抗があることから常に作業領域15より
も大なる量が確保されて装置配置領域13には高い清浄度
と空気圧を得ることができる。また、ダクト22cや空気
清浄化装置18cを簡略化しかつその占有スペースを低減
することもできる。なお、ダンパ37の下流位置には吹出
口21cでの温度分布や風速を均一にするための空気混合
吹出装置38を組込むことが好ましい。また、この場合に
は、空気清浄化装置18a〜ｃは同一高さ位置に形成され
ることも可能になる。

第５図の本発明の空気調和方法の検討段階での他の実施
例は、隔壁17を二枚の壁17a,17bからなる二重構造に形
成すると共に、その内部には背面ダクト39を形成し、更
に壁17a,17bの下部には夫々流量調整形の排気口40,41を
設けている。そしてこの背面ダクト39内には温湿度調整
装置42を内装する一方、背面ダクト39は装置配置領域13
の空気清浄化装置18a,bのフアン20a,bの上流に接続して
いる。なお、作業領域15の空気清浄化装置18cにはフア
ンは設けられておらず、単に空気調和機24のダクト22c
に連通しているのみである。また、装置配置領域13の床
をすのこ状として構成している。本実施例によれば、保
全領域16の排気と床下排気室25からの循環空気を排気口
41から背面ダクト39内に吸入すると共に、装置配置領域
13の排気を排気口40から背面ダクト39内に吸入し、これ
らを混合すると共に温湿度調整装置42によつて所望の
温、湿度に制御することができるようになつている。一
方、作業領域15ではフアンを使用していないため、空気
調和機24の送出圧力にて空気流を生じさせるようになつ
ている。また、空気調和機24に連なるダクト23は保全領
域16に開口しているため、装置配置領域13の吹出し用空
気は、保全領域16及び背面ダクト39を通つて空気清浄化
装置18a,bに通流し、このとき保全領域16の清浄化を行
なつている。

したがつて、本実施例では、装置配置領域13は、作業領
域15及び保全領域16とは切離された別の系としての温湿
度制御系を構成しているため、空気調和機24の影響を受
け難く、その温、湿度制御は±0.1℃及び±３％となる
ような精密な温湿度の制御精度を得ることができるとい
う効果がある。

ここで、第６図に示すように背面ダクト39を床下排気室
25まで延長しかつダンパ31を介して互に連通することに
より、床下排気室25からダンパ31を経て循環空気の一部
を吸入する一方、ダクト43から取出す温湿度調整用の空
調空気を、空気清浄化装置18aのフアン20a上流の空気混
合量調整装置34で循環空気と混合させるような構成とし
てもよい。また、第７図に示すように、背面ダクト39を
用いずに空調空気と循環空気との混合空間として保全領
域16を利用するようにしてもよい。

第８図、第11図および第12図の各図は、本発明の空気調
和方法に従う空気清浄装置の実施例を示す模式的な断面
図である。上記検討段階での実施例と異なる大きな点
は、各図面から明らかなように、右側の装置配置領域13
に配置される処理装置12の一部が、装置配置領域13と保
全領域16との間を区画する隔壁の一部を構成している。
第８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つ
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16の天井に配設したダ
クト45から取入れることができるようになつている。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。

本発明によれば、右側の装置配置領域13に配置される処
理装置12の一部が装置配置領域13と保全領域16との間を
区画する隔壁の一部を構成しているので、装置配置領域
13と保全領域16との間を区画する隔壁に必要なスペース
を低減することができ、空気調和装置全体のスペースを
節減できる。また、保全領域16に処理装置が面するよう
に配置されるので、装置のメンテナンスが容易となる。

この場合、第９図に示すように、隔壁17を二重壁17a,17
bとして背面ダクト39を形成し、保全領域16とは隔別さ
れた循環空気路としてもよい。また、第10図に示すよう
に、背面ダクト39内に温湿度調整装置42を内装し、空気
調和機24からの空調空気を用いずに単独にて空気調和と
除塵ができるようにしてもよい。しかし、循環空気路の
ために多くのスペースが必要となるので、上述の場合に
比較して不利となる。

第11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を中空に形成し、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。第12図も同
様の実施例であり、各領域の上部の構成が相違してい
る。これらの実施例によれば、装置配置領域13及び作業
領域15の床全域にわたって排気口を形成した場合と略同
等の性能を簡単な構成で得ることができる。

以上のように本発明の空気調和方法によれば、空気調和
室から排気された空気を清浄化して上記空気調和室の特
定領域に主として送風することにより、高清浄度が特に
要求される特定領域を効率的に高清浄度に維持すること
ができる。

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わ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、本発明の空気調和方法の検討段階で本発明者
によって考えられた、空気調和装置の一実施例の断面
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、第６図及び第７図は夫々異なる変形例の
部分断面図、第８図、第11図および第12図は本発明の空
気調和方法を実施するための空気調和装置の実施例の断
面図、第９図および第10図は、本発明の検討段階で本発
明者によって考えられた、空気調和装置の変形例の断面
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……フイルタ、20a〜ｃ…
…フアン、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、37
……ダンパ、38……空気混合吹出装置、39……背面ダク
ト、40,41……排気口（ダンパ）42……温湿度調整装
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 空気清浄，17〔４〕、（昭和54年12月20 日），Ｐ．10 図１

Claims (3)

【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、前記処理装置のメンテナンスを行うため
   に、必要なスペースを有しかつ前記装置配置領域の一つ
   の側面に隣接して設けられた保全領域と、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
   た作業領域とを有する各領域に対して清浄化された空気
   を供給する空気調和方法において、前記装置配置領域と
   前記保全領域との間に前記装置配置領域の前記処理装置
   を隔壁の一部とした第１の隔壁を設けると共に、前記第
   １の隔壁とともに前記保全領域を区画するように第２の
   隔壁を設け、かつ、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の、空気混合手段を吸気側
   に備える空気清浄化手段を設け、前記空気清浄化手段を
   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、かつ、前記装置配置領域におけ
   る単位面積当たりの流量が前記作業領域における単位面
   積当たりの流量よりも多くなるように流し、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
   記保全領域を第１の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るこ
   とにより前記空気混合手段へ戻し、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、ダクト
   および少なくとも温度を調整するための空気調和機から
   成る第２の循環空気路を通して前記空気混合手段へ供給
   し、前記第１の循環空気路から前記空気混合手段へ戻さ
   れた空気と、前記第２の循環空気路から前記空気混合手
   段へ供給された空気とを、該空気混合手段によって所定
   の割合に混合して前記空気清浄化手段へ導入することを
   特徴とする半導体製造用空気調和方法。
2. 【請求項２】前記作業領域の床を穴状の排気口とし、前
   記装置配置領域および前記作業領域の床下に排気室を設
   け、この排気室を前記第１の循環空気路の一部として使
   用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方法。
3. 【請求項３】前記装置配置領域および前記作業領域の床
   を板状とし、前記装置配置領域における前記板状の床上
   に設置される処理装置を載せるための架台を中空と成
   し、該架台の中空部を前記第１の循環空気路の一部とし
   て使用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方法。