JP5797564B2 - Chemical filter using acidic additive - Google Patents
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Description
本発明は、露光工程で露光障害等を引き起こすおそれのあるシラノール化合物を空気中から除去するためのケミカルフィルタに関する。 The present invention relates to a chemical filter for removing silanol compounds that may cause exposure failure in an exposure process from the air.
半導体製造プロセスの露光工程において、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)のようなジシラザン化合物が、フォトレジスト密着剤として使用されることが知られている。HMDSは、例えばガスとしてウエハ表面に吹き付けられることにより、ウエハ表面の水酸基をトリメチルシラノール基に置換させることで、ウエハ表面を疎水化させて、ウエハ表面のレジスト剤との密着性を向上させている。HMDSは加水分解してトリメチルシラノール(TMS)として露光装置内にガス状で浮遊することがあるが、浮遊したTMSはレンズ等に付着して曇りの原因となり、露光障害等を引き起こすおそれがある。 It is known that a disilazane compound such as hexamethyldisilazane ( HMDS ) is used as a photoresist adhesive in the exposure process of the semiconductor manufacturing process. HMDS , for example, is sprayed as a gas on the wafer surface to replace the hydroxyl group on the wafer surface with a trimethylsilanol group, thereby hydrophobizing the wafer surface and improving the adhesion with the resist agent on the wafer surface. . HMDS may hydrolyze and float in the form of trimethylsilanol (TMS) in the form of a gas in the exposure apparatus. However, the suspended TMS may adhere to the lens or the like and cause fogging, which may cause exposure failure.
露光工程が行われる露光装置のチャンバ内部には、通常、活性炭等の吸着剤を有するケミカルフィルタを通過した空気が供給される。TMS等のガス状不純物は、ケミカルフィルタによって除去されることにより、チャンバ内部は一定の清浄度に保持され、露光障害等が防止されるのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。 Air that has passed through a chemical filter having an adsorbent such as activated carbon is usually supplied into the chamber of the exposure apparatus in which the exposure process is performed. In general, gaseous impurities such as TMS are removed by a chemical filter, so that the inside of the chamber is maintained at a certain level of cleanliness, thereby preventing exposure failure and the like (see, for example, Patent Document 1).
しかし、TMSは、低分子量物質であり、活性炭等では吸着し難くまた吸着してもすぐに脱離するため、一般的な吸着剤を有するケミカルフィルタでは、効率的に除去することは難しい。したがって、従来、TMSを必要量除去するために、ケミカルフィルタを厚くし若しくは多層にしたり、活性炭を多量に使用したりする必要があった。 However, TMS is a low molecular weight substance that is difficult to be adsorbed by activated carbon or the like, and is readily desorbed even if it is adsorbed. Therefore, it is difficult to remove it efficiently with a chemical filter having a general adsorbent. Therefore, conventionally, in order to remove the necessary amount of TMS, it has been necessary to make the chemical filter thicker or multi-layered or to use a large amount of activated carbon.
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、TMS等のシラノール化合物を効率的に除去可能なシラノール化合物除去用ケミカルフィルタを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above problem, and it aims at providing the chemical filter for silanol compound removal which can remove silanol compounds, such as TMS, efficiently.
本発明に係るシラノール化合物除去用ケミカルフィルタは、多孔質体から構成される多数の吸着剤を備え、多数の吸着剤の少なくとも一部は、酸性物質の添着剤が添着されており、添着剤によって空気中に含まれるシラノール化合物を、二量化して吸着剤によって吸着させることを特徴とする。 The chemical filter for removing silanol compounds according to the present invention includes a large number of adsorbents composed of a porous body, and at least a part of the large number of adsorbents is adsorbed with an acidic substance additive. The silanol compound contained in the air is dimerized and adsorbed by an adsorbent.
上記添着剤は、無機酸または有機酸であって、例えばリン酸、ホスホン酸、硫酸、硝酸塩、硫酸塩、及び有機酸から成る群から選択されたものを含み、好ましくはホスホン酸、硫酸水素カリウム、及び硫酸アルミニウムから成る群から選択されるものを含む。一方、多孔質体は、好ましくは活性炭であって、また、添着剤の添着量は、多孔質体に対して、12重量%以下であることが好ましい。ケミカルフィルタは、例えば多数の吸着剤が固着されたフィルタ基材によって構成されるものである。上記シラノール化合物は、例えば、トリメチルシラノールである。 The additive includes an inorganic acid or an organic acid selected from the group consisting of phosphoric acid, phosphonic acid, sulfuric acid, nitrate, sulfate, and organic acid, preferably phosphonic acid, potassium hydrogen sulfate. And selected from the group consisting of aluminum sulfate. On the other hand, the porous body is preferably activated carbon, and the amount of the additive is preferably 12% by weight or less with respect to the porous body. A chemical filter is comprised by the filter base material to which many adsorption agents were fixed, for example. The silanol compound is, for example, trimethylsilanol.
フィルタ基材が発泡体であり、かつそのセル数が8〜13個/インチであることが好ましく、その場合、吸着剤の平均粒径が0.55〜0.65mmであるとより好ましい。 The filter base material is preferably a foam and the number of cells is preferably 8 to 13 cells / inch. In that case, the average particle diameter of the adsorbent is more preferably 0.55 to 0.65 mm.
