JPH11248212A - クリーンルーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】清浄室内の高精度な温度制御と、低コスト化を
実現できるクリーンルームを提供する。 【解決手段】空調された空気を供給するための給気口９
を、戻り流路１２内または戻り流路下方の床下室３内に
設けて構成する。また、気流の混合を促進するための開
口板１７を戻り流路内に設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体工場などの
生産設備を設置する清浄な室を形成するためのクリーン
ルームに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体工場においては、半導体の高集積
化に伴い、清浄度や温湿度などの環境条件をより高度な
レベルに制御することが要求されている。さらに、近年
の半導体の価格競争の激化から、クリーンルームの建設
コストすなわちイニシャルコスト、及び、クリーンルー
ム自体のランニングコストを低減することが要求されて
いる。

【０００３】このような清浄度の高いクリーンルームを
実現する方式としては、図１１に示すような全面ダウン
フロー方式がある。この方式では、天井室２内の空気
は、清浄室１の天井に設置されたファンフィルタユニッ
ト４の空気取入口７からファンフィルタユニット４内に
流入し、ファンフィルタユニット４内に設置された送風
機５によって昇圧され、高性能フィルタ６によって除塵
された後、清浄室１内に鉛直下向きに流れる。次に、清
浄室１のグレーチング床１３を通って床下室３に流れ込
み、戻り流路１２を経て天井室２に戻るという、循環流
を形成する。このような循環により、同じ空気が何度も
高性能フィルタ６により除塵されるため、クリーンルー
ムの運転を開始してからある一定時間を経過した後は清
浄室１内は高清浄度が保たれることになる。

【０００４】清浄室１内には、様々な生産設備１４が設
置されている。生産設備１４においては、有毒なガスな
どを使用するため、安全のため、清浄室１内の空気を吸
入し処理の終わった有毒ガスとともに排気案内流路１５
によりクリーンルーム外部に排気している。清浄室１内
の温度を所定の値に制御するために、外部への排気流量
にほぼ等しい流量の空気を複数の給気案内流路８により
天井室２内に搬送し、給気案内流路８に設置された給気
口９から供給空気１０として供給する。各給気口９から
の流量を等しくするために、各給気口９にはダンパが設
置され各給気口からの流量を調整するのが一般的であ
る。クリーンルーム内の循環流は、清浄室１内の生産設
備１４や床下室３内に設置された真空ポンプなどの補機
の熱負荷のため暖められるため、戻り空気１１の温度は
清浄室１内の温度より若干高くなる。それを所定の温度
に戻すのに必要な温度に供給空気１０の温度を制御する
ことにより、清浄室１内の温度は一定に保たれることに
なる。供給空気１０の温度制御は、クリーンルーム外部
に設置された空調機で行われる。また、図１１に示すよ
うに、暖かい戻り空気１１と冷たい供給空気１０の天井
室内での混合を促進するため、給気口９から天井室２内
に流れ込む供給空気１０の向きを鉛直上向きにしたり各
給気口ごとに向きを変えたりするなどの工夫を凝らすの
が一般的である。

【０００５】このような従来技術の一つとして、特開平
１−３１２３３８号公報が挙げられる。この従来技術で
は、天井室２内の給気案内流路８及び給気口９の位置
を、天井室２内の気流が旋回流を形成するように設定し
ており、その旋回流により戻り空気１１と供給空気１０
の混合を促進しようとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】天井室２の空間の有効
利用という観点から、従来は給気案内流路８を天井室２
内に設置するのが一般的であった。

【０００７】つまり、図１１に示したようなクリーンル
ームでは、戻り流路１２とクリーンルームの中央部との
距離が長く、戻り流路１２から天井室２へ流れ込む暖か
い空気がクリーンルーム中央部に届きにくいため、天井
室２内に温度むらが生じ、中央部に位置する給気案内流
路８から供給された冷たい供給空気１０は、戻り流路１
２からの暖かい戻り空気１１との混合が十分になされな
いまま、ファンフィルタユニット４の空気取入口７から
吸入され、清浄室１内へ放出されてしまう。逆に、戻り
流路１２の近傍は混合は十分に行われるものの、暖かい
空気の割合が大きくなるため、所定の温度より高い温度
の空気が清浄室１内へ放出される。したがって、清浄室
１内の平均温度は所定の温度になると考えられるが、清
浄室１の中央部と戻り流路１２の近傍とで温度むらが発
生し、例えば２３℃±１℃などの清浄室１内の温度管理
範囲に制御できなくなってしまうという問題点がある。

