(57)【要約】【課題】シリカ系多孔質材が持っているシラノール基の反応官能基の数を測定することで、正確な吸着寿命を予測する方法を提供する。【解決手段】実施形態は、シロキサン系ガス除去用としてシリカ系多孔質材料を用いたケミカルフィルタの寿命を推測する方法として、ＴＭＳガスを使用して試験サンプルのケミカルフィルタに送風し、前記ケミカルフィルタにおける時間経過毎の使用除去容量を測定し、該測定値を用いて寿命推測する方法を特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シロキサン類化合物のガス除去用としてシリカ系多孔質材料を用いたケミカルフィルタの寿命を推測する方法であって、試験サンプルの前記ケミカルフィルタに通気するガスとしてトリメチルシラノール（ＴＭＳ）ガスを使用し、前記ケミカルフィルタにおける時間経過毎の使用除去容量を測定し、該測定値を用いて寿命予測するシロキサン系ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法。
【請求項２】
予め定めた温度および湿度に調整した空気に所定量の前記ＴＭＳガスを混入して前記試験サンプルに送風し、その時間経過毎の濃度を測定する請求項１に記載のシロキサン系ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法。
【請求項３】
筒状の試験カラムの途中設けた不織布の上に前記試験サンプルのケミカルフィルタを所定の厚さで配置した請求項１に記載のシロキサン系ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法。
【請求項４】
前記筒状の試験カラムの（上流側のガス濃度−下流側のガス濃度）／上流側のガス濃度
から前記除去効率を求め、
第１の軸に前記除去効率、第２の軸に通気時間とした除去効率の時間変化グラフから前記除去容量を求める請求項３に記載のシロキサン系ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法。
【請求項５】
前記時間変化グラフには、フィルタ構造体と返却されたサンプルフィルタの通気試験結果を含み、前記フィルタ構造体と前記サンプルフィルタのデータより除去効率が５０％以上の除去容量を求め、
前記フィルタ構造体の除去容量をＡ、前記サンプルフィルタの除去容量をＢとした時、
日当たり使用除去容量ｈ＝（Ａ−Ｂ）／Ｔを求め、  （但し、Ｔはフィルタ取付日数）
残使用可能日数Ｄ＝Ｂ／ｈを求める
請求項４に記載のシロキサン系ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法。
【請求項６】
前記ＴＭＳガスの濃度測定にガスクロマトグラフを使用する請求項２に記載のシロキサン系ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法。
【請求項７】
前記ＴＭＳガスの濃度測定に、ＧＣ−ＦＩＤ、またはＧＣ−ＭＳを使用する請求項５又は請求項６に記載のシロキサン系ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法。
【請求項８】
前記ＴＭＳガスの濃度測定に使用するガス捕集物質として、吸着管、もしくは活性炭を使用する請求項６又は請求項７に記載のシロキサン系ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シロキサン類化合物ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生活環境において、あらゆる環境下にシロキサン系化合物が存在している。例えば、シロキサン系化合物は、一般家庭、クリーンルーム内等の建物内に存在するパッキング部やシール材、建築現場等で使用される接着剤、シャンプー、化粧品等、生活環境内に存在するあらゆる物から発生している。シロキサン系化合物はガスセンサーなどの機器のセンサー部に付着して感度不良を発生させたりするなど、一般生活において悪影響を及ぼす。
【０００３】
また、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が大気中に放出されると、空気中の水分と加水分解し、トリメチルシラノール（ＴＭＳ）となる。このトリメチルシラノール（ＴＭＳ）はウエハ表面に付着すると半導体の特性を変えてしまい、低濃度でも製品歩留まりを低下させるおそれがある。
【０００４】
このため、シロキサン系化合物やシラノール系化合物の除去の為にケミカルフィルタを設置し、シロキサン系化合物やシラノール系化合物などのシロキサン類化合物を除去している。
