JPH08327092A - 空気調和方法および空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】空気調和に際して、減湿処理を行うと同時にミ
スト状あるいはガス状の不純物を効率よく除去し、ラン
ニングコストも抑制する。 【構成】空気調和装置１０に取入れられた空気に対し
て、その温湿度にかかわらず常に一定量の除湿を行い得
るように必要に応じて所定の湿度に達するまで加湿を行
う第１ステップと、第１ステップにより必要に応じて加
湿された空気に対して冷却処理により除湿を行う第２ス
テップとを具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気の温湿度を制御す
るための空気調和方法および空気調和装置に係り、特に
除湿方法および除湿部に関するもので、例えば半導体装
置の製造に際して必要とする不純物濃度が低い清浄な空
気をクリーンルームに供給するために使用されるもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置の製造に際して使用
されるクリーンルームの室内では、半導体装置の製造プ
ロセスにおけるプロセス特性の安定性を確保するために
温度を２２℃〜２６℃±１℃、湿度を３０％〜６０％±
５％に制御する必要がある。このクリーンルームに供給
する空気の温湿度を制御するために、従来は、冷却コイ
ルと加熱コイルとを組み合わせた空気調和装置を使用し
ている。

【０００３】図４は、半導体装置製造用のクリーンルー
ムの空気取入れ部に設けられる従来の空気調和装置の一
例を示している。この空気調和装置４０においては、外
部から空気取入れ口を通して取り込んだ空気（外気Ａ）
およびクリーンルーム内を循環した空気の上流側（空気
取入れ口側）の空気（循環空気Ｂ、リターンエアー）を
送風機（ファン）４１によりプレフィルタ（バグフィル
タ）４２を通して冷却コイル４３に導入する。この冷却
コイル４３は、コイル状の鋼管中に冷却水を循環させて
鋼管を冷却し、その表面で空気（外気Ａおよび循環空気
Ｂ）を冷却する。この冷却コイル４３の表面温度は露点
より低く、冷却コイル４３の表面で結露が起こり、結露
により生じた凝縮水は除去される。これにより、空気中
の水蒸気量は減少し、除湿が行われ、除湿量は空気の湿
度に依存する。

【０００４】さらに、上記したように除湿された空気を
加熱コイル４４および加湿器４５に順次送り込む。そし
て、送り込まれた空気の温度が所定の温度より低い場合
には、加熱コイル４４により加熱して空気を所定の温度
に上昇させる（空気中の水蒸気量は変化しない）。ま
た、送り込まれた空気の湿度が所定の湿度より低い場合
には、加熱コイルの後段（空気の下流側）に配設された
加湿器４５により加湿して空気を所定の湿度に上昇させ
る。

【０００５】上記したような一連の操作を経て所定の温
湿度に制御された空気Ｃがクリーンルームの室内に供給
される。さらに、半導体装置製造用のクリーンルームで
は、半導体素子の高集積化、高密度化に伴う微細化に対
応して空気中のダスト（微粒子）を除去するために、前
記したように所定の温湿度に制御された空気に対してＨ
ＥＰＡフィルター等のダスト除去用フィルターを通すこ
とにより無塵化を図っている。

【０００６】一方、半導体素子のさらなる微細化に際し
て、クリーンルーム内の空気中のダストのみならず、ミ
スト状あるいはガス状の不純物（ケミカルコンタミネー
ション）が素子特性やプロセス特性に影響を及ぼすこと
が明らかになってきてきた。これらの不純物は、前記し
たような通常のダスト除去用ＨＥＰＡフィルター等では
除去できない。そこで、これらの不純物を空気中から除
去するための装置として活性炭などの固体吸着剤フィル
ター、いわゆるケミカルフィルターが開発されており、
これを空気調和装置に取り付けて使用するようになって
きた。

【０００７】しかし、上記したようなケミカルフィルタ
ーを空気調和装置に取り付けて使用することは、その比
較的大きな設置スペースに伴って空気調和装置の大型化
をまねき、ケミカルフィルターによる圧力損失分に見合
う送風機の処理風量の増大に伴ってエネルギー消費量の
増大をまねくだけでなく、ケミカルフィルターの寿命に
よる交換に伴ってランニングコストの大幅な増大をまね
く。また、ケミカルフィルターの不純物除去性能は、不
純物の種類や濃度に依存し、必ずしも満足なものではな
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように空気中
のミスト状あるいはガス状の不純物を除去するためにケ
ミカルフィルターを使用する従来の空気調和方法および
空気調和装置は、ランニングコストの増大をまねき、不
純物除去性能が不純物の種類や濃度に依存し、必ずしも
満足なものではないという問題があった。

