DE102004003841B4 - Chemisches Filtermedium und dessen Verwendung - Google Patents

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Abstract

Chemisches Filtermedium, umfassend:
eine erste Ozon-Absorptionsschicht, umfassend ein Filterbasismaterial, wobei dieses Aktivkohle umfasst, und ein Imprägniermittel, wobei dieses Kaliumhydroxid oder Manganmonoxid umfasst;
eine erste Stickoxid-Absorptionsschicht, die auf der ersten Ozon-Absorptionsschicht ausgebildet ist, die erste Stickoxid-Absorptionsschicht umfassend ein Filterbasismaterial, wobei dieses Zeolith umfasst, und ein Imprägniermittel, wobei dieses Kaliumpermanganat umfasst;
eine zweite Ozon-Absorptionsschicht, die auf der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht ausgebildet ist, die zweite Ozon-Absorptionsschicht umfassend ein Filterbasismaterial, wobei dieses Aktivkohle umfasst, und ein Imprägniermittel, wobei dieses Kaliumhydroxid oder Manganmonoxid umfasst.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht nach 35 USC § 119 die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2003-5326 , eingereicht am 27. Januar 2003, deren Inhalt in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft ein chemisches Filtermedium zum Filtern und Entfernen von Chemikalien, und die Verwendung des chemischen Filtermediums in einem chemischen Filter, welches das chemische Filtermedium enthält. Genauer betrifft die Erfindung ein chemisches Filtermedium, das in einem Reinraum verwendet wird, um chemische Fremdstoffe bzw. Verunreinigungen, wie Ozon oder Stickoxid, zu entfernen.
  • 2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
  • Im allgemeinen werden Bauteile mit winzigen Elementen, wie Halbleiterbauteile, in einem Reinraum hergestellt, wo Fremdkörper, die über einer kritischen Größe liegen, entfernt werden. Insbesondere beeinflußt der Verunreinigungsgrad im Reinraum stark den Durchsatz von Herstellungsverfahren für Halbleiterbauteile.
  • Da Halbleiterbauteile bei Verwendung von Wafern mit großem Durchmesser immer stärker integriert werden, sollte der Grad der Verunreinigung im Reinraum genau kontrolliert bzw. begrenzt werden, da feinste Verunreinigungen im Reinraum zu einem Funktions fehler des Halbleiterbauteils führen können. Feinste Partikel im Reinraum können in diesem Fall Teilchen umfassen, die so winzig sind wie Staubteilchen, sowie chemische Verunreinigungen, beispielsweise schädliche Gase.
  • Die chemischen Verunreinigungen in einem Reinraum, in dem Halbleiterbauteile hergestellt werden, werden mittels eines chemischen Filters begrenzt. Im allgemeinen entfernt das chemische Filter schädliche Gase unter Verwendung von imprägnierter Aktivkohle als Filtermedium, das die schädlichen Gase einfängt. Die imprägnierte Aktivkohle umfaßt herkömmliche Aktivkohle und Metall oder Metallsalze, mit dem bzw. mit denen die Oberfläche und die inneren Poren der herkömmlichen Aktivkohle imprägniert sind. Mit einer Metall- oder Metallsalz-Imprägnierung können die Katalysatoreigenschaften der Aktivkohle, beispielsweise die chemische Aktivierung und die selektive Absorption in Bezug auf bestimmte Komponenten, verbessert werden. Ein chemisches Filter mit imprägnierter Aktivkohle als Filtermedium entfernt wirksam chemische Verunreinigungen, die im Reinraum erzeugt werden, wie Ozon oder Ammoniak.
  • Ein chemisches Filter mit imprägnierter Aktivkohle als Filtermedium kann sich jedoch als ungeeignet erweisen, um Stickoxid und Schwefeloxid, die im Reinraum in winzigen Mengen vorliegen, zu entfernen. Da Halbleiterbauteile mittlerweile hochgradig integriert sind, können schon winzige Mengen an Stickoxid oder Schwefeloxid im Reinraum zu einem Schaden am Halbleiterbauteil führen. Stickoxid und Schwefeloxid sollten entfernt werden, um eine Beschädigung der Halbleiterbauteile zu verhindern. Um Stickoxid und Schwefeloxid aus dem Reinraum zu entfernen, ist ein zusätzliches chemisches Filter mit einem Filtermedium zum Entfernen von Stickoxid und Schwefeloxid erforderlich.