本発明に係るケミカルフィルタは、好ましくは、吸着剤に上記添着剤が添着されている第1のフィルタ部と、吸着剤に上記添着剤が添着されていない第2のフィルタ部とを備える。これら第1及び第2のフィルタ部は空気が通過する方向に沿って上流側からこの順に配置される。 The chemical filter according to the present invention preferably includes a first filter part in which the adsorbent is attached to an adsorbent and a second filter part in which the adsorbent is not attached to the adsorbent. These 1st and 2nd filter parts are arrange | positioned in this order from the upstream along the direction through which air passes.
本発明に係る露光装置は、上記したケミカルフィルタによって内部の空気が浄化されるものである。 The exposure apparatus according to the present invention purifies the internal air by the above-described chemical filter.
本発明に係る空気浄化方法は、多孔質体から構成される多数の吸着剤を備えるとともに、多数の吸着剤の少なくとも一部が、酸性物質の添着剤が添着されているケミカルフィルタに、シラノール化合物を含む空気を通過させて、シラノール化合物を二量化し、その二量体を吸着剤によって吸着させることを特徴とする。 The air purification method according to the present invention includes a silanol compound in a chemical filter provided with a large number of adsorbents composed of a porous body, and at least a part of the large number of adsorbents is adsorbed with an acidic substance additive. The silanol compound is dimerized by passing air containing the dimer, and the dimer is adsorbed by an adsorbent.
本発明では、シラノール化合物が、ケミカルフィルタから脱離しにくい二量体とされたうえで吸着剤に吸着されるので、ケミカルフィルタのシラノール化合物の除去効率を向上させることが可能となる。 In the present invention, since the silanol compound is made into a dimer that is not easily desorbed from the chemical filter and is adsorbed by the adsorbent, the removal efficiency of the silanol compound of the chemical filter can be improved.
10 露光装置
15 内部ケミカルフィルタ
50 フィルタ基材
51 吸着剤
66 第1のケミカルフィルタ(第1のフィルタ部)
67 第2のケミカルフィルタ(第2のフィルタ部)
70A 上流部分(第1のフィルタ部)
70B 下流部分(第2のフィルタ部)DESCRIPTION OF
67 2nd chemical filter (2nd filter part)
70A upstream part (first filter part)
70B Downstream part (second filter part)
以下、本発明について図面を参照しつつさらに詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るケミカルフィルタが適用される露光装置を示す概略図である。図1に示すように、露光装置10は、その外部チャンバ11内部に、内部チャンバ12と空気循環路13とが設けられた構造となっており、内部チャンバ12の内部には露光本体部20が配置される。空気循環路13は、内部チャンバ12内部の空気を循環させるための通路である。空気循環路13内部には、内部チャンバ12内部の空気の温度及び湿度を一定に保つための調温調湿装置14と、内部チャンバ12の空気を浄化するための内部ケミカルフィルタ15が設けられる。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an exposure apparatus to which a chemical filter according to the first embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the
露光本体部20は、照明光学系21、レクチル22、投影光学系23、及びウエハステージ24を備え、ウエハステージ24上には、ウエハWが載置させられている。ウエハWは、下記一般式(1)で示されるジシラザン化合物であるフォトレジスト密着剤によって表面が疎水化された後、フォトレジスト剤が塗布されたものである。
The exposure
R3SiNHSiR3 ・・・・(1)
式(1)において、Rはメチル、エチル等の炭素数1〜3のアルキル基であるが、Rのうち一部は水素原子、又はふっ素原子、塩素原子等のハロゲン原子であっても良い。当該ジシラザン化合物としては、上記式(1)においてRが全てメチルであるヘキサメチルジシラザン(HMDS)が一般的に使用される。
R 3 SiNHSiR 3 (1)
In the formula (1), R is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms such as methyl and ethyl, but a part of R may be a hydrogen atom, or a halogen atom such as a fluorine atom or a chlorine atom. As the disilazane compound, hexamethyldisilazane ( HMDS ) in which R is all methyl in the above formula (1) is generally used.