【０００９】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、空気中の水蒸気の凝縮結露による減湿処理を
行うと同時に空気中のミスト状あるいはガス状の不純物
を効率よく除去することができ、ランニングコストも抑
制し得る空気調和方法および空気調和装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の空気調和方法
は、空気調和装置に取入れられた空気に対して、その温
湿度にかかわらず常に一定量の除湿を行い得るように必
要に応じて所定の湿度に達するまで加湿を行う第１ステ
ップと、上記第１ステップにより必要に応じて加湿され
た空気に対して冷却処理により除湿を行う第２ステップ
とを具備することを特徴とする。

【００１１】また、本発明の空気調和装置は、温湿度を
調和すべき空気を取入れる空気取入れ装置と、上記空気
取入れ装置により取入れられた空気に対してその温湿度
にかかわらず常に一定量の除湿を行い得るように所定の
湿度に達するまで必要に応じて加湿を行うように制御さ
れる加湿器と、上記加湿器を経た空気に対して冷却処理
により除湿を行う除湿器とを具備することを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】本発明の空気調和方法においては、取入れられ
た空気に対してその温湿度にかかわらず常に一定量の除
湿を行い得るように第１ステップにより必要に応じて所
定の湿度に達するまで加湿を行うので、第２ステップに
より通常の冷却処理により除湿を行う際、空気中の水蒸
気の凝縮結露による減湿処理を行うと同時に空気中のミ
スト状あるいはガス状の不純物を凝縮結露に取り込んで
除去することが可能になる。

【００１３】また、本発明の空気調和装置は、取入れら
れた空気に対してその温湿度にかかわらず常に一定量の
除湿を行い得るように所定の湿度に達するまで必要に応
じて加湿し、この後に通常の冷却処理により除湿を行う
ことが可能になる。これにより、空気中の水蒸気の凝縮
結露による減湿処理を行うと同時に、空気中のミスト状
あるいはガス状の不純物を凝縮結露に取り込んで除去す
ることが可能になる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は、本発明の空気調和装置の一実施例
に係る半導体装置製造用のクリーンルームの空気取入れ
部に設けられる空気調和装置の一例を示している。

【００１５】この空気調和装置１０において、１１は温
湿度を調和すべき空気を取入れる空気取入れ装置の一例
として設けられた送風機であり、外部から空気取入れ口
を通して空気（外気Ａ）を取り込むと共にクリーンルー
ム内を循環した空気の上流側（空気取入れ口側）の空気
（循環空気Ｂ、リターンエアー）を取り込むように設置
されている。

【００１６】１２は上記送風機により取り込まれた空気
（外気Ａおよび循環空気Ｂ）を通過させ、この際に塵埃
を除去するためのプレフィルタ（バグフィルタ）であ
る。１３は上記プレフィルタを通過した空気に対してそ
の温湿度にかかわらず常に一定量の除湿を行い得るよう
に所定の湿度まで必要に応じて加湿を行うように制御さ
れる第１の加湿器である。

【００１７】１４は第１の加湿器の上流側（例えば前記
プレフィルタと上記第１の加湿器との間）に設けられ、
通過する空気の温湿度を検知するための温湿度センサで
ある。

【００１８】１５は上記温湿度センサの出力を受け、空
気の温湿度に応じて加湿の必要があるか否かを判定し、
加湿する必要がある場合には目標湿度を算出し、この算
出湿度に達するまで加湿を行うように前記第１の加湿器
による加湿量を制御する制御装置（例えばマイクロコン
ピュータ）である。

【００１９】１６は上記第１の加湿器を経た空気を通過
させ、この際に空気に対して通常の冷却処理により常に
一定量の除湿を行う除湿器である。この除湿器１６は、
例えばコイル状の鋼管中に冷却水を循環させて鋼管（冷
却コイル）を冷却してその表面温度を露点より低下させ
る機能を有する。

【００２０】１７は上記除湿器器を経た空気を通過さ
せ、この際に空気を加熱して所定の温度に上昇させる
（空気中の水蒸気量は変化しない）ための加熱コイルで
ある。１８は上記加熱コイルを経た空気を通過させ、こ
の際に空気の湿度が所定の湿度より低い場合には所定の
湿度になるように加湿する第２の加湿器である。