  • Wie oben beschrieben, entfernt ein herkömmliches chemisches Filter eine bestimmte Art von Verunreinigung oder gleichartige Verunreinigungen. In der Luft, die in den Reinraum geleitet wird, sind verschiedene Verunreinigungen enthalten, so daß verschiedene chemische Filter als Mehrschichtkonstruktion im Reinraum installiert werden, um diese verschiedenen Verunreinigungen zu entfernen. Der Platz im Reinraum für das Anbringen dieser chemischen Filter ist jedoch begrenzt. Darüber hinaus entstehen erhebliche Kosten für die Wartung dieser verschiedenen chemischen Filter.
  • Um diese Probleme zu lösen, wird vorzugsweise ein chemisches Filter bereitgestellt, das zwei oder drei Arten von Verunreinigungen gleichzeitig entfernt. Beispiele für dieses chemische Filter mit mehreren Filterbasismaterialien als Filtermedium sind in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2001-300218 , der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2001-276608 und in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 1999-319460 offenbart.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die herkömmlichen Filtermedien darstellt, die in den obigen Veröffentlichungen offenbart sind. Wie in 1 dargestellt, umfaßt ein herkömmliches Filtermedium eine Mischung aus verschiedenen Filterbasismaterialien, wie Aktivkohle 10 oder Zeolith 12, und ein Harz usw. Dieses herkömmliche chemische Filter, das eine Mischung aus Filterbasismaterialien aufweist, kann sich jedoch bei der Entfernung bzw. Reinigung von Verunreinigungen insgesamt als nicht effizient erweisen. Im allgemeinen zeigt ein herkömmliches Filter, das eine Mischung aus Filterbasismaterialien aufweist, eine relativ gute Effizienz bei der Entfernung von Ozon, aber eine schlechte Effizienz bei der Entfernung von Stickoxid. Außerdem ist ein herkömmliches chemisches Filter kaum in der Lage, Stickstoffmonoxid zu entfernen.
  • Die WO 01/70391 A1 offenbart ein Filtermaterial, das adsorbierende Eigenschaften aufweist und aus einer Trägerschicht und einer ersten adsorbierenden Schicht besteht, die mit dem Trägermaterial verbunden ist. Das Filtermaterial ist zusätzlich mit einer zweiten oder einer zweiten und dritten Adsorptionsschicht versehen. Die adsorbierenden Schichten bilden einen einzigen adsorbierenden Träger. Einer oder zwei der adsorbierenden Schichten besteht optional aus einem imprägnierten, aktivierten Kohlenstoffmaterial. Eine oder zwei der Adsorptionsschichten besteht oder bestehen optional aus Ionenaustauschmaterialien. Das Filtermaterial soll für Reinraumanwendungen geeignet sein.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines chemischen Filtermediums, das gleichzeitig Ozon und Stickoxid entfernt.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein chemisches Filtermedium eine erste Ozon-Absorptionsschicht, um hauptsächlich Ozon zu entfernen, eine erste Stickoxid-Absorptionsschicht, um hauptsächlich Stickoxid zu entfernen, und eine zweite Ozon-Absorptionsschicht, um hauptsächlich Ozon zu entfernen. Die erste Ozon-Absorptionsschicht umfaßt ein erstes Filterbasismaterial für die Ozonentfernung, und die erste Stickoxid-Absorptionsschicht umfaßt ein Filterbasismaterial für die Stickoxidentfernung. Die erste Stickoxid-Absorptionsschicht wird auf der ersten Ozon-Absorptionsschicht ausgebildet, und die zweite Ozon-Absorptionsschicht wird auf der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht ausgebildet. Die zweite Ozon-Absorptionsschicht umfaßt ein zweites Filterbasismaterial für die Ozonentfernung. Sowohl das erste als auch