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研究生:高耀嵐
研究生(外文):Yao-Lan Kao
論文名稱:彩色濾光片廠揮發性有機氣體控制與改善研究
論文名稱(外文):Concentration Control and Improvement Study of Volatile Organic Gas in the Clean Room of a Colar Filter Plant
指導教授:張銘坤張銘坤引用關係
指導教授(外文):Ming-Kuen Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:環境與安全工程系碩士班
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:113
中文關鍵詞:彩色濾光片廠PID揮發性有機氣體控制光阻塗佈機台
外文關鍵詞:CoaterPhoto ionization detectorVOCs controlColor Filter FAB
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近年來面板(TFT-LCD)產業己逐漸取代半導體業成為我國高科技工業發展重心,其面板尺寸從第1代發展至現有7.5 代,甚至未來第8.5代、第11代尺寸,由於隨著面板尺寸不斷放大,各世代廠房機台的演進,製程使用之化學品使用量不斷增加,製程化學品特性亦多樣化。其中彩色濾光片(Color Filter, CF)製程機台運轉與預防保養作業(Preventive Maintenance, PM)中大量使用揮發性有機溶劑,因機台設備的局部排氣系統設計不佳、人員的不良工作習慣,均會導致揮發性有機氣體(VOCs)逸散至潔淨室環境。有機溶劑因具有高度的揮發性及毒性,不但會造成廠區環境異味並影響勞工作業心情,長期暴露於揮發性有機氣體作業環境下作業,更可能危害勞工身體健康。
本研究以某公司五代彩色濾光片廠作業環境中之揮VOCs控制改善為研究目標。為降低勞工長期作業暴露於高濃度VOCs風險,利用可攜式光游離偵測器(PID),調查潔淨室內作業環境VOCs的濃度分佈,找出廠區內主要VOCs逸散污染源,發現機台PM作業時開啟維修門、有機廢棄物垃圾桶未加蓋、一般廢棄物垃圾桶丟棄有機溶劑擦拭布、工作桌盛液盤殘液未清理,以及光阻塗佈機台(Coater)之光阻塗佈製程中使用光阻劑塗佈揮發之VOCs。本研究針對上述主要因人為作業習慣不良造成污染源,除了以教育訓練、現場稽核進行督導,例如進行縮短機台PM頻率及縮短PM工時、有機廢棄物垃圾桶增加上蓋等改善,另一方面,針對Coater揮發VOCs控制上,以廠區內同型不同廠牌Coater進行機台VOCs偵測與機台工程改善評估,採用機台下方新增壓克力導流板,與在塗佈機台下方新增線型補集管路,改善有機氣體排氣收集方式。經過上述VOCs控制與改善措施,以PID進行改善後之作業環境VOCs濃度追蹤,並以GC/MS 分析改善後之作業環境VOCs中主要成分及濃度。
本研究經VOCs控制與改善後發現(1)光阻塗佈機台作業環境前VOCs平均濃度由未改善前之1.44ppm降為0.72ppm,尤以廠區TOK廠牌Coater(未設計揮發性有機氣體排氣系統)作業區前偵測VOCs濃度平均消減率達72% 最為顯著;(2)GC/MS 分析彩色濾光片廠潔淨室作業環境中主要揮發性有機氣體有乙醇、丙酮、甲苯、PGMEA、二甲苯、環己酮、三甲苯等物質,分析濃度均小於我國「勞工作業環境空氣中有害物容許濃度標準」所列之相關揮發性有機物質容許濃度標準,且符合SEMI-S2採樣分析揮發性有機溶劑的濃度規定應均小於百分之一容許濃度標準。由於揮發性有機氣體具有嗅覺閾值極低特性,是造成彩色濾光片廠作業環境異味的主要原因,本研究雖可有效控制VOCs濃度並改善作業環境異味狀況,但所分析得出VOCs濃度值仍大於嗅覺閾值。
本研究所建立之彩色濾光片廠VOCs控制與改善有效方式,可作為既有與新建中的彩色濾光片廠VOCs控制與改善參考。

關鍵詞:彩色濾光片廠、PID、光阻塗佈機台、揮發性有機氣體控制、
局部排氣系統、SEMI S2
In recent years, flat-panel industry (TFT LCD) has replaced the semiconductor and became the focus for developing high-technology industries in our country. The panel sizes from the 1st to 7.5th generation, forward further generations increased constantly. The consumption and diversified characteristics of chemicals were also increasing through new developing of manufacturing processes and platforms. Large quantities of volatile organic solvents were used in the operation process and preventive maintenances (PM) for color filters (CF) production. The inappropriate design of local exhaust ventilation system in the platforms and the incorrect working habits all increased the emission of volatile organic chemical gases (VOCs) into the clean room environment.Must Organic solvents are highly volatile and some are toxic.Exposuresi in the VOCs for long period might be hazardous to the health, might influence the mood of the workers because of the odor of VOCs. The goals of the study are to improve the VOCs control in a fifth generation color filter Fab and to reduce the risk of workers due to VOCs.
