(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリーンルーム内に配置され、被処理体に所定の処理を施す処理部と、処理された前記被処理体を前記処理部から取り出す搬出室とから構成された、前記被処理体に所定の処理を施す際に発熱する半導体製造装置と、該装置を覆うように構成された筐体と、の間の空間に前記クリーンルームの外部より外気を導入し、排出する外気導入・排出設備であって、
該設備は、
前記外気をフィルタで濾過し、前記クリーンルームの排気と熱交換する外気処理装置と、
該装置による処理後の外気を導入する、結露防止用の断熱材が取り付けられた空気導入ダクトと、
空気を前記クリーンルーム外に排出する排気ダクトと、
から構成され、
前記空気導入ダクトと前記排気ダクトが前記筐体に接続された際、外気が前記空間に導入されるとともに前記空間から排出されることとなる、
外気導入・排出設備。
【請求項２】
前記処理部は仕切り部材で前記搬出室と仕切られた空間に配置し、前記空気導入ダクトからの空気は前記空間のみに導入される請求項１記載の外気導入・排出設備。
【請求項３】
前記筐体を前記クリーンルームの雰囲気から隔離する仕切り囲いを設け、前記空気導入ダクトからの空気は前記仕切り囲いの中に導入される請求項１記載の外気導入・排出設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外気導入・排出設備に係わり、特に、半導体装置の製造において使用状態で発熱する半導体製造機器を含む半導体製造設備及び半導体製造設備内に設置される外気導入・排出設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造機器は、清浄な空気が循環するクリーンルーム内に設置され、半導体回路を形成するシリコンウエハの表面が汚染されないような環境に置かれている。クリーンルームの天井にはエアフィルターが設置され、エアフィルターで濾過された空気が、半導体製造機器の周辺に流れ込む。エアフィルターへの空気の送風は、エアフィルターの上流に取り付けられた送風機によって行われる。クリーンルームの空気は、床または側壁に設けられたリターン通路に導かれ、ここで空気の温湿度が調整される。その後、空気は天井裏のプレナムチャンバーに戻り、再びエアフィルターで塵挨を除去して、クリーンルームに供給される。クリーンルームへ供給される空気は、まず大粒の塵挨が除去される。その後、水洗浄にかけるか、あるいはケミカルフィルターを使用して、ナトリウムなどの金属イオン、硫酸イオンなどの陰イオン、アンモニウムイオンが除去される。この処理された空気の湿度と温度とを調整し、更に微細な塵挨を除去して、クリーンルームのプレナムチャンバーに供給される。
【０００３】
このように、クリーンルームに使用される空気を生成するために、送風機の動力源として、空気洗浄処理に使用される動力源として、さらに温度および湿度の制御のため動力源として、多大のエネルギーが消費されている。
【０００４】
多くの半導体製造機器は、製造過程でウエハを加熱するために熱を使用する。そのような半導体機器の一つとしてバッチ式熱処理装置である縦型熱処理装置がある。図１は従来の縦型熱処理装置の空冷装置を縦型熱処理装置と共に示す断面図である。縦型熱処理装置は、クリーンルーム１内に設置されている。
【０００５】
図１において、装置の外装部をなす筐体１１の上部側には半導体製造機器をなす加熱炉１２が設けられている。加熱炉１２は、下方側が開口した反応管である筒状の石英管１３と、石英管１３の周囲を囲むように配置されたヒータ１４と、ヒータ１４を囲むように設けられた断熱材および水冷却管からなる断熱層１５とから構成されている。冷却水は入口側配管１５ａから供給され，出口側配管１５ｂから流出する。筐体１１の下部側はウエハローダ室１０を構成しており、エレベータ１６によりウエハの載置された保持具１７が上昇し、石英管１３内に搬入可能となっている。
【０００６】
このような縦型熱処理装置において、例えばウエハに対して酸化処理を行う場合、加熱炉１２内は１０００℃程度の高温になるため、加熱炉１２が断熱層１５に覆われていても内部の熱が断熱層１５の外側へ放出される。酸化処理を行った後に、加熱炉１２内のウエハポートに載置された高温のウエハを、エレベータ１６を降下させて加熱炉１２から取り出す。この際、この高温のウエハが周辺の空気を温める。これらの原因で、加熱炉１２周辺の空気およびウエハ取り出し時のウエハローダ室１０の空気は数１０℃の温度となる。この熱によって熱処理装置周辺の空気が暖められ、クリーンルーム１内の温度が上昇してしまう。このようなクリーンルーム１の温度上昇を防止するため、従来は以下のようにして周辺の空気を排気している。
【０００７】
筐体１１の上部と下部との間には水平な仕切り板２１が設けられており、仕切り板２１の上側領域においては、クリーンルーム１内の空気が空気取り入れ口２２，２３から加熱炉１２と筐体１１との間の空間に取りこまれ、筐体１１の上部に設けられた排気ダクト２４から排気される。また、仕切り板２１の下側領域においては、クリーンルーム１内の空気がウエハローダ室１０内に取りこまれ、排気ダクト２５から排気される。ウエハローダ室１０内にはファン１８が設けられる。ファン１８はウエハローダ室１０内の空気を循環させ、この循環空気にクリーンルーム１からの空気が取りこまれるようになっている。なお、排気ダクト２５はクリーンルーム１の天井部の上に沿って配管され、工場排気路に接続されている。
【０００８】
上述のように加熱炉１２から出る熱は、排気ダクト２４，２５を通ってクリーンルーム１の外へ放熱される。しかし、加熱炉１２から出る熱の一部は排気ダクト２４，２５の管壁を伝わってクリーンルーム１内に放出される。したがって、加熱炉１２から出る熱の一部はクリーンルーム１内の空気の循環路（リターン通路）に設けられている冷却設備によってクリーンルーム１の外へ放出される。
【０００９】
このような加熱炉は、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平０５−０２５２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者等は、図２に示す実験設備を用いて、発熱体となる加熱炉１２を稼動した状態において、従来から行われている上述の排気方法によって排気しながらクリーンルーム１（図２では狭く描いてあるが、実際にはクリーンルーム１は広い部屋である）側の循環空気を冷却する冷却設備であるドライコイル（冷却コイル）の消費エネルギー量を測定した。
【００１１】
図２において、３は実験室、１は実験室３内に設けられたクリーンルーム、３２は空気導入管、３３は温湿調部（外調機）、３４はクリーンルーム１の床下及び側壁外方に形成された空気循環路、Ｆはエアーフィルタ、３５はドライコイル、３５ａはドライコイル３５内を流れる冷媒を冷却する冷却部、３６は縦型熱処理装置を収納した仕切り囲い（図１の筐体１１に相当する）、３７は排気ダクト（図１の排気ダクト２４に相当する）、３８は排気ファン、３９ａは加熱炉を冷却する冷却水路、３９ｂは冷却水を冷却する設備である。
【００１２】
即ち、外気を空気導入管３２により取りこみ、その温度及び湿度を温湿調部（外調機）３３で調整した後、フィルタＦを通じてクリーンルーム１内に送り込む。クリーンルーム１内の空気は、循環路３４を通じて循環されながらドライコイル３５により例えば２３℃に維持される。縦型熱処理装置の加熱炉内を所定の温度例えば１０００℃まで昇温し、加熱炉の外側に放熱される熱を排気ダクト３７（図１のダクト２４，２５をまとめて一本で記載してある）を通って実験室の外に放出するようにしている。加熱炉の外に放熱された熱については、（１）排気ダクト３７内を通って外に逃げる、（２）排気ダクト３７の管壁または仕切り囲い３６を通ってクリーンルーム１内に伝熱し、ドライコイル３５により除熱される、（３）冷却水路３９ａの冷却水で除熱される、のいずれかとなる。これら（１）、（２）及び（３）において、加熱炉から伝熱された熱を除去するためのエネルギー消費量を夫々について求め、そのエネルギー消費量に対応する運転コスト（例えば冷媒の送りポンプ動力費等）を計算した。その結果、（１）により除熱するためのコストが（１）、（２）及び（３）のトータルの運転コストの中で５０％を越えていることを把握した。