照明光学系21は、リレーレンズ系、コンデンサーレンズ等を含み、外部チャンバ11の外部に設けられた光源26から出射されたレーザー光を、レクチル22に入射させる。レクチル22は所定のマスクパターンを有するフォトマスクであって、そのマスクパターンは投影光学系23を介して、ウエハステージ24上に配置されるウエハWに結像され、ウエハWに対して露光処理が行われる。
The illumination
空気循環路13内部等には不図示のファンが設けられ、外部チャンバ11内部の空気は、そのファンによって、一定経路Sに沿って循環させられる。具体的には、空気循環路13の空気は、内部供給口16を介して内部チャンバ12内部に供給され、内部チャンバ12内部を循環して、内部排出口17を介して空気循環路13に排出される。内部排出口17から排出された空気は、空気循環路13内部において、内部ケミカルフィルタ15及び調温調湿装置14を通って再び、内部供給口16を介して、内部チャンバ12内部に供給される。また、内部チャンバ12内部の空気は、一部が局部排出口18を介して外部に排気されるとともに、外部の空気は、外部供給口19を介して空気循環路13内部に供給される。
A fan (not shown) is provided inside the
調温調湿装置14は、内部供給口16の上流に配置され、空気循環路13から内部チャンバ12内部に供給される空気は、調温調湿装置14によって、一定湿度、一定温度に調整されたものである。また、外部供給口19の上流には、外部ケミカルフィルタ25が配置され、外部からの空気は、外部ケミカルフィルタ25によって、ガス状汚染物質が除去されたうえで、空気循環路13に供給される。
The temperature and
図2に示すように、空気循環路13内部に設けられた内部ケミカルフィルタ15は、ポリウレタンフォーム等の発泡体やから構成される三次元網状骨格構造を有し、例えばマット形状を呈するフィルタ基材50に、無数の吸着剤51が公知のバインダによって固着されたものである。なお、フィルタ基材50としては、発泡体の代わりに有機繊維や無機繊維から構成される繊維状基材やハニカム構造体が使用されても良い。本実施形態における内部ケミカルフィルタ15は、以下の構成を有することにより、後述するシラノール化合物を効率的に除去することが可能なシラノール化合物除去用ケミカルフィルタである。
As shown in FIG. 2, the internal
内部ケミカルフィルタ15の吸着剤51は、破砕状、粉末状、粒子状(例えば、ビーズ状)等の多孔質体の表面に酸性物質の添着剤が添着されたものである。吸着剤51に使用される多孔質体としては、活性炭、シリカ、ゼオライト、アルミナ、多孔質ガラス等のガス状有機物を物理的吸着により吸着可能なものが挙げられるが、これらのうち活性炭が好ましい。活性炭は、後述するシラノール化合物やジシロキサン化合物を吸着しやすいからである。
The adsorbent 51 of the
添着剤としては、無機酸及び有機酸から成る群から選択された酸性物質が使用される。これら無機酸、有機酸の例としては、硫酸銅(II)(CuSO4)、硫酸鉄(II)(FeSO4)、硫酸鉄(III)(Fe2(SO4)3)、硫酸アルミニウム(Al2(SO4)3)、硫酸水素カリウム(KHSO4)で例示される硫酸塩、硝酸鉄(III)(Fe(NO3)3)、硝酸銀(AgNO3)、硝酸アルミニウム(Al(NO3)3)、硝酸マンガン(II)(Mn(NO3)2)で例示される硝酸塩、硫酸、リン酸、ホスホン酸等の無機酸、クエン酸等の有機酸が挙げられる。これらの中では、後述するシラノール化合物を二量化しやすくするために、ホスホン酸や硫酸アルミニウム、或いは硫酸水素金属塩である硫酸水素カリウムが使用されることが好ましく、硫酸水素カリウムが特に好ましい。As the additive, an acidic substance selected from the group consisting of inorganic acids and organic acids is used. Examples of these inorganic acids and organic acids include copper (II) sulfate (CuSO 4 ), iron (II) sulfate (FeSO 4 ), iron (III) sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ), sulfates exemplified by potassium hydrogen sulfate (KHSO 4 ), iron (III) nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ), silver nitrate (AgNO 3 ), aluminum nitrate (Al (NO 3 )) 3 ), nitrates exemplified by manganese nitrate (II) (Mn (NO 3 ) 2 ), inorganic acids such as sulfuric acid, phosphoric acid and phosphonic acid, and organic acids such as citric acid. In these, in order to make the silanol compound mentioned later easy to dimerize, it is preferable to use phosphonic acid, aluminum sulfate, or potassium hydrogen sulfate which is a hydrogen sulfate metal salt, and potassium hydrogen sulfate is especially preferable.
吸着剤51は例えば、多孔質体を添着剤の水溶液に浸漬し、或いは多孔質体に添着剤の水溶液を噴霧等して、多孔質体表面に当該水溶液を付着させた後加熱乾燥することにより、吸着剤51に添着剤を担持させることにより得られるものである。上記添着剤の多孔質体への添着量は、多孔質体(100重量%)に対して、12重量%以下であることが好ましく、4〜9重量%が特に好ましい。添着剤の添着量を多くし過ぎると、多孔質体の表面が添着剤によって塞がれ、多孔質体のガス吸着能力が低下して、結果としてシラノール化合物の除去能力が低下し、また添着量を少なくし過ぎると、吸着剤51によってシラノール化合物を二量化する効率が低下するため、添着量は上記範囲であることが好ましい。 The adsorbent 51 is obtained by, for example, immersing the porous body in an aqueous solution of an additive or spraying the aqueous solution of the additive on the porous body to adhere the aqueous solution to the surface of the porous body and then drying by heating. It is obtained by supporting an adsorbent on the adsorbent 51. The amount of the additive added to the porous body is preferably 12% by weight or less, particularly preferably 4 to 9% by weight, based on the porous body (100% by weight). If the amount of the additive is excessively increased, the surface of the porous body is blocked by the additive, and the gas adsorption capacity of the porous body is reduced. As a result, the removal ability of the silanol compound is reduced, and the amount of the adhesive is added. If the amount is too small, the efficiency of dimerizing the silanol compound by the adsorbent 51 is lowered, so the amount of attachment is preferably in the above range.
