JPH11166757A - クリーンルーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 清浄室内の気流の均一化と低コスト化を実現
でき、装置のレイアウト変更に容易に対応できるクリー
ンルームを提供する。 【解決手段】 ファンフィルタユニット４の直下に風向
板１０を設け、ファンフィルタユニット４から鉛直下向
きに放出される空気の一部を、ファンフィルタユニット
４の下方領域の外側に流すようにする。 【効果】 ファンフィルタユニットの数を削減した場合
でも、清浄室内に渦のない均一なダウンフローを形成す
ることができるため、ファンフィルタユニットの削減分
のイニシャルコスト及びランニングコストを低減でき
る。また、装置のレイアウト変更に容易に対応できる。

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】クリーンルームのイニシャルコスト及び
ランニングコストを低減するための従来技術としては、
特開昭６２−５０３１号公報に開示された技術がある。
これは、清浄室をガラス製の間仕切り壁により区分し、
半導体製造装置や自動搬送ロボットがあるような高い清
浄度を要する領域には天井の全面に高性能フィルタを設
けて全面層流方式とし、それ以外の高い清浄度を必要と
しない領域には高性能フィルタを天井に部分的に設けて
乱流方式とするものである。これにより、高い清浄度を
必要としない領域の高性能フィルタの数を削減でき、そ
の分送風機の容量を小さくできるため、イニシャルコス
ト及びランニングコストを低減することができる。

【０００３】また、クリーンルームの清浄室内に渦など
の気流の滞留域が存在すると、ウェハ汚染の原因となる
ようなガスや塵埃がその領域に溜まりやすくなってしま
うため、清浄室内の気流はなるべく均一であることがの
ぞましい。上記のような渦領域をなくし気流を均一化
（層流化）するための従来技術としては、特開昭６３−
２９４４４０号公報に開示された技術がある。これは、
クリーンルームの天井及び側壁に取り付けた天井隅用フ
ィルタダクトに所要の間隔をもって天井用フィルタダク
トを併設し、両フィルタダクトのほぼ中央に照明器具の
保持を兼ねた整流部材を併設するものである。

【０００４】両フィルタダクトには、下方向、斜め方
向、横方向のいずれの方向にも清浄空気が流れるように
湾曲した高性能フィルタが設けられている。したがっ
て、フィルタから吹き出される清浄空気の横方向へ進む
ものは、整流部材によって下方向へ案内され、斜め方向
へ進むものは両方から合流して下方に進み、そのまま床
へ向かい、これらが総合されて均一な気流（層流）を形
成することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭６２−５０３１号公報に開示された従来技術には以
下の問題点がある。第１は、フィルタの数を大幅に削減
できないという点である。クリーンルーム内には、様々
な半導体製造装置等が非常に密に並べられており、クリ
ーンルーム全体の床面積に対して高清浄度を必要とする
領域が占める割合はかなり大きく、高清浄度を必要とし
ない領域のフィルタを削減したとしても、せいぜい２０
〜３０％程度の削減に留まってしまう。

【０００６】第２は、製造装置のレイアウト変更があっ
た場合に対応しにくいという点である。間仕切り壁を用
いているため、レイアウト変更を行おうとすると、間仕
切り壁を取り外してから半導体製造装置を移動する必要
があり、工事が煩雑になってしまう。

【０００７】また、前記特開昭６３−２９４４４０号公
報に開示された従来技術には以下の問題点がある。第１
は、フィルタダクトの長手方向に関して、清浄空気の吹
き出し流速を一定にするのが難しいという点である。フ
ィルタダクトの長さが短くてすむ小規模なクリーンルー
ムではあまり問題にはならないが、近年の大規模クリー
ンルームではフィルタダクトの長さが長くなるため、フ
ィルタダクトの入口付近の流速が大きく、フィルタダク
トの先端付近の流速が小さくなってしまう。

【０００８】第２は、フィルタダクトにかかるコストが
高くなるという点である。清浄空気を下・斜め・横の各
方向に流すために、高性能フィルタを湾曲させて設置す
る必要があるため、大規模クリーンルームの場合、フィ
ルタダクトの製作にかかるコストはかなり高くなってし
まう。

【０００９】本発明の目的は、フィルタを大幅に削減し
ても、清浄室内の気流を均一化でき、半導体製造装置の
レイアウト変更に容易に対応できる低コストなクリーン
ルームを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、生産設備等
を設置する清浄室と、清浄室の下方に位置してある開口
率を有するグレーチング床で清浄室と仕切られた床下室
と、清浄室の上方に位置して換気・除塵するためのファ
ンフィルタユニットを長手方向には複数個一列に、横手
方向には一定の間隔に配設した天井板で清浄室と仕切ら
れた天井室と、床下室から天井室へ通じ循環気流を形成
するためのリターンダクトとを有するクリーンルームに
おいて、ファンフィルタユニットの直下に風向板を設
け、ファンフィルタユニットから鉛直下向きに放出され
る空気の一部を、ファンフィルタユニットの下方領域の
外側に流すようにし、ファンフィルタユニット下面にお
ける風向板設置幅とファンフィルタユニット幅との比
を、ファンフィルタユニット幅とファンフィルタユニッ
ト設置間隔との比にほぼ等しくし、さらに風向板の向き
を鉛直下向きから40〜60度とすることで達成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１・図２を
用いて説明する。図１に本発明の実施例によるクリーン
ルームの縦断面図を示す。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６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７によって除塵された後、
清浄室１内に流れ、次に、清浄室１のグレーチング床９
を通って床下室３に流れ込み、リターンダクト８を経て
天井室２に戻るという循環流を形成する。

