CN1220615A - 空气净化装置、空气过滤器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

装有空气循环机构的净化装置,该空气的湿度已被控制,该装置的特征在于一种装有沸石并具有透气性的过滤器,以及装配在该过滤器下游除去颗粒杂质的颗粒除去过滤器,这两个过滤器设置在空气循环通道中。该净化装置可除去在其中循环的空气所含的气态有机杂质而不降低该空气的湿度。由于该净化装置不使用易燃的活性炭,在防灾方面它是优秀的,并能将该过滤器和该颗粒除去过滤器安装于该净化装置的屋顶部分。

Description

空气净化装置、空气过滤器及其制造方法
技术领域
本发明一般涉及空气净化装置如洁净室、净化台等，该装置用于生产精密产品如半导体元件(如LSI)、液晶显示器(LCD)等，并具有控制工作区中空气的相对湿度的功能，还有除去工作区空气所含气态有机杂质和细小微粒杂质的功能。更具体而言，本发明涉及一种空气过滤器，它可装在这样的装置中用于除去工作区空气中所含气态有机杂质，并且还涉及其制造方法。
在以下说明中，‘空气净化装置’一词似乎太笼统，因此仅表达为‘洁净室’或‘洁净室等’以更实际和具体地理解本发明。
技术背景
众所周知，洁净室、净化台等广泛用于制造LSI和LCD的过程中。例如，在由裸片(硅片)生产1兆比特的DRAM的情况下，要求由约200个生产步骤组成的半导体生产线。同样地，在由裸玻璃板(LCD基片)生产9.4型TFT的情况下，要求由约80个生产步骤组成的LCD屏生产线。在这种生产线上，实际上不可能使目标物体如硅片或LCD基片从一个工序至另一个工序连续地输送直至终点而不将目标物体留在任何备用位置。因此，可能发生半成品停留在某一地点或区域数小时暴露于工作区的空气中。例如，在TFT-LCD的生产线上，将完成先前步骤已形成电路的半成品LCD基片停留在适当载体或储料室或房间中的备用位置数至数十小时暴露于普通洁净室空气中。
同样地，当硅片或LCD基片长时间停留在普通洁净室空气中时，经常发生一些有机物质沉积于硅片或LCD基片的表面上。如果发生这种有机物质的沉积，会引起下列不方便的情形。即，如果在沉积了有机物质的硅片表面形成绝缘氧化物膜(SiO2)，该有机物质的碳组分陷于该二氧化硅膜中，这降低了该二氧化硅膜的介电强度，因此很大程度上增加了泄漏电流。此外，该有机物质的吸附妨碍了硅片表面与涂于其上的光致抗蚀剂膜间的紧密接触，因此，引起光刻过程中曝光和蚀刻的失败，并导致形成不正确的电路图形。另外，该有机物质的吸附导致在硅片表面形成二氧化硅膜的表面电阻率增加，这引起该硅片易于带电，从而在其上静电吸附空气中的细微颗粒，并容易引起在其中的介电击穿。再者，如果洁净室空气中所含的有机杂质经光学仪器发出的紫外线照射，在该洁净室空气中可能发生光CVD反应，因此通过此反应产生的产物可粘附于组成光学仪器如投光器的透镜和镜子表面并使其模糊，从而降低了光效率。
工作区空气中所含有机物质可像对LCD基片一样对玻璃基片产生相似的不良影响。在LCD基片上形成非晶态硅膜(a-Si)用于薄膜晶体管(TFT)的情况下，如果工作区空气中所含有机物质沉积于LCD基片表面，它又妨碍了该a-Si膜与LCD基片表面间的紧密接触。如上所述，工作区空气中飞散的有机物质确实是要尽可能彻底清除的不利因素。
一方面，用一些清洁方法除去沉积于基片表面的有机物质是可能的，例如通过紫外线/臭氧处理。然而，根据此清洁方法，彻底清洁一个单独的基片必须至少花费数分钟。因此，必须用很多时间清洁大量基片，因而自然降低了生产率。因此，近来除了有关由金属杂质和工作区空气中所含的细微颗粒引起的硅及LCD基片污染的问题，极度关注在工作区的洁净空气中仍存在并给半导体器件及其它的生产率带来严重影响的有机杂质。例如，在1995年5月31日由SEMATECH(U.S.A.)出版的技术转让#95052812A-TR的题为“0.25微米高性能逻辑过程的空气中分子污染限度的预测”的文章中，讨论了有机污染物控制水准(允许的表面污染值)并制成下表1。该文作者在讨论中预测：1998年半导体基片表面上的碳原子允许数将限制在加工前为5×1013个碳原子/cm2和在加工后为1×1015个碳原子/cm2之内。
表1
要求(年) 1995 1998 2001 2004 2007 2010
特征尺寸(微米) 0.35 0.25 0.18 0.13 0.1 0.07
前端工序
有机物(C原子/cm2) 1E14 5E13 3E13 1E13 5E12 3E12
后端工序
有机物(C原子/cm2) 1E15 1E15 1E15 <1E15 <1E15 <1E15
迄今，化学过滤器如活性炭过滤器已用作吸附和去除净化空气中仍含有的气态有机杂质。以活性炭填充的预置的塔型容器作为最普通和简单的化学过滤器是众所周知的。将化学过滤器做成各种形式也是众所周知的。例如，一些化学过滤器经纤维状活性炭与低熔点聚酯粘合剂或无纺聚酯纤维交织而制成毡状，其它的是通过用合适的胶粘剂在聚氨酯泡沫体塑料或无纺纤维上粘附粒状活性炭然后将其制造成块型或将其切成片型而形成的。
在洁净室的顶棚用作净化空气出口的情况下，除去空气中气态有机杂质的最有效的过滤器配置可以通过将化学过滤器布置于该顶棚部分内的颗粒过滤器的上游侧以完全覆盖它而实现。然而，根据日本消防法，活性炭归类于易燃材料组，这要求严格提防火灾。因此，考虑到预防灾难，应尽可能避免在洁净室顶棚的后部布置使用活性炭的化学过滤器。
用于生产LSI和LCD的洁净室为工作区提供了净化空气，该净化空气的温度和相对湿度一般分别控制在23-25℃和45±10％。然而，活性炭一般只具有很弱的憎水性，因此它不仅吸附气态有机杂质而且吸附相当量的潮气，即使将它置于空调环境中。活性炭对空气中潮气的吸附量随相对湿度的少量增加而迅速增加。例如，在将未吸附潮气的新鲜活性炭置于充满干燥空气的容器中后，如果将该活性炭突然转移至洁净室并暴露于温度为23-25℃、相对湿度为45±10％的洁净室空气中，活性炭在达到其饱和状态前会吸附大量潮气。因此，如果将使用新鲜活性炭的化学过滤器设置在洁净室的空气供给端，由于活性炭吸附大量潮气使供给空气的湿度水平降低，即使该湿度控制在该过滤器的上游端的预置水准。如果湿度低于预置水准，就会容易产生静电，这经常妨碍LSI和LCD的生产。为了解决此问题，要求使用活性炭的化学过滤器的生产者在他们运送该过滤器前进行非常复杂的工作。即，他们在运送该过滤器前首先调查客户的洁净室空气的温度和湿度，然后他们有意使过滤器潮湿以便符合客户的洁净室的温度和湿度水准，并进一步密封包装该调湿的过滤器以将其运送。
塔型化学过滤器一般具有高的吸附效率，但它的缺点是具有高的压降(抗排气性)。一方面，毡型和片型化学过滤器具有可接受的排气性且在吸附有机杂质方面显示出与塔型化学过滤器没有太多不同的吸附效率。然而，有一种可能性是该型的过滤器可作为气态有机杂质的来源。更具体而言，该问题存在于各种用于在基础过滤器介质(如无纺织物)上紧密固定活性炭的胶粘剂和/或用于将基础过滤器介质固定于过滤器框架上的密封材料中。例如，聚氯丁二烯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、硅氧烷树脂等一般用作胶粘剂，氯丁橡胶、硅氧烷橡胶等一般用作密封剂。因此，有一种可能性是在通过化学过滤器的空气中含有源自这些胶粘剂和密封材料的气态有机杂质并可对半导体器件的生产产生不良影响。换言之，毡型和片型化学吸附器可除去洁净室空气中所含的ppb级的有机杂质，但它自身释放出气态有机杂质并又将它们与自身曾过滤的净化空气混合。
一般，释放气态有机杂质的上述材料也包括在除去颗粒杂质的颗粒过滤器的组成部分中。这种过滤器一般设置于吸附气态有机杂质的化学过滤器的下游端，因此该过滤器可不希望地作为气态有机杂质来源。
日本未审查专利公报61-103518和日本未审查专利公报3-98611分别公开了可交换地用作化学过滤器的过滤器。前一专利公报描述了为除去讨厌气味而开发的过滤器。该过滤器是通过将基底材料如聚氨酯泡沫塑料浸入含活性炭粉末、乳液型胶粘剂和固体酸的水溶液中，然后将其干燥而形成的。然而，在此过滤器的情况下，不仅从用作乳液型胶粘剂的合成橡胶乳液和其它有机胶粘剂分散胶体中，而且从聚氨酯泡沫塑料自身中释放出气态有机物质。一方面，上述后一专利公报描述了为除去有害于人类健康的有害气体和讨厌气味而开发的过滤器。此过滤器要求联合使用吸附剂和有机粘合剂作为必要条件。然而，该公报中所描述的作为有机粘合剂的优选实施例的聚乙烯和其它有机物质自身必定会释放不希望的气态有机物质。
作为此类型的过滤器，日本未审查专利公报63-310636(日本专利2,579,767)和未审查国际公报WO91/16971(日本专利2,579,767)也描述了用水玻璃和其它无机粘合剂将吸附剂如沸石固定在有孔的蜂窝状基体表面的过滤器。
因此，本发明的一个目的是提供从防灾观点来看安全和可靠的过滤器，既不干扰洁净室空气湿度的控制，自身也不释放气态有机杂质，并且可除去工作区中所含的甚至很少量的气态有机杂质，从而保护基片表面不受此类杂质的污染。本发明的另一个目的是提供一种生产上述过滤器的方法。本发明还有一个目的是提供装配有上述过滤器的洁净室等。
发明内容
根据本发明，提供了具有通过预设的空气循环通道使湿度已控制的空气循环的空气循环机构的洁净室等，其中所述空气循环通道装有一种在其基体过滤器介质(base filter media)表面形成有疏水沸石层的空气过滤器以及另一种设置在该具有疏水沸石层的过滤器下游端并用以除去循环空气中所含颗粒杂质的空气过滤器。根据此洁净室，可从在该洁净室循环的空气中除去气态有机杂质而不降低该循环空气的湿度。因为此洁净室不包含易燃的活性炭，从防灾观点来看该装置是优秀的，并且本发明的过滤器可安全地与颗粒过滤器一起装于洁净室的顶棚部分。此外，优选仅用不产生气态有机杂质的材料构成该过滤器。
在上述的过滤器中，基体过滤器介质优选形成蜂窝型，并在其中包括一些小的排气孔，且将疏水沸石层紧密地固定于该蜂窝型基体过滤器介质(下文中称作‘蜂窝结构’)的表面。在此情况下，此疏水沸石层是通过将该蜂窝结构浸入分散有疏水沸石粉末的悬浮液中，然后将其干燥而形成的。也可用胶粘剂的方法将疏水沸石层紧密地固定于蜂窝结构的表面。优选用不燃性材料如包括粘土矿物类或硅酸钙的无机纤维(不可缺少的组分)形成蜂窝结构。疏水沸石优选具有7埃或更大的有效孔隙直径。此外，应仅用不产生气态有机杂质的材料形成颗粒过滤器。
根据本发明，提供了一种具有吸附层的过滤器，该吸附层是用无机物质为粘合剂将用来吸附工作区中所含气态有机杂质的沸石紧密固定于载体(即基体过滤器介质)的表面而形成的。此无机物质可吸附气态有机杂质且具有比沸石更大的有效孔隙直径。
本发明也提供了一种过滤器，在该过滤器中提供有第一吸附层和第二吸附层，第一吸附层是借助一种无机物质为粘合剂将用来吸附工作区中所含气态有机杂质的沸石紧密固定于载体的表面而形成的，第二吸附层是通过将一种具有吸附气态有机杂质的能力且具有比沸石更大的有效孔隙直径的无机物质紧密固定于第一吸附层的表面而形成的。此情况下，在形成第一吸附层步骤中用作粘合剂的无机物质可具有比沸石更大的有效孔隙直径。
此外，本发明提供了一种空气过滤器，在该过滤器中用来吸附工作区中空气所含气态有机杂质的沸石是通过用一种无机物质为粘合剂而造粒的，所得到的沸石颗粒紧密固定于载体的表面。在此情况下，用作粘合剂的无机物质可吸附气态有机杂质并具有比沸石更大的有效孔隙直径。
再者，本发明提供了一种空气过滤器，在该过滤器中用来吸附工作区中空气所含气态有机杂质的沸石是用一种无机物质为粘合剂造粒的，所得到的沸石颗粒涂有一种无机物质并紧密固定于载体的表面，所涂无机物质可吸附气态有机杂质并具有比沸石更大的有效孔隙直径。
在如上刚提及的这些过滤器中，如果根据本发明的过滤器使用有效孔隙直径8埃的沸石，该过滤器可吸附分子尺寸小于8埃的气态有机杂质例如DOP和DBP。然而，当它遇到分子尺寸大于8埃的气态有机杂质例如BHT和硅氧烷时，该过滤器不能吸附象这样较大的气态有机杂质。然而，此类杂质可被根据本发明的过滤器所吸附，因为该过滤器另外使用有效孔隙直径大于8埃的无机物质。上述‘粘合剂’不仅可使沸石-载体粘合，也可使沸石-沸石粘合。
在根据本发明的过滤器中，可将其载体成型为蜂窝结构。在此情况下，优选无机纤维用作作为载体的蜂窝结构不可缺少的组分。如果该过滤器的组成物，不仅载体而且吸附剂如沸石、将吸附剂固定于载体表面的粘合剂等都选自合适的无机物质，那么该过滤器的组成物没有机会成为气态杂质来源。载体的形状并不限于蜂窝结构。它可为其它形状，例如其剖面为网状或波形。此外，载体可以是象包括大量空气排气孔的矿石棉的三维网状结构。在此三维网状结构的情况下，如下面将描述的，作为吸附剂的沸石不仅可以被紧密固定于其表面而且可以沿着其深度(厚度)被紧密固定于其内部。吸附剂在载体表面上的粘结是如下实现的：例如，将该载体浸入至少分散有一种吸附剂的悬浮液中，然后干燥；或对着变为粘着性的载体表面吹吸附剂颗粒。这些吸附剂颗粒由吸附剂和无机粘合剂的混合物造粒。
此外，本发明提供了一种带有由沸石颗粒填充的套管的空气过滤器，该沸石颗粒是通过使用无机物质为粘合剂由能吸附工作区空气所含气态有机杂质的沸石造粒的，该粘合剂具有吸附气态有机杂质的能力并具有比沸石更大的有效孔隙直径。
再者，本发明提供了一种带有由沸石颗粒填充的套管的空气过滤器，该沸石颗粒是通过使用无机物质为粘合剂由能吸附工作区空气所含气态有机杂质的沸石造粒的，并且该沸石颗粒还涂有具有吸附气态有机杂质能力且有效孔隙直径比沸石更大的无机物质。
类似地，在如刚在上面提及的这些空气过滤器中，如果该过滤器使用有效孔隙直径8埃的沸石，该过滤器可吸附分子尺寸小于8埃的气态有机杂质例如DOP和DBP。然而，当它遇到分子尺寸大于8埃的气态有机杂质例如BHT和硅氧烷时，该过滤器不能吸附这种较大的气态有机杂质。然而，此类杂质可被根据本发明的过滤器所吸附，因为它另外使用有效孔隙直径大于8埃的无机物质。套管的形状和尺寸及其要填充的吸附剂颗粒的量可根据气流通道的形状、有效过滤面积和过滤器的安装条件来决定。这会给该过滤器的设计带来相当大的灵活性。
用作吸附剂的沸石可是疏水性的或亲水性的。疏水性沸石吸附的潮气量小于亲水性沸石吸附的潮气量，所以疏水性沸石的多孔结构比亲水性沸石的多孔结构被潮气占据得少。这意味着疏水性沸石可比亲水性沸石更有效地用其多孔结构吸附目标杂质。因此，使用疏水性沸石的过滤器比使用亲水性沸石的过滤器有更长的寿命。一方面，如果在费用方面彼此比较两种沸石，亲水性沸石还是比疏水性沸石有优势。
当以上沸石具有7埃或更大的有效孔隙直径且吸附气态有机杂质的无机物质比沸石具有更大的有效孔隙直径时，优选分布在15-300埃范围的孔的总体积大于0.2 cc每单位重量(克)无机物质，或者无机物质的孔的比表面积大于100 m2/g。吸附气态有机杂质且具有比沸石更大的有效孔隙直径的无机物质的主要组分优选多孔粘性粘土矿物、硅藻土、硅土、钒土、硅土和钒土的混合物、活性钒土、硅酸铝及多孔玻璃中的任一种，或其混合物。多孔粘性粘土矿物为水合硅酸镁粘土矿物如海泡石、坡缕石等、活性粘土、酸性粘土、活性膨润土以及硅酸铝微晶和硅土微观颗粒的复合物中的任一种，或为其混合物。在任何情况下，用作粘合剂、吸附气态有机杂质且具有比沸石更大的有效孔隙直径的无机物质担当着各种任务，例如在载体表面机械支撑沸石粉末、用作沸石粉末造粒时的粘合助剂以及吸附分子尺寸大于有效孔隙直径而因此不被沸石吸附的气态有机杂质。上述过滤器优选通过仅使用既不产生任何气态有机杂质也不在火焰中燃烧的材料来组合。
