KR20230012402A

KR20230012402A - 클린 부스

Info

Publication number: KR20230012402A
Application number: KR1020220017339A
Authority: KR
Inventors: 테츠시 나가타; 카즈히코 카와구치; 쇼타 와타나베; 히로아키 에지마; 마유 이와사키
Original assignee: 가부시키가이샤 세이부 기켄
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2023-01-26
Also published as: CN115614855A; TW202305291A

Abstract

일방향 층류 및 균일 순환이 되는 기류 성상을 형성하고, ISO Class 3부터 Class 4, 나아가서는 그 이상의 고청정도에 적용할 수 있어, 수율 향상, 비용 저감에 유리한 클린 부스를 제공한다.
본 발명의 고청정도 클린 부스는, (A) 고청정도 환경을 성립시키기 위한 취출 구조, (B) 부스 측벽을 균일한 순환 경로로 하기 위한 이중벽 구조, (C) 각종 장치에 의하여 발생하는 기류의 흐트러짐, 체류 및 발진을 저감시키기 위한 정류 구조, 및 (D) 국소 흡인 기구를 구비하고, 이들은 실 조건을 고려한 (E) 수치 유체 역학(CFD)에 의하여 설계된다.

Description

클린 부스{CLEAN BOOTH}

본 발명은, 반도체 제조 프로세스 및 유기 EL 디스플레이(OLED) 등의 디스플레이의 제조 프로세스에 있어서, 고청정도가 요구되는 클린 부스에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스 및 OLED 등의 디스플레이의 제조 프로세스 등에 있어서, 약간이라도 먼지 등의 파티클이 있으면, 제조 중의 제품에 부착되어 제품 불량을 일으키기 때문에, 고청정도 환경이 요구되는 에어리어를 국소적으로 부스화하고(이하, 클린 부스라고 한다), 클린 부스 내를 청정한 상태로 하여, 제품의 품질과 신뢰성을 높여, 수율의 향상에 노력하고 있다.

클린 부스의 방식의 하나로, 내부의 공기를 일방향으로 층류(層流) 상태로 흘러가게 하면서 파티클을 배기시키는 층류 방식이 있다. 공기의 흐름은 대략 위로부터 아래로 흐르도록 천장의 일부에 HEPA(High Efficiency Particulate Air) 필터 혹은 ULPA(Ultra Low Penetration Air) 필터를 최종으로 하는 팬 필터 유닛(Fan Filter Unit, 이하, FFU라고 한다)으로 구성되는 천장 취출(吹出)부와, 바닥은 그레이팅 등으로 형성한 올림 바닥(이중 바닥)의 개공(開孔)으로부터 공기를 흡입하여, 임의의 덕트 혹은 순환 샤프트에 유체 연통되어 클린 부스 외부의 주위의 통풍로를 통과시켜 배기·순환하고, 그 공기를 온조(溫調)·제진(除塵)하여 다시 천장으로부터 취출하는 다운플로를 형성하고 있다. 이렇게 하여, 실내에서 발생된 파티클을 신속하게 배제하고, 설비나 장치로부터 발해진 열을 처리함으로써, 클린 부스 내를 원하는 고청정도나 온도로 유지할 수 있다.

예를 들면 특허문헌 1에는, 클린 룸의 내부 공간의 일부를 국소적으로 고청정도로 하는 국소 클린 부스가 개시되어 있다. 특허문헌 1에 의하면, 특히 배기구나 도출로를 국소 클린 부스의 바닥부의 일부에만 형성하고, 단층 구조로 하는 것 등에 의하여 건설 비용을 저감시킬 수 있다.

일본 특허공보 제5513989호

본 발명에 있어서, "청정도"는, 예를 들면, 클린 룸에 채용되어 있는, 미국 연방 규격 Federal STD-209E, 국제 규격 ISO14644-1, JIS 규격 JISB9920에 있어서의 청정도를 말하고, 편의상, 청정도를 ISO 규격에 근거하여 설명한다.

일방향 흐름의 기류 방식의 클린 부스에 있어서, ISO Class 3부터 Class 4, 나아가서는 그 이상의 높은 청정도가 요구되는 경우, 클린 부스 내에 균일한 다운플로가 되는 기류 성상(性狀)을 형성할 필요가 있어, 종래, 취출부의 필터 점유율(천장 면적에서 차지하는 FFU 등의 필터 면적의 점유율)은 최저에서도 70~80% 이상, 평균 기류 속도는 0.3~0.5m/s를 필요로 한다. 이것을 바탕으로, 클린 부스 내를 양압(陽壓)으로 하고, 청정 공기의 층류의 다운플로에 의하여, 클린 부스의 벽이나 커튼 등에 있어서의 누출에 의한 오염 물질의 유입을 저지하여, 클린 부스 내의 인간이나 장치에 의하여 생성되는 파티클이 신속하게 제거된다.

필터 점유율은 100%에 가까울수록 일정한 층류를 형성하기 쉬워지므로 고청정도를 달성하기 위해서는 양호하지만, 매우 큰 클린 부스에서는 고가인 FFU의 대수(臺數)가 늘어나, 비용이 높아진다. 한편 FFU의 대수를 적게 하고자 하면, 취출부의 필터 점유율 부족에 의하여, 필터 사이나 측벽부의 체류 리스크를 초래하게 된다.

또한, 후술하는 도 5의 상하의 좌측 도 (a) 종래 기술에 나타내는 바와 같이, 편측(片側)의 측벽만의 리턴에 의한 순환 등, 순환 경로가 불균일하거나, 바닥부의 그레이팅 상부에서 편류나 체류를 갖고 있다. 이와 같이, 실제로는 클린 부스 내를 일방향 층류에 의한 완전 균일한 기류로 채우는 것은, 종래 기술에서는 용이하지 않다.

또, 클린 부스 내에 장치가 설치되고, 가동될 때에, 기류가 흐트러지고, 편류가 발생하고 있는 경우는 더 악화되어, 체류 에어리어가 증가한다. 장치의 배치에 근거하는 장치 실작동 시의 발진(發塵) 거동의 예측이나 개선, 체류 에어리어나 체류하는 시간을 추측하는 것은 곤란하며 고비용이 된다. 대부분의 경우, 현장 가동 시에 이들 문제는 현재(顯在)화되어, 기류 성상의 악화가 청정도의 악화의 근본 원인이 될 수 있다.

특허문헌 1에 개시된 국소 클린 부스 내의 국소 공간의 청정도는 Class 10(Federal STD-209E, ISO Class 4에 상당) 정도로 유지된다. 그러나, 일방향 층류의 기류 방식의 클린 부스에서는, 실제로는 상술한 바와 같이, 실장의 곤란함이나 비용의 과제가 있어, 실기(實機)가 가동되는 데 있어서는 많은 문제점을 안고 있기 때문에, ISO Class 3부터 Class 4의 규격을 충족시키는, 나아가서는 그 이상의 높은 청정도를 달성하는 것은 어렵다.

상기의 실정을 감안하여, 본 발명의 주된 과제는, ISO Class 3부터 Class 4, 나아가서는 그 이상의 고청정도에 적용할 수 있고, 일방향 층류 및 균일 순환이 되는 기류 성상을 형성하여, 내부의 장치와 그 가동에 있어서의 발진 및 체류를 신속하게 저감시킴으로써 수율 향상에 기여하고, 또한 비용 증가의 요인의 하나가 되는 FFU의 점유율을 종래에 비하여 최대 50% 삭감함으로써, 비용 저감에 유리한 클린 부스를 제공하는 것에 있다.

이상과 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 클린 부스는 이하의 (A)~(E)의 구성을 갖는다.

