JP2006226625A

JP2006226625A - クリーンルーム空調設備及びクリーンルームの異常検知方法

Info

Publication number: JP2006226625A
Application number: JP2005041997A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kawada; 真一河田; Kazuhiro Aida; 一博會田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】半導体の製造環境に適した、クリーンルームの温度、湿度を安定的に維持させるためのクリーンルーム空調設備及びクリーンルームの異常検知方法を提供する。
【解決手段】クリーンルームの空調機１において、内部の熱交換コイル２１における処理前の空気の第１の温度及び処理後の空気の第２の温度を測定する温度測定手段４０Ｂ、４１Ｂと、第１の温度の測定値と第２の温度の測定値との差から計算した必要な冷熱量と、熱交換コイル２１に接続された自動調整弁２５を制御するための開度信号から計算された冷熱量とを比較する温度比較手段３１と、温度比較手段３１における比較結果から、空調機１における異常を検知する手段３１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超微細化半導体集積回路装置や液晶装置の製造に適したクリーンルーム空調設備及びクリーンルームの異常を検知する方法に関する。

近年、半導体集積回路装置は微細化の一途をたどり、加工寸法精度は極めて高いレベルが要求されつつある。それに伴い、製造環境であるクリーンルームの温度、湿度の変動が加工寸法精度に悪影響を与え、製造歩留まりに影響を及ぼす。従って、クリーンルームの温度、湿度を安定させることが重要であり、クリーンルーム空調設備において、冷却、加温、除湿、加湿を行い、製造環境に適した温度、湿度を維持、安定させることは広く知られ用いられている。

さらに、上記クリーンルーム空調設備の異常を検知する方法として、空調機、外調機、の出口、或いは、クリーンルーム内の温度、湿度を測定し、その測定値が規定値から外れた場合、警報を発報する方法が広く使用されている。

図３は一般的に用いられているクリーンルーム空調機設備の温度、湿度の制御、及び、異常検知方法を説明するための図である。

外調機により温度、湿度が制御された外気１０Ｂとクリーンルームからのリターンエアー１０Ａが混合され、空調機１に入り、フィルタ２０でダストを除去した後、冷水熱交換コイル２１により冷却、除湿され、蒸気熱交換コイル２２により加温され、加湿器２３により加湿された後、ファン２４によりクリーンルームへ送風される。冷水熱交換コイル２１、蒸気熱交換コイル２２、加湿器２３に送る冷水２８、蒸気２９、３０は、空調機出口に設けられた温度センサ４３Ｂ、湿度センサ４３Ａにより測定し、制御装置３１により演算した後、各自動調整弁２５、２６、２７の開度調節により、冷水熱交換コイル２１、蒸気熱交換コイル２２、加湿器２３に送る冷水２８、蒸気２９、３０の流量が調節され、クリーンルームの温度、湿度が規定値内となるように制御される。また、異常検知として、温度センサ４３Ｂ、湿度センサ４３Ａの測定値が規定値を超えた場合、制御装置３１により異常警報として発報される。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、２が知られている。
特開昭５６−１６０４５号公報特開平８−１４６０８号公報

しかしながら、この構成においては、異常警報が発報した時点で空調機の出口空気の温度、湿度が規定値を超えることになり、クリーンルーム内の温度、湿度が変動し、製造に影響を及ぼす恐れが生じる。また、クリーンルーム内の製造設備の発熱、或いは排気負荷が異常となった場合では、各自動調整弁で空調機の出口温度、湿度が制御され、空調機の出口空気の温度、湿度が規定値内で維持されるため、この構成では異常検知ができない。

上記の課題に鑑み、本発明はクリーンルーム空調設備の故障、トラブル等の発生時に、クリーンルーム内の温度、湿度が規定値を超える前に異常を検知すると共に、クリーンルーム内の負荷が異常となった場合においても、異常検知ができるクリーンルーム空調設備及びクリーンルームの異常検出方法を提供することにある。

前記の課題を解決するために、本発明のクリーンルーム空調設備は、クリーンルームの空調機或いは外調機において、内部の熱交換コイルあるいは加湿器における処理前の空気の第１の温度及び処理後の空気の第２の温度を測定する温度測定手段、若しくは前記熱交換コイルあるいは前記加湿器における処理前の空気の第１の湿度及び処理後の空気の第２の湿度を測定する湿度測定手段と、前記第１の温度の測定値と前記第２の温度の測定値との差から計算した必要な冷熱量と、前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された各自動調整弁を制御するための開度信号から計算された冷熱量とを比較する温度比較手段、若しくは前記第１の湿度の測定値と前記第２の湿度の測定値との差から計算した必要な水分量と、前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された水分量とを比較する湿度比較手段と、前記温度比較手段あるいは前記湿度比較手段における比較結果から、前記空調機あるいは外調機における異常を検知する手段を有することを特徴とする。