上述无机物质可包括无机粘合助剂，该助剂包括硅酸钠、硅土和钒土中的至少一种。
另外，根据本发明，提供了一种制造空气过滤器的方法，该方法包括以下步骤：制备分散有沸石粉末和无机物质粉末的悬浮液，该无机物质吸附气态杂质且具有比沸石更大的有效孔隙直径并作为粘合剂；将载体浸入该悬浮液，然后干燥，从而在载体表面形成吸附层。
此外，本发明提供了一种包括以下步骤的制造空气过滤器的方法：将载体浸入分散有沸石粉末和作为粘合剂的无机物质粉末的悬浮液中，然后干燥，从而在载体表面形成第一吸附层；将已带有第一吸附层的载体浸入分散有无机物质的悬浮液中，然后干燥，从而在第一吸附层表面形成第二吸附层，该无机物质具有吸附气态有机杂质的能力且具有比沸石更大的有效孔隙直径。
根据这些过滤器的制造方法，过滤器可基本上仅用既不产生任何气态有机杂质也不在火焰中燃烧的材料组分来组合。在这些方法中，溶胶态无机粘合助剂可与用作形成第一吸附层和在其上的第二吸附层的悬浮物混合是可能的，因此上述无机物质可包括无机粘合助剂。
此外，根据本发明，提供了具有通过预设的空气循环通道使湿度已控制的空气循环的空气循环机构的洁净室等，其中空气循环通道装有任何一种根据本发明的空气过滤器和除去该循环空气中所含颗粒杂质并设置在该空气过滤器下游端的颗粒过滤器。根据此空气洁净室，除去循环空气中所含的气态和颗粒杂质而不干扰循环空气的控制的湿度成为可能。因为此洁净室不包括易燃的活性炭，该洁净室从防灾观点来看是优秀的。因此，本发明的过滤器和颗粒过滤器可安全地安装于洁净室的顶棚部分。
再者，根据本发明，提供了包括第一过滤器部分和第二过滤器部分的空气过滤器，第一过滤器部分包括作为吸附剂的合成沸石，第二过滤器部分设置于上述第一过滤器部分的上游或下游端以便与之邻近，第二过滤器部分包括吸附气态有机杂质且具有比合成沸石更大的有效孔隙直径的无机吸附剂。因为此空气过滤器不包括易燃的活性炭，从防灾观点来看它是优秀的。根据此过滤器，可将洁净室中的循环空气所含的气态有机杂质除去而不干扰循环空气的控制的湿度。
在此过滤器中，第一过滤器部分包括在表面上紧密固定有合成沸石的载体，第二过滤器部分也包括在表面上紧密固定有无机吸附剂的载体。在此情况下，将第一过滤器部分的载体浸入分散有合成沸石的悬浮液中，然后干燥，从而将合成沸石紧密固定于该载体的表面，将第二过滤器部分的载体浸入分散有无机吸附剂的悬浮液中，然后干燥，从而将该无机吸附剂紧密固定于该载体的表面。
此外，第一过滤器部分可如此形成以致经造粒合成沸石粉末而形成的颗粒被牢固地固定于第一过滤器部分的载体表面，第二过滤器部分可如此形成以致经造粒无机吸附剂粉末而形成的颗粒被牢固地固定于第二过滤器部分的载体表面。
载体可由以直角横切通过载体的气流的假想界面分成两个区域，经造粒合成沸石形成的颗粒或其粉末被牢固地固定于此两个区域之一的表面，从而形成第一过滤器部分，经造粒无机吸附剂形成的颗粒或其粉末被牢固地固定于剩余区域的表面，从而形成第二过滤器部分。
当将经造粒合成沸石形成的颗粒或其粉末牢固地固定于载体的表面时和/或当将经造粒无机吸附剂形成的颗粒或其粉末牢固地固定于载体的表面时，使用由选自滑石粉、高岭土矿物、膨润土、硅酸钠、硅土和钒土的至少一种组成的粘合助剂。
用于第二过滤器部分的无机吸附剂由选自硅藻土、硅土、钒土、硅土和钒土的混合物、硅酸铝、活性钒土、多孔玻璃、水合硅酸镁粘土矿物、活性粘土及活性膨润土的至少一种所组成。
合成沸石具有7埃或更大的有效孔隙直径，在第二过滤器部分的无机吸附剂中，分布在15-300埃范围的孔的总体积大于0.2 cc每单位重量(克)无机吸附剂，或者无机吸附剂的孔的比表面积大于100m2/g。
上述载体可为蜂窝结构。在此情况下，优选用无机纤维作为其不可缺少的组分形成蜂窝结构。
可将第一过滤器部分制成由合成沸石颗粒填充的圆筒套管的形式而可将第二过滤器部分制成由无机吸附剂颗粒填充的分离的圆筒套管的形式。此外，优选所述合成沸石为疏水性的。
附图简述
图1是解释根据本发明的第一个实施方案的空气净化系统组成的示意图；
图2是关于本发明的过滤器的部件分解示意图；
图3是吸附层的局部放大剖面图，该吸附层是由交替地堆积具有圆形波形状的波纹板和薄平板而形成的；
图4是显示吸附层的局部放大的剖面图，该吸附层是由交替地堆积具有三角形波形状的波纹板和薄平板而形成的；
图5是解释根据本发明的第一个实施方案的另一个洁净室组成的示意图；
图6是根据本发明的第二个实施方案的过滤器的部件分解示意图；
图7是在表面形成有吸附层的过滤器的放大剖面图；
图8是在表面固定有颗粒的过滤器的放大剖面图；
图9是根据本发明的吸附层的放大剖面图；
图10是根据本发明的第二个实施方案的另一个过滤器的分解剖面示意图；
图11是显示硅土/钒土(SiO2/Al2O3)的重量比与每100克沸石(25℃，相对湿度50％)吸湿量之间的关系的图；
图12是显示疏水性沸石和活性炭在25℃的潮气吸附等温线的图；
图13是根据本发明的另一个实施方案的过滤器的部件分解图；
图14是过滤器的放大剖面图，在该过滤器表面形成第一和第二吸附层；
图15是由第一和第二吸附层组成的复合吸附层的放大剖面图；
图16是解释根据本发明的第二个实施方案的空气净化系统组成的示意图；
图17a是根据本发明的第三个实施方案的过滤器部分的透视图；
图17b是经装配如图17a所示的过滤器部分而制成的过滤器的透视图；
图18是第一和第二过滤器部分的部件分解示意图；
图19是根据本发明的第三个实施方案的另一个过滤器的部件分解图；
图20是根据本发明的另一个实施方案的过滤器的透视图；
图21是吸附层的局部放大剖面图，该吸附层是由交替地堆积具有圆形波形状的波纹板和薄平板而形成的；
图22是吸附层的局部放大剖面图，该吸附层是由交替地堆积具有三角形波形状的波纹板和薄平板而形成的；
图23a是在图23b的A-A所取的剖面图，显示用颗粒填充套管而形成的过滤器；
图23b是在图23a的B-B所取的剖面图；
图24是显示当硅片暴露于经各种化学过滤器过滤的空气中时在硅片表面的接触角变化图；
图25是显示沉积于玻璃基片表面的碳原子数目与在其表面上的接触角之间的关系图；
图26是显示当将由硅片上形成的二氧化硅膜所覆盖的硅片冲洗后立即暴露于各种环境中三天时接触角变化与时间推移的图；
图27是显示合成沸石和活性炭的潮气吸附等温线图；
图28是显示各种吸附剂对引起表面污染的有机污染物的吸附性能图；
图29是显示用疏水性沸石的洁净室及用现有技术的化学过滤器的洁净室引起的相对湿度变化图；
图30是解释在现有技术的湿度控制中的不方便之处的图；
图31是显示用图30中所示的系统进行湿度控制结果图；
图32是显示当硅片暴露于经各种化学过滤器过滤的空气中时在硅片表面的接触角变化图；
图33是根据本发明A的第一和第二吸附层的放大图；
图34是现有技术的吸附层的放大图；
图35是根据本发明B的吸附层的放大图；
图36是根据本发明C的第一和第二吸附层的放大图；
图37是根据本发明D的第一和第二吸附层的放大图；
图38是根据本发明E的第一和第二吸附层的放大图；
图39是显示当将带有在硅片上形成的氧化物膜的硅片冲洗后立即暴露于各种环境中三天时接触角变化与时间推移的图；
图40是显示亲水性沸石和活性炭的潮气吸附等温线图；
图41是建造或安装于洁净室中的储料室的透视图，根据本发明的过滤器安装在该洁净室的顶棚；
图42是显示根据本发明的过滤器的效果的图；以及
图43是建造或安装于洁净室中的储料室的透视示意图，在该洁净室中于该洁净室空气的进风口处提供有根据本发明的过滤器。
发明优选实施方案
现在将参考附图描述本发明的优选实施方案。
图1是解释根据本发明的第一个实施方案的洁净室1的组成的示意图。在此，如上所述，术语‘洁净室’可用术语‘净化台’或具有类似功能的其它术语代替，而不会改变本发明的结果和范围。洁净室1包括可加工精密和灵敏产品如LSI和LCD的工作区2、分别限定工作区2的最高和最低部分的顶棚部分(供给充气增压舱)3和地板下部分(回程充气增压舱)4和设置于工作区2侧的回程通道5。
在顶棚部分3设置了配有鼓风机组10、通风良好的过滤器11和颗粒过滤器12的净化鼓风机单元13。半导体生产装置14位于工作区2并作为一种热源。地板下部分4用具有许多孔或射孔的格栅式板15分隔开。不结露型冷凝蛇管16装备在地板下部分4以处理半导体生产装置14的显热负荷。不结露型冷凝蛇管16是可冷却空气而不在热交换器表面引起任何露水凝结的空气冷却器。温度传感器17设于回程通道5中测定那里的温度。调节冷冻水流动的阀18是如此控制的以使传感器17测定的温度和回程通道中的相对湿度保持在各自预定的恒定水准，而不在冷凝蛇管16的表面引起任何结露。
随着净化鼓风机单元13中的鼓风机组10的运行，洁净室1中的空气开始以预置的空气流量按顶棚部分3-工作区2-地板下部分4-回程通道5-顶棚部分3的顺序循环。在此空气循环期间，空气通过不结露型冷凝蛇管16冷却，并且该循环空气中所含的气态有机杂质和颗粒杂质分别由净化鼓风机单元13的过滤器11和颗粒过滤器12除去，从而将温度已被适当控制的净化空气连续供给至工作区2。
过滤器11包括除去循环空气中所含的气态有机物质的疏水性沸石。此过滤器11由既不产生气态有机杂质也不易燃的材料组成。
颗粒过滤器12安排在过滤器11的下游并除去颗粒杂质。此过滤器12也是由不产生任何气态有机杂质的材料组成的。
室外空气经室外空气入口通道20适当供给至地板下部分4。在此室外空气入口通道20中，设置有包括除去室外空气所含气态有机杂质的疏水性沸石的过滤器21、配置于过滤器21上游并执行除去室外空气中的灰尘及控制室外空气的温度和湿度的单位式空调22。湿度传感器27设置于室外空气入口通道20中。调节单位式空调22的湿度控制部分中的水供给压力的阀29是如此控制的以使传感器27测定的湿度保持在预设值。一方面，在工作区2中，设置有另一个湿度传感器28以测定工作区2中的空气湿度。
将通过室外空气入口通道20供给至洁净室1的地板下部分4的室外空气经回程通道5和顶棚部分3引入工作区2。适当控制引至工作区2的室外空气体积和从那里排出的空气体积间的平衡，从而将工作区2的压力保持在恒定值。工作区2的空气从排出口25经回程波形板26而排出。
图2是过滤器11的部件分解示意图。如图所示，过滤器11具有蜂窝结构32，该蜂窝结构是以交替的形式堆积许多波纹板30和薄平板31而形成的。疏水性沸石牢固地固定于蜂窝结构32的整个表面。在此情况下，优选疏水性沸石具有大于7埃的有效孔隙直径。如该图中所示，过滤器11是如此装配的以致带有疏水性沸石的蜂窝结构32包含于象敞口框架的盒中，该框架由外部框架构件35a,35b,35c,35d所限定，并且其如箭头33所指的两侧保持敞口以允许空气经此流动。这些框架构件由铝制成。过滤器11的外形和尺寸可任意设计以满足可容纳它的空间。
现在，将简要解释有关制造过滤器11的示范性方法。以1:1:1的重量比混合无机纤维(陶瓷纤维、玻璃纤维、硅纤维、氧化铝纤维)、有机材料(浆状和熔融维尼纶的混合物)及硅酸钙，并用湿型造纸机将此混合物制成厚度为0.3mm象纸一样薄的过滤板。在上述混合物中，硅酸钙可被粘土矿物如包括硅酸镁为主要成分的海泡石、绿坡缕石等代替。此板经波纹机加工并转化成波纹板。波纹板30和薄平板31交替堆积并由合适的胶粘剂互相固定，从而形成图2中所示的蜂窝结构32。然后用保持在400℃的电炉将此蜂窝结构32热处理1小时。随着此热处理，所有有机组分被除去并使蜂窝结构32(基体过滤器介质)变为多孔状。然后，将此多孔蜂窝结构32浸入悬浮液中数分钟，在该悬浮液中分散有粒径为数微米的疏水性沸石及无机溶胶粘合剂(硅溶胶、氧化铝溶胶等)。其后，将该蜂窝结构32进一步在300℃热处理1小时，从而完成过滤器11。由于用如上所述的方法形成过滤器11，可能包括在或沉积于过滤器组成物中的气态有机杂质可在如上所述的热处理期间内被彻底除去。因此，该过滤器自身没有可能成为气态有机杂质源。
其次，以下将解释制造过滤器11的另一种方法。直至蜂窝结构32的形成，所有的制造步骤与以上描述的那些是相同的。在上面的实施例中，用粒径为数微米的疏水性沸石将该多孔蜂窝结构灌注。在此实施例中，用适当的胶粘剂将粒状疏水性沸石固定于蜂窝结构32的表面。图3是用作当前实施例中的过滤器11的过滤介质的放大剖面图。用不可燃的胶粘剂将粒状疏水性沸石36固定于波纹板30和薄平板31的表面以紧密覆盖其全部表面。然后，使蜂窝结构32在保持如100℃的电炉中经热处理2小时，该温度低于该胶粘剂允许的最高温度，从而完全逐出该胶粘剂所含的气态有机杂质并完成过滤器11。要净化的空气通过如图3所示的具有近似半圆形剖面的空间37。过滤器11也可如此形成：使用由如图4所示的像三角形波形状的波纹板38与薄平板36的组合而形成的蜂窝结构32，并用不可燃的胶粘剂将粒状疏水性沸石固定于蜂窝结构的整个表面。在图4的情况下，要净化的空气通过具有三角形剖面的空间39。
如上形成的过滤器11不包括任何易燃物为其组成物。因此，如果将过滤器11安装在如图1所示的顶棚部分中，考虑到防灾则与使用依靠易燃的活性炭的现有技术的化学过滤器相比安全性可得到显著增强。另外，在图1所示的洁净室1中，如果过滤引入的室外空气的过滤器21具有与过滤循环空气的过滤器11相同的组成，那么从防灾观点来看与在室外空气入口处装有依靠易燃的活性炭的现有技术的化学过滤器的情况相比安全性可更进一步得到增强。
熟知为颗粒过滤器的普通中效空气过滤器、HEPA过滤器和ULPA过滤器，一般使用含有包括一些挥发性有机成分的粘合剂的基体过滤器介质。所以，如果它们原样用作过滤器则气态有机杂质的产生是不可避免的。因此，对于颗粒过滤器12，最优选使用采用不包括粘合剂的基体过滤器介质的颗粒过滤器。如果仅有包括粘合剂的基体过滤器介质，则优选在它用作该颗粒过滤器的基体过滤器介质之前使它经热处理以逐出挥发性有机物质。对于作为将基体过滤器介质固定于过滤器框架的密封件，也同样要注意它的选择。即，选择不包括挥发性有机物质的密封剂或者通过物理或机械方法而不使用任何密封剂在基体过滤器介质和过滤器框架之间产生气密压力接触是重要的。
图5是根据本发明的第一个实施方案的另一个洁净室1’的图示。在此洁净室1’中，用疏水性沸石固定的蜂窝结构的过滤器11安装于洁净室1’的顶棚部分3使得过滤器11不完全覆盖但部分覆盖顶棚部分3。在此实施例中，安装的过滤器数目减少到在如图1所示的洁净室1中使用的过滤器的一半。除了过滤器的数目，图1和5所示的洁净室1和洁净室1’两者之间没有差别。因此，其相同的部件用相同的代号标明，不再重复基本相同的详细描述。