フィルタ基材として使用されるポリウレタンフォーム等の発泡体は、特に限定されるわけではないが、そのセル数が8〜13個/インチであることが好ましい。セル数が8個/インチ未満になると、十分な量の活性炭が発泡体に付着しなくなり、シラノール化合物を二量化する効率や、吸着性能が低下する。また、セル数が14個/インチ以上になると、空隙が小さすぎて、二量化する効率が低くなったり、吸着剤が発泡体に添着しにくくなったりし、さらには圧力損失も大きくなるおそれもある。セル数は、二量化する効率や除去効率をより良好にするためには、10〜11個/インチであることが特に好ましい。 The foam such as polyurethane foam used as the filter substrate is not particularly limited, but the number of cells is preferably 8 to 13 / inch. When the number of cells is less than 8 cells / inch, a sufficient amount of activated carbon does not adhere to the foam, and the efficiency of dimerizing the silanol compound and the adsorption performance decrease. If the number of cells is 14 cells / inch or more, the voids are too small, the efficiency of dimerization becomes low, the adsorbent becomes difficult to adhere to the foam, and the pressure loss may increase. is there. The number of cells is particularly preferably 10 to 11 cells / inch in order to improve the dimerization efficiency and the removal efficiency.
また、多孔質体が活性炭等から成るビーズ状の多孔質体である場合には、上記セル数を7〜13個/インチとするとともに、多孔質体の平均粒径を0.55〜0.65mm程度とすることにより、吸着剤の付着量と空隙とのバランスが良好なものに保たれ、吸着性能と二量化率の両方を十分に高めることができる。なお、平均粒径とは、JIS K 1474−5.4準拠の乾式ふるい分け法により測定したものである。また、セル数とは、1インチあたりのセル数の数を目視により測定したものである。 Further, when the porous body is a bead-shaped porous body made of activated carbon or the like, the number of cells is set to 7 to 13 / inch, and the average particle diameter of the porous body is set to 0.55 to 0.00. By setting the thickness to about 65 mm, the adsorbent adhesion amount and the gap are kept in a good balance, and both the adsorption performance and the dimerization rate can be sufficiently increased. The average particle size is measured by a dry sieving method according to JIS K 1474-5.4. The number of cells is a value obtained by visually measuring the number of cells per inch.
上記したように、ウエハWは、ジシラザン化合物によって構成されるフォトレジスト密着剤によって、疎水化処理が施され、また、チャンバ12内部は、一定の相対湿度に保たれる。そのため、内部チャンバ12内部には、ジシラザン化合物の加水分解反応(反応式(2)’参照)によって生成される、化学式(2)のシラノール化合物が浮遊しており、一定経路Sに沿って循環する空気には、シラノール化合物が含まれる。
R3SiNHSiR3 +2H2O → 2R3SiOH + NH3 ・・・(2)’As described above, the wafer W is subjected to a hydrophobization process by the photoresist adhesive agent composed of a disilazane compound, and the interior of the
R 3 SiNHSiR 3 + 2H 2 O → 2R 3 SiOH + NH 3 (2) ′
R3SiOH ・・・・(2)
シラノール化合物は、式(2)に示すように、SiOH基を1つだけ有するものである。式(2)において、Rはメチル、エチル等の炭素数1〜3のアルキル基であるが、Rのうち一部は水素原子、又はふっ素原子、塩素原子等のハロゲン原子であっても良い。当該シラノール化合物は、一般的には、HMDSの分解物であって、式(2)においてRが全てメチルとなるトリメチルシラノール(TMS)である。
R 3 SiOH (2)
The silanol compound has only one SiOH group as shown in Formula (2). In the formula (2), R is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms such as methyl and ethyl, but a part of R may be a hydrogen atom, or a halogen atom such as a fluorine atom or a chlorine atom. The silanol compound is generally a decomposition product of HMDS , and is trimethylsilanol (TMS) in which R is all methyl in the formula (2).
シラノール化合物は、下記式(3)に示すように、脱水縮合することにより二量化される。この脱水縮合反応は、露光装置10内部のように、シラノール化合物低濃度下では通常殆ど起こらないが、上記した添着剤が添着された吸着剤があると低濃度下でも、吸着剤の吸着作用及び添着剤の酸触媒作用により発生しやすくなる。したがって、シラノール化合物の少なくとも一部(通常、半分以上程度)は、内部ケミカルフィルタ15を通過する際に二量化され、二量体であるジシロキサン化合物に化学変化させられる。二量体であるジシロキサン化合物は、シラノール化合物よりも分子量が大きいため、シラノール化合物よりも、内部ケミカルフィルタ15の多孔質体によって吸着されやすく、また吸着された後脱離しにくくなる。
The silanol compound is dimerized by dehydration condensation as shown in the following formula (3). This dehydration condensation reaction hardly occurs at a low concentration of silanol compound as in the
すなわち、内部ケミカルフィルタ15は、添着剤でシラノール化合物を積極的に二量化することにより、効率的にシラノール化合物を吸着剤51に吸着させることが可能になる。このように、本実施形態では、吸着剤51によって、効率的にシラノール化合物を除去可能であるので、内部ケミカルフィルタ15の寿命を長くすることができる。
That is, the
2R3SiOH → R3SiOSiR3 + H2O ・・・(3)
式(3)において、ジシロキサン化合物(R3SiOSiR3)は一般的に、TMSの二量体であるヘキサメチルジシロキサンである。2R 3 SiOH → R 3 SiOSiR 3 + H 2 O (3)
In the formula (3), the disiloxane compound (R 3 SiOSiR 3 ) is generally hexamethyldisiloxane which is a dimer of TMS.
