【手続補正書】
【提出日】平成15年10月27日(2003.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記床面への吸込み速度は、高清浄度領域側における吹出し速度と低清浄度側における吹出し速度と、これら各領域の面積割合を考慮した加重平均値とする請求項１または２記載のクリーンルーム構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にクリーンルーム内を高清浄度領域と低清浄度領域とに区画し、これら各領域で夫々清浄度を異ならしめたトンネル式クリーンルームにおいて、領域境界部で発生する低清浄度領域から高清浄度領域側への塵埃の流れ出しを防止したクリーンルーム構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体やフィルムなどの製造工場や精密機械工場などでは、わずかでも浮遊微粒子が存在すると、製造中の製品に付着して製品不良を起こすため、工場全体または作業室を必要に応じて清浄な状態に維持し、製品の品質と信頼性に務め、歩留りを向上させている。このような目的で清浄化した部屋をクリーンルームといい、非常に高い清浄環境が確保されている。
【０００３】
前記クリーンルームにおいては、空気を清浄な状態に保つために、たとえば天井または壁部分に高性能フィルターを配設するとともに、床または壁部分に多数の空気排出孔を形成し、循環路の途中に循環用ファンを配設し、前記高性能フィルターを巡るように空気を循環させている。
【０００４】
従来より、クリーンルームにおける空気浄化方式には、ダウンフロー方式、ベイ方式など種々の形式がある。前記ダウンフロー形は、全面垂直層流方式ともいい、天井のほぼ一面に高性能フィルターを配設する一方、床をグレーチングなどとして吸込口を形成し、天井裏から送給される空気を前記高性能フィルターを通過させて室内に送った後、前記吸込口より吸入して循環させる方式をいう。この場合の垂直気流速度は概ね０．２５〜０．５m/sec 程度に設定され、仮に天井面での吹出し速度を０．５m/sec とすると、換気回数は４００〜６００回／ｈ以上となる。この方式は、微粒子を除去するには非常に有効な手段で清浄度クラス１００〜１を維持できる反面、膨大な量の空気を循環させなければならず、当然に空調設備の容量は大きくならざるを得ずイニシャルコスト、ランニングコストが嵩むなどの問題がある。
【０００５】
これに対して前記ベイ方式は、図１１に示されるように、クリーンルームを実際に生産活動が行われ、高い清浄度クラスが要求されるワーキングゾーンＷＺと、設備などを設置し相対的に低い清浄度クラスで足りるユーティリティゾーンＵＺとに仕切ることでイニシャルコスト、ランニングコストの低減化を図ったものである。
【０００６】
近年では、このベイ方式のワーキングゾーンを厳しい清浄度クラス（例えばクラス１００）を必要とする生産ライン上部またはその周辺と、緩和された清浄度クラス（例えばクラス１０００または１００００）でよいとされる作業通路部とに分けて空調設備を計画した所謂トンネル方式が採用されている。このトンネル方式では、図１２に示されるように、所謂トンネルユニットを生産ライン上に連続して天井部に吊り下げてＡ部、Ｂ部のように清浄度クラスを分け、Ａ部では例えばクラス１００とするために垂直気流速度を０．２５〜０．５m/sec 程度とし、一方Ｂ部では例えばクラス１０００でよいため垂直気流速度を０．１〜０．２m/sec 程度に設定し、生産ライン周辺のＡ部を高清浄度クラスのトンネル状空間とし、作業通路Ｂ部の給気をＡ部より減じて清浄度クラスを緩和するというものである。この場合、床面への吸込み速度は、気流速度に対応した吸込み速度、すなわちＡ部では相対的に早い速度で吸込みが行われ、Ｂ部では遅い速度で吸込みが行われている。この方式に関連した先行技術としては、特開昭５６−１６２３３５号、特開昭５９−１８５９２３号、特願平１−２４５０７４号などを挙げることができる。
【０００７】
