DE3911894A1

DE3911894A1 - Gasfilter

Info

Publication number: DE3911894A1
Application number: DE3911894A
Authority: DE
Inventors: Yoshihisa Kato; Takashi Ogawa; Hideo Tsukazaki
Original assignee: Individual
Current assignee: NAKAJIMA HIDETOSHI HACHIOJI TOKIO/TOKYO JP; Coorstek KK
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1989-04-12
Publication date: 1989-10-26
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: GB2217228A; GB8908345D0; GB2217228B; DE3911894C2; US4902319A; JPH01152713U; FR2630023A1; FR2630023B1; JPH0520407Y2

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasfilter für eine Filtervorrich tung, der in der Lage ist, ein trockenes Gas zur Verwendung bei der Herstellung von Halbleitern zu filtern.

Wie allseits bekannt, werden verschiedene Gase zwecks der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet. Es werden insbesondere heutzutage hochintegrierte IC-Vorrichtungen wie LSI- und VLSI-Vorrichtungen hergestellt. Die Schaltkreismuster sind immer kleiner geworden. Daher müssen Partikeln mit einer Größe von 0,01 µm sowie Partikeln mit einer Größe von 0,05 µm aus einem Ätzgas entfernt werden.

Filter für ein solches Ätzgas bestehen gebräuchlicherweise aus einem Glasfasermaterial in Form eines Blattes oder eines Zylinders oder aus einem Schichtmaterial in Form einer schei benförmigen Platte, die aus Teflon-(eingetragenes Warenzeichen) Membranen besteht, oder aus einem gefalteten Element.

Die Porengrößen in einem Glasfasermaterial sind jedoch nicht gleichmäßig. Demzufolge ist Glasfasermaterial für solche Filter nicht geeignet, die sicher solche Partikeln entnehmen sollen, deren Größe eine bestimmte Größe überschreiten.

Wird ein Bindemittel verwendet, um die Glasfaser in die Form eines Blattes oder eines Zylinders zu bringen, so ist es möglich, daß manche Gase mit diesem Bindemittel reagieren. Demzufolge kann kein Bindemittel verwendet werden. Ohne ein Bindemittel können sich die Glasfasern leicht verschieben, so daß aufgehaltene Partikeln den Filter verlassen können und stromabwärts strömen. Ferner können Metallpartikeln (wie bei spielsweise Na⁺, B⁺, etc.) im Glasfasermaterial vom Gasstrom aufgenommen werden und die Halbleitervorrichtungen verunreini gen.

Bei Filtern, die aus Teflon- (eingetragenes Warenzeichen) Membranen hergestellt sind, erfolgt leicht eine statische elektrische Aufladung. Durch die statische Elektrizität werden Fremdmaterialien von einer Primärseite des Filters gefangen. Diese Fremdmaterialien können nicht durch Reinluft abgelöst werden. Wird der Filter längere Zeit benutzt, so kann sich das Fremdmaterial von der Sekundärseite des Filters lösen. Als Ergebnis erhält man leicht Fehlstellen in den Halbleiter vorrichtungen.

Die Filtrationsleistung eines Gasfilters hat einen großen Einfluß auf den prozentualen Anteil der Fehlstellen eines IC. Daher werden verbesserte Gasfilter benötigt. Die zuvor erwähnten Gasfilter des Standes der Technik können jedoch diese Notwendig keit nicht erfüllen.

In dem offengelegten japanischen Gebrauchsmuster Nr. 61-19 115 ist andererseits ein Gasfilter mit einer keramischen Schicht beschrieben. Der Gasfilter enthält einen keramischen Verbund körper, der eine Vielzahl an Gasdurchlaßöffnungen aufweist, die an der Innenseite mit einer feinporigen keramischen Schicht beschichtet sind.

Bei diesem Gasfilter schließt eine Teflon-(eingetragenes Warenzeichen)Platte die endseitige Stirnfläche des keramischen Verbundkörpers an der Gaseinströmseite ab, und es wird dazu ein Halteelement aus Metall benötigt. Die Konstruktion des Gasfilters ist kompliziert. Jedes Teil verlangt eine exakte Maßgenauigkeit. Trotzdem wird kein völliges Abschließen erhal ten. Darüberhinaus kann das zu filternde Gas verunreinigt werden, falls sich der Zustand der Teflon-(eingetragenes Warenzeichen) Platte aufgrund langen Gebrauches verschlechtert.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen verbesserten Gas filter zu schaffen, der dazu verwendet werden kann, wirksam feine Partikeln auszufiltern, der eine lange Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß weist ein Gasfilter einen keramischen Ver bundkörper auf, der eine Vielzahl an Gasdurchtrittsöffnungen, eine Verschließschicht aus Glas, die an eine endseitige Stirn fläche des keramischen Verbundkörpers an dessen Gasausströmseite angebracht ist, eine feinporige keramische Schicht auf der Innenfläche jeder Gasdurchtrittsöffnung sowie ein Verschließ element aufweist, das an eine endseitige Stirnfläche des keramischen Verbundkörpers an dessen Gaseinströmseite haftend angebracht ist, wobei das Verschließelement aus einem fein porigen keramischen Material hergestellt ist, dessen Poren kleiner sind als die Poren der feinporigen keramischen Schichten, wobei das Verschließelement an seiner endseitigen Stirnfläche an der Gaseinströmseite einen Gasdurchtrittskanal aufweist, so daß Gas, das durch den Gasdurchtrittskanal eingetreten ist, von der Außenseite des keramischen Verbundkörpers her in die Gasdurchtrittsöffnungen eintreten kann.