【０００８】上記特開平１−３１２３３８号公報に開示
されるクリーンルームでは、給気口９の位置と供給空気
１０の流入方向に工夫を凝らし、供給空気１０と戻り空
気１１との混合が促進されるように、給気口９から天井
室２内へ流入した供給空気１０が天井室２内で旋回流を
形成するようにしている。小・中規模のクリーンルーム
の場合、このような天井室２全体をカバーする大きな旋
回流を形成できる可能性があるが、大規模クリーンルー
ムのように、天井室２の大きさが大きいと、天井室２全
体をカバーするために、このような大きな旋回流を少な
い数の給気口９で形成するのは困難であり、給気口９の
数を増やし比較的小さい規模の旋回流を天井室２内に複
数形成する必要がある。さらに、図１１に示したクリー
ンルームの場合と同様に暖かい戻り空気１１が天井室２
の中央部に届きにくいため、天井室２の中央部付近では
供給空気１０と戻り空気１１との混合が十分でなく、天
井室２内に温度むらが生じる可能性が高い。

【０００９】また、一つの給気口９により供給空気１０
と天井室２内の空気とを混合できる範囲は、流入流速に
もよるがせいぜい周囲数ｍに限られるため、図１１に示
した給気案内流路８の設置方法の場合、天井室２の体積
が大きい大規模クリーンルームでは、戻り空気１１と供
給空気１０の混合を十分に行なうのに、天井室２内へ設
置する給気案内流路８の本数が多くなってしまうという
問題点がある。特開平１−３１２３３８号公報にあるよ
うな天井室２内に旋回流を形成するものにおいても、前
述したように、大規模クリーンルームの場合、複数の旋
回流を天井室２内に形成することが必要となり、給気案
内流路８及び給気口９の数が多くなってしまうという問
題点がある。

【００１０】さらに、図１１に示すクリーンルームにお
いては、冷たい空気が下向きに流れやすいという自然対
流の効果を利用するため、冷たい供給空気１０を上向き
に流入させているが、この場合、天井室２の高さが高い
方が大きな渦を形成できるため混合効果は大きく、戻り
空気１１と供給空気１０の混合を十分に行うには、天井
室２の高さを十分に取る必要がある。そのため、クリー
ンルームの建設コストが高くなってしまうという問題点
がある。

【００１１】特に、近年、クリーンルームで製造される
半導体のコストを低減するため、半導体ウェハの面積が
大きくなっており、これに伴って製造装置も大型化して
装置の高さが高くなってきている。このため、クリーン
ルームも大型化せざるを得ず、天井の高いクリーンルー
ムが望まれるが、建設コストの上昇を招く結果となる。
一方で、コストを抑えるため天井室を小さくすると、従
来技術では、天井室で充分な空気の混合を行うことがで
きなくなる。

【００１２】なお、特開平１−３１２３３８号公報に記
載されたクリーンルーム、特に水平方向に旋回流を形成
させる場合には、天井室２の高さが低い方が旋回流を形
成しやすいため、このような問題は生じないが、鉛直方
向に旋回流を形成させる場合には同様の問題が生じるこ
とが考えられる。

【００１３】本発明の目的は、低コストで清浄室内の温
度を均一に制御できるクリーンルームを提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、内部をそ
の天井側から床側へ向かい空気が流れる清浄室と、この
清浄室の下方に位置してグレーチング床により前記清浄
室と仕切られた床下室と、前記清浄室の上方に位置して
流れる空気を除塵するフィルタまたは天井板で前記清浄
室と仕切られた天井室と、前記床下室から前記天井室へ
連通し前記清浄室内の空気が前記天井室に流れる戻り流
路とを有するクリーンルームにおいて、前記戻り流路内
に設置され予め定められた条件に空気調和された空気を
供給する給気口を備えたことにより達成される。

【００１５】さらに、給気口より下流の位置に、気流の
混合を促進するための開口板を設置することにより達成
される。

【００１６】給気口から流す空調された空気の流れ方向
を水平方向または水平方向より上向きにすることにより
達成される。

【００１７】給気口から流す空調された空気の流速を前
記戻り通路を流れる空気流の前記給気口の位置での流速
よりも速くすることにより達成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１から図１０
を用いて説明する。

【００１９】先ず、本発明の第１の実施例を図１及び図
２を参照して説明する。図１は、本発明に係るクリーン
ルームの第１の実施例を示す縦断面図である。図２は、
図１に示すクリーンルームの供給空気と戻り空気の混合
を模式的に説明する図である。