前記特開昭５６−１６２３３５号および特開昭５９−１８５９２３号は、クリーンルームを生産ラインと非生産ラインとに分割し、天井裏チャンバからの給気に操作を加えて、相対的に生産ライン側の垂直気流速度を非生産ライン側の垂直気流速度より大きくする発明に関するものであり、また後者の特願平１−２４５０７４号は高性能フィルターに対して織布、不織布、金網、有孔板などの空気抵抗体を重ねて取付けることによって、生産ライン側と非生産ライン側との気流速度を任意に調整し得るようにした発明に関するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記トンネル方式においては、生産ライン領域全体と非生産領域全体との比較では、確かに、気流速度を上げた生産ライン領域の方が格段に清浄度に優れ、かつコスト低減と相まって、現在では半導体工場で最も多用されているクリーン方式となっている。
【０００９】
しかし、詳細については後述の実験によって明らかにするが、本発明者等による実験によれば、これら生産ライン領域（高風速側領域）と非生産領域（低風速側領域）との特に境界近傍の気流状態を観測したところ、天井側（概ねＦＬ＋１．数ｍ以上）の領域では高風速側領域から低風速側領域に向かって気流が流れ込んでいるが、床側（概ねＦＬ＋１．数ｍ以下）の領域では逆に低風速側領域から高風速側領域に向かって気流が流れ込んでいるという新しい事実が判明した。床側近傍領域のみであっても、高風速側領域に向かって塵埃が侵入するということは、たとえばその侵入した位置で塵埃が巻き上げられたりした場合には、高風速側領域のより広い範囲に塵埃が拡散する可能性があることを意味する。
【００１０】
そこで本発明の課題は、前記トンネル方式のクリーンルーム構造において、風速境界近傍のどの高さ位置であっても高風速側領域から低風速側領域への流れ出しが生じるようにし、作業通路を人が歩いて塵埃が巻き上げられた場合でも、低風速側領域に塵埃が拡散するようにして、高風速側領域をより確実に高清浄度状態に維持し得るようにしたクリーンルーム構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、天井側にエアフィルターが設置されるとともに、床面に空気吸込孔が形成され、天井側から床側に向けて清浄空気を整流状態で流すようにしたクリーンルームにおいて、
このクリーンルームの同一空間内を高清浄度領域と低清浄度領域とに区画し、  天井吹出し側において；前記高清浄度領域側における吹出し速度が前記低清浄度領域側における吹出し速度よりも大きくなるように吹出し速度調整手段により調整する一方、
床面吸込み側において；前記高清浄度領域側における床面への吸込み速度と前記低清浄度領域側における床面への吸込み速度とがほぼ均一となるように吸込み速度調整手段により調整したことを特徴とするものである。
【００１２】
この場合、前記吹出し速度調整手段としては、エアフィルターの天井裏側に配された送風機の回転数制御またはエアフィルターに取り付けた空気抵抗体とすることができ、前記吸込み速度調整手段としては床下側に設けた風量調整ダンパまたは床面に取り付けた空気抵抗体とすることができる。また、給・排気バランスより前記床面への吸込み速度は、高清浄度領域側における吹出し速度と低清浄度側における吹出し速度と、これら各領域の面積割合を考慮した加重平均値とするのがよい。
【００１３】
従来より提案されているトンネル方式の場合には、天井面からの吹出し速度を調整するにしても、床面側で吸込み速度を調整するにしても、さらには天井および床面のそれぞれの側で気流速度を調整するにしても、生産ゾーン（高風速領域）と非生産ゾーン（低風速領域）とのそれぞれの領域で異なった風速で均一な層流状態を実現するための提案がすべてである。したがって、双方の吸込み速度を対比した場合、気流速度に相応した吸込み速度とすることが必要であり、当然に生産ゾーン側は吸込み速度が大きく、非生産ゾーン側は吸込み速度が小さくなっている。
【００１４】
これに対して、本願発明の場合には、天井のエアフィルター面からは通常通り生産ゾーン側を相対的に早い吹出し速度で吹出しを行う一方で、床面側においては、均一な吸込み速度で排出されるように調整される。つまり、従来方式は「異風速吹出し−異風速吸込み」であるのに対して、本発明は「異風速吹出し−同風速吸込み」となっている。
