(57)【要約】【課題】停電など非常時に清浄空気のクリーンブースへの送風が止まると、高価な半導体ウエハやバイオ製品中間体などクリーンブース内にある嫌塵性製品が汚染され、多大な損害が発生する。【解決手段】平常時、電気モータで運転されているクリーンブース用ファンフィルタユニットに、圧縮空気を導入して直接そのファンブレードに吹き付けるか、エアモータをファンの回転軸に接続しておいて、非常時には圧縮空気でファンを回転させ清浄空気を送る。使用する圧縮空気量以上の清浄空気量がクリーンブースに送風され、効率よく非常時対策ができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に送風ファンと気体清浄化用フィルタを備えるファンフィルタユニットにおいて、
前記送風ファンが、電力と風力とのいずれにても回転可能であることを特徴とするファンフィルタユニット。
【請求項２】
前記送風ファンのファンブレードの近傍に、圧縮気体の配管を配設し、その気体を前記ファンブレードに直接吹き付ける事を特徴とする請求項１のファンフィルタユニット。
【請求項３】
前記送風ファンを回転させる電気モータとエアモータとを共に備えることを特徴とする請求項１のファンフィルタユニット。
【請求項４】
前記ファンフィルタユニットの吹き出し面から２００ｍｍ放れた位置での風速が、０．０５ｍ／秒以上１．０ｍ／秒以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のファンフィルタユニット。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のファンフィルタユニットを備えたクリーンブース。
【請求項６】
請求項１から４いずれかに記載のファンフィルタユニットを有するクリーンブースであって、
前記クリーンブースの内圧が、０．１Pa以上２０Pa以下の陽圧であることを特徴とする請求項５記載のクリーンブース。
【請求項７】
請求項１から４いずれかに記載のファンフィルタユニットを有する、請求項５または６のいずれかに記載のクリーンブースであって、
内部に嫌塵性製品用搬送装置を備えたクリーンブース。
【請求項８】
請求項１から４いずれかに記載のファンフィルタユニットを有する、請求項５から７のいずれかに記載のクリーンブースを備えた嫌塵性製品の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置、プラズマ表示装置、有機及び無機エレクトロルミネッセンス、フィールドエミッティング表示装置、プリント配線基盤などの電子製品、及び、微生物、細胞、医薬品等を取り扱う生命関連製品、
それらに用いられる嫌塵性中間製品等を、清浄環境下において取り扱うクリーンブース、クリ−ンブース用ファンフィルタユニット及びこれを備える嫌塵性製品の製造システムに関するものである。さらに詳しくは、停電など緊急時にクリーンブース内に塵埃の侵入防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の清浄空間であるクリーンブース、例えば、特開平２−４１４５号公報にみられる筺体の天井に設置されたHEPA（High Efficiency Particulate Air）フィルタ、あるいはULPA（Ultra Low Penetration Air）フィルタから供給される清浄空気を、異物を下方に吹き流して外部に排気する方法が取られている。しかし近年、粒状異物や有機物などによる汚染を完全な排除が必要とされる線幅１μｍ以下の半導体ウエハを代表とする嫌塵性製品の製造工程では、ミニエンバイロメントと呼ばれる高度に清浄化されたクリーンブースが使用されるようになった。しかし、停電など緊急停止時には、下部の排気口から気流が逆流して塵埃がクリーンブース内に侵入するため、復旧後は長時間かけて、清浄空気を吹き流しクリーン度を回復させているのが現状である。
