KR0172610B1 - 극고효율 다공성 금속필타 - Google Patents

극고효율 다공성 금속필타 Download PDF

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KR0172610B1
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Abstract

본 발명은 반도체 제조산업 및 마이크로전자 제조산업에서 필요로 하는 고정가스 여과용 극고효율의 미립자 에어필타에 관한 것이다. 본 발명에 따라 스테인레스강, 니켈 및 니켈계 합금 등으로부터 완전히 균일한 조직으로 만든 다공성 소결금속필타는 로그로 환산하여 6을 초과하는 효율을 가지고 있다.
상기 필타는 공정가스기류내에 존재하는 입자, 습기, 산소 또는 유기물질을 극고효율로 흡수 여과하며, 기계적·열 적응력에 대해 장기간의 안정성을 가지고 있으며, 고압조건하에서도 소망의 아주 높은 효율로 작동되는 특성을 가지고 있다.

Description

극고효율 다공성 금속 필타
제1도는 본 발명의 특징이 결합된 가스라인 필타유니트의 사시도.
제2도는 제1도의 필타어셈블리내에 채택된 필타디스크의 상부 평면도.
제3도는 제2도의 디스크의 선3-3을 취한 단면도.
제4도는 제1도의 필타어셈블리 내에 채택된 끝단 필타디스크의 제3도와 유사한 단면도.
제5도는 제1도의 필타어셈블리 내에 채택된 필타디스크의 소조립품 또는 필타 셀(cell)의 제3도와 유사한 단면도.
제6도는 필타의 본체부가 종단면도로 나타내어진, 제1도의 필타어셈블리의 분해도.
제7도는 제1도의 어셈블리의 부분절결단면의 측면도.
제8도는 여러 가지 유량에서 로그 환산(log reduction) 9를 제공하는데 필요한 필타의 비표면적을 도시한 그래프.
제9도는 본 발명의 필타와 시중에서 입수가능한 두 개의 필타의 로그환산을 비교한 그래프이다.
본 발명은 미립자 에어필타에 관한 것으로서 보다 상세하게는 신규하고 향상된 상기 종류의 극고효율(ultra-high efficiency) 다공성 금속 필타에 관한 것이다.
반도체 및 마이크로전자 제조산업뿐만 아니라 다른 산업에서도 청정도가 높은 환경을 제공하기 위하여 종래의 고효율의 미립자 에어(HEPA)필타의 용량을 상회하는 것을 필요로 해왔다.
이것을 달성하기 위하여 상기 산업에서 이용되는 공정 가스라인에 여과장치를 결합시키는 것이 필요하다.
이러한 직렬식 여과시스템의 목적은 반도체 및 집적회로가 제조 및 / 또는 조립되는 환경으로부터 미립자뿐만 아니라 습기 및 유기물질을 제거하는데 있다. 이러한 요구에 부응하여 상기 장치에 사용되는 필타는 유입 기류 또는 공정가스 기류 내에 존재하는 모든 입자를 제거해야하며 뿐만 아니라 습기, 산소 또는 유기물질을 탈착(가스배출)한 결과 불순물을 방출함으로써 상기 분위기의 불가피한 오염을 피하거나 그에 기여하여야 한다.
상기 산업분야에서 가스 여과용으로 얇은 유기멤브레인(membrane)이 다년간 지속적으로 사용되어 왔지만, 엄격성과 안정성이 향상되고 상승된 온도를 견딜 수 잇는 능력이 구비된 극고효율 필타가 기대되어 왔음은 주지이다.
액체흐름의 필타용으로 사용된 일부 무기 멤브레인 여과시스템에서, 상향된 기계적, 화학적 안정성을 얻을 수 있었지만 지금까지는 상기 필타는 미립자 에어 필타용으로 만족스럽게 제조되지 못했다.
상기 무기 멤브레인 필타는 다공성기재 또는 지지체를 무기 멤브레인 코팅 물질로 코팅함으로써 형성된다.
그러나 상기 무기 멤브레인 필타는 다공성기재 또는 지지체를 무기 멤브레인 코팅 물질로 코팅함으로써 형성된다.
그러나 상기 무기 멤브레인 구조는 필타의 상류 또는 공급 측에서만 충분히 작은 기공크기를 제공하며 필타의 두께의 나머지에 걸쳐서는 아주 큰 기공들을 제공한다.