(A) FFU의 필터 점유율 70% 이하, 필터 간격 500mm 이하(바람직하게는 300mm 이하), 하부(下部) 200mm 이내(바람직하게는 하부 100mm)에 전체면 펀칭판(板)(개구율 20~40%)으로 한 100%의 전체면 정류 기구

(B) 클린 부스 전체의 기류 순환을 균일하게 하기 위하여, 적어도 두 면 이상의 측벽을 이중화하여(간극~200mm), 천공의 바닥판이 불필요한 편류를 억제한 균일 순환 기구

(C) 장치에 의하여 발생하는 패스라인(라인 설비에서의 재료의 통로, 프로세스 에어리어에 있어서의 실질적으로 중요한 개소) 상의 기류의 흐트러짐, 감아 올라감, 박리, 소용돌이 생성 등의 편류 및/또는 체류를 저감시키기 위한 장치 부대(付帶)의 정류·도풍 수단의 설치

(D) 장치 및 그 가동에 의하여 발생하는 패스라인 주변의 발진과 기류의 흐트러짐을 회피·저감시키기 위한 국소 흡인 기구

(E) 이상과 같이, 전체 공간 (A)·(B), 장치 주위의 공간 (C), 국소 공간 (D)의 단계적인 설계를, 실(實) 조건을 고려한 수치 유체 역학(CFD: Computational Fluid Dynamics)에 의하여 실행하고, ISO Class 3부터 Class 4 요구 에어리어(주로 패스라인)에 있어서, 하향의 속도 0.3m/s 전후, 공기령(空氣齡)(취출 위치를 0s로 했을 때에 공간 내의 각 위치에 도달하는 데 필요한 시간)을 이론값의 3배 이하, 클린 부스 내 양압을 20~40Pa로 한다

이상의 구성에 의하여, 안정된 고청정도 공간을 제공할 수 있도록 했다.

본 발명의 고청정도 클린 부스는, 종래 기술에서는 발생하기 쉬운 공간 내의 편류나 속도의 불균일을 억제할 수 있고, 특히 체류 발생 요인이 되는 무풍 상태(≒０m/s)나 기류의 흐트러짐 및 소용돌이의 발생 요인이 되는 과도한 기류 속도 증가(0.5m/s 초과)를 회피할 수 있어, 패스라인 근방의 기류를 균일화(평균 기류 속도 0.3m/s 전후)할 수 있다.

또, 공기령(체류 시간)의 수치 해석(패시브 스칼라 수송 방정식)에 의하여 장치 주변의 공기령을 이상적인 다운플로의 3배 이하의 유한값으로 실장하기 때문에, 종래 기술에서는 고려가 곤란한 패스라인 상에 있어서의 장치 기인으로 발생하는 파티클의 존재를 배제, 최소화할 수 있다. 동일하게 부스 전체 공간에서 체류하는 시간을 유한값으로 하여 취급함으로써, 청정도 악화 시로부터의 회복도 빠른 등 자정(自淨) 작용을 가진 클린 부스로서 제공할 수 있다.

따라서, 클린 부스 내에서 일방향 층류 및 균일 순환이 되는 기류 성상이 형성되고, 내부의 장치와 그 가동에 있어서의 발진 및 체류 리스크가 신속하게 저감되어, 공간(중요 에어리어, 주로 패스라인 근방)의 안정된 고청정도가 확보된다. 또한, 클린 부스 내의 온도·습도 등의 불균일을 저감시키는 것에도 기여한다.

도 1은 본 발명의 클린 부스의 구성을 나타내는 도이다.
도 2는 (a) 종래 기술과 (b) 본 발명의 공기의 속도의 유선(流線)을 비교한 도이다.
도 3은 (a) 종래 기술과 (b) 본 발명의 속도 벡터를 비교한 도이다.
도 4는 (a) 종래 기술과 (b) 본 발명의 공기령을 비교한 도이다.
도 5는 (a) 종래 기술과 (b) 본 발명의 유선 및 공기령을 비교한 도이다.

이하에 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 대하여 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 관한 클린 부스의 종단면도이다. 클린 부스(1)는, 예를 들면 클린 룸 내에서도 높은 청정도가 요구되는 경우 등에 설치되고, 구획 부재(파티션, 수벽(垂壁) 등)에 의하여 구획함으로써 형성된다. 이하에, 본 발명에 관한 클린 부스의 구성 (A)~(E)에 대하여 설명한다.

클린 부스(1)의 천장에는, 공기 청정 수단(2)으로서 고밀도인 ULPA 필터를 갖는 FFU가 복수 병설되어 있으며, 이 FFU에 의하여, 클린 부스 내를 고청정도로 유지할 수 있다. FFU의 설치 위치나 수를 바꿈으로써, 상이한 넓이의 공간에 대응할 수 있다. FFU의 구체적인 구조나 순환 횟수는 임의이며, 본 발명에 있어서의 취출의 기구에 있어서는, 평균 기류 속도를 기준으로 하여 생각한다. 또한, 본 발명은 FFU에 한정되는 것은 아니고, 다른 공기 청정 수단을 마련하도록 해도 된다.

상술한 바와 같이, 종래 기술에서는, ISO Class 3부터 Class 4, 나아가서는 그 이상의 고청정도를 달성하기 위해서는, 취출부에서는 FFU의 필터 점유율은 최저에서도 70~80% 이상 필요로 한다. 나머지의 20~30%는 FFU의 취출구의 프레임틀이나 설치 여유라는 것이 된다.

FFU의 기류 속도는 일반적으로 0.1~0.7m/s의 범위이며, 일정한 기류 성상이 되어 있지 않은 경우, 클린 부스 내의 기류가 흐트러져, 파티클을 흩날리는 원인이 되어 버린다. 한편, ISO Class 3부터 Class 4의 일방향 흐름의 기류 방식에 있어서의 평균 기류 속도는, 일정한 취출로서 0.3~0.5m/s를 필요로 하고 있다. 따라서, 정류화나 필터 점유율 저감을 위하여, FFU의 취출구에 펀칭판을 설치하고, 취출 면적을 넓히고 나서, FFU로부터 취출되는 청정화된 공기를 주위에 확산시키는 것이 행해지고 있다.

펀칭판의 개구율은 30% 정도이며, 일단 기류를 받아들여, 개구부로부터 주위로 기류를 취출하는, 정류화의 역할을 한다. 일반적인 FFU의 기구로서는, 이 펀칭판이 없거나, 단면(端面)에 장착용의 설치 여유가 있는 펀칭판이거나, 혹은 FFU와 펀칭판은 일체형이 되어 있으며, 어느 경우도, FFU 자체나 펀칭판 일체형의 유닛을 설치하기 위한 프레임틀 단부(端部)나 설치 여유분(分)의 프레임 등이 필터 점유율의 나머지 20~30%를 차지한다.

이와 같이, 종래, 필터 점유율은 70~80%여도, 취출부의 펀칭판의 유무에 관계없이, 나머지 20~30%는 FFU를 복수 병설하기 위한 프레임틀이나 설치 여유가 있기 때문에, 이 부분에서 정류화되어 있지 않게 되어, 취출 설계로서 불충분했다. 이 때문에, 통상 클린 설계에 종사하는 당업자이면, 클린 부스 내부에서 천장을 보았을 때에, 프레임틀이나 설치 여유가 보이고 있는 부분을 어떻게 20% 이내로 억제할지를 생각하는 것이다.

한편, 본 발명에서는, FFU의 필터 점유율을 70% 이하, 예를 들면 50~60%로 저감시키고, 종래 기술에 비하여 FFU의 대수를 최대 50% 삭감한다. 상술한 바와 같이, FFU의 대수를 적게 하고자 하면, 취출부의 필터 점유율 부족에 의하여, 필터 사이나 측벽부의 체류 리스크를 초래하게 된다. 따라서 본 발명에서는, FFU만을 먼저 천장에 장착한다. 천장에 설치한 FFU의 하부 100mm(천장에 설치한 FFU로부터 바닥면을 향하여 하방 100mm)에 전체면에 펀칭판(3)(개구율 20~40%)을 실시한다. 펀칭판은 전체면 천공 가공을 실시하고 있으며, 설치 프레임을 최소폭으로 하거나, 이 프레임조차도 없애 대략 100%의 전체면 정류 기구로 한다.

구체적으로는, FFU를 장착할 때에, 프레임이나 플랭크 패널을 두지만, 100mm 높이의 긴 볼트 혹은 너트를 사이에 마련하고, FFU의 설치 프레임과 펀칭면에 100mm의 간극을 마련한 상태로 고정한다. 이로써, FFU와 펀칭면은 분리되며, 펀칭면에는 프레임이 뻗지 않아, 전체면에 펀칭면이 달성된다. 그 결과, 필터 점유율 50~60%여도, 정류화 100%를 달성할 수 있다.