das zweite Filterbasismaterial für die für die Ozonentfernung umfassen Aktivkohle und ein Imprägniermittel, wie Kaliumhydroxid (KOH) oder Manganmonoxid (MnO), mit dem die Aktivkohle imprägniert ist. Darüber hinaus umfaßt das Filterbasismaterial für die Stickoxidentfernung Zeolith und ein Imprägniermittel, wie Kaliumpermanganat (KMnO4), mit dem der Zeolith imprägniert ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das chemische Filtermedium eine erste Schicht, um hauptsächlich Ozon zu entfernen, eine auf der ersten Schicht ausgebildete zweite Schicht, um hauptsächlich Stickoxid zu entfernen, und eine auf der zweiten Schicht ausgebildete dritte Schicht, um hauptsächlich Ozon zu entfernen. Die erste Schicht besteht aus einem neutralen Filterbasismaterial und einem Katalysator für die Ozonreduzierung, mit dem das neutrale Filterbasismaterial imprägniert ist. Die zweite Schicht besteht aus einem neutralen Filterbasis-Oxidmaterial und einem Katalysator für die Zersetzung und Entfernung von Stickoxid, mit dem das neutrale Filterbasisoxidmaterial imprägniert ist. Die dritte Schicht besteht aus einem neutralen Filterbasismaterial und einem Katalysator für die Ozonreduzierung, mit dem das neutrale Filterbasismaterial imprägniert ist. Die neutralen Filterbasismaterialien der ersten und dritten Schicht bestehen jeweils aus Aktivkohle. Die Katalysatoren der ersten und dritten Schicht für die Reduzierung von Ozon bestehen jeweils aus Kaliumhydroxid oder Manganmonoxid. Das Filterbasis-Oxidmaterial der zweiten Schicht besteht aus Zeolith. Der Katalysator der zweiten Schicht für die Zersetzung und Entfernung von Stickoxid besteht aus Kaliumpermanganat.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt umfaßt ein chemisches Filter einen Einsatz [tray] mit einem oberen Gehäuse und einem unteren Gehäuse, das mit dem oberen Gehäuse verbunden ist, eine erste Ozon-Absorptionsschicht, um hauptsächlich Ozon zu entfernen, mit der der untere Bereich des unteren Gehäuses befüllt ist, eine erste Stickoxid-Absorptionsschicht, die hauptsächlich Stickoxid entfernt und die auf die erste Ozon-Absorptionsschicht im unteren Gehäuse aufgebracht, und eine zweite Ozon-Absorptionsschicht, die hauptsächlich Ozon entfernt und die auf die erste Stickoxid-Absorptionsschicht im unteren Gehäuse aufgebracht ist. Die erste Ozon-Absorptionsschicht umfaßt ein Filterbasismaterial für die Ozonentfernung. Die erste Stickoxid-Absorptionsschicht umfaßt ein Filterbasismaterial für die Stickoxidentfernung. Die zweite Ozon-Absorptionsschicht umfaßt ein Filterbasismaterial für die Ozonentfernung. Zusätzlich umfaßt das chemische Filter eine zweite Stickoxid-Absorptionsschicht, die auf der zweiten Ozon-Absorptionsschicht im unteren Gehäuse ausgebildet ist, und eine dritte Ozon-Absorptionsschicht, die auf der zweiten Stickoxid-Absorptionsschicht im unteren Gehäuse ausgebildet ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt umfaßt ein Verfahren zum Herstellen eines chemischen Filters die Bereitstellung eines Einsatzes, der ein oberes Gehäuse und ein unteres Gehäuse umfaßt, das separat mit dem oberen Gehäuse verbunden wird, das Befüllen des unteren Einsatzgehäuses einer ersten Ozon-Absorptionsschicht, das Ausbilden einer erste Stickoxid-Absorptionsschicht auf der ersten Ozon-Absorptionsschicht im unteren Gehäuse, das Ausbilden einer zweiten Ozon-Absorptionsschicht auf der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht im unteren Gehäuse und das Befestigen des oberen Gehäuses am unteren Gehäuse, wobei das obere Gehäuse das untere