세라믹 또는 스테인레스강 필타와 같은 더 두껍고 더 균일한 무기 필타 일지라도 유기 멤브레인 필타에 의하여 제시되는 고효율 즉, 99.999%(필타를 투과하는 입자의 수는 105당 1개 미만이므로 입자투과성에 있어서는 로그(log) 환산 5로 나타냄)를 초과하는 수준의 여과효율로 맞추는데는 성공적이 아니었다.
유기 멤브레인으로 만들어진 극고효율 미립자 필타로 로그로 환산하여 6을 초과하고 로그로 환산하여 9 (99.9999999%를 초과하는 효율) 및 그것을 상회하는 수준의 내입자 투과성을 얻었다.
최고 효율을 제시하는 유기멤브레인은 셀룰로스의 혼합 에스테르, 폴리플루오르화비닐리덴 또는 플루오르화된 탄화수소, 예컨대 테프론으로부터 제조하였다.
그러나 상기 물질들은 상승된 온도를 이겨낼 수 없고 일정한 조건하에서 가스배출을 한다.
가스상 또는 에어로졸 불순물은 아주 미량이라도 실리콘 웨이퍼 상에 결함과 헤이즈를 야기하기 때문에 공정가스와 분위기 모두를 불순도 수준을 1p. p. m. (로그로 환산하여 6) 미만으로, 바람직하게는 1 p. p. b. (part per billion)(로그로 환산하여 9) 미만으로 낮춤으로써 가능한 한 순수상태로 유지시키는 것이 필수적이다. 이것들의 사용 시에 공정가스를 청정하게 유지하는 데는 출발물질로서 제공되는 아주 청정한 가스의 사용뿐만 아니라 이것들의 사용 시에 극히 청정한 분배시스템 및 직렬식 재정화 및 여과가 필요하다.
유기필타는 오염된 가스배출과 함께 결합된 유출 고유특성이 있기 때문에 아직 이러한 결함을 겪지 않고 극고효율 수준으로 제공하는 대체 필타를 제공하는 것이 바람직하다.
마이크론 이하의 장치의 제조를 포함하는 보다 정밀한 공정에 있어서, 무기필타는 유기 멤브레인 필타 이상으로 많은 이점을 가질 수 있다.
예전부터 있어왔던 유기멤브레인 필타의 문제점 즉, 입자유출, 유기탈착(가스배출), 들러붙음 및 열적 열화(degradation) 등은 무기 필타로 피할 수 있다.
상기 물질은 구조적으로 강하고 늘려지지 않기 때문에 기공 크기를 중합체 멤브레인보다도 더 정확하게 한정시킬 수 있다.
통상적으로 무기 필타는 신축성이 높지 않거나 또는 맥동류 및 그것에 대해서는 유출 또는 입자 손실에 덜 영향을 받는다.
이러한 물질은 또한 충격, 진동 및 열응력에 대한 장기간의 안정성도 갖는다.
상기 물질은 약 450℃ 이하의 제공 조건하에서 작동될 수 있을 뿐만 아니라 고압 하에서도 작동될 수 있다.
세라믹 필타는 이러한 많은 소정의 특성을 만족시키지만, 불행하게도 그것은 통상적으로 그 위에 사용된 테프론 밀봉이 있음으로 해서 200℃ 이상의 온도를 견딜 수가 없다.
스테인레스강섬유로 만들어진 스테인레스강 필타도 유기멤브레인의 효율에 대해 측정했을 때 가능성을 보이지만 유사하게 실망적이다.
본 발명에 따라서 스테인레스강, 니켈 및 니켈계 합금 등으로 완전히 균일한 구조로 만든 다공성 금속 필타는 로그로 환산하여 실질적으로 6을 초과하는 효율을 가지고 있음을 알았다.
상기 필타는 상기 기술의 가스공급시스템의 상태에서 직렬식 공정가스필타용으로 제조될 수 있다.
상기 본 발명의 다공성 금속 필타는 기계적 또는 열적 응력에 대해 장기간의 안정성을 가지고 있으며 고압조건하에서도 소망의 아주 높은 효율의 수준 내에서 작동한다.
금속필타의 전형적인 것으로서 상기 금속필타는 가스배출문제가 없으며 입자 유출도 없다.
