(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井面から床面に向かって吹き出す清浄空気の風量によって同一室内を清浄度の異なる複数の清浄区域に区分するクリーンルームにおいて、
前記清浄区域の境界に形成される気流のせん断層で発生する渦輪を防止するための音波を放射する音波発生手段を備えたことを特徴とするクリーンルーム。
【請求項２】
前記音波発生手段は、前記天井面から吹き出される清浄空気の風速に基づいて所定の周波数の音波を放射することを特徴とする請求項１のクリーンルーム。
【請求項３】
前記音波発生手段は、前記気流のせん断層で発生する渦輪の周波数に基づいて所定の周波数の音波を発生させることを特徴とする請求項１のクリーンルーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクリーンルームに係り、特に低清浄区域と高清浄区域とを区分できる半導体製造工場、食品・薬品工場等で適用され、音波を用いて気流を制御することにより高清浄区域を極めて高い清浄度に維持できるクリーンルームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化、微細化に伴い、クリーンルームに要求される清浄度が厳しくなってきている。この高い清浄度を達成するためのクリーンルームとして、これまでは、図６に示すようにクリーンルーム１００の天井全面にファンフィルタユニット（ＦＦＵ）１０２を配設し、１方向に気流性状を持つことを特徴とする全面ダウンフロー方式のクリーンルームが採用されていた。尚、同図符号１０４は天井空間、符号１０６は床下空間を示し、符号１０８はクリーンルーム１００内の空気を循環する空気調和機を示す。
【０００３】
しかし、この方式のクリーンルームは、高い清浄度を維持した空間を実現できるものの、天井全面にＦＦＵ１０２を配設し稼働するため、イニシャルコスト及びＦＦＵ１０２の運転動力費などのランニングコストが膨大となり、大きな課題となっている。ここで、実際、半導体製造のラインの中で高清浄度が要求されている空間は、クリーンルーム全体ではなく、製造装置やウェーハ搬送部などの限られた空間である。そこで、最近のクリーンルームでは、製造装置やウェーハ搬送部については高清浄空間を実現するように考慮し、その他の空間については低清浄化できるような清浄度を区分したクリーンルームの建設が求められている。従来では、このようなクリーンルームを実現する手段として図７に示すように高い清浄度を図る必要のある高清浄区域１１０の天井部のみに多数のＦＦＵ１０２を配設し、低清浄区域１１２にはＦＦＵ１０２を天井全面に配設せず、ある間隔毎に設置するような方法（ミニエンバイロメント方式のクリーンルーム）が提案されている。また、天井から床下までパーティションなどで仕切り壁を設置し、強制的に高清浄空間と低清浄空間を実現する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来において、ＦＦＵの設置位置のみで清浄度を区分するような前者の方法では、図７に示すように低清浄区域１１２に存在する塵埃１１４が高清浄区域１１０に巻き込まれ、清浄度が区分された区域を適切に実現することができず、特に、高い清浄度が要求されるクリーンルームへの適用は困難であった。
【０００５】
即ち、高清浄区域と低清浄区域の境界では、異なる風速の気流が平行に接するため、流れのせん断力により、このせん断層で渦が発生する。せん断層で発生した渦は、気流の下流方向にいくに従い次々に合体し、大きな渦へと成長し、複数回の合体後、渦輪を形成するようになる。このような渦は、流れの回転運動であるため、渦の合体が生じると、平行に接していた空気が混合しやすくなり、高清浄区域と低清浄区域の空気が混ざり合う結果となる。このような状況になると、清浄度の異なる区域を適切に区分することが不可能となる。
【０００６】
また、天井から床下までパーティションなどで仕切り壁を設置し、強制的に高清浄空間と低清浄空間を実現する方法では、大部屋タイプのクリーンルームの長所であるレイアウト変更のフレキシビリティ性が損なわれるといった欠点がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、大部屋タイプのクリーンルームの長所を損なうことなく、確実に高清浄区域と低清浄区域を区分できるようなクリーンルームを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、天井面から床面に向かって吹き出す清浄空気の風量によって同一室内を清浄度の異なる複数の清浄区域に区分するクリーンルームにおいて、前記清浄区域の境界に形成される気流のせん断層で発生する渦輪を防止するための音波を放射する音波発生手段を備えたことを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、清浄区域の境界に形成される流れのせん断層に所定の周波数の音波を放射することで、せん断層における渦輪の発生を防止し、渦輪によって低清浄区域から高清浄区域に塵埃が巻き込まれるのを適切に防止する。これにより、クリーンルーム内に特別な間仕切りなどの壁を必要とせず、確実に低清浄区域と高清浄区域とを区分したクリーンルームを提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るクリーンルームの好ましい実施の形態について詳説する。
