JP2011149661A - クリーンルームシステム及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素と水分を嫌う製造プロセスを行うクリーンルームにおいて、クリーンドライエア（ＣＤＡ）を供給する供給設備の効率のよい運用を図り、不活性ガスでパージしている状態から、ＣＤＡの供給への切り替えを迅速に行なう。
【解決手段】製品の製造時には、不活性ガス供給管２１から空調機２の入口側に窒素ガスが供給され、クリーンルームＲからの還気の一部が、分岐ダクト８を通じてガス精製装置１０の回転ロータ１３の処理部１３ａに導入される。メンテナンス時には、不活性ガス供給管２１が閉鎖され、外気ダクト９が開放され、不活性ガス供給管２２、分岐ダクト８が閉鎖され、回転ロータ１３の処理部１３ａで処理された後のＣＤＡが、空調機２を経て、クリーンルームＲに供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置などを室内に設置して、半導体デバイスや精密部品等を製造するクリーンルームシステム及び当該クリーンルームシステムの運転方法に関するものである。

半導体製造のための露光装置では、光源の短波長化が進んだ結果、酸素分子の悪影響も受けるようになったため、光学系は窒素やアルゴン等の、酸素より分子サイズの小さい不活性ガスでパージすることが行われている。そしてクリーンルー内の装置等のメンテナンス時には、メンテナンス作業を行なう作業員の酸素欠乏を防ぐため、ＣＤＡ（Ｃｌｅａｎ Ｄｒｙ Ａｉｒ：クリーンドライエア）でパージすることが提案されている（特許文献１）。

有機ＥＬの製造工程においても、製造装置が設置される製造環境をパネル等で区画し、その中を窒素ガスパージすることが行われている。この場合、製造時は一定量の窒素ガスでパージし、メンテナンス時は酸素欠乏防止のため大気を導入する。このとき、一般大気を導入してしまうと、メンテナンスが終了して再度窒素ガスパージした時に、目標の露点になるまでに極めて時間がかかってしまうという問題があった。

これは、窒素ガスと空気の置換は、瞬時一様拡散に近い特性でほぼ換気回数に応じた速度で行われるが、表面、すなわち循環系のダクト内壁、空調機内部、フィルタ、室構成材、製造装置等、循環空気が接触する表面に吸着した水分は、簡単には脱離せず、長時間に渡って放出されるため、水分濃度がなかなか減衰しないためである。

その対策としては、メンテナンス時に導入する空気は微量の水分しか含まないＣＤＡであることが最善である。このような観点から、メンテナンス時には、ＣＤＡでパージすることが提案されているが、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気にあったクリーンルームをＣＤＡでパージするにあたっては、（１）メンテナンス時のみ除湿機（回転式乾式除湿機）でＣＤＡを製造して供給する、（２）圧縮空気設備、たとえば圧縮機とドライヤー（いわゆる吸着塔方式の除湿装置、たとえば圧力スイング方式、温度スイング方式、圧力温度スイング方式の除湿装置）からＣＤＡを供給する、などの方法の採用が考えられる。

特開２００１−３２６１６２号公報

しかしながら、前記した方法によって、ＣＤＡを供給してパージする方法には、以下の問題があった。
（１）メンテナンス時のみ除湿専用機でＣＤＡを製造して供給する場合には、設備費が多くかかり、コストパフォーマンスが悪い。また除湿専用機やその周辺設備の立ち上がりに時間が必要なため、メンテナンスの半日〜１日程度前から除湿専用機を空運転しておく必要があり、迅速性、即応性に欠け、ランニングコストもかかってしまう。
（２）圧縮空気設備を用いて、前記したような用途のＣＤＡを製造、供給する場合、冷凍式ドライヤー（たとえば露点−２０゜Ｃまで）＋吸着式ドライヤー［ＰＳＡ式（露点−６０゜Ｃ程度まで）、もしくはＰＴＳＡ式（例えば特開２００７−１８５６１７に開示されている技術）］で処理したものである必要があり、かかる場合の圧縮空気設備には、圧縮機と、冷凍式ドライヤー及び吸着式ドライヤーが必要となり、設備、イニシャルコストが極めて大きくなる。しかも前記した半導体製造装置が設置されるクリーンルームは、小型チャンバーと比べて導入空気量が多く、そのため、それに応じて圧縮空気設備の容量も大きくする必要があり、この点でも設備の肥大化、イニシャルコストの高騰を招来する。そのうえ、ランニングコストも高かった。発明者の試算では、圧縮空気とドライヤーによって生成されるＣＤＡ単価は、除湿機（ファンと除湿ロータ）を使ったＣＤＡに比べ１０倍以上である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＣＤＡ供給設備の効率のよい運用、コストの低減化を図るとともに、不活性ガスでパージしている状態から、ＣＤＡの供給への切り替えを迅速に行なうことを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明のクリーンルームシステムは、製品を室内で製造するクリーンルームにおいて、前記クリーンルーム内に給気する送風機と、減湿機能を有する吸着材を収納した回転ロータを有するガス精製装置と、前記回転ロータの処理部に外気を導入する外気ダクトと、室内からの還気を前記送風機の入口側に戻すリターンダクトと、不活性ガス供給系からの不活性ガスを前記送風機の入口側及び／又はクリーンルーム内に供給可能な不活性ガス供給管と、前記リターンダクトから分岐して前記回転ロータの処理部に前記還気を導入可能な分岐ダクトと、を有している。そして、前記外気ダクトからの外気を前記回転ロータの処理部を通過させて、その後前記送風機を経て室内に供給可能なように構成され、製品の製造時には、前記外気ダクトが閉鎖されるとともに、前記不活性ガス供給管及び分岐ダクトが開放され、メンテナンス時には、前記外気ダクトが開放されるとともに、前記不活性ガス供給管及び分岐ダクトが閉鎖されることを特徴としている。