A portable photo ionization detector (PID) was used to investigate the distribution of VOCs in the clean rooms and to find the main emission pollution sources. The PID had detected several sources of VOCs discovered including the opened maintenance door while PM processing, uncapped organic waste trash cans, the dropping VOC wipers into the normal garbage bin, the fluid dishes under the working benches were not clean well, and the VOC usage in the coater of photo resist coating process .Those sourses would all emit VOCs to the clean room.
To reduce the pollution sources would come from the improper working habits, education, audits and supervisions on the working habits of the worker. Other efforts included the shortening of the PM frequency and time and capping the organic waste bins to control the VOCs.In order to control the VOCs evaporating from the coater, it was useful to collect the organic gas by assembling an acrylic guiding plate and liner collection pipeing at the bottom of platform.
After the VOCs control and improvement process, the VOCs concentrations in the working environment were again analyzed by the PID and the compositions of VOCs by GC/MS.The VOCs concentrations were decreased from 1.44 ppm to 0.72 ppm on the photo resist coater. The most significantly drop of VOCs was 72% on the TOK coater which was lacking of VOCs exhaust system in particular. The VOCs composition and concentration were investigated by the GC/MS with main components of ethyl alcohol, acetone, toluene, PGMEA, p-xylene, m-xylene, cyclohexanone and trimethylbenzene,all lower than PELs.All the concentration of VOCs conformed to the SEMI-S2 regulations and lower than 1% PELs. Because the odor threshold value of VOCs is low, it will still be the main cause of odor in the color filter Fab.
Although the VOCs control was improved in the study,the concentrations were still higher than maney odor thresholds. However the reduction of this study were efficacious in VOCs control and might be madel for VOCs reduction for future improvemene of color filter Fabs.


Key word:Color Filter FAB, Photo ionization detector, Coater, VOCs control,
Exhaust system, SEMI S2
目 錄
摘 要 i
ABSTRACT iii
誌 謝 v
目 錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 前 言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 4
1.3 研究範圍 4
1.4 研究限制 6
第二章 文獻回顧 7
2.1 彩色濾光片產業相關簡介 7
2.1.1 彩色濾光片製程簡介 8
2.1.2 彩色濾光片製程相關專業名詞說明 11
2.1.3 TFT LCD簡介與彩色濾光片功能 13
2.1.4 彩色濾光片廠使用化學品 14
2.2 潔淨室與微環境簡介 16
2.3 揮發性有機污染物之簡介 18
2.3.1 揮發性有機物對人體的影響 19
2.3.2 揮發性有機物對環境的影響 20
2.3.3 揮發性有機物收集方式 20