【０００５】
しかしながら、これらのシロキサン類化合物の除去に一般的に用いられている活性炭の場合、長期間使用すると、徐々に除去性能が低下し、最終的には一度吸着したシロキサン類化合物が脱離し、室内に汚染物質が漏れてしまう。このため使用者はケミカルフィルタの寿命予測を行い、定期的なフィルタ交換を実施する必要がある。
【０００６】
ケミカルフィルタの定期的な交換法に関する先行技術として、例えば、特許文献１には、フィルタ自身や吸着材、触媒などの化学反応を利用した化学吸着の場合、化学反応が可能な残存反応点の量でフィルタ交換を決めることが記載されている。また、細孔の表面積を利用し、分子間力で吸着させる物理吸着の場合も、同様に残存している表面積に応じて残表面積（残反応点）の量によってフィルタ交換を決めることも記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、フィルタの上流側と下流側に汚染物質捕捉装置を一対配置し、上流側と下流側で吸着された物質量の差が小さい時にはフィルタ寿命と判定することが記載されている。
【０００８】
また、特許文献３には、一部のフィルタを寿命試験用メディアとして取り外し、吸着残量を測定し、フィルタ寿命を予測することが記載されている。
【０００９】
また、特許文献４の段落［０００３］には、通常のクリーンルーム内の１０〜１０００倍の汚染ガスをフィルタに強制的に供給し、吸着限度から寿命を予測する方法が記載されている。しかし、この方法では、正確なフィルタ寿命の予測が困難であると記載されている。また、段落［００１５］には、局部的な圧力損失部を設けることで、エア流量を増加させ、通常のフィルタ部より先に寿命になることで、事前にフィルタ寿命を予測する方法も提示されている。
【００１０】
また、特許文献５には、フィルタ下流側の気体に曝されるように配置された光学部品に露光工程と同様の波長の光を照射し、その光の透過率を測定するセンサーを設け、フィルタ寿命の判定を行うことが記載されている。
【００１１】
シロキサン類化合物ガスを除去するためのケミカルフィルタを使用する場合、ペレット状やケース状のフィルタを1つの設備内に複数装着していることが一般的である。この複数のフィルタから一部のフィルタを寿命試験用メディアとして取り外し、吸着残量を測定し、フィルタ寿命を予測することが一般的である。シリカ系多孔質材からなるケミカルフィルタの場合も、フィルタ内の反応終了点を予測し、フィルタ寿命の予測を行う必要がある。
【００１２】
しかしながら、高濃度の汚染ガスを供給してフィルタ寿命を予測する方法では、正確性が得られないことが判っている。
【００１３】
また、活性炭からなるケミカルフィルタの場合には、吸着したガス成分を溶媒で抽出し、吸着量を測定し、そこから吸着量を予測し、フィルタ寿命を分析する方法がある。しかしながら、シリカ系多孔質材からなるケミカルフィルタの場合には、シリカ系多孔質材とシロキサン類化合物の吸着は炭化水素系有機溶媒で抽出できないほど強固であることが判明している。このため、シリカ系多孔質材からシロキサン系ガス成分を溶媒では抽出できず、フィルタ寿命の予測ができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平９−２８０６４０号公報
【特許文献２】特開平９−２５０９７３号公報
【特許文献３】特開平８−２６６８３１号公報
【特許文献４】特開２００１−２５２５１８号公報
【特許文献５】特開２００７−３１１７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、正確な吸着寿命を予測することができるシロキサン類化合物除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、シリカ系多孔質材の吸着性能を確認するため、前記シリカ系多孔質材の使用除去容量を測定することで、フィルタ寿命の予測が容易に、また正確に算出できることを見出し、本発明を完成した。
【００１７】
すなわち、本実施形態のシロキサン類化合物除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法は、シロキサン類化合物のガス除去用としてシリカ系多孔質材料を用いたケミカルフィルタの寿命を予測する方法であって、フィルタ寿命の予測を行う前記ケミカルフィルタに通気するガスとしてトリメチルシラノール（ＴＭＳ）ガスを使用し、前記ケミカルフィルタにおける時間経過毎の使用除去容量を測定し、該測定値を用いて寿命予測することを特徴とする。
【００１８】
