JP3240318B2 - 雰囲気中有害化学物質除去装置 - Google Patents

雰囲気中有害化学物質除去装置

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JP3240318B2
JP3240318B2 JP19904893A JP19904893A JP3240318B2 JP 3240318 B2 JP3240318 B2 JP 3240318B2 JP 19904893 A JP19904893 A JP 19904893A JP 19904893 A JP19904893 A JP 19904893A JP 3240318 B2 JP3240318 B2 JP 3240318B2
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久志 村岡
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は雰囲気中有害不純物除
去装置に関し、特に半導体デバイス製造用クリーンルー
ム等における無塵空気中の酸、アンモニア等の有害化学
物質の除去に有用な装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の装置に用いられるフィル
ター(以下ケミカルフィルターと略称)としては多孔質
粒状の活性炭もしくは活性アルミナに雰囲気中の有害不
純物が化学反応を受けて不動化する化学物質(以下吸着
物質と略称、代表的な物質としては過マンガン酸カリウ
ムがある)を添着し、この吸着物質添着粒を通気可能な
箱に充填したものが使われていた。このようなフィルタ
ーは重量が重い上に、吸着の進行と共に粒が崩れて発塵
するなどの欠点がある。そこで、吸着物質を添着した微
細な活性炭粉が分散付着した厚い織布をプリーツ型の構
造としたフィルターが提案された。また活性炭自体がN
3 や各種の有機物等の吸収する働きをもつので、繊維
状活性炭を含む厚い織布でプリーツ型構造をもつものも
提案されている。プリーツ型のものは粒充填型のものよ
り同じ吸着能力で比較してはるかに軽く、かつ除塵用の
HEPAフィルターと開口部がほぼ同形状の箱形に作ら
れているので使用しやすい。容積はフィルターに要求さ
れる寿命にもよるが、実用上HEPAフィルターと同じ
程度に作られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】高性能の除塵フィルタ
ーを装備したクリーンルームの空気は、クリーンといわ
れるのは微粒子に関してのみである。一般に空気中の不
純物として問題とされる公害物質のSOx、NOx等、
2 SO4 、HCl等の酸のミストなどはこの除塵フィ
ルターを通過してクリーンルーム内を汚染している。ま
た半導体製造用のクリーンルームでは製造装置から酸類
あるいはアンモニアのミストが発生して、室外よりもむ
しろこれらの濃度はクリーンルーム内の方が高い場合も
多い。またこれら無機系不純物よりも高いレベルで有機
炭素が空気中に含まれている。これらは半導体デバイス
製造上非常に有害であることが分ってきた。
【0004】従ってこのような化学汚染物質をも除いた
クリーンルームの為には除塵用HEPAフィルターの前
に上記ケミカルフィルターを装備することが行われてい
る。ところが、クリーンルーム内の空気には多種かつ多
様な濃度、組成で種々の有害化学物質が含まれている。
一方、SOxやNOx用、酸用、アンモニア用、有機炭
素用のケミカルフィルターは夫々除去機構が異なるの
で、一つのケミカルフィルターでこれらの有害化学物質
すべてを除去することが出来ず、せいぜい二種の化学物
質の除去機構を併せ持たせられるにすぎない。従って、
多数の有害化学物質を除去しようとすると、各有害化学
物質に対応する多数のケミカルフィルターを直列に配置
しなければならなくなる。これでは場所をとりすぎるの
で、最も除去が求められる有害化学物質に合せて一個の
ケミカルフィルターを選択し、これにHEPAフィルタ
ーを組合わせて使用しているのが実状である。
【0005】そこで、この発明は1個のケミカルフィル
ターにより除去を必要とするすべての有害化学物質を除