また、前記の課題を解決するために、本発明のクリーンルームの異常検出方法は、クリーンルームの空調機或いは外調機において、内部の熱交換コイルあるいは加湿器における処理前の空気の第１の温度及び処理後の空気の第２の温度を測定する温度測定工程、若しくは前記熱交換コイルあるいは前記加湿器における処理前の空気の第１の湿度及び処理後の空気の第２の湿度を測定する湿度測定工程と、前記第１の温度の測定値と前記第２の温度の測定値との差から計算した必要な冷熱量と、前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された冷熱量とを比較する温度比較工程、若しくは前記第１の湿度の測定値と前記第２の湿度の測定値との差から計算した必要な水分量と、前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された水分量とを比較する湿度比較工程と、前記温度比較手段あるいは前記湿度比較手段における比較結果から、前記空調機あるいは外調機における異常を検知する工程を有することを特徴とする。

本発明のクリーンルーム空調設備及びクリーンルームの異常検出方法によれば、空調機の出口空気の温度、湿度に関係なく、規定値内であっても、各センサ（温度測定手段あるいは湿度測定手段）の測定値と各自動調整弁の開度信号からの計算値との比較により異常を検知することが可能となる。また、クリーンルーム内の製造設備の負荷が変動した場合においても、各自動調整弁の開度信号から計算した冷熱量、或いは水分量が通常時と異なるため、各センサの測定値の差から計算した冷熱量、或いは水分量と比較することにより、空調機の出口空気の温度、湿度が規定値内に維持されていても異常検知が可能となる。また、クリーンルーム内の製造装置の発熱負荷あるいはクリーンルーム内の製造装置の排気負荷における異常も検知可能である。

また、前記の複数の比較をすべて行う必要はなく、少なくとも１つの比較を行えば異常検知が可能であり、少なくとも１つの自動調整弁の開度信号からの計算した冷熱量、或いは水分量と、センサの測定値の差から計算した冷熱量、或いは水分量とを比較し異常を検知してもよい。一方、温度と湿度の両方について比較を行なうことにより、より正確に異常検出を行なうことができる。

さらに、本発明の検知方法によれば、空調機に限らず、外調機にも適用でき、その内部に熱交換コイル、或いは加湿器による空気処理するための装置が設置され、かつ、その装置が自動調整弁で制御されていれば、本発明の異常検知方法が適用でき、また、クリーンルーム空調設備に限らず異常検知が可能である。

本発明のクリーンルーム空調設備において、前記第１の温度及び前記第２の温度並びに前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された冷熱量、若しくは、前記第１の湿度及び前記第２の湿度並びに前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された水分量を、空気線図上に表示する手段を有することが望ましい。

こうすることにより、各センサからの測定値と各自動調整弁の開度信号からの計算結果が図示され容易に比較でき、上述の本発明の異常検知方法に加え、この表示方法をとれば異常検知後の原因特定を容易に行うことができる。

また、複数の各センサから測定された空気状態と、複数の各自動調整弁の開度信号から計算された空気状態を、すべて表示する必要はなく、少なくとも１つのセンサから測定された空気状態、及び、少なくとも１つの自動調整弁の開度信号から計算された空気状態を、空気線図を用いて表示することもできる。一方、温度と湿度の両方について空気線図を用いて表示することにより、より正確に異常検出を行なうことができる。

本発明にかかるクリーンルームの異常検知方法によれば、空調機出口の温度、湿度が規定値を超える前に異常を検知することができ、さらに、空調設備の異常だけでなく、クリーンルーム内の製造装置の発熱、排気量の変化も異常として検知が可能となり、迅速かつ広範囲に異常が検知できる。それにより異常処置の対応が早期に行えるため、クリーンルームの温度、湿度を安定的に維持ができ、製造への影響を抑えることができる。また、いくつかのセンサを追加するだけでよく、設備費用も抑えることができ経済的でもある。

本発明にかかる表示方法によれば、各センサから測定された空気状態と各自動調整弁の開度信号から計算された空気状態が同時に表示されるため、空調設備の処理状況がわかりやすく把握でき、異常発生時の原因特定に利用できる。従って、異常対応が迅速に行え、クリーンルームの温度、湿度を安定的に維持ができ、製造への影響を抑えることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（異常検知方法の実施形態）
以下に、本発明のクリーンルーム設備及びクリーンルームの異常検知方法について、図１を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るクリーンルーム空調設備の構成を説明するための概略図を示し、図２は、本発明の実施形態に係る空気状態を説明するための概略図を示している。

