JPH0827045B2 - クリーンルームシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造工程などに適用されるクリーン
ルームシステムに関する。

〔従来の技術〕

半導体の製造工程では、膜付け，拡散処理，フォトリ
ソグラフィ処理，エッチング処理などのウエハ処理作業
が行われるが、これらの処理工程では塵埃などによる汚
染を極度に嫌うことから一般にクリーンルーム内で作業
を進めるようにしている。

ここで、第５図に従来におけるクリーンルームを一例
を示す。図において、１は建屋内に構成されたクリーン
ルームであり、室内には床面側に敷設したフリーアクセ
スフロア２の上方に作業者が往来する通路エリア3,およ
び通路エリア３を挟んでその両側に各種のプロセス装置
４を据付ける作業エリア５に区分したクリーン領域がト
ンネルラインとして構成されたブース内に画成されてい
る。また、通路エリア3,作業エリア５に対して、天井側
には高性能フィルタ（HEPAフィルタ）６がチャンバ７に
組込んで敷設されている。一方、クリーンルーム室内に
おけるブースの天井裏側，および床下側には別置の空気
調和機８に接続したサプライエアダクト9,リターンエア
ダクト10が接続配管されており、かつ各エリア3,5ごと
にサプライエアダクト９と前記のチャンバ７との間が分
岐ダクト9aを介して接続されている。なお、11は給気エ
アを加圧してチャンバ７に送り込む送風機、12は前記し
たブースの吊り天井を建屋に吊り下げ支持する吊り金
具、13は熱拡散炉のような装置に対するドラフトチャン
バの系外排気ダクト、14はブースを仕切る隔壁であり、
該隔壁14の背後のスペースが各種装置４に対する保守，
点検用のメンテナンスエリアとして使用される。なお、
このメンテナンスエリアを通じてリターンエアを作業エ
リア５側の高性能フィルタ６に組合せた送風機11へロー
カルリターンさせる方式もある。

かかる構成で、空気調和機８で所定の温度，湿度に調
節された空調エアはサプライエアダクト９を通じて通路
エリア3,作業エリア５ごとにチャンバ７に給気され、さ
らに高性能フィルタ６を透過してクリーン領域内へ向け
て上方よりクリーンエアがダウンフローする。一方、ダ
ウンフローしたクリーンエアは床面側のフリーアクセス
フロア２を透過し、床下に配管したリターンエアダクト
10を経て空気調和機８に還流する。なお、この場合に作
業エリア５については送風機11の送風により通路エリア
３に対して陽圧に保持し、通路エリア内での作業員の往
来，作業に伴う発塵で作業エリア５が汚染されるのを防
止して高い空気清浄度に保持している。また、ドラフト
チャンバからの系外排気分を補償してクリーン領域を外
部に対し陽圧に維持するために、空気調和機８へ系外よ
り外気を取り込んで室内に押し込み導入するようにして
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記のようにクリーンルーム室内のクリー
ン領域に給気するエアを空気調和機８で集中的に空調処
理し、かつサプライエアダクト9,リターンエアダクト10
を経由してクリーン領域との間で循環送風するようにし
た従来のダクト配管方式では次記のような難点がある。
すなわち、 （１）サプライエアダクト９を通じてクリーンルーム室
内の通路エリア3,作業エリア５に吹き出すエアは全て同
じ温度に調節されている。これに対して通路エリア3,作
業エリア５における熱負荷は一定せず、作業員の人数，
配員状況、および各種装置４の運転状態により局所的に
絶えず変動するために、このままではクリーン領域内の
温度分布について局所的に大きな温度勾配が生じる。し
かも、局所的な熱負荷が大きい地点では、発生熱で生じ
た上昇気流が干渉してクリーンエアのダウンフロー層流
を乱すようになる。そのため、通常は苛酷な稼働条件を
基準にクリーンルームの空調負荷を想定して空気調和機
を運転するようにしているが、室内の各エリアで所定の
空気清浄度，温度を維持するには常時多量な空調エアを
送風しなければならず、そのために必要以上に動力を消
費してランニングコストが嵩む。