前記ケミカルフィルタの使用除去容量を測定する場合、通気試験のガスとしてトリメチルシラノール（ＴＭＳ）を使用し濃度測定してもよい。
【００１９】
前記ＴＭＳガスの濃度測定にガスクロマトグラフを使用してもよい。
【００２０】
前記ＴＭＳガスの濃度測定に、ＧＣ−ＦＩＤ、またはＧＣ−ＭＳを使用してもよい。
【００２１】
前記ＴＭＳガスの濃度測定に使用するガス捕集物質として、吸着管、もしくは活性炭を使用してもよい。
【００２２】
実施形態のシロキサン系ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法によれば、フィルタ寿命の予測が容易に、また正確に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態で用いた通気試験装置の概略図である。
【図２】実施形態で用いた通気試験装置の部分概略断面図である。
【図３】実施形態のシロキサン系ガス除去用ケミカルフィルタの通気試験方法を示すフローチャートである。
【図４】実施例１の通気試験結果を示す除去効率の時間変化グラフである。
【図５】実施例１の通気試験結果を示すグラフで、構造体の除去容量Ａを示すグラフである。
【図６】実施例１の通気試験結果を示すグラフで、返却されたサンプルフィルタの除去容量Ｂを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、この発明のシロキサン類化合物ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法を実施するための形態として、実施例を詳しく説明する。
【００２５】
シロキサン類化合物ガス除去用ケミカルフィルタの寿命予測方法に係る実施形態の吸着試験を図１、または図２にて説明する。
【００２６】
本発明の実施形態では、図１に示すような通気試験装置を用いて、シリカ系多孔質材のガス除去効率を測定する。通気試験装置１０は、２本のアクリル製の円筒状の試験カラム（内径５０ｍｍ、長さ３０ｃｍ）１を直列につないだものを、例えば６系列並列に配置する。そして、各試験カラム１の上流側に共通のガス供給用のチューブ２を取り付ける。また、各試験カラム１の下流側に、流量計３、流量調整バルブ４を直列に接続し、それらをガス排出用のチューブ８で共通接続すると共に、その先に排気用ポンプ５を取り付ける構成としている。
【００２７】
また、図２に示すように、直列につないだ２本の各試験カラム１の間には不織布６を挟み、不織布６上流側にシロキサン類化合物ガス除去用ケミカルフィルタの試験サンプル（フィルタ）７を設置する。
【００２８】
本装置は任意の流量でガスを通気できていればよく、特に決まった形態はない。
【００２９】
次に、シロキサン類化合物ガス除去用ケミカルフィルタの通気試験方法について説明する。
【００３０】
図３は、シロキサン類化合物ガス除去用ケミカルフィルタの通気試験方法を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、流量計３と流量調整バルブ４を用いて、ガス供給用のチューブ２から流れるエアが、各試験カラム１の各試験サンプル７のろ過風速が３０ｃｍ／ｓとなるように流量を調整したエアを流した（図３のステップＳ１０）。
【００３２】
次に、各試験カラム１の各試験サンプル７に流すエアは、恒温恒湿槽を用いて予め定めた温度２３℃、湿度５０％に調整したクリーンエアに、トリメチルシラノール（ＴＭＳ）ガス１ｐｐｍを混入したものを使用した（図３のステップＳ２０）。各試験サンプル７に流すエアは、図２に示した通気試験装置１０の概略断面図の上部から下部に向けて送風される。
【００３３】
通気するガスの種類はシロキサン類化合物であれば特に何でも良いが、トリメチルシラノール（ＴＭＳ）が揮発のしやすさから特に好ましい。
【００３４】
通気するガスの濃度は特に指定はないが、好ましくは10ppb〜10ppm、さらに好ましくは100ppb〜5pmm、より好ましくは500ppb〜3ppm。
【００３５】
最後に、各試験カラム１の上流側、及び下流側のエアを吸着管により捕集し、エアを捕集した吸着管をガスクロマトグラフにて測定した（図３のステップＳ３０）。
【００３６】
前記各試験カラム１のエアを吸着する方法として、吸着管以外で活性炭を用いてもよい。なお、活性炭の場合は、公知の活性炭を使用することができる。
【００３７】
ガス濃度の測定装置は、ＧＣ−ＦＩＤ、もしくはＧＣ−ＭＳを用いてもよく、より好ましくは、ＡＴＤ（加熱脱着装置）−ＧＣ／ＭＳ、もしくはＡＴＤ−ＧＣ／ＭＳ、さらに好ましくはＡＴＤ−ＧＣ／ＭＳが用いられる。
【００３８】
（実施例１）