こういう不測の事態に対して、一般的には特開平６−１８３５１１号公報に代表されるように、バックアップ電源を用意してクリーン度維持のための最低限の装置を稼動させて対処している。また、特開平７−１３３００４では、停電時に半導体ウエハ保管庫に高圧空気などのガスボンベなどからガスを供給して内圧を高く維持し清浄度を保とうとする装置が提案されている。
【特許文献１】特開平２−４１４５号公報
【特許文献２】特開平６−１８３５１１号公報
【特許文献３】特開平７−１３３００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前記ミニエンバイロメントにおいては、ファンフィルタユニットへの空気取り入れ口は面積が大きく完全密閉するための蓋のとりつけ方法、蓋の駆動機構など問題点が多い。さらに、下部の排気口部分、側面に設けられた半導体ウエハを搬入搬出するドアの周辺、ウエハ保管用カセットとの接続部分など隙間や開放部分が多く、密閉することは困難であり、且つ、外部から供給するガスも大量に必要とするので、前記ミニエンバイロメントに高圧ガスボンベなどからガスを供給する方法は、現実的ではない。また、バックアップ電源を用意する事は多大な投資を必要とし、また、電池などでは自然放電があり、常に充電するなどのメンテナンスが必要で、製品のコストアップが避けられない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
停電など緊急時にクリーンブース内に塵埃の侵入防止に関する問題を解決する手段について鋭意検討した結果、本発明者らは、停電時においても送風ファンを回転させて送風する事がもっとも好ましい事を見出し、本発明に到達した。即ち、請求項１に記すように、筐体名内に送風ファンと気体清浄化用フィルタを備えるファンフィルタユニットにおいて、前記送風ファンが、電力と風力のいずれにても回転可能であることを特徴とするファンフィルタユニットを開発した。前記送風ファンは、通常時は電力で回転し、停電時には、加圧気体配管のバルブが開いて風力で回転し、フィルタを通して清浄気体をクリーンブースに供給し、以ってクリーンブースの清浄度を維持する装置である。
【０００５】
ここで気体とは、空気（エア）でもあってよいし、窒素などの不活性気体であっても良い。次に停電時は、前記送風ファンのファンブレードの近傍に圧縮気体を配管し、その気体を前記ファンブレードに直接噴射してもよい。また、圧縮気体を前記送風ファンとは別のファンブレードを持つエアモータに配管して回転させ、この動力で送風ファンを回転させても良い。
【０００６】
ファンフィルタユニットは公知の清浄気体送風装置であってよい。最も好ましいファンはシロッコファンである。一般にシロッコファンは、円盤状底に垂直且つこの円盤中心を通る直線に２０〜８０度傾斜させて、一定高さのファンブレードが複数個設置され、ファンブレードの上部にはドーナツ状の板でこれらを固定してある。ファンブレードは平板ではなく水平断面が種々の曲線に曲げ加工してある。シロッコファンの厚みはファンブレードの高さによって決定され、送風量に影響を与える。ファンが回転すると中心付近上部から吸入された気体が、円盤の周外方向に送り出され、ＵＬＰＡないしＨＥＰＡフィルタに供給される。巻貝状筐体中心上部の気体取り入れ口から入った気体は、内部のシロッコファンの回転により、気体は外側に押し出され出口から風を吹き出す。さらにこのファン用筐体は、底部にＵＬＰＡフィルタを有する箱状筐体に収められ、上部は前記気体取り入れ口と接合した気体取り入れ口を有している。また、前記巻貝筐体に代えて円錐状カバーで風を下方に誘導してもよい。ファンは各種プロペラ式ファンであってもよい。
【０００７】
請求項２の送風ファンとしては、外周部にファンブレードを持つシロッコファンが好ましく、比較的大きな気体取り入れ口の周縁部に圧縮気体用配管を外部から敷設し、配管の出口はファンブレードの内側または外側の端部あたりに向けてほぼ直角に設置する。そして停電時には、慣性でファンが回転している間に圧縮気体用配管のバルブが開放して、気体がファンブレードに噴射し送風ファンの回転は継続する。この配管の出口は、配管そのままでもよいし、気体の流速を変えるためのノズルを設けてもよい。配管およびノズルの材質は、クリーンブース用であるから錆の進行がない材料、例えばステンレススチール、アルマイト処理アルミニウム、プラスチックスなどが好ましい。