Gehäuse bedeckt. Hier umfaßt die erste Ozon-Absorptionsschicht ein Filterbasismaterial für die Ozonentfernung, und die erste Stickoxid-Absorptionsschicht umfaßt ein Filterbasismaterial für die Stickoxidentfernung. Weiter umfaßt die zweite Ozon-Absorptionsschicht ein Filterbasismaterial für die Ozonentfernung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung entfernt das chemische Filtermedium gleichzeitig verschiedenartige Verunreinigungen, wie Ozon oder Stickoxid. Somit können die Herstellungskosten für Halbleiterbauteile gesenkt werden, da nicht für jede Art von Verunreinigung ein eigenes Filter verwendet wird. Da das chemische Filter mit dem chemischen Filtermedium verschiedene Verunreinigungen effizient entfernt, kann der Durchsatz des Halbleiterherstellungsverfahrens gesteigert werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung deutlich, wenn man sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet, worin:
  • 1 eine Schnittansicht ist, die ein Beispiel für ein herkömmliches Filtermedium darstellt;
  • 2 eine Schnittansicht ist, die ein chemisches Filtermedium gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 3 eine Schnittansicht ist, die ein chemisches Filtermedium gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 4 eine Schnittansicht ist, die ein chemisches Filtermedium gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 5 ein Fließschema ist, das ein Verfahren zum Herstellen eines chemischen Hybridfilters darstellt;
  • 6 eine perspektivische Teil-Schnittansicht ist, die ein chemisches Hybridfilter darstellt;
  • 7 ein Diagramm ist, das die zeitabhängige Reinigungsleistung für Stickoxid unter Verwendung von Filter gemäß Beispiel 4, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 darstellt;
  • 8 ein Diagramm ist, das die zeitabhängige Stickstoffmonoxid- und Stickstoffdioxid-Konzentrationen nach dem Durchgang durch das Filtermedium der Erfindung darstellt;
  • 9 ein Diagramm ist, das die zeitabhängigen Reinigungsleistungen für Stickoxid gemäß Beispiel 5, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 5 zeigt;
  • 10 ein Diagramm ist, das die zeitabhängige Reinigungsleistung des Filtermediums der vorliegenden Erfindung für Stickoxid zeigt;
  • 11 ein Diagramm ist, das die zeitabhängige Reinigungsleistung des Filters von Beispiel 4 zeigt, die verwendet wird, um die Standzeit des Filters vorherzusagen;
  • 12 eine Skizze ist, welche die zeitabhängige Stickoxid-Konzentration unter Verwendung des chemischen Filters von Beispiel 5 zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Im folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Einzelheit mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben, in denen bevorzugte Beispiele der Erfindung dargestellt sind. Für die Erfindung gibt es jedoch zahlreiche verschiedene Ausführungsformen, und sie sollte nicht als auf die hierin aufgeführten Beispiele beschränkt werden; diese Beispiele sind statt dessen angegeben, um diese Offenbarung zu vervollständigen und abzurunden, und um einem Fachmann den gesamten Bereich der Erfindung zu vermitteln. Ähnliche Bezugszeichen beziehen sich durchwegs auf ähnliche Elemente. Die relative Dicke der Schichten in den Darstellungen kann aus Gründen der besseren Beschreibung der vorliegenden Erfindung übertrieben dargestellt sein.
  • Das chemische Filtermedium der vorliegenden Erfindung weist eine erste Ozon-Absorptionsschicht auf, um hauptsächlich Ozon zu entfernen. Die erste Ozon-Absorptionsschicht umfaßt ein Filterbasismaterial für die Ozonentfernung.