【００２０】図１において、天井室２内の空気は、清浄
室１の天井に設置されたファンフィルタユニット４の空
気取入口７からファンフィルタユニット４内に流入し、
ファンフィルタユニット４内に設置された送風機５によ
って昇圧される。そして、高性能フィルタ６によって除
塵された後、清浄室１内に鉛直下向きに流れて、清浄室
１のグレーチング床１３を通って床下室３に流れ込む。
床下室３に流入した空気は、戻り流路１２を経て天井室
２に戻るという循環流を形成する。この空気の循環流の
温度は、清浄室１から床下室３にかけて生産設備や真空
ポンプなどの補機の熱負荷により暖められて、戻り流路
１２内に戻り空気１１として流入する。清浄室１内の温
度をある一定の温度に保つように空調された冷たい空気
は、戻り流路１２内に設置された給気案内流路８により
搬送され給気口９から供給空気１０として、戻り流路１
２内に水平方向より上向きに、且つ戻り空気１１よりも
速い流速で放出される。そこで戻り空気１１と供給空気
１０との混合が起こる。

【００２１】暖かい戻り空気１１と冷たい供給空気１０
との混合は、給気口９を戻り流路１２の下部に設けてあ
るため、戻り流路１２内を空気が流れる間にほぼ終了
し、天井室２内に流れ込むときには気流の温度はほぼ均
一で、ほぼ設定値通りになる。したがって、天井室２内
には温度むらは生じず、全てのファンフィルタユニット
４は等しい温度の空気を吸入し清浄室１内へ放出するこ
とになり、清浄室１内の温度も均一になる。戻り空気１
１が天井室２に流れ込む時点で温度が均一になっている
ことから、この効果は小・中・大規模クリーンルームの
いずれにおいても生じることになる。

【００２２】また、図１１に示したような従来技術で
は、天井室２内で供給空気１０と戻り空気１１の混合を
行なっていたため、天井室２内に大規模な渦を形成し混
合を促進するのに天井室２の高さを十分高くとる必要が
あった。しかし、本実施例では、戻り空気１１が天井室
２に達した時点で温度が均一になっているため、天井室
２内に大規模な渦を形成する必要がなく、天井室２の高
さをファンフィルタユニット４のメンテナンスができる
程度の最小限の高さに低く抑えられ、クリーンルーム建
屋全体の高さを低減でき、低コストなクリーンルームを
実現できる。

【００２３】さらに、本実施例によれば、戻り流路１２
内に１本の給気案内流路８を設置すれば良く、給気案内
流路の本数は戻り通路の数に等しくなり、図１の場合に
は、左右合わせて２本となる。図１１の従来技術による
実施例では、１本の給気案内流路８の周囲への影響範囲
の狭さから、給気案内流路本数は６本となっている。こ
の２例を比較すると４本の低減となり、給気案内流路そ
のもの及び給気案内流路工事費に関して低コスト化を実
現できる。この低減効果は、クリーンルームの規模が大
きい程大きくなる。

【００２４】ここで、本実施例において、供給空気１０
と戻り空気１１との混合が戻り流路１２内で終了する点
に関し、図２を用いて説明する。◆図２は、図１に示す
クリーンルームの供給空気と戻り空気の混合を模式的に
説明する図である。上述したように、供給空気１０の流
速を戻り空気１１の流速より速くすることにより、戻り
流路１２内には図２に模式的に示した様な混合層１９が
形成される。混合層１９内では、供給空気１０と戻り空
気１１の流速が異なることに起因する乱流渦が発生する
ため、冷たい供給空気１０と暖かい戻り空気１１との混
合が促進される。したがって、給気案内流路８を戻り流
路１２内のなるべく下方に設置することによって、戻り
空気１１が天井室２に達するまでに、戻り空気１１と供
給空気１０との混合はほぼ終了することになる。

【００２５】戻り流路１２内へ給気案内流路８を設置し
たことによって、戻り流路１２内の循環流の圧損が増加
しないかどうかという点である。この圧損が増加してし
まうと、ファンフィルタユニット４の必要動力が増大し
ファンフィルタユニットに要するランニングコストが増
加してしまうため、この点には注意を払う必要がある。
本発明において、戻り流路１２内の循環流の圧損及びフ
ァンフィルタユニット４の動力を従来技術と比較して増
加させないようにするには、供給空気１０を戻り流路１
２内に吹き込む角度を、図２に示したように、水平方向
より上向きにする必要がある。吹き込み角度を水平方向
より下にすると、戻り空気１１に対向してしまうため、
戻り空気１１に対して供給空気１０が抵抗となり循環流
の圧損が増加し、ファンフィルタユニット４内の送風機
５の動力が増大するだけでなく、供給空気１０にとって
も戻り空気１１が抵抗となり、供給空気１０を給気案内
流路８内に搬送するための動力が増大してしまう可能性
がある。