또한 FFU(2), 펀칭판(3)의 장착에 관하여 상세하게 설명한다. FFU(2)의 장착 시에는, 펀칭판(3)과 분리되어 있기 때문에, 청정도를 악화시키지 않는 장착 수순이 필요하다. 먼저, FFU(2)를 설치하는 프레임에 천장과 연통되는 간극이 없는 것, 구체적으로는, 설치부를 알루미늄 프로파일 혹은 강판 등의 프레임에 대하여, 시일하도록 발진이 없는 개스킷(패킹), 예를 들면 EPDM(에틸렌프로필렌다이엔 고무)을 재질로서 이용하는 것을 들 수 있다. 다음으로, 펀칭판(3)을 장착하기 위한 볼트 혹은 너트, 설치가 완료된 프레임 및 펀칭판(3)을 다시 꼼꼼하게 클린 청소를 실시한다. 이것은, 분리된 FFU(2)와 펀칭판(3)이 설치된 후, 청소를 실시하는 것이 곤란하기 때문이며, 취출 구조의 품질을 확보하는 데 있어서 필수이다. 또, 이 정류용의 펀칭판(3)은, 버 제거, 탈지 처리, 전체면 천공 가공을 사전에 실시해 두고, 적절히 사이즈에 따른 휨 방지의 굽힘 가공 등을 실시한다. 이들 펀칭판(3)을 미리 준비한 장착 구멍에 조립할 때는, 펀칭판(3)끼리의 간극은 허용되지 않고, 1mm 이하 등 최소한의 클리어런스로 유지시켜 나열해 간다. 간극이 발생하는 부분에 관해서는, 막음판을 마련한다. 그렇게 함으로써, 클린 부스 내부로부터는, 천장면이 일정한 천공 가공으로 실시된 전체면 펀칭면이 되어, 취출의 정류화 기구가 갖추어진다. 또, 천장면이 전체면 펀칭면인 경우, 이 면의 어느 하나의 위치에 조명, 경보기, 센서, 전락(轉落) 방지 기구 등의 창호가 장착되는 경우가 있다. 이들의 장착 위치는, 기본적으로는 클린 부스의 양단에 설치, 정렬시키고, 패스라인 상방에는 기류의 흐트러짐에 기인하는 창호를 장착하지 않는다.

종래 기술의 FFU에 이용되는 펀칭판 일체형의 기구는, FFU의 필터면과 펀칭면의 간격은 좁고, 취출 면적을 약간 늘리고 있는 점에서 본 발명과는 상이하다. 또한, 하부 100mm로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 150mm나 200mm로 해도 된다. FFU와 펀칭면의 간격이 길면 정류는 용이해지는 한편, 클린 부스 내부의 장치가 설치되는 공간의 용적이 줄기 때문에, 200mm를 상한으로 하는 것이 바람직하다.

또 본 발명에서는, 천장에 까는 FFU의 필터의 간격을 300mm 이하로 하여 설치한다. 필터 간격은 300mm 이하를 기본으로 하지만, 매우 넓은 천장 에어리어에서 필터 점유율 70% 이하로 하기 위해서는, 설계상, 예를 들면 벽과 FFU의 간격이나 FFU 자체의 크기, 필터 사이의 조정 등에 따라, 일부에서 400~500mm로 넓게 열려 버리는 경우가 있을 수 있다. 필터 사이가 넓으면, 기류의 변동이나 불균일이 커져, 펀칭면에서 기류 속도의 시간 및 공간 변동을 안정시킨다는 점에서, 펀칭판의 개구율이나 다운플로의 균일화 등의 조정이 어렵기 때문에, 500mm를 초과하지 않는 간격으로 장착하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 실제의 운용에서는, 예를 들면 FFU의 취출 온도를 섭씨 23℃전후(이후, 온도는 모두 "섭씨"라고 한다)로 온조한 상태에서, 제진된 고청정도 공기가 펀칭판을 통과하여, 장치 주위 및 패스라인 상을 평균 기류 속도 0.1~0.5m/s, 보다 바람직하게는 0.3~0.4m/s로 하방으로 공급된다.

상기의 청정도 환경을 성립시키기 위한 취출 구조에 더하여, 후술하는 (B) 이중벽 구조에 의한 균일 순환에 의하여, 클린 부스 전체에 일방향 층류 및 균일 순환이 되는 기류 성상을 형성하고, 후술하는 기기·장치를 중심으로 한 (C) 중앙부의 정류나 (D) 국소 배기에 의하여, 종래에 비하여 최대 50% 적은 필터 점유율에서도, ISO Class 3부터 Class 4, 나아가서는 그 이상의 고청정도에 적용할 수 있다.

또한, 도 1에서는 천장과 FFU의 공기 흡입부의 간극을 500mm로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 천장과 FFU의 공기 흡입부의 간극은 극단적인 부압(負壓), 풍량 저하 및 온도 등의 혼합 부족을 피하기 위하여, 200mm 이상, 보다 바람직하게는 300mm 이상을 확보하는 것이 바람직하다.

또, FFU의 필터 점유율을 70% 이하, 예를 들면 50~60%로 했지만, 필터 점유율이 40%를 하회하면, 취출의 기류 속도를 보다 크게 할 필요가 있어, 불균일이 발생하기 쉬워져, 100% 전체면 정류 기구로 하는 것이 어려워진다. 따라서, 취출 구조로서 0.5m/s 이상의 과도한 기류 속도를 만들지 않기 위해서라도 필터 점유율은 적어도 40% 이상, 바람직하게는 50% 이상으로 한다. 상술한 바와 같이, 종래 기술에서는 필터 점유율은 최저에서도 70~80% 이상 필요하며, 필터 점유율 70% 이하에서는 ISO Class 3부터 Class 4, 나아가서는 그 이상의 고청정도에 적용하는 것은 어려웠지만, 본 발명의 기술을 이용함으로써 필터 점유율 40% 이상 70% 이하로 고청정도를 실현할 수 있다.

종래, 클린 부스의 바닥에는 그레이팅이나 펀칭 메탈 등의 천공의 바닥판이 깔림으로써, 복수의 통기구가 형성되고, 이 천공의 바닥판을 개재하여, 언더 플로어가 형성된다. 이와 같이 바닥은 올림 바닥(이중 바닥)이 되어 있다. 클린 부스 외부의 주위에는, 복수의 통기구로부터 언더 플로어로 유출되는 공기를, FFU로 유도하는 통풍로(리턴로)가 형성된다. 클린 부스로부터 언더 플로어로 유출되는 기류는, 언더 플로어의 벽에 형성된 복귀구(口)로 유입되고, 클린 부스 내부와는 별도로 구획된 클린 부스 외부의 주위의 통풍로를 통과하며 순환되어, FFU를 통과한다. FFU에 의하여 형성된 순환 기류에 의하여, 클린 부스의 천장으로부터 바닥을 향하는 다운플로가 형성된다.

일반적인 클린 부스에 있어서, 필터에 의하여 클린 부스 내부와 외부에서 일정한 압력차가 발생하고 있다. 그 때문에, 필터 통과 후의 기류의 기류 속도는 클린 부스의 천장 전체에서 대략 균등화된다. 클린 부스의 청정도를 높이기 위해서는, 클린 부스의 내부와 외부의 사이에서 기류를 순환시켜, 클린 부스 내에서 발진한 파티클이 바로 클린 부스 외로 배출되는 것이 바람직하다. 다운플로에 의하여, 클린 부스 내에서 발진한 파티클을 바로 제거할 수 있지만, 실제로는 장치의 설치나 가동에 의하여, 부분적으로 청정도가 낮은 에어리어(체류 등)가 형성된다. 특히 클린 부스 내에서 기류가 체류하는 영역에 있어서는 파티클에 의한 오염이 진행되기 때문에, 기류가 체류하는 영역이 발생하지 않도록 기류를 조정할 필요가 있다.