本発明によれば、製品の製造時には、外気ダクトが閉鎖されるとともに、不活性ガス供給管及び分岐ダクトが開放されているので、クリーンルーム内に不活性ガスを供給して、クリーンルーム内を当該不活性ガスでパージして不活性ガス雰囲気とすることができる。またクリーンルームからの還気の一部が分岐ダクトを経由して回転ロータの処理部に導入されるので、処理部の吸着材によってこれを減湿することができ、クリーンルーム内を低露点の不活性ガス雰囲気とすることができる。そしてクリーンルーム内の機器のメンテナンス時には、外気ダクトが開放されるとともに、不活性ガス供給管及び分岐ダクトが閉鎖されるので、外気を回転ロータの処理部で減湿処理した後の空気、すなわちＣＤＡが、送風機を経てクリーンルーム内に供給されるから、クリーンルーム内の酸素濃度を所定の安全レベルにすることができる。なお前記送風機は、空調機の一部を構成するファンであってもよく、またファンとフィルタをユニット構成にしたファンフィルタユニット（ＦＦＵ）における当該ファンであってもよい。

そしてこのような不活性ガスでパージしている状態から、ＣＤＡの供給への切り替えは、ダクトの開閉操作（ダクト内の流路の開閉操作をいい、例えば逆止ダンパを備えた送風機の回転数操作や風量調整ダンパの開度操作）によって行なえるので、きわめて、迅速性、即応性が高い。またガス精製装置は、製品の製造時にも稼動させて、低露点の不活性ガスを供給することができるから、常時稼動させることで、ＣＤＡ供給装置として効率のよい運用が行なえる。

不活性ガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴンガスを挙げることができる。また減湿機能を有する吸着材としては、たとえばシリカゲルや合成ゼオライトを使用することができる。また回転ロータの構造としては、たとえばハニカム状のものが使用できる。なお本発明において、メンテナンス時とは、たとえばクリーンルーム内の各種機器のメンテナンスや、ダクト、ガス精製装置の点検、さらには機器の搬入、搬出等の作業時などにおいて、クリーンルーム内の酸素濃度を所定の安全レベル（たとえば２０％、労働安全衛生規則上の１８％以上）にする必要がある時である。

本発明は、クリーンルームのみならず、局所密閉型清浄装置のように局所空間中のガスを循環する場合にも適用可能である。またパージガス量が多く、内部の不純物発生量の多い、ミニエンバイロメントにも好適である。したがって、本発明でいう、クリーンルームには、これら局所密閉型清浄装置やミニエンバイロメントが含まれる。

この種の回転ロータの再生には、通常、処理部で減湿処理された乾燥空気の一部（一般的には１０％程度）が用いられることが多いが、一般的に再生後の空気は系外に排出される。この点、前記リターンダクトから分岐して、前記回転ロータの再生部に還気を導入するガス精製装置用分岐ダクトを有し、製品の製造時には、前記ガス精製装置用分岐ダクトが閉鎖され、前記メンテナンス時には、前記ガス精製装置用分岐ダクトが開放されるようにすれば、処理部で処理された外気をすべて送風機からクリーンルーム内への供給することができる。したがって、その分クリーンルーム内へＣＤＡの供給量を増加させることができ、クリーンルーム内の酸素濃度の安全レベルへの到達時間を早くすることができる。またさらに、外気導入量に見合う分排気してしまう低露点のクリーンルーム内ガスを、再生のための流量にゆとりをもって使用できるので、回転ロータの保持水分をより少なくすることができ、結果として処理空気をより低露点にすることができる。すなわち、ガス精製装置用分岐ダクトを介して、低露点のクリーンルーム内ガスを、再生用に供給することができるので、回転ロータに対して十分な再生が可能となり、それによって処理空気をより低露点とすることができる。