특히 중요한 것은 상기 금속필타는 지금까지 통상적으로 사용되어온 유기멤브레인 보다도 크지 않은 유니트의 범위 내에서 실질적으로 동일한 조업조건하에서 상기 특징들을 가지고 있다는 것이다.
기타 다른 이점들은 이하의 상세한 설명에서 부분적으로 보다 명확해지고 주목될 것이다.
본 발명의 목적, 이점 및 관련성에 대해서는 하나 또는 그 이상의 단계와 기타 다른 각각의 단계와 함께 공정의 여러 가지 단계뿐만 아니라 예시적인 실시예를 설명하고 본 발명의 원리가 이용된 여러 가지 방법을 지시하는 도면과 함께 상세한 설명에 예시된 부재의 특색, 특성 및 관계를 포함하고 있는 하기 하는 상세한 설명으로부터 보다 더 잘 알 수 있다.
여러 가지 도면 전체적으로 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타내는 도면을 보다 상세하게 참고하여 공정가스, 에어 등을 여과하는 직렬식의 필타유니트의 형태를 취함으로써 본 발명을 도시하였다.
필타유니트(10)는 시스템을 통하여 흐르는 상기가스와 서로 통하게 하기 위한 입구로 작용하는 중심구멍(14)을 안에 가지고 있는 나사 가공된 입구스템(stem)(12)을 포함한다. 상기 스템을 돔형끝단캡(16)을 관통시켜 그것에 밀봉 가능하게 연결하여서 원통형 중심 덮개부(18)의 한쪽끝단과 짝을 이루어서 일체적으로 연결시켰다.
상기 덮개(18)의 대향끝단은 출구 끝단캡(20)에 유사하게 연결되어 있고 그것을 통하여 뻗어있는 중심출구(24)와 함께 나사 가공된 가스출구스템(22)이 장착되어 있다.
전체적인 구조는 가스기밀되어 있고 우연하게 유니트에 오염물이 들어오는 것을 피하도록 마무리 처리되었다.
원통형 덮개부(18)내에 수용된 것은 제6도 및 제7도에 나타낸 바와 같이 적층된 셀필타어셈블리(26)이다.
상기 어셈블리(26)는 제5도에 나타낸 바와 같이 전자비임 또는 동등한 시일과 같은 적합한 시일을 통하여 적합하게 서로 연결되어 있는 다수의 2중 디스크필타셀(28)로 이루어져 있으며 하류측 끝단 캡 어셈블리의 출루스템(22)상에 장착되어 있다.
상기 필타 셀(28)은 제2도 및 제3도에 도시된 형태의 축방향으로 구멍이나 있는 한 쌍의 소결금속필타부재 또는 디스크(30)로 이루어져 있다.
일반적으로 평면 디스크는 그 외주부(32)에서 우선적으로 측면방형 및 그 중심구멍(34)에 인접한 대향 측면방향으로 약간 벌어져 있다.
상기 디스크는 서로에 대해서 배향되어 있어서 플레어부분(flared portions) (36)은 구멍(34)에서 밀접한 관계로 접촉해서 서로가 확고하게 잠겨지거나 또는 결합되어서 제 5도에 나타낸 바와 같이 필타셀구조(28)를 형성하게 된다.
각 셀(28)의 상기 외주 플레어 부분(32)은 이미 언급한 것처럼 인접하는 셀의 상보부분(32)에 잠겨져서 제6도에 나타낸 바와 같은 적층 어셈블리(26)를 형성한다.
어셈블리 끝맺음 다공성 디스크(40)는 상기 셀 어셈블리(26)의 자유단에 장착되어 있고 이와 동시에 그 대향 단부는 출구끝단캡 어셈블리의 스템(22)에 잠겨진 고형디스크(42)에 긴밀하게 잠겨져서 적층셀어셈블리의 내부는 출구(24)와 서로 통하게 된다.
제4도에 나타낸 바와 같이 끝맺음디스크(40)는 중심구멍을 제외하고는 디스크(30)와 실질적으로 동일하다.
디스크(40)는 외주 플레어(44) 및 중심에서 대향하여 뻗은 플레어(46)를 제공하지만 디스크(30)의 중심구멍(34)의 대신에 연속중심평면부(48)를 포함한다.
제6도에 나타낸 바와 같이 외주 플레어(44)는 인접셀(28)의 플레어(32)에 전자비임 용접되어서 적층셀어셈블리를 밀봉한다.