【００１３】
徒来このような測定はほとんど実施されていなかった。本発明者等によるこのような実験によって加熱炉からの熱が炉周辺の空気の局所的な排気によっては除去できず、加熱炉からの熱は熱伝導や輻射によってクリーンルーム１の空気側に大半が流れており、このため加熱炉の運転によってクリーンルーム１側の循環空気を冷却するために大量のエネルギーが必要となることを見出した。従って、現在のクリーンルーム１の排気による空冷方法は、第１には熱排気が不十分である排気を大量に行っていることによるロスと、第２には元来排気で除去すべき熱がクリーンルーム１側に漏れてしまい、その除熱のためにドライコイルで冷却する、というロスが生じているという問題を抱えている。
【００１４】
従来、クリーンルーム１内を除熱して設定温度（例えば２３℃）に維持するためにクリーンルーム１内の空気を頻繁に循環している。そこで、クリーンルーム１の運転経費を低減するために、クリーンルーム１内の空気の循環回数を低減する提案がなされているが、発熱を伴う半導体製造機器からの熱がクリーンルーム１の空気に放出されないようにしない限り、この提案は実現できない。また、上記の目的で外気を空冷に使用することも提案されているが、装置周辺での結露という問題が発生する。このために、現状では発熱を伴う半導体製造機器の冷却に外気を使用することはできない。
【００１５】
本発明は、このような現状のクリーンルームに設置された使用状態で発熱を伴う半導体製造機器の熱収支の測定によって得られた知見に基づいて完成されたものである。
【００１６】
本発明は、上述の問題を解決した改良された有用な空冷装置及びそのような空冷装置を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明のより具体的な目的は、発熱を伴う半導体製造機器から熱伝導や輻射で暖められた空気を、排気によって確実に除去し、クリーンルームでの熱負荷を低減して、そのエネルギー消費量を低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の目的を達成するために、本発明の一つの面によれば、
クリーンルーム内に配置され、被処理体に所定の処理を施す処理部と、処理された被処理体を処理部から取り出す搬出室とから構成された、被処理体に所定の処理を施す際に発熱する半導体製造装置と、装置を覆うように構成された筐体と、の間の空間にクリーンルームの外部より外気を導入し、排出する外気導入・排出設備であって、
設備は、
外気をフィルタで濾過し、クリーンルームの排気と熱交換する外気処理装置と、
装置による処理後の外気を導入する、結露防止用の断熱材が取り付けられた空気導入ダクトと、
空気をクリーンルーム外に排出する排気ダクトと、
から構成され、
空気導入ダクトと排気ダクトが筐体に接続された際、外気が空間に導入されるとともに空間から排出されることとなる、
外気導入・排出設備が提供される。
【００１９】
上述の発明において、処理部は仕切り部材で搬出室と仕切られた空間に配置し、空気導入ダクトからの空気は前記空間のみに導入されてもよい。
【００２０】
また、上述の発明において、筐体をクリーンルームの雰囲気から隔離する仕切り囲いを設け、空気導入ダクトからの空気は仕切り囲いの中に導入されてもよい。
【００２１】
また、本発明の他の面によれば、
クリーンルームと、
クリーンルーム内に設けられ、使用時に発熱を伴う半導体製造機器と、
半導体製造機器を覆い、且つ、前記クリーンルーム内の空気を内部に導入可能に構成された筐体と、
筐体内の空気を、クリーンルームの外に排気する排気路部材と
を備えた半導体製造設備であって、
筐体に断熱材を設けることにより、筐体からクリーンルーム内の空気に熱が放出されることを防止したことを特徴とする半導体製造設備が提供される。
【００２２】
上述の発明によれば、筐体に設けられた断熱材により半導体製造機器からクリーンルームへの熱拡散を低減することができる。また、排気路部材にも断熱材を設けることとすれば、更にクリーンルームへの熱拡散を低減することができる。
【００２３】
本は発明の他の面によれば、
クリーンルームと、
クリーンルーム内に設けられ、使用時に発熱を伴う半導体製造機器と、
半導体製造機器を覆うように構成された筐体と、
筐体内の空気を、クリーンルームの外に排気する排気路部材と
を備えた半導体製造設備であって、
筐体を包囲して筐体をクリーンルームの雰囲気から隔離し、且つクリーンルーム内の空気を内部に導入可能に構成された仕切り囲い部材を設け、仕切り囲い部材に断熱材を設けることにより、仕切り囲い部材の内部からクリーンルーム内の空気に熱が放出されることを防止したことを特徴とする半導体製造設備が提供される。
【００２４】
上述の発明によれば、断熱材が設けられた仕切り囲い部材により、半導体製造機器を覆う筐体をクリーンルームの雰囲気から隔離したため、半導体製造機器からクリーンルームへの熱拡散を低減することができる。この場合、筐体と半導体製造装置との間の空間を密閉空間とし、クリーンルームの外の空気をこの密閉空間内に取り込むために空気導入路部材を筐体に接続してもよい。
【００２５】
また、本発明の他の面によれば、
クリーンルームと、
クリーンルーム内に設けられ、使用時に発熱を伴う半導体製造機器と、
半導体製造機器を覆うように構成された筐体と、
筐体内の空気を、クリーンルームの外に排気する排気路部材と
を備えた半導体製造設備であって、
クリーンルームの外部の空気を前記筐体内に導入する空気導入路部材を設け、筐体に断熱材を設けることにより、筐体からクリーンルーム内の空気に熱が放出されることを防止したことを特徴とする半導体製造設備が提供される。
【００２６】
上述の発明によれば、筐体と半導体製造機器との間の空間を密閉空間とし、クリーンルームの外の空気をこの密閉空間内に取り込むために空気導入路部材を筐体に接続するため、クリーンルーム内の空気を使用することなく半導体製造機器の冷却を行うことができる。このため、半導体製造機器からクリーンルームへの熱拡散を低減することができる。この場合、排気路部材に断熱材を設けることにより、半導体製造機器からクリーンルームへの熱拡散を更に低減することができる。また、空気導入路部材に断熱材を設けることとすれば、空気導入路部材での結露を防止することができる。
【００２７】
また、本発明の更に他の面によれば、
クリーンルームと、
クリーンルーム内に設けられ、使用時に発熱を伴う半導体製造機器と、
半導体製造機器を覆うように構成された筐体と、
筐体内の空気を、前記クリーンルームの外に排気する排気路部材と
を備えた半導体製造設備であって、
筐体を包囲して筐体をクリーンルームの雰囲気から隔離するよう構成された仕切り囲い部材を設け、
クリーンルームの外部の空気を仕切り囲い部材と筐体との間の空間に導入する空気導入路部材を設け、
仕切り囲い部材に断熱材を設けることにより、仕切り囲い部材の内部からクリーンルーム内の空気に熱が放出されることを防止したことを特徴とする半導体製造設備が提供される。
【００２８】
上述の発明によれば、半導体製造機器を覆う筐体と仕切り囲い部材との間の空間を密閉空間とし、クリーンルームの外の空気をこの密閉空間内に取り込むための空気導入路部材を筐体に接続するため、クリーンルーム内の空気を使用することなく半導体製造機器の冷却を行うことができる。このため、半導体製造機器からクリーンルームへの熱拡散を低減することができる。
【００２９】