図１は、本発明に係るクリーンルームの断面図である。同図に示すようにクリーンルーム１の内部は、作業を行う作業空間２と、空気の流通路となる天井空間４及び床下空間６とから構成される。前記作業空間２の天井面には清浄空気を吹き出すファンフィルタユニット（ＦＦＵ）８が多数設置されると共に、床面には、床下空間６に通じる通気孔１０が多数形成されるようになっている。従って、ＦＦＵ８を稼働させると、ＦＦＵ８から吹き出された清浄空気が天井から床面に向かって流れ、作業空間２に浮遊する粉塵等は、この清浄空気の気流によって床面の通気孔１０を通して床下空間６に排出される。
【００１０】
また、作業空間２は、作業の種類に応じて高清浄区域１２と低清浄区域１４、１４とに区分され、各清浄区域１２、１４、１４の天井にはその清浄度に応じた台数のＦＦＵ８が設置されるようになっている。即ち、高清浄区域１２では、  高い清浄度を維持するために殆ど隙間無くＦＦＵ８が天井面に設置されるのに対し、低清浄区域１４、１４ではコストの低減のために必要最低限のＦＦＵ８が天井面に間隔をおいて設置されるようになっている。従って、高清浄区域１２では低清浄区域１４、１４よりも天井面のＦＦＵ８、８、…から吹き出される単位時間、単位面積あたりの風量が多く、低清浄区域１４、１４より速い気流が天井から床面に向かって流れ、高清浄度が維持されるようになっている。
【００１１】
一方、上記クリーンルーム１の天井空間４と床下空間６にはそれぞれ空気調和器１６の給気ダクト１８と還気ダクト２０が接続されるようになっている。空気調和器１６は、床下空間６から還気ダクト２０を介して吸気した空気を給気ダクト１８を介して天井空間４に給気するようにしている。従って、空気調和器１６とＦＦＵ８を稼働させると、空気調和器１６の給気ダクト１８から天井空間４に空気が供給され、この空気は、ＦＦＵ８によって清浄されて、作業空間２に吹き出される。そして、作業空間２にから床の通気孔１０を通して床下空間６に排出された空気は、還気ダクト２０を介して空気調和器１６に還流される。これによってクリーンルーム１内の空気はクリーンルーム１内を循環するようになっている。
【００１２】
尚、床下空間６には排気ダクト２２が接続され、必要に応じてクリーンルーム内の空気を外部に排気することができると共に、空気調和器１６には外気取入ダクト２４が設けられ、この外気取入ダクト２４を介して外気をクリーンルーム１内に適宜取り入れることができるようになっている。
また、上記作業空間２には、高清浄区域１２と低清浄区域１４、１４との境界にあたる天井の所定位置に音波を発生させる音波発生装置３０、３０のスピーカ３６、３６が設置されるようになっている。音波発生装置３０は、正弦波電気信号を発生する信号発生器３２と、信号発生器３２によって発生した正弦波電気信号を増幅し上記スピーカ３６にその正弦波電気信号を入力する電圧増幅器３４と、電圧増幅器３４から入力された正弦波電気信号を音波に変換する上記スピーカ３６とから構成され、信号発生器３２から発生させる正弦波電気信号の周波数及び出力レベルを調整することによりスピーカ３６から所望の周波数と音量の音波を作業空間２内に放射できるようになっている。
【００１３】
ところで、上記「発明が解決しようとする課題」の欄でも説明したように、高清浄区域１２と低清浄区域１４、１４との境界においては、各清浄区域のＦＦＵ８から吹き出された気流が異なる風速で平行に接するため、流れのせん断力により、このせん断層で渦が発生する。せん断層における渦は、気流の下流方向にいくに従い次々に合体し、大きな渦へと成長する。そして、複数回の合体後、渦輪を形成する。
【００１４】
この渦は、流れの回転運動であるため、渦の合体が生じると平行に接していた空気が混合しやすくなり、高清浄区域１２と低清浄区域１４、１４との空気が混ざり合い、高清浄区域１２の清浄度の低下を招く原因となる。
そこで、上述のように作業空間２の天井にスピーカ３６、３６を設置し、高清浄区域１２に流れる気流の風速に応じて所定の周波数の音波をスピーカ３６、３６から放射することによって、せん断層に発生する渦輪の発生を防止することができるようになっている。これによって高清浄区域１２と低清浄区域１４、１４を適切に区分することができ、高清浄区域１２の高清浄度を確実に維持することができるようになる。
【００１５】
ここで、気流のせん断層における渦輪の発生を防止する最も効果的な音波の周波数について実験、解析結果を基に説明する。先ず図２に気流のせん断層における渦の発生周波数を解析した結果を示す。尚、図２において速度変動が大きいほど大きな渦を発生させる原因となる。同図に示すようにせん断層では、流れのせん断力により、各種周波数における気流の速度変動成分が見られるがその中でも気流風速に応じて卓越した周波数成分があることが分かる。この卓越した周波数における速度変動成分が渦輪を発生させる原因である。図２の実験結果を基に作成した気流風速と渦輪の発生周波数の関係図を図３に示す。この図から、渦輪の発生周波数は気流風速と比例関係にあることが分かる。
【００１６】