본 발명에서는, 클린 부스(1)를 덮는 벽면을 내벽(4)과 외벽(5)으로 이루어지는 이중벽 구조로 함으로써, 클린 부스(1)의 적어도 두 면 이상의 측벽을 이중화한다. 벽끼리의 간극은 상한 200mm, 바람직하게는 100~200mm로 하고, 벽끼리의 간극에 공간을 형성한다. 클린 부스의 측벽에 있어서, 내벽(4)에서는 알루미늄 프로파일을 이용하고, 일반적으로는 PVC 패널, 방폭(防爆) 에어리어에서는 SUS 패널 등을 클린 부스 내측으로부터 알루미늄 프로파일에 장착하여, 내벽에 요철이 없는 클린 부스를 구성하고, 그 하부의 바닥면에 가까운 부분에는, 바닥으로부터 100~200mm의 간극을 어저스터에 의하여 둔 상태로 흡입구를 마련한다. 이 흡입구로부터 클린 부스 내의 공기를 흡입하여, 단열 패널로 이루어지는 외벽(5)과의 간극을 통과시켜 상방에 리턴로를 형성하고, FFU(2)로 클린 부스 내의 공기를 순환시킴으로써, 이중벽의 간극에 패스라인 통과 후의 공기를 충만시킨다. 이로써, 클린 부스의 적어도 두 면 이상의 측벽을 균일한 순환 경로로 한다. 또한, 본 구성은 내벽(4)의 단변(폭)이 6500mm 이하(바람직하게는 5000mm 이하)인 경우에 있어서 성립하는 것으로 하고, 장변(길이 방향의 길이)의 사이즈에 대해서는 특별히 불문한다.

이 이중벽 구조에 부대되는 창호 등에 대해서는, 기본적으로는, 다운플로를 저해하지 않는 개소에 장착된다. 예를 들면 양압 댐퍼는, 종래 기술에 있어서 일반적으로 클린 부스 상방의 측벽에 설치되고, 취출 직후에 양압 댐퍼로의 편류나 플로 패스가 발생할 우려가 있는 한편, 본 발명에서는, 이중벽의 외벽(5)에 장착하기 때문에, 편류 등은 발생하지 않는다. 문에 대해서는, 기본적으로는 내벽(4) 및 외벽(5) 모두 동일 위치에 마련하고, 외벽(5)은 미닫이, 내벽(4)은 여닫이와 같이 한다. 진입 시는 양 문이 일시적으로 동시에 열리는 상태가 되지만, 클린 부스 내는 충분히 양압이며, 또한 균일 순환 구조이기도 하기 때문에, 신속하게 청정도는 회복된다. 내벽(4)의 문은 반드시 필수는 아니고, 내벽으로서 구성되어 있는 패널을 제외하고 진입해도 된다.

또, 클린 부스가 다른 클린 부스와 접속되어 있는 경우는, 내벽(4) 및 외벽(5) 모두 동일 위치에 접속구를 마련한다. 그때, 이중벽 구조의 간극은 순환 공기와 구획되도록 칸막이판 등의 채널을 마련한다. 창, 메인터넌스구(口), 배선 패널 및 공조(空調)기 등과 접속하는 플랜지에 대해서는, 외벽(5)에 장착되기 때문에, 다운플로 영역의 내벽(4)에서는 기류를 흩트리는 것 같은 창호는 최소한이며, 경보기, 각종 센서에 대해서도 패스라인 상에 대한 설치는 최대한 피한다.

내벽(4)의 기밀(氣密)성에 관해서는, 기류를 흩트리는 것 같은 간극이나 슬릿 등의 개구는 피하고, 외벽(5)과의 벽끼리의 간극으로의 리크가 없으며, 다운플로가 하방까지 형성되도록 시공한다. 외벽(5)에 관해서는, 알루미늄 등을 재질로 하여 장착한 바닥 레일에 대하여, 레벨 맞춤을 라이너 등으로 적절히 조정한 후에, 대전 방지의 강판을 외판으로 한 단열 불연 패널을 측면, 천장의 순으로 세운다. 패널끼리의 이음매는 실리콘 등을 재질로 한 코킹에 의하여 시일한다. 외벽(5)의 기밀성에 관해서는, 바닥과의 이음매 및 패널끼리의 이음매를 충분히 코킹하여, 내압이 최저에서도 50Pa 이상에 견딜 수 있도록 시일한다.

FFU(2)에 의한 공기의 취입에 의하여, 클린 부스(1) 내는 양압이 되고, 천장 내의 FFU(2)의 공기 흡입부가 부압이 되므로, 이중벽의 간극의 공간의 압력은 클린 부스 내와 동등하거나, 혹은 낮아진다. 이로써, 클린 부스 내의 기밀 성능이 높아져, 클린 부스의 외부로부터 내부로의 공기의 유입을 확실히 방지할 수 있다. 또, 구획 성능이나 기밀 성능이 높아짐으로써, 외기(外氣)량 및 내부 순환 풍량의 증가를 억제하는 것이 가능해져, 러닝 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 이중벽의 간격은 상한 200mm로 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 이중벽의 간극을 사람의 도선으로 하고자 하는 경우 등, 설계 조건에 따라 200mm 이상으로 적절히 변경하도록 해도 된다. 단, 간극이 클수록, 클린 부스 전체가 커지거나, 혹은 클린 부스 내부의 용적이 줄게 된다. 또, 도 1에서는 압력 손실을 100Pa 이하로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, FFU(2)의 풍량이나 팬의 온도 상승에 관련되므로, FFU(2)의 사양에 맞추어 결정하도록 해도 된다. 또한, 사각형의 클린 부스에 한정되지 않고, 다각형의 클린 부스에 있어서도, 적어도 두 면 이상의 측벽을 이중벽으로 한다.

특허문헌 1에는 국소 클린 부스의 바닥면의 일부에만 형성된 배기구나 도출로로부터 도출된 공기를 일반 공간의 상부를 향하게 하여 환류시키는 환류로가 마련되어 있다. 환류로는 국소 클린 부스의 길이 방향의 단부에 있어서, 도출로에 연통된 덕트로서 구성되고, 국소 클린 부스의 측방을 통과하여, 일반 공간의 천장 부근에 이르도록 형성되어 있기 때문에, 천장을 향하여 개방되어 있으며, 본 발명과 같이 완전히 이중벽과 같이 되어 있지 않다.

종래, 그레이팅이나 펀칭 메탈 등의 천공의 바닥판에 의하여 구성되어 바닥부 전체와 이중 바닥으로 하고, 바닥의 개공으로부터 바닥밑의 공간으로 클린 부스 내의 파티클과 함께 공기를 끌어들여 하향의 기류를 형성하고 있었지만, 이것이 바닥밑의 공간의 용도에 제한을 발생시키게도 되어 있었다. 본 발명에서는, 패스라인보다 아래에 균일하게 흡입하는 순환 구조(이중벽)를 마련함으로써, 천공의 바닥판 등이 불필요하며, 종래 기술과 같이 이중 바닥으로 할 필요가 없고, 또 특허문헌 1과 같이 배기구나 도출로를 바닥부의 일부에 형성할 필요도 없으므로, 보다 건설 비용을 저감시킬 수 있으며, 공간 절약되어, 클린 공간의 용적을 늘릴 수 있다.

도 2는 수치 유체 역학(CFD)에 의하여 해석한, (a) 종래 기술과 (b) 본 발명의 공기의 속도의 유선을 비교한 도이다. 도 2에 있어서, 각각 상측 도는 클린 부스의 종단면도이며, 하좌(下左) 측 도는 평면도, 하우(下右) 측 도는 입체도이다. 비스듬한 흐름이 편류이다. 타원으로 둘러싼 바와 같이, 종래 기술에서는 바닥면의 복귀구에서 편류가 발생하여 불균일한 순환이 되어 있었지만, 본 발명에서는 이것이 저감되어, 상기 (A) 및 (B)의 구성에 의하여, 균일한 다운플로와 균일한 순환이 형성된다. 이 방법은, 유체의 변형 운동의 3요소인 신축, 회전, 전단의 효과를, 모두 클린 부스 전체에 걸쳐 최소한으로 하는 것을 염두로, 유체의 운동량 수송의 기초가 되는 이류(移流) 및 확산에 있어서의 이류 효과를 순조롭게 우위로 가져오는 조합 기구로서 성립시키고 있다.