前記回転ロータは、再生部の他にパージ部を有し、ガス精製装置用分岐ダクトからの還気は、当該パージ部に供給可能としてもよい。

再生部や、回転ロータが再生部の他にパージ部を備えている場合の当該パージ部に、外気が導入可能な他の外気ダクトを有し、製品の製造時には、前記ガス精製装置用分岐ダクトが閉鎖されるとともに、前記他の外気ダクトが開放され、前記メンテナンス時には、前記ガス精製装置用分岐ダクトが開放されるとともに、前記他の外気ダクトが閉鎖されるようにしてもよい。こうすることで、製品の製造時において、ガス精製装置の回転ロータのパージ部に外気を用いることができ、パージ部、再生部で用いた窒素ガスの一部を系外に排出してしまうことがなくなる。なおパージ部に導入する場合には、他の外気ダクトからの外気をパージ部に導入する前に、たとえば冷却コイル等で冷却処理することが好ましい。

他の外気ダクトを設けることなく、たとえば外気ダクトに接続され、回転ロータの処理部を迂回して再生部またはパージ部に外気が導入可能な、バイパス外気ダクトを設けてもよい。これによって、回転ロータの再生部やパージ部に、外気を導入することができ、製品製造時において、使用する窒素ガスの一部を回転ロータのパージや再生に使用してこれを系外に排出することはなくなる。

クリーンルーム内において、製品の製造を行なう局所製造空間を備え、不活性ガス供給系からの不活性ガスは、当該製造空間に対しても供給可能であるようにしてもよい。

クリーンルームで要求される空気の質（例えばより低い低露点温度やより高い清浄度、より低いガス状不純物濃度、）がより高いレベルの場合には、 たとえば回転ロータを複数設置するとともに、これら回転ロータを直列多段に接続すればよい。

回転ロータを複数設置する場合、そのうちの、少なくとも一段の回転ロータに収納される吸着材は、シリカゲル及び／又は合成ゼオライトであり、他の回転ロータに収納される吸着材は、活性炭を含むものとしてもよい。シリカゲル、合成ゼオライトは、水分の他に分子状汚染物質をも除去するので、本発明に適している。また他の回転ロータの吸着材に活性炭を使用することで、分子状汚染物質と水分の除去率を調整することも可能である。

以上述べたクリーンルームシステムを運転する場合、メンテナンス時において前記外気ダクトを開放し、前記不活性ガス供給管及び分岐ダクトを閉鎖し、前記クリーンルーム内に外気ダクトからの外気を前記回転ロータの処理部を通過させて、その後前記送風機を経て室内に供給した後、前記クリーンルーム内の酸素濃度が安全レベルに達した段階で、外気ダクトからの導入外気量を減じるようにしてもよい。これによって、導入外気量を必要最低限とすることができ、水分濃度の一層の低下と省エネルギーを図ることができる。

なおクリーンルーム内の酸素濃度が安全レベルに達しない段階では、クリーンルームの出入り口の扉、ダクト並びにガス精製装置の各点検口を開かないように、たとえば安全インターロック機構を付与することで、作業員の安全をより確実なものとすることができる。

またクリーンルーム内の露点温度を計測し、メンテナンス時において露点が上昇した場合には、分岐ダクトの風量を制御して、回転ロータの処理部に導入する循環空気を増加させるようにしてもよい。

本発明によれば、ＣＤＡ供給設備の効率のよい運用、コストの低減化を図ることができ、しかも不活性ガスでパージしている状態から、ＣＤＡの供給への切り替えを迅速に行なうことができる。

実施の形態にかかるクリーンルームシステムの構成、系統の概略を示す説明図である。 図１のクリーンルームシステムのメンテナンス時の様子を示す説明図である。 図１のクリーンルームシステムにガス精製装置用分岐ダクトを設けた例の構成、系統の概略を示す説明図である。 図３のクリーンルームシステムのメンテナンス時の様子を示す説明図である。 処理部と再生部のみを有する回転ロータを用いたガス精製装置の構成、系統の概略を示す説明図である。 直列２段構成の回転ロータを用いたガス精製装置の構成、系統の概略を示す説明図である。 再生用に別途外気ダクトを設けたガス精製装置の構成、系統の概略を示す説明図である。 図７のガス精製装置のメンテナンス時の様子を示す説明図である。 図１のクリーンルームシステムにおいて、バイパス外気ダクトを設けた例の構成、系統の概略を示す説明図である。 図５のガス精製装置において、他の外気ダクトを設けた例の構成、系統の概略を示す説明図である。

本発明の実施の形態について説明すると、図１は、実施の形態にかかるクリーンルームシステム１の構成の概略を示しており、この実施の形態において、クリーンルームＲに対しては、空調機２の冷却コイル２ａや加熱コイル２ｂによって温湿度調整された後の給気が、ファン２ｃによって、クリーンルームＲの天井部に設けられた高性能フィルタ３を介して、クリーンルームＲの天井部から室内に供給される。なお高性能フィルタとファンとがユニット化されたファンフィルタユニット（ＦＦＵ）を高性能フィルタ３に代えて使用してもよく、かかる場合には、ファン２ｃは、当該ファンフィルタユニットにおけるファンで代替してもよい。また冷却コイル２ａや加熱コイル２ｂは、必ずしも本発明にとって必要なものではなく、たとえば温度調節を必要としない環境においては、これらを省略してもよい。そしてクリーンルームＲの雰囲気は、一部は排気口４を介して、排気ダクト５からクリーンルームＲ外に供給される。排気ダクト５には、クリーンルームＲの室圧制御用のダンパ５ａが設けられている。またクリーンルームＲの雰囲気の一部は、還気口６から、リターンダクト７を介して、空調機２の入口側へと戻される。