【００２１】なお、上記各加湿器１３、１８は、通常の
防食剤入りの水蒸気を使用して加湿すると、空気中の不
純物濃度が高くなるおそれがあるので、例えば不純物濃
度が数百ｐｐｂ以下の純水の蒸気を使用して加湿する構
造のものが望ましい。

【００２２】ここで、上記構成の空気調和装置１０の動
作を説明する。送風機１１が取り込んだ空気（外気Ａお
よび循環空気Ｂ）は、プレフィルタ１２を経て第１の加
湿器１３に送り込まれる。この第１の加湿器１３は、送
り込まれた空気の温湿度にかかわらず後段側の除湿器１
６で常に一定量の除湿を行い得るように、送り込まれた
空気の温湿度に応じて算出された所定の湿度に達するま
で必要に応じて加湿を行うように加湿量が制御される。

【００２３】この第１の加湿器１３を経た空気は除湿器
１６の冷却コイルに導入されてその表面で冷却され、空
気中の水蒸気が結露し、凝縮水は除去される。これによ
り、空気中の水蒸気量は減少し、一定量の除湿が行われ
る。この場合、本実施例では、空気中の水蒸気の凝縮結
露による減湿（除湿）処理が行われると同時に空気中の
ミスト状あるいはガス状の不純物が凝縮結露に取り込ま
れて除去される。

【００２４】さらに、上記したように除湿された空気は
加熱コイル１７および第２の加湿器１８に順次送り込ま
れる。この際、送り込まれた空気の温度が所定の温度
（例えば２２℃〜２６℃±１℃）より低い場合には、加
熱コイル１７により空気が加熱されて所定の温度に設定
される（空気中の水蒸気量は変化しない）。また、送り
込まれた空気の湿度が所定の湿度（例えば３０％〜６０
％±５％）より低い場合には、第２の加湿器１８により
空気が加湿されて所定の湿度に設定される。

【００２５】上記したような一連の操作を経て所定の温
湿度に制御されるとともに不純物濃度が低い超清浄な空
気Ｃがクリーンルームの室内に供給されるようになる。
次に、上記空気調和装置１０を用いた本発明の空気調和
方法の一実施例における制御手順について、図２に示す
フローチャートを参照しながら説明する。

【００２６】第１ステップＳ１では、空気調和装置１０
に取入れられた空気に対して、その温湿度にかかわらず
後段側の除湿器１６で常に一定量の除湿を行い得るよう
に必要に応じて所定の湿度まで加湿を行う。この場合、
取入れられた空気の温湿度を温湿度センサ１４により検
知し、検知された空気の温湿度に応じて加湿の必要があ
るか否かを判定し、加湿する必要がある場合には目標湿
度を算出し、この算出湿度に達するまで加湿を行うよう
に第１の加湿器１３による加湿量を制御する。

【００２７】第２ステップＳ２では、上記第１ステップ
により必要に応じて加湿された空気に対して、通常の冷
却処理により除湿を行う。この場合、本実施例では、空
気中の水蒸気の凝縮結露による減湿（除湿）処理を行う
と同時に空気中のミスト状あるいはガス状の不純物を凝
縮結露させて取り込むことにより除去する。

【００２８】ここで、前記第１ステップにおいて目標湿
度を算出する処理について、図３に示す湿り空気線図を
参照しながら詳細に説明する。まず、取入れられた空気
の絶対湿度が除湿器１６の除湿性能により決まる除湿可
能な絶対湿度以上であるか否かを判定する。この判定の
結果、除湿器１６で除湿可能な絶対湿度以上でない場合
には、取入れられた空気が除湿器１６で除湿可能な絶対
湿度に達するまで第１の加湿器１３で加湿する。この
際、取入れられた空気に対して絶対湿度の差が例えば
０．０１〜０．０２Ｋｇ／Ｋｇ以上になるように第１の
加湿器１３による加湿量を制御する。これに対して、除
湿器１６で除湿可能な絶対湿度以上である場合には取入
れられた空気に対する加湿を行う必要はない。