くことができる雰囲気中有害化学物質除去装置を提供す
ることを目的としてなされたものである。
【0006】
【問題を解決する為の手段】この発明によれば、空気中
の異なる有害化学物質を効果的に捕集可能な、活性炭繊
維が包含された布はくが少なくとも二枚重ねられてなる
フィルターを備えた雰囲気中有害化学物質除去装置が提
供される。
【0007】活性炭布はく この発明に使用される布はくは、織布でも不織布でもよ
い。好ましい例としてはフェルト状の布地が挙げられ
る。活性炭繊維は、この布はくの中に包含されていれば
よく、通常布はくを構成する繊維として織り込まれてい
てもよい。また、該布はくは、活性炭繊維のみから構成
されてもよいし、強度等を考慮しその他の繊維との合繊
であってもよい。活性炭繊維の太さは、例えば、10〜
20μm程度でよい。市販のフェルト状活性炭布地はい
ずれも同様に使用可能である。
【0008】本発明のフィルターはかかる布はくが複数
枚重ねられてなるが、それらの布はくの少なくとも一枚
が特定の有害化学物質に対し捕集性を有する吸着物質が
添着された活性炭繊維を包含している。
【0009】また、活性炭繊維自体が特定の有害化学物
質に対しては吸着能を有するので、複数枚の布はくの少
なくとも一枚がいずれの吸着物質も添着されていない活
性炭繊維を包含しているものであってもよい。
【0010】添着用吸着物質 添着用吸着物質としては、例えば、酸除去用にはKOH
のようなアルカリ性物質が使われる。またSO2 ,NO
2 ,H2 S等に対してはKMnO4 のような酸化剤でか
つ反応後にKOHのようなアルカリを生じる吸着剤を使
う。酸化でこれらの不純物が酸になるからである。酸化
だけの作用のある吸着物質を添着したフェルト状活性炭
布地と上記アルカリ性吸着物質添着布はくを組合わせて
もよい。
【0011】前記のように、除去対象である有害化学物
質の種類によっては添着されない活性炭繊維が使用され
る。例えば、半導体製造関連クリーンルーム中の有害ア
ルカリ性物質はNH3 と有機アルカリであるが、いずれ
も繊維状活性炭自身にこれらに対し強い吸着能力がある
ので、添着剤無しでかなり効果的に除去が出来る。必要
に応じて還元性添着剤を添着させてもよい。
【0012】繊維状活性炭はそれ自体で空気中の有機炭
素にも吸着除去能力を示す。この能力はこの活性炭の製
造法や材料によって特色を生じるので、対象とする有機
炭素に対してもっとも効果的なフェルト状活性炭布地の
銘柄を選ぶのが望ましい。この場合も、必要に応じて添
着剤を使用してもよい。
【0013】フィルター 対象とする空気の有害不純物の種類に応じて上記の中か
ら複数種のフェルト状活性炭布はくを準備する。空気中
に含まれる有害化学物質の種類の応じて各布はくに包含
される活性炭繊維を、即ち無添着のものあるいは特定の
吸着物質が添着されたものを、最適な組合わせで選択す
るようにする。また、吸着物質の異なる2種以上の布は
くを使って化学作用の類似する有害不純物群毎に除去機
能を最適化するように組み合わせることが望ましい。
【0014】半導体製造用クリーンルームには必ず有害
な酸並びにアンモニアと有機物があるので、少なくとも
アルカリ添着と吸着物質無添着のものを準備する。
【0015】これらは見かけ比重が極めて小さくフィル
ターとして使う時、通過する空気の圧力損失が極めて小
さいので、夫々多数枚を交互に重ねてフィルターを形成
する。このようなケミカルフィルターは空気の流速が低
くてよい場合に適し、確実に対象有害不純物を除くこと
が出来る。
【0016】繊維状活性炭ではミクロポアはその表面に
のみ整列しているので、例えば酸用KOH添着活性炭に
付着した反応生成物のKCl,K2 SO4 ,KNO3
は主に水洗を主とする洗浄で除去され、あらためてKO
Hを添着して再使用することが出来る。即ちフェルト状
活性炭布地が劣化しても容易に再生出来る。
【0017】空気の流速を十分に必要とする場合は、夫
々の種類を1枚ずつ重ねたものをプリーツ状に形成して
フィルターとする。この場合も勿論1個のケミカルフィ
ルターで対象有害不純物のすべてを除くことが出来る。
ただし多数枚使用の場合より高効率での除去期間が短く