【００１５】
マクロ的にみると、従来方式によって高風速領域は相対的に高清浄度に、低風速領域は低清浄度に維持されているのであるが、これら両領域の境界部に着目して気流性状を観察した報告は過去になく、一般的にはこれで十分に初期の目的は達成されているものと考えられていた。しかし、後述の実験によって明らかなように、本発明者等による実験によって、各領域の境界部分の床側（概ねＦＬ＋１．数ｍ以下）領域では逆に低風速側領域から高風速側領域に向かって気流が流れ込んでいるという新しい事実が知見された。この高風速側領域への流れ出しを防止したのが本発明である。
【００１６】
なお、本明細書では、生産ゾーンと非生産ゾーンとの比較において、生産ゾーン側を高風速領域または高清浄度領域と表現し、非生産ゾーンを低風速領域または低清浄度領域と表現しているが、実際の各領域における風速調整は、生産ゾーンの気流速度を通常程度（そのまま）とし、非生産ゾーンの気流速度を低下させることによって相対差を付けている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳述する。
図１に示されるようにクリーンルームＣＲは、仕切り壁５によりワーキングゾーンＷＺと、ユーティリティゾーンＵＺとに区画されている。前記ワーキングゾーンＷＺは、実際の製造作業が行われるスペースであり、前記ユーティリティゾーンＵＺはクリーンルームＣＲの内、ワーキングゾーンＷＺを取り巻く準清浄域のことであり、サービス領域とも呼ばれ、製造装置の後部とそれに連絡される諸ユーティリティ配管、ダクト類が接続されるスペースである。また、ワーキングゾーンＷＺを外部の汚染から守るバッファゾーンとしての役割も果たしている。
【００１８】
前記ワーキングゾーンＷＺにおいては、室内の上方位置に、格子状に組まれた天井フレーム４、４…の各枠部に対して、ケーシング３内に小型の送風機２を内蔵するとともに、ＨＥＰＡフィルター、ＶＥＰＡフィルター、ＵＬＰＡフィルター等の高性能フィルターまたは超高性能フィルター１、１…（以下、高性能フィルターという。）と一体化を図ったファンフィルターユニットが取り付けられている。この天井フレーム４、４…と接触する高性能フィルター１、１…の周囲には、シール等により完全な気密性が確保されている。
【００１９】
また、床面はグレーチング床６となっており、前記高性能フィルター１、１…を通過してワーキングゾーンＷＺ内に流入した清浄空気は、このグレーチング床６を通り抜けて床下のリタンプレナムエリア（以下、リタンチャンバともいう。）７に流れ込んだ後、隣接するリタンダクト８を通り、再びワーキングゾーンＷＺに供給されるようになっている。一方、ユーティリティゾーンＵＺでは、簡易的に引抜きファン９により室内空気を取り込み、再び天井裏チャンバに供給することで空気を循環させるようになっている。
【００２０】
前記ワーキングゾーンＷＺは、作業台や製造装置などが設置され実際に製品が製造される図面右側の生産ゾーンＡと、作業用通路等となる図面左側の非生産ゾーンＢとに区画され、生産ゾーンＡ側ではクラス１００の清浄度を確保するために前記送風機２の電動機回転をインバータ制御することにより、生産ゾーンＡ側の吹出し速度ＶA が０．２５〜０．５m/sec 程度に設定され、一方非生産ゾーンＢ側ではクラス１０００でよいため吹出し速度ＶB が０．１〜０．２m/sec 程度に設定される。
【００２１】
また、ワーキングゾーンＷＺの床側においては、グレーチング床６の下面側に対して、生産ゾーンＡ側に対しては相対的に空気抵抗の大きい空気抵抗体１０が設置されるとともに、非生産ゾーンＢ側に対しては相対的に空気抵抗の小さい空気抵抗体１１が設置される。この空気抵抗体１０、１１としては、紙、不織布、織布、金網や有孔板（単板またはスライド式複板）等が好適に用いられるが、空気抵抗を示すものであれば何でもよい。前記生産ゾーンＡおよび非生産ゾーンＢに配設される空気抵抗体１０、１１の空気抵抗値は気流速度Ｖの一次関数となるが、高性能フィルター１から吹き出された清浄空気の気流速度に対応して、生産ゾーンＡには空気抵抗の大きいものが、また非生産ゾーンＢには空気抵抗の小さいものが用いられ、これら空気抵抗体１０、１１の空気抵抗差によって床面の吸込み速度ＶC（図２参照）がほぼ均一になるように調整される。本例では、生産ゾーンＡと非生産ゾーンＢの両者に空気抵抗体１０、１１を設けたが、もちろん、非生産ゾーンＢ側はグレーチング床６のままとし、前記生産ゾーンＡ側にのみ空気抵抗体１０を設けることにより床面の吸込み速度ＶC がほぼ均一になるように調整することでもよい。
