JP5009705B2 - 樹脂による揮発性有機物の除去システム - Google Patents

Description

本発明は、揮発性有機物の除去システムに係り、特に、シリコーンゴムのようなポーラスな空隙構造を持つ樹脂に揮発性有機物を吸収させることにより、化学反応によらず、揮発性有機物を除去することができるようにした樹脂による揮発性有機物の除去システムに関するものである。

従来から、半導体製造のクリーンルームでは、微量のケミカル物質による汚染がデバイスの歩留まりを低下させることが問題になっている。このような汚染物質の１つとしては、揮発性有機物（以下、ＶＯＣと記す）が挙げられる。このＶＯＣは、クリーンルームのエア中、プロセス装置内、ウェハボックス内等、至る所に存在し、これがウェハ搬送過程でシリコン表面に微量吸着することにより、多くの問題を引き起こす原因となっている。

例えば、ＶＯＣは、デバイス製造工程の熱酸化膜形成前後に吸着して、熱酸化膜の信頼性を低下させる、また、ウェハを前処理後に長期保管してから化学気相成長（膜生成）を行うと、ＶＯＣの吸着により膜成長開始の遅延が生じ、膜厚のバラツキの原因となるといった問題が生じていた。

このようなケミカル物質による汚染対策として、近年、ワッシャー等を用いて水に微量のケミカル物質を溶解し、除去する方法が採用されているが、ＶＯＣは水に不溶性のため、この方法は適用できなかった。そこで、従来から、ＶＯＣを除去する方法として、活性炭フィルタやケミカルフィルタを用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００４−２０１２０号公報 特開２００６−１４２２３３号公報

しかしながら、上述したような活性炭フィルタやケミカルフィルタを用いる方法は、頻繁にフィルタの交換が必要となるため、ランニングコストが非常に高くなるという問題点があった。

また、ＶＯＣは、浮遊粒子状物質や光化学オキシダントの生成の原因となる物質の一つであるため、大気汚染防止の観点から、ＶＯＣを多量に使用する印刷工場等に対してＶＯＣの排出規制が行われている。しかしながら、ＶＯＣを効率良く分離・濃縮して、除去するための安価な装置がないのが実情であった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、フィルタの交換を不要とした、長期間にわたって使用することができる、有用性及び経済性に優れた樹脂による揮発性有機物の除去システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の樹脂による揮発性有機物の除去システムは、所定の揮発性有機物の除去処理の対象となるエアが導入される該揮発性有機物吸収チャンバと共に、該揮発性有機物を放出するための該揮発性有機物放出チャンバを設け、空隙構造を有する樹脂であるシリコーンゴムを、前記吸収チャンバと放出チャンバ間を所定の速度で循環移動できるように構成し、前記吸収チャンバには、前記処理対象エアを該吸収チャンバに導入するための処理対象エア供給ダクトと、揮発性有機物が除去されたエアを所望の場所に供給するための処理後エア供給ダクトを設けると共に、該揮発性有機物を前記シリコーンゴムに吸収させるために前記吸収チャンバ内を所定の加圧状態にするための加圧手段と、前記吸収チャンバの内側面から立設されるフランジを設け、前記放出チャンバには、エア又は不活性ガスを前記放出チャンバに導入するためのエア又は不活性ガス供給ダクトと、前記放出チャンバ内に供給されたエア又は不活性ガスと共に揮発性有機物を該放出チャンバの外部に排出するための処理後エア排出ダクトを設けると共に、該揮発性有機物を前記シリコーンゴムから放出させるために前記放出チャンバ内を所定の減圧状態にするための減圧手段と、前記放出チャンバの内側面から立設されるフランジを設けたことを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、空隙構造を持つ樹脂であるシリコーンゴムが、化学反応を伴わずにその空隙内に揮発性有機物を取り込む（物理吸収する）性質を利用することにより、簡単な構成で、長期間にわたって使用できる、極めて有用性の高い樹脂による揮発性有機物の除去システムを提供することができる。また、シリコーンゴムを用いることにより、特にトルエンの除去に有効である。シリコーンゴムは常温大気中ではほとんど酸化されないため、半永久的に使用することができるため、経済性にも優れている。さらに、シリコーンゴムは毒性がないため、触れた場合でも、健康被害がなく安全性にも優れている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の樹脂による揮発性有機物の除去システムにおいて、前記吸収チャンバと放出チャンバとが、筒状のチャンバ内を隔壁によって仕切ることにより形成され、前記空隙構造を有する樹脂が、前記吸収チャンバと放出チャンバ間を所定の速度で回転移動するように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項２に記載の発明によれば、吸収チャンバと放出チャンバとを一つの筒状のチャンバ内に一体的に構成すると共に、空隙構造を有する樹脂を、吸収チャンバと放出チャンバ間を回転移動するように構成することにより、コンパクトな構成の樹脂による揮発性有機物の除去システムを提供することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の樹脂による揮発性有機物の除去システムにおいて、前記樹脂が、該樹脂の周囲における前記揮発性有機物の蒸気分圧が高い場合に該揮発性有機物を該樹脂内に吸収し、蒸気分圧が低い場合に該揮発性有機物を該樹脂外に放出するものであることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項３に記載の発明によれば、揮発性有機物吸収用樹脂は、該樹脂の周囲の蒸気分圧が高いと揮発性有機物を吸収し、蒸気分圧が低いと揮発性有機物を放出するという作用を有するため、化学反応を伴わず、揮発性有機物の搬送媒体としてのみ機能し、さらに、吸収チャンバと放出チャンバ間を循環して用いられるため、消耗したり、劣化することがない。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の樹脂による揮発性有機物の除去システムにおいて、前記加圧手段が、前記処理対象エア供給ダクトに配設された加圧用ファンであり、前記減圧手段が、前記処理後エア排出ダクトに配設された減圧用ファンであることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項４に記載の発明によれば、加圧手段及び減圧手段共に、簡単な構成とすることができる。