상기 적층셀 필타어셈블리(26)는 본 발명의 여과 디스크(30, 40)가 직렬식 공정가스 필타 유니트용 소정의 여과효율을 제공하기 위하여 배열되는 하나의 방식으로 간단히 도시된 것임을 알 수 있다.
각 어셈블리에 있어서 유니트만큼이나 변할 수 있는 상기 셀(28)의 수 및 직경은 시스템에 의하여 수용될 수 있다.
일 예로 분당 30 표준 리터(SLPM)의 유량의 필타유니트는 그 전체 길이가 3.5인치보다 약간 작고, 길이 및 직경이 약 1.3 인치인 필타수용 공동(cavity)가질 수 있다.
그러나 1차 여과효율 특성은 상기 어셈블리에 사용된 소결금속필타 디스크의 일부가 되고 이것은 주로 전체 유니트에 대한 소정의 효율을 제공하는 상기 디스크부재의 특성이다.
상기 디스크부재는 스테인레스강 또는 다른 내식성 물질의 미분말로 만들어진 소결 금속부재이다. 이 소결금속필타는 지금까지 언급된 단일 표면멤브레인과 대비했을 때 실질적으로 전체에 걸쳐 균일하며, 로그로 환산하여 6 보다도 크고 바람직하기로는 로그로 환산한 수준이 9를 초과하거나 이와 동등한 여과효율을 가지고 있다.
극고효율의 특히 에어필타의 등급을 나누고 평가하기 위하여 제시되는 표준이 완전히 받아들여지지는 않지만, 러보우(Rubow), 리유(Liu)와 그랜트(Grant)에 의하여, 1988년 출판물인 환경과학 논문, Vol. 31, 26 ∼ 30페이지(1988년 5월) 가스이용에 있어서 극고효율 멤브레인 필타의 특성에 게재된 기술은 필타 매개체 및 시험조건을 위해 대부분의 투과입자의 크기를 둘러싸는 시험입자의 사용을 기초로한 이상적인 연구법을 제공한다. 작은 입자에 대해서 상기 출판물에 나타내어진 바와 같이 상기 입자투과를 우선 입자 크기가 증가함과 함께 증가하고 그 다음 입자크기가 보다 더 증가함과 함께 감소한다. 따라서 대부분 투과입자크기(mpps)로 칭하는 최대 투과 입자크기(상기 필타에 대하여 최소 획득효율 또는 최악의 경우의 시나리오와 동등)를 나타낸다.
본 발명의 필타부재에 대한 상기 mpps는 약 0.1마이크론 이다.
유속이 증가할 때 mpps는 약간 감소하고 침투성은 증가하는 경향이 있다.
따라서 상기 필타의 효율은 mpps에 의하여 분별투과성으로 잘 나타내어진다.
분별투과성은 유속이 증가할 때 증가하고 이에 따라 이것은 필타가 특별한 효율수준을 입증하는 유동을 나타내는데 중요하다.
대개의 시중의 필타는 분당 30 표준 리터(SLPM)의 유량으로 편리하게 등급 매길 수 있으므로 상기 유량은 본 발명의 필타의 효과를 한정하기 위하여 기준으로 선택되었다.
필타의 효과 또는 효율은 또한 필타의 두께와 함께 변화한다.
따라서 본 발명의 필타부재는 표준두께에서의 특성으로 환산하여 잘 정의된다.
여기에 기재된 다공성 소결금속 필타부재를 목적함에 있어 0.173cm(0.068인치)의 표준두께는 재현 가능한 데이터를 제공함이 발견되었다.
부가적으로 필타를 통한 압력강하는 필타가 사용된 특별한 시스템에 대하여 초과하지 않아야 한다.
30 SLPM의 유량에서 압력강하는 실질적으로 15 psid를 초과해서는 안되고 바람직하게는 필타유니트 출구에서 주위압력을 기초로 하여 10 psid 보다 커서는 안 된다.
본 발명에 따라 가장 효과적인 것으로 발견된 다공성 소결금속 필타는 지금까지 정해진 표준 조건 즉, 유량이 30 SLPM 이고 두께가 0.173cm인 조건하에서 단위 면적당 비표면적에 의하여 잘 정의된다.
상기 조건하에서 상기 필타는 평방센티미터당 최소한 0.055 평방미터의 단위 면적당 비표면적을 나타내어야 한다.