Spezielle Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Gasfilter werden nachfolgend in Zusammenhang mit den Zeich nungen beispielhaft beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gasfilters;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines alternativen erfindungsgemäßen Gasfilters;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Verschließele mentes für einen in Fig. 1 oder 2 dargestellten Gasfilter;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Verschließelements für einen in Fig. 1 oder 2 darge stellten Gasfilter und

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Filter vorrichtung, die einen erfindungsgemäßen Gasfilter aufgenommen enthält.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, insbesondere auf Fig. 1 und 2, weist ein Gasfilter einen keramischen Ver bundkörper 10 bzw. 20 auf, der eine Vielzahl an Gasdurchtritts öffnungen 12 bzw. 22 enthält. Auf der Gasaustrittsseite ist an einer endseitigen Stirnfläche des keramischen Verbundkörpers eine Verschließschicht 11 bzw. 21 angebracht. Die Innenseite oder Innenfläche der Gasdurchtrittsöffnungen 12 bzw. 22 ist mit einer feinporigen keramischen Schicht 13 bzw. 23 beschich tet. An der Gaseintrittsseite des keramischen Verbundkörpers 10 bzw. 20 ist an dessen endseitiger Stirnseite mittels eines anorganischen Klebemittels ein Verschließelement 17 bzw. 27 (siehe Fig. 3 und) fest haftend angebracht. Die Verschließ schicht 11 ist aus einem anorganischen Klebematerial wie Glas hergestellt. Die Verschließschicht 11 und das anorganische Klebemittel für das Verschließelement 17 bzw. 27 sind vor zugsweise aus einem speziellen Glas hergestellt, das im wesent lichen aus 72% SiO₂, 14% Al₂O₃, 4% MgO, 4,5% CaO, 3% K₂O und 2,5% NaO besteht. Das Verschließelement 17 bzw. 27 ist jeweils aus einem feinporigen keramischen Material hergestellt, dessen Poren kleiner sind als die Poren der keramischen Schicht 13 bzw. 23. Das Verschließelement 17 bzw. 27 weist auf der Gaseinströmseite an seiner endseitigen Stirnfläche einen Gasdurchtrittskanal 18 bzw. 28 auf. Das Gas wird durch den Gasdurchtrittskanal 18 bzw. 28 eingeführt. Tritt das Gas von der Außenseite des keramischen Verbundkörpers 10 bzw. 12 her in die Gasdurchtrittsöffnungen 12 bzw. 22 ein, so wird das Gas gefiltert.

An der Außenseite des keramischen Verbundkörpers 10 bzw. 20 ist vorzugsweise eine relativ grobporige keramische Schicht 25 angebracht. Die Partikeln der grobporigen keramischen Schicht 25 sind gröber als diejenigen der keramischen Schicht 13 bzw. 23, die an der Innenseite der Gasdurchtrittsöffnungen 12 bzw. 22 angebracht ist. Das Verschließelement 17 bzw. 27 ist vor zugsweise aus Al₂O₃ hergestellt, dessen Reinheitsgrad 99,5% oder mehr beträgt.

Das Gas wird durch den Gasdurchtrittskanal 18 bzw. 28 eingeführt und strömt von der Außenseite des keramischen Verbundkörpers 10 bzw. 20 her in die Gasdurchtrittsöffnungen 12 bzw. 22 ein. Das Gas wird durch die feinporigen keramischen Schichten 13 bzw. 23, die auf die Innenseite der Gasdurchtrittsöffnung 12 bzw. 22 aufgebracht sind, gefiltert. Die Verschließschicht 11 bzw. 21 verschließt die endseitige Stirnfläche des keramischen Verbundkörpers 10 bzw. 20 an der Gasausströmseite, so daß das Filtrat nur durch die Gasdurchtrittsöffnungen 12 bzw. 22 ausströmen kann.