本発明によれば、フィルタの交換を不要とした、長期間にわたって使用することができる、有用性及び経済性に優れた樹脂による揮発性有機物の除去システムを提供することができる。

以下、本発明に係る樹脂（シリコーンゴム）による揮発性有機物の除去システムの具体的な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面を参照して説明する。

（１）構成
本実施形態においては、図１及び図２に示したように、円筒形状のチャンバ１内に、該チャンバを縦方向に２分割する隔壁２が設けられ、この隔壁２によってチャンバ１内がＶＯＣ吸収チャンバ１０とＶＯＣ放出チャンバ２０とに区分けされている。

また、前記隔壁２の中心部には、上下面がパンチング板３ａから構成され、その間に所定量のチップ状シリコーンゴム５が充填されてなる回転ローター３の回転軸４が取り付けられ、図示しないモータによって、所定の回転速度で回転するように構成されている。

（ＶＯＣ吸収チャンバ）
前記ＶＯＣ吸収チャンバ１０の底面には、クリーンルーム等で汚染されたＶＯＣを含むエアを前記ＶＯＣ吸収チャンバ１０に導入するための処理対象エア供給ダクト１１が接続され、この処理対象エア供給ダクト１１には加圧用ファン１２及び第１のフィルタ１３が設けられ、この加圧用ファン１２によって、ＶＯＣ吸収チャンバ１０内を所定の加圧状態にできるように構成されている。さらに、前記ＶＯＣ吸収チャンバ１０の上面には、ＶＯＣが除去されたエアを再度クリーンルーム等へ戻すための処理後エア供給ダクト１４が設けられている。

また、ＶＯＣ吸収チャンバ１０の内側面には、前記回転ローター３の下面と当接する位置に、半円形の第１のフランジ１５が設けられ、ＶＯＣ吸収チャンバ１０内を前記回転ローター３の上下で区分けできるように構成されている。換言すれば、回転ローター３に充填されたチップ状シリコーンゴム５によるＶＯＣ吸収処理の前後のエアが混ざり合わないように構成されている。