リターンダクト７には、分岐ダクト８が接続されており、リターンダクト７を流れる還気の一部は、この分岐ダクト８を介してガス精製装置１０の入口側に導入される。分岐ダクト８には、ダンパ８ａが設けられている。またガス精製装置１０の入口側には、外気を取り入れる外気ダクト９が接続されている。外気ダクト９には、ダンパ９ａが設けられており、またダンパ９ａの上流側には、取り入れた外気を冷却する冷却コイル９ｂが設けられている。

ガス精製装置１０はファン１１、冷却コイル１２、回転ロータ１３を有しており、ファン１１によって導入された空気、気体は冷却コイル１２で冷却された後、回転ロータ１３の処理部１３ａに送られ、処理部１３ａによって処理された後、空調機２の入口に送られる。

回転ロータ１３は、ロータの回転順にその通過域が、処理部１３ａ、再生部１３ｂ、パージ部１３ｃとに区画されており、ロータ内には減湿機能を有する吸着材として、たとえばシリカゲルや合成ゼオライトが収納されている。そして処理部１３ａによって処理された空気、気体の一部は、パージダクト１４を通じて、パージ部１３ｃへと送られ、その後再生用循環ダクト１５へと送られる。パージダクト１４には、ダンパ１４ａが設けられている。再生用循環ダクト１５は、ファン１５ａによって、パージ部１３ｃを経て昇温した空気、気体を、加熱ヒータ１６で昇温させた後、再生部１３ｂに供給し、再生部１３ｂを通過した空気、気体は、パージ部１３ｃを経た空気、気体と混合され、一部は再生排気ダクト１７から、系外に排気される。再生用循環ダクト１５には、ダンパ１５ｂが設けられている。

不活性ガス供給系からの不活性ガス、たとえば窒素ガスは、不活性ガス供給管２１を通じて、空調機２の入口側に供給される。不活性ガス供給管２１には、バルブ２１ａが設けられている。

クリーンルームＲの室内には、製造の際に、水分並びに酸素を嫌う半導体製造装置３１が設置されている。通常、この種の半導体製造装置は、ケーシング等で外側が覆われており、装置内は、水分並びに酸素、さらにはクリーンルーム内に浮遊する微小な塵埃、パーティクルの装置内への侵入を阻止する目的で、クリーンルームＲの室圧よりも正圧に維持される。そのため、不活性ガス供給管２１から分岐した配管２２を通じて、窒素ガスが、半導体製造装置３１内に導入される。配管２２には、バルブ２２ａが設けられている。また半導体製造装置３１内の雰囲気は、配管２３から排気ダクト５を通じて排気される。

クリーンルームＲには、室内の酸素濃度を測定する酸素濃度計３２が設けられており、この酸素濃度計３２によって測定されたクリーンルームＲ内の酸素濃度は、制御装置３３へと出力される。制御装置３３は、当該酸素濃度に基づいて、外気ダクト９のダンパ９ａの開閉、分岐ダクト８のダンパ８ａの開閉、並びにこれらダンパの開度の制御を行なう。

本実施の形態にかかるクリーンルームシステム１は、以上の構成を有しており、製品の製造時には、図１に示したように、外気ダクト９のダンパ９ａが閉鎖され、不活性ガス供給管２１のバルブ２１ａ、並びに配管２２のバルブ２２ａが開放され、窒素ガスが空調機２の入口側、及び半導体製造装置３１内に供給される。また分岐ダクト８のダンパ８ａが開放される。

空調機２の入口側に供給された窒素ガスは、空調機２で温度調整された後、高性能フィルタ３を介して、クリーンルームＲの室内に供給される。そしてクリーンルームＲの雰囲気は、室圧を所定の圧力（正圧）にするため、排気量がダンパ５ａによって調整されつつ、一部が排気口４を通じて、排気ダクト５から系外に排気される。

一方クリーンルームＲからの還気は、その一部がリターンダクト７を通じて、空調機２の入口側に戻され、他の一部が分岐ダクト８を経由して、ガス精製装置１０の入口側に送られる。ガス精製装置１０では、回転ロータ１３の処理部１３ａにおいて、シリカゲルや合成ゼオライトにより、水分及び有機物等の分子状汚染物質が除去される。そしてそれによって減湿、精製された後の還気（窒素ガス）が、空調機２へと送られる。したがって、クリーンルームＲ内は、低露点かつ、分子状汚染物質が除去された窒素ガス雰囲気とすることができる。