【００１２】図２にファンフィルタユニット４付近の拡
大図を示す。風向板１０は、図２に示すように、風向板
設置幅Ｈの位置に、ファンフィルタユニット４の中心線
に対して左右対称に、鉛直下向きから風向板設置角度θ
の向きに設置されている。これにより、ファンフィルタ
ユニット４から清浄室１内に流れ込む空気は、風向板設
置幅Ｈの内側の部分からファンフィルタユニット４の下
方領域に放出され、風向板の外側からファンフィルタユ
ニット４のない天井板の下方領域に放出される。

【００１３】ここで、ファンフィルタユニット４の設置
間隔をＬ、ファンフィルタユニットの幅をＤと定義す
る。本実施例では、ファンフィルタユニット４は、天井
全面にわたって長手方向には複数個一列に、横方向はフ
ァンフィルタユニット設置間隔Ｌで設置されている。本
実施例における風向板１０は、湾曲等の加工を施す必要
はなく、単純な板状のものを用いればよいため、本実施
例によるクリーンルームは低コストで実現することがで
きる。

【００１４】次に本発明における風向板１０の効果を、
数値シミュレーションにより確認した結果を説明する。
図３に、数値シミュレーションを行ったクリーンルーム
のモデル図を示す。図の右端は対称境界で、部屋の左半
分のみの計算を行った。部屋の寸法は、図に示したよう
に、ファンフィルタユニット４の幅Ｄを１として、リタ
ーンダクト８の幅が2.5 、清浄室半幅が25、清浄室高さ
が６、床下室高さが７である。ファンフィルタユニット
４の設置間隔Ｌ、風向板設置幅Ｈを図３に示したように
Ｌ＝αＤ、Ｈ＝βＤとしα、β及び風向板設置角度θを
パラメータとしてシミュレーションを行った。

【００１５】図４に、α＝３で風向板１０を設置しない
場合の流速ベクトル図を示す。図４からわかるように、
ファンフィルタユニット４の間の天井の下の領域に、渦
が生成されている。図5 が、α＝３、β＝１／３、θ＝
４５°で風向板１０を設置した場合の流速ベクトル図で
ある。図４と異なり、ファンフィルタユニット４の間の
天井の下の領域には渦はなく、なめらかな流れになって
いる。

【００１６】図６は、図３のＡ−Ａ断面に相当するグレ
ーチング床９の上2.5 Ｄの部分の鉛直方向流速成分ｗの
計算結果を、壁からの距離をＸとして風向板なしの場合
と、風向板ありでβ＝１／２、１／３、１／４の場合と
を比較したグラフである。先に述べたように、風向板１
０がない場合にはファンフィルタユニット４の直下の領
域の流速が速く、不均一な流れになっている。それに対
して、風向板がある場合は、いずれの場合も不均一性は
改善されている。

【００１７】特に、β＝１／３( すなわちＨ＝Ｄ／３）
の場合はほぼ均一な流速分布となっていることがわか
る。これは、ファンフィルタユニット４がない天井面の
下方の領域にファンフィルタユニット４から流し出す空
気の流量が、天井面の面積とファンフィルタユニット４
の面積との比にバランスしている、すなわち、Ｈ／Ｄと
Ｄ／Ｌが等しくなっているためである。したがって、本
発明では、Ｈ／Ｄ＝Ｄ／Ｌとするのが最も効果的であ
る。なお、以上の計算においては、ファンフィルタユニ
ット４からの空気の吹き出し流速は０．３５ｍ／ｓとし
た。

【００１８】図７に、α＝３、β＝１／３とし風向板設
置角度θを３０°、４５°、６０°と変えた場合の、図
６と同じ位置における流速分布のシミュレーション結果
を示す。いずれの場合も、流れの様子に関しては、図４
に示したような、ファンフィルタユニット間で渦のない
なめらかな流れになった。しかし、グレーチング床上2.
5 Ｄの流速分布の均一性については、図からわかるよう
に、θ＝４５°、６０°の場合はほぼ均一になるが、θ
＝３０°の場合には若干不均一になった。したがって、
本発明では、風向板設置角度θを４０°〜６０°程度に
するのが効果的である。

【００１９】図８に、θ＝４５°、β＝１／αとしα＝
３、４、５と変えた場合と、α＝３、β＝１／３で風向
板を設置しない場合とを比較した、図６と同じ位置にお
ける流速分布のシミュレーション結果を示す。α＝４、
５の場合には、清浄室１内の平均流速の大きさがα＝３
の場合と同じとなるように、ファンフィルタユニット４
からの清浄空気の吹き出し流速を大きく設定している。