（２）一方、大風量の空調エアをクリーンルーム室内に
送り込むには、大形な空気調和機８が必要である他、大
口径のサプライエアダクト9,リターンエアダクト10をク
リーンルーム室内の天井側，床下に配管しなければなら
ず、その分だけ機械室，配管スペースに多くの占有空間
を必要とするために、建屋および補機設備に要するイニ
シャルコストが高くなる。

（３）クリーンルーム室内で装置のレイアウト変更，設
備の継ぎ足し増設などを行う場合には、ダクトの配管変
更，接続替えなどの大掛りな施工を必要とする。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、前
記した従来のダクト配管方式による問題点を解消し、イ
ニシャルコスト，ランニングコストを低減化を図りつ
つ、クリーン領域の空気清浄度，空気調和を正常に維持
できるようにしたクリーンルームシステムを提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明のクリーンルーム
システムは、クリーンルームの室内に通路エリア，プロ
セス作業エリアなどとして画成したトンネル状のクリー
ン領域に対し、各エリアごとにその天井側には高性能フ
ィルタと送風機とを組合せたクリーンユニットを配備
し、かつ前記クリーン領域の外周側を取り巻いてクリー
ンルーム室内に画成した自由空間のリターンスペースを
通じてクリーン領域の床下側と天井側のクリーンユニッ
トとの間を連通するとともに、リターンスペース内には
前記の各エリアと個々に対応させてクリーンユニットの
吸込側近傍にクーリングユニットを分散配備し、しかも
各クーリングユニットを各エリア内での局部的な熱負荷
変動に応じて個別に運転制御するよう構成したものであ
る。

〔作用〕

上記の構成により、サプライエアダクト，リターンエ
アダクトを介することなく、クリーン領域の各エリアに
はクリーンユニットを通じて上方からクリーンエアがダ
ウンフローし、例えばフリーアクセスフロアとして構成
された床面側から自由空間のリターンスペースを通じて
再びクリーンユニットに還流するように循環送風され、
かつこの送風過程で塵埃を高性能フィルタで捕集してク
リーン領域を空気清浄化する。

一方、リターンスペース内に配備したクーリングユニ
ットを運転することにより、通路エリア，作業エリアが
個別にローカルクーリングされる。ここで、各クーリン
グユニットは、例えば外部から冷水を流す水冷式冷却コ
イル単体，ないし冷却コイルに送風機，フィルタを組合
せたものであり、ブースのトンネルラインに沿って随所
に分散配備されている。そして、これらのクーリングユ
ニットは、個々に各ユニットの据付け位置に対応してク
リーン領域の各エリアに分散配備した温度センサの検出
値を基に、冷却コイルに供給する冷水流量を調節して個
別に運転制御される。これにより、作業員の有無，装置
の運転状態に基づくクリーン領域内での局部的な熱負荷
変動に即応して各地点での適正なローカルクーリングが
行え、クリーン領域全体での温度分布の均一化，並びに
精密な温度調節が可能となる。

また、クリーンルーム室内の設備面でも、大掛りなサ
プライエアダクト，リターンエアダクトの配管，施工が
不要となり、かつ室内での装置レイアウトの変更，継ぎ
足し増設などにもダクトの接続替えが必要なく容易に対
応できる。

〔実施例〕

第１図，第２図はそれぞれ異なる本発明実施例の構成
図、第３図はクーリングユニットの配管系統図、第４図
はクリーンユニットの構成図を示す。なお、第５図に対
応する同一部分には同じ符号が付してある。

まず、第１図では、第５図と同様にクリーンルーム１
の室内に通路エリア3,作業エリア５に区分したクリーン
領域をトンネルラインとして構成されたブース内に画成
し、さらに作業エリア５の背後には各種装置４に対する
保守，点検用のメンテナンスエリア15が画成されてい
る。また、トンネルラインとしてなるブースの外周を取
り巻く形でクリーンルーム１の室内には自由空間として
のリターンスペース16が確保されており、このリターン
スペース16を通じてフリーアクセスフロア２の床下側と
ブースの天井側との間が相互に連通している。