なお、外部ケミカルフィルタ25は、内部ケミカルフィルタ15と同様の構成を有するケミカルフィルタであっても良いが、添着剤が添着されていない活性炭等の多孔質体が、フィルタ基材に固着されたケミカルフィルタであっても良い。勿論、内部ケミカルフィルタ15は、吸着剤51によってシラノール化合物及びその二量体以外のガス状不純物も除去する。また、経路S上には、他の種類のエアフィルタがさらに設けられていても良い。
The
図3は、本発明の第2の実施形態に係るケミカルフィルタの構造を示す。第1の実施形態においては、内部ケミカルフィルタ15は、1つのケミカルフィルタによって構成されたが、第2の実施形態では、内部ケミカルフィルタ65は、図3に示すように、第1及び第2のケミカルフィルタ66、67が重ねられて構成される。第1及び第2のケミカルフィルタ66、67は、空気が通過する方向S’に沿って上流側からこの順に配置される。
FIG. 3 shows the structure of a chemical filter according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the
この場合、第1のケミカルフィルタ66は、第1の実施形態の内部ケミカルフィルタ15と同様の構成を有しており、フィルタ基材50に、酸性物質の添着剤が添着された無数の吸着剤が固着されたものである。一方、第2のケミカルフィルタ67は、フィルタ基材50に、酸性物質の添着剤が添着されていない無数の吸着剤が固着されたものである。
In this case, the first chemical filter 66 has the same configuration as the
本実施形態では、2つのケミカルフィルタが設けられることにより、シラノール化合物の除去率がさらに良好になる。なお、第2のケミカルフィルタ67は、流入される空気のシラノール化合物の濃度が極めて低く、酸添着の吸着剤が用いられてもその二量化効果が低いため、無添着のものが使用される。
In this embodiment, the removal rate of the silanol compound is further improved by providing two chemical filters. The
また、第1のケミカルフィルタ66は、吸着剤に添着剤が添着されたことによって、アウトガスが発生しやすくなるが、そのようなアウトガスは、第2のケミカルフィルタ67で吸着・除去される。したがって、第1のケミカルフィルタ66において、添着剤に起因するアウトガスが、内部チャンバ12内部に混入することも効果的に防止される。
Further, the first chemical filter 66 is likely to generate outgas due to the adsorbent adhering to the adsorbent, but such outgas is adsorbed and removed by the
さらに、第2の実施形態における第1及び第2のケミカルフィルタ66、67は、別体のフィルタ基材50、50それぞれに無数の吸着剤が固着されて構成されたが、図4に示すように、1つのフィルタ基材50から構成されたケミカルフィルタ70であっても良い。この場合、ケミカルフィルタ70の上流側の部分(上流部分70A)に添着剤が添着された吸着剤が固着され、下流側の部分(下流部分70B)に添着剤が添着されていない吸着剤が固着される。
Furthermore, the first and second chemical filters 66 and 67 in the second embodiment are configured by attaching an infinite number of adsorbents to the separate
また、第1の実施形態では、添着剤が添着された活性炭と、添着剤が添着されない活性炭の両方が混合されて、フィルタ基材50に固着されていても良い。さらに、第2の実施形態のように、第1及び第2のケミカルフィルタが重ねられているような場合において、これらいずれのフィルタにも添着剤が添着された活性炭が固着されても良い。
In the first embodiment, both the activated carbon to which the additive is attached and the activated carbon to which the additive is not attached may be mixed and fixed to the
なお、第1及び第2の実施形態において、各ケミカルフィルタは、フィルタ基材に吸着剤が固着されたものでなくても良く、例えば容器やケース中に吸着剤が充填されたものであっても良い。例えば、第2の実施形態では、第1のケミカルフィルタを容器やケース中に添着剤が添着された吸着剤が充填されたものとするとともに、第2のケミカルフィルタを、添着剤が添着されていない吸着剤が、フィルタ基材に固着されたものとしても良い。 In the first and second embodiments, each chemical filter may not be one in which an adsorbent is fixed to a filter base material, for example, a container or case filled with an adsorbent. Also good. For example, in the second embodiment, the first chemical filter is assumed to be filled with an adsorbent with an additive in a container or case, and the second chemical filter is attached with an additive. A non-adsorbent may be fixed to the filter substrate.
本発明について、以下実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例の構成に限定されるわけではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the configurations of the following examples.