（ＶＯＣ放出チャンバ）
前記ＶＯＣ放出チャンバ２０の上面には、エア又は不活性ガスを前記ＶＯＣ放出チャンバ２０に導入するためのエア又は不活性ガス供給ダクト２１が接続され、このエア又は不活性ガス供給ダクト２１には、第２のフィルタ２２が設けられている。

また、ＶＯＣ放出チャンバ２０の下面には、該ＶＯＣ放出チャンバ２０内で放出されたＶＯＣを含むエア又は不活性ガスを、熱触媒燃焼装置等のＶＯＣ分解装置へ送るための処理後エア排出ダクト２３が接続されている。そして、この処理後エア排出ダクト２３には減圧用ファン２４が設けられ、この減圧用ファン２４によって、ＶＯＣ放出チャンバ２０内を所定の減圧状態にできるように構成されている。

また、ＶＯＣ放出チャンバ２０の内側面には、前記回転ローター３の上面と当接する位置に半円形の第２のフランジ２５が設けられ、ＶＯＣ放出チャンバ２０内を前記回転ローター３の上下で区分けできるように構成されている。換言すれば、回転ローター３に充填されたチップ状シリコーンゴム５によるＶＯＣ放出処理の前後のエアが混ざり合わないように構成されている。

なお、シリコーンゴムとしてジメチルポリシロキサンを用いた場合には、主として、トルエン、ベンゼン、キシレン、シクロヘキサン等のＶＯＣを吸収（溶解）することができるが、なかでもトルエンの除去に適している。

（２）動作原理
ここで、本発明に係る揮発性有機物の除去システムの動作原理を、図３に基づいて説明する。なお、図３は、シリコーンゴムによるＶＯＣ吸収及び放出機能を検証するための実験装置を示したものである。

すなわち、図３（Ａ）に示した実験装置は、ＶＯＣ吸収・放出チャンバへトルエンを供給する場合を、図３（Ｂ）は、ＶＯＣ吸収・放出チャンバから放出されるトルエンを測定する場合の実験装置を示している。

なお、本実験装置におけるＶＯＣ吸収・放出チャンバ３０は、シリコーンチューブ３１（内径：Φ１５ｍｍ、肉厚：２．５ｍｍ、長さ：８０ｍｍ）の両端にプラスチック製のチューブコネクター３２（内径：約Φ４ｍｍ）を取り付けたものである。

また、前記チューブコネクター３２の先端には、内径Φ４ｍｍのビニールチューブ３３の一端が取り付けられており、トルエンをシリコーンチューブ３１内に供給する時には、前記ビニールチューブ３３の他端に、２００ｍｌの注射器３４を接続するように構成されている（図３（Ａ）参照）。一方、トルエン濃度を測定する時には、前記ビニールチューブ３３の他端に、トルエン用検知管３５（測定範囲：１０〜３００ｐｐｍ）を接続するように構成されている（図３（Ｂ）参照）。

実験は次の手順で行った。
まず、図３（Ａ）に示すように、ＶＯＣ吸収・放出チャンバ３０のチューブコネクター３２の先端を、ビニールチューブ３３を介して２００ｍｌの注射器３４に接続し、トルエン（液）およそ０．５ｍｌを注射器３４内に入れ気化させながら、そのトルエン（ガス）を注射器３４で数回ＶＯＣ吸収・放出チャンバ３０へ供給した。その後、ビニールチューブ３３から注射器３４を外し、ＶＯＣ吸収・放出チャンバ３０内にクリーンエアを供給して、トルエンをパージした。

その後、図３（Ｂ）に示すように、ビニールチューブ３３を介して、トルエン用検知管３５（測定範囲：１０〜３００ｐｐｍ）をＶＯＣ吸収・放出チャンバ３０のチューブコネクター３２の先端に接続し、チャンバ内のエアを気体採取器（ガステック製 ＧＶ−１００Ｓ）で吸引採取した。その時のチャンバ内の圧力は−８ｍｍＡｑで、トルエンの濃度は約５０ｐｐｍであった。数回気体採取を行ったが、トルエン濃度はほぼ同じ値となった。