【００２０】図８からわかるように、α＝５の場合、風
向板を設置しない場合とほぼ同程度の流速分布の不均一
性があるが、α＝３、４の場合には、清浄室内の気流を
ほぼ均一化できる。したがって、全面層流方式の場合と
比べて、ファンフィルタユニット４の数を、α＝３の場
合６７％、α＝４の場合７５％削減することができる。

【００２１】先に述べたように、特開昭６２−５０３１
号公報に開示されている従来技術では２０〜３０％しか
削減できないため、従来技術と比べても大幅にファンフ
ィルタユニット４の数を削減でき、その分のイニシャル
コスト・ランニングコストを低減することができる。た
だし、ファンフィルタユニット４の数を削減して清浄室
１内の清浄度を保つためには、上の計算においてα＝
４、５の場合の吹き出し流速を大きく設定したように、
送風機１台の容量をその分大きくする必要があるが、一
般に同じ流量の空気を流す場合、容量の小さい送風機を
多数使用するよりも、容量の大きい送風機を少数使用す
る方が効率がいいため、ランニングコストが増加するこ
とはない。

【００２２】また、本発明によれば間仕切り壁などを用
いずに清浄室全体にわたって気流を均一化できるため、
半導体製造装置のレイアウト変更を行う場合でも容易に
対応することができる。

【００２３】さらに、上で述べた風向板設置幅や風向板
設置角度に関する効果は、ファンフィルタユニット４か
らの空気の吹き出し流速に依存することが考えられる
が、現在のファンフィルタユニットからの吹き出し流速
は、清浄室１内の清浄度の関係から、一般に０．３〜
０．７ｍ／ｓ程度であり、この流速範囲では、流れの性
質を表わす無次元数であるレイノルズ数は大きくは変化
しないため、本発明の効果は、実用的な流速範囲では一
般的に期待できると考えられる。

【００２４】本実施例では、１台のファンフィルタユニ
ット４につき２枚の風向板１０を設置しているが、２枚
以上の風向板１０を設置しても同様の効果を期待でき
る。ただし、その場合、ファンフィルタユニット４の中
心線からみて最も内側の２枚の設置幅を、上で示したよ
うに、Ｈ／Ｄ＝Ｄ／Ｌとするのが効果的である。

【００２５】また、一般に、ファンフィルタユニット４
は、送風機５、高性能フィルタ７、空気取入口６から構
成されているが、ファンフィルタユニット４の内部に本
発明の風向板を組み込んでも同様の効果を期待できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明のクリーンルームによれば、ファ
ンフィルタユニットの数を削減した場合に、清浄室内の
気流を渦のない均一な流速分布をもつ層流状態にするこ
とができるため、イニシャルコスト・ランニングコスト
を低減でき、さらに、半導体製造装置のレイアウト変更
に容易に対応できるクリーンルームを実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるクリーンルームの縦断面
図。

【図２】本発明の実施例のファンフィルタユニット近傍
の拡大図。

【図３】本発明の効果の確認のために行ったシミュレー
ションのモデル図。

【図４】風向板を設置しない場合のファンフィルタユニ
ット近傍の流速ベクトル図。

【図５】風向板を設置した場合のファンフィルタユニッ
ト近傍の流速ベクトル図。

【図６】風向板設置幅を変えた場合の清浄室内の流速分
布の比較。

【図７】風向板設置角度を変えた場合の清浄室内の流速
分布の比較。

【図８】ファンフィルタユニット設置間隔を変えた場合
の清浄室内の流速分布の比較。

【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…空気取入
口 ７…高性能フィルタ ８…リターン
ダクト ９…グレーチング １０…風向板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生産設備等を設置する清浄室と、該清浄
   室の下方に位置してある開口率を有するグレーチング床
   で前記清浄室と仕切られた床下室と、前記清浄室の上方
   に位置して換気・除塵するためのファンフィルタユニッ
   トを長手方向には複数個一列に、横手方向には一定の間
   隔で配設した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通じ循環気流を形成す
   るためのリターンダクトと、を有するクリーンルームに
   おいて、前記ファンフィルタユニットの直下に鉛直下向
   きから傾けて風向板を設け、前記ファンフィルタユニッ
   トから鉛直下向きに放出される空気の一部を、前記風向
   板に沿って前記ファンフィルタユニットの下方領域より
   外側に流れるようにしたことを特徴とするクリーンルー
   ム。
2. 【請求項２】 前記ファンフィルタユニット下面におけ
   る前記風向板設置幅と前記ファンフィルタユニット幅と
   の比を、前記ファンフィルタユニット幅と前記ファンフ
   ィルタユニット設置間隔との比にほぼ等しくしたことを
   特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム。
3. 【請求項３】 前記風向板の向きを鉛直下向きから40〜
   60度としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載のクリーンルーム。