そしてメンテナンス時には、不活性ガス供給管２１のバルブ２１ａ、並びに配管２２のバルブ２２ａ、分岐ダクト８のダンパ８ａが閉鎖される。また外気ダクト９のダンパ９ａが開放され、冷却コイル９ｂを稼動させる。なお冷却コイル９ｂの運転は、たとえば湿度など外気の条件に応じて、発停や流入冷媒の流量その他の冷却能力の調整をすればよい。

取り入れられた外気は、ガス精製装置１０の回転ロータによって、回転ロータ１３の処理部１３ａにおいて、シリカゲルや合成ゼオライトにより、水分及その他の分子状汚染物質が除去される。そしてそれによって減湿、精製された後の空気（ＣＤＡ）が、リターンダクト７からの還気とともに、空調機２を経て、クリーンルームＲへと供給される。このように、本実施の形態によれば、窒素ガスのパージ雰囲気から、ＣＤＡの供給運転の切り替えが、ダンパ８ａ、９ａやバルブ２１ａ、２２ａの開閉で迅速に行なえるので、極めて即応性に優れている。

そのようにして、窒素ガスの供給停止と、ガス精製装置１０からのＣＤＡの供給により、速やかにクリーンルームＲの酸素濃度を安全レベル（例えば２０％、労働安全衛生規則では１８％以上）まで上昇させることができる。このとき、もちろんクリーンルームＲの酸素濃度が所定の安全レベルに達した後も、同一条件で運転してもよいが、酸素濃度が安全レベルに達した段階で、外気ダクト９のダンパ９ａを絞り、必要最低限の外気量とすることによって、水分濃度の一層の低下と省エネルギを図ることができる。この場合、ガス精製装置１０の送風量はダンパ９ａ全開時より減るので、省エネになると同時に処理能力に余裕がでるためガス精製装置１０出口空気の露点もより低くなる。

ところで、メンテナンスのために作業員がクリーンルームＲ内に入ることを想定すると、クリーンルームＲ内部の水分負荷が大きくなり、露点温度が高くなることが予想される。それに対処するため、分岐ダクト８のダンパ８ａを例えば半開するなどして、分岐ダクト８を通じて循環空気を導入し、ガス精製装置１０で処理して、循環空気中の水分を除去することによって、クリーンルームＲ内の露点を所定の露点温度に維持することができる。この場合、たとえばクリーンルームＲ内の露点温度を計測するセンサを設け、当該センサからの信号に基づいて、制御装置３３によって、分岐ダクト８のダンパ８ａの開閉、並びに開度調整を行なって、回転ロータ１３の処理部１３ａに導入する循環空気の風量を調節するようにしてもよい。制御の例としては、メンテナンス時においてクリーンルームＲ内の露点温度が上昇した場合には、分岐ダクト８のダンパ８ａの開度を調節し、分岐ダクト８内を流れる風量を制御して、回転ロータ１３の処理部１３ａに導入する循環空気を増加させることが挙げられる。

そして本実施の形態では、酸素濃度計３２によって測定されたクリーンルームＲ内の酸素濃度に基づいて、このようなダンパ９ａの開閉、並びに必要開度の制御を自動的に行なうようになっている。なおダンパ９ａの代わりに送風機１１を回転数制御してもよい。

酸素欠乏防止のために、酸素濃度が安全レベルにならないと、クリーンルームＲの出入り口の扉（図示せず）、各種ダクトやガス精製装置１０の点検口（図示せず）が開かないような、安全インターロック機構をシステムに付与すれば、さらに安全性が向上する。

そしてメンテナンスが終了した時点で、外気ダクト９のダンパ９ａを閉鎖し、分岐ダクト８のダンパ８ａを開放し、また不活性ガス供給管２１のバルブ２１ａ、並びに配管２２のバルブ２２ａを開放して、窒素ガスを供給し、所定の低酸素濃度になった段階で、再び半導体製造装置３１を稼動させて、製品の製造を開始する。

このように本実施の形態によれば、窒素ガスのパージ雰囲気から、ＣＤＡの供給運転の切り替えが、ダンパ８ａ、９ａやバルブ２１ａ、２２ａの開閉で迅速に行なえるので、極めて即応性に優れている。またＣＤＡ供給設備となるガス精製装置１０自体の運転は、格別窒素ガスパージ時と、ＣＤＡ供給時とでは変わることがなく、極めて効率のよいＣＤＡ供給設備の運用が行える。

前記した例は、導入外気の減湿をガス精製装置１０の基本フローの中で行うものであったが、回転ロータ１３のパージ（冷却）や再生用のガスを、リターンダクト７からの還気によって行なうようにしてもよい。図３はかかる場合のクリーンルームシステム１の構成の概要を示しており、図１と同一符号で示されるものは、前記した実施の形態と同一の部材、機能を持つものである。