上述の発明において、筐体、仕切り囲い部材及び／又は排気路部材は、ガス状汚染物質を発生しない熱反射膜を有することとしてもよい。これにより、クリーンルーム内の空気を汚染することなく、筐体、仕切り囲い部材及び／又は排気路部材からのクリーンルームへの熱拡散を低減することができる。
【００３０】
また、筐体及び仕切り囲い部材は、ガス状汚染物質を発生しないシール材により密閉することにより、クリーンルーム内の汚染を防止することができる。さらに、断熱材をガス状汚染物質を発生しない材料により形成することにより、クリーンルーム内の汚染を防止することができる。断熱材は樹脂発泡体より形成されることとしてもよい。代わりに、断熱材をガス状汚染物質を発生しないシート材により覆われ密封されることとしてもよい。この場合、シート材は金属板よりなり、金属板と断熱材とにより金属パネルを形成することとしてもよい。
【００３１】
また、本発明のほかの面によれば、
クリーンルーム内に配置され、被処理体に所定の処理を施す際に発熱する半導体製造装置であって、
被処理体に所定の処理を施す処理部と、
処理部を覆い、且つ、クリーンルーム内の空気を内部に導入可能に構成された筐体と、
筐体内の空気を、クリーンルームの外に排気する第１の排気路部材と
を有し、
筐体に断熱材を設けることにより、筐体からクリーンルーム内の空気に熱が放出されることを防止したことを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００３２】
上述の発明によれば、筐体に設けられた断熱材により半導体製造機器からクリーンルームへの熱拡散を低減することができる。また、排気路部材にも断熱材を設けることとすれば、更にクリーンルームへの熱拡散を低減することができる。
【００３３】
更に、処理部から搬出された被処理体を収容する搬出室を有し、搬出室の空気をクリーンルームの外部へ排気する第２の排気路部材を設けることとしてもよい。搬出室には、クリーンルーム内の空気を導入するよう構成されたファン及びファンを通過する空気をろ過するフィルタが設けられる構成とすることもできる。また、搬出室は筐体により画成され、仕切り部材により処理部が収容された空間から隔離されることとしてもよい。
【００３４】
また、本発明の他の面によれば、
クリーンルーム内に配置され、被処理体に所定の処理を施す際に発熱する半導体製造装置であって、
被処理体に所定の処理を施す処理部と、
処理部で処理された被処理体を搬送する搬出室と、
処理部及び搬出室を覆うように構成された筐体と
を有し、
処理部近傍の空気を、クリーンルームの外に排気する第１の排気路部材と、
搬出室近傍の空気を、クリーンルームの外に排気する第２の排気路部材と、
クリーンルームの外部の空気を、処理部の近傍に導入する空気導入路部材と、
クリーンルーム内の空気を、搬出室の近傍に導入する空気導入手段と、
筐体及び空気導入部材に設けられた断熱材と
を更に有することを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００３５】
上述の発明によれば、クリーンルームの外部の空気を用いて処理部を冷却し、処理部の冷却に使用した空気はクリーンルームの外に排気される。したがって、クリーンルームに処理部の熱が拡散することが防止される。また、処理部近傍の空気によりクリーンルームの空気が汚染されることがない。さらに、処理部を覆う筐体に断熱材を設けているので、処理部の熱がクリーンルームに拡散することを低減できる。この場合、第１の排気路部材及び第２の排気路部材に断熱材を設けることにより、処理部の熱がクリーンルームに拡散することを更に低減することができる。
【００３６】
また、本発明の更に他の面によれば、
被処理体に所定の処理を施す処理部と、
処理部で処理された被処理体を搬送する搬出室と、
処理部及び搬出室を覆うように構成され、クリーンルーム内に配置された筐体と
処理部近傍の空気を、クリーンルームの外に排気する第１の排気路部材と、
搬出室近傍の空気を、クリーンルームの外に排気する第２の排気路部材と、
クリーンルームの外部の空気を、処理部の近傍に導入する空気導入路部材と、
クリーンルーム内の空気を、搬出室の近傍に導入する空気導入手段と、
筐体及び前記空気導入路部材に設けられた断熱材と
を有する半導体製造装置を用いて半導体を製造する方法であって、
クリーンルームの外部の空気を、空気導入路部材を通じて処理部の周囲に導入し、第１の排気路部材を通じてクリーンルームの外へ排気する工程と、
クリーンルーム内の空気を、空気導入手段により搬出室近傍に導入し、第２の排気路部材を通じてクリーンルームの外へ排気する工程と
を有することを特徴とする半導体製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００３７】
上述の発明によれば、クリーンルームの外部の空気を用いて処理部を冷却し、処理部の冷却に使用した空気はクリーンルームの外に排気される。したがって、クリーンルームに処理部の熱が拡散することが防止される。また、処理部近傍の空気によりクリーンルームの空気が汚染されることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、一層明瞭となるであろう。
【００３９】
以下、図３及び図４を参照しながら本発明の第１実施例による半導体製造設備について説明する。
【００４０】
図３は本発明の第１実施例による半導体製造設備を示す。本実施例では半導体製造機器として縦型熱処理装置を用いている。半導体回路を形成する際に発熱を伴う装置としては、上述の縦型熱処理装置の他に、レジスト塗布現像装置、枚葉型成膜装置、エッチング装置、洗浄装置、メッキ処理装置などがある。また、半導体製造機器は、半導体製造装置の補機として、ポンプ、チラーユニット、排ガス処理装置（除害装置）、電源ユニット等を含んでいる。なお、図３において、図１に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付す。
【００４１】
図３において、半導体製造装置はクリーンルーム１内に設置されおり、スチールパネルにより形成された筐体１１を有している。筐体１１の上部側には、半導体製造装置本体をなす処理部である加熱炉１２が設けられている。加熱炉１２は、下方側が開口した反応管である筒状の石英管１３と、その周囲を囲むように配置されたヒータ１４と、ヒータ１４を囲むように設けられた断熱材１５とから構成されている。冷却水は入口側配管１５ａから供給され，出口側配管１５ｂから流出する。入口側配管１５ａと出口側配管１５ｂの各々と筐体１１との間には、シール材１５ｃが設けられ、筐体１１との間の熱伝達を防止している。筐体１１の下部側は搬出室としてのウエハローダ室１０を構成する。また、エレベータ１６及び保持具１７は搬送部を構成しており、エレベータ１６によりウエハの載置された保持具１７が上昇し、石英管１３内に搬入され、エレベータ１６により保持具１７を下降することにより、処理済みのウエハは加熱炉１２から搬出される。なお、エレベータ１６に設けられた蓋体１６ａは、石英管１３の下端開口部を塞ぐために設けられている。
【００４２】
筐体１１の上部と下部との間には水平な仕切り板２１が設けられており、この仕切り板２１の中央部に支持部２０が設けられている。加熱炉１２は支持部２０に下端が支持され、仕切り板２１は加熱炉１２の外側の空間とウエハローダ室１０との間を仕切って（区画して）いる。筐体１１の上部における仕切り板２１の近傍には、空気取入れ口２２，２３が形成されている。また、筐体１１の上面には仕切り板２１の上方側領域の空気を排気するための第１の排気路部材である第１の排気ダクト２４が接続されている。更に、筐体１１の上面から第２の排気路部材である第２の排気ダクト２５が挿入され、その下端が仕切り板２１を通してウエハローダ室１０に開口している。これにより、ウエハローダ室１０内の空気が第２の排気ダクト２５により排気されるようになっている。第１、第２の排気ダクト２４，２５はクリーンルーム１の天井部まで立ち上げられ、天井部を通って工場内の排気路に接続されている。第１、第２の排気ダクト２４，２５には、排気手段である排気ファン２４ａ，２５ａが夫々設けられている。なお、空気取り入れ口２２，２３は積極的に設ける必要はなく、実質的に空気が筐体１１の上部に流入できるような間隙であってもよい。