[通気試験1]
通気実験1では、図5に示すように、内部に6層のケミカルフィルタ83A〜83Fを重ねて配置したカラム80を用意した。ケミカルフィルタ83A〜83Fとしては、セル数7個/インチのウレタンフォームに、添着剤未添着の活性炭を固着して構成されるギガソーブL(商品名、ニッタ株式会社製)であって、直径19mm、高さ20mmの円柱状のものを用いた。カラム80のエア排出口82側には、エアの流量を調整するバルブ84と、カラム80に通気されるエアの流量を計測する流量計85と、カラム80にエアを通気させるためのポンプ86を接続した。最も上流側のケミカルフィルタ83Aは、約450g/m2のTMSを付着させて、TMS発生源として使用した。なお、本通気試験及び以下に示す通気試験2〜6では、活性炭として平均粒径0.64mmのビーズ状活性炭を用いた。[Ventilation test 1]
In the ventilation experiment 1, as shown in FIG. 5, a
カラム80には、10.2リットル/分(面風速0.6m/秒)で、23℃に空調したエアを240時間通気させた。TMSは一部がヘキサメチルジシロキサン(以下、“D2”と略する)に二量化されるとともに、エア通気によりケミカルフィルタ83AからTMSないしD2が脱離して、下流側に流された。
The
通気終了後、ケミカルフィルタ83A〜83Fそれぞれを20mlのアセトン中に入れて、各フィルタに吸着されたガス状有機物を超音波振動により2時間かけて抽出し、GC−FIDによって、フィルタ83A〜83Fそれぞれに吸着されたTMSとD2の量を測定した。また、通気前(0時間)のケミカルフィルタ83A〜83Fに関しても、ブランクとして同様にTMSとD2の重量を測定した。表1には、TMS及びD2それぞれに関し、各層における測定値と、全体の吸着量を100重量%としたときの各層の吸着量の比率(重量%)とを示した。
After the ventilation, the chemical filters 83A to 83F are put in 20 ml of acetone, and gaseous organic substances adsorbed on each filter are extracted by ultrasonic vibration over 2 hours. Each of the
GC−FIDの測定条件は、以下のとおりである。
GC−FID:島津製作所社製、GC−2010
カラム:Inert Cap 1MS 内径0.25mm 長さ60m
カラム温度:40℃で5分間維持した後、10℃/分で280℃まで昇温。その後、280℃で21分間維持。
キャリアガス:He カラム流量:1.16ml/分
注入量:1.0μl 測定時間:50分The measurement conditions of GC-FID are as follows.
GC-FID: manufactured by Shimadzu Corporation, GC-2010
Column: Inert Cap 1MS Inner Diameter 0.25mm Length 60m
Column temperature: maintained at 40 ° C. for 5 minutes, then heated to 280 ° C. at 10 ° C./min. Thereafter, maintained at 280 ° C. for 21 minutes.
Carrier gas: He Column flow rate: 1.16 ml / min Injection volume: 1.0 μl Measurement time: 50 minutes
表1の結果から明らかなように、TMSは、1層目のケミカルフィルタからその多くが脱離し、その脱離したTMSは3層目のケミカルフィルタに最も多く吸着された。一方、D2はその多くが1層目のケミカルフィルタに保持されたままであり、脱離したものも2層目のフィルタに最も多く吸着された。すなわち、TMSはケミカルフィルタに吸着されにくく、一旦吸着されても脱離しやすいが、その二量体(D2)は、ケミカルフィルタに吸着されやすく、一旦吸着されたものはフィルタから脱離しにくいことが理解できる。 As is clear from the results in Table 1, most of the TMS was desorbed from the first-layer chemical filter, and the desorbed TMS was most adsorbed by the third-layer chemical filter. On the other hand, most of D2 was retained by the first-layer chemical filter, and most of D2 was adsorbed by the second-layer filter. That is, TMS is difficult to be adsorbed by the chemical filter and is easily desorbed once adsorbed, but the dimer (D2) is easily adsorbed to the chemical filter, and once adsorbed, it is difficult to desorb from the filter. Understandable.
[通気実験2]
通気実験2では、図6に示すように、第1〜第7の管部101〜107がこの順で接続して成るカラム100を用意した。第1の管部101はエア注入口を構成し、第7の管部107はエア排出口を構成した。エア排出口には、エアの流量を調整するバルブ108と、カラム100に通気されるエアの流量を計測する流量計109と、カラム100にエアを通気させるためのポンプ110を接続した。カラム100において、第2の管部102内部に、ケミカルフィルタ111を配置した。ケミカルフィルタ111は、TMSを付着させてあり、TMS発生源として使用した。[Ventilation experiment 2]
In the ventilation experiment 2, as shown in FIG. 6, a
第4の管部104は、その内部に吸着剤112を充填させて、第1のケミカルフィルタを構成した。実施例1〜14、比較例1、2では、吸着剤112として、活性炭に表2の添着剤を添着させたものを使用した。比較例3は、添着剤を未添着であることを除いて実施例1〜14と同様に実施した。比較例4では、吸着剤112としては、ギガソーブR(ニッタ株式会社製)用のビーズ状の酸性イオン交換樹脂を使用した。
The
第6の管部106の内部には、6層のケミカルフィルタ113A〜113Fを重ねて、第2のケミカルフィルタとして吸着層113を設けた。通気試験2におけるケミカルフィルタ111、113A〜113Fとしては、通気試験1で用いたケミカルフィルタと同様のものを用いた。
Six layers of
ポンプ110の吸気によって、カラム100に温度25℃、相対湿度55%のクリーンエアを、面風速0.6m/秒(10.2リットル/分)で通気させた。この通気により、ケミカルフィルタ111からはTMSが脱離して、第2の管部102から下流側には、TMSを含むエアが流された。通気は、TMSの通気濃度を2000〜3000ppbとして24時間行った。TMSは、吸着剤の酸触媒作用等によって一部がD2に変化した。通気終了後、通気実験1と同様にして、吸着剤112、及びフィルタ113A〜113Fそれぞれに吸着されたTMSとD2の重量を測定し、その測定値から吸着剤112、吸着層113の全てに吸着されたTMSとD2それぞれの合計を求め、TMSとD2の比率(重量%)を算出した。算出結果を表2に示す。
Clean air having a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 55% was passed through the
なお、実施例1〜11、13、14及び比較例1〜2において、添着剤の活性炭に対する添着量は6重量%であった。また、実施例12では、リン酸の活性炭に対する添着量は18重量%であった。
In Examples 1 to 11, 13, 14 and Comparative Examples 1 to 2, the amount of the additive to the activated carbon was 6% by weight. In Example 12, the amount of phosphoric acid attached to the activated carbon was 18% by weight.