2.3.4 揮發性有機物處理方式 22
2.4 作業勞工有機溶劑暴露容許濃度標準 23
2.4.1 有機溶劑暴露容許濃度定義與應用 26
2.4.2 國內外揮發性有機物暴露容許指標與濃度標準彙整 27
2.5 相關製造業揮發性有機物暴露危害與控制改善研究 28
2.5.1 彩色濾光片廠揮發性有機物暴露危害與控制改善相關研究 28
第三章 研究方法 37
3.1 研究流程 37
3.2 偵測方法介紹 42
3.2.1 有機氣體光游離偵測器(PID)構造原理簡介 44
3.2.2 可攜帶式有機氣體光游離偵測器(PID)應用 45
3.2.3 可攜帶式有機氣體光游離偵測器(PID)校正 48
3.2.4 可攜帶式有機氣體光游離偵測器(PID)偵測數值代表意義 49

3.3 研究採樣分析方法介紹 49
3.3.1 採樣設備簡介 50
3.3.2 分析設備簡介 52
3.4 VOCs採樣分析流程 53
第四章 結果與討論 56
4.1 彩色濾光片廠區作業環境VOCs濃度調查 56
4.2 光阻塗佈機台VOCs濃度調查 60
4.2.1 機台動作VOCs調查 60
4.2.2 機台水平面VOCs濃度分佈偵測結果 62
4.2.3 機台垂直面VOCs濃度分佈偵測結果 63
4.3 廠區光阻塗佈機台構造與濃度關係比較 64
4.3.1 Coater機台Exhaust設計排氣效果實驗 65
4.4 廠區VOCs濃度控制與異味改善措施實施 71
4.4.1 人員作業習慣管理控制措施 71
4.4.2 機台工程改善措施 72
4.4.3 廠區新增設有機Exhaust系統設置規劃 74
4.5 廠區機台新增有機Exhaust工程改善偵測 75
4.5.1 機台工程改善期間機台運轉狀態偵測 75
4.5.2 機台工程改善期間機台維修保養狀態偵測 78
4.5.3 機台工程改善後機台運轉狀態偵測 79
4.6 作業環境改善效果比較與討論 81
4.6.1 廠區作業環境VOCs偵測數據比對 81
4.6.2 不鏽鋼桶採樣/氣相層析質譜儀偵測分析結果 84
4.6.3 PID偵測值與Canister採樣GC/MS分析數據差異比較 89
4.6.4 GC/MS分析數據與廠內作業環境測定數據差異比較 89
4.7 各彩色濾光片廠廠區VOCs濃度量測數據比較 90
第五章 結論與建議 93
5.1 結論 93
5.2 建議 94
參考文獻 95
附錄一:環安衛管理方案規劃進度管制表 98
附錄二:光阻塗佈機台使用有機溶劑SDS彙整 99
附錄三:ppbRAE Plus PGM-7240型PID年度校正報告 100
附錄四:PID校正係數表 101
附錄五:彩色濾光片廠作業環境採樣分析報告 109
附錄六:作業環境測定報告 112


表目錄
表1彩色濾光片廠製程使用的化學品清單 15
表2彩色濾光片廠作業環境容許濃度標準彙整 26
表3揮發性有機物暴露容許濃度指標與標準彙整 27
表4國內半導體/TFT LCD製程潔淨室作業環境空氣中常見之揮發性有機氣體 30
表5彩色濾光片廠黃光區揮發性有機物特性彙整 31
表6晶圓廠與TFT LCD面板廠之主要排放VOCs種類及其所佔廢氣有機成份比例 33
表7彩色濾光片廠製程設備使用化學品及成分調查 40
表8各類型偵測感應器之優缺點與適用偵測物質評估 43
表9 PID燈泡離子化能量可量測物質參考表 47
表10 CF作業環境VOCS濃度調查表 59
表11不鏽鋼筒採樣採點與偵測表 86
表12彩色濾光片廠作業環境VOCs採樣分析表 88
表13 PID偵測與不鏽鋼瓶採樣分析數值比較表 89
表14 GC/MS分析與作業環境測定數據比較表 90
表15各彩色濾光片廠廠區VOCs濃度量測數據比較 91



圖目錄

圖1各世代TFT LCD廠介紹 3
圖2無塵室構造及化學品VOC逸散示意圖 5
圖3彩色濾光片製造廠潔淨室區域範圍區分圖 6
圖4彩色濾光片結構圖 9
圖5彩色濾光片製程流程 10
圖6彩色濾光層製程說明 11
圖7 TFT-LCD結構圖 13
圖8黃光製程各單元功能說明 16
圖9微環境潔淨室構造 18
圖10體換氣及局部排氣系統示意圖 21
圖11吸附轉輪濃縮器搭配恢復式焚化爐示意圖 23
圖12研究架構流程圖 41
圖13光游離偵測器構造圖 44
圖14游離偵測器原理圖 45
圖15游離偵測器與進行現場VOCs偵測照片 48
圖16 6L不�袗�採樣罐與現場採樣照片 51
圖17作業環境VOCs採樣分析流程 55
圖18彩色濾光片廠區環境VOCs調查結果 58
圖19 Coater機台構造圖 61
圖20塗佈機台動作與濃度關係圖 62
圖21 Coater機台水平面濃度分佈量測結果 63
圖22 Coater機台垂直面濃度分佈量測結果 64
圖23廠區Coater機台之廠牌VOCs偵測濃度比較果 65
圖24 Toray廠牌Coater機台Exhaust排氣效果實驗照片 66
圖25機台Exhaust開啟時以PID進行VOCs連續監測趨勢圖 68
圖26機台Exhaust關閉時以PID進行VOCs連續監測趨勢圖 69
圖27機台Exhaust關閉時且處於維修保養作業時以PID進行VOCs連續監測趨勢圖 70
圖28 Coater機台VOCs控制工程改善構想圖 74
圖29黃光區生產線機台增設有機Exhaust系統位置圖 75
圖30機台工程改善期間機台運轉狀態環境偵測 77
圖31機台工程改善期間機台維修保養狀態環境偵測 79
圖32機台工程改善後機台運轉狀態偵測 81
圖33廠區作業環境VOCS監測數據比對 83
圖34現場穿戴PM作業呼吸面罩照片 83
圖35 PM用局部exhaust管工程設計構想圖 84
圖36機台PID偵測位置圖 92
英文部分:(依字母順序編排)
1 American Industrial Hygiene Association, 1989, Odor thresholds for chemicals with established occupational health standards.