【００４３】
本実施例では、第１の排気ダクト２４と第２の排気ダクト２５とを別々に設けている。これは、第１の排気ダクト２４から排気される空気が第２の排気ダクト２５を通じてウエハローダ室１０に逆流することを防止するためである。すなわち、第１の排気ダクト２４から排気される空気は、処理工程で発生する気体や物質を含んでおり、このような空気は、処理前のウエハにとって有害となることがあるためである。第１の排気ダクト２４と第２の排気ダクト２５とを別々に設ける代わりに、第２の排気ダクトに逆流防止機構を設けて第１の排気ダクト２４と第２の排気ダクト２５とを一つのダクトに接続してからクリーンルーム１の外に導いてもよい。また、第１の排気ダクト２４と第２の排気ダクト２５との接続部を加熱炉１２から十分離れた位置とすれば、第１の排気ダクト２４と第２の排気ダクト２５とを一つのダクトに統合することもできる。
【００４４】
排気ダクト２４，２５の口径は大きいほうが好ましく、例えば口径が４インチの金属製のパイプが使用される。また、ステンレス管や亜鉛引き鋼板をスパイラル状に巻いて作成した管を用いることができる。排気ダクト２４，２５の材質としてはポリ塩化ビニール製などの樹脂製のものや、ガラス布に樹脂を含侵した複合材料よりなるダクトなどであってもよい。なお、ファン１８の前面にはフィルタ１８ａが設けられ、ウエハローダ室１０の空気から塵埃を取り除いている。また、ファン１８は外部の空気を取りこむためのファンとして簡略化して示されているが、実際の装置では、例えばこのファン１８と筐体１１の側面との間に隙間が設けられ、ウエハローダ室１０内の空気を、ウエハローダ室１０の床面に形成した図示しない循環路を介して循環させる構成となっており、筐体１１の隙間からクリーンルーム１内の空気が流入するようになっている。
【００４５】
前記筐体１１の外面には断熱材４が取り付けられている。断熱材４はパネル状に成形され、筐体１１の外面に貼り付けられる。断熱材４は筐体１１を断熱し、筐体１１内の熱が筐体の外に放出されることを防止するものである。断熱材４は筐体１１に予め一体的に取り付けられていてもよいし、あるいは既存の縦型熱処理装置の筐体１１に後から貼り付けてもよい。
【００４６】
図４は本実施例で用いられる縦型熱処理装置のキャリア搬入出部までも含めた全体構成を示す、内部を透視した斜視図である。図４において、ウエハを収納したキャリアＣはキャリア搬入出部５１に搬入され、キャリア搬送機構５２により例えばキャリアストッカ５３に一旦保管された後、受け渡しステージ５４に搬送される。その後ウエハローダ室１０内のウエハ移載機構５５により受け渡しステージ５４上のキャリアＣ内からウエハが取り出され、ウエハボート１７に移載される。
【００４７】
図４において、図示の便宜上、断熱材４はキャリア搬入出部５１から見て筐体１１の右側面及び背面にのみ示してある。本実施例では、キャリア搬送機構５２が設けられている領域よりも奥側の部位において、筐体１１の上面及び側周面（左側面、右側面及び背面）に断熱材４を設けてある。断熱材４を設ける範囲は、加熱炉１２の外面からの熱の影響のみならず、ウエハのローダ、アンローダ時に加熱炉１２内の熱が加熱炉１２の下端開口部からウエハローダ室１０に放出されることを考慮して決定する必要がある。したがって、ウエハローダ室１０から奥側の領域について、筐体１１の上面および側周面に断熱材４を設けることが好ましい。
【００４８】
更に、前記排気ダクト２４，２５の外周面にも例えばシート状の断熱材５が外周面に巻き付けられている。断熱材５が設けられる範囲は、排気ダクト２４，２５がクリーンルーム１の空気に触れる部分であり、この例では筐体１１の上面からクリーンルーム１の天井に至るまでの領域である。なお、図３、図４では、図示の便宜上排気ダクト２４，２５の配管形態は整合していない。また排気ダクト２４，２５は天井内に配管する代りに、床面に立下げ、床下内を通って配管するようにしてもよい。
【００４９】
排気ダクト２４，２５が樹脂製である場合には内面に熱反射膜２４ｂ，２５ｂを設けることが好ましく、このようにすれば排気ダクト２４，２５を通る空気の熱が排気ダクト２４．２５の外に伝熱及び輻射により放出される割合が小さくなる。ここで、熱反射膜とは、輻射による熱を反射するような膜を意味する。なお、排気ダクト２４，２５が金属製である場合であっても熱反射膜を用いてもよい。更に、熱反射膜を筐体１１に設けることとしてもよい。熱反射膜を設ける部位は筐体１１の内面側でも外面側のどちらでもよいが内面側が特に好ましい。
【００５０】
本発明で使用する断熱材とは、温度の高い部位と低い部位との聞に挿入して、熱伝導による熱の移動を低減させる材料を本発明目的に適合するよう成形加工したものである。断熱材の例としては、内部が真空とされたパネル（真空断熱体）や繊維や微細な気泡で構成された発泡体などがある。本発明の半導体製造機器では、クリーンルーム１の空気に触れる表面温度が８０℃を越える場合には、無機質断熱材料を使用することが好ましい。また、８０℃未満では、有機質断熱材料が好ましい。断熱材の具体例については後述する。
【００５１】
次に、上述の実施例の作用、効果について述べる。クリーンルーム１内の空気は、例えば天井に設けられた図示しないフィルタからダウンフローとして床側に流れ、床下に吸い込まれて図示しない循環路を介してフィルタに戻り、循環路を通る途中で冷却設備である例えばドライコイル（冷媒の通流路）により所定温度例えば２３℃に調整される。クリーンルーム１内の空気は排気ダクト２４に設けられた図示しない排気ファンによって空気取り入れ口２２，２３から加熱炉１２と筐体１１との間の空間に吸い込まれ、排気ダクト２４に設けられた排気ファン２４ａによってクリーンルーム１の外へ排出される。このとき、加熱炉１２内から外に放出された熱は、この空気によりクリーンルーム１の外へ持ち去られる。またファン１８によってクリーンルーム１内の空気がウエハローダ室１０内に吸い込まれ、排気ダクト２５に設けられた排気ファン２５ａによってクリーンルーム１の外へ排出される。このとき加熱炉１２からウエハローダ室１０へ放出された熱はこの空気によりクリーンルーム１の外へ持ち去られる。
【００５２】
排気ダクト２４，２５内を流れる空気の熱の一部は排気ダクト２４，２５の管壁を伝って外へ流出しようとするが、排気ダクト２４，２５の外面には断熱材５が設けられているので、この断熱材５によって伝熱が遮断され、空気と共に排気ダクト２４，２５を通ってクリーンルーム１の外へ排出される。また、加熱炉１２から筐体１１内の空気に伝熱された熱及び加熱炉１２から輻射された熱は筐体１１を伝って外へ流出しようとするが、筐体１１の外周面には断熱材４が設けられているため、やはり空気と共に排気ダクト２４，２５を通ってクリーンルーム１の外へ排出される。
【００５３】
従って、加熱炉１２からクリーンルーム１内に放出される熱の量が抑えられるので、クリーンルーム１の空気の温度を低下させるためのエネルギー、例えばドライコイル内を流れる冷媒の送りポンプ等を含む冷却設備の動力を節約することができる。また、空気循環量の低減が可能となる為、循環ファンの動力も節約することができる。従来ではこのエネルギーがかなり大きかったことから、上述の実施例は非常に有効である。
【００５４】
上述の実施例では断熱材４（５）は筐体１１（排気ダクト２４，２５）の外面に設けているが、内面に設けてもよいし、外面及び内面の両方に設けてもよい。また、筐体１１及び排気ダクト２４，２５の自体を断熱材で構成することとしてもよい。また、上述のように断熱材として真空断熱体を用いることとしてもよい。