污染LSI、LCD等的基片表面的污染物源可甚至存在于生产它们的洁净室中。因为洁净室不得不由包括此类污染物的材料组成并且不得不使用含同样污染物的用品。通常，高沸点的高分子有机化合物被视为有害的有机污染物源，例如由一些密封剂产生的有机硅氧烷、来自一些建筑材料所含的阻燃剂的磷酸酯、来自一些建筑材料所含的增塑剂的苯二甲酸酯、来自促进光致抗蚀剂紧密粘合的试剂的HMDS、来自过滤片中所含的抗氧剂的BHT。这些污染物在引入的室外空气中的含量较少。因此，过滤器11的一个任务是从经洁净室循环的空气中除去此类高分子有机化合物，从而降低这些有机化合物的浓度。洁净室中的有机物质的浓度在洁净室开始运行后立即表现出其最大值。然而，由于从循环空气中除去有机物质，它随着时间的推移逐渐降低，并最终当该有机物质的除去和产生平衡时它稳定在一个值。在图5的洁净室1’中空气循环一圈期间内除去的有机物质的量是由图1的洁净室1除去的量的一半。换言之，如意料中的，就有机物质浓度而论在达到其平衡状态前图5的洁净室1’比图1的洁净室1花费明显更长的时间。此外，洁净室1’最终可达到的平衡浓度比洁净室1能达到的更高。因此，与图1的洁净室1相比，图5的洁净室1’包括如此不利的特征以致它需要更长的时间降低有机物质浓度并且它可实现的浓度比装置1能实现的高。然而，考虑到过滤器11的初始安装费用以及不可缺少的周期性更换它们的维持费用，从降低制造费用的观点考虑如洁净室1’这样的装置也许是值得的。
现在将参考图6描述根据本发明的第二个实施方案的过滤器100。
过滤器100具有与图2所示的过滤器相似的结构，除了在此过滤器100中，借助于无机粘合剂将沸石粉末固定于蜂窝结构112的整个表面，该无机粘合剂的有效孔隙直径比沸石粉末的大。过滤器100是由在框架构件115a、115b、115c和115d所限定的空间内交替堆积许多波纹板110和薄平板111以引导它们大致与气流113平行而形成的，波纹板和薄平板的所有表面由借助无机粘合剂固定在此的沸石粉末所覆盖。外形和尺寸可任意设计以满足安装过滤器100的空间。
现在将于下文解释制造过滤器100的方法的一个实例。用如上文先前描述的相同方法形成蜂窝结构。从蜂窝结构除去有机组分在蜂窝结构的表面留下许多微米尺寸的孔，从而实现了多孔蜂窝结构。将这些孔用以下工艺中的吸附剂和粘合剂填充。其次，将此多孔蜂窝结构112浸入悬浮液中数分钟，在该悬浮液中分散有疏水性沸石及作为粘合剂的无机物质，该无机物质能吸附气态有机杂质并具有比沸石大的有效孔隙直径，例如粘土矿物、硅藻土、硅土、钒土、硅土和钒土的混合物、硅酸铝、活性钒土、多孔玻璃等。此处理后，将蜂窝结构112进一步在300℃热处理约1小时。经此热处理，使用无机物质(粘合剂)将沸石粉末牢固地固定于蜂窝结构112的整个表面，并形成了如图7所示的吸附层。这样，完成了过滤器100。以上悬浮液可包括至少硅酸钠、硅溶胶或氧化铝溶胶作为无机粘合助剂。这些无机物质在先前实施例中用作无机溶胶粘合剂。然而，在当前实施例中，它们用作粘合助剂以增强沸石粉末和上述无机物质(粘合剂)间的粘合以及增强将沸石粉末和上述的无机物质(粘合剂)固定于蜂窝结构112的表面(包括作为蜂窝结构112的组成部分的单元内表面)的粘合力。这样形成的过滤器100不包括任何易燃物，并且经上述的热处理将包括于过滤器11的组成物中的气态有机杂质组分彻底逐出。因此，该过滤器100自身不可能成为气态有机杂质源。
以下将描述制造过滤器100的另一种方法。直至蜂窝结构112的形成，所有制造步骤与上面描述的那些是相同的。因此，将忽略基本相同的重复性解释。此方法的特征在于通过使用适当的胶粘剂将由沸石粉末造粒而得的粒状沸石颗粒固定于蜂窝结构112的表面。当用沸石粉末形成沸石颗粒时，将此粉末与无机物质混合，该无机物质可吸附气态有机杂质、具有比沸石大的有效孔隙直径、并具有将沸石粉末相互粘合的粘合剂的功能。当将适量的水和无机粘合助剂加到上述混合物中时，可获得像粘土一样粘稠和粘滞的便于造粒的产物。用作粘合剂的无机物质和无机粘合助剂可以与用于上述生产方法的一样。
以下将描述制造过滤器100的又一种方法。直至蜂窝结构112的形成，所有制造步骤与上面描述的那些是相同的。因此，将忽略基本相同的重复性解释。此方法的特征也在于通过使用适当的胶粘剂将由沸石粉末与用作粘合剂的无机物质的混合物造粒而得的粒状沸石颗粒固定于蜂窝结构112的表面。在此方法中，不总是要求用作粘合剂的无机物质‘能吸附气态有机杂质并具有比沸石大的有效孔隙直径’。真正的差别存在于该颗粒表面的结构中。即，用能吸附气态有机杂质并具有比沸石大的有效孔隙直径的无机物质涂布该颗粒。
图8是过滤器100的放大剖面图，在该过滤器中借助阻燃胶粘剂将根据上述方法由沸石粉末造粒而得的颗粒121固定于形成蜂窝结构112的波纹板110和薄平板111的整个表面。此阻燃胶粘剂优选选自聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺的耐热胶粘剂。要净化的空气通过具有近似半圆形剖面的空间117。然后，使表面固定有颗粒的蜂窝结构112在保持于100℃的电炉中经热处理2小时，该温度低于该胶粘剂允许的最高温度，从而完全逐出该胶粘剂所含的气态有机杂质组分。这样完成了过滤器100。
如上所述，因为过滤器100不包括任何易燃物为其组成物，如果将它安装在洁净室的顶棚部分中，那么从防灾观点来看则与使用依靠易燃的活性炭的现有技术的化学过滤器的情况相比安全性可得到显著增强。在蜂窝结构中形成的各个空气通道的剖面形状不局限于半圆形。可将它设计为任意形状。
有一种可能性是在进行要求高精密度的产品如LSI、LCD等的生产的各种工作区会产生各种气态有机杂质，例如洁净室、净化台、洁净箱、要求洁净度的储存产品的各种储料室及其它局部保护称作小环境的洁净区的设备。然而，通常认为大多数作为LSI、LCD基片污染物的气态有机杂质可以是具有高沸点的高分子有机化合物，例如由一些用于洁净室的密封剂产生的有机硅氧烷、来自一些建筑材料所含的阻燃剂的磷酸酯、来自一些建筑材料所含的增塑剂的苯二甲酸酯、来自促进光致抗蚀剂紧密粘合的试剂的HMDS、来自过滤片中所含的抗氧剂的BHT。沸石，特别是称作分子筛的合成沸石具有均一的有效孔隙直径，但它不能吸附比有效孔隙直径大的气态分子。例如，具有8埃有效孔隙直径的沸石能吸附分子尺寸小于8埃的DOP和DBP，但它不能吸附分子尺寸大于8埃的BHT和硅氧烷。然而，利用作为粘合剂与沸石混合的无机物质的吸附功能，根据本发明的第二个实施方案的过滤器100能吸附不被沸石吸附的BHT和硅氧烷。
沸石晶体本身不形成块状，当它们造粒和以层的形式固定于蜂窝结构112的表面时它们需要粘合剂的帮助。迄今，粘土矿物如滑石粉、高岭土矿物、膨润土等已用作此类粘合剂。孔隙直径分布在15-300埃范围的单位重量(克)的这些常规吸附剂的总体积分别为0.07 cc/g，0.06 cc/g和0.03 cc/g，并且它们的单位重量的比表面分别不大于28m2/g,21 m2/g和23m2/g。
因为已注意到这些粘合剂的空气或气体透过性如此重要，已将这些粘合剂应用于基体过滤器介质以便使它们在相互邻近的粘合剂颗粒之间或沸石颗粒和粘合剂颗粒之间保持500埃或更大的排气孔。换言之，应用常规粘合剂产生的排气孔是大孔，它可产生优秀的气体透过性但获得较少的物理吸附。迄今已用作粘合剂的滑石粉、高岭土矿物和膨润土的颗粒表面没有包括这么多的便于物理吸附气态有机杂质的孔。使用此类常规粘合剂的应用是基于这样的思路：粘合剂可担任机械保护载体(即基体过滤器介质)上的沸石粉末的任务，以及由载体承载的沸石粉末的量优选要尽可能多而粘合剂对沸石粉末的比例优选要尽可能小。换言之，仅要求常规粘合剂在载体表面支撑沸石粉末以及提供优秀的出口以将要除去的目标气体引至附于载体表面的沸石粉末表面。因此，较少要求粘合剂具有吸附能力。
与此相反，在根据本发明的过滤器100中使用的粘合剂的情况下，虽然它可形成与常规粘合剂在相互邻近的粘合剂颗粒之间或沸石颗粒和粘合剂颗粒之间所形成的排气孔相类似的排气孔，但用于本发明的粘合剂颗粒在它们自己的表面上包括便于物理吸附的小孔，例如具有小于20埃的直径的孔隙，和具有20-500埃直径的间隙孔。因此，粘合剂自身的表面使它能吸附不能被沸石吸附的BHT和硅氧烷。此外，因为仍保证有优秀的气体透过性，目标气体可容易地到达沸石的粉状表面。因此，可以照常保持沸石粉末的选择性吸附特性，即不吸附比其有效孔隙直径大的分子但极好地吸附那些比其有效孔隙直径小的分子。可以说物理吸附气态分子的能力按细孔、间隙孔和大孔的顺序排列，并且大孔几乎不进行该物理吸附。图9是一种吸附层的放大剖面图，该吸附层是通过借助颗粒形式的无机粘合剂将沸石粉末固定于载体表面而形成的。要除去的目标气体从该吸附层的表面(与目标气体接触的表面)进入，进一步进入该吸附层内部在沸石颗粒和粘合剂颗粒间产生的排气孔中蠕动，然后从该吸附层流出。这样，目标气体将反复碰击沸石以及粘合剂的细微颗粒，从而被存在于各颗粒表面的那些孔吸附。
因此，本发明的目的可通过提供具有吸附层120的过滤器100而实现，该吸附层是借助作为其表面有孔的粘合剂的无机物质将沸石粉末固定于蜂窝结构112的表面而形成的，此孔的尺寸比沸石的有效孔隙直径大并且基本属于定义为所谓间隙孔或微孔的范围。用相似的方法，将沸石颗粒121固定于蜂窝结构112的表面可形成过滤器100，该沸石颗粒121是借助上述作为粘合剂的无机物质由沸石粉末造粒而得的。此外，如从显示分别在A-A线和B-B线处所取的两个剖面图的图10中所见的，本发明的目的可由如下形成的过滤器100'实现。首先，制备由最外层套管124环绕的双层圆筒形套管122并且该双层圆筒形套管进一步包括内部圆筒形套管，其双层壁带有许多排气口123。颗粒121是借助作为粘合剂的无机物质造粒沸石粉末而形成的。此无机物质其表面上有孔，该孔的尺寸比沸石的有效孔隙直径大并且基本属于定义为所谓间隙孔或孔的范围。该双层壁之间的空间用颗粒121填满，从而形成颗粒填充的圆筒形吸附层。要净化的目标空气沿箭头113所示的方向首先流入双层圆筒形套管122的内部，然后在通过颗粒填充的圆筒形吸附层之后流经双层圆筒形套管122和最外层套管124之间的空间。
因此，过滤器100是将吸附剂固定于蜂窝结构112的表面而形成的，该吸附剂为合成沸石粉末与粘合剂的混合物的形式，该合成沸石粉末的颗粒尺寸为数微米且有效孔隙直径为8埃，该粘合剂是具有数微米尺寸的酸处理蒙脱土(活性粘土)；或为上述混合物经造粒而得到的颗粒的形式。此外，过滤器100'是用如上所述的呈颗粒形式的吸附剂填满它的套管而形成的。蒙脱土是具有如Al4Si8(OH)4·nH2O所描述的化学组成的粘土矿物，它的名称来自生产此化学物质的法国地名‘蒙莫里荣’(‘Montmorillon’)。当蒙脱土经酸处理时，具有15-300埃的孔隙直径的蒙脱土的孔隙体积和比表面分别变为0.37 cc/g和约300 m2/g。孔隙直径40-600埃的孔隙体积占总孔隙体积的22％。因此，如果酸处理的蒙脱土(活性粘土)用作具有8埃有效孔隙直径的合成沸石的粘合剂，此粘合剂的孔隙可物理吸附分子尺寸大于8埃且不能被沸石吸附的BHT和硅氧烷。
在迄今已用作粘合剂的滑石粉、高岭土矿物和膨润土的情况下，其大孔具有大体积，但微孔和间隙孔具有小的内表面且体积太小以致它们的物理吸附能力当然小。一方面，作为一种纤维多孔粘土矿物的海泡石包括10埃的孔和200埃的间隙孔，并且它们的内表面和体积大，所以它们的物理吸附能力自然大。酸处理的蒙脱土、合成富镁蒙脱石、合成镁绿泥石、合成锌铝蛇纹石、微硅土颗粒和硅酸铝微晶的复合物如合成锌铝蛇纹石等与海泡石一样具有大的物理吸附能力。这些孔隙直径为15-300埃的多孔粘土矿物分别具有大于0.2 cc/g和100 m2/g的孔体积和比表面。纤维多孔粘土矿物如海泡石、坡缕石、酸处理蒙脱土(活性粘土)、各种多孔合成粘土等优选用作下文将描述的根据本发明的第二吸附层。
DOP和DBP是在洁净室中加工的LSI和LCD基片表面测得的主要有机污染物。这些污染物大量含于由氯乙烯制造的材料中并具有6-8埃的分子直径。因此，如果选择并使用孔隙直径大于7埃的沸石，它可除去DOP和DBP，它们是气态有机物质中基片表面污染物的主要部分。一方面，通过使用无机物质作为沸石的粘合剂可以除去分子直径比沸石的有效孔隙直径大的气态有机杂质，该无机物质具有比沸石大的有效孔隙直径。
沸石晶体表现出的对潮气和极化物质的强吸附能力依赖于与沸石骨架中的铝原子数目相对应的阳离子静电。如果沸石晶体所含的硅土和钒土间的重量比(SiO2/Al2O3)增加，阳离子数目减少，从而该晶体变得更疏水。一直到SiO2/Al2O3的比为2-5的程度，该晶体显示亲水特性。如果SiO2/Al2O3的重量比为大约20或超过此值，该沸石的亲水特性消失并且主要表现为疏水特性。
图11是显示SiO2/Al2O3的重量比与每100克沸石的潮气吸附量(cc/100g)之间的关系图。当SiO2/Al2O3的值大于20时，潮气吸附量降低并且当SiO2/Al2O3的值变为80以上时不发生潮气吸附。图12显示了当SiO2/Al2O3为40时疏水性沸石的潮气吸附等温线，并且为了比较也显示了由椰壳生产的活性炭的潮气吸附等温线。在50％的相对湿度，活性炭的潮气吸附量为0.11 cc/g而沸石的潮气吸附量为0.03cc/g。当沸石吸附潮气时，与没吸附潮气的情况相比，相对应于在此吸附的潮气体积，沸石对气态有机物质的吸附容量降低。换言之，沸石可保持其吸附能力的有效时间，即相对应于在此吸附的潮气体积，沸石作为吸附剂的寿命降低。因此，沸石优选疏水性的以除去飞散于洁净室中的气态有机杂质，洁净室的相对湿度通常保持在30％-60％。
一方面，也可使用亲水性沸石。于洁净室中加工的硅片等或多或少地被自然氧化并在其表面带有天然的二氧化硅膜，所以硅片表面变为亲水的。同样，众所周知由于玻璃自身的物理性质在相似的工作区中加工的玻璃基片是亲水的。存在于洁净室空气中并污染由天然二氧化硅膜覆盖的硅片以及玻璃基片的亲水表面的这类有机杂质具有对亲水表面有好的亲合性的亲水基团。简而言之，先前描述的有机表面污染物是高分子疏水有机物质，该有机物质具有高沸点和像双键碳及苯环的化学结构，所以当然具有疏水基团。然而，这些有机物质也具有引起表面污染的亲水基团。如上所述，因为像硅片这样的电气材料是亲水的并且要吸附的有机物质也具有亲水基团，使用亲水性沸石成为可能。
亲水性沸石的硅土/钒土比为2-5而疏水性沸石的硅土/矾土比为20或更多。疏水性沸石作为有机物质吸附剂的寿命比亲水性沸石的长。然而，因为疏水性沸石是通过用酸处理亲水性沸石以除去铝组分并经加热干燥它而生产的，前者变得比后者昂贵。亲水性沸石的成本降低可通过它的大量生产而相对容易地实现，但疏水性沸石没这么容易。
如图8所示的根据本发明的过滤器可按照如下制造。直至蜂窝结构的形成，所有制造步骤与上面描述的那些是相同的。因此，将忽略基本如此的重复性解释。首先，通过使用沸石粉末和作为粘合剂的无机物质制备沸石颗粒。此无机物质选自可吸附气态有机杂质且具有比沸石大的有效孔隙直径的无机物质。有效孔隙直径优选属于先前所定义的间隙孔隙直径或孔隙直径的范围。加入自来水并与沸石颗粒和粘合剂即上述所选无机物质混合，从而形成粘土似的混合物。借助造粒机加工此粘土似的混合物以生产具有0.3-0.8mm直径的颗粒。然后用高速空气喷射将该颗粒吹向载体。在此情况下，载体的表面预先经无机阻燃胶粘剂处理。并不总是需要载体呈蜂窝结构的形式。它可具有如矿石棉的三维网状结构。此网状结构对流经的要净化的目标空气表现出高的阻力，但它会比蜂窝结构给予目标空气更多机会与吸附剂接触。