【００２２】
このように気流の吹出し速度と吸込み速度とを調整することにより、高い吹出し速度に設定された側の生産ゾーンＡがたとえばクラス１００の高清浄度領域に維持されるとともに、図２に示されるように、生産ゾーンＡ側から非生産ゾーンＢ側に向けた水平気流（正確には、気流の水平方向成分）が生起され、仮に作業通路を人が歩いて塵埃が巻き上げられた場合でも、塵埃が生産ゾーンＡ側に侵入することなく、非生産ゾーンＢ側に拡散する挙動を示すため、生産ゾーンＡ側においてより確実に高い清浄度が確保されるようになっている。
【００２３】
次いで、図３は本発明に係る第２実施例を示したもので、一つの天井裏給気チャンバ１２に対して給気ダクト１３を通じて空気が供給され、床下のリタンチャンバ１５の一方側端部に形成したダクト吸込口１４から空気を吸込み、空気を循環させるようにした空気循環システムである。
【００２４】
上記第２実施例においては、高性能フィルター１からの吹出し速度調整は、高性能フィルター１に貼設した空気抵抗体１６、１７により行っている。
【００２５】
一方で、本空気循環システム例では、リタンチャンバ１５の一方側端部のみからダクト吸込みを行っているため、吸込口近傍位置と遠方位置とでは負圧程度が異なり、吸込アンバランスが生じる場合があるが、この吸込アンバランスをも考慮して床側の空気抵抗体１０、１１を設置することもできる。この場合の設計手順は、同図に示すように、リタンチャンバ１５の負圧アンバランスを均一とするための空気抵抗勾配線（Ｉ）と、クリーンルーム内における生産ゾーンＡおよび非生産ゾーンＢの気流速度を均一とするための空気抵抗線（II）とを重ね合わせた空気抵抗線（III)  を描き、次いで、一定傾斜勾配の空気抵抗値を持つ空気抵抗体を得ることは通常困難であるため、この重ね合わせ空気抵抗線に沿う階段状の設計空気抵抗線を決定し、段階的に空気抵抗値を変化させ得るような各空気抵抗体の素材を選択して配置する。図示の例では、生産ゾーンＡおよび非生産ゾーンＢ共に２ブロックに分割し、ダクト吸込口１４側から空気抵抗の大きい順に空気抵抗体１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、１１Ｂを配置している。
【００２６】
前記グレーチング床６側における吸込み速度調整手段としては、他に図４に示されるボリュームダンパ機構とすることもできる。グレーチング床６下のリタンチャンバを複数の小室２０、２０…に区分し、これらの小室２０、２０…とリタンダクト２２とを連通させ、各小室２０からリタンダクト２２への入部に対してボリュームダンパ２１、２１…を設け、これら各ボリュームダンパ２１、２１…の開度調整により生産ゾーンＡと非生産ゾーンＢとの吸込み速度を均一化することもできる。この場合、各小室２０、２０…に風量センサ等を設け、これら風量センサからの情報を基に各前記ボリュームダンパ２１、２１…の開度を自動制御するようにしてもよい。
【００２７】
ところで、床面における吸込み速度は、吹出し風量と吸込み風量とがバランスするように、下式（１）に示される計算式により、生産ゾーンＡ側における吹出し速度ＶA と非生産ゾーンＢ側における吹出し速度ＶB と、これら各領域の面積（ＡA 、ＡB ）の割合を考慮した加重平均値とするのがよい。
【００２８】
【数１】
1998141723.tif 000001
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の効果を実験によって明らかにする。
１．実験方法