一方、ブース内のクリーン領域に対して通路エリア3,
作業エリア５の天井面には個別にクリーンユニット17が
配備されている。このクリーンユニット17の構造は第４
図に示すようにチャンバ内に高性能フィルタ６と送風機
18とを組み込んで一体化したものであり、図示のように
吊り金具12に支えられた支持フレーム19の間にマウント
して取付けられている。

また、第１図に戻り、リターンスペース16内の天井側
には通路エリア3,作業エリア5,メンテナンスエリア15と
個々に対応するエア冷却用のクーリングユニット20がト
ンネルラインに沿って随所に分散配備されている。ここ
で、クーリングユニット20は、符号21で示す冷却コイル
単体，ないし冷却コイル21に送風機，高性能フィルタを
組合せたユニットとして構成されたものである。そし
て、通路エリア３に対しては、冷却コイル21に送風機，
フィルタを組合せたクーリングユニット20がクリーンユ
ニット17の吸込側に近づけた位置で宙吊り式に配備され
ている。これに対して、作業エリア５に対しては、クリ
ーンユニット17を収容したチャンバのエア吸込口に冷却
コイル21が単体で装備されている。さらい、メンテナン
スエリア15に対しては、その天井側には冷却コイル，送
風機，フィルタを組合せたクーリングユニット20が装備
してある。ここで、前記の各クーリングユニット20の冷
却コイル21は、例えば第３図に示すように冷却水の送水
配管路22（図示されてないポンプで循環送水される）に
三方弁23を介して接続されている。一方、前記の各クー
リングユニット20と個々に対応して各エリア3,5,15内の
各地点には温度センサ24が配置されており、この温度セ
ンサ24の検出値を基に調節器25からの指令で前記三方弁
換弁23の弁開度を比例制御し、冷却コイル21へ流す冷水
流量を各地点における熱負荷の変動に対応して個別に調
節するようにしている。

なお、第１図における符号26はクリーンルーム１に対
する外気導入配管27に接続した空気調和機であり、クリ
ーンルーム室内の圧力を外部に対して陽圧に保つように
外気の押し込み送風，および導入外気の空調を行うとと
もに、必要時にクリーンルーム室内側から抽出した一部
の空気を空調処理した上で室内に戻すようにしている。

上記の構成で、通路エリア3,作業エリア５にはブース
の天井に設置したクリーンユニット17を通じてクリーン
エアがダウンフローしてクリーン領域を清浄化する。そ
して床面側のフリーアクセスフロア２を透過したエアは
リターンスペース16を経由して再びクリーンユニット17
に還流するように循環送風される。また、この場合に作
業エリア５に吹き出すクリーンエアの風量を通路エリア
３への吹出し風量よりも若干多めに設定して陽圧に維持
し、通路エリア３から作業エリア５へ浮遊塵埃が侵入す
るのを防止してハイレベルな空気清浄度に保持するよう
にしている。これにより、作業エリア５の空気清浄度が
例えばクラス10程度、また通路エリア３ではクラス100
〜1000程度に維持される。なお、クリーンユニット17は
第４図で説明したように高性能フィルタ６と送風機18と
がチャンバ内に一体に組み込まれたリークレスの構造で
あるので、クリーンユニット17を並置配備した場合に、
クリーンユニットの相互間で支持フレーム19との間に多
少の隙間が残っていても、送風機18で加圧されたエアが
高性能フィルタを通過せぬままクリーン領域に漏れ出る
おそれはない。したがってこの部分にコーキングを施す
必要がなく、クリーンユニット17の据付け施工が簡単に
実施できる。さらに、装置４のドラフトチャンバを通じ
て系外に排出される排気風量分を補償してクリーンルー
ム室内を陽圧に加圧保持するために、空気調和機26を経
て温度調節された外気がクリーンルームの室内に押し込
み導入される。