图13是根据本发明的第二个实施方案的另一个过滤器131的部件分解图。在此过滤器131中，因为其蜂窝结构112与图6中所示的过滤器100的相同，两个图中的同样构件标明了同样的代号并且在此将不重复其详细描述。
如图14所示，在此过滤器131中，第一吸附层125是用粘合剂将沸石固定于蜂窝结构112的表面而形成的，该蜂窝结构是通过交替堆积波纹板110和薄平板111而形成的，该粘合剂是由能吸附气态有机杂质且具有比沸石大的有效孔隙直径的无机物质制成的。此外，第二吸附层126是通过将相同的无机物质固定于第一吸附层125上以便覆盖第一吸附层而形成的。考虑到过滤器131要安装的空间可任意设计其外形和尺寸。然而，用作形成第一吸附层125的粘合剂的无机物质与用于形成第二吸附层126的是不同的，且并不总是要求它具有吸附气态有机杂质的能力。此外，用作形成第一吸附层125的粘合剂的无机物质的有效孔隙直径可比沸石的小。例如，可使用迄今已用作粘合剂且包括很少便于气态有机杂质的物理吸附的孔隙的粘土矿物类如滑石粉、高岭土矿物和膨润土。同样，可使用无机粘合助剂如硅酸钠、硅溶胶和氧化铝溶胶。图15是由第一和第二吸附层组成的复合吸附层的放大剖面图。
将在下文中解释形成过滤器131的方法的一个实施例。首先，制造多孔蜂窝结构。直至形成吸附层前的步骤，可应用如上所述的相同步骤，所以忽略基本如此的描述。其次，将蜂窝结构112浸入悬浮液中数分钟，在该悬浮液中有沸石粉末及迄今已用作粘合剂的粘土矿物粉末如滑石粉、高岭土矿物和膨润土，然后将蜂窝结构112进一步在300℃经热处理约1小时，从而形成第一吸附层。此后，将带有第一吸附层的蜂窝结构112浸入悬浮液中数分钟，在该悬浮液中分散有有效孔隙直径比沸石的大且能吸附气态有机杂质的无机物质的细粉，该无机物质为例如多孔粘土矿物、硅藻土、硅土、钒土、硅土和钒土的混合物、硅酸铝、活性钒土、多孔玻璃等。然后，将蜂窝结构112进一步在300℃经热处理约1小时，从而形成第二吸附层。作为上述多孔粘土矿物类，有水合硅酸镁粘土矿物如海泡石和坡缕石、活性粘土、酸性粘土、活性膨润土、硅酸铝微晶与硅土微观颗粒的复合物等。在如上述方法中，获得了具有由第二吸附层126覆盖的第一吸附层125的蜂窝结构112。用于形成第一和第二吸附层125、126的无机物质可包括至少一种无机粘合助剂如硅酸钠、硅溶胶和氧化铝溶胶。无机粘合助剂的作用是：帮助将形成第一吸附层125的沸石粉末和无机粘合剂牢固粘合于蜂窝结构112的孔隙中，以及帮助将形成第二吸附层126的无机物质牢固粘合于第一吸附层125上。这样获得的蜂窝结构112不包括任何易燃物，并且当蜂窝结构112经热处理时完全将气态有机杂质组分逐出。因此，蜂窝结构112自身不可能成为气态有机杂质源。如图13所示的过滤器框架115优选由既不产生气态有机物质也不包括易燃材料的材料如铝制成。此外，将蜂窝结构112固定于其外部框架的胶粘剂，或密封外部框架和蜂窝结构间的缝隙的密封剂应优选选自既不产生气态有机物质也不包括易燃成分的材料。同样，将整个过滤器131经热处理，从而逐出气态有机杂质是可能的，该过滤器是通过将蜂窝结构112安装于其框架115而装配的，该气态有机杂质可能仍存在于用于过滤器131装配过程的阻燃胶粘剂或密封剂中。这样，可用既不产生气态有机物质也不包括易燃物质的材料完成过滤器131。
应该注意到，在本发明中，固定有吸附剂如沸石的载体的结构并不局限于如先前连同图6和图13描述的蜂窝结构112。在图13所示的实例中，使要净化的空气以与薄平板和波形板间产生的接触线平行的方向(箭头113)流动。然而，这些接触线与气流方向成一定角度而形成是可能的。此外，并不总是需要这些接触线平行。邻近波纹板借助薄平板如此堆积是可能的：使薄平板与一个波形板间产生的接触线(如该平板的上面或下面)与同一个薄平板和另一个波形板间产生的接触线(如同一平板下面的或上面的)交叉。然而实际上，在像这样的波纹板排列中，邻近波纹板的波形不能同相，所以可能消除这样被制备用以防止波纹板同相紧密堆积的薄平板。可以将载体制成各种形状是可理解的。当然，不管载体结构怎样变化，用如先前描述的根据本发明的相同方法可将吸附剂如沸石固定于任何载体上。
下面，将描述制造根据本发明的另一个过滤器的方法，其中将使用由前述方法制造的具有三维网状结构的载体如矿石棉或陶瓷制载体。在此实例中，用适当的胶粘剂将造粒的沸石固定于载体表面。沸石颗粒由沸石粉末和作为粘合剂的无机物质的混合物制造。然后，用能吸附气态有机杂质并具有比沸石大的有效孔隙直径的无机物质涂布这些沸石颗粒。涂布的沸石颗粒是通过将沸石颗粒浸入分散有涂布用的无机物质的悬浮液中，然后在合适的条件下干燥形成的。在此情况下，为了增加涂层的机械强度，在上述悬浮液中加入无机胶体溶液作为无机粘合助剂是可能的，从而使涂布的无机物质中含有无机粘合助剂。这种涂布的无机物质和无机粘合助剂与上述的相同。
根据本发明的上述过滤器可通过用高速空气喷射对三维网状结构吹颗粒而实现。在此情况下，此三维网状结构预先经适当的无机胶粘剂浸渍。
图16是解释根据本发明的第二个实施方案的另一个洁净室201组成的示意图。洁净室201具有与先前连同图1描述的基本相似的组成。即，它包括制造LSI、LCD等的工作区202、分别限定工作区202的上面和下面部分的顶棚部分203和地板部分204，和设置于工作区侧的回程通道205。在顶棚部分203上，设置了净化鼓风机单元213，该单元包括鼓风机组210、如先前描述的过滤器100或131及除去颗粒杂质的颗粒过滤器212。半导体生产装置214位于工作区202并作为一种热源。地板下部分204用具有许多孔或射孔的格栅式板215分隔开。不结露型冷凝蛇管216安装在地板下部分204以处理半导体生产装置214的显热负荷。温度传感器217设于回程通道205中以测定那里的温度。调节冷冻水流的阀218是如此控制的以使传感器217测定的温度和回程通道中的相对湿度保持在各自预置的恒定水准，而不引起任何结露出现在冷凝蛇管216的表面。随着鼓风机组210的运行，洁净室201中的空气开始以规定的空气流量按顶棚部分203-工作区202-地板下部分204-回程通道205-顶棚部分203的顺序循环。在此空气循环期间，空气通过不结露型冷凝蛇管216冷却，并且洁净室空气中所含的气态有机杂质和颗粒杂质分别通过净化鼓风机单元213的过滤器100或131和颗粒过滤器212除去。室外空气经室外空气入口通道220适当供给至洁净室201的地板下部分204。在此室外空气入口通道220中，装有包括除去室外空气所含气态有机杂质的亲水性沸石的过滤器221、执行除去室外空气中的灰尘并控制引入的室外空气的温度和湿度的单位式空调222、及设置于室外空气入口通道220中的湿度传感器227。在单位式空调222的湿度控制部分调节供给水的压力的阀229是如此控制的以使传感器227测定的湿度保持在预设水准。在工作区202中，装有另一个湿度传感器228，通过它测定工作区202的湿度。将通过室外空气入口通道220引至洁净室201的地板下部分204的室外空气经回程通道205和顶棚部分203引入至工作区202。与引至工作区202的空气量不相上下的空气量经回程波形板226从排出孔225排出。尽管未显示，当在洁净室201的顶棚部分203中安装过滤器100或131时，如参照图5所述，将它们如此安排以致不覆盖整个顶棚部分203但部分覆盖它是可能的。
现在将于下面详细描述根据本发明的第三个实施方案的过滤器311。
图17a是根据本发明的第三个实施方案的过滤器部分的透视图而图17b是经装配如图17a所示的过滤器部分而制成的过滤器的透视图。如图17a所示，此过滤器311由第一和第二过滤器部分311a和311b组成，前者包括除去要净化的目标空气中所含的气态有机杂质的合成沸石而后者包括具有比合成沸石大的有效孔隙直径且能除去不能被合成沸石除去的气态有机杂质的无机吸附剂。如图17b所示，这些过滤器部分311a和311b是通过用螺钉拧紧它们的过滤器框架的凸缘334而相互连接的。在此情况下，优选在过滤器部分间插入产生较少气态杂质的氟树脂密封垫339。连接的过滤器311通过其凸缘320被拧在位于该过滤器的上或下游端的不同的管上(未显示)。除氟树脂密封垫339外，这些过滤器部分的所有组件是由既不易燃也不产生气态有机杂质的材料制成。
图18是第一和第二过滤器部分311a和311b的部件分解示意图。这些是以与如图2所示的过滤器11几乎相同的方法形成的。也就是说，如图18所示，形成具有与前述类似的蜂窝结构332的过滤器311，即，在由铝框架构件335a、335b、335c和335d、及前部和后部框架构件320、340所限定的空间内部交替堆积许多波纹板330和薄平板331，以具有相对于要净化的空气的流动方向333的通路。在此情况下，如上所述，合成沸石固定于蜂窝结构332的整个表面作为第一过滤器部分311a而将具有比合成沸石大的有效孔隙直径的无机吸附剂固定于该蜂窝结构作为第二过滤器部分311b。如以下将述，合成沸石的有效孔隙直径优选大于7埃。也如以下将述，无机吸附剂优选选自硅藻土、硅土、钒土、硅土和钒土的混合物、硅酸铝、活性钒土、多孔玻璃、水合硅酸镁粘土矿物、活性粘土、活性膨润土等。无机吸附剂的孔隙的物理性质将示于表2仅供参考。
表2
试件(粉末) 按照BET方法的比表面(m2/g) 15-300埃吸附N2的孔体积(cc/g)
硅藻土硅胶铝胶Al2O3·3SiO2活性Al2O3多孔玻璃海泡石活性粘土活性蒙脱土 20040025022530040029530087 0.250.610.600.600.300.150.330.370.23
这里，将简要解释制造过滤器部分311a和311b的方法的实例。直至完成蜂窝结构332采取的所有步骤与以上描述的那些是相同的。将第一过滤器部分311a的蜂窝结构332浸入悬浮液中，该悬浮液中分散有粒度为数微米的合成沸石粉末和无机溶胶粘合剂如硅溶胶、氧化铝溶胶、硅酸钠等。一方面，将第二过滤器部分311b的蜂窝结构332浸入悬浮液中，该悬浮液中分散有无机溶胶粘合剂如硅溶胶、氧化铝溶胶、硅酸钠等和具有数微米的粒度且有效孔隙直径比合成沸石的大的无机吸附剂粉末，该无机吸附剂粉末可选自硅藻土、硅土、钒土、硅土和钒土的混合物、硅酸铝、活性钒土、多孔玻璃、水合硅酸镁粘土矿物、活性粘土、活性膨润土等。当两个多孔蜂窝结构332用上述材料浸渍数分钟后，它们在300℃经热处理1小时，从而完成第一和第二过滤器部分311a和311b。用于上述处理的硅溶胶或氧化铝溶胶是含有尺寸在一至数十毫微米数量级的初始粒子的单分散悬浮液。然而，当初始粒子附着在蜂窝结构的表面上并经热处理时，硅溶胶或氧化铝溶胶随着它们的三维聚集而转变成硅胶或铝胶。因此，过滤器部分311b可通过将多孔蜂窝结构332浸入仅分散有无机溶胶粘合剂如硅溶胶或氧化铝溶胶的悬浮液中，然后将它经热处理而获得。
如上所述，包括第一和第二过滤器部分311a和311b的过滤器311不包括任何易燃物作为其成分，并且过滤器成分所含的且可能污染基片表面的气态有机杂质可在第一和第二过滤器的热处理期间被除去，所以过滤器311本身没有机会成为气态有机杂质源。
图19为过滤器311的部件分解示意图，是为了图解第一过滤器部分311a与第二过滤器部分311b结合的另一种方式。从图19可见，首先通过使用比图18中所示的那些更长的铝外部框架构件335a、335b、335c、335d及前部和后部框架构件320来装配过滤器311的框架。其次，将已经过如第一和第二过滤器部分311a和311b同样处理的蜂窝结构332a和332b插入并安置在由上述框架构件所限定的内部空间。在此情况下，蜂窝结构332a和332b都可如此安排以使它们在由上述框架构件所限定的上述内部空间内彼此邻近或以一定的距离互相分离。图19说明将蜂窝结构332a和332b容纳于根据后一排列方式的内部空间内，从而完成第一和第二过滤器部分311a和311b。
图20是显示根据本发明的过滤器311的另一种排列的透视图。如此图所示，蜂窝结构380由假想界面分成两个区域，该界面以如此的方式设置于距蜂窝结构380两端等距离位置以使它以直角与气流方向383相交。将由合成沸石或其粉末造粒的颗粒固定于蜂窝结构380的一半区域的表面上，从而形成第一过滤器部分，而将由无机吸附剂或其粉末造粒的吸附剂颗粒固定于蜂窝结构380的另一半区域的表面上，从而形成第二过滤器部分，该无机吸附剂具有比沸石大的有效孔隙直径。在所示的实例中，将就气流方向383而言的蜂窝结构380的约一半上游区域381浸入分散有合成沸石的悬浮液中，然后干燥，从而在上游区域381的表面形成由合成沸石构成的无机材料层。另一方面，将蜂窝结构380的剩余的一半下游区域382浸入分散有无机吸附剂的另一种悬浮液中，然后干燥，从而在上述剩余的一半下游区域382的表面形成由无机吸附剂构成的另一无机材料层，该无机吸附剂选自硅藻土、硅土、钒土、硅土和钒土的混合物、硅酸铝、活性钒土、多孔玻璃、水合硅酸镁粘土矿物、活性粘土、活性膨润土等。上述两个无机层可在上游和下游区域381和382间的分界线附近相互重叠或彼此分离形成。根据本发明的过滤器311可通过将蜂窝结构380插入并固定于如图19所示的铝框架中而完成。构架成的蜂窝结构380的上游端381对应于第一过滤器部分311a而它的下游端382对应于第二过滤器部分311b。当在洁净室中安装过滤器311时，可任意确定让哪个过滤器部分，包括合成沸石的第一过滤器部分311a或包括无机吸附剂的第二过滤器部分311b，占据相对于进入过滤器311的气流的上游位置。
尽管包括第一和第二过滤器部分311a和311b的上述过滤器311在除去有机杂质方面可显示优秀的能力，但本发明者还知道，如以后将描述的，通过首先在载体的表面形成由合成沸石构成的无机材料层作为第一吸附层，并又在第一吸附层上形成另一无机材料层作为第二吸附层可实现同样优秀但更紧凑的过滤器。
形成过滤器部分311a和311b的方法不限于以上已描述的那些。用上述相同的方法可以将由合成沸石或上述无机吸附剂造粒的颗粒固定于板型基体过滤器介质(载体)上。
图23a是在图23b的线A-A处所取的剖面图，显示根据本发明的另一个实施方案的过滤器370，它是通过用颗粒填充套管而形成的，图23b是在图23a的线B-B处所取的剖面图。过滤器370包括第一和第二过滤器部分370a和370b。第一过滤器部分370a包括用由合成沸石构成的颗粒371a填充的中空圆筒形套管372a，套管372a具有装有许多排气口373的外部和内部壁。类似地，第二过滤器部分370b包括用由上述无机吸附剂构成的颗粒371b填充的中空圆筒形套管372b，套管372b具有装有许多排气口373的外部和内部壁。由于套管372a和372b的每一底部都是封闭的，要净化的空气首先从里到外地通过套管372a的颗粒填充层(371a)。然后，空气流经套管372a的外壁与最外层圆柱体374间的空间，并进入且从外到里地通过套管372b的颗粒填充层(371b)，最后从套管372b流出。过滤器370内部的气流方向由图23b中的数个箭头375显示。在图23b中，第一过滤器部分370a安置于第二过滤器部分370b的上游，但此位置关系可以是相反的。