そこでこれらの結果を考慮して各種周波数の音波を気流に放射し、音波の放射有無による気流の変化、特に渦輪の発生状況を可視化により解析した。この結果、渦輪の発生周波数と一致した周波数の音波を気流に放射すると渦輪が崩壊することが分かった。つまり、気流風速と渦輪の発生周波数とは比例関係にあり、また、渦輪の発生周波数と渦輪を崩壊する音波の周波数とも比例関係にあるため、気流風速と渦輪を崩壊する音波の周波数とも比例関係にある。
【００１７】
そこで、図１に示した音波発生装置３０の信号発生器３２の正弦波電気信号の周波数を調整し、高清浄区域１２の気流風速に応じて図３に示すような周波数の音波をそのスピーカ３６から放射させことで、低清浄区域１４から高清浄区域１２に塵埃を巻き込む渦輪を崩壊させて小さな渦に分解することができようになる。これにより、高清浄区域１２と低清浄区域１４との流れの混合を防止することができ、高清浄区域１２と低清浄区域１４、１４を適切に区分することが可能となる。尚、気流風速に応じて音波の周波数を設定するのではなく、直接渦輪の発生周波数に基づいて音波の周波数を設定するようにしてもよい。
【００１８】
次に、図４、図５に上記スピーカ３６の設置例を示す。まず図４に示す設置例では、高清浄区域１２と低清浄区域１４の境界にあたる天井４０の所定位置（同図左側のＦＦＵ８は高清浄区域１２の最も端のＦＦＵを示す。）に回転軸４２Ａを有する支持部材４２がロッド４４を介して設置され、その支持部材４２の回転軸４２Ａにスピーカ３６を搭載したスピーカユニット４６が回動自在に支持されるようになっている。これにより、スピーカユニット４６を所望の角度に調整し、高清浄区域１２の気流のせん断層に発生する渦輪を最も好適に防止することができる方向から音波を放射することができる。
【００１９】
また、図５に示す設置例は、高清浄区域１２のＦＦＵ８から吹き出された直後の気流に横方向から音波を放射する場合を示しており、高清浄区域１２と低清浄区域１４の境界にあたる天井４０の所定位置にスピーカ３６を搭載したスピーカユニット５０を埋設すると共に、側方に湾曲したダクト５２をスピーカユニット５０の音波放出面に取り付け、スピーカ３６から放射された音波を高清浄区域１２のＦＦＵ８から吹き出された直後の気流に横方向から放射するようになっている。
【００２０】
以上、上記実施の形態では、高清浄区域１２と低清浄区域１４の境界にあたる天井の所定位置にスピーカ３６を設置したが、スピーカ３６の設置位置はこのような場所に限らず、作業空間２内のどの位置にスピーカ３６を設置しても効果がある。
また、上記実施の形態では、高清浄区域１２の境界層に放射する音波の周波数は、実験の結果により高清浄区域１２の気流風速に基づいて設定するようにしたが、これに限らず、渦輪の発生周波数に基づいて設定してもよいし、また、気流速度、渦輪の発生周波数とも無関係に実際のクリーンルームの使用状況において最も好適な周波数を試験により求め、その周波数に設定するようにしてもよい。
【００２１】
また、上記実施の形態では、低清浄区域１４のＦＦＵ８自体の設置台数を削減しイニシャルコストの低減を図るようにしたが、これに限らず、高清浄区域１２と低清浄区域１４の区別なくどの場所でも高清浄度を実現可能なようにＦＦＵ８を天井に設置し、実際に稼働する台数をその区域の清浄度に応じて調整するようにしてもよい。
【００２２】
また、上記実施の形態では、ファンフィルタユニットにより各清浄区域に清浄空気の気流を発生させていたが、清浄空気の気流の発生手段についてはどのようなものでもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るクリーンルームによれば、清浄区域の境界に形成される気流のせん断層に所定の周波数の音波を放射することで、流れのせん断層における渦輪の発生を防止するようにしたため、渦輪によって低清浄区域から高清浄区域に塵埃が巻き込まれるのを適切に防止することができる。従って、クリーンルーム内に特別な間仕切りなどの壁を必要とせず、確実に低清浄区域と高清浄区域とを区分したクリーンルームを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るクリーンルームの一実施の形態を示した断面図である。
【図２】図２は、流れのせん断層で発生する渦輪の発生周波数の解析結果を示した図である。
【図３】図３は、気流風速と流れのせん断層で発生する渦輪の発生周波数との関係を示した図である。
【図４】図４は、スピーカの一設置例を示した図である。
【図５】図５は、スピーカの一設置例を示した図である。
【図６】図６は、従来の全面ダウンフロー方式のクリーンルームの断面図である。
【図７】図７は、従来のミニエンバイロメント方式のクリーンルームの断面図である。
【符号の説明】
１…クリーンルーム
２…作業空間
４…天井空間
６…床下空間
８…ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）
１０…通気孔
１２…高清浄区域
１４…低清浄区域
１６…空気調和機
３０…音波発生装置
３２…信号発生器
３４…電圧増幅器
３６…スピーカ
【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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