【００５５】
図５は本発明の第２実施例による半導体製造設備を示す。図５において、図３に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。本実施例では筐体１１及び排気ダクト２４，２５には断熱材を設けていないが、縦型熱処理装置全体を例えば金属パネルからなる仕切り囲い６１で囲むと共に、仕切り囲い６１の外面に断熱材６２を設けている。仕切り囲い６１及び断熱材６２には空気取り入れ口６３，６４が形成されており、クリーンルーム１の空気が仕切り囲い６１で囲まれた空間（仕切り囲い６１の熱処理装置側）に導入される。仕切り囲い６１は、作業者がメンテナンスを行うのに十分な距離、例えば筐体１１から数１０ｃｍ離れた位置にて床から天井まで仕切るように構成されている。このような構成は、例えば既に設置してある縦型熱処理装置に本発明を適用する場合に有効である。
【００５６】
本実施例ではクリーンルーム１内の空気が空気取り入れ口６３，６４から仕切り囲い６１内に入り、更に筐体１１の空気取り入れ口２２，２３から筐体１１内に流入し、排気ダクト２４，２５を介してクリーンルーム１の外に流出する。加熱炉１２から放出された熱は、この空気によりクリーンルーム１の外部へ持ち去られる。この場合、加熱炉１２から放出された熱の一部は筐体１１及び排気ダクト２４，２５の外、すなわち仕切り囲い６１の中へ放出されるが、仕切り囲い６１には断熱材６２が設けてあるので、クリーンルーム１には（仕切り囲い６１の外へは）ほとんど放出されない。なお、本発明は図３の実施の形態において図３に示す実施例のように排気ダクト２４，２５に断熱材５を設けてもよい。
【００５７】
図６は本発明の第３実施例による半導体製造設備を示す。図６において、図３に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。本実施例では図３に示す設備において、例えばクリーンルーム１の天井の上から配管される空気導入路部材である空気導入ダクト７１を筐体１１の仕切り板２１の上方側部位に接続している。クリーンルーム１の外部の空気に対して最低必要限処理した空気を当該ダクト７１を通じて筐体１１と加熱炉１２との間に導入し、排気ダクト２４，２５を介して排気する。また、空気導入ダクト７１の外面におけるクリーンルーム１の天井から下の部位には断熱材７２が設けられており、ここを通る空気とクリーンルーム１との間での伝熱が抑えられるようになっている。この場合、仕切り板２１の上方側部位は密閉空間とし、空気導入ダクト７１からのみ空気が筐体１１内に流入するようにする。
【００５８】
上述の最低必要限に処理された外部空気とは、まず、定法によって塵挨の除去を行い、温度及び湿度はクリーンルーム１の排気空気とヒートパイプ等で外気の状態に応じて熱交換した程度の空気を意味する。これによって、外気の温度が高い時期には空気が冷却され、また、外気の温度が低い時期には、空気が暖められる。このようにクリーンルーム１の外部の空気を用いれば、クリーンルーム１の循環空気を使用する場合よりも、消費エネルギーを低減することができる。
【００５９】
これに対して、従来の半導体製造機器のままで、かつ従来の空冷方法を採用した場合、装置周辺で結露を生じるおそれがある。すなわち、温度と湿度が制御されていない空気を直接半導体製造機器の冷却に使用すると、クリーンルーム１の２３℃の空気によって、筐体の内側、またはクリーンルーム１側の何れかの面に結露を生じるおそれがある。つまり、高温多湿の時期では機器側に高温多湿の冷却用空気が入ると、筐体の面が２３℃近くになっているために、そこで結露が発生するおそれがある。しかし、本発明では、筐体１１に取り付けた断熱材４の効果で、筐体の機器側に結露を起こすことはない。
【００６０】
一方、外気温度の低い時期では、例えば数℃の冷たい空気を筐体に導入すると、筐体のクリーンルーム１側で結露を生じるおそれがある。しかし、本発明の装置では、断熱材の効果により、仕切りのクリーンルーム１に接する面の温度が結露を起こすほど低くならないために、筐体のクリーンルーム１側に結露を生じることはない。また、湿度の高い外気であってもて、クリーンルーム１の排気との熱交換によってある程度の温度制御が可能であり、また、それによって湿度を下げることが可能である。
【００６１】
なお空気導入ダクト７１に送る外気については、例えばＨＥＰＡフィルタで処理し、空気導入ダクト７１を途中で分岐してウエハローダ室１０に接続してここに送るようにしてもよい。この場合、ウエハローダ室１０を密閉し、クリーンルーム１内の空気をウエハローダ室１０内に実質取り込まないようにしてもよい。なお、この場合の密閉とは、完全に空気の流通を遮断するという意味ではなく、多少の空気の漏れは許容するものである。
【００６２】
図７は本発明の第４実施例による半導体製造設備を示す。図７において、図５及び図６に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。本実施例では図５に示す設備に、図６に示したような空気導入ダクトを適用している。即ち、仕切り囲い６１で囲まれた空間を密閉空聞とし、断熱材７２を備えた空気導入ダクト７１を仕切り囲い６１に接続してクリーンルーム１の外部の空気を仕切り囲い６１内に導入する構成とする。この構成においてもクリーンルーム１の外からの空気を用いて排熱しているのでクリーンルーム１の循環空気を用いる場合よりも消費エネルギーを低減することができる。なお密閉空間とは、空気導入ダクト７１以外の部位から仕切り囲い７１内に空気が実質流入しない程度の空間を意味する。
【００６３】
上述のように密閉空間を形成するために用いるシール材としては、ガス状有機物が発生しないような材料、例えば後述の有機材料を選択することが必要である。すなわち、後述する有機物発生量の測定方法に従って分析した場合に、８０℃でシクロヘキサンなどの有機物が検出されない材料であることが好ましい。
【００６４】
次に、本発明で用いられる断熱材４，５，６２，７２について説明する。無機質断熱材料としては、グラスウール、ロックウール、石英ウールなどの無機繊維系断熱材料、ケイ藻土、アルミナ、などの気泡セラミックス系の断熱材料およびパーライト、シラスバルーンなどのビーズ状の無機発泡体等が適している。これらの無機系の断熱材料は、発塵やガス状汚染物質を発生するおそれがあるので、全体を金属シートなどで覆う必要がある。あるいは、２枚の鋼板で挟んだサンドイッチパネルとして、さらに隙間をアルミテープ等にてシールすることとしてもよい。また、ヒートブリッジができないように、隙間の部分に樹脂シートを使用たり、あるいはシール材などでシールして使用することが好ましい。ヒートブリッジとはその部分だけが川（断熱材）にかかった橋（金属同志の接合点）のように熱が通過できる部位を表す。ヒートブリッジでは、表面の金属と裏面の金属とのどちらかを伝わってきた熱がつなぎ目で通過していくので断熱材の効果が減殺される。そこで両面の金属間に熱伝導性の悪い樹脂を詰めることにより金属間の熱伝達が断ち切られる。そのシール材としては、本発明者等の出願による特開平９−９５６６１号公報に記載のシール材を使用することが好ましい。筐体を直接断熱するには、溶接や接着で成形した空洞パネル中に、ビーズ状の無機発泡体を開口部から充填し、充填後、開口部を溶接等で封入しても良い。
【００６５】
グラスウール、ロックウール等は、各種の無機のガス状汚染物質を発生するので、金属シートで被覆した上、後述する試験方法でガス状汚染物質がでないことを確認した上で使用する。
【００６６】
使用状態で発熱を伴う半導体製造機器本体の表面には、既に機器自体に断熱材が取り付けられており、通常、その表面では８０℃を越えることはない。その場合には、有機質断熱材を使用することができる。有機質断熱材ととしては、発泡ポリエチレン、発泡ポリスチレン、発泡ウレタン等の樹脂系発泡体がある。一般的に、樹脂発泡体は、ガス状有機物を発生することが多い。