一方、前記の循環送風と平行して各箇所に分散配備さ
れたクーリングユニット20が運転され、冷却コイル21に
外部より冷却水を送流して通路エリア3,作業エリア５の
クリーンユニット17に供給するエアの温度調節を行うと
ともに、メンテナンスエリア15に対してはクーリングユ
ニット20に内蔵したフィルタを通じてクリーンエアをダ
ウンフローし、空気清浄度を例えばクラス10000〜10000
0程度に維持するようにしている。

また、クリーンルーム内に作業員が立ち入って各種装
置４でプロセス作業を行っている稼働状態では、先記し
た温度センサ24で各エリア内における各地点の温度を検
出し、その検出値を基に各クーリングユニット20の冷却
コイル21に流す冷水流量を個別に調整して室内における
局部的な熱負荷に対応した空調制御を行うようにする。
これにより極め細かな温度調節を行うことができ、クリ
ーン領域内での温度分布の均一化，並びに精密な温度調
節が可能となる。

第２図は本発明の異なる実施例を示すものである。こ
の実施例はクリーン領域を全面層流方式としたもので、
第１図の実施例と比べて、クリーン領域の天井面には全
幅に亙りクリーンユニット17が平面的に並置配備されて
いる点を除き、その他の構成並びに動作は第１図の実施
例と同様である。

〔発明の効果〕

本発明によるクリーンルームシステムは、以上説明し
たように構成されているで、次記の効果を奏する。

（１）従来のダクト配管方式と比べてサプライエアダク
ト，リターンエアダクトの配管，施工が不要であり、ク
リーンルームのイニシャルコストを大幅に低減できる
他、クリーンルーム内での装置のレイアウト変更，継ぎ
足し増設にも容易に対応できる。

（２）クリーン領域の各エリアに対応してクーリングユ
ニットを随所に分散配備し、かつ各クーリングユニット
をクリーン領域内における局部的な熱負荷変動に応じて
個別に運転制御することにより、別系統の空気調和機か
ら多量な空調エアを供給することなしに系内で極め細か
な空調制御が可能となり、これによりトンネルラインと
して構成されたクリーン領域の温度精度，温度分布が向
上するとともに、従来システムと比べて空気調和機の冷
房，送風動力を軽減してランニングコストの節減化が図
れる。

（３）外気導入用として別置した空気調和機は、クリー
ンルーム内の加圧分に相当する風量を処理するだけで済
み、冷房，送風能力の小さな小形機で対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図はそれぞれ本発明の異なる実施例の構成
断面図、第３図はクーリングユニットの冷却コイルの配
管系統図、第４図はクリーンユニットの構造図、第５図
は従来例のクリーンルームの構成断面図である。図にお
いて、 1:クリーンルーム、2:フリーアクセスフロア、3:通路エ
リア、4:プロセス装置、5:作業エリア、6:高性能フィル
タ、15:メンテナンスエリア、16:リターンスペース、1
7:クリーンユニット、18:送風機、20:クーリングユニッ
ト、21:冷却コイル、24:温度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤瀬 成己 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−261839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−156962（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クリーンルーム室内に通路エリア，プロセ
   ス作業エリアなどとして画成したトンネル状のクリーン
   領域に対し、各エリアごとにその天井側には高性能フィ
   ルタと送風機とを組合せたクリーンユニットを配備し、
   かつ前記クリーン領域の外周側を取り巻いてクリーンル
   ーム室内に画成した自由空間のリターンスペースを通じ
   てクリーン領域の床下側と天井側のクリーンユニットと
   の間を連通するとともに、リターンスペース内には前記
   の各エリアと個々に対応させてクリーンユニットの吸込
   側近傍にクーリングユニットを分散配備し、しかも各ク
   ーリングユニットを各エリア内での局部的な熱負荷変動
   に応じて個別に運転制御するように構成したことを特徴
   とするクリーンルームシステム。