필타부재가 이 최소 값보다 큰 값을 가지고 있을 때 로그로 환산하여 소정의 9(99.9999999%보다 큰 효율)를 제공한다.
이와 관련하여 본 발명의 필타부재는 로그로 환산하여 9를 얻기에 필요한 비표면에 대한 유량을 도시한 제8도에서 곡선으로 정의되었다.
상기 비표면 값을 가지고 있는 필타부재는 로그로 환산하여 소정의 9보다 큰 값을 제공한다.
일 예로 11.3 in2인 필타면적에 대하여 단지 5 SLPM 유량에서의 0.03㎡/㎠보다 큰 비표면은 30 SLPM에서 0.055㎡/㎠과 동등하다.
지금까지 이용되온 필타와 대비할 때 본 발명의 필타부재는 실질적으로 균일한 다공성 소결금속 디스크로 형성되었다.
상기 디스크는 아주 미세한 분말물질 즉, 20마이크론 아주 이하이고 바람직하기로는 약 10 마이크론 이하인 평균 이자크기를 가지로 있는 물질로 만들었다.
주지하는바, 입자크기는 사용된 물질의 특정 종류에 따라 변화한다.
5 내지 9, 바람직하기로는 약 7 마이크론의 평균입자크기를 가지고 있는 316 L 등급의 스테인레스강은 우수한 제품을 제조함이 발견되었다.
내식성 니켈기제 합금, 하스텔로이(Hastelloy) C-22 또는 아주 미세한 니켈 255분말과 같은 다른 물질도 양호한 성공성을 가지고 사용될 수 있다.
10 마이크론 아주 이하의 입자크기를 가지고 있는 분말은 그 크기가 감소할 때 여과효율을 증가시킨다.
상기 금속분말은 통상적으로 일 예로 직경이 1.22인치인 디스크용 몰드에 첨가되어서 0.04 내지 0.12 인치 범위내의 두께를 가지고 있는 디스크를 제공하기 위하여 압축되고 그 다음 소정의 필타부재를 제공하기 위하여 약 30 내지 45분 동안 소결된다.
바람직한 물질에 있어서 약 0.06인치의 최소 소결두께는 양호한 제품을 제공한다.
일반적으로 압분의 미가공 두께는 소결후의 물질의 밀도보다 덜 중요한데 상기 두 가지는 분명히 상호 관련이 있다.
통상적으로 5.0g/cc 보다 큰 소결밀도를 찾는다.
소결에 따라 분말입자가 영구적으로 제자리에 유지되도록 하려면 압축은 충분해야 한다는 것은 주지이다. 예비소결 분말의 외관밀도는 스테인레강 및 하스텔로이에 대해서는 약 2.4g/cc 및 분말니켈에 대해서는 약 0.5 내지 0.65g/cc이다.
압축은 소결 스테인레스강 필타부재에 대해서 최소한 약 8인치 Hg의 이소프로필 알코올 기포점(bubble point)이 되어야 한다.
상기 압분디스크는 분말을 적소에 유지시키기 위하여, 단지 충분한 소결목(sinter-neck) 성장을 촉진시키기 위한 충분한 시간과 온도에서 수소분위기하에서 소결시켰다.
최소한의 소결이 바람직하다.
소결도가 감소함에 따라 필타를 통과하는 유량은 주어진 차압에 대해서 증가하고 여과효율도 증가한다.
약 1600 내지 1650℉의 니켈분말 소결온도는 양호한 제품을 제공하는 반면에 약 1900℉와 2100℉ 사이의 온도는 스테인레스강 분말 및 하스텔로이에 이용된다. 금속분말이 지금까지 언급된 소정의 10 마이크론 보다 실질적으로 클 때 보다 높은 온도가 요구되며 필타부재 제품의 효율은 유의적으로 감소됨을 염두에 두어야 한다. 언급한 바와 같이 소결부재는 지금까지 설명한 비표면값을 가져야 한다.
여러 가지 필타에 대한 입자투과 시험은 상기한 러보우등의 출판물에 기재된 시험과정 및 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
통상적으로 시험은 다른 유량에서도 행해질 수 있지만 30 SLPM의 표준 유량에서 행하였다. 시험 에어졸은 약 0.1 마이크론 중간입자 크기를 갖는 다분산계 염화나트륨(NaCl)입자인데, 이 입자크기가 소결금속필타에 대해 대부분이 투과하는 입자크기를 구성하기 때문이다.