【０００８】
請求項３では、エアモータなど公知の圧縮気体を動力源とするモータを使用し、その回転をファンフィルタユニットに伝達しての送風ファンを回転させる。エアモータの回転軸と送風ファンの回転軸とは、直結しても良いし、ベルトとプーリの組み合わせ、ギア、クラッチなど公知の接続機具を使用して接続する。エアモータには圧縮気体を配管接続するが、エアモータの排気口にはサイレンサを設けてもよいし、設けなくともよい。
【０００９】
請求項４に示すように、本発明者は、このファンフィルタユニットは、停電ないし非常時でもフィルタ出口面から２００ｍｍ離れた位置で０．０５ｍ／秒以上の風速が確保されている事が好ましいことを見出した。これを下回るとクリーンブース内の必要な陽圧が保たれないため塵埃の進入を許すという不具合を生じる。本発明では、非常時において圧縮気体で送風ファンを回転させても、フィルタ通過後、前記の流速が保たれることが好ましい。また、風速が０．３ｍ／秒以上あれば充分クリーン度が保てるが、１．０ｍ／秒を超えると騒音が激しく、且つ、圧縮気体の消費量も多くなり好ましくない。
【００１０】
通常、クリーンブースは、ファンフィルタユニットから常に新鮮な清浄気体を送風することによって、内外の差圧を１Ｐａ以上の陽圧に保ちながら運転し、外部からの異物の侵入を防止する。しかし、産業としては嫌塵性製品の汚染を停電など非常時にも防止することが大切で、そのため本発明者は、請求項１から４のいずれかに記載のファンフィルタユニットを具えたクリーンブースを開発した。また、本発明者らは、停電などにおいてはクリーンブース内のロボットなどの動作がなくなるので、請求項６に記すようにクリーンブースの内圧が、０．１Pa以上陽圧、好ましくは０．２Ｐａ以上であれば、クリーン度が保たれることをも見出したのである。このようなクリーンブースは、嫌塵性製品の貯蔵をはじめ、嫌塵性製品の製造その他あらゆる用途に使用できる。しかし、内圧が２０Paを超えて上昇させるには、騒音が激しくなるばかりでなく、圧縮気体の使用量も大きくなり好ましくない。
【００１１】
本発明のクリーンブースは、請求項７に記すように、特に内部に嫌塵性製品の搬送装置を収納するのに最適である。搬送装置としては、水平面内をアームとエンドエフェクタが動作し、且つ、ボディの昇降が可能なスカラ型ロボット、複数の関節を自由に回動させることができる多関節ロボット、直動式エンドエフェクタと必要ならば回転軸や昇降軸、水平移動機構を備えた搬送機、ベルトコンベア、ローラーコンベア、エア浮上搬送装置、リニアモータ搬送装置など公知の搬送装置がある。
【００１２】
請求項８では、前記のようなクリーンブースを使用して嫌塵性製品の製造システムを構成する事ができることを示す。この製造システムは、微細電子製品、バイオテクノロジー製品、医薬品等あらゆる嫌塵性製品の搬送、製造に使用することができる。
【００１３】
本発明のクリーンブースは、完全密閉ではなく、清浄空気の送風に見合った排気が必要で、そのための開口部は必須である。本発明では、経験上、直方体であるクリーンブース天井の吹き出し口を除く他の５面の面積に対して、１〜２０％の範囲の開口率（以下、対5面開口率という）で清浄空気を流通させると清浄度を保てることを見出している。好ましくは、対５面開口率が２〜１５％とすることによって、天井から下方に向けて層流状態を保ち、床下からの塵埃の舞い上がりを防止し、高度に安定な清浄度を保つ事ができる。また、省エネルギー面からも好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例としての嫌塵性製品クリーンブースを具える嫌塵性製品製造システムを示す一部切り欠き斜視図であり、図中符号１はその嫌塵性製品製造装置、一実施形態としての嫌塵性製品クリーンブース２をそれぞれ示す。