(A) 균일한 취출 구조나 (B) 천공의 바닥판을 갖지 않는 이중벽 순환 기구는, 클린 부스를 업으로 하는 당업자에게 있어서는 일견(一見)하면 용이하게 착상에 이른다고 생각되지만, 실제로는, 이들 (A), (B)의 조합 구조를 적용한 클린 부스는 현장에 있어서 유례가 없고, 본 구조는 높은 청정도 요구에 더하여, 온도, 제습이나 불활성 가스 환경도 고수준으로 만족하는 기밀 순환 부스 기구의 구축에 오랜 기간 종사해 온 발명자들이, 후술하는 (C), (D), (E)도 포함시켜 수치 유체 역학(CFD)에 의하여 예의 검토한 결과, 본 발명에 다다른 것이다.

(C) 장치에 의하여 발생하는 패스라인 상의 기류의 흐트러짐, 감아 올라감, 박리, 소용돌이 생성 등의 편류 및/또는 체류를 저감시키기 위한 장치 부대의 정류·도풍 수단의 설치

클린 부스(1) 내에는, 높은 청정도를 필요로 하는 장치(6)가 배치되어 있다. 장치의 배치나 형상, 가동에 의하여, 기류의 흐트러짐이나 장치 외형으로부터의 흐름의 박리, 그것에 의한 소용돌이 생성이나 장치 자체가 다운플로를 방해함으로써 발생하는 편류에 의하여, 기류에 추종된 파티클의 감아 올라감이 발생한다. 예를 들면, OLED 제조의 주요 프로세스인 잉크젯 장치에 있어서, 캐리지(이하, CA라고 한다. 잉크가 내장되어 있으며, 이 바로 아래에서 잉크의 도포가 이루어진다.)는 장치의 중추 기능을 담당하는 개소이며, 기류의 흐트러짐을 유발하거나, 온도 관리가 어려운 등, 기류의 정류화가 필요해진다. 따라서, CA 주위에 정류 가이드(도풍판)를 설치하거나, CA 주변 장치 근방의 체류(저기류 속도 영역)를 회피하기 위한 커브 형상의 정류 가이드, 체류 우려 영역 자체를 없애기 위한 커버나 그 영역의 유입출을 차단하는 커튼을 설치함으로써, 패스라인 상의 기류를 개선하여 국소의 체류를 저감시킨다. 또, 반도체 제조의 포토레지스트제(劑)의 충전 공정 등에 있어서도, 패스라인 상은 복잡한 구조물, 구동원이 존재하기 때문에, 편류나 체류를 회피하고, 다운플로를 유지하기 위한 정류 가이드의 설치나 체류 우려 영역 자체를 없애기 위한 커버에 의하여, 기류를 개선하여 국소의 체류를 저감시킨다.

FFU의 취출 온도는 예를 들면 23℃±0.1℃∼±0.5℃로서 정밀하게 관리하지만, 장치의 내부 발열의 거동은 파악하기 어렵다. 따라서, 장치로부터의 전열의 리스크를 저감시키기 위하여, 장치 주변을 정류화하여 체류를 억제하도록, 장치에 부대되어 정류 커버나 정류 가이드, 도풍판 등의 정류·도풍 수단(7)을 마련한다. 정류·도풍 수단(7)의 재질이나 형태, 구조, 설치 방법 등은 장치의 크기나 가동 상황, 설치 위치 등을 고려하여 적절히 선정한다.

도 3은 수치 유체 역학(CFD)에 의하여 해석한, (a) 종래 기술과 (b) 본 발명의 속도 벡터를 비교한 도이다. 도 3은, 장치(6)를 포함하는 클린 부스의 종단면도이며, 모서리가 둥근 사각형으로 둘러싼 바와 같이, 종래 기술에서는, 장치(6)의 존재에 의하여 기류 속도가 증가하여, 박리(타원으로 둘러싼 부분)나 소용돌이가 생성되지만, 본 발명에서는 정류·도풍 수단(7)(장치(6) 상부가 둥근 형상으로 되어 있으며, 이 자체가 장치 커버로 정류한다)에 의하여 흐트러짐이 저감되어, 박리가 억제된다.

또한, 정류·도풍 수단(7)을 도입·설치할 때, 패스라인 상의 장치(6) 자체에 부대되는 경우가 많기 때문에, 장치 설계에 있어서 이들 정류·도풍 수단(7)을 유체 역학적 효과를 근거로 하여 적용시키는 것은 물론, 그 재질, 형상, 고정에 따르는 장치 측의 리스크 관리를 실시할 필요가 있다. 예를 들면, 정류 가이드를 장착한 것에 의한 진동의 발생, 장착부로부터의 발진, 프로세스 가동 시의 간섭, 성능 자체에 대한 영향이나 장치를 정류 커버로 덮는 것에 의한 발열에 대한 영향 등, 수치 유체 역학(CFD)에 의한 설계 시에서의 대책이 필요해진다.

또, 수치 유체 역학(CFD)에 의한 설계 시에는, 정류·도풍 수단(7)은, 장치(6)에 의하여 발생하는 다운플로로부터의 박리나 그 후의 체류를 저감시키는 발상을 기점으로, 유체의 변형 운동의 3요소 중에서도 회전, 전단의 효과를 어떻게 국소 영역에 있어서 최소한으로 할지를 생각하는 것이다. 즉, 기류의 속도차나 장해물에 의한 운동량 결손에 기인하는 소용돌이의 발생을 억제시키는 것을 염두로, 유체의 운동량 수송의 기초가 되는 이류 효과를 유지하면서 확산을 우위로 두지 않는 정류·도풍 수단을 생각하여 구조 및 설치 위치를 결정한다.

장치(6)의 가동에 의하여, 패스라인 주변에서는 부품끼리의 접촉, 구동원으로부터의 발진이 발생한다. 예를 들면, OLED 제조의 도포 프로세스에 있어서, 패스라인에서는, 반송에 의한 테이블 이동에 따라 구동부로부터 파티클이 감아 올라간다. 따라서 장치(6)의 바닥밑 부분에 패스라인을 따라 배기 덕트 등에 의하여 구성되는 국소 흡인 기구(8)를 설치하고, 흡인구를 임의의 간격으로 마련하며, 국소 흡인하여 배기함으로써, 파티클이 날아 올라가지 않도록 한다. 국소 흡인 기구(8)의 흡인구는 최대 10m/s 정도의 흡인 기류 속도를 갖는 경우가 있지만, 그 주위에서 서서히 감속되어, 패스라인 부근에서는 국소 흡인 기구(8)에 의하여 발생하는 하방으로의 흐름의 기류 속도가 0.5m/s 이하가 되도록 설계한다. 발생된 파티클은, 바닥밑으로의 전역(全域) 하향의 국소 흡인 배기에 의한 흐름에 의하여, 패스라인 상으로 감아 올라가지 않고 배기된다. 이와 같이 하여, 패스라인 근방의 체류의 회피, 저감을 실장하고 있다.

국소 흡인 기구(8)는, 바닥밑 외에, 장치의 측면이나 장치에 연결하는 부분에, 플렉시블 덕트나 하드 덕트, 이들을 연결한 흡인구가 있는 박스 등을 이용하여 적절히 설치한다. 평균 기류 속도 0.3m/s의 다운플로의 기류 형성을 과도하게 흩트리지 않도록 하기 위하여, 패스라인 부근에서는 국소 흡인 기구에 의하여 발생하는 하방으로의 흐름의 기류 속도를 0.5m/s 이하로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 국소 배기의 방법이나 장소, 흡인 기류 속도 등에 대해서는 적절히 선택한다.