[通気実験3]
次に、上記各実施例のうち、実施例4、7、9、10〜13、比較例3、4については、実際の使用環境により近づけて効果を検証するために、表3に示すようにTMSの通気濃度をより低く(51ppb以下)して通気実験3を実施した。通気実験3では、通気120時間後における、吸着層113に吸着されたTMSとD2の比率を測定した。その結果を表3に示す。なお、通気実験3では、通気時間、通気濃度以外の条件は、通気実験2と同様であった。[Ventilation experiment 3]
Next, among the above examples, Examples 4, 7, 9, 10 to 13 and Comparative Examples 3 and 4 are as shown in Table 3 in order to verify the effect closer to the actual use environment. Aeration experiment 3 was performed with a lower TMS aeration concentration (below 51 ppb). In aeration experiment 3, the ratio of TMS and D2 adsorbed on the
[通気実験4]
次に、通気実験3においてD2への変化率が高かった実施例7、9、13について、添着剤の添着量を3重量%、9重量%、12重量%(ただし、実施例7は9重量%を除く)に変更して、通気実験3と同様の実験を行った。その結果を表4に示す。なお、表4においては、D2の比率(%)のみを示した。
Next, for Examples 7, 9, and 13 in which the rate of change to D2 was high in the ventilation experiment 3, the amount of the additive was 3% by weight, 9% by weight, and 12% by weight (however, Example 7 was 9% by weight) The experiment similar to the ventilation experiment 3 was performed. The results are shown in Table 4. In Table 4, only the ratio (%) of D2 is shown.
通気実験2、3から明らかなように、添着剤として酸性物質を用いた実施例1〜13は、未添着活性炭や添着剤として中性物質を用いた比較例1〜3に比べて、D2への変化率が高かった。また、酸性イオン交換樹脂を吸着剤として用いた比較例4は、通気実験2ではD2への変化率が良好であったが、通気実験3ではD2への変化率が著しく低くなった。この結果により、酸性イオン交換樹脂は、実用的な使用環境下では、シラノール化合物を二量化する効果が低いことが推察される。また、通気実験3の結果から、硫酸アルミニウム、硫酸水素カリウム、ホスホン酸は、シラノール化合物を二量化する作用効果に優れ、また、通気実験4から添着剤の添着量は12重量%以下、好ましくは4〜9重量%程度とすれば良いことが理解できる。 As is clear from the aeration experiments 2 and 3, Examples 1 to 13 using an acidic substance as an additive are compared with Comparative Examples 1 to 3 using an unattached activated carbon and a neutral substance as an additive. The rate of change was high. In Comparative Example 4 using an acidic ion exchange resin as an adsorbent, the rate of change to D2 was good in the aeration experiment 2, but the rate of change to D2 was significantly low in the aeration experiment 3. From this result, it is presumed that the acidic ion exchange resin has a low effect of dimerizing the silanol compound under a practical use environment. From the results of the aeration experiment 3, aluminum sulfate, potassium hydrogen sulfate, and phosphonic acid are excellent in the effect of dimerizing the silanol compound. From the aeration experiment 4, the addition amount of the additive is preferably 12% by weight or less, preferably It can be understood that it may be about 4 to 9% by weight.
[通気実験5]
図7に示す試験装置を用いた通気試験5により、実施例A、比較例B,Cを実施して、本発明に係るケミカルフィルタの除去性能を確認した。
[実施例A]
図7に示すように、エア流入側から第1及び第2の管部121、122が接続されたカラム120を用意した。カラム120の排出側には、通気試験1と同様に、バルブ123、流量計124及びポンプ125を接続した。カラム120のエア流入側には、恒温恒湿槽137内部に配置された、TMS発生源135及びケミカルフィルタ136を接続した。TMS発生源135は、上部が開口し内部に液体のTMSが3ml入れられた内部容器138を、通気経路の一部を成す外部容器139の内部に配置して構成した。[Ventilation experiment 5]
Example A and Comparative Examples B and C were carried out by
[Example A]
As shown in FIG. 7, a
第1の管部121の内部には、セル数13個/インチのウレタンフォームに、吸着剤として硫酸水素カリウムを添着した活性炭を固着して成る1層のケミカルフィルタを第1のフィルタ131として配置した。この吸着剤において、硫酸水素カリウムは、活性炭に対して8重量%添着されていた。第1のフィルタ131の形状、大きさは、通気試験1のフィルタ83A〜83Eと同様であった。また、吸着剤は、バインダを全体に付着させたウレタンフォームに、無数降り掛けてフォーム全体に均一に固着させた。第2の管部122の内部には、通気試験1のフィルタ83A〜83Eに使用したものと同様のギガソーブLを10層重ねて、第2のフィルタ132を設けた。
Inside the
恒温恒湿槽137内部の空気は、温度23℃、相対湿度50%に維持されており、ケミカルフィルタ136で空気中のガス成分が除去されてクリーンエアとされるとともに、TMS発生源135において気化されたTMSを一定割合で含有したうえで、カラム120に送気された。カラム120において、空気中に含有されるTMSは、一部がD2に二量化したうえで第1及び第2のケミカルフィルタ131、132で捕集された。通気は、10.2L/分、面風速0.6m/秒で338時間行った。
The air inside the constant temperature and
通気終了後、通気試験1と同様に、フィルタ131、フィルタ132の各層に吸着されたTMSとD2の量を測定した。表5には、TMS、D2それぞれの各層における吸着量の測定値と、各層におけるTMS+D2の合計吸着量を示した。また、各層における合計吸着量のカラム全体の吸着量に対する割合を吸着割合として%で示すとともに、各層におけるD2/(TMS+D2)をD2変化率として%で示した。
After the ventilation, the amounts of TMS and D2 adsorbed on each layer of the
[比較例A]
第1のケミカルフィルタ131における多孔質体として、添着剤未添着の活性炭を用いた以外は、実施例Aと同様に実施した。
The same procedure as in Example A was performed, except that activated carbon with no additive was used as the porous body in the
[比較例B]
第1のケミカルフィルタにおけるウレタンフォームとしてセル数7個/インチのものを用いた以外は、比較例Aと同様に実施した。
The same operation as in Comparative Example A was performed, except that the urethane foam in the first chemical filter was 7 cells / inch.