図３に示したクリーンルームシステム１においては、リターンダクト７から分岐して、回転ロータ１３の再生部１３ｂに還気を送るための、ガス精製装置用分岐ダクト４１が、再生用循環ダクト１５におけるダンパ１５ｂの下流側でかつ加熱ヒータ１６の上流側に接続され、またリターンダクト７から分岐して、回転ロータ１３のパージ部１３ｃに還気を送るための、ガス精製装置用分岐ダクト４２が、パージダクト１４におけるパージ部１３ｃの上流側に接続されたものである。なお、各ガス精製装置用分岐ダクト４１、４２には、各々ダンパ４１ａ、４２ａが設けられており、またガス精製装置用分岐ダクト４２には、冷却コイル４２ｂが設けられている。

この図３に示したクリーンルームシステム１によれば、製品の製造時においては、各ガス精製装置用分岐ダクト４１、４２の各ダンパ４１ａ、４２ａが閉鎖されて、前記した図１の例と同様な、窒素ガス供給運転が行なわれる。そしてメンテナンス時においても、基本的には、図２の例と同様なダンパの開閉操作が行なわれるが、図４に示したように、メンテナンス時においては、分岐ダクト８のダンパ８ａ、およびパージダクト１４のダンパ１４ａ、再生用循環ダクト１５におけるダンパ１５ｂが閉鎖され、各ガス精製装置用分岐ダクト４１、４２の各ダンパ４１ａ、４２ａは開放される。なお、冬期など、外気の水分負荷が多くない場合、換言すれば再生空気にそれほど低露点の空気を多く必要としない場合には、ダンパ４２ａは開放するものの、ダンパ４１ａは閉鎖し、ダンパ１５ｂを開放して運転してもよい。これにより、パージ部１３ｃを経由することで、還気は熱を付与され、直接加熱ヒータ１６で加熱するより、省エネルギーを図ることができる。

図２の例では、処理した外気の一部がガス精製装置１０の中で再生用に用いた後、排気していたが、図４に示した例では、ガス精製装置１０で処理した外気の全てを、空調機２を経てクリーンルームＲに供給することができる。発明者の試算では、クリーンルームＲの外気導入量を図２の例よりも、１割程度多くできる。したがって、図２に示した例よりもより早くクリーンルームＲの酸素濃度を高めることができる。また、外気導入量に見合う分排気してしまう低露点のクリーンルーム内ガスを、ガス精製装置用分岐ダクト４１、４２を介して再生用に供給することができるから、再生のための流量をより多く確保することができ、回転ロータ１３の保持水分をより少なくでき、結果として処理ガスをより低露点にすることができる。

前記した例で用いたガス精製装置１０の回転ロータ１３は、いずれも処理部１３ａ、再生部１３ｂの他に、パージ部１３ｃを有するものであった。このような、パージ部１３ｃを有するタイプの回転ロータ１３は、パージによってロータ温度を処理部１３ａに入る前に低くできるので、吸着能力が向上し処理ガスを比較的低湿度及び低汚染物質濃度にできるという利点がある。しかしながらクリーンルームＲで要求される分子状汚染物質濃度や水分濃度がそれほど厳しくない場合には、図５に示したように、パージ部を持たず、処理部５１ａ、再生部５１ｂとによって構成される回転ロータ５１を用いてもよい。

図５は、窒素ガスパージ時におけるそのようなガス精製装置１０の構成を示したものであり、リターンダクト７から分岐したガス精製装置用分岐ダクト５２が、再生用循環ダクト１５におけるダンパ１５ｂの下流側で、加熱ヒータ１６の上流側に接続されている。ガス精製装置用分岐ダクト５２には、ダンパ５２ａが設けられている。

この図５の例でも、置換のために排気してしまう低露点のクリーンルーム内ガスを、リターンダクト７、ガス精製装置用分岐ダクト５２を経由して再生部５１ｂの再生のために使うことで、回転ロータ５１の保持水分をより少なくできるので、結果として処理空気をより低露点にすることができるという利点もある。

また、その逆に、クリーンルームＲでの空気質の要求仕様がより厳しい場合は、図６に示したガス精製装置１０のように、いわゆる２段ロータシステムを用いてもよい。

図６に示したガス精製装置１０では、既述のパージ部を有する回転ロータ１３と、図５で用いたパージ部を持たない回転ロータ５１とを、２段直列に接続した構成を有している。なお図６は、製品製造時、すなわちクリーンルームＲ内を窒素ガスでパージしているときの様子を示している。

この図６に示したガス精製装置１０は、処理側フローについていうと、１段目に配置される回転ロータ５１の処理部５１ａには、ファン６１によって分岐ダクト８からの還気と、外気ダクト９からの外気とが冷却コイル６２を介して、処理部５１ａに導入可能であり、処理部５１ａを通過した処理空気、ガスは、２段目に配置された回転ロータ１３の処理部１３ａに導入される。他方、再生側フローについていうと、２段目に配置された回転ロータ１３の再生部１３ｂを出た再生空気、ガスは、加熱ヒータ６３で昇温された後、回転ロータ５１の再生部５１ｂに導入され、再生に供された後、ファン６４によって系外に排気されるようになっている。