도 4는 수치 유체 역학(CFD)에 의하여 해석한, (a) 종래 기술과 (b) 본 발명의 공기령(체류 시간)(취출 위치를 0s로 했을 때에 공간 내의 각 위치에 도달하는 데 필요한 시간)을 비교한 도이다. 도 4는, 장치(6)를 포함하는 클린 부스의 종단면도이며, 모서리가 둥근 사각형으로 둘러싼 바와 같이, 종래 기술에서는, 장치(6) 주변의 공기령이 길어져 체류 리스크가 있었지만, 본 발명에서는 장치(6)의 바닥밑에 국소 흡인 기구(8)를 마련함으로써, 공기령이 줄어 체류 리스크가 저감된다.

또한, 국소 흡인 기구(8)의 도입·설치에서는, 패스라인 상의 장치(6) 부근 혹은 장치(6) 자체에 부대되는 경우, 장치 설계에 있어서 이 흡인 효과를 유체 역학적 효과를 근거로 하여 적용시키는 것은 물론, 그 재질, 설치 위치에 따르는 장치 측의 리스크 관리는 정류·도풍 수단(7)과 동일하게 실시할 필요가 있다. 예를 들면, 국소 흡인 기구(8)를 장착한 것에 의한 진동의 발생, 장착부로부터의 발진, 프로세스 가동 시의 간섭, 기류 형성에 의한 성능 자체에 대한 영향 등, 수치 유체 역학(CFD)에 의한 설계 시에서의 대책이 필요해진다. 또, 국소 흡인 기구(8)를 장치(6) 하부에 장착하는 경우도, 일정한 층류의 다운플로에 반하여, 패스라인 높이에서 상향의 기류가 발생하지 않도록 하기 위하여, 하방으로 일정한 기류 속도로 기류 형성을 생각함과 함께, 장치 측의 발진 위치를 중심으로 효과를 얻는 장착 조건을 실시하는 것이 중요해진다.

또, 수치 유체 역학(CFD)에 의한 설계 시에 있어서, 국소 흡인 기구(8)는, 장치(6)를 통과하여 이상적인 다운플로로부터 악화된 흐트러짐이나 소용돌이, 체류를 포함하는 장치 의존의 기류 성상을, 어떻게 하여 회복시킬지를 발상의 기점으로 하여, 정류·도풍 수단(7)과 동일하게, 유체의 변형 운동의 3요소 중에서도 회전, 전단의 효과를 어떻게 국소 영역에 있어서 저감시키고, 나아가서는 국소 흡인에 의하여 운동량을 발생시켜, 새롭게 기류를 야기시킬지를 생각하는 것이다. 즉, 기류의 속도차에 기인하는 새로운 소용돌이의 발생을 억제시키는 것을 염두로, 유체의 운동량 수송의 기초가 되는 이류 효과를 야기하면서 확산을 우위로 두지 않는 국소 흡인 위치 및 풍량을 생각하여 구조 및 설치 위치를 결정한다.

장치를 고려한 수치 유체 역학(CFD)에 있어서는, 크게 나누어, 장치 무(無)의 조건 및 장치 유(有)의 조건에 따라 실시하는 것이 가능하다. 그중에서도 본 발명에서 표준적으로 적용 대상으로 하는 장치 유의 조건에 있어서는, 형상 재현성이 수치 예측 정밀도를 크게 좌우하는 요건의 하나가 된다. 본 발명에 있어서는, 고청정도의 환경에 설치하고자 하는 장치에 대하여, 일반적인 3D CAD로 실 모델을 얻은 후에, 기류 성상에 대한 기여 정도를 생각하여 모델을 수치 해석용으로 수정하고 있다. 구체적으로는, 기류 성상에 대한 영향도가 작다고 생각되는 볼트나 너트, 장착 구멍의 생략, 부품끼리 또는 장치끼리의 미소(微小)한 간극(예를 들면 10mm 이하)의 생략, 부품이나 장치 케이싱의 휨에 의하여 발생하는 미세한 곡률의 생략 등이다. 이들을 수정하여, 기류 성상에 대한 영향을 고려해야 할 부품이나 형상을 충분히 남긴 상태에서 수치 해석을 실시한다.

또한, 본 발명에 있어서의 수치 유체 역학(CFD)에 있어서는, 유한 체적법을 이산(離散)화 수법으로서 유체의 지배 방정식(나비에·스톡스 방정식)에 의하여 속도 및 압력을 얻고 있다. 또, 에너지 방정식 및 화학종 수송 방정식에 의하여 각각 온도 및 질량분율을 얻고 있으며, 공기령에 있어서는 패시브 스칼라 수송 방정식을 이용하고 있다. 입자의 운동에 있어서는, 라그랑주법을 이용한 운동 방정식을 유체의 방정식과 동일 솔버 내에서 압력을 커플링시켜 계산, 평가하고 있다. 난류 모델에는, RANS(Reynolds-Averaged Navier Stokes equation, 시간 평균 모델)형의 이방정식 모델인 SST k-ω모델을 이용하여, 저(低)레이놀즈수의 보정을 행하고 있다. 이것은, 다운플로의 비교적 느린 기류 속도 및 배기, 순환 에어리어의 빠른 기류 속도가 존재하는 것을 고려하여, 비교적 넓은 레이놀즈수대(帶)에 대하여 적합한 모델로서 채용하고 있다. 격자 타입은 테트라 메시를 베이스로 한 폴리헤드랄 메시를 이용하고 있지만, 이들은 대상으로 하는 장치의 복잡함 및 전체의 격자수에 따라 결정되기 때문에, 이에 한정되는 것은 아니다. 장치 가동의 해석 시에는, 이동 영역에 있어서는 헥사 메시를 이용하는 경우가 많다. 격자의 품질은, 왜도(歪度)에 따라 평가하고 있으며, 장치의 상세부에 있어서도 0.98 이하로 품질을 담보하고 있다. 기본적으로는 정상 해석을 실시하여, 장치의 이동 등의 기류에 대한 영향을 고려하는 경우는 비정상 해석을 실시한다. 온도의 영향을 고려하는 경우는, 장치의 발열, FFU의 발열, 클린 부스 벽면으로부터의 전열 등의 열원을 고려하여 해석을 실시한다. 습도나 혼합 가스의 농도를 고려하는 경우는, 화학종 수송 방정식을 이용하여 혼합 가스의 이류 확산을 고려한다. 파티클의 거동을 고려하는 경우에 대해서는, 라그랑주법을 이용하여, 입자 밀도, 입경, 개수(유량), 분출 위치, 분출 속도를 부여하여 계산을 실시한다. 그때, 난류 확산에 있어서의 속도 변동에 근거하여 확률론적 트랙킹에 의하여 입자의 발생을 표현한다. 파티클에 있어서는, 대략 기류에 추종된 거동을 나타내는 것도 알 수 있지만, 체류 영역에 있어서의 거동으로서 에어로졸의 성질을 고려한 브라운 운동, 또, 구형의 저항칙도 고려하여 계산을 실시한다.

본 발명에서는, 공기령(환기 효율 지표 SVE3(SVE: Scale for Ventilation Efficiency))을 수치 해석(패시브 스칼라 수송 방정식)에 의하여 풀고, 장치 주변의 체류 상황을 공기령 T[s]로서 평가하며, 이상적인 다운플로의 3배 이하(3T)의 유한값으로 패스라인 상의 기류를 형성시킴으로써, 종래 기술에서는 고려가 곤란했던 패스라인 상에 있어서의 장치 기인으로 발생하는 파티클의 존재를 최소화할 수 있다. 예를 들면, 장치 동작 시의 케이블 베어 등의 구동원으로부터 발생하는 입경 d=0.1~5μm까지의 파티클 거동을 유체 해석한 결과, 어느 입경에서도 파티클이 감아 올라가고, 입경이 작을수록 감아 올라감의 확률은 높지만, 패스라인 하방의 흡입 영역에 있어서의 출현 확률은 그럼에도 불구하고 1.5% 이하이며, 파티클이 패스라인 상방으로 감아 올라갈 가능성은 현저하게 낮다고 할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 기류의 흐트러짐에 따르는 파티클의 감아 올라감에 있어서는, 패스라인 상에서 하향의 기류 형성을 기본으로 하면서도, 패스라인 상의 공기령의 규정에 의하여, 대략 파티클의 발생 리스크를 억제하는 것을 기대할 수 있다.