空調機１は、外調機からのエアー１０Ｂとクリーンルームからのリターンエアー１０Ａが混合された空調機入口のエアー１０Ｃに対して湿度及び温度を調整し、空調機出口のエアー１１としてクリーンルームにエアーを流出する。

本発明においては、前述図３の従来の空調設備構成に加え、各熱交換コイル２１、２２、及び、加湿器２３のそれぞれの入口側に温度センサ４０Ｂ、４１Ｂ、４２Ｂと湿度センサ４０Ａ、４１Ａ、４２Ａを取り付け、各入口側の温度、湿度を測定する。

例えば、図２のＰ１Ａ〜Ｐ４Ａは、それぞれのセンサ４０Ａ〜４３Ａ、４０Ｂ〜４３Ｂによる測定値を空気線図（社団法人空気調和・衛生工学会編「空気調和設備の実務の知識」改定第２版、昭和５６年発行、２５４頁参照）上に示し、Ｌ１Ａ〜Ｌ３Ａは、各測定点の出入口側の冷熱量、或いは、水分量の差を示している。また、図２のＬ１Ｂ〜Ｌ３Ｂは、制御装置からの各自動調整弁への開度信号により計算で求めた各熱交換コイル２１、２２及び加湿器２３に送られる冷熱量、或いは水分量を示し、Ｐ２Ｂ〜Ｐ４Ｂは、各計算結果Ｌ１Ｂ〜Ｌ３Ｂを入口側の各センサの測定点Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａに加算して求めた空気状態点を示している。

これらの図２のＬ１ＡとＬ１Ｂ、Ｌ２ＡとＬ２Ｂ、Ｌ３ＡとＬ３Ｂは、通常状態であれば、ほぼ同じ値となる。しかし、自動調整弁の故障等の空調機異常、或いは、製造設備の発熱量の変化等の負荷変化による異常が発生した場合、これらの値に差異が生じるため、これらの値を比較することにより、異常が検知できる。異常と検知する範囲は、クリーンルームの温湿度の許容範囲、或いは、通常時の変動幅を考慮して適宜決定する。

また、前記の複数の比較をすべて行う必要はなく、少なくとも１つの比較を行えば異常の検知が可能であり、少なくとも１つの自動調整弁の開度信号から計算した冷熱量、或いは水分量と少なくとも１つのセンサの測定値の差から計算した冷熱量、或いは水分量とを比較すればよい。

さらに、空調機に限らず、外調機にも適用でき、その内部に熱交換コイル、或いは加湿器による空気処理するための装置が設置され、かつ、その装置が自動調整弁で制御されていれば、クリーンルーム空調設備以外であっても、異常の検知が可能である。

（表示方法の実施形態）
上述の図２のように空気線図を用いて表示すると、空気状態が確認しやすく便利である。本発明の表示方法の実施形態において、図２を用いて説明する。空気線図５０の上に、各センサからの温度、湿度の測定点Ｐ１Ａ〜Ｐ４Ａを表示する。また、各測定点の差より各熱交換コイル、或いは加湿器に必要な冷熱量、或いは、水分量Ｌ１Ａ〜Ｌ３Ａを表示する。さらに、各自動調整弁の開度信号から計算で求めた各熱交換コイル、或いは、加湿器への冷熱量、或いは水分量Ｌ１Ｂ〜Ｌ３Ｂを算出し、上記の入口側の各測定点Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａに加算し、その結果Ｐ２Ｂ〜Ｐ４Ｂを表示する。冷熱量、或いは水分量Ｌ１Ｂ〜Ｌ３Ｂの計算方法としては、自動調整弁の流量特性により自動調整弁の開度から流量を求めることができ、さらに、流量と冷熱量、或いは水分量は、通常時においてほぼ比例関係となることから、各自動調整弁の開度と冷熱量、或いは水分量との関係式を作成することにより計算ができる。或いは、空調設備の通常稼働時での実測データーを基に各自動調整弁の開度と冷熱量、或いは水分量との関係式、或いは関係表を作成することにより計算することもできる。

図２をさらに具体的に説明すると、測定点Ｐ１Ａに自動調整弁２５の開度信号から計算で求めたエンタルピーＬ１Ｂを加えＰ２Ｂの点を表示する。同様に、測定点Ｐ２Ａに自動調整弁２６の開度信号から計算で求めた加熱温度Ｌ２Ｂを加えＰ３Ｂを、測定点Ｐ３Ａに自動調整弁２７の開度信号から計算で求めた水分量Ｌ３Ｂを加えＰ４Ｂを得る。