【００６７】
特に、分子量２００から４００程度の炭化水素、２塩基性脂肪酸ジエステル、有機リン酸エステル、アミン化合物、フェノール化合物、芳香族スルホンアミド類などはシリコンウエハへの吸着性が増加するような傾向を持つ。これらの化合物では、分子量が２００未満だと吸着量は少なくなる。これは、ウエハへの吸着速度よりも脱着速度が大きいためと考えられる。また、分子量が４００を越える化合物では、発泡体からの発生速度が小さいために、結果として、ウエハへの吸着量が小さくなる。さらに、分子量４００から９００のシロキサンも、シリコンウエハへの吸着性が高い。
【００６８】
このような有機物の発生を防止するための第１の方法は、これらの有機物を使用しないで樹脂発泡体を製造することである。しかし、樹脂発泡体を製造する場合には、加工性を上げるために、滑剤、可塑剤等を添加する。さらに、加熱溶融して発泡させる場合には、酸化防止剤を添加して、溶融中に空気によって酸化されるのを防止している。したがって、これらの添加剤を使用しないで成形すると、材料の劣化によって所定の強度や耐久性得られないという問題がある。そこで、こうした材料を使用して、所定の強度と耐久性を保持しながら、有機物汚染を起こさない樹脂発泡体を使用しなければならない。
【００６９】
有機物の発生を防止するための第２の方法は、樹脂発泡体をシートで包み込んで発生する有機物を遮断することである。すなわち、従来の添加物を使用して樹脂発泡体を成形し、樹脂発泡体をガス透過性の小さく、かつ、有機物の発生のないフィルムやシートで包んで、開口部はシール材やガスケットでシールして、内部の樹脂発泡体から発生する有機物を遮断する方法である。この遮断効果が十分であるか否かの判定については、後述する。このようなシートとしては、先に熱反射膜で述べたような金属シート、あるいは金属を蒸着した樹脂フィルム等がある。断熱材を仕切り板に取り付け、その上に熱反射膜を取り付ければ、熱反射機能と、樹脂発泡体から発生する有機物を封入する機能とを同時に付与することができる。この場合には、仕切り面の半導体製造機器側に断熱材を取り付けても、クリーンルーム１側に取り付けても同様の機能を発揮することができる。
【００７０】
筐体自体に断熱性を持たせるには、中空のパネルを作り、この中に、発泡性のウレタンを注入して、断熱材パネルを形成して使用する。断熱材に使用される硬質ウレタンフォームの原料は、４，４'メチレンビス（フェニルイソシアネート）（ＭＤＩ）を主成分にしたものが多い。ＭＤＩは、凝固点が３６〜３９℃であるため、室温で固体であることが多く、固体状のイソシアネートを発泡体に加工しにくい。
【００７１】
この問題を解決するため、イソシアネートを液状化するために、リン酸エステルが使用される。この場合には、トリクリジルフォスフェートのような低揮発性のリン酸エステルが使用される。従来、主に使用されているリン酸エステルとして、リン酸トリブチル（分子量２６６）がある。しかし、リン酸トリブチルは、発泡体にした場合に気化してクリーンルーム１の空気を汚染するので使用できない。
【００７２】
一方、ＭＤＩと反応するポリオールは、可燃性であるため、これを難燃化するために、リン酸エステルを添加して難燃化する方法が採られている。通常、このような目的で使用されるトリス・クロロエチルホスヘート（分子量２８５）や、トリス・β−クロロプロピルホスヘート（分子量３２８）であった。しかし、これらの難燃剤も、発泡体中から揮散して、クリーンルーム１の空気を汚染する。
【００７３】
本発明では、リン酸エステルを使用する場合には、分子量が３５０以上のリン酸エステルを使用する必要がある。例えば、イソシアネート側には、トリクレジルホスヘート（分子量３６８）、トリキシレニルホスヘート（分子量４１０）、キシレニルジフェニルホスヘート（分子量３５４）を使用する。また、ポリオール側には、トリス・ジクロロプロピルホスヘート（分子量４３１）等を使用したものを用いる。
【００７４】
ウレタンの発泡には、発泡剤としてフロン系の発泡剤とその発泡によって生成する泡を均質にするために加えられる整泡剤とが使用される。発泡剤として、従来はフロン１２等のフロンが使用されていたが、オゾン層破壊の問題点が指摘されてからは、１４２ｂが使用されている。これらのフロン物質も量が多いためにアウトガスの原因になることが分かった。そこで、水発泡を主体にしたウレタンで整泡剤には、珪素数１２以下のシロキサンを除去したシリコーン変成ポリオールを用いたものを使用する。従来の整泡剤からは、環状シロキサンが発生し、発泡体に使用すると、空気中に放出されて汚染の原因になる。
【００７５】
上述のような問題があるので、ウレタンの場合には、後述の分析方法で分析して、ガス状汚染物質が発生しない断熱材として確認した上で、使用する必要がある。
【００７６】
有機物の発生を防止するための第３の方法は、樹脂発泡体自体のガス状有機物の発生を低減することである。このような樹脂発泡体としてポリエチレン、ポリスチレン、エチレンプロピレンターポリマーなどの発泡体が上げられる。この場合には、樹脂を溶融した状態で発泡する。
【００７７】
樹脂発泡体からのガス状有機物の発生が少ないことは、後述の樹脂発泡体の分析方法の項で述べる方法に従って確認する。この分析方法は、試料を１５０℃に加熱して、有機物を強制的に発生させる。この方法で、２０［μｇ／ｇ試料］未満の有機物発生量であれば、常温から８０℃までの温度では、実質的に有機物は発生しない。使用状態で発熱する半導体製造機器の表面温度は、通常８０℃未満である。この温度では、上記の有機物発生量の樹脂発泡体を使用しても、空気中への有機物の発生がないので、クリーンルーム１の空気を発生した有機物によって汚染することはない。上記の発泡体の製造に際して使用する可塑剤には、分子量４２０以上の脂肪酸エステルが使用される。その事例としては、フタル酸ジエステルがある。より具体的には、フタル酸ジイソデシル（分子量４４６）、フタル酸ジウンデシル（分子量４７４）、フタル酸ジトリデシル（分子量５３０）などが使用される。
【００７８】
現在のフィルムやシートに使用されている分子量が４００未満の可塑剤、例えば、フタル酸ジブチル（分子量２７８）やフタル酸ジオクチル（分子量３９１）を主成分にして使用すると、クリーンルーム１空気中に揮散して、空気汚染の問題を引き起こす。特に、フタル酸ジブチル（分子量２７８）は、非常に揮発性が高いので、少量でも使用しないほうが好ましい。フタル酸ジオクチル（分子量３９１）は、分子量が４００に近いことから、上記の分子量４００以上の可塑剤に対して、数％以下の副成分としてであれば混合して使用することができる。
【００７９】
脂肪族二塩基酸エステルとしては、本発明にはアゼライン酸ジ−２−エチルヘキシル（分子量４１３）やセバチン酸ジ−２−エチルヘキシル（分子量４２７）が適している。現在使用されている分子量が４００未満のアジピン酸ジ−２−エチルヘキシルなどは、クリーンルーム空気中に揮散して、空気の汚染を引き起こすため好ましくない。
【００８０】
また、本発明に適したトリメリット酸系可塑剤としては、トリメリット酸トリス−２−エチルヘキシル（分子量５４７）やトリメリット酸トリオクチル（分子量５４７）がある。
【００８１】
さらに、本発明に適したポリエステル可塑剤としては、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸、フタル酸などの二塩基性酸とグリコール、グリセリン類とのポリマーである、アジピン酸プロピレングリコール類、アジピン酸ブチレングリコール類などが代表例である。これらの分子量は、２０００〜８０００である。
【００８２】
一方、本発明に適したエポキシ系可塑剤としては、エポキシ脂肪酸エステル系（分子量４００〜５００）とエポキシ化油系（分子量約１０００）とがある。
【００８３】