In Fig. 1 ist ein sechseckförmiger keramischer Verbundkörper (nachfolgend "keramischer Körper" genannt) dargestellt, der eine Vielzahl an regelmäßig angeordneten Gasdurchtrittsöffnungen 12 aufweist. Auf jeder Innenseite einer Gasdurchtrittsöffnung 12 ist eine feinporige keramische Schicht 13 ausgebildet. Ein Gas A wird gefiltert, falls es von der Außenseite des keramischen Verbundkörpers 10 her in die Gasdurchtrittsöffnungen 12 eintritt. Das Filtrat fließt nach oben gerichtet durch die Gasdurchtrittsöffnungen 12 hindurch und aus dem Filter heraus.

Die keramischen Schichten, die ein großes Filtervermögen aufweisen, weisen eine große Filterfläche auf, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gases nach dem Filtern gegenüber der vor dem Filter nicht verändert ist. Während des Filtervor ganges wird somit der Gasstrom aufrecht erhalten, ohne daß ein Gasanstauen erfolgt. Es ist sehr einfach, den Filter zu reinigen oder am Filter haftende Partikeln zu entfernen. Zum Entfernen derartiger Partikeln läßt man reines Gas durch den Filter strömen.

Auf der Innenseite der Gasdurchtrittsöffnungen 12 sind kerami sche Schichten ausgebildet, die aus feinporigen keramischen Partikeln bestehen. Da keramische Partikeln mit gewünschter Größe leicht zur Verfügung stehen, kann eine keramische Schicht aus feinporigen keramischen Partikeln mit 0,1 µ oder weniger einfach hergestellt werden.

Der keramische Körper 10 weist eine Verbundkonstruktion auf. Er kann schwere Belastungen in Längsrichtung aufnehmen, falls er in ein Gehäuse 15 (siehe Fig. 5) eingeschoben wird, und er kann Stöße von der Außenseite her aufnehmen.

Auf der Gasausströmseite ist die endseitige Stirnfläche des keramischen Körpers 10 mit einer Verschließschicht 11 aus Glas beschichtet. Die Verschließschicht 11 aus Glas stellt sicher, daß Gas nur durch die Gasdurchtrittsöffnungen 12 ausströmt. Somit wird durch die keramischen Schichten 13 ein Filtrieren bewirkt.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Außenseite 24 des keramischen Körpers 20 mit einer kerami schen Schicht 25 beschichtet ist. Die keramische Schicht 25 ist grobporiger als die keramische Schicht 23, die auf der Innenseite der Gasdurchtrittsöffnungen 22 aufgebracht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Filtervorgang in zwei Stufen durchgeführt und zwar zunächst durch die keramische Schicht 25 und anschließend durch die keramischen Schichten 23, so daß Fremdmaterialien wirksam vom Gas entfernt werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Formen des Verschließ elements. Das in Fig. 3 dargestellte Verschließelement 17 ist scheibenförmig. Das Verschließelement 17 ist aus einem fein porigen keramischen Material hergestellt, dessen Poren geringer sind als die Poren der keramischen Schichten 23. Auf der Gaseinlaßseite des Verschließelementes 17 ist ein Gasdurch trittskanal 18 vorgesehen, um das Gas durchtreten zu lassen. Es kann beispielsweise Al₂O₃ (Aluminiumoxid), dessen Rein heitsgrad 99,5% oder mehr beträgt, zum Bilden des Verschließ elements 17 verwendet werden.

Das in Fig. 4 dargestellte Verschließelement 27 weist eine sechseckförmige Form auf und ist aus einer feinporigen Keramik hergestellt, die gleich der des in Fig. 3 dargestellten Ver schließelementes 17 ist. Auf der Gaseintrittsseite ist an der endseitigen Stirnfläche ein Gasdurchtrittskanal 28 vor gesehen. Der Gasdurchtrittskanal 28 ist ein Dreiwegkanal, wobei der Schnittpunkt der einzelnen Kanäle im Mittelpunkt des Verschließelementes liegt.

In Fig. 5 ist eine Filtervorrichtung dargestellt, die mit einem Gasfilter ausgestattet ist, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, und der das in Fig. 3 dargestellte Verschließelement 17 enthält. Der keramische Verbundkörper 10 und das Verschließ element 17 sind in einem Gehäuse 15 aufgenommen. Die endseitige Stirnfläche des keramischen Körpers 10 auf der Gaseinlaßseite und die benachbarte endseitige Stirnfläche des Verschließele ments 17 sind mit Glas fest haftend untereinander verbunden. Das Glas selbst bildet eine Glasschicht auf der endseitigen Stirnfläche des keramischen Verbundkörpers 10 auf der Gasein laßseite.

Ein Verschließelement wie das Element 17, kann mit verschiedenen Arten von keramischen Strukturen wie der Körper 10 vereinigt werden, um einen Gasfilter entsprechend der vorliegenden Erfindung zu bilden.