以上の構成を有するガス精製装置１０によれば、より低露点、より清浄な空気、ガスを、クリーンルームＲに供給することが可能である。なおこのような多段直列接続のロータ構成の場合、２段ともシリカゲル又は合成ゼオライトにするか、もしくは一段をシリカゲル又はゼオライト、もう一段を活性炭にして、分子状汚染物質と水分の除去率を調整することも可能である。この場合、例えば図６の例では、回転ロータ５１と回転ロータ１３の役割は、回転ロータ５１が、いわゆる荒取り、回転ロータ１３が、仕上げとして機能するが、通常は水分の方が条件が厳しいので、回転ロータ５１側に活性炭を充填することが提案できる。ただし、不純物ガスと水分のどちらを重視するかで、活性炭の充填ロータは、前後するので、必ずしもそのように前段側に活性炭を充填する必要はない。なお本発明で使用される回転ロータは、再生部や処理部を２つ有するロータを使用してもよい。

前記した例では、製品製造時、すなわちクリーンルームＲ内を窒素ガスでパージしているときには、回転ロータの再生には、循環している窒素ガスの一部を使用していたが、そうすると、再生で用いた窒素ガスの一部を系外に排気してしまうことになる。

図７に示した例は、かかる点に鑑みてなされたものであり、製品製造時においても、回転ロータ１３の再生に、外気を使用するようにして、系外の窒素ガスを排気することがない構成を有している。すなわち、図７に示したガス精製装置１０においては、回転ロータ１３のパージ部１３ｃに対して、直接外気を取り入れる他の外気ダクト７１を別途備え、この外気ダクト７１を、リターンダクト７から分岐した前出ガス精製装置用分岐ダクト４２に接続したものである。なおこの外気ダクト７１には、ダンパ７１ａが設けられており、さらにガス精製装置用分岐ダクト４２との接続部下流、パージ部１３ｃの上流において、冷却コイル７２が設けられている。

この例によれば、製品製造時においては、図７に示したように、ガス精製装置用分岐ダクト４１、４２の各ダンパ４１ａ、４２ａが閉鎖され、外気ダクト９のダンパ９ａは閉鎖される。また再生用循環ダクト１５のダンパ１５ｂは開放され、外気ダクト７１のダンパ７１ａも開放される。これによって、外気ダクト７１から取り入れられた外気は、冷却コイル７２で冷却された後、回転ロータ１３のパージ部１３ｃに導入され、以後再生部１３ｂの再生用に供される。したがって、分岐ダクト８を通じて循環している窒素ガスが系外に排気されることはない。

一方、メンテナンス時においては、図８に示したように、ガス精製装置用分岐ダクト４１、４２の各ダンパ４１ａ、４２ａ、外気ダクト９のダンパ９ａが開放され、他方外気ダクト７１のダンパ７１ａが閉鎖され、再生用循環ダクト１５のダンパ１５ａも閉鎖される。これによって、外気ダクト９から取り入れられた外気が処理されたＣＤＡが供給され、排気する室内のガスの一部を使って回転ロータ１３の再生が行われる。

なお図１に示した例において、図９に示したように、外気ダクト９から分岐して、回転ロータ１３の処理部１３ａを迂回してパージ部１３ｃに外気を導入するバイパス外気ダクト８１を、パージダクト１４に接続してもよい。バイパス外気ダクト８１には、ダンパ８１ａが設けられている。

かかる構成により、たとえば製品の製造時、すなわちクリーンルームＲ内を窒素ガスでパージする際には、図９に示したように、冷却コイル９ｂで冷却した後のバイパス外気ダクト８１からの外気を、直接回転ロータ１３のパージ部１３ｃに導入し、回転ロータ１３の冷却に使用するとともに、そこで昇温した外気を再生用に使用することができ、また窒素ガスを系外に排出することもない。さらにまた元々外気ダクト９に設けられていた冷却コイル９ｂをそのまま活用することができる。

また図５に示した例では、リターンダクト７から分岐したガス精製装置用分岐ダクト５２が、再生用循環ダクト１５におけるダンパ１５ｂの下流側で、加熱ヒータ１６の上流側に接続されていて、クリーンルームＲ内のガスを、リターンダクト７、ガス精製装置用分岐ダクト５２を経由して再生部５１ｂの再生のために使用するようにしていたが、この場合も、他の外気ダクト９１を設け、当該外気ダクト９１からの外気を、そのまま加熱ヒータ１６の上流側に導入し、加熱ヒータ１６によって加熱した後、回転ロータ５１の再生部５１ｂに導入するようにしてもよい。この場合も、窒素ガスを系外に排出することがない。