なるので、フィルターを循環して使用するようなクリー
ン化システムに用い、劣化の影響を少なくすることが望
ましい。
【0018】
【実施例】以下実施例によりこの発明を説明する。
【0019】実施例1 活性炭繊維として太さ10〜20μm、比表面積100
0m2 /g、厚さ約2mm、見かけ比重約0.1のもの
が織り込まれたフェルト状活性炭布地にKOHを1.5
mg/cm2 の濃度で添着した酸用フェルト(以下Aタ
イプとする)と無添着のもの(以下Bタイプとする)と
2枚準備し、これから30mmφの試験片を切出し、図
1の如き試験片ホルダーで1のように試験片をセット
し、これを図2の試験装置に2のようにセットし、3か
ら不純物濃度既知のテスト空気を送り、4と5のインピ
ンジャー中の水6,7に吸収された不純物量をイオンク
ロマトグラフで分析して、試験片通過後の空気中の不純
物濃度を算出し、試験片の不純物捕集性能を調べた。結
果を表1に示す。尚テスト空気の不純物濃度はすべて1
ppmである。
【0020】このホルダーの試験片の空気通過面積は2
0mmφで、流速は1L/分即ちレジデンスタイムが
0.036秒で実験した。通常の除去性能測定よりもか
なり早い流速条件なのに効果的な除去が出来ている。
【0021】AタイプのKOH添着量の濃度は計算上は
HCl100ppb含有空気を5000時間中和出来る
ものなので、通常のクリーンルーム中の酸濃度が10p
pb以下であることから、この実験のKOH添着濃度は
概ね妥当といえる。この実施結果から不純物除去機構の
異なる2枚重ねが効果的であることが分る。
【0022】
【表1】
【0023】実施例2 KOHの代わりに、空気中のSOx,NOxを含めてS
2 ,NO2 を酸化して除去し得るKMnO4 を2mg
/cm2 の濃度で添着したものである以外は実施例1と
同様のフェルト状活性炭布地の30mmφの試験片(以
下Cタイプとする)を準備した。実施例1と同様にし
て、かつ9枚の試験片を重ねてセット出来るホルダーを
3個準備し、夫々にCABCABCABの順に3個ずつ
の試験片をセットした。これらの夫々にSO2 1pp
m,HF1ppm、ブタノール1ppmのテスト空気を
1L/分の流速で100時間流した(これらの10pp
bを含む空気を10,000時間流した寿命試験に相
当)後、ラジオアイソトープを使って試験片の劣化状態
を調べた。
【0024】まず36Sで標識したSO2 (以下36SO2
と表記)の5ppbを含む空気を4L/分(濾材面に垂
直に送風する場合は実用上この程度の流速でも使えるこ
とが必要と思われる)で1時間流した。その後ホルダー
から試験片を脱し、それらを1枚毎にイメージングプレ
ート(富士フィルム製)によって放射能量を測定し、ホ
ルダーに入った放射性不純物が夫々の試験片にどのよう
に分布するかを求めた。この方法は極めて高感度で微量
に吸着しているものの測定が可能である。残りの2個の
ホルダーに対しては、夫々18Fで標識したHF(以下H
18Fと表記)と14Cで標識したブタノール(以下
14C]ブタノールと表記)とで同様の実験を行った。
結果を表2に示す。
【0025】レジデンスタイムが0.01秒以下のかな
り速い流速でテスト空気が流れているのに拘らず、最後
の9枚目の試験片では不純物は検出限界以下である。即
ち長時間使用した後でもこのように除去機構の異なるフ
ェルト状活性炭布地を多数枚重ねたものでは、問題とす
る不純物をすべてpptレベルまで除去出来る。
【0026】
【表2】
【0027】実施例3 A,B,Cの試験片と同様に作られた4m2 の3枚のフ
ェルト素材を市販のプリーツ型フィルターと同様に構成
して、ひだの数15個、60cm×60cm×30cm
の大きさのケミカルフィルターを作成した。これを図3
のように組合わせて清浄エリアを作り、循環してフィル
ターが働くようにした。約1000時間稼動の後、この
エリアにインピンジャーをおいて約5時間サンプリング
を行い、十分に空気中の不純物をインピンジャー内の超
純水に移行させて、イオンクロマトグラフで陰イオンを
TOCメーターで有機炭素を測定した。このエリアの空
気中のHCl,H2 SO4 ,HF,SO2 ,NO,NO
2 ,NH3 のいずれもが検出限界の0.05ppb以