  • Das Filterbasismaterial für die Ozonentfernung besteht aus einem neutralen Filterbasismaterial und einem Katalysatormaterial für die Ozonreduzierung, mit dem das neutrale Filterbasismaterial imprägniert ist. Das Filterbasismaterial besteht für die Ozonentfernung aus Aktivkohle und einen Katalysator, wie Kaliumhydroxid (KOH) oder Manganmonoxid (MnO), mit dem die Aktivkohle imprägniert ist. Wenn es sich bei dem Katalysator um Kaliumhydroxid oder Manganmonoxid handelt, liegt die Menge des Imprägniermittels Kaliumhydroxid oder Manganmonoxid, bezogen auf das Gewicht der Aktivkohle, vorzugsweise im Bereich von etwa 5 bis etwa 10 Gew.-%. Das Ozon, das entfernt werden soll, wird durch die Aktivkohle gefiltert. Das gefilterte Ozon wird von dem Katalysator, mit dem die Aktivkohle imprägniert ist, zu Sauerstoff reduziert, und dadurch wird das Ozon aus dem Filtermedium entfernt.
  • Die folgenden spezifischen Reaktionsgleichungen (1) und (2) geben Abläufe wieder, mit denen Ozon aus dem Filtermedium entfernt wird, wenn Kaliumhydroxid oder Manganmonoxid als Katalysator verwendet wird. KOH + 2O3 → KOH + 3O2 (1) MnO + 2O3 → MnO + 3O2 (2)
  • Das chemische Filtermedium der vorliegenden Erfindung weist eine erste Stickoxid-Absorptionsschicht auf, um hauptsächlich Stickoxid zu entfernen. Die erste Stickoxid-Absorptionsschicht weist ein Filterbasismaterial auf, um Stickoxid zu entfernen. Die erste Stickoxid-Absorptionsschicht wird auf der ersten Ozon-Absorptionsschicht ausgebildet. Beispielsweise entfernt die erste Stickoxid-Absorptionsschicht Stickoxid, wie Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2), Stickstofftrioxid (NO3), Distickstofftetraoxid (N2O4), Distickstoffpentaoxid (N2O5) usw. Das Filterbasismaterial für die Entfernung von Stickoxid entfernt effizient das erzeugte Stickstoffmonoxid und -dioxid.
  • Das Filterbasismaterial für die Entfernung von Stickoxid besteht aus einem Filterbasis-Oxidmaterial und einem Katalysator, mit dem das Filterbasis-Oxidmaterial imprägniert ist, um Stickoxid zu zersetzen und zu entfernen. Speziell umfaßt das Filterbasismaterial zum Entfernen von Stickoxid ein anorganischen Absorptionsmittel, wie Metallperoxid, mit dem Zeolith imprägniert ist. Es handelt sich bei dem anorganischen Absorptionsmittel, mit dem der Zeolith imprägniert ist, um Kaliumpermanganat (KMnO4).
  • Die folgenden Reaktionsgleichungen (3) bis (5) zeigen Abläufe, bei denen Stickstoffdioxid entfernt wird, wenn Kaliumpermanganat als Katalysator verwendet wird. 2NO2 + 2KOH → KNO3 + KNO2 + H2O (3) KNO2 + NO2 → KNO3 + NO (4) NO + KMnO4 → KNO3 + MnO2 (5)
  • Gemäß den obigen Reaktionsgleichungen (3) und (4) wird Stickstoffdioxid unter Verwendung des Filterbasismaterials für die Ozonentfernung entfernt, das mit Kaliumhydroxid als Katalysator imprägniert ist. Das Stickstoffdioxid wird teilweise in Stickstoffmonoxid umgewandelt. Das Stickstoffmonoxid wird entfernt, nachdem es gemäß der Reaktionsgleichung (5) durch das Metallperoxid in Metallnitrat umgewandelt wurde.
  • Eine zweite Ozon-Absorptionsschicht wird auf der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht ausgebildet. Die zweite Ozon-Absorptionsschicht weist ein Filterbasismaterial auf, um hauptsächlich Ozon zu entfernen. Das Filterbasismaterial der zweiten Ozon-Absorptionsschicht für die Ozonentfernung ist im wesentlichen identisch mit dem der ersten Ozon-Absorptionsschicht.