上記の手順で実験を行った結果、シリコーンゴムは、ゴム周囲のトルエン（ガス）の蒸気分圧が高い場合に（加圧時、図３（Ａ）参照）トルエンを吸収し、蒸気分圧が低い場合に（減圧時、図３（Ｂ）参照）、トルエンを放出することが確認された。

（３）作用
上記のような構成を有する本実施形態の樹脂による揮発性有機物の除去システムは、以下のように作用する。

まず、ＶＯＣ吸収チャンバ１０内が所定の加圧状態となるように加圧用ファン１２を作動させると共に、回転ローター３を所定の回転速度で回転させる。これにより、前記処理対象エア供給ダクト１１を介して、ＶＯＣを含むエアがＶＯＣ吸収チャンバ１０内に加圧供給されると共に、回転ローター３に充填されたチップ状シリコーンゴム５の周囲のトルエン（ガス）の蒸気分圧が高くなるため、エア中のＶＯＣがチップ状シリコーンゴム５に吸収される。

その結果、ＶＯＣ吸収チャンバ１０の上部空間内に供給されるエアは、ＶＯＣが除去された清浄エアとなり、この清浄エアが、前記処理後エア供給ダクト１４を介して、再度クリーンルーム等へ供給される。

一方、回転ローター３内のチップ状シリコーンゴム５に吸収されたＶＯＣは、以下のようにして、ＶＯＣ放出チャンバ２０内において放出される。

すなわち、前記減圧用ファン２４を作動させることにより、ＶＯＣ放出チャンバ２０内が所定の減圧状態とされ、前記エア又は不活性ガス供給ダクト２１を介して、ＶＯＣ放出チャンバ２０の上部空間には、エア又は不活性ガスが供給される。

また、ＶＯＣ吸収チャンバ１０内でＶＯＣを吸収した前記回転ローター３が徐々に回転して、ＶＯＣを吸収した部分が減圧用ファン２４により減圧されているＶＯＣ放出チャンバ２０内に移動すると、減圧によってチップ状シリコーンゴム５の周囲のトルエン（ガス）の蒸気分圧が低くなるため、チップ状シリコーンゴム５中に吸収されていたＶＯＣが放出される。放出されたＶＯＣは、処理後エア排出ダクト２３を介して、熱触媒燃焼装置等のＶＯＣ分解装置に送られ処理される。または、そのまま大気中に放出される。

このように、上下パンチング板３ａの間に充填されたチップ状シリコーンゴム５は、ＶＯＣ吸収チャンバ１０とＶＯＣ放出チャンバ２０の間を所定の速度で回転移動して、ＶＯＣを分離・濃縮してＶＯＣ吸収チャンバ１０から汲み出す働きをする。

（４）効果
上述したように、本実施形態の樹脂による揮発性有機物の除去システムによれば、シリコーンゴムのようなポーラスな空隙構造を持つ樹脂が、化学反応を伴わずにその空隙内にＶＯＣを取り込む（物理吸収する）性質を利用することにより、簡単な構成で、長期間にわたって使用できる、極めて有用性の高い揮発性有機物の除去システムを提供することができる。

また、本実施形態の揮発性有機物の除去システムで用いられるシリコーンゴムは、ゴム周囲の蒸気分圧が高いとＶＯＣを吸収し、低いと放出するという作用を有し、化学反応を伴わず、ＶＯＣの搬送媒体としてのみ機能するため、劣化することがない。

また、シリコーンゴムは常温大気中ではほとんど酸化されないため、半永久的に使用することができるため、経済性にも優れている。さらに、シリコーンゴムは毒性がないため、触れた場合でも、健康被害がなく安全性にも優れている。