酸化防止剤としては、分子量３００以上のフェノール化合物を主成分として使用する。これらの酸化防止剤の具体例としては、下記の酸化防止剤の少なくとも一つを使用する。そのような酸化防止剤としては、ステアリル−β−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート（分子量５２０．９）、２，２'メチレン−ビス（４−メチル６−ｔ−ブチルフェノール）（分子量３４０．５）、２，２'メチレン−ビス（４−メチル６−ｔ−ブチルフェノール）（分子量３６８．５４）、４，４'−チオビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）（分子量３５８．５）、４，４'−ブチリデン−ビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）（分子量３８２．６）、１，１，３−トリス（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェノール）ブタン（分子量５４４．８）、１，３，５−トリメチル−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン（分子量７７５．２）、テトラキス〔メチレン−３−（３'，５'−ジ−ｔ−ブチル−４'−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕メタン（分子量１１７７．７）、ビス〔３，−３'−ビス（４'ヒドロキシ−３'−ｔ−ブチルフェニル）ブチリックアシッド〕グリコールエステルなどがある。
【００８４】
現在ポリエチレンなどに使用されている２，６−ジ−ｔ−ブチル−Ｐ−クレゾール（分子量２２０．４）などの分子量が３００未満のモノフェノール系酸化防止剤を主体とするものは、揮散してクリーンルーム１の空気を汚染する。
【００８５】
これに対し、本発明で用いる限定されたフェノール系酸化防止剤を主体とするものでは、樹脂フィルムや樹脂シートからの揮散は実質的に抑えられる。もちろん、これら分子量３００未満の酸化防止剤も、上記の酸化防止剤の副成分として、たとえば１０％程度まで混合して使用することは、本発明の効果を阻害するものではない。
【００８６】
また、熱反射膜の具体的な事例としては、アルミ、ブロンズ、ステンレス合金などの金属シートがある。また、フィルムに金属を蒸着したものがあり、例えばフィルムには、ポリエズテルフィルムが通常用いられる。フィルムに蒸着する金属としては、アルミ、ブロンズ、ステンレス合金などが使用される。また、金属をスパッタリングによりフィルムへ堆積することとしてもよい。これらの金属シートもしくはスパッタリングフィルムは接着剤で仕切り板の表面に貼り付ける。あるいは、後述の断熱材の表面に貼り付けておき、断熱材と共に仕切り板やダクトの表面に取り付けてもよい。
【００８７】
次に、上述の実施例による断熱材を設けた縦型熱処理装置と断熱材を設けない従来装置との比較結果について説明する。比較試験は、図２に示す実験設備を用い、クリーンルーム側の空気を２３℃に維持するためにドライコイル３５で消費する電力につい行われた。図８は比較結果を説明するための図である。図８には、使用した材料、廃棄条件、クリーンルーム１中の有機物、無機物について測定した結果などが合わせて示されている。有機物などの測定方法及び実験結果は以下のとおりであった。
【００８８】
［クリーンルーム空気中の有機物の測定方法］
のクリーンルーム空気中の有機物量測定には、まず、洗浄したシリコン（Ｓｉ）ウエハをクリーンルーム１内に曝露してクリーンルーム１中の有機物をウエハに吸着させた。この場合、Ｓｉウエハ表面の洗浄には、Ｓｉウエハを紫外線照射下にてオゾンガスを用い酸化分解する方法を採った。この方法で有機物を除去したウエハには表面に酸化膜が形成されるので、フッ酸洗浄しただけのウエハに対して約６倍の吸着遠度を持っていた。したがって、クリーンルーム１の有機物濃度が低い場合の分析に適していた。
【００８９】
つぎに、Ｓｉウエハに吸着した有機物の分析に用いた装置は、ジーエルサイエンス（株）製の商品名シリコンウエハアナライザー（以下ＳＷＡと略す）であった。吸着成分は、ヘリウム気流中にて４００℃で加熱脱離し、ＧＣ／ＭＳ装置に導入して分析した。
【００９０】
本発明で使用したＳＷＡに付帯しているＧＣ７／ＭＳ装置は、ＧＣ装置がＨＰ−５８９０Ａで、ＭＳ装置はＨＰ−５９７１Ａであった。温度条件は次の通りであった。
【００９１】
初期温度８０℃（１０ｍｉｎ保持）→昇温７℃／ｍｍ→最終温度３００℃（１０ｍｉｎ保持）
ＳＷＡを用いた分析では、空気中に存在する有機物のうち、ウエハに吸着しやすい物質が解明できる点で優れていた。また、分析感度は、有機物が数ｐｇ（１０−１２ｇ）のオーダーまで分析できるので、ウエハへの吸着量は、ウエハ単位面積当たりの重量（ｐｇ）として、（ｐｇ／ｃｍ２）で表示した。
【００９２】
なお、本測定では、同じ洗浄を施したＳｉウエハで、クリーンルーム１には曝露しないでウエハポッドに放置したものも同じ分析にかけ、この値をブランク値とした。このブランク値を、上記のクリーンルーム１に曝露したＳｉウエハの分析値から差し引いた値を、ウエハ吸着有機物量とした。クリーンルーム１内の有機物が少なければ、ウエハ吸着有機物も少なくなるので、この値をもってクリーンルーム１の有機物の多少を表す指標とした。
【００９３】
［クリーンルーム中の無機物の測定方法］
クリーンルーム空気中の無機物分析には、クリーンルーム１の空気を超純水の入ったインピンジャーに通気し、溶解した無機物を分析する方法を採った。無機物のうち、金属元素は、ＩＰＣ／ＭＳ法で、また、イオン類はＩＣＧ法で分析した。濃度既知の各成分溶液を使用して検量線つくり、捕集した試料の溶液濃度を定量して、これより総捕集量を１０．９ｇ（ｍｇ）まで計算し、さらにこの値を通気ガス量で割って、クリーンルーム空気一立方メートル（ｍ３）あたりの濃度（ｍｇ／ｍ３）で表示した。
【００９４】
［有機断熱材から発生する有機物量の分析方法］
本実験で用いた有機系断熱材から発生する有機物量の分析方法は、一般にパージ＆トラップ−ガスクロマトグラフ／マススペクトル（以下Ｐ＆Ｔ−ＧＣ／ＭＳと略す）と呼ばれている方法であった。まず、試料数〜数１０ｍｇを試料管に充填し、ヘリウムを流しながら８０℃で３０分間加熱して発生した有機成分を−８０℃に冷却したトラップ管でトラップした。試料加熱終了後、トラップした有機成分をヘリウム気流下で３００℃に急速加熱し、ＧＣ／ＭＳ装置に導入して分析した。ＧＣ装置は、ヒューレットーパッカード社（以下ＨＰと略す）のＨＰ−５８９０Ａ型ＧＣ装置で、また、ＭＳ装置には同社のＨＰ−５９７０Ｂ型の質量分析器を使用した。ＧＣ装置のカラムは、ＨＰ−ウルトラ２（０Ｖ−５系）であり、内径は０．２ｍｍ、長さは２５ｍ、膜厚は０．３３μｍであった。その測定温度条件は、次の通りであった。
【００９５】
初期温度４０℃→昇温（１０℃／分）→最終温度３００℃（１５分保持）
キャリアガスはヘリウムで、注入方式はスプリット法を用いた。スプリット比は１／２００であった。ＭＳのイオン化法は電子衝撃法で、検出範囲はｍ／ｚで２５〜１０００とした。
【００９６】
本発明で、単体で使用できる有機系断熱材の有機物発生量は、５０μｇ／ｇ−試料である。発生量がこれを越す場合には、金属などで被覆して、下記のサンドイッチパネル等のアウトガス測定法で分析して、使用する。
【００９７】
［断熱材パネルから発生する有機物量の分析方法］
断熱材成形パネルからの有機物発生量の測定は、加熱脱離法を採用して、図１０に示す装置を用いて、次のようにして行った。まず、高純度空気を流すことのできる入口パイプ及び出口パイプが設けられた蓋付きの大きな加熱密閉容器８を準備した。成形パネル８０をこの容器８に入れて（詳しくはメッシュ８７の上に置いて）、蓋８１で密閉し、次に高純度空気を入口パイプ８２から流し、に発生する有機物を吸着出来る活性炭吸着管８４を出口パイプ８３に取り付けた。流量は、活性炭吸着管よりなるサンプリング装置８４の後に設けた流量計を見ながら、所定の流量となるよう調整した。次に、ヒータ８５に電源を入れ、熱電対８６で加熱密閉容器８０内の温度を測定しながら、１００℃に加熱した。この状態で４時間、サンプリング装置（活性炭吸着管）８４で有機物を吸着し続けた。