下、また有機炭素は0.5ppb以下であった。
【0028】
【発明の効果】クリーンルーム内の空気中の多種、多様
な有害化学物質に対しては従来複数種のケミカルフィル
ターが必要であったが、本発明の装置によれば1個のケ
ミカルフィルターですべて除去することができる。
【0029】しかもクリーンルームのような広い領域に
はプリーツ型、プロセス装置対応には多数枚重畳型によ
ることが出来、設置空間上極めて有利である。いずれも
構成材料が極めて低比重なため圧力損失が極めて少な
い。これは運転動力費が軽減出来ることを意味する。
【0030】しかも吸着物質の添着する活性炭繊維表面
のミクロポアは整列しており、添着効率が高く、重量の
わりに寿命が長い。従来の6mm程度の厚い織布に添着
される場合と同じ吸着除去能力が厚さ2mmで達成出来
る。かつ活性炭の表面構造の特長から添着剤が水洗で除
去しやすくなり、従って再生が可能であり、経済上や廃
棄物管理の面でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で使用された試験変ホルダーの説明
図。
【図2】実施例1で使用された試験装置の説明図。
【図3】実施例3で使用された有害化学物質除去装置の
構成を説明する図。
【符号の説明】
1 試験片 2 試験片ホルダー 3 テスト空気 4 インピンジャー 5 インピンジャー 6 水 7 水
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B01D 53/81 ZAB B01D 53/34 119 H01L 21/02 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/34 ZAB B01D 39/14 B01D 53/40 B01D 53/42 B01D 53/81 ZAB H01L 21/02

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空気中の異なる有害化学物質を効果的に捕
    集可能な、活性炭繊維が包含された布はくが少なくとも
    二枚重ねられてなるフィルターを備え、前記布はくの少
    なくとも1枚がアルカリ性物質(但し、酸化作用を有す
    るものを除く)が添着された活性炭繊維を包含している
    ものであることを特徴とする雰囲気中有害化学物質除去
    装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の装置であって、さらに、前
    記布はくの少なくとも1枚が有害物質との酸化反応によ
    りアルカリ性物質を生じる酸化剤が添着された活性炭繊
    維を包含していることを特徴とする雰囲気中有害化学物
    質除去装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2記載の装置であって、前
    記フィルターが有する布はくの数が少なくとも二枚また
    は三枚であり、さらに、これら布はくの少なくとも1枚
    がいずれの物質も添着されていない活性炭繊維を包含
    る布はくであることを特徴とする雰囲気中有害化学物質
    除去装置。
  4. 【請求項4】請求項1記載の装置であって、空気流が流
    入する側から、前記酸化剤添着活性炭繊維を包含する布
    はく、次に前記アルカリ性物質(但し、酸化作用を有す
    るものを除く)添着活性炭繊維を包含する布はく、次に
    いずれの物質も添着されていない活性炭繊維を包含する
    布はくがこの順で配置されているセットを含むことを特
    徴とする雰囲気中有害化学物質除去装置
  5. 【請求項5】請求項1記載の装置であって、前記布はく
    が活性炭繊維が織り込まれたフェルト状布地からなる雰
    囲気中有害化学物質除去装置。
  6. 【請求項6】請求項1〜のいずれか1項に記載の装置
    であって、前記布はくがプリーツ状に形成されている雰
    囲気中有害化学物質除去装置。
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