使用根据以下方法造粒的吸附剂制造过滤器也是可能的。例如，图21和22分别显示根据此方法形成的吸附层的局部放大的剖面图。这些吸附层可通过对着表面预先涂有不燃的无机胶粘剂的载体喷射颗粒而形成。在此情况下，可并不总是要求颗粒载体为如上所述的蜂窝结构。它可具有像矿石棉一样的三维网状结构。网状结构一般可在要净化的目标空气流经时表现出对它的高阻力。然而，这意味着网状结构可比蜂窝结构给予目标空气更多与吸附剂接触的机会。固定于载体上的颗粒可以经以下步骤生产，即将合成沸石粉末或无机吸附剂粉末与无机溶胶粘合剂混合，在此混合物中加入自来水从而形成粘土似的混合物，并借助造粒机由该粘土似的混合物生产具有约0.3-0.8mm的直径的颗粒。
如上所述，由于过滤器311和370不包括任何易燃物为其组成物，如果将这些过滤器安装在洁净室等的顶棚部分，从防灾的观点来看则与使用依靠易燃的活性炭的现有技术的化学过滤器的情况相比安全性可得到显著增强。
通常，据信大多数气态有机杂质可能是具有高沸点的高分子有机化合物，该有机杂质是在用作生产半导体元件等的工作区的洁净室中产生的并作为LSI、LCD等的基片表面污染物，例如由一些密封剂产生的有机硅氧烷、来自一些建筑材料所含的阻燃剂的磷酸酯、来自一些建筑材料所含的增塑剂的苯二甲酸酯、来自促进光致抗蚀剂紧密粘合的试剂的HMDS、来自过滤片中所含的抗氧剂的BHT。因此，这些有机污染物源存在于构成洁净室本身及用于在其中制造产品的各种制品和材料中。然而，引入洁净室的室外空气中并不是经常含有此类污染物。因此，过滤器311和370的主要任务是除去具有高沸点的高分子有机化合物，该有机化合物产生于洁净室内部，由在此循环的空气携带，并引起表面污染。
其次，将描述根据本发明的洁净室和过滤器实施方案的各种功能和效果。
为比较研究不同过滤器的能力，用各种类型的过滤器过滤洁净室空气，并通过测量有关硅片上形成的二氧化硅膜与其上滴落的水滴间的接触角随时间推移的变化而评价其洁净度。根据四种方法制备要评价的洁净室空气，即分别用两种商品化学过滤器过滤洁净室空气，一种包括粒状活性炭而另一种包括纤维状活性炭，用包括离子交换纤维的化学过滤器过滤同样的空气，及使洁净室空气经用液氮冷却而干燥，从而冷凝并除去其中所含的杂质。图24是显示有关洁净室空气洁净度的上述评价结果的图。由于二氧化硅膜和玻璃板在清洗后立即变为无有机污染物，它们的表面具有对水的亲合力，换言之它们变为亲水的，所以显示小的接触角。与此相反，如果它们的表面一旦被有机物质污染，它们会使水很好流下，换言之它们变为疏水的，所以显示大的接触角。当将玻璃板放置于洁净室空气中并随时间的推移测量其表面与滴落其上的很纯的水滴间的接触角时，已知由水滴法测量的接触角与由XPS(X-射线光电子能谱)法测量的表面污染度之间存在一定的相互关系。这样的一个实例示于图25中。对于在硅片上形成的二氧化硅膜，接触角与有机杂质的表面污染之间存在几乎类似的关系。像这样，基片表面上的水接触角与有机物质的表面污染之间存在很强的相互关系。
可从示于图24的测量结果中得知以下结果。离子交换纤维主要用于吸附并除去水溶性无机杂质，所以它不能吸附任何有机物质。相反，它甚至可产生气态有机物质。因此，当将试片(由二氧化硅膜覆盖的硅片)整天放置于用离子交换纤维过滤器过滤的洁净室空气中时，接触角显示增加约10°。一方面，在将试片整天放置于上述干燥的洁净室空气中的情况下，由于其中几乎不含气态有机杂质，观察不到接触角的增加。在将试片放置于由上述两种活性炭过滤器过滤的洁净室空气中的情况下，没有获得良好的结果尽管非常希望它们有阻止有机物质表面污染的保护能力，并且最后接触角显示增加约10°。这些活性炭过滤器不能充分发挥它们的能力的原因或许存在于它们的组成材料如粘合剂、胶粘剂、密封剂等，它们可能产生相当量的气态有机杂质。这样，它们的吸附能力可能已大部分消耗于吸附它们自己产生的杂质。为了避免这样的次级杂质源，应考虑使用过滤塔，特别是金属过滤塔。然而，当考虑到它的如前所述的高的压降或抗排气性时过滤塔可能并不总是有利的。
其次，制备如图1所示的根据本发明的洁净室并将试片放在该洁净室暴露于在此循环的空气中。将该试片在放入之前充分清洗以便使其表面无有机污染物。安装于洁净室的每一个过滤器包括蜂窝结构，在其表面牢固地固定有疏水性沸石粉末。清洗该试片后立即测量接触角，并在将其暴露于洁净室空气中3天后测量接触角，从而确定由此3-天暴露而引起的接触角增加。每15天重复此3-天暴露循环即清洗-接触角测量-3-天暴露-接触角测量，从而测量过滤器的吸附能力随时间推移的变化。此测量中，在洁净室中循环的空气的流量设定为5000m3/min而固定于该蜂窝结构的疏水性沸石的量设定为总共5000 kg。这意味着在1 m3/min的流量下使用1 kg疏水性沸石。将室外空气以200m3/min的流量引入洁净室中，这相当于全部循环空气体积的4％。洁净室的整个体积为3120 m3且空气循环速率设定为每小时100次。
为比较研究，在用包括纤维状活性炭和具有低沸点的聚酯粘合剂的毡型常规化学过滤器替换含疏水性沸石的过滤器后，对与上述相似的试片每15天重复进行上述的3-天暴露循环。此情况下，在1 m3/min的流量下使用1kg纤维状活性炭。为进一步比较研究，在洁净室中既没有安装根据本发明的过滤器也没有安装常规化学过滤器的情况下，即没有对该洁净室空气所含的气态有机杂质进行特别的干扰，对与上述相似的试片每15天重复进行上述的3-天暴露循环。
根据本发明者的该实验，已统计确定当清洗该试片后立即测量时该试片表面与在其上滴落的纯水滴间产生平均3°的接触角。然后，为了评价在洁净室中循环的空气的洁净度，假设在该3-天暴露后保持接触角小于6°是防止气态有机杂质引起产品质量降低所必需的要求。
图26是显示接触角测量结果的图，更具体而言是在不同过滤器过滤的空气中每15天进行3-天暴露试验后测量的接触角随时间推移的变化，即(1)在装有根据本发明的空气过滤器的洁净室里循环的空气中，(2)在装有常规化学过滤器的洁净室里循环的空气中，及(3)在不包括阻止气态有机杂质的任何特殊方法的洁净室里循环的空气中。
如将从该图中知道，暴露于上述空气(3)中的试片其接触角在第一个3-天暴露实验后从3°(清洗后立即测量)增加至26°-30°。在将该试片暴露于由包括疏水性沸石吸附层的过滤器净化的空气(1)中的情况下，在第一个3-天暴露实验后其接触角保持低于4°。然而随着时间的推移，疏水性沸石层的吸附能力逐渐降低，所以通过该吸附层的空气中的气态有机杂质浓度增加。换言之，在空气中暴露预设时间期限的试片的接触角随着空气通过疏水性沸石吸附层的时间的增加而增加。然而，从图26可知暴露于空气(1)中的该试片的接触角增加至6°花费了约6个月，即使每15天周期性地进行3-天暴露实验。一方面，在将该试片暴露于由常规化学过滤器过滤的空气(2)中的情况下，甚至在第一个3-天暴露实验后其接触角增加至12°。这或许可能是具有低沸点的聚酯中产生的气体引起的，该聚酯用作粘合剂支撑纤维状活性炭。因此，此气体从化学过滤器的下游流出而未经过滤并直接污染试片表面。根据本发明的过滤器，如以上连同制造它的方法所简述的，由于该过滤器不含任何有机材料作为其组成物，没有机会从此产生任何气态有机杂质。在常规化学过滤器的情况下，活性炭的吸附能力也随着空气从此流过的时间的增加而降低。当经过6个月时暴露于用常规化学过滤器过滤的空气中的该试片的接触角增加至20°。
已对疏水性沸石做了各种研究。正如熟知的，沸石的主要成分为二氧化硅(SiO2)和氧化铝(Al2O3)，并且已经参照图11讨论了沸石的重量比(SiO2/Al2O3)与潮气吸附量之间的关系。图27显示了当空气温度为25℃且SiO2/Al2O3为40时疏水性沸石的潮气吸附等温线。出于比较的目的，图27也显示了活性炭的潮气吸附等温线。在50％的相对湿度，每活性炭(g)的潮气吸附量(cc)为0.11 cc/g而每疏水性沸石(g)的潮气吸附量(cc)为0.03 cc/g。
为了评价各种吸附剂对洁净室空气(23℃,40％RH)中所含的极少量有机杂质的吸附性能，使用六种吸附剂进行了比较研究，这些吸附剂是有效孔隙直径为6埃的亲水性和疏水性沸石、有效孔隙直径为8埃的亲水性和疏水性沸石、由天然初始原料如椰壳形成的活性炭、及由合成材料如石油沥青形成的活性炭。在截面积为0.15cm2的柱中加入0.04 g每一种吸附剂，以3 lit./min的流量供给它洁净室空气。表3说明了该实验中使用的各种条件。不管吸附剂的种类，装入柱中的吸附剂的量、柱的截面、空气流量和流速的设定相同。然而，柱中各个吸附剂的装填密度、装填体积和装填深度及与各个吸附剂接触的时间根据各个吸附剂的颗粒尺寸和密度而改变。一方面，提供有测量接触角的容器，该容器具有1升的容量并由自身不产生任何气态有机杂质的材料构成。该容器入口与上述柱连接，将通过该柱中吸附剂的空气以3 lit./min的流量供应至该容器并从其出口流出。将试片(二氧化硅膜覆盖的硅片)放置于该容器中并在其中保持20小时，然后测量接触角。通过连续重复20-小时暴露循环即‘清洗试片-20-小时暴露-接触角测量’，测量六种吸附剂的每一种的吸附能力随时间推移的变化。
表3
吸附剂种类 外观和尺寸 装填密度(g/cc) 装填量
亲水性沸石(6埃) 0.30-0.85mm 0.58 0.04 g
疏水性沸石(6埃)
亲水性沸石(8埃) 0.30-0.85mm 0.42
疏水性沸石(8埃)
活性炭(椰壳) 0.30-0.85mm 0.36
活性炭(石油沥青) 0.6-0.9mm 0.52
吸附剂种类 柱面积 装填体积(cc) 层厚度(mm) 流量
亲水性沸石(6埃) 0.15 cm2 0.069 4.6 3.01/min
疏水性沸石(6埃)
亲水性沸石(8埃) 0.096 6.5
疏水性沸石(8埃)
活性炭(椰壳) 0.11 7.4
活性炭(石油沥青) 0.078 5.2
吸附剂种类 流速 接触时间(sec)
亲水性沸石(6埃) 3.4 m/s 0.0014
疏水性沸石(6埃)
亲水性沸石(8埃) 0.0019
疏水性沸石(8埃)
活性炭(椰壳) 0.0022
活性炭(石油沥青) 0.0016
图28显示了说明上述6种吸附剂的接触角随时间推移的变化的图。所有试片显示在清洗后立即测量的接触角为约3°。在此图中，曲线440显示了在清洗后立即暴露于未通过任何吸附剂之前的洁净室空气中的试片的接触角变化。曲线441显示了在清洗后立即暴露于通过有效孔隙直径为6埃的亲水性沸石吸附剂的洁净室空气中的试片的接触角变化。曲线442显示了在清洗后立即暴露于通过有效孔隙直径为8埃的亲水性沸石吸附剂的洁净室空气中的试片的接触角变化。曲线445显示了在清洗后立即暴露于通过有效孔隙直径为6埃的疏水性沸石吸附剂的洁净室空气中的试片的接触角变化。曲线446显示了在清洗后立即暴露于通过有效孔隙直径为8埃的疏水性沸石吸附剂的洁净室空气中的试片的接触角变化。曲线443显示了在清洗后立即暴露于通过主要成分为由天然原料制成的活性炭的吸附剂的洁净室空气中的试片的接触角变化。曲线444显示了在清洗后立即暴露于通过主要成分为由合成材料制成的活性炭的吸附剂的洁净室空气中的试片的接触角变化。
从图28可知以下结果。
1．关于吸附能力的优良，6种吸附剂可按以下顺序排列：曲线446(有效孔隙直径为8埃的疏水性沸石)＞曲线442(有效孔隙直径为8埃的亲水性沸石)＞曲线443(天然原料制成的活性炭)＞曲线445(有效孔隙直径为6埃的疏水性沸石)＞曲线441(有效孔隙直径为6埃的亲水性沸石)＞曲线444(合成材料制成的活性炭)。由合成材料制成的活性炭具有特别差的吸附能力。
2．当洁净室空气从中流动的时间超过约30小时有效孔隙直径为6埃的亲水性沸石(曲线441)开始降低其吸附能力。当洁净室空气从中流动的时间超过约50小时有效孔隙直径为6埃的疏水性沸石(曲线445)和由天然原料制成的活性炭(曲线443)两者都开始降低它们的吸附能力。
3．有效孔隙直径为8埃的亲水性沸石(曲线442)可维持其吸附能力直到洁净室空气从中流动的时间上升至120小时。有效孔隙直径为8埃的疏水性沸石(曲线446)和由合成材料制成的活性炭(曲线444)可维持它们的吸附能力直到洁净室空气从中流动的时间达到200小时。
4．当根据接触角比较有效孔隙直径为6埃的亲水性沸石(曲线441)与有效孔隙直径为8埃的亲水性沸石(曲线442)的吸附能力时，该比较是在使用它们的开始阶段即在它们的吸附能力开始下降之前进行的，将了解到前者(曲线441)的接触角从3°改变到7.8°而后者(曲线442)的从3°改变到3.5°。类似地，当根据接触角比较有效孔隙直径为6埃的疏水性沸石(曲线445)与有效孔隙直径为8埃的疏水性沸石(曲线446)之间的吸附能力时，该比较是在使用它们的开始阶段即在它们的吸附能力开始下降之前进行的，也了解到前者(曲线445)的接触角从3°改变到6.4°而后者(曲线446)的从3°改变到3.1°。从这些结果中，可以确定有效孔隙直径为8埃的亲水性或疏水性沸石可彻底除去洁净室空气中所含的极少量有机物质，而有效孔隙直径为6埃的亲水性或疏水性沸石不能彻底除去这样的有机物质并且可能允许它们中的一些从中通过。
5．有效孔隙直径为8埃的亲水性或疏水性沸石(曲线442或446)及由天然材料制成的活性炭(曲线443)具有远比有效孔隙直径为6埃的亲水性或疏水性沸石(曲线441或445)及由合成材料制成的活性炭(曲线444)好的吸附能力。沸石不能吸附任何分子尺寸大于其有效孔隙直径的分子。因此，有效孔隙直径为8埃的亲水性或疏水性沸石(曲线442和446)已彻底吸附了洁净室空气所含的极少量有机物质的事实表明在获得如图28所示实验结果的阶段几乎所有洁净室空气所含的有机物质的分子尺寸至少小于8。一方面，上述事实也表明有效孔隙直径为6埃的亲水性或疏水性沸石在一定程度上具有满意的吸附能力但仍允许一些有机物质从中通过。因此，可认为未被这些吸附剂捕获的有机物质可能具有比6埃大但比8埃小的分子尺寸。
对根据本发明的洁净室中的湿度控制进行了进一步的比较研究。更具体而言，研究了如图1所示的两个洁净室中的相对湿度的变化，一个装有根据本发明的疏水性沸石过滤器，另一个装有普通的化学过滤器，例如，该化学过滤器是通过交织纤维状活性炭和具有低熔点的聚酯纤维而被制成无纺织物的形式。为了运行，分别将这些洁净室的温度和湿度共同预设为23℃和50％RH，并且其它条件也设定为彼此相同除了过滤器的种类不同。一个湿度传感器设于室外空气入口通路中，该通路装备在空调系统和过滤室外空气的过滤器的下游，该空调系统除去大气浮尘颗粒并调节该洁净室的温度和湿度。空调系统中的湿度调节器的水供给阀是根据来自湿度传感器的信号而调节的。另一个湿度传感器就安装在洁净室中以便观察不同过滤器对该洁净室空气的相对湿度产生什么影响。相对于在洁净室中以5000 m3/min的流量循环的空气的体积室外空气的输入体积设为200 m3/min。