An das Gehäuse 15 ist in luftdichtender Art und Weise ein Halteelement 20′ angebracht. Das Halteelement 20′ drückt gegen die endseitige Stirnfläche des Verschließelementes 17 auf der Gaseinlaßseite. Beispielsweise ist ein Mutternschraubenteil des Haltelements 20′ auf ein mit einem Außengewinde versehenen Teil des Gehäuses 15 aufgedreht. Das Halteelement 20′ drückt zugleich auch das Verschließelement 17 gegen die endseitige Stirnfläche des keramischen Verbundkörpers 10. Das Haltelement kann auch durch andere Befestigungsarten an das Gehäuse 15 angebracht werden.

Das zu filternde Gas, das beispielsweise N₂ (Stickstoffgas) ist, tritt durch den Gasdurchtrittskanal 18 wie dies durch einen Pfeil B angedeutet ist, durch, so daß es in einen Raum zwischen der Außenseite des keramischen Körpers 10 und der Innenseite des Gehäuses 15 eintritt. Das Stickstoffgas wird gefiltert, wenn es von der Außenseite des keramischen Körpers 10 her in die Gasdurchtrittsöffnungen 12 strömt und dabei durch die Poren des Körpers 10 und die keramischen Schichten 13 durchtritt.

Enthält ein Gasfilter, wie er in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 beschrieben wurde, ein Verschließelement 17 bzw. 27 auf, so ist die Zahl der Teile die den Filter bilden, reduziert, und es kann eine hohe Maßgenauigkeit der Teile erreicht werden. Ferner wird eine ausgezeichnete Abdichtung zwischen dem kerami schen Verbundkörper 10 oder 20 und dem Verschließelement 17 oder 27 erreicht. Demzufolge wird bei der Verwendung des Filters das Gas wirksam gefiltert. Wird das Verschließelement 17 oder 27 und der keramische Verbundkörper 10 oder 20 durch Glas fest miteinander verbunden, so ist die Abdichtung zwischen diesen beiden sehr wirksam.

Die Verschließschicht 11 oder 21 aus Glas ist an die endseitige Stirnfläche an der Gasausströmseite des keramischen-Verbund körpers 10 oder 20 angebracht. Demzufolge strömt das Filtrat nur durch die Gasdurchtrittsöffnungen 12 oder 22 aus, und das Gas wird wirksam gefiltert.

Das Verschließelement 17 oder 27 wird vorzugsweise als ein Modul oder Einheit hergestellt, so daß es für verschiedene Typen an keramischen Verbundkörpern 10 verwendet werden kann.

Wird ein Filter verwendet, wie er in Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben wurde, so können sehr kleine Partikeln in einem Gas wirksam entfernt werden. Ein derartiger Filter ist geeignet in einer Filtervorrichtung verwendet zu werden, die trockene Gase für die Verwendung bei der Herstellung von Halbleitern filtert.

Claims

1. Gasfilter,
mit einem keramischen Verbundkörper (10, 20), der eine Vielzahl an Gasdurchtrittsöffnungen (12, 22) aufweist;
mit einer, an die endseitige Stirnfläche des kermischen Verbundkörpers (10, 20) an dessen Gasaus strömseite angebrachten Verschließschicht aus Glas (11, 21);
mit einer feinporigen keramischen Schicht (13, 23), die auf jeder Innenseite der Gasdurchtrittsöffnungen (12, 22) aufgeschichtet ist; und
mit einem Verschließelement (17, 27), das an eine endseitige Stirnfläche des keramischen Verbundkörpers (10, 20) an dessen Gaseintrittsseite angebracht ist, wobei das Verschließelement (17, 27) aus feinporigem keramischem Material hergestellt ist, dessen Poren kleiner sind als die Poren der feinporigen keramischen Schicht (13, 23), und wobei das Verschließelement (17, 27) an seiner endseitigen Stirnfläche auf der Gasein trittsseite einen Gasdurchtrittskanal (18, 28) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, das durch den Gasdurchtrittskanal (18, 28) eingetreten ist, von der Außenseite des keramischen Verbundkörpers (10, 20) her in die Gasdurchtrittsöffnungen (12, 22) einströmt.

2. Gasfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf der Außenseite des keramischen Verbundkörpers (10, 20) angebrachte grobporige keramische Schicht (25) vorgesehen ist, die aus einem relativ grobporigen keramischen Material besteht, und daß die grobporige keramische Schicht (25) gröber ist, als die keramische Schicht (13, 23), die auf jeder Innenseite der Gas durchtrittsöffnungen (12, 22) angebracht ist.

3. Gasfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschließelement aus Al₂O₃ hergestellt ist, dessen Reinheit 99,5% oder mehr beträgt.