【００２６】次に、本発明の第２の実施例を図３を用い
て説明する。ただし、図１に示す構成と同一である部分
については、その説明を省略する。

【００２７】図１に示した本発明の第１実施例によれ
ば、戻り空気１１が天井室２に達するまでに気流の温度
はぼぼ均一な値になると考えられるが、第１実施例では
給気案内流路８を戻り流路１２の壁面の片側にしか設置
していないため、戻り流路１２の長さにもよるが、反対
側の壁面に近い領域の温度が若干不均一になる可能性が
ある。それを防ぐための工夫を、図３に示す本発明の第
２実施例によるクリーンルームの縦断面図を用いて説明
する。本実施例では、戻り空気１１と供給空気１０との
混合を第１実施例よりもさらに確実に行うために、図１
に示す第１実施例における給気案内流路８と同じ位置の
他に、それと反対側の戻り流路１２の壁面の、給気案内
流路８ａの下流の位置に、２本めの給気案内流路８ｂ及
び給気口９ｂを設けている。１本めの給気案内流路８ａ
からの供給空気１０ａのみでは、給気案内流路８ａから
離れた領域の温度が若干高めになる可能性があるが、２
本めの給気案内流路８ｂからの供給空気１０ｂにより、
その不均一を解消することができる。また、本実施例の
場合、第１実施例よりも給気案内流路８の本数が増えて
しまうという欠点がある。しかし、給気案内流路の数は
戻り流路１２の数の倍であり、本実施例の場合には、図
１１の従来方式と比べて２本の低減となる。この第２実
施例によれば、本発明の第２の課題である給気案内流路
本数の低減効果に関しては、第１実施例と比べて小さく
なるが、第１の課題である清浄室１内の温度の均一化に
対しては第１実施例よりも大きな効果を期待できる。

【００２８】図３に示す第２実施例と同様に温度の均一
化に対する手段として、さらに図４乃至７に示すような
ものが考えられる。図４は、本発明に係るクリーンルー
ムに用いられる開口板の例を示す縦断面図である。本実
施例では、戻り空気１１と供給空気１０との混合を促進
するために、戻り流路１２内に開口板１７を設置してい
る。図５及び図６は、図４に示すクリーンルームの開口
板１７の例を示す上面あるいは下面図である。図のよう
に、開口板１７に開けられた穴は角状でも円状でも任意
の形状でよい。図の例では角状または円状の穴が規則的
に並んでいるが、必ずしも規則的である必要はない。た
だし、この開口板１７は流速が大きい戻り流路１２内に
設置されるので、圧損を少なくするため開口率は５０％
以上あることが望ましい。この開口板１７については、
特別なものを用意する必要はなく、清浄室１のグレーチ
ング床１３を用いればよい。

【００２９】図７を用いて本発明のクリーンルームにお
いて、戻り流路１２内に設置される開口板１７の効果の
説明をする。図７は開口板１７近傍の戻り流路１２内の
戻り空気１１の流れを模式的に示す縦断面図で、解りや
すく拡大したものである。流れの様子を簡単のため２次
元的に描いてある。図に示すように気流は下から上に向
かって流れ、開口板１７の部材を通り過ぎる。その際、
開口板１７の下流側にカルマン渦１８と呼ばれる渦が発
生する。実際の形状は３次元であるため、発生する渦は
カルマン渦とは呼べないが、それに相当する渦が発生す
る。開口板１７の上流側に戻り空気１１と供給空気１０
の混合が十分でない領域があったとしても、この渦によ
り混合が促進されるので、開口板１７の下流側で気流の
温度を均一にすることができる。このように、第３実施
例によれば、第２実施例と同様、清浄室１内の温度の均
一化に対して第１実施例よりも大きな効果が期待でき、
かつ、給気案内流路８の本数の低減に関しても第１実施
例と等しい効果がある。ただし、開口板１７の費用分だ
けイニシャルコストが増加することになる。