图29是表明从上述比较研究中获得的结果的图。在装有上述化学(活性炭)过滤器的洁净室的情况下，由于活性炭很好地吸附了通过过滤器的空气所含的潮气，洁净室开始运行后洁净室空气的相对湿度维持在约45％的水准约2周，该湿度比50％的预设值低5％，在此期间活性炭与潮气达到平衡，在此条件下活性炭不再吸附潮气。与此相反，在装有本发明的化学(疏水性沸石)过滤器的洁净室的情况下，由于疏水性沸石几乎不吸附通过过滤器的空气所含的潮气，洁净室的相对湿度可维持在如初始预设的50％的水准。如果在制造LSI或LCD的过程中相对湿度变得比预设值低，硅片基片表面或玻璃基片表面上容易产生静电，从而空气中微观颗粒污染物被吸引到基片表面，在基片表面引起静电击穿，生产率变差。因此，在装有常规化学过滤器的洁净室中，约2周发生生产率的下降。与此相反，在装有根据本发明的过滤器的洁净室中，相对湿度可维持在预设值，所以不引起生产率的下降。
此外，对根据如图30所示的两个洁净室A和B的湿度控制进行了另外的比较研究，这两个洁净室装有不同的空气过滤器。洁净室A装有包括纤维状活性炭作为其主要过滤器介质的常规化学过滤器450，洁净室B不装有这样的化学过滤器。洁净室A和B两者仅通过它们的顶棚部分(供给充气增压舱)451和地板下部分(回程充气增压舱)452相互连通。然而，它们的除两个充气增压舱外的部分彼此被隔墙453完全隔离。同样，如图30所示，湿度传感器454设于洁净室A中。在洁净室A中，装备有对硅片在其上形成栅氧化层膜前进行必要的预处理的装置456。一方面，在洁净室B中，装备有对硅片施加硅化物工艺的装置457。在环境温度和相对湿度分别预设为23℃和50％的条件下运行上述两个洁净室A和B。
表4说明了25微米加工所必须的化学污染物允许浓度(ppt)(98’和此后)，该加工包括在1995年5月31日由SEMATECH(U.S.A.)出版的技术转让#95052812A-TR的题为“0.25微米高性能逻辑过程的空气中分子污染限度的预测”的文章中。
表4
加工步骤 最大放置时间 酸 碱 有机物 掺杂剂
预栅氧化 4 13,00050％ 13,00050％ 1,00075％ 0.190％
Salicidation 1 18050％ 13,00025％ 35,00075％ 1,00075％
接触形成 24 550％ 13,00025％ 2,00075％ 100,00075％
DUV光刻 2 10,00075％ 1,00090％ 100,00050％ 10,00050％
表4中，下划线的值表明应进行严格控制以便严格保持其值。同样，以百分比(％)表示的值表明从中推导出该值的数据的准确度。对于形成栅氧化层膜之前预栅氧化和接触形成步骤有机杂质的最高允许浓度分别严格设定为1 ppb和2 ppb。因此，这两个步骤要求严格控制有机物质。然而，对于Salicidation和DUV光刻并不要如此严格设定，即对于前者和后者分别为35 ppb和100 ppb。因此，对于此后两个步骤不需要控制有机物质。
图31显示了对洁净室A和B进行的湿度测量结果。在洁净室A中，安装于其中的化学过滤器450很好地吸附从中通过的空气中所含的潮气。然而，化学过滤器吸附的潮气量立即根据来自洁净室A中的湿度传感器454的信号从空调系统460的湿度调节部分得以补充，直到化学过滤器(活性炭)与潮气达到平衡，在此条件下活性炭不再吸附潮气，即约2周的时间。因此，洁净室中的相对湿度可维持在如初始预设的50％的值。与此相反，在不装有化学过滤器的洁净室B的情况下，如其中设置的湿度传感器455只真实地显示由空调系统460的湿度调节部分补充的过量水的影响。即，在约2周运行的期间内洁净室B的湿度上升至55％，比预设值高5％。因此，与湿度保持在50％的情况相比，硅片表面过量吸附潮气并不适当地被氧化。当洁净室A的所有常规化学过滤器被装有固定于蜂窝结构上的疏水性沸石的过滤器所替换后运行洁净室A时，洁净室B的相对湿度可维持在如初始预设的水准，并且不引起如上所述的不便。
其次，对于由两个颗粒过滤器产生的影响进行了进一步的比较研究，一个仅由不产生任何气态有机杂质的材料形成，另一个由产生气态有机杂质的材料形成，它们中的每个配置在装有固定于蜂窝结构的疏水性沸石的过滤器的下游。在通过清洗试片(覆盖二氧化硅膜的硅片)而将有机物质从其表面彻底除去后立即将它放置在洁净室中。然后，清洗试片后立即测量试片表面的接触角，以及在将试片暴露于洁净室空气中3天后测量其接触角，从而确定由此3-天暴露引起的接触角增加。在仅由不产生任何气态有机杂质的材料形成的颗粒过滤器的情况下，甚至在3-天暴露后接触角产生如3°-4°这样小的变化。这意味着气态有机杂质几乎完全被吸附并且颗粒过滤器自身不产生任何气态有机杂质。一方面，在由产生气态有机杂质的材料形成的常规颗粒过滤器的情况下，在3-天暴露后接触角产生如3°-5°这样稍大的变化。
此外，当试片暴露于由4种不同化学过滤器过滤的洁净室空气中时测量接触角随时间推移的变化，4种过滤器为：使用粒状活性炭的化学过滤器，使用纤维状活性炭的化学过滤器，使用离子交换纤维的化学过滤器，这3种是市售的，以及根据本发明的化学过滤器。图32是显示通过这些接触角测量而得到的结果的图。根据本发明的上述化学过滤器是按下列步骤形成的。首先，制备两种悬浮液。在第一种悬浮液中，分散有作为吸附剂的疏水性沸石粉末(尺寸：4微米；有效孔隙直径：8埃；SiO2/Al2O3:40)与作为上述无机物质即作为粘合剂的高岭土粉末(尺寸：3微米)的混合物，连同作为无机粘合助剂的硅溶胶。在第二种悬浮液中，分散有作为吸附气态有机杂质且其有效孔隙直径分布于20-100埃的无机物质的活性粘土粉末(尺寸：3微米)，连同作为无机粘合助剂的硅溶胶。先将上述多孔蜂窝结构浸入第一种悬浮液然后干燥，从而在蜂窝结构的表面形成第一吸附层。其次，再将此蜂窝结构浸入第二种悬浮液并干燥，从而在上述第一吸附层上形成第二吸附层。
从示于图32的测量结果中将得知以下结果。离子交换纤维主要用于吸附并除去水溶性无机杂质，所以它不能吸附任何有机物质。相反，它甚至可产生气态有机杂质。因此，当将试片整天放置于借此过滤的洁净室空气中时，接触角显示增加约10°。在将试片整天放置于由上述两种活性炭过滤器过滤的洁净室空气中的情况下，不能获得良好的结果尽管非常希望它们有阻止有机表面污染物的保护能力，并且最后接触角显示增加约10°。这些活性炭过滤器不能充分发挥它们的能力的原因或许存在于它们的组成材料如粘合剂、粘合助剂、密封剂等，它们可能产生相当量的气态有机杂质。这样，它们的吸附能力可能已大量消耗于吸附由它们自己产生的这类气态杂质。一方面，在将试片放置于由根据本发明的化学过滤器过滤的洁净室空气中的情况下，它们自身不产生气态有机杂质，所以观察不到接触角的增加。
其次，通过测量沉积于硅片表面的有机污染物的量评价过滤器阻止表面污染物的保护效率。该评价如下进行。为此目的制备两种过滤器，一种包括蜂窝结构，其表面上第一吸附(疏水性沸石)层和第二吸附(活性粘土)层是以此顺序形成的，另一种包括蜂窝结构，其表面上仅形成第一吸附(疏水性沸石)层。用数百ppt至数ppb范围的DOP，DBP,BHT和十甲基环戊硅氧烷(D5)作为杂质气体污染用于评价的洁净室空气。清洗硅片，将它放置在过滤器的上游，从而使它在用上述杂质掺杂的洁净室空气中暴露预设的时间期限，然后测量沉积其上的有机杂质的量。类似地，再清洗此硅片并放置在过滤器的下游，从而使它在已通过该过滤器的洁净室空气中暴露预先确定的时间期限，然后测量沉积其上的杂质的量。用气相色谱法-质谱法(GC-MS)进行这些测量。如下面提及的保护效率[％]的测量结果示于表5。
表5
气态杂质 本发明的过滤器 单层过滤器
DOP 99％以上 95％
DBP 99％以上 93％
BHT 85％ 40％
D5 90％ 43％
用于上述评价的硅片为p型且其直径为4英寸。沉积在硅片上的有机杂质的测量和分析是通过联合使用高温气体吸附装置和GC-MS而进行的。通过气相色谱法如下确定过滤器阻止表面污染物的保护效率。
保护效率=(1-(B/A))×100(％)
其中
A：在置于过滤器上游的薄片表面上测得的有机污染物峰面积，和
B：在置于过滤器下游的薄片表面上测得的有机污染物峰面积。
用于上述测量的过滤器具有与图6所示的类似结构，即所谓的蜂窝结构，更具体而言，此结构通过以交替的方式堆积许多波纹板和薄平板而形成。过滤器沿气流方向具有10 cm的深度。空气以0.6 m/sec的表面速度通过过滤器，能作用于通过过滤器的空气的每单位体积的总有效板面积(即有效过滤面积)为3000 m2/m3。此蜂窝结构在其表面具有第一和第二吸附层。第一吸附层是通过将蜂窝结构浸入第一种悬浮液并使它干燥而形成的，而第二吸附层是通过将已具有第一吸附层的蜂窝结构浸入第二种悬浮液并使它干燥而形成的。此情况下，第一种悬浮液由分散胶体组成，该分散胶体为疏水性沸石粉末(有效孔隙直径：8埃；尺寸：3-4微米)与作为粘合剂的高岭土粉末(尺寸：3微米)的混合物，硅溶胶作为无机粘合助剂，而上述第二种悬浮液由分散胶体组成，该分散胶体为酸处理蒙脱土(活性粘土)粉末(尺寸：几个微米)和作为无机粘合助剂的硅溶胶。第一吸附层厚100微米且其第一吸附层的重量比为疏水性沸石∶高岭土∶二氧化硅=70％∶25％∶5％，而第二吸附层厚10微米且其第二吸附层的重量比为酸处理蒙脱土∶二氧化硅=87％∶13％。整个过滤器的重量为230 g每升，而吸附层的重量为90 g每升，相当于整个过滤器的39％。出于比较的目的，表5显示了仅包括上述第一吸附层的过滤器的保护效率。高岭土具有大于1000埃的有效孔隙直径，所以它几乎不具有物理吸附能力。一方面，活性粘土具有分布于20-1000埃范围的有效孔隙直径，所以就其物理吸附能力而言它并不次于活性炭。此过滤器的蜂窝结构的形状和从中通过的气流的条件与示于表5的本发明的过滤器的形状和气流条件非常一致，仅除了前者仅有第一吸附层但没有任何与第二吸附层(活性粘土)对应的东西这一点。如表5中明显的，由于DOP和DBP的每一个具有小于8埃的分子尺寸，它们两者都可通过疏水性沸石而被很好地吸附即使粘合剂(即高岭土)几乎不显示物理吸附它们的能力。然而，在BHT和硅氧烷(D5)的情况下，由于它们中的每一个具有大于8埃的分子尺寸，疏水性沸石不能吸附它们。因此，除去这类杂质必不可少地要求提供第二吸附层。
表6显示了另一个通过使用各种类型的过滤器而进行的比较研究的结果，即根据本发明的三种过滤器、仅具有沸石吸附层的本发明的过滤器及具有第一和第二吸附层的两种过滤器，这两个吸附层在蜂窝结构表面上的形成顺序有变化。
表6
气态杂质 过滤器A 过滤器A’ 过滤器B 过滤器C 过滤器D 过滤器E
DOP 98％ 95％ 98％ 99％以上 95％ 98％
DBP 98％ 95％ 98％ 99％以上 95％ 98％
BHT 85％ 30％ 60％ 85％ 30％ 60％
D5 90％ 35％ 65％ 90％ 35％ 65％
表6中，根据本发明的过滤器A包括由疏水性沸石形成的第一吸附层和由酸处理蒙脱土(粘合剂)形成的第二吸附层，第一吸附层牢固地固定于蜂窝结构表面，第二吸附层是在第一吸附层上又形成的，使空气以第二吸附层和第一吸附层的顺序与两个吸附层接触。过滤器A’是具有仅由牢固地固定于蜂窝结构表面的疏水性沸石形成的吸附层的过滤器。根据本发明的过滤器B具有牢固地固定于蜂窝结构表面的吸附层，该吸附层由疏水性沸石、酸处理蒙脱土(粘合剂)和氧化铝溶胶(无机粘合助剂)的混合物形成。根据本发明的过滤器C是具有第二吸附层的过滤器，该吸附层由酸处理蒙脱土(粘合剂)形成并又在过滤器B的表面上形成。过滤器D是通过改变过滤器A的第一和第二吸附层在蜂窝结构表面的粘合顺序而形成的，所以第一和第二吸附层分别由酸处理蒙脱土(粘合剂)和疏水性沸石形成。过滤器E是通过改变过滤器C的第一和第二吸附层在蜂窝结构表面的粘合顺序而形成的，所以第一和第二吸附层分别由酸处理蒙脱土(粘合剂)和疏水性沸石加蒙脱土(粘合剂)形成。
图33-38显示了上述过滤器中的吸附层的各种结构。每个图包括吸附层的透视图(a)和剖面图(b)，吸附层是以圆柱体形、以圆柱体的高度对应于吸附层厚度的方式从如图9或15所示的吸附层部分切割出来的。图中，也显示了对杂质吸附有贡献的孔隙和间隙孔的分布模型。同样，每一图中，未显示载体(如蜂窝结构)。在如图33所示的过滤器A中，形成有由具有约8埃有效孔隙直径的疏水性沸石制成的第一吸附层551和由具有约15-300埃有效孔隙直径的酸处理蒙脱土制成的第二吸附层552。如图34所示的过滤器A’包括由具有约8埃有效孔隙直径的疏水性沸石制成的单吸附层553。在如图35所示的过滤器B中，形成有具有约8埃有效孔隙直径的疏水性沸石与具有约15-300埃有效孔隙直径的酸处理蒙脱土共存的单吸附层554。在如图36所示的过滤器C中，形成有由具有约8埃有效孔隙直径的疏水性沸石和具有约15-300埃有效孔隙直径的酸处理蒙脱土制成的第一吸附层555和由具有约15-300埃有效孔隙直径的酸处理蒙脱土制成的第二吸附层556。一方面，在如图37所示的过滤器D中，形成有由具有约15-300埃有效孔隙直径的酸处理蒙脱土制成的第一吸附层560和由具有约8埃有效孔隙直径的疏水性沸石制成的第二吸附层561。最后，在如图38所示的过滤器E中，形成有由具有约15-300埃有效孔隙直径的酸处理蒙脱土制成的第一吸附层562和由具有约8埃有效孔隙直径的疏水性沸石与具有约15-300埃有效孔隙直径的酸处理蒙脱土制成的第二吸附层563。
以如先前所述的相似的方法，评价了上述过滤器阻止表面污染物的保护效率。如将从表6看到的，就所有杂质(DOP,DBP,BHT，硅氧烷(D5))的吸附而言根据本发明的过滤器A,B和C都优于过滤器A’(具有由疏水性沸石制成的单吸附层)。特别地，就BHT和硅氧烷(D5)的吸附而言它们远优于过滤器A’。当相互比较过滤器A,B和C对所有有机杂质的吸附时，它们以C,A和B的顺序排列。就所有杂质而言过滤器D显示了可与过滤器A’相比的吸附效率。过滤器E显示出与过滤器B相等的吸附效率。分子尺寸大于沸石的有效孔隙直径的气态有机杂质如BHT和硅氧烷D5的吸附依赖于孔隙的密度，该孔隙的有效孔隙直径比疏水性沸石的大并分布于与目标气态杂质直接接触的吸附层表面。其次，让我们考虑在载体(如蜂窝结构)表面上要先形成哪一个吸附层，是由可在载体表面沉积并具有较低的孔隙密度的吸附剂制成的吸附层(Ⅰ)，该孔隙的有效孔隙直径不适于吸附大分子如BHT和硅氧烷(D5)，从而对大分子较无效，还是由可在载体表面沉积并具有较高的孔隙密度的吸附剂制成的吸附层(Ⅱ)，该孔隙适于吸附大分子如BHT和硅氧烷(D5)，从而对大分子较有效。因此，最优选形成的双吸附层结构应是起初形成与载体表面接触的吸附层(Ⅰ)，然后在上述吸附层(Ⅰ)上形成吸附层(Ⅱ)。所以，应注意到如果此顺序相反，对大分子如BHT和硅氧烷(D5)的吸附效率将明显变差。