本発明は、水分と酸素の両方を嫌う製造プロセスを行なうクリーンルームに有用である。

１ クリーンルームシステム
２ 空調機
２ａ 冷却コイル
２ｂ 加熱コイル
２ｃ ファン
３ 高性能フィルタ
４ 排気口
５ 排気ダクト
５ａ ダンパ
６ 還気口
７ リターンダクト
８ 分岐ダクト
８ａ ダンパ
９ 外気ダクト
９ａ ダンパ
９ｂ 冷却コイル
１０ ガス精製装置
１１ ファン
１２ 冷却コイル
１３ 回転ロータ
１３ａ 処理部
１３ｂ 再生部
１３ｃ パージ部
１４ パージダクト
１４ａ ダンパ
１５ 再生用循環ダクト
１５ａ ファン
１５ｂ ダンパ
１６ 加熱ヒータ（再生用）
１７ 再生排気ダクト
２１ 不活性ガス供給管
２１ａ バルブ
２２ 配管
３１ 半導体製造装置
３２ 酸素濃度計
３３ 制御装置
Ｒ クリーンルーム

Claims (11)

1. 製品を室内で製造するクリーンルームにおいて、
   前記クリーンルーム内に給気する送風機と、
   減湿機能を有する吸着材を収納した回転ロータを有するガス精製装置と、
   前記回転ロータの処理部に外気を導入する外気ダクトと、
   室内からの還気を前記送風機の入口側に戻すリターンダクトと、
   不活性ガス供給系からの不活性ガスを前記送風機の入口側及び／又はクリーンルーム内に供給可能な不活性ガス供給管と、
   前記リターンダクトから分岐して前記回転ロータの処理部に前記還気を導入可能な分岐ダクトと、を有し、
   前記外気ダクトからの外気を前記回転ロータの処理部を通過させて、その後前記送風機を経て室内に供給可能なように構成され、
   製品の製造時には、前記外気ダクトが閉鎖されるとともに、前記不活性ガス供給管及び分岐ダクトが開放され、
   メンテナンス時には、前記外気ダクトが開放されるとともに、前記不活性ガス供給管及び分岐ダクトが閉鎖されることを特徴とする、クリーンルームシステム。
2. 前記リターンダクトから分岐して、前記回転ロータの再生部に還気を導入するガス精製装置用分岐ダクトを有し、
   製品の製造時には、前記ガス精製装置用分岐ダクトが閉鎖され、
   前記メンテナンス時には、前記ガス精製装置用分岐ダクトが開放されることを特徴とする、請求項１に記載のクリーンルームシステム。
3. 前記回転ロータは、再生部の他にパージ部を有し、ガス精製装置用分岐ダクトからの還気は、当該パージ部及び／又は再生部に供給可能であることを特徴とする、請求項２に記載のクリーンルームシステム。
4. 前記回転ロータの再生部に外気が導入可能な、他の外気ダクトを有し、
   製品の製造時には、前記ガス精製装置用分岐ダクトが閉鎖されるとともに、前記他の外気ダクトが開放され、
   前記メンテナンス時には、前記ガス精製装置用分岐ダクトが開放されるとともに、前記他の外気ダクトが閉鎖されることを特徴とする、請求項２に記載のクリーンルームシステム。
5. 前記回転ロータのパージ部に外気が導入可能な、他の外気ダクトを有し、
   製品の製造時には、前記ガス精製装置用分岐ダクトが閉鎖されるとともに、前記他の外気ダクトが開放され、
   前記メンテナンス時には、前記ガス精製装置用分岐ダクトが開放されるとともに、前記他の外気ダクトが閉鎖されることを特徴とする、請求項３に記載のクリーンルームシステム。
6. 前記外気ダクトに接続され、回転ロータの処理部を迂回して再生部またはパージ部に外気が導入可能な、バイパス外気ダクトを有することを特徴とする、請求項２または３に記載のクリーンルームシステム。
7. クリーンルーム内に前記製品の製造を行なう局所製造空間を備え、不活性ガス供給系からの不活性ガスは、当該局所製造空間に対しても供給可能であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のクリーンルームシステム。
8. 前記回転ロータを複数備え、これら回転ロータは直列多段に接続されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のクリーンルームシステム。
9. 前記複数の回転ロータのうち、少なくとも一段の回転ロータに収納される吸着材は、シリカゲル及び／又は合成ゼオライトであり、他の回転ロータに収納される吸着材は、活性炭を含むものであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のクリーンルームシステム。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のクリーンルームシステムを運転する方法であって、
    メンテナンス時において前記外気ダクトを開放し、前記不活性ガス供給管及び分岐ダクトを閉鎖し、前記クリーンルーム内に外気ダクトからの外気を前記回転ロータの処理部を通過させて、その後前記送風機を経て室内に供給した後、
    前記クリーンルーム内の酸素濃度が安全レベルに達した段階で、外気ダクトからの導入外気量を減じることを特徴とする、クリーンルームシステムの運転方法。
11. クリーンルーム内の露点温度を計測し、メンテナンス時において露点が上昇した場合には、分岐ダクトの風量を制御して、回転ロータの処理部に導入する循環空気を増加させることを特徴とする、請求項１０に記載のクリーンルームシステムの運転方法。

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