특허문헌 1에 있어서는, 펀칭 메탈로 구성된 통기 로를, 구획 부재의 하부에 마련하여, 복수의 제조 장치의 상호 간에 대응하는 위치에 형성하고, 제조 장치의 내부의 분진 등을 감아 올리는 것을 방지하고 있다(기류 속도는 예를 들면 1m/s 이하). 그러나, 이 통기로는 국소 클린 부스의 고청정도 공기를 일반 공간에 도입하기 위한 것이며, 본 발명의 용도와는 상이하다.

이와 같이, 본 발명의 클린 부스는, 종래 기술에서는 발생하기 쉬운 패스라인 주변의 장치나 그 가동에 의한 편류의 유무나 속도의 불균일을, (C) 각종 장치에 의하여 발생하는 기류의 흐트러짐, 체류 및 발진을 저감시키기 위한 정류 구조나 (D) 국소 흡인 기구에 의하여 억제할 수 있고, 특히 체류 발생 요인이 되는 무풍 상태(≒０m/s)나 기류의 흐트러짐 및 소용돌이의 발생 요인이 되는 과도한 기류 속도 증가(0.5m/s 초과)를 회피할 수 있어, 패스라인 근방의 기류를 균일화(평균 기류 속도 0.3m/s 전후)할 수 있다.

(E) 이상과 같이, 전체 공간 (A)·(B), 장치 주위의 공간 (C), 국소 공간 (D)의 단계적인 설계를, 실 조건을 고려한 수치 유체 역학(CFD)에 의하여 실행하고, ISO Class 3부터 Class 4 요구 에어리어(패스라인보다 상방)에 있어서, 하향의 속도 0.3m/s 전후, 공기령을 이론값의 3배 이하, 클린 부스 내 양압을 20~40Pa로 한다.

본 발명에 의하면, 상술한 바와 같이 펀칭면으로부터의 취출 평균 기류 속도는 패스라인에 있어서 평균 기류 속도 0.1~0.5m/s, 보다 바람직하게는 0.3~0.4m/s이며 0.3m/s 전후의 하향의 다운플로를 형성한다. 취출 기류 속도를 균일하게 함으로써, 몇 초 후에 각 위치까지 도달할지, 즉 공기령을 이론적으로 산출할 수 있다. 예를 들면 평균 기류 속도를 0.3m/s로 하고, 펀칭판 취출부부터 패스라인까지의 거리를 1.5m로 하면, 패스라인까지의 도달 시간(공기령 T)은 5s가 된다. 이것을 이상적인 다운플로의 공기령의 이론값 T로 한다. 본 발명에서는 수치 유체 역학(CFD)을 이용하여, 장치 주변(패스라인보다 상방)의 공기령을 이론값의 3배 이하, 즉 3T 이하를 기준으로 하여, 패스라인보다 상방의 공기령이 이 범위 내에 들어가도록 유한값으로 하고 있다. 표현을 바꾸면, 0.3m/s를 기준으로 기류 속도를 규정하고 있는 조건하에서 3T의 시간을 필요로 하는 것은, 즉 0.1m/s 이상의 기류 속도는 최저에서도 갖고 있다고 할 수 있고, 이것은 패스라인 상에 있어서 무풍 상태(≒０m/s)를 회피하고 있는 것의 하나의 지표로서 이용할 수 있다. 만일, 이 공기령이 충분히 큰 영역이 존재하는 경우는(10T, 20T 등), 즉 무풍 상태(≒０m/s)가 우려되어, 청정도의 악화로 직결된다. 실제로, 본 구성은 충분히 적용할 수 있는 점에서, 본 발명에서는 실효성이 있는 기준으로서 공기령을 규정하여 이용하고 있다. 나아가서는, 패스라인 상의 공기령을 유한값으로서 취급함으로써, 청정도 악화 시부터의 회복도 빠른 등, 자정 작용을 가질 수 있다.

또, FFU에 의한 공기의 취입에 의하여, 클린 부스 내는 양압이 된다. 이로써, 청정도가 낮은 클린 부스 외의 공기가 클린 부스 내로 흘러드는 경우는 없다. 통상, 양압(클린 부스의 내부와 외부의 압력차)은 5~20Pa 정도로 되어 있지만, 고청정도가 요구되는 경우, 이보다 높은 편이 바람직하고, 본 발명에서는 20~40Pa로 한다. 이보다 양압이 크면, 클린 부스의 문을 열었을 때에 바람의 취출이 두드러져, 도어의 개폐에 지장이 있거나, 배기나 복귀구의 개구부로부터 풍절음이 발생하는 등, 문제가 생긴다.

도 5는 수치 유체 역학(CFD)에 의하여 해석한, (a) 종래 기술과 (b) 본 발명의 유선 및 공기령을 비교한 도이다. 도 5는, 장치를 포함하는 클린 부스의 종단면도이며, 상측 도는 유선, 하측 도는 공기령을 나타낸다. 종래 기술에서는 편측의 측벽이나 장치 주변에서 편류나 체류가 발생하고 있지만, 본 발명에서는, 클린 부스의 상부로부터 하방을 향하여 일정한 다운플로가 형성되어, 체류 에어리어가 저감된다.

취출 기류 속도를 균일하게 함으로써, 몇 초 후에 바닥밑까지 도달할지를 이론적으로 산출할 수 있지만, 실제로는 클린 부스 내를 완전 균일한 기류로 채우는 것은 종래 기술에서는 용이하지 않다. 또, 장치가 설치되고, 가동되었을 때의 체류 에어리어 및 체류하는 시간을 추측하는 것도 곤란하다. 본 발명의 클린 부스는, 클린 부스 전체의 (A) 다운플로 및 (B) 순환, 나아가서는 실제의 장치와 그 가동 조건을 고려한 기류 흐트러짐이나 체류 에어리어를 파악하고, (C) 정류 및 (D) 체류의 회피, 저감을 행하고 있다.

계속해서, 본 발명에 이러한 클린 부스의 클린도 달성에 관련되는 청소, 준비, 조건 등에 대하여 보충한다. 본 발명에 나타내는 고청정도를 달성하는 데 있어서, 본 클린 부스의 시공 후의 청소는 중요하다. 이중벽 구조의 청소에 있어서는, 장치(6)가 모두 설치되고, FFU(2)의 운전을 개시한 후에, 천장에 가까운 창호나 내벽(4)의 상면으로부터 하방을 향하여 청소를 행하는 것을 기본으로 한다. 또, 장치(6)에 있어서도 동일하게 클린 부스의 청소를 끝낸 후에 청소를 행한다. 특히, 장치 커버, 공간에 노출되어 있는 부품·배선 등은 꼼꼼하게 청소를 행한다. 사용하는 클린 청소 용구는, 예를 들면, 웨스, 알코올, 클린 롤러, ULPA 청소기, 블로어 등이다. 청소 후는, 입실 룰에 근거하는, 입실 시간, 인원이나 작업 내용의 제한, 클린 매트의 설치 등 청정도를 악화시키지 않는 관리를 실시하여, 관리 레벨을 점차 엄격하게 하여 청정도를 높여 간다.

또, 본 발명에 나타내는 고청정도를 달성하는 데 있어서, 장치 측의 발진 대책도 중요하다. 즉, 클린 부스 내에 형성된 (A) 다운플로 및 (B) 순환을 기본으로 하는 기류 성상에 더하여, (C) 정류·도풍판 및 (D) 국소 흡인 기구를 효과적으로 적용하기 위하여, 수치 유체 역학(CFD)에 관련되는 조건을 생각하는 것이다. 예를 들면, 발진 우려 재료·부재의 사용, 다운플로를 저해할 수 있는 구조물, 흐트러짐을 유발하는 구조물, 부재끼리의 간섭, 접촉하고 있는 부재의 가동·이동, 진동하는 구조물, 에어 구동하는 기기, 배선을 통과시키는 배관 등의 중공(中空) 배관 및 덕트나 메인터넌스의 동선·작업 내용·빈도, 사용하는 도구·기기·재료 등 중에서, 수치 유체 역학(CFD)을 이용하여 회피해야 할 항목 및 설계 지침에 따라, 회피해야 할 항목을 구별한다. 예를 들면, 본 발명의 (C) 및 (D)의 구성에서, 각종 장치는 패스라인을 회피한 배선 경로를 확보, 배선 등의 정선(整線) 혹은 커버 내에 넣도록 실시하여, 충분히 청소한다.