【００３０】次に、図８を用いて、本発明の第４の実施
例を説明する。図８は、本発明に係るクリーンルームの
第４の実施例を示す縦断面図である。

【００３１】本実施例では、給気案内流路８の下流に２
枚の開口板１７ａ・１７ｂを設置している。２枚の開口
板１７ａ・１７ｂの戻り流路１２内への設置方法として
は、図９の戻り流路内縦断面拡大図に示すように、開口
板１７ａ・１７ｂの部材が流れと垂直方向に同じ位置に
くるように設置してもよいし、図１０に示すように、開
口板１７ａ・１７ｂの部材が流れと垂直方向に互い違い
の位置にくるように設置してもよい。この場合、上流側
からみて１枚目の開口板１７ａによって乱された流れ
が、２枚目の開口板１７ｂによってさらに乱されるた
め、より良い供給空気１０と戻り空気１１の混合が得ら
れ、第１〜第３実施例よりも戻り空気１１が天井室２に
達したときの温度の均一度は増し、清浄室１内のより一
層の温度の均一化を図ることができる。ただし、開口板
１７の枚数は多いほど混合の度合は良くなるがコストは
上昇するので、総合的にコストを勘案して適切な枚数が
決定されるのが望ましい。

【００３２】以上、本発明の実施例について説明した。
第２実施例に１枚または複数枚の開口板１７を設置する
実施例も考えられ、さらに良好な供給空気１０と戻り空
気１１の混合を行なうことができる。また、上記実施例
では、給気案内流路８を戻り流路１２内に設置したが、
供給空気１０と戻り空気１１の混合を促進する効果は、
給気案内流路８を、戻り流路１２及び戻り流路１２の下
方に位置する床下室３内からなる領域の任意の位置に設
置しても得られるものである。ただし、混合の効果は、
給気案内流路１０を極力下方に設置するのが望ましい。
本発明の以上の実施例はいずれも、戻り流路１２内に従
来よりも少ない本数の給気案内流路８を設置するだけ
で、天井室２に達したときの戻り空気１１の温度の均一
化、さらには天井室２内全体及び清浄室１内全体の温度
の均一化を実現するもので、天井室２の高さの低減に関
しては、天井室２内の温度の均一化を図るために天井室
２の高さを高くする必要がある従来技術との比較におい
て生じる効果である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、低コストで清浄室内の
温度を均一に制御できるクリーンルームを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるクリーンルームの縦
断面図。

【図２】本発明の供給空気と戻り空気の混合に関する説
明図。

【図３】本発明の第２実施例によるクリーンルームの縦
断面図。

【図４】本発明の第３実施例によるクリーンルームの縦
断面図。

【図５】本発明の第３実施例において用いる開口板の拡
大図。

【図６】本発明の第３実施例において用いる他の開口板
の拡大図。

【図７】本発明の第３実施例において用いる開口板の効
果の説明図。

【図８】本発明の第４実施例によるクリーンルームの縦
断面図。

【図９】本発明の第４実施例における開口板設置方法を
示す戻り流路内縦断面拡大図。

【図１０】本発明の第４実施例における他の開口板設置
方法を示す戻り流路内縦断面拡大図。

【図１１】従来技術によるクリーンルームの縦断面図。

【符号の説明】

１…清浄室、２…天井室、３…床下室、４…ファンフィ
ルタユニット、５…送風機、６…高性能フィルタ、７…
空気取入口、８・８ａ・８ｂ…給気案内流路、９，９
ａ，９ｂ…給気口、１０，１０ａ，１０ｂ…供給空気、
１１…戻り空気、１２…戻り流路、１３…グレーチング
床、１４…生産設備、１５…排気案内流路、１６…補
機、１７，１７ａ，１７ｂ…開口板、１８…カルマン
渦、１９…混合層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部をその天井側から床側へ向かい空気が
   流れる床上室と、この床上室の下方に位置してグレーチ
   ング床により前記床上室と仕切られた床下室と、前記床
   上室の上方に位置して流れる空気を除塵するフィルタま
   たは天井板で前記床上室と仕切られた天井室と、前記床
   下室から前記天井室へ連通し前記床上室内の空気が前記
   天井室に流れる戻り流路とを有するクリーンルームにお
   いて、前記戻り流路内に設置され予め定められた条件に
   空気調和された空気を供給する給気口を備えたクリーン
   ルーム。
2. 【請求項２】請求項１記載のクリーンルームにおいて、
   前記給気口より前記戻り通路を流れる空気の流れ方向下
   流の位置に設けられた複数の開口を有する開口板を備え
   たクリーンルーム。
3. 【請求項３】請求項１に記載のクリーンルームにおい
   て、前記給気口から流す空気調和された空気の流れ方向
   を水平方向または水平方向より上向きにしたクリーンル
   ーム。
4. 【請求項４】請求項１に記載のクリーンルームにおい
   て、前記給気口から流す空気調和された空気の流速を前
   記戻り通路を流れる空気の前記給気口の位置での流速よ
   りも速くしたクリーンルーム。