これらの各点、各線は、各センサの測定値と各自動調整弁の開度信号からの計算結果を表示しており、各々の差を見比べることにより、異常の有無が容易に認識でき、異常要因の特定に有効である。

また、上述のすべての点、すべての線を表示する必要はなく、Ｐ１Ａ〜Ｐ４Ａのうち少なくとも１つの測定点、及び、Ｐ２Ｂ〜Ｐ４Ｂのうち少なくとも１つの開度信号からの計算で求めた点を表示し、その点の差を見比べれば、異常の有無が認識できる。従って、必要に応じ、或いは、上述の異常検知方法に適した、少なくとも１つの測定点、及び、少なくとも１つの開度信号からの計算で求めた点を表示すればよい。

以上により、異常検知の実施形態における効果に加え、上述の表示方法によれば、異常時の対応が迅速、かつ容易となる。

前述のように、本発明は、温度、湿度の変動の影響を受けやすい装置を設置するクリーンルーム空調設備に有用である。

本発明の異常検知方法の実施形態に係るクリーンルーム設備の構成を説明するための概略図本発明の表示方法の実施形態に係る空気線図を用いた表示方法を説明するための図従来技術に係るクリーンルーム設備の構成を説明するための概略図

符号の説明

１空調機
１０Ａクリーンルームからのリターンエアー
１０Ｂ外調機からのエアー
１０Ｃ空調機入口のエアー
１１空調機出口のエアー
２０フィルタ
２１冷水熱交換コイル
２２蒸気熱交換コイル
２３加湿器
２４ファン
２５、２６、２７自動調整弁
２８冷水
２９、３０蒸気
３１制御装置
４０Ａ、４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ湿度センサ
４０Ｂ、４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂ温度センサ
５０空気線図
Ｐ１Ａ、Ｐ２Ａ、Ｐ３Ａ、Ｐ４Ａ温度、湿度センサから測定した空気状態点
Ｐ２Ｂ、Ｐ３Ｂ、Ｐ４Ｂ自動調整弁の開度信号から計算した空気状態点
Ｌ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ３Ａ測定点の差の冷熱量、水分量
Ｌ１Ｂ、Ｌ２Ｂ、Ｌ３Ｂ自動調整弁の開度信号から計算した冷熱量、水分量

Claims

クリーンルームの空調機或いは外調機において、内部の熱交換コイルあるいは加湿器における処理前の空気の第１の温度及び処理後の空気の第２の温度を測定する温度測定手段、若しくは前記熱交換コイルあるいは前記加湿器における処理前の空気の第１の湿度及び処理後の空気の第２の湿度を測定する湿度測定手段と、前記第１の温度の測定値と前記第２の温度の測定値との差から計算した必要な冷熱量と、前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された冷熱量とを比較する温度比較手段、若しくは前記第１の湿度の測定値と前記第２の湿度の測定値との差から計算した必要な水分量と、前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された水分量とを比較する湿度比較手段と、前記温度比較手段あるいは前記湿度比較手段における比較結果から、前記空調機あるいは外調機における異常を検知する手段を有することを特徴とするクリーンルーム空調設備。
前記温度測定手段、前記湿度測定手段、前記温度比較手段及び前記湿度比較手段を有することを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム空調設備。
前記第１の温度及び前記第２の温度並びに前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された冷熱量、若しくは、前記第１の湿度及び前記第２の湿度並びに前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された水分量を、空気線図上に表示する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム空調設備。
前記第１の温度及び前記第２の温度並びに前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された冷熱量、並びに、前記第１の湿度及び前記第２の湿度並びに前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された水分量を、空気線図上に表示する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム空調設備。
クリーンルームの空調機或いは外調機において、内部の熱交換コイルあるいは加湿器における処理前の空気の第１の温度及び処理後の空気の第２の温度を測定する温度測定工程、若しくは前記熱交換コイルあるいは前記加湿器における処理前の空気の第１の湿度及び処理後の空気の第２の湿度を測定する湿度測定工程と、前記第１の温度の測定値と前記第２の温度の測定値との差から計算した必要な冷熱量と、前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された冷熱量とを比較する温度比較工程、若しくは前記第１の湿度の測定値と前記第２の湿度の測定値との差から計算した必要な水分量と、前記熱交換コイルあるいは前記加湿器に接続された自動調整弁を制御するための開度信号から計算された水分量とを比較する湿度比較工程と、前記温度比較手段あるいは前記湿度比較手段における比較結果から、前記空調機あるいは外調機における異常を検知する工程を有することを特徴とするクリーンルームの異常検出方法。