この実施例の嫌塵性製品クリーンブース２は、その天井にシロッコファン４からなる送風機とＵＬＰＡフィルタ５（ダイキンニューロファイン（ボロンフリータイプ）ＬＭＨ６０５１０５０型）５とからなるファンフィルタユニット３と清浄空気吹き出し口６を具えている。このファンフィルタユニット３の巻貝状筐体９を貫いて圧縮空気パイプを配管し、ファンブレードの外側部分に圧縮空気を吹き付けるように設置してある。また、このクリーンブース２に、半導体ウエハを収納したカセット７を載置できるロードポート２０を一部の壁２４とし、反対側の壁２４にはロードロック室ドア３３を具え、他の壁２４は全て外気に対して気密にしている。そしてクリーンブース２内部には、ウエハ１５を搬送するシングルアームのスカラ型ロボットである搬送ロボット１０と、この搬送ロボット１０のアーム１７の下に第1の床１１と、その下に、制御装置１２、不図示の電源装置１８、搬送ロボット１０等を据え付けた第2の床１３を具えている。第2の床１３は、筺体の下部にあって筐体の底部フレームに位置する。清浄空気吹き出し口６と第1の床１１と第2の床１３とは共に磨きステンレススチール製のパンチングメタル板を使用し、筐体の壁材とフレームはアルミニウム製である。
【００１５】
さらに図１において、この実施形態の嫌塵性製品クリーンブース２は、筐体内部にウエハ位置決め装置１４と搬送ロボット１０用の制御装置１２とを具えるとともに筐体の外部に制御用データの入出力装置１６を具えており、搬送ロボット１０とウエハ位置決め装置１４と搬送ロボット１０用制御装置１２とは上記筐体の空気流通可能な開口部を持つ第2の床１３上に設置されている。またこの嫌塵性製品クリーンブース２は、ロードロック室３２のドア３３を介して外部に対し気密に半導体処理装置３０と接続しており、この半導体処理装置３０では、ロードロック室３２と各種の処理チャンバ２との間や、一つの処理チャンバ３４から他の処理チャンバとの間を、処理装置用搬送機３１がウエハ１５を搬送している。
【００１６】
図２は、本発明の実施例として用いたファンフィルタユニット３で、２台の巻貝状筐体９に収納したシロッコファン４を対峙させ、底面をＵＬＰＡフィルタ５とする箱状筐体８に収納している。不図示の電気モータ４２がファンの回転軸４１の上に直結され、このモータ４２とシロッコファン４とを巻貝状筐体９にモータ支持棒４５で固定している。ここで、シロッコファン４の内部に、圧縮気体がファンブレード４４に吹き付けられるように圧縮気体用配管４０が設けられている。この配管４０の先端は、ファンブレード４４の円盤への内側付け根に向けて４０ｍｍ離して傾斜して設置した。この傾斜角度は円盤に対して３０度、円周接線に対して３０度とした。
【００１７】
図３は、シロッコファン４回転用の電気モータ４２とエアモータ４３とを直結した例を示す。エアモータ４３と電気モータ４２がファンの回転軸４１の上に直結され、これらモータは巻貝状筐体９にモータ支持棒４５で固定されている。図２のようにファンブレード４４に直接圧縮空気を吹き付ける場合より、エアモータ４３を使用すると、エア量の消費効率が良くなる。
【実施例１】
【００１８】
クリーンブース２は図１の形のものについて実験した。このクリーンブース２には、図２のような天井に外寸間口１６５５ｍｍ、奥行き８０３ｍｍ、高さ３５０ｍｍのファンフィルタユニット３と清浄空気吹き出し口６が乗せた。その下に内寸、間口１５２５ｍｍ、奥行き６８０ｍｍ、清浄空気吹き出し口６と第１の床１１までの高さ９４０ｍｍとし（ここを第１室と呼ぶ）、このクリーンブース２の壁２４には３台のロードポート２０を有し、ウエハ出入用のポートドア２１の周りにすべて６ｍｍと搬送ロボット１０周辺にも６ｍｍの隙間をもたせ、第１の床１１には開口率４０．２％のパンチングメタル板を設けた他は密閉し、第１室の対５面開口率は、８．０％であった。第２の床１３は、主として同じ開口率のパンチングメタル板を用いたほかに搬送ロボット１０台の周辺その他に隙間を持たせ周辺壁は密閉して、清浄空気は第２の床１３から下に排気され、第２の床１３のみの４０．５％の開口率となった。第１の床１１と第２の床１３との高さは５９０ｍｍ（ここを第２室と呼ぶ）、第２室の対５面開口率は１１．５％であり、また、第２の床と室内床面との間は１２０ｍｍである。