【００２９】即ち、上記実施例の空気調和方法において
は、取入れられた空気に対してその温湿度にかかわらず
常に一定量の除湿を行い得るように第１ステップにより
必要に応じて所定の湿度に達するまで加湿を行うので、
第２ステップにより通常の冷却処理により常に一定量の
除湿を行う際、空気中の水蒸気の凝縮結露による減湿処
理を行うと同時に空気中のミスト状あるいはガス状の不
純物を凝縮結露に取り込んで除去することが可能にな
る。この後、必要に応じて加熱、加湿を順次行うことに
より、温湿度が制御された不純物濃度が低い超清浄な空
気をクリーンルーム内に供給することが可能になる。

【００３０】また、上記実施例の空気調和装置において
は、取入れられた空気に対してその温湿度にかかわらず
常に一定量の除湿を行い得るように所定の湿度に達する
まで必要に応じて加湿し、この後に通常の冷却処理によ
り除湿を行うことが可能になる。これにより、空気中の
水蒸気の凝縮結露による減湿処理を行うと同時に、空気
中のミスト状あるいはガス状の不純物を凝縮結露に取り
込んで除去することが可能になる。

【００３１】因みに、上記実施例の空気調和方法および
空気調和装置によれば、取入れられた空気中の不純物濃
度にかかわらず、クリーンルーム内に供給する空気の不
純物濃度を有機物、酸、アルカリのいずれも１ｐｐｂ以
下に低減することができた。また、ケミカルフィルタを
使用する場合に生じていたようなケミカルフィルターの
寿命による交換も不要となり、メインテナンスフリーで
あり、メインテナンスコストはかからなくなり、ランニ
ングコストを３０％〜４０％程度も削減することができ
た。

【００３２】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、空気中
の水蒸気の凝縮結露による減湿処理を行うと同時に空気
中のミスト状あるいはガス状の不純物を効率よく除去す
ることができ、ランニングコストも抑制し得る空気調和
方法および空気調和装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気調和装置の一実施例に係る半導体
装置製造用のクリーンルームの空気取入れ部に設けられ
る空気調和装置の一例を示を示す構成説明図。

【図２】本発明の空気調和方法の一実施例における制御
手順を示すフローチャート。

【図３】本発明の空気調和方法の第１ステップにおい
て、空気の温湿度に応じて加湿の必要があるか否かを判
定し、加湿する必要がある場合には目標湿度を算出する
点を説明するために示す湿り空気線図。

【図４】半導体装置製造用のクリーンルームの空気取入
れ部に設けられる従来の空気調和装置の一例を示す構成
説明図。

【符号の説明】 １０…空気調和装置、１１…送風機、１２…プレフィル
タ（バグフィルタ）、１３…第１の加湿器、１４…温湿
度センサ、１５…制御装置、１６…除湿器、１７…加熱
コイル、１８…第２の加湿器、Ａ…外気、Ｂ…循環空
気、Ｃ…温湿度が制御された空気。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気調和装置に取入れられた空気に対し
   て、その温湿度にかかわらず常に一定量の除湿を行い得
   るように必要に応じて所定の湿度に達するまで加湿を行
   う第１ステップと、上記第１ステップにより必要に応じ
   て加湿された空気に対して冷却処理により除湿を行う第
   ２ステップとを具備することを特徴とする空気調和方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の空気調和方法において、
   前記第１ステップは、前記取入れられた空気の温湿度を
   検知し、検知された空気の温湿度に応じて加湿の必要が
   あるか否かを判定し、加湿する必要がある場合には目標
   湿度を算出し、この算出湿度に達するまで加湿を行うよ
   うに制御することを特徴とする空気調和方法。
3. 【請求項３】 温湿度を調和すべき空気を取入れる空気
   取入れ装置と、上記空気取入れ装置により取入れられた
   空気に対してその温湿度にかかわらず常に一定量の除湿
   を行い得るように所定の湿度に達するまで必要に応じて
   加湿を行うように制御される加湿器と、上記加湿器を経
   た空気に対して冷却処理により除湿を行う除湿器とを具
   備することを特徴とする空気調和装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の空気調和装置において、
   さらに、前記空気取入れ部と加湿器との間に設けられ、
   通過する空気の温湿度を検知するための温湿度センサ
   と、上記温湿度センサの出力を受け、空気の温湿度に応
   じて加湿の必要があるか否かを判定し、加湿する必要が
   ある場合には目標湿度を算出し、この算出湿度に達する
   まで加湿を行うように前記加湿器による加湿量を制御す
   る制御装置とを具備することを特徴とする空気調和装
   置。