実施例１では、ＡＴＤ（加熱脱着装置）−ＧＣ／ＭＳによるガス分析に付し、トリメチルシラノール（ＴＭＳ）のガス濃度を測定した。測定した試験カラム１の上流側、下流側のトリメチルシラノール（ＴＭＳ）のガス濃度からＴＭＳの除去効率を下記式で算出した。
除去効率（％）＝｛（上流側のガス濃度−下流側のガス濃度）／上流側のガス濃度｝×１００
【００３９】
試験サンプル７として、ガラスクロス（フィルタ基材）を波型に成形した後、シート状のガラスクロスを介して積層し（接着剤で固定）、この積層体を、シリカ系多孔質材と無機バインダ（コロイダルシリカ、日産化学工業（株）製、商品名「スノーテックスＯ」）と水を含む懸濁液中に浸漬した後、懸濁液から取り出し、乾燥して、ハニカム構造のフィルタ構造体を作製した。このフィルタ構造体の前記通気試験を５時間実施し、試験サンプル７の除去効率の時間変化グラフを作成した。
【００４０】
また、シロキサン類化合物のガス吸着を行った後の試験サンプル７も前記通気試験を１時間実施し、前記サンプルの除去効率の時間変化グラフを作成した。なお、前記通気試験開始直後のデータについては、便宜上経過時間を０．１時間とする。
【００４１】
図４乃至図６は、実施例１の通気試験結果であり、除去効率の時間変化グラフを示す。図４乃至図６において、菱形印（◇）は、フィルタ構造体のデータ、四角印（□）はシロキサン類化合物のガス吸着を行った後の試験サンプルのデータである。
【００４２】
以下、図４乃至図６を利用して、使用後のケミカルフィルタの寿命予測方法を以下に示す。
【００４３】
フィルタ構造体のデータは、初期の段階では９０％の除去効率を示しているが、時間経過とともに除去効率は低下する。これは、シリカ系多孔質材料が持っている残反応点が少なくなっていることを示している。つまり、図４に示す曲線と縦軸の除去効率、横軸の通気時間で囲まれた領域が当該シリカ系多孔質材の除去容量を示しているものと考えられる。
【００４４】
なお、一般的に除去効率が５０％を下回ると、下流側への汚染ガスの漏れが多くなってしまうため、フィルタ材料を交換している。
【００４５】
このため、構造体の除去容量は、図５のＡで示される前記曲線と縦軸の除去効率と横軸の通気時間が０．１から５時間で囲まれた面積値で示される。
【００４６】
一方、シロキサン類化合物のガス吸着を行った後のフィルタについて、同様の通気試験結果も図４に示す。四角印のプロット結果、通気試験の初期段階では７０％の除去効率を示しているが、徐々に低下し、０．５時間後には除去効率が５０％になった。また、シリカ系多孔質材料の除去効率の低下は、前記シリカ系多孔質材の除去効率の低下と同様の曲線を描くことが推測される。このため、返却されたサンプルフィルタの除去効率は、図４の破線で示されると推測される。このため、返却されたサンプルフィルタの除去容量は、図６のＢで示される前記破線と縦軸の除去効率と横軸の通気時間が０．１から０．５時間で囲まれた面積値になると予測される。
【００４７】
構造体の除去容量をＡ、シロキサン類化合物のガス吸着を行った後のフィルタの除去容量をＢとすると、（Ａ−Ｂ）で示される面積値がシロキサン類化合物のガス吸着を行った後のフィルタで消費された除去容量であることが判る。また、シロキサン類化合物のガス吸着を行った後の取り付け日と取り外された日より、使用日数Ｔが判る。
【００４８】
これらのことより、下式より、日当たりの除去容量の消費量（使用除去容量）ｈが算出できる。
（日当たりの使用除去容量）ｈ＝（Ａ−Ｂ）／Ｔ
【００４９】
このことから、返却されたサンプルフィルタの残使用可能日数（寿命）Ｄは、下式で算出できる。
（シロキサン類化合物の使用した後のフィルタの残使用可能日数）Ｄ＝Ｂ／ｈ
【００５０】
この方法により、困難であったシリカ系多孔質材を用いたケミカルフィルタの寿命予測が短時間で容易に可能である。また、トリメチルシラノール（ＴＭＳ）ガスを使用することで、シリカ系多孔質材の残反応点を正確に測定でき、予測寿命の算出が可能になる。これにより具体的な取り換え時間を提供することが可能である。
【００５１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１    カラム
２    供給用のチューブ
３    流量計
４    流量調整バルブ
５    ポンプ
６    不織布
７    試験サンプルフィルタ（吸着剤）
８    排出用のチューブ
【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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