【００１９】
図２に示すように、シロッコファン４の内部に、ファンブレード４４に圧縮エアが吹き付けられるように内径５または４ｍｍのアルミニウム配管４０を設けた。また、１つのシロッコファン４内に配管４０を２本設けた場合も実験した。（不図示）この配管４０の先端は、ファンブレード４４の円盤への内側下の付け根に向けて５ｍｍまたは４０ｍｍ離して傾斜して設置した。この傾斜角度は円盤に対して３０度、円周接線に対して３０度とした。
【００２０】
この実施例の装置を用いて実験した結果を表１にまとめて示す。尚、主な測定方法について下記に説明する。
＜送風量＞
供給源として工場エアを用いその配管出口のバルブに、空気流量計（ＳＭＣ（株）製、PF2A703H）とそれに続いて外径８ｍｍポリウレタン製チューブを約５ｍ配管し、その先端は所定内径のアルミニウム製パイプに接続した。多分岐する場合は、チューブの途中に分岐コネクターを設け、各先端での流量はそれぞれ同一と仮定して空気流量計の表示値を分岐数で割った値とし、１気圧標準状態に換算して表示した。流量制御は前記バルブの開度によった。尚、クリーンブース２内送風量は、下記の風速に清浄空気吹き出し口６の面積を乗じて計算した。
＜風速＞
クリーンブース２天井の清浄空気吹き出し口６から２００ｍｍ下の位置で、リオン（株）製風速計AM-09S型を用いて測定した。
＜差圧＞
クリーンブース天井の清浄空気吹き出し口６から６００ｍｍ下でほぼ中央部で、近藤工業製パスカルスイッチ２０を用いて測定した。
＜塵埃粒子数＞
前記差圧測定位置より約１００ｍｍ下に吸気口を設置し、日立電子エンジニアリング（株）製パーティクルカウンタ、レーザダストモニタTS３７００を用いて０．１μｍ以上の粒子について、１cubic feet/minで吸気して測定した。
【００２１】
比較例に示すように、内径４ｍｍ配管の先端をファンブレード４４から４０ｍｍ離して風量２８０L/minでファン１台に１本で吹き付けた場合は、ファンは回転したが、清浄空気吹き出し口６からの風速は観測されず、０．１μｍ以上のパーティクルは１０分間で１８０個まで上昇した。これに対し、実施例１のように配管を５ｍｍに太くし、風量も５１８L/minに上げて同様な実験をすると、クリーンブース２の内外差圧が０．２６Ｐａ得られ、パーティクルは全く検出されなかった。次に実験例２では、１つのシロッコファン４内に配管４０を、２本設けて１８０度離れた位置に設置した場合は、合計風量はほぼ同じでも、清浄空気吹き出し口６風速も内外差圧も上昇し、圧縮エアと清浄空気吹き出し口６風量との風量比は１．３３倍に向上した。
【００２２】
実験例３で、内径５ｍｍ配管の先端をファンブレード４４から５ｍｍに近づけて風量５１８L/minでファン１台に１本で吹き付けたところ、内外差圧はさらに向上して、１．７５Ｐａとなり風量比も１．６８倍にあがった。そこで配管を２分岐させて、且つ、同様に配管先端を５ｍｍまで近づけ、さらに圧縮空気のバルブを絞って合計風量２１０L/minにしたところ、内外差圧は０．３４Ｐａを維持して、パーティクルも１０分間全く検出されなかった。
【実施例２】
【００２３】
図３のファンフィルタユニット３を実施例１のクリーンブース２に乗せ代えて実験した。エアモータ４３には圧縮空気用配管４０を接続し、エア出口にはサイレンサ４６を取り付けた。電源を切った後エア供給量８２Ｌ／ｍｉｎで１０分間保持したところ、クリーンブース２の内外差圧は０．２５Ｐａに修練し、この間０．１μｍ以上のパーティクルの侵入はなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