（５）他の実施形態
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、具体的な各部材の形状、あるいは取付け位置及び方法は適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態においてはＶＯＣ吸収チャンバ１０とＶＯＣ放出チャンバ２０を一体的に構成したが、ＶＯＣ吸収・排出用のシリコーンゴムが、両チャンバ間を一定周期で移動可能な構成であれば、別個に設置しても良い。

また、ＶＯＣの吸収・放出に用いるシリコーンゴムとしては、ポーラスな空隙構造を持つ樹脂であって、化学反応を伴わずにその空隙内にＶＯＣを取り込む（物理吸収する）性質を有するものであれば良く、上記の実施形態に示したシリコーンゴムの他に、イオン交換樹脂等を用いることができる。

本発明に係る樹脂による揮発性有機物の除去システムの構成を示す断面図である。 図１に示した樹脂による揮発性有機物の除去システムのＡ−Ａ´断面図である。 シリコーンゴムのＶＯＣ吸収及び放出機能を検証するための実験装置を示す図であり、（Ａ）はＶＯＣ吸収・放出チャンバへトルエンを供給する場合の実験装置、（Ｂ）はＶＯＣ吸収・放出チャンバから放出されるトルエンを測定する場合の実験装置を示す図である。

符号の説明

１…チャンバ
２…隔壁
３…回転ローター
４…回転軸
５…シリコーンゴム
１０…ＶＯＣ吸収チャンバ
１１…処理対象エア供給ダクト
１２…加圧用ファン
１３…第１のフィルタ
１４…処理後エア供給ダクト
１５…第１のフランジ
２０…ＶＯＣ放出チャンバ
２１…エア又は不活性ガス供給ダクト
２２…第２のフィルタ
２３…処理後エア排出ダクト
２４…減圧用ファン
３０…ＶＯＣ吸収・放出チャンバ
３１…シリコーンチューブ
３２…チューブコネクター
３３…ビニールチューブ
３４…注射器
３５…トルエン用検知管

Claims (4)

1. 所定の揮発性有機物の除去処理の対象となるエアが導入される該揮発性有機物吸収チャンバと共に、該揮発性有機物を放出するための該揮発性有機物放出チャンバを設け、
   空隙構造を有する樹脂であるシリコーンゴムを、前記吸収チャンバと放出チャンバ間を所定の速度で循環移動できるように構成し、
   前記吸収チャンバには、前記処理対象エアを該吸収チャンバに導入するための処理対象エア供給ダクトと、揮発性有機物が除去されたエアを所望の場所に供給するための処理後エア供給ダクトを設けると共に、該揮発性有機物を前記シリコーンゴムに吸収させるために前記吸収チャンバ内を所定の加圧状態にするための加圧手段と、前記吸収チャンバの内側面から立設されるフランジを設け、
   前記放出チャンバには、エア又は不活性ガスを前記放出チャンバに導入するためのエア又は不活性ガス供給ダクトと、前記放出チャンバ内に供給されたエア又は不活性ガスと共に揮発性有機物を該放出チャンバの外部に排出するための処理後エア排出ダクトを設けると共に、該揮発性有機物を前記シリコーンゴムから放出させるために前記放出チャンバ内を所定の減圧状態にするための減圧手段と、前記放出チャンバの内側面から立設されるフランジを設けたことを特徴とする樹脂による揮発性有機物の除去システム。
2. 前記吸収チャンバと放出チャンバとが、筒状のチャンバ内を隔壁によって仕切ることにより形成され、
   前記空隙構造を有する樹脂が、前記吸収チャンバと放出チャンバ間を所定の速度で回転移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂による揮発性有機物の除去システム。
3. 前記樹脂が、該樹脂の周囲における前記揮発性有機物の蒸気分圧が高い場合に該揮発性有機物を該樹脂内に吸収し、蒸気分圧が低い場合に該揮発性有機物を該樹脂外に放出するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂による揮発性有機物の除去システム。
4. 前記加圧手段が、前記処理対象エア供給ダクトに配設された加圧用ファンであり、前記減圧手段が、前記処理後エア排出ダクトに配設された減圧用ファンであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の樹脂による揮発性有機物の除去システム。

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