상기 시험을 행할 때 새로운 필타유니트를 통하는 최상의 가능한 입자투과를 확인하기 위하여 상기 필타의 입자부하를 최소화하도록 상기 시험을 행하는 것이 일반적으로 바람직하다.
입자포획 또는 효율은 입자부하와 함께 증가한다는 것이 공지이다.
입자투과성을 측정하기 위해 사용된 시험시스템은 0.014 내지 1.0 마이크론의 입자검출이 가능한 농축핵계수기(CNC)이다. 상기 에어로졸 생성시스템은 충돌형 분무기 및 입자전하 중화기(neutralizer)를 포함한다.
상기 시험 에어로졸은 크립톤-85 충전 중화기를 통과하고 상기 시험필타의 상류 및 하류의 에어로졸 농도는 CNC 입자계수기로 측정된다.
3개의 CNC는 상류 및 하류의 에어로졸 농도를 지속적으로 감시하는데 사용된다.
상기 상류 및 하류의 농도측정은 에어로졸 농도에 있어서의 변동에 의하여 야기된 어떤 불확실성을 제거하기 위하여 동시에 행하여진다.
시험필타에 대한 에어 유량은 다른 범위의 두 개의 층류 요소를 사용하여 측정하였다. 상기 유량은 상기 체적 에어유량에 유일하게 관련되는 층류요소를 가로지르는 압력강하는 측정함으로써 결정된다.
상기 실험적 시험과정은 에어 유량의 함수로서 새로운 필타를 가로지르는 압력강하를 먼저 측정하고 이어서 입자투과측정하는 것을 포함한다.
상기 압력강하 시험에 있어서 여과된 청정에어는 여러 가지 유량으로 상기 시험필타를 통과시키고 그에 대응하는 필타 압력강하는 측정하였다.
상기 시험 에어로졸은 상기 필타에 유도되었고 동시에 상기 필타의 상류 및 하류의 에어로졸 농도는 CNC 입자계수기를 이용하여 측정하였다.
상기한 바, 여과유니트의 전체 형상은 여기에 이용된 유기멤브레인 여과유니트를 쉽게 교체하도록 되는 것이 바람직하다.
이러한 유니트는 반도체 산업에서 길이와 지경 또는 폭에 대해서 일반화된 표준을 갖는다. 상기 산업에 있어서 30 SLPM 이하의 등급된 유량을 가지고 있는 유니트는 통상적으로 전체 총길이가 3¼과 3½인치 사이이며 대부분 유니트는 3.3 인치의 전 길이를 가지고 있다.
300 SLPM 까지 등급된 유니트는 통상적으로 전 길이가 약 5인치이다.
주지하는 바와 같이 이러한 표준은 종래의 장치에 보다 적합한 제품을 제조하기 위한 지침에 불과하다.
유사하게 상기 유니트의 직경은 가스캐비넷 배관이 상기 유니트에 가능한 한 밀접시킬 수 있도록 충분히 작아야 한다.
통상적으로 1.75인치의 외경은 현재의 캐비넷 배열에 쉽게 맞추어진다.
본 발명의 필타유니트는 기밀될 뿐만 아니라 통상적으로 2500 내지 3500 psi 범위에 있는 가스 실린더 압력을 견딜 수 있어야 한다.
따라서 상기 유니트 내의 하우징은 바람직하게는 상기 압력수준을 견딜 수 있는 스테인레스강 또는 유사재료로 구성된다.
물론, 종전에 있는 시스템으로 한정되지 않을 경우, 상기 필타유니트는 상당히 보다 클 수 있다.
일예로 1400 SLPM으로 등급된 유니트는 직경이 4 내지 5인치이며 길이는 단지 2피트 짧게 제조되었다.
이러한 보다 큰 유니트는 대체로 하우징의 크기 및 하우징에 포함된 상당량의 다공성 필타재료에 기인하여 보다 낮은 압력 등급을 가진다.
본 발명을 일반적으로 기술하였는바, 본 발명의 작용효과를 보다 쉽고 완전하게 이해할 수 있도록 하기 실시예를 기재하였다.
이들 실시예는 예시만을 목적으로 설명하는 것이지 본 발명의 실시를 한정하기 위한 것을 의도하지는 않았다.
다른 명시가 없는 한 모든 부는 중량기준으로 제시되어 있다.