停電など非常時対策は、いかなる産業においても必須な要件である。特に半導体デバイス、液晶ディスプレーなどの製造工程における中間製品のような嫌塵性製品は清浄気体の供給が停止することは致命傷であるが、圧縮気体の供給源さえあれば、本発明の手段によりそれを回避することができる。一般に、圧縮空気などの供給設備は、前記製造工程とは別電源となっており、運用上問題はないが、万が一を考えて、ボンベに圧縮空気を利用することもできる。
【００２５】
しかも、常圧換算すると、供給する圧縮気体より吹き出す清浄気体量は数倍に上昇し、従来の直接クリーンブース２内に圧縮気体を注入する場合より好ましい。また、停電時には、クリーンブース２内に設置されている機械類は作動しないため、最低限の差圧を保っておればよく、使用気体量を少なくする事ができるため、コスト低減にも寄与する。さらに、シロッコファンに圧縮空気を配管する設備費も非常に安価で、利用可能性は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の嫌塵性製品製造システムの一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明のファンフィルタユニットの一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明のファンフィルタユニットの他の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    嫌塵性製品製造システム
２    クリーンブース
３    ファンフィルタユニット
４    シロッコファン
５    ＵＬＰＡフィルタ
６    清浄空気吹き出し口
７    カセット
８    箱状筐体
９    巻貝状筐体
１０  搬送ロボット
１１  第１の床
１２  制御装置
１３  第２の床
１４  ウエハ位置決め装置
１５  ウエハ
１６  入出力装置
１７  アーム
１８  電源装置
１９  隔壁
２０  ロードポート
２１  ポートドア
２２  ステージ
２３  ドア枠
２４  壁
２６  アーム関節部
３０  半導体処理装置
３１  半導体処理装置内搬送機
３２  ロードロック室
３３  ロードロック室ドア
３４  処理間バー
４０  圧縮気体配管
４１  回転軸
４２  電気モータ
４３  エアモータ
４４  ファンブレード
４５  モータ支持棒
４６  サイレンサ
【図１】
2005037039.tif 000002
【図２】
2005037039.tif 000003
【図３】
2005037039.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月25日(2003.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
この実施例の装置を用いて実験した結果を表１にまとめて示す。尚、主な測定方法について下記に説明する。
＜送風量＞
供給源として工場エアを用いその配管出口のバルブに、空気流量計（ＳＭＣ（株）製、PF2A703H）とそれに続いて外径８ｍｍポリウレタン製チューブを約５ｍ配管し、その先端は所定内径のアルミニウム製パイプに接続した。多分岐する場合は、チューブの途中に分岐コネクターを設け、各先端での流量はそれぞれ同一と仮定して空気流量計の表示値を分岐数で割った値とし、１気圧標準状態に換算して表示した。流量制御は前記バルブの開度によった。尚、クリーンブース２内送風量は、下記の風速に清浄空気吹き出し口６の面積を乗じて計算した。
＜風速＞
クリーンブース２天井の清浄空気吹き出し口６から２００ｍｍ下の位置で、リオン（株）製風速計AM-09S型を用いて測定した。
＜差圧＞
クリーンブース天井の清浄空気吹き出し口６から６００ｍｍ下でほぼ中央部で、近藤工業製パスカルスイッチ２０を用いて測定した。
＜塵埃粒子数＞
前記差圧測定位置より約１００ｍｍ下に吸気口を設置し、日立電子エンジニアリング（株）製パーティクルカウンタ、レーザダストモニタTS３７００を用いて０．１μｍ以上の粒子について、１cubic feet/minで吸気して測定した。
【表１】
2005037039.tif 000005