本発明に係るトンネル方式と従来のトンネル方式とで水平方向の気流性状を観察した。具体的には、図５に示されるように、生産ゾーンＡ側では吹出し速度０．３m/sec で清浄空気の吹出しを行い、非生産ゾーンＢではこれより吹出し速度を緩和させて（０．１m/sec 、０．１５m/sec ０．２m/sec の３ケース）吹出しを行い、床面側では吸込み速度を均一として空気を流した場合（本発明方式）と、図６に示されるように、生産ゾーンＡ側では吹出し速度０．３m/sec で清浄空気の吹出しを行い、非生産ゾーンＢではこれより吹出し速度を緩和させて（０．１m/sec 、０．１５m/sec ０．２m/sec の３ケース）吹出しを行い、床面側では生産ゾーンＡの気流速度、非生産ゾーンＢの気流速度に対応した吸込み速度として空気を流した場合（従来方式）とについて、領域境界部を中心としてその近傍位置の水平気流性状を超音波３次元風速計により観察するとともに、発塵源位置の高さを変えて塵埃を発生させてその拡散挙動を観察した。
【００３０】
２．実験結果
Ａ．水平方向の気流性状
天井面での吹出し速度を生産ゾーンＡ側（高風速領域）で０．３m/sec 、非生産ゾーンＢ側（低風速領域）で０．１５m/sec としたケースについて、中央の風速境界線からそれぞれの側に０．３ｍ離れた位置と０．９ｍ離れた位置とで水平方向気流の状態について測定を行い、本発明方式の結果を図７に、従来方式の結果を図８に示した。なお、図中、符号は高風速側から低風速側への流れを正としている。
【００３１】
実験結果から明らかなように、本発明方式の結果を示した図７においては、±０．３ｍ位置、±０．９ｍ位置のいずれの位置においても、天井面近傍（ＦＬ＋２．５ｍ）から床面直上（ＦＬ＋０．７ｍ）までのどの高さ位置であっても、生産ゾーンＡ（高風速領域）から非生産ゾーンＢ（低風速領域）に向かって気流の流れ出しが起きているのに対して、従来方式の結果を示した図８においては、ＦＬ＋１．３ｍ以上の高さでは生産ゾーンＡから非生産ゾーンＢに向かって気流の流れ出しが起きているのであるが、ＦＬ＋１．３ｍ以下になると、気流の方向が逆になり非生産ゾーンＢから生産ゾーンＡに向かって流れ込みが生じていることが判る。
【００３２】
Ｂ．塵埃拡散実験
天井面での吹出し速度を生産ゾーンＡ側（高風速領域）で０．３m/sec 、非生産ゾーンＢ側（低風速領域）で０．１５m/sec としたケースについて、塵埃発生器を風速境界線のＦＬ＋１．５ｍ、ＦＬ＋１．９ｍ、ＦＬ＋２．７ｍの各位置に設置して、塵埃の拡散程度を観察した。本発明方式の結果を図９に、従来方式の結果を図１０に示した。
【００３３】
実験結果から明らかなように、本発明方式の場合には、図９に示されるようにＦＬ＋１．５ｍより低いところでは塵埃が生産ゾーンＡから非生産ゾーンＢ側に流出するように拡散していることが確認されたのに対して、従来方式の場合には、図１０に示されるように生産ゾーンＡ側に流入するように塵埃が拡散していることが確認された。この結果は、上記水平方向の気流性状の結果を反映する結果となっている。
【００３４】
また、本発明方式の場合において、ＦＬ＋０．９ｍ位置での風速境界線から生産ゾーンＡ側への拡散距離Ｌを、非生産ゾーンＢ側領域の吹出し速度を０．２m/sec 、０．１５m/sec ０．１m/sec に変えた場合の各ケースについて測定し、その結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
1998141723.tif 000002
【００３６】
表１より、発塵源高さＦＬ＋１．５ｍのケースにおいて、ＢパタンとＣパタンとで数値の逆転が見られるものの、全体的傾向として非生産ゾーンＢの吹出し速度が高い程、拡散距離Ｌが小さくなることが確認された。また、拡散距離Ｌはオーダー的に概ね４０cm以下とし得ることも同時に確認された。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳説のとおり本発明によれば、トンネル方式のクリーンルーム構造において、風速境界近傍のどの高さ位置であっても高風速側領域から低風速側領域への流れ出しが生じるようになる。したがって、作業通路を人が歩いて塵埃が巻き上げられた場合でも、低風速側領域に塵埃が拡散するようになり、常に高風速側領域をより確実に高清浄度状態に維持し得る。