[실시예 1]
다공성 소결 스테인레스강 디스크를 평균입자 크기가 7.2마이크론 이고 외관밀도가 입방 센티미터당 2.4g인 316L 스테인레스강 분말을 사용하여 제조하였다가 상기 디스크를 압축하고 100% 수소분위기에서 30분 동안 소결하여 소결두께를 0.067 인치로 하고 소결밀도를 5.4g/cc로 하였다.
상기 디스크는 직경이 1.21인치하고 중량이 6.8g이었다.
상기 디스크로 11.3 in2의 필타면적에 대하여 분당 30 표준 리터의 가스유량에서 필타효율에 대한 시험을 하였는데 염화나트륨 도전입자(challenge particle)를 사용하여 앞서 설명한 시험과정에 따라 상기 디스크는 로그로 환산하여 9보다 큰 값을 제공한다.
[실시예 2]
디스크의 두께를 0.023인치 내지 0.042인치로 다양하게 한 것을 제외하고는 실시예1의 과정을 반복하였다. 0.068인치의 두께로 보정한 모든 재료는 표 1에 나타낸 바와 같이 평방 센티미터당 0.06 평방미터보다 큰 단위면적당 비표면을 나타내었으며 9 log 보다 큰 로그 환산 값을 나타내었다.
Figure kpo00002
[실시예 3]
스테인레스강 분말을 니켈계 합금분말, 하스텔로이 C22로 대치한 것을 제외하고는 실시예1의 과정을 반복했으며 소결온도를 약 2050℉까지 증가시켰다. 재료는 소결두께를 0.068 내지 0.072인치의 범위 내로 나타내고 있고 소결밀도를 5.85 내지 6.15g/cc의 범위 내로 나타내고 있으며 기포점을 8 내지 9인치 Hg로 나타내고 있다.
2 내지 3 마이크론의 범위의 평균 입자 크기를 가지고 있는 니켈 255를 사용하여 실시예1의 상기 과정을 반복하였다.
0.06인치의 두께에서 상기 필타디스크는 5.8 내지 6.0g/cc의 소결밀도를 나타내었다.
상기 소결디스크는 10 내지 12 인치 Hg 범위내의 기포점을 나타내었다. 상기 두 가지 경우에 있어서 상기 디스크는 두께를 0.068인치 및 0.060 인치로 각각 보정하였을 때 로그환산 9보다 큰 값을 나타내었다.
[실시예 4]
여과유니트를 실시예1에 따라서 만들어진 스테인레스강 디스크로 조립하였다.
상기 유니트는 도면에 나타낸 형상을 하고 있다.
필타유니트 제품을 2 내지 30 SLPM 범위의 에어 유량에 대해서 평균압력강하를 시험하였는데 필타유니트 출구에서의 주의압력을 기초로 하여 0.36 내지 8.8 psid로 변화하는 압력강하를 나타내었다.
상기 유니트를 또한 30 및 45 SLPM의 유량에서 입자투과 효율에 대한 시험을 하였다. 이러한 시험결과 데이터를 표 2에 나타내었다.
Figure kpo00003
주 : 1. 필타유니트 출구에서 주위입력에 기초
2. 도전에어로졸은 수 중간 직경이 0.1㎛이고 기하학적 표준편차가 2인 다분산계 NaCl이었다.
3. 3.3분 동안의 입자도전시험중 필타의 하류에서 입자 검출되지 않음
4. 로그환산 = Log (1/입자 투과성)
[실시예 5]
실시예4에 따라 제조된 필타유니트를, 밀리포어(Millipore)에서 판매하고 있는 카달로그 No. WG2M 01H R1로 지정된 웨이퍼 가드(Waferguard)II SF 소형직렬식 가스필타인 시중의 스테인레스강 필타와 폴 코포레이션(Pall Corp.)에서 판매하고 있는 ULTRAMET-L GASKLEEN 필타 어셈블리인 시중의 스테인레스강 섬유 필타와 비교하여 평가하였다.
상기 웨이퍼 가드 II 필타를 15 및 30 SLPM의 유량에서 시험했을 때 압력강하는 상기 유량에서 각각 6.3 및 11.1로 기록되었다.
필터에 대한 효율등급을 제9도에 나타내었으며, 30 SLPM 유량에서 로그환산이 6 log 아주 이하이며, 15 SLPM에서 6 log를 약간 상회하는 것을 분명히 입증하고 있다.