分子尺寸小于沸石的有效孔隙直径的气态有机杂质如DOP和DBP的吸附也强烈依赖于孔隙和间隙孔的密度，它们分布于与目标气态杂质直接接触的吸附层表面并对其物理吸附有贡献。因此，在此情况下，与载体接触的第一吸附层对吸附效率不产生影响。然而，第二吸附层的重要性从不否认第一吸附层的重要性。如表6所示的吸附效率显示了在每一过滤器被所吸附的气态杂质饱和前获得的测量结果。过滤器的性能必须不仅根据其吸附效率来评价而且必须根据直到它被所吸附的气态杂质饱和的时间长度，换言之根据其寿命来评价。确定过滤器寿命的要素是孔隙和间隙孔的总体积和面积，这些孔组成吸附层并对气态有机杂质的物理吸附有贡献。因此，为了获得长寿命的过滤器，其第一和第二吸附层应设计为它们包含孔隙和间隙孔的总体积和面积尽可能大的吸附剂。
其次，通过如前所述的3-天暴露实验根据接触角随时间推移的变化评价了根据本发明的另一种过滤器。在此情况下，此过滤器的吸附层由根据本发明的亲水性沸石形成。对3-天暴露实验，使用了根据本发明的洁净室(图16)，在该洁净室的顶棚部分安装有许多净化鼓风机单元，该单元中的每个包括鼓风机组、本发明的过滤器和颗粒过滤器。由其上形成的二氧化硅膜所覆盖的硅片用作试片。实验中，先在清洗该试片后立即测量接触角，以及在将其暴露于洁净室空气中3天后测量接触角，从而确定由此3-天暴露所引起的接触角增加。每15天重复此3-天暴露循环即清洗-接触角测量3-天暴露-接触角测量，从而测量该过滤器的吸附能力随时间推移的变化。在洁净室中循环的空气的流量设定为5000 m3/min而用于净化空气的亲水性沸石的量设定为总共5000 kg。将室外空气以200 m3/min的流量引入洁净室中，这相当于全部循环空气体积的4％。洁净室的整个体积为3120 m3且空气循环速率设定为100次每小时。
为比较研究，在用由纤维状活性炭和聚酯粘合剂组成的毡型常规化学过滤器替换包括亲水性沸石吸附层的过滤器后，对与上述相似的试片也每15天重复3-天暴露循环。此情况下，对流量1 m3/min的气流使用1 kg纤维状活性炭。为进一步比较研究，在洁净室中既没有安装根据本发明的带亲水性沸石的过滤器也没有安装常规化学过滤器的情况下，即没有对在洁净室循环的空气中所含的气态有机杂质进行特别的干扰的情况下，也对相似的试片每15天重复3-天暴露循环。
根据本发明者的实验，已统计确定当清洗试片后立即测量试片表面与在其上滴落的纯水滴间产生平均3°的接触角。然后，为了评价在洁净室中循环的空气的洁净度，假设在上述3-天暴露实验后保持接触角小于6°是防止气态有机杂质引起产品质量降低所必需的要求。
图39是显示接触角测量结果的图，更具体而言是在各种过滤器净化的空气中每15天进行3-天暴露实验后接触角随时间推移的变化：(1)在装有根据本发明的空气过滤器的洁净室里循环的空气中，(2)在装有常规化学过滤器的洁净室里循环的空气中，及(3)在不包括阻止气态有机杂质的任何特殊方法的洁净室里循环的空气中。如将从图39中知道，暴露于空气(3)中的试片在第一个3-天暴露实验后其接触角从3°(清洗后立即测量)增加至29°-33°。在将试片暴露于由具有亲水性沸石吸附层的过滤器净化的空气(1)中的情况下，在第一个3-天暴露实验后接触角保持低于4°。然而，随着时间的推移，亲水性沸石层的吸附能力逐渐下降，所以通过吸附层的空气中所含的气态有机杂质的浓度增加。换言之，在过滤器下游空气中暴露预设时间期限的试片的接触角随着空气通过该亲水性沸石吸附层的时间的增加而增加。然而，从图39将知道暴露于空气(1)中的试片的接触角增加至6°花费了约3个月，即使每15天周期性地进行3-天暴露实验。一方面，在将试片暴露于由常规化学过滤器过滤的空气(2)中的情况下，甚至在第一个3-天暴露实验后接触角增加至12°。这或许可能是从用作粘合剂支撑纤维状活性炭的聚酯中产生的气体引起的。因此，此气体流出化学过滤器的下游而未经过滤，并直接污染位于过滤器下游的试片的表面。在常规化学过滤器的情况下，活性炭的吸附能力也随着空气从中流过的时间的增加而降低。当经过6个月时暴露于用常规化学过滤器过滤的空气中的试片的接触角增加至20°。
现在将解释关于亲水性沸石的潮气吸附特性。图40显示了潮气吸附等温线，该等温线是从在环境温度25℃对有效孔隙直径为10埃的亲水性沸石和由煤制成的活性炭测量的数据得出的。随着环境相对湿度的少量增加活性炭容易被潮气饱和。例如，如果将尚未吸附潮气的新鲜的化学过滤器(活性炭)保存于内部相对湿度维持于20％的分隔间中，然后将它突然转移至并安装于相对湿度保持在50％的洁净室，该过滤器将吸附大量潮气直到与之饱和。饱和每单位重量活性炭的潮气量根据周围环境的相对湿度而变化很大，例如分别为20％时0.004cc/g和50％时0.114 cc/g。所以，平衡0.11 cc/g是相当大的。一方面，在有效孔隙直径为10埃的亲水性沸石的情况下，它由相当大量的潮气如20％时0.262 cc/g所饱和。然而，此值变化不很大，例如在50％时它仅增加0.02 cc/g。因此，如将从图40知道的，如果将新鲜的化学过滤器(具有由有效孔隙直径10埃的亲水性沸石形成的吸附层)储存于相对湿度保持在约20％的分隔间中，转移至并安装于相对湿度50％的洁净室，亲水性沸石吸附层将几乎不吸附潮气尽管在过滤器的上游进行湿度控制。因此，将不引起像由化学过滤器的过量潮气吸附扰乱(降低)洁净室相对湿度的控制这样的不便，特别是在其中安装新鲜化学过滤器后洁净室运行的初始阶段。
因此，不需要进行像先前描述的关于使用活性炭的常规化学过滤器那样的很复杂的工作，例如船运过滤器前调查客户的洁净室的相对湿度和温度，然后有意使过滤器(活性炭)潮湿以符合客户的洁净室的温度和湿度，并进一步密封包装该调湿的过滤器以将其船运。由于小于20％的相对湿度代表极干燥的环境，通常的工作区是空气调节的，不具有这样很低的相对湿度，但一般具有百分之几十的相对湿度。因此，不同于活性炭过滤器，装有亲水性沸石吸附层的过滤器不需要在将其船运前调湿和密封包装。
其次，比较了在装有根据本发明的包括由亲水性沸石形成的吸附层的过滤器的洁净室中与在装有常规化学过滤器的常规洁净室中的湿度控制。一个湿度传感器设置在室外空气入口通路中，该通路装备在空调系统和过滤室外空气的过滤器的下游，该空调系统除去大气浮尘颗粒并调节洁净室的温度和湿度。单位式空调系统中的湿度调节器的水供给阀是根据来自湿度传感器的信号而调节的。在上述两个洁净室中各设置另一个湿度传感器以相互比较两个洁净室中的湿度控制。将室外空气以200 m3/min的流量引至在洁净室中以5000 m3/min的流量循环的空气中。在装有常规化学过滤器(活性炭)的洁净室的情况下，由于活性炭很好地吸附了通过该过滤器的空气所含的潮气，洁净室开始运行后洁净室的相对湿度维持在约45％的水准约2周，该值比50％的预设值低5％，在此期间活性炭被潮气所饱和。一方面，在装有本发明的化学过滤器(疏水性沸石)的洁净室的情况下，由于亲水性沸石几乎不吸附通过过滤器的空气所含的潮气，洁净室的相对湿度可维持在如初始预设的50％的水准。因此，在装有常规化学过滤器的洁净室中，约2周发生生产率的下降。相反，在装有根据本发明的过滤器的洁净室的情况下，相对湿度可维持在预设值，所以不引起生产率的下降。
其次，根据本发明实际制造了过滤器311(图18)。第一过滤器部分311a是通过将有效孔隙直径8埃的合成沸石牢固地固定于蜂窝结构表面而形成的。第二过滤器部分311b是通过将数微米的蒙脱土(活性粘土)粉末牢固地固定于蜂窝结构表面而形成的。蒙脱土的物理性能已在上面描述过。
DOP和DBP是当将基片暴露于在洁净室里循环的空气中时在基片(如硅片、玻璃)表面上测得的有机污染物的主要部分。它们大量包含于原料如聚氯乙烯中，且其分子尺寸为6-8埃。因此，如果选择有效孔隙直径7埃或更大的合成沸石作为吸附剂，第一过滤器部分311a可除去作为基片表面污染物的气态有机杂质的主要部分。然而，在一定程度上从暴露于洁净室里循环的空气中的基片表面测到了分子尺寸大于8埃的BHT和硅氧烷(D5)，所以这些不能被第一过滤器部分311a除去。因此，这些必须至少用第二过滤器部分311b除去。
如图17所示，使第一和第二过滤器部分311a和311b具有如下结构，该结构由交替堆积波纹板和薄平板而形成以致形成它们的多层结构。像以上这样装配的过滤器沿气流方向具有10 cm的深度。以0.6m/sec的表面速度供给空气通过过滤器，作用于通过该过滤器的空气的每单位体积的总有效板面积(即有效过滤面积)为3000m2/m3。
第一过滤器部分311a的蜂窝结构是通过将上述多孔蜂窝结构浸入悬浮液中并然后使它干燥而形成的，该悬浮液包括分散胶体，该分散胶体为有效孔隙直径为8埃和粒度为3微米的合成沸石粉末，及为3微米的高岭矿物(高岭土)粉末与作为无机粘合剂的硅溶胶的混合物。然而，除了上述作为粘合剂的混合物，滑石粉、膨润土、硅酸钠、硅土或钒土等可用作无机粘合剂。第二过滤器部分311b的蜂窝结构是通过将上述多孔蜂窝结构浸入悬浮液中并然后使它干燥而形成的，该悬浮液包括分散胶体，该分散胶体为有效孔隙直径主要分布于20-100埃且为3微米的活性粘土，及作为无机粘合剂的硅溶胶。活性粘土对气态有机杂质具有与活性炭相当的物理吸附能力。
在第一过滤器部分311a中，合成沸石层的厚度为100微米，其重量组成为合成沸石∶高岭土∶二氧化硅=70％∶25％∶5％。在第二过滤器部分311b中，活性粘土层的厚度为100微米，其重量组成为活性粘土∶二氧化硅=87％∶13％。在两个过滤器部分311a和311b中，整个过滤器的重量为约250g每升。在第一过滤器部分311a中，无机材料层所占的重量为约90g每升(约整个过滤器重量的36％)，而在第二过滤器部分311b中，无机材料层所占的重量为约9g每升(约整个过滤器重量的3.6％)。用于第二过滤器部分311b的活性粘土量与用于第一过滤器部分311a的合成沸石量相比要少，前者为后者的约1/10。这是因为合成沸石对潮气的吸附和解吸附较少受相对湿度变化的影响，所以与使用活性炭作为吸附剂的情况相比洁净室相对湿度的控制较少受影响。然而，无机吸附剂如活性粘土自身是亲水性的，显示出与活性炭相当的潮气吸附和解吸附，所以优选和必需将活性粘土的量减少在允许的范围内。此外，如前所述，DOP和DBP是在暴露于在洁净室里循环的空气中的基片的表面上测到的有机污染物的主要部分。这些杂质可被具有合成沸石层的第一过滤器部分311a除去。一方面，不能被第一过滤器部分311a除去但可被第二过滤器部分311b除去的BHT和硅氧烷(D5)在空气中比之DOP和DBP具有相当小的浓度，并且在基片表面测到的它们的量小于DOP和DBP。因此，用于第二过滤器部分311b的活性粘土的量可远少于用于第一过滤器部分311a的合成沸石的量。
图41是建造或安装于洁净室590中的储料室591的透视图，根据本发明过滤器311连同风机593、HEPA过滤器594安装在其顶棚。另一个风机595吸进洁净室590的空气从洁净室590通过空气入口596进入储料室591，洁净室空气599进一步经过滤器311净化并最终用过滤的洁净室空气充满工作区597。在此条件下，通过使用此储料室591进一步评价过滤器311的吸附能力，更具体而言在工作区597中再进行如前所述的3-天暴露实验，从而根据接触角随时间推移的变化来评价过滤器311的吸附能力。覆盖有二氧化硅膜的硅片基片592又用作此3-天暴露实验的试片。以如前所述的同样方法，先清洗试片并干燥，并立即在工作区597的洁净空气中暴露3天，然后，测量接触角。如前所述，每15天重复此3-天暴露即清洗-3-天暴露-接触角测量-清洗-3-天暴露-接触角测量-…。储料室591用不产生气态有机杂质的材料建造。因此，储料室591，特别是工作区597内部不可能作为气态有机杂质源。
工作区597内的空气根据图41所示的箭头流动，即流经格栅板601、地板下部分602、回程通道603、然后返回顶棚部分604。在储料室中，空气以20 m3/min的流量循环。为了形成过滤此循环空气必需的吸附层，2 kg合成沸石用作过滤器311的第一过滤器部分311a而0.2 kg活性粘土用作其第二过滤器部分311b。引至储料室的洁净室空气599的量设定为0.8 m3/min，这代表循环空气598的量的4％，并且与吸入的空气等量的空气从空气出口600排出。储料室的的总容积为12m3，空气循环速度设定为100次每小时。
为比较研究，对于仅用第一过滤器部分311a构成的过滤器311的情况也进行了上述3-天暴露实验。更进一步，对于在储料室没有安装过滤器311的情况进行了上述3-天暴露实验。这意味着气态有机杂质未经除去而可进入储料室。
通过本发明者的实验，已统计确定当清洗该试片后立即测量时该试片表面与在其上滴落的纯水滴间产生平均3°的接触角。然后，为了评价在储料室中循环的空气的洁净度，假设在上述3-天暴露后保持接触角小于6°是防止被气态有机杂质污染而降低储料室中产品质量所必需的要求。
图42是显示接触角测量结果的图，更具体而言在工作区597的空气中每15天重复3-天暴露实验后接触角随时间推移的变化，该空气经(A),(B)，及(C)过滤：(A)根据本发明由第一和第二过滤器部分311a和311b形成的过滤器311，(B)仅由过滤器部分311a形成的过滤器，及(C)未采取任何特殊措施阻止气态有机杂质。
如将从图42中知道，暴露于经(C)过滤的空气中的试片其接触角在第一个3-天暴露实验后从3°(清洗后立即测量)增加至29°-33°。在将试片暴露于经(A)过滤的空气中的情况下，在第一个3-天暴露实验后接触角保持低于4°。然而，随着时间的推移，过滤器311的吸附能力逐渐降低，所以通过该过滤器的空气中所含的气态有机杂质的浓度增加。换言之，在该过滤的空气中暴露预设时间期限的试片的接触角随着空气通过过滤器311的时间的增加而增加。然而，从图42将知道暴露于经(A)过滤的空气中的试片的接触角增加至6°花费了约8个月，即使每15天重复该3-天暴露实验。一方面，当将试片暴露于经(B)过滤的空气中时，甚至在第一个3-天暴露实验后接触角超过5°，并且接触角变为6°仅需要2个月。
为了详细阐明此原因，进行了如下的另一个比较研究。即，使用如图43所示的另一个储料室591’检验阻止表面污染的保护效果，该污染由4种气态有机杂质，DOP,DBP,BHT和D5(十甲基环戊硅氧烷)所引起。更具体而言，两种情况相互比较，即在第一种情况中根据本发明的过滤器311(第一和第二过滤器部分311a,311b的组合)安装于洁净室空气599的进风口596处，在第二种情况中仅有第一过滤器部分311a安装于同一入口596处。应注意到储料室591’(图43)中的气流通道与储料室591(图41)中的不同。图43中工作区597里的空气沿箭头所示流经格栅板601，地板下部分602，和空气排出口600。换言之，如图43所示的气流通道等同于图41所示的循环通道的情况，部分封闭该循环通道以便允许空气以一个方向流动而不产生任何循环。用于实验的杂质浓度分别为数十ppb的DOP和DBP，及数ppb的BHT和D5。
实验中，将试片清洗后立即在洁净室590的空气中和在储料室591’的空气中各自暴露4小时，从在试片表面测得的污染物DOP,DBP,BHT,D5的量评价阻止表面污染的保护效果，其结果示于表7。
表7
气态杂质 第一过滤器+第二过滤器 只有第一过滤器
保护效率 DOPDBPBHTD5 99％以上95％90％90％ 99％以上95％35％40％