【００９８】
こうして得られた有機物を吸着した活性炭を、所定量の溶剤に浸漬して、吸着された有機物を溶出した。この溶出液を、次に、ガスクロマトグラム装置に注入して、成分を分析した。各ピークのピーク面積から、予め測定されているｎ−ヘキサデカンの検量線によって有機物量を定量した。
【００９９】
［断熱材パネルから発生するの無機物量の分析方法］
上記の断熱材パネルの有機物発生量を測定する装置を使用して、出口パイプ８３の後のサンプリング装置８４に活性炭吸着管の代わりに、超純水のは入ったインピンジャーを取り付け、有機物の測定と同じ方法で実験を行った。インピンジャーで採取した試料について、金属元素はＩＰＣ／ＭＳ法で、また、イオン類はＩＣＧ法で分析した。濃度既知の各成分溶液を使用して検量線づくり、捕集した試料の溶液濃度を定量して、これより総捕集量を１０−９（ｍｇ）まで計算し、パネル１枚当たりの発生量とした。
【０１００】
図８における実験番号１は本発明の事例であり、筐体および排気ダクトのクリーンルーム１の空気に触れる部分をガス状汚染物質の発生しない有機物発泡体で断熱した事例である。断熱材の使用よって、クリーンルーム１側で節約できたエネルギー量は、約３８００ｋｃａｌ／ｈｒであった。図９はこの計算の根拠を示す説明図である。ドライコイルへのエネルギー負荷量を著しく低減できることが分かった。また、使用した断熱材によるクリーンルーム空気中の汚染物質の増加は有機物および無機物とも認められなかった。
【０１０１】
図８における実験番号２は本発明の事例であり、筐体だけを断熱して、排気ダクトは断熱しなかった例である。他の条件は、実験番号１と同じに設定した。この事例では、節約したエネルギー量は若干低くなったが、やはりかなりの効果があることが分かった。
【０１０２】
図８における実験番号３は、本発明に対する比較例であり、断熱材を使用しない設備の事例である。エネルギー放出がクリーンルーム１の温度を上げ、この温度を冷却するために、前述のドライコイルの熱負荷量となることがわかった。
【０１０３】
図８における実験番号４は本発明に対する比較例であり、排気ダクトのみを断熱した事例である。ある程度の改善は見られたが、筐体を断熱した場合よりも効果は少ない。これは、クリーンルーム１の空気にふれる面積がこの事例では少なかったためと考えられる。
【０１０４】
図８の実験番号５は本発明に対する比較例であり、この事例では、有機汚染物質が発生する断熱材を使用した。この場合には、エネルギーの節約は出来たが、有機発泡体から発生した有機リン酸エステルによりクリーンルーム１の空気が汚染された。その結果、暴露したウエハにおいてリン酸エステル量の増加が見られた。したがって、汚染物質の発生のない断熱材の使用が必須の条件であることが明らかになった。
【０１０５】
図８の実験番号６および７は本発明の事例であり、酸化炉を冷却する空気に別に外部から必要最小限に処理された空気を使用した事例である。本発明では、無機系の断熱材として、ガラスウールを鋼板で挟み、隙間を有機汚染物質を発生しないシール材（ハマタイトＹＧ−６１Ｒ横浜ゴム製）で処理したパネルを使用した。このパネルを、図１０に示す装置によって、炉周辺の温度に近い８０℃に加熱して、発生した汚染物質を上記［断熱材パネルから発生する有棒物量の分析方法］および［断熱材パネルから発生する無機物量の分析方法］によって測定した。その結果、有機物及び無機物、特にガラス繊維からのホウ素は検出されなかった。
【０１０６】
このような材料を使用して筐体を作り、上記の実験と同じ実験を行った。その結果、クリーンルーム１側への放熱によるエネルギーロスを低減することができた。さらに、従来は、クリーンルーム１の空気を冷却用に使用していたが、必要最小限に処理した空気の使用によって、クリーンルーム空気の節約が可能となった。この分は、従来のクリーンルーム空気の処理費のほぼ半分になった。この合計のエネルギー節約量は、外気温及び湿度の高い時期で２５６０００「ｋｃａｌ／ｄａｙ・装置］となり、非常に有効な省エネルギーとなった。図１１はこの計算の根拠を示す説明図である。熱交換率を１００％として計算しているため、この値は最小でもこれだけ省エネルギーを図ることができるということを示している。
【０１０７】
本実施例では、必要最小限の処理として、外気をプレフィルタ、中性能フイルタおよびＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ａｉｒ）フイルタで濾過し、これをクリーンルーム１の排気とヒートパイプによって熱交換した空気である。従来は、このような空気を加熱炉の冷却に使用することは、結露等の問題で不可能であった。しかし、本実施例では、実験番号６の外気温度及び湿度が時期においても、また、実験番号７の外気温が低い時期においても結露は発生しないことが確認できた。
【０１０８】
図８における実験番号８および９は、実験番号６および７に対する比較例である。これらの実施例では、断熱材を使用しないで、外気を必要最小限に処理した空気を使用した。その結果、実験番号８の外気温及び湿度が高い時期では、クリーンルーム１の空気に触れる外気採り入れダクト内、および、筐体内に結露が生じた。また、実験番号９の外気温が低い時期では、クリーンルーム１の空気に触れる外気採り入れダクトの外側と筐体のクリーンルーム１側に結露が生じた。これらのことから、断熱材を使用しない場合の発熱を伴う機器の冷却には、クリーンルーム１の空気を使用しないと、結露が生じるということが確認された。
【０１０９】
図８における実験番号１０は、本発明に対する比較例である。本比較例では、無機断熱材としてグラスウールを使用し、隙間を封止市内で使用した。この場合には結露は生じなかったが、隙間からホウ素が漏れて、周辺の空気中のホウ素量が増加した。このことから、ガス状汚染物資を発生する断熱材では、鋼板等で覆い、隙間をシール材でシールすることが必須であることがわかった。
【０１１０】
上述のように、本発明によれば、半導体製造機器からクリーンルーム１側への熱放散を低減することができ、クリーンルーム１を所定の温度に維持するための消費エネルギーを減少することができる。
【０１１１】
本発明は具体的に開示された上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱すること無く様々な改良例及び変形例がなされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】従来の半導体製造設備を示す断面図である。
【図２】半導体製造設備について実験を行う実験装置の構成図である。
【図３】本発明の第１実施例による半導体製造設備の断面図である。
【図４】本発明の第１実施例による半導体製造設備の斜視図である。
【図５】本発明の第２実施例による半導体製造設備の断面図である。
【図６】本発明の第３実施例による半導体製造設備の断面図である。
【図７】本発明の第４実施例による半導体製造設備の断面図である。
【図８】本発明による半導体製造設備の実験結果を説明するための図である。
【図９】クリーンルームで使用されるエネルギー量の計算を説明するための図である。
【図１０】断熱材から発生する物質の分析装置の構成図である。
【図１１】クリーンルームで使用されるエネルギー量の計算を説明するための図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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