이상의 구성에 의하여, 장치와의 일체형 클린 부스로서 산업 응용함으로써, 장치 정지 시뿐만 아니라, 가동 시에 있어서도 보다 안정적으로 높은 청정도를 유지한 환경을 제공할 수 있다고 할 수 있다.

이상, 본 발명에 의한 클린 룸의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

본 발명에 관한 클린 부스는, 최근, 높은 청정도의 요구가 높아져 온 반도체 제조 프로세스의 상류 공정(포토레지스트제의 충전 공정 등), 유기 EL의 도포, 밀봉, 첩합 공정 등, 고청정도 환경을 공간의 대소(大小)를 불문하고, 대략 안정된 기류 성상으로서 제공할 수 있다. 또, 클린 부스를 신설할 때뿐만 아니라, 기존 제조 공정의 개조 시에도 본 발명의 구성을 선택적으로 적용하는 것도 가능하다.

본 발명은, 특히 양산 라인에 도입할 때에 발생하는 방대한 비용의 저감에 따라 유리해지는 부스 구성으로 되어 있다. 고청정도의 클린 부스에 필요로 하는 FFU의 대수를 이니셜 코스트로 하여 종래에 비하여 최대 50% 삭감하고, 그에 따라, 러닝 코스트에 이러한 전력의 저감도 기대할 수 있는 에너지 절약 설계가 되어 있다. 이중벽 등 부속 부품에 이러한 비용 증가는 있지만, 자정 작용이 강한 로버스트한 기류 성상을 실현하기 위하여, 수율 악화 리스크를 저감시켜, 부스 환경의 악화에 기인한 가동 후의 설비 정지의 빈도나 수율 개선에 의하여 발생하는 비용은 종래 기술에 비하여 적어지는 것을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명은 기류의 균일화뿐만 아니라, 온도 분포, 혼합 가스 농도 분포의 균일화의 기초가 되는 유동장(Flow Field)이며, 예를 들면, 취출 온도, 농도의 균일화 및 부스 내의 열이나 고농도 가스의 체류를 회피하기 위한 기본 방책으로서도 적용 가능하고, 신속하게 목표 온도나 목표 농도에 도달시키고자 하는 요구가 있는 경우에 유효하다.

이것은, 기밀성을 가진 순환 부스 구조인 본 발명을 응용 전개할 수 있는 특징이기도 하며, 예를 들면, 청정도 ISO Class 3으로 충족시키는 것에 더하여, 수분 농도나 산소 농도를 1ppm의 분위기로 하는 것을 충분히 가능하게 하는 기술이라고 할 수 있다. 예를 들면, 본 기구에 정밀한 온도 환경, 제습 환경 혹은 불활성 가스 환경을 적용하고자 하는 경우는, 단열 패널로 이루어지는 외벽(5)의 기밀성을 보다 높게 하여, 200Pa 정도의 내압에 견딜 수 있도록 코킹에 의하여 시일한다. 또, 천상부의 에어리어에 대하여 온도나 농도가 제어된 가스(SG, Supply Gas)가, 임의로 설치되는 덕트나 배관을 통과하여 유입된다. 유입 위치나 유속은 FFU(2)를 설치하는 천장 에어리어 내에서 충분히 혼합되도록 수치 유체 역학(CFD)에 의하여 결정되며, FFU(2)를 통과한 후, 청정하고 균일한 온도, 수분 농도, 불활성 가스 농도로서 전체면 다운플로를 달성한다. 또, 일부의 가스는 RG(Return Gas)로서, 공조기, 제습기, 정제기로 순환된다. 이 덕트나 배관은 외벽(5)의 측벽에 장착되고, 클린 부스 내에서 일정한 가스 치환이 행해진다. 본 발명의 (A) 전체면 취출 및 (B) 이중벽 순환 기구에는, 이들 용도에 확장 가능한 만큼의 기본 구조를 구비하고 있고, 또 실제의 요구의 성능에 따라, 천장부의 유체의 난류 혼합, 순환 위치에 기인하는 클린 부스의 내부의 편류나 체류 예측을 수치 유체 역학(CFD)에 의하여 실시한다. 이와 같이, 본 발명은, 청정도에 더하여, 온도나 제습, 불활성 가스 환경과 같은, 보다 환경 유지의 조건이 어려운 클린 공간에 대하여, 이들을 만족하는 클린 부스의 기본 구조를 제공한다.

1…클린 부스
2…공기 청정 수단
3…펀칭판
4…내벽
5…외벽
6…장치
7…정류·도풍 수단
8…국소 흡인 기구

Claims

ISO Class 3부터 Class 4의 규격을 충족시키는, 나아가서는 그 이상의 높은 청정도 환경이 요구되는 에어리어를 구획 부재를 이용하여 구획함으로써 국소적으로 클린 부스를 형성하고, 상기 클린 부스의 천장에는 공기 청정 수단을 마련하며, 상기 공기 청정 수단의 필터 점유율을 70% 이하로 하고, 상기 공기 청정 수단의 필터 하부에 펀칭판을 마련하며, 상기 클린 부스의 적어도 두 면 이상의 측벽을 외벽과 내벽으로 덮음으로써 이중벽으로 하고, 상기 내벽의 하부에 흡입구를 마련하며, 상기 흡입구로부터 상기 클린 부스 내의 공기를 흡입하여, 상기 이중벽의 간극을 통과시켜, 상기 공기 청정 수단으로 상기 클린 부스 내의 공기를 순환시키도록 한 것을 특징으로 하는 클린 부스.
청구항 1에 있어서,
상기 공기 청정 수단이 FFU인 클린 부스.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 공기 청정 수단의 필터 하부 200mm 이내에 상기 펀칭판을 마련한 것을 특징으로 하는 클린 부스.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펀칭판을 전체면에 마련한 것을 특징으로 하는 클린 부스.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펀칭판을 통과한 공기가 평균 기류 속도 0.1~0.5m/s로 공급되는 것을 특징으로 하는 클린 부스.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
바닥부는 천공의 바닥판을 불필요하게 한 클린 부스.
청구항 1에 있어서,
상기 외벽과 상기 내벽의 간극은 200mm 이하인 것을 특징으로 하는 클린 부스.
ISO Class 3부터 Class 4의 규격을 충족시키는, 나아가서는 그 이상의 높은 청정도 환경이 요구되는 에어리어를 구획 부재를 이용하여 구획함으로써 국소적으로 클린 부스를 형성하고, 상기 클린 부스 내에 장치를 설치하며, 상기 장치에 부대되는 정류·도풍 수단을 설치하도록 한 것에 의하여, 상기 장치의 주변의 공기령을 이상적인 다운플로의 공기령의 이론값의 3배 이하로 한 것을 특징으로 하는 클린 부스.
청구항 8에 있어서,
상기 장치의 주변에 국소 흡인 기구를 마련한 것을 특징으로 하는 클린 부스.
ISO Class 3부터 Class 4의 규격을 충족시키는, 나아가서는 그 이상의 높은 청정도 환경이 요구되는 에어리어를 구획 부재를 이용하여 구획함으로써 국소적으로 클린 부스를 형성하고, 상기 클린 부스 내에 장치를 설치하며, 상기 장치의 주변에 국소 흡인 기구를 마련하도록 한 것에 의하여, 상기 장치의 주변의 공기령을 이상적인 다운플로의 공기령의 이론값의 3배 이하로 한 것을 특징으로 하는 클린 부스.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
패스라인 부근에 있어서 상기 국소 흡인 기구에 의하여 발생하는 하방으로의 흐름의 기류 속도가 0.5m/s 이하인 것을 특징으로 하는 클린 부스.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클린 부스 내의 압력이 상기 클린 부스 외의 압력에 비하여 양압인 것을 특징으로 하는 클린 부스.
청구항 12에 있어서,
상기 양압이 20~40Pa인 것을 특징으로 하는 클린 부스.