상기 ULTRAMET-L필타를 분당 7.5 내지 60 표준리터범위의 유량에서 유사하게 시험하였다. 상기 범위에서 압력강하는 1.16 내지 7.8 psid를 나타내었다.
상기 스테인레스강섬유필타에 대한 효율 변화는 30 SLPM 유량에서 4 log를 하회하였다.
당분야의 통상의 지식을 가진자에게 분명한 바와 같이 본 발명의 교시를 벗어나지 않으면서 앞서의 특정 개시의 여러 가지 수정, 개작 및 변경을 가할 수 있다.

Claims (18)

  1. 반도체 제조산업 및 마이크로전자 제조산업에서의 공정가스 여과용 극고효율의 미립자 에어필타에 있어서, 다공성 소결 금속으로 제조되어 있고, 0.068인치의 두께로 표준화했을 때 필타면적 11.3 in2에 대하여 30 SLPM의 유량에서 측정된 여과효율은 대부분의 투과입자 크기에 대하여 로그로 환산하여 6 이상이고, 단위면적당 비표면은 0.055㎡/㎠이상인 필타부재로 이루어져 잇는 것을 특징으로 하는 극고효율의 미립자 에어 필타.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소결금속 부재는 예비소결 평균입자 크기가 20 마이크론 미만인 금속분말로부터 형성된 것을 특징으로 하는 미립자 에어 필타
  3. 제2항에 있어서, 상기 평균 입자크기는 10 마이크론 미만인 것을 특징으로 하는 미립자 에어 필타.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소결부재는 밀도가 5g/cc 이상이고 이소프로필알코올 기포점이 8인치 Hg 이상인 것을 특징으로 하는 미립자 에어 필타.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소결금속부재는 사용 시에 그 안에 모든 분말입자를 수용하기에 충분한 정도로 소결된 것을 특징으로 하는 미립자 에어 필타.
  6. 제1항에 있어서, 상기 소결입자부재는 소결목 감소현상을 견디기에 충분한 정도로 소결된 것을 특징으로 하는 미립자 에어필타.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압력강하는 대기압하에서의 30 SLPM의 유량으로 유출될 때 15 psid 미만인 것을 특징으로 하는 미립자 에어 필타.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속은 스테인레스강, 니켈 및 니켈합금으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 미립자 에어 필타.
  9. 제1항에 있어서, 상기 필타부재에 의하여 점유된 체적의 약 7배 이상으로 다공성 표면적이 제공되게 하는 방식으로 상기 필타부재가 그 안에 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 미립자 에어 필타.
  10. 제1항에 있어서, 상기 부재는 로그로 환산하여 9이상의 효율을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 미립자 에어 필타.
  11. 예비소결된 평균입자크기는 실질적으로 20 마이크론 미만이고 소결밀도는 5g/cc 이상이고 그 소결정도는 금속분말을 일정위치에 영구적으로 유지시키기에 충분한 정도일 뿐만 아니라 여과효율의 감소를 99.9999% 이하로 되게 하는 것보다 작은 정도인 다공성 소결금속분말로 만들어진 필타부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 극고효율 미립자 에어 필타.
  12. 제11항에 있어서, 여과효율은 30 SLPM의 유량에서 측정했을 때 로그로 환산하여 6이상인 것을 특징으로 하는 필타.
  13. 제12항에 있어서, 상기 효율은 로그로 환산하여 9 이상인 것을 특징으로 하는 필타.
  14. 제11항에 있어서, 상기 필타부재의 단위면적당 비표면은 0.068 인치의 두께로 표준화시켰을 때 0.055㎡/㎠이상인 것을 특징으로 하는 필타.
  15. 제11항에 있어서, 상기 압력강하는 대기압에서의 30 SLPM의 유량으로 유출될 때 15 psid 미만인 것을 특징으로 하는 필타.
  16. 제11항에 있어서, 상기 입자크기는 10 마이크론 미만인 것을 특징으로 하는 필타.
  17. 제11항에 있어서, 상기 금속분말은 스테인레스강, 니켈 및 니켈합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 미립자 에어 필타.
  18. 제11항에 있어서, 상기 필타 부재에 의하여 점유된 체적의 약 7배 이상으로 다공성 표면적이 제공되게 하는 방식으로 상기 필타부재가 그 안에 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 미립자 에어 필타.
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