2 Muller C.O, Joyce C.T, Poppre M.N, 2000,“Odor Control in Semiconductor Manufacturing Facilities”, Environmental Progress, Vol.19, No.1. Sprin.
3 OEHHA,2000, Determination of Noncancer Chronic Reference Exposure Levels and Table of all cRELs at www.oehha.ca.gov/.
4 Schenker M.B., Gold E.B., Beaumont J.J., Eskenazi B., Hammond S.K., Laseley B.L., et. al.,1995; “Association of spontaneous abortion and other reproductive effects with work in the semiconductor industry,” AMJ Ind. Med. ,28:639-659.
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6 Threshold Limit Values for Chemical Substances and Physical Agents and Biological Exposure Indices, Cincinnati, OH: ACGIH, 2002.
7 USDOL, 1984, Occupational Injuries and Illinesses in the United States by Industry .
8 U.S. EPA, 1988, “The Determination of Volatile Organic Compounds (VOCs) in Ambient Air Using SUMMA Passivated Canisters Sampling and Gas Chromatographic Analysis”,Compendium method TO-14.
9 Y.K. Chuah, C-H. Tsai, S.C. Hu,1999,“Simultaneous control of particle contamination and VOC pollution under different operating conditions of a mini-environment that contains a coating process”, Building and Environment,Building and Environment 35 (2000) ,pp.91-99.
中文部分:(依筆畫順序編排)
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11行政院勞工委員會,勞工作業環境空氣中有害物容許濃度標準,行政院勞工委員會九十二年十二月三十一日勞安三字第○九二○○七三二九四號令第三次修正。
12行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所,2000年07月,台灣地區勞工化學危害暴露人數及主要暴露化學物質情形。
13 行政院環境保護署環署,室內空氣品質建議值,中華民國9 4 年1 2 月3 0 日行政院環境保護署環署空字第0 9 4 0 1 0 6 8 0 4 號。
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15 汪禧年,2006,液晶螢幕顯示器工廠勞工空氣中有機有害物暴露調查研究,第一版,行政院勞工委員會勞工安全衛生研究,台北縣。
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19黃振邦,2003,LCD TV大型化下面板成本結構變化趨勢,拓墣產業研究所。
20郭志軍,宋明裕,司洪濤,1996,“工廠揮發性有機氣體(VOCs)控制技術 與改善案例介紹”,經濟部環保技術e報,039期,10月25日。
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22葉錦清,2008,”2007年我國FPD產業回顧與展望”,產業評析-ITIS智網,2009/1/2,取自: http://www.itis.org.tw/。
23 葉寶華,2005,利用不�袗�罐採樣GC/MS 分析檢測VOC 方法之建立與應用, 國立高雄第一科技大學,碩士論文。
24張豐堂,張智能,2006,“半導體及光電產業現行揮發性有機廢氣控制設備之研發”,高科技產業空氣污染防制專輯,化工技術第14 卷第1 期,頁2772-1-2772-8,1月。
25環檢所,空氣中揮發性有機化合物檢測方法以不鏽鋼採樣筒採樣之氣相層析質譜儀偵測法中華民國八十九年三月二十日,(89)環署檢字第14374 號公告NIEA A715. 11B。
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27簡嫻雯,2001,“我國彩色濾光片產業專題調查”,工研院IEK 化材組。
28 顏銘志,2000,超潔淨無塵室流場分析與改善之研究,國立台北科技大學,碩士論文。
29蘇德勝等,1989,“半導體製造業作業環境調查研究報告”,行政院勞工委員會勞工檢查處,勞工檢查技術叢書○三-三六-○二,九月。
網站部分:
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32 不�袗�採樣罐公司(Entech Instrument Inc.)網頁,2009/3/24,取自:http://www.entechinst.com/sampling_canisters.php。
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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