通気試験5の結果から明らかなように、添着剤として酸性物質(硫酸水素カリウム)を用いた実施例Aでは、D2変化率が高く、第1のケミカルフィルタのみで吸着割合が90%に達しており、除去性能が高いものとなった。一方、添着剤未添着の活性炭を用いた比較例A,Bでは、D2変化率が低く、また、吸着割合の合計が90%に達するのが第2のケミカルフィルタの5〜6層目であり、シラノール化合物の除去性能が十分ではなかった。
As is apparent from the results of the
[通気試験6]
次いで、通気試験6により実施例B〜Fを実施し、セル数の違いによる除去性能の違いを確認した。通気試験6では、外部容器139の内部に、TMSが入れられた内部容器138に加えて、さらに2つの内部容器(不図示)を配置し、それら内部容器それぞれに5mlのトルエン、10mlのテトラデカンを入れた点を除いて通気試験5と同様の試験装置を用いた。すなわち通気試験6では、カラム120に送気される空気に、TMSに加えて気化されたトルエン、テトラデカンも含有するようにした。また、第1のケミカルフィルタとしては以下のものを用いるとともに、通気時間を168時間とした点を除いて、通気試験5と同様の条件で実施した。[Air permeability test 6]
Next, Examples B to F were carried out by aeration test 6 to confirm the difference in removal performance due to the difference in the number of cells. In the ventilation test 6, in addition to the
実施例B、C、D、Eそれぞれでは、ウレタンフォームとして、セル数6個/インチ、8個/インチ、10個/インチ、11個/インチのものを使用した点以外は、実施例Aと同様のケミカルフィルタを第1のケミカルフィルタ131として用いた。また、実施例Fの第1のケミカルフィルタ131は、実施例Aと同様であり、セル数13個/インチであった。なお、実施例B、C、D、E、Fの吸着剤添着量は、ウレタンフォーム600mm×300mm当たり、それぞれ745g、900g、1130g、1120g、980gであった。実施例B〜Fの結果を表8〜12に示す。
In each of Examples B, C, D, and E, Example A is the same as Example A except that urethane foams having 6 cells / inch, 8 cells / inch, 10 cells / inch, and 11 cells / inch were used. A similar chemical filter was used as the
上記結果から明らかなように、実施例Bのようにセル数が少なくなると、吸着剤の添着量が少なくなり、除去効率が低下するとともにD2変化率も低くなった。一方で、セル数が8、10、11、13個/インチである実施例C〜Fでは、D2変化率が比較的良好で、除去効率も良好なものとなった。 As is clear from the above results, when the number of cells was reduced as in Example B, the amount of adsorbent was reduced, the removal efficiency was lowered, and the D2 change rate was also lowered. On the other hand, in Examples C to F in which the number of cells was 8, 10, 11, 13 / inch, the D2 change rate was relatively good and the removal efficiency was also good.
Claims (8)
前記添着剤の添着量は、前記多孔質体に対して、4〜9重量%であり、
前記多数の吸着剤が固着されたフィルタ基材を備え、
前記多孔質体は、活性炭であり、
前記添着剤は、ホスホン酸、硝酸塩、硫酸塩、及び有機酸から成る群から選択されたものを含むことを特徴とする、シラノール化合物除去用ケミカルフィルタ。 A large number of adsorbents composed of a porous material, and at least a part of the large number of adsorbents is adsorbed with an additive of an acidic substance, and a silanol compound contained in the air is Quantified and adsorbed by the adsorbent,
The amount of the additive is 4 to 9% by weight based on the porous body,
Comprising a filter substrate to which the multiple adsorbents are fixed;
The porous body is activated carbon ,
The silanol compound removing chemical filter , wherein the additive includes a material selected from the group consisting of phosphonic acid, nitrate, sulfate, and organic acid .
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