直径4英寸的p型硅片用于上述评价。沉积在硅片上的有机物质的测量和分析是通过联合使用高温气体吸附装置和GC-MS而进行的。通过气相色谱法如下确定过滤器阻止表面污染物的保护效率。
保护效率=(1-(B/A))×100(％)
其中
A：在放置于洁净室空气中的薄片表面上测得的有机污染物的峰面积，和
B：在放置于储料室空气中的薄片表面上测得的有机污染物的峰面积。
从表7中显见，4种气态有机杂质中的两种，DOP和DBP，具有小于8埃的分子尺寸，所以它们几乎被第一过滤器部分311a除去，该第一过滤器部分包括由有效孔隙直径为8埃的合成沸石形成的层。然而，BHT和D5两者具有大于8埃的分子尺寸，所以它们不能被第一过滤器部分311a除去，但可被第二过滤器部分311b除去，该第二过滤器部分包括由有效孔隙直径主要分布于20-1000埃的活性粘土形成的层。因此，从表7中显见，为了实现更可靠的基片表面保护以阻止洁净室空气中所含的有机杂质，不可缺少地要求在第一过滤器部分311a的上游或下游提供像第二过滤器部分311b这样的过滤器，该第二过滤器部分包括能吸附气态有机杂质且由有效孔隙直径比合成沸石的大的无机材料形成的吸附剂层。单独使用第一过滤器部分311a不能实现可靠的基片表面保护，因为合成沸石不能吸附分子尺寸比合成沸石的有效孔隙直径大的分子。
以下是优选有效孔隙直径大于7埃的疏水合成沸石的原因。
迄今已描述了有关在洁净室中引起基片表面污染的有机物质。当在洁净室中处理硅片时，硅本身一般非常活泼以致它或多或少地在空气中自然氧化，所以在其上自然形成二氧化硅膜。结果，其表面变为亲水性的。同样，已知在洁净室等中处理的玻璃基片显示亲水特性，因为玻璃本身是这样的。大气中所含的有机物质可能具有能容易地与亲水性表面产生结合的亲水基团，该有机物质污染覆盖有SiO2膜的硅片或玻璃基片的亲水性表面。实际上，上述引起表面污染的有机物质为疏水性聚合物，它们中的每个都具有高沸点并包括像双键或碳的苯环及疏水基团这样的化学结构。同时，这些聚合物也可包括引起亲水表面污染的亲水基团。然而，一旦硅片或玻璃基片的洁净亲水表面已被这些有机物质污染，污染的亲水表面部分转变为疏水表面部分。由于转变成的疏水表面容易与上述疏水有机物质的疏水基团产生结合，有机物质的表面污染迅速进行并最后逐渐形成多层疏水分子层。
如上所述，引起表面污染的有机物质(高沸点聚合物)包括疏水基团，所以优选疏水沸石作为吸附剂因为其具有对疏水基团的亲合力。然而，这些有机物质也包括亲水基团，所以第二好的选择可以是使用亲水沸石作为吸附剂因为其具有对亲水基团的亲合力。在使用疏水沸石的情况下，与活性炭和亲水沸石相比它较少吸附空气中的潮气。因此，疏水沸石的多孔结构可有利地用于吸附气态有机杂质而不大量损失其吸附容量以吸附潮气。所以，与具有相似多孔结构的活性炭和亲水沸石相比疏水沸石作为有机物质吸附剂的寿命大大延长。一方面，活性炭和亲水沸石易于大量花费它们的多孔结构的吸附容量吸附空气中的潮气，仅剩余的吸附容量用于吸附有机物质。结果，由于其容量花费于潮气吸附，它们作为有机物质吸附剂的寿命自然比疏水沸石的短。
现在将返回图27讨论合成沸石的潮气吸附特性，该图中显示了在环境温度25℃测量的有效孔隙直径为10埃的亲水性合成沸石的潮气吸附等温线。有效孔隙直径为10埃的亲水性合成沸石在20％的相对湿度显示出相当大的饱和潮气吸附量0.262 cc/g。然而，此量仅增加0.02cc/g即使相对湿度从20％增加至50％。这仅对应于在活性炭情况下增加量的27％。从图27中可知，即使将储存在相对湿度高于20％的空气中的包括合成沸石吸附层的本发明的新鲜过滤器转移至并安装于洁净室中，在该洁净室中控制空气以便使相对湿度保持在50％，合成沸石层将几乎不吸附在过滤器上游控制的潮气。因此，不同于常规化学过滤器的情况，安装于洁净室的新鲜过滤器不可能引起像常规化学过滤器将洁净室相对湿度降低至超过预设值那样的不便，即使在其安装的早期阶段。
如迄今已描述的，已根据洁净室和作为小尺寸辅助洁净室的储料室讨论了本发明，它们一般用于LSI和LCD的生产过程。然而，本发明将不局限于如上所述的各种实例。本发明可应用于称为‘小环境’的局部洁净室、净化台、洁净箱、传送洁净产品的洁净传送机和各种规模的其它空气净化产品。同样，本发明可依照各种操作和环境条件如要过滤的空气体积、室外空气的吸入体积与洁净室中循环的空气体积的比例、洁净室内气态有机杂质源的存在等而修改。不言自明，目标气体不必仅限于空气。惰性气体如氮气、氩气等可由本发明的过滤器纯化，从而生产最适合于LSI和LCD生产的惰性气体。
例如，现在希望使用直径300mm的巨大硅片于1999年开始生产256兆位和/或1千兆位的DRAM。在用于生产如此精致的半导体器件的装置的情况下，在该装置的化学反应室中引入和放置硅片后，在开始与该装置内硅片的各种预先确定的化学反应前，将惰性气体如高纯氮气或氩气从惰性气体源充分地供给至该化学反应室以便将其充满。该惰性气体是如此高纯的以致它不可能污染硅片的表面。然而，为控制惰性气体的供给，在化学反应室和惰性气体供给源间装备一个阀。所以，该阀有可能作为气态有机物质源。因此，如果将本发明的过滤器装备在气体流动通道的路上即阀和化学反应室之间，它会除去该阀可能产生的各种气态有机污染物，从而对表面污染的预防并同样对产品质量的提高作出贡献。
本发明在工业中的可能应用
根据本发明，在保护洁净室中处理的基片表面不受空气中气态有机杂质污染的情况下，由于可除去分子尺寸小于8埃的气态有机杂质如DOP和DBP及分子尺寸大于8埃的气态有机杂质如BHT和硅氧烷，因此：
A．本发明使生产适于制造半导体器件和LCD的洁净空气成为可能，并从该空气中除去引起基片表面污染的气态有机物质。
B．在半导体器件和LCD的生产中，上述洁净空气用于组成洁净室的气氛，在该洁净室中处理暴露在那的基片表面，所以保护基片表面不受污染。
此外，根据本发明，沸石用作吸附剂以吸附分子尺寸小于8埃的气态有机杂质，并且适当选择的各种无机物质单独或组合用作吸附剂以吸附分子尺寸大于8埃的气态有机杂质。因此：
A．本发明提供了不包括易燃组成物的过滤器。因此，从防火的观点来看，用此过滤器建造的洁净室优于用常规活性炭过滤器建造的洁净室。
B．此外，本发明可提供由不产生任何引起基片表面污染的气态有机杂质的材料形成的过滤器。因此，从防止基片表面污染的完美度的观点来看，用此过滤器建造的洁净室优于用常规活性炭过滤器建造的洁净室。
C．再者，本发明可提供与常规活性炭过滤器相比几乎不吸附空气中的潮气并长期维持其吸附气态有机杂质的能力的过滤器。
因此，从洁净室湿度控制的容易性的观点及也从延长其寿命的观点来看，用此过滤器建造的洁净室优于用常规活性炭过滤器建造的洁净室。
与根据消防法归类为易燃材料组的活性炭相比，从防火的观点来看使用合成沸石作为吸附剂使过滤器非常安全。如果这样形成过滤器以使之包括表面牢固地固定有合成沸石的蜂窝结构，就使其阻止空气从此通过的抗排气性很小。当相对湿度大于20％时合成沸石几乎不吸附空气中的潮气，所以通过装备在过滤器上游的加湿器的湿度控制几乎不被合成沸石的潮气吸附所干扰，因此洁净室的湿度控制变得很容易。

Claims (30)

1．一种如洁净室等的具有空气循环机构的空气净化装置，该循环机构使湿度已控制的空气通过预设的空气循环通道循环，其中所述空气循环通道装有一个过滤器，该过滤器具有在其基体过滤器介质表面形成的疏水沸石层，并且该通道装有另一个过滤器，该过滤器设置在所述具有疏水沸石层的过滤器的下游并用于除去循环空气中所含的颗粒杂质。
2．如权利要求1所述的装置，其中所述其上带有疏水层的过滤器的基体过滤器介质形成蜂窝结构并且所述疏水沸石层牢固地固定于该蜂窝结构的表面。
3．如权利要求2所述的装置，其中所述疏水沸石层是通过将所述蜂窝结构浸入一种悬浮液中，然后干燥而形成的，该悬浮液中分散有疏水沸石粉末。
4．如权利要求2所述的装置，其中用胶粘剂将所述疏水沸石层固定于蜂窝结构上。
5．如权利要求1,2,3和4中的任一个所述的装置，其中所述疏水沸石具有7埃或更大的有效孔隙直径。
6．具有基体过滤器介质作为载体支撑吸附剂的过滤器，其中沸石作为吸附剂吸附目标周围环境中所含的气态有机杂质，用一种无机物质作为粘合剂将该沸石牢固地固定于所述载体的表面，所述无机物质具有吸附气态有机杂质的能力并具有比沸石的有效孔隙直径大的有效孔隙直径。
7．具有基体过滤器介质作为载体支撑吸附剂的过滤器，其中第一吸附层是通过借助一种无机物质作为粘合剂将沸石牢固地固定于所述载体的表面而形成的，该沸石作为吸附剂吸附目标周围环境中所含的气态有机杂质，第二吸附层是通过将另一种无机物质牢固地固定于所述第一吸附层的表面而形成的，所述另一种无机物质具有吸附气态有机杂质的能力并具有比沸石的有效孔隙直径大的有效孔隙直径。
8．具有基体过滤器介质作为载体支撑吸附剂的过滤器，其中沸石作为吸附剂吸附目标周围环境中所含的气态有机杂质，通过使用一种无机物质作为粘合剂将该沸石造粒，并将得到的沸石颗粒牢固地固定于所述载体的表面，所述无机物质具有吸附气态有机杂质的能力并具有比沸石的有效孔隙直径大的有效孔隙直径。
9．具有基体过滤器介质作为载体支撑吸附剂的过滤器，其中沸石作为吸附剂吸附目标周围环境中所含的气态有机杂质，通过使用一种无机物质作为粘合剂将该沸石造粒，并将得到的沸石颗粒用另一种无机物质涂覆，该另一种无机物质具有吸附气态有机杂质的能力并具有比沸石的有效孔隙直径大的有效孔隙直径。
10．如权利要求6,7,8和9中的任一个所述的过滤器，其中将所述载体制成蜂窝结构。
11．装有用吸附剂填充的套管的过滤器，其中所述吸附剂具有颗粒的形状，该颗粒是通过造粒吸附目标周围环境中所含的气态有机杂质的沸石和一种作为粘合剂的无机物质的混合物而形成的，所述无机物质具有吸附气态有机杂质的能力并具有比沸石的有效孔隙直径大的有效孔隙直径。
12．装有用吸附剂填充的套管的过滤器，其中所述吸附剂具有颗粒的形状，该颗粒是通过造粒吸附目标周围环境中所含的气态有机杂质的沸石和一种作为粘合剂的无机物质的混合物而形成的，并且所得沸石颗粒进一步用另一种无机物质涂覆，该无机物质具有吸附气态有机杂质的能力并具有比沸石的有效孔隙直径大的有效孔隙直径。
13．如权利要求6,7,8,9,11和12中的任一个所述的过滤器，其中所述沸石具有7埃或更大的有效孔隙直径，所述的吸附气态有机杂质的无机物质具有比沸石的有效孔隙直径大的有效孔隙直径，所述无机物质的孔隙的每单位重量总体积大于0.2 cc/g，或所述无机物质的孔隙的比表面积大于100 m2/g，所述孔隙的尺寸分布在15-300埃。
14．如权利要求6,7,8,9,11和12中的任一个所述的过滤器，其中所述吸附气态有机杂质且有效孔隙直径比沸石大的无机物质的主要组分为多孔粘性粘土矿物、硅藻土、硅土、钒土、硅土和钒土的混合物、硅酸铝、活性钒土或多孔玻璃，或为其混合物。
15．如权利要求14所述的过滤器，其中所述多孔粘性粘土矿物为水合硅酸镁粘土矿物、活性粘土、酸性粘土、活性膨润土或硅酸铝微晶和硅土微观颗粒的复合物，或为其混合物。
16．如权利要求6,7,8,9,11和12中的任一个所述的过滤器，其中所述无机物质包括无机粘合助剂。
17．如权利要求16所述的过滤器，其中所述无机粘合助剂至少包括硅酸钠、硅土或钒土。
18．具有基体过滤器介质作为载体支撑吸附剂的过滤器的制造方法，该方法包括以下步骤：
制备分散有沸石粉末和无机物质粉末的悬浮液，该无机物质吸附气态杂质且具有比沸石的有效孔隙直径大的有效孔隙直径并作为粘合剂；及
将所述载体浸入所述悬浮液并然后干燥，从而在所述载体的表面上形成吸附层。
19．制造具有基体过滤器介质作为载体支撑吸附剂的过滤器的方法，该方法包括以下步骤：
将所述载体浸入分散有沸石粉末和作为粘合剂的无机物质粉末的悬浮液，然后干燥，从而在所述载体的表面上形成第一吸附层；
并将已具有所述第一吸附层的所述载体浸入分散有一种无机物质的悬浮液中并然后干燥，从而在所述第一吸附层的表面上形成第二吸附层，该无机物质具有吸附气态有机杂质的能力并具有比沸石的有效孔隙直径大的有效孔隙直径。
20．一种如洁净室等的具有空气循环机构的空气净化装置，该循环机构使湿度已控制的空气通过预设的空气循环通道循环，其中所述空气循环通道装有一个诸如权利要求6,7,8,9,11和12中的任一个所叙述的过滤器，另一个过滤器设置在所述过滤器下游用于除去循环空气中所含的颗粒杂质。
21．包括第一过滤器部分和第二过滤器部分的过滤器，该第一过滤器部分包括合成沸石作为吸附剂，该第二过滤器部分设置在所述第一过滤器部分的上游或下游以与之相邻，所述第二过滤器部分包括一种无机吸附剂，该吸附剂吸附气态有机杂质并具有比合成沸石大的有效孔隙直径。
22．如权利要求21所述的过滤器，其中所述第一过滤器部分包括基体过滤器介质作为吸附剂载体，合成沸石牢固地固定于该载体，所述第二过滤器部分包括基体过滤器介质作为吸附剂载体，无机吸附剂牢固地固定于该载体。
23．如权利要求22所述的过滤器，其中将所述第一过滤器部分的载体浸入分散有合成沸石的悬浮液并然后干燥，从而使合成沸石牢固地固定于所述载体的表面，并将所述第二过滤器部分的载体浸入分散有无机吸附剂的悬浮液并然后干燥，从而使所述无机吸附剂牢固地固定于所述载体的表面，
24．如权利要求22所述的过滤器，其中将经造粒合成沸石粉末而形成的颗粒牢固地固定于第一过滤器部分的载体表面，并将经造粒所述无机吸附剂粉末而形成的颗粒牢固地固定于第二过滤器部分的载体表面。
25．如权利要求22所述的过滤器，其中所述载体由以直角横切经过该载体的气流的假想界面分成两个区域，并且经造粒合成沸石或其粉末形成的颗粒被牢固地固定于上述两个区域之一的表面，从而形成第一过滤器部分，而经造粒所述无机吸附剂或其粉末形成的颗粒被牢固地固定于所述两个区域的另一个的表面，从而形成第二过滤器部分。
26．如权利要求23或24所述的过滤器，其中当将经造粒合成沸石或其粉末形成的颗粒牢固地固定于所述载体的表面时和/或当将经造粒所述无机吸附剂或其粉末形成的颗粒牢固地固定于所述载体的表面时，使用至少为滑石粉、高岭土矿物、膨润土、硅酸钠、硅土和钒土之一的无机粘合助剂。
27．如权利要求21,22,23,24和25中的任一个所述的过滤器，其中用于所述第二过滤器部分的所述无机吸附剂为硅藻土、硅土、钒土、硅土和钒土的混合物、硅酸铝、活性钒土、多孔玻璃、水合硅酸镁粘土矿物、活性粘土和活性膨润土的至少一种。
28．如权利要求21,22,23,24和25中的任一个所述的过滤器，其中所述合成沸石具有7埃或更大的有效孔隙直径，并且所述无机物质的孔隙的每单位重量总体积大于0.2 cc/g或所述无机物质的孔隙的比表面积大于100 m2/g，所述孔隙的尺寸分布在15-300埃。
29．如权利要求21,22,23,24和25中的任一个所述的过滤器，其中将所述载体制成蜂窝结构。
30．如权利要求21所述的过滤器，其中所述第一过滤器部分建造成圆筒形套管的形式，该套管用所述合成沸石颗粒填充，而所述第二过滤器部分建造成单独的圆筒形套管的形式，该套管用由所述无机吸附剂造粒的颗粒填充。
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