  • Da das chemische Filtermedium eine erste Ozon-Absorptionsschicht, eine erste Stickoxid-Absorptionsschicht und eine zweite Ozon-Absorptionsschicht aufweist, werden Ozon und Stickoxid nacheinander von dem chemischen Filtermedium entfernt. In der ersten Ozon-Absorptionsschicht wird die Stickstoffmonoxid-Konzentration am Auslaß im Lauf der Zeit relativ hoch, da Stickstoffdioxid durch die Aktivkohle in der ersten Ozon-Absorptionsschicht in Stickstoffmonoxid umgewandelt wird. Weiter oxidiert die erste Stickoxid-Absorptionsschicht das Stickstoffmonoxid, so daß es ein stabiles Nitrat bildet, wodurch das Stickstoffmonoxid entfernt wird. Da das chemische Filtermedium eine erste Ozon-Absorptionsschicht, eine erste Stickoxid-Absorptionsschicht und eine zweite Ozon-Absorptionsschicht umfaßt, kann das Filtermedium das Stickstoffmonoxid und das Stickstoffdioxid wirksam entfernen, und zwar durch Ausnutzung des Zusammenwirkens der Ozon- und Stickoxid-Absorptionsschichten.
  • Alternativ dazu weist das chemische Filtermedium darüber hinaus eine zweite Stickoxid-Absorptionsschicht und eine dritte Ozon-Absorptionsschicht auf, die nacheinander auf der zweiten Ozon-Absorptionsschicht ausgebildet sind. Die zweite Stickoxid-Absorptionsschicht weist ein Filterbasismaterial auf, um Stickoxid zu entfernen, und die dritte Ozon-Absorptionsschicht weist ein Filterbasismaterial auf, um Ozon zu entfernen. Das Filterbasismaterial der zweiten Stickoxid-Absorptionsschicht für die Stickoxidentfernung ist typischerweise weitgehend identisch mit dem der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht. Ebenso ist das Filterbasismaterial der dritten Ozon-Absorptionsschicht für die Ozonentfernung typischerweise weitgehend identisch mit dem der ersten Ozon-Absorptionsschicht.
  • Um Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid durch die gegenseitige Unterstützung der Ozon- und Stickoxid-Absorptionsschichten des chemischen Filtermediums wirksam zu entfernen, werden die Ozon-Absorptionsschichten vorzugsweise vorne und hinten im chemischen Filtermedium angeordnet. Die Ozon-Absorptionsschicht, die hinten im chemischen Filter angeordnet ist, dient dazu, Verunreinigungen, wie Ozon oder Schwefeloxid, abschließend zu entfernen.
  • Im folgenden werden bevorzugte Beispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • Chemisches Filtermedium
  • Beispiel 1
  • 2 ist eine Schnittansicht, die ein chemisches Filtermedium 20 gemäß einem Beispiel darstellt. Das chemische Filtermedium 20 ist in einem Einsatz installiert.
  • 2 zeigt, daß das chemische Filtermedium 20 eine erste Ozon-Absorptionsschicht 22 aufweist. Die erste Ozon-Absorptionsschicht 22 besteht aus imprägnierter Aktivkohle, die mit einem Katalysator für die Reduzierung von Ozon, beispielsweise Kaliumhydroxid, imprägniert ist. Das heißt, die erste Ozon-Absorptionsschicht 22 besteht aus Aktivkohle als neutralem Filterbasismaterial und aus von der Aktivkohle adsorbiertem Kaliumhydroxid als alkalischem Katalysator. Die erste Ozon-Absorptionsschicht 22 ist im allgemeinen vorne im chemischen Filtermedium 20 (unten im chemischen Filtermedium 20 von 2) angeordnet. Das Kaliumhydroxid wird, bezogen auf das Gewicht der Aktivkohle, im Bereich von vorzugsweise etwa 5 bis etwa 10 Gew.-%, stärker bevorzugt etwa 7 bis etwa 8 Gew.-%, adsorbiert.
  • Wie in 2 dargestellt, hat die erste Ozon-Absorptionsschicht 22 eine doppellagige Struktur, die eine untere Ozon-Adsorptionslage 22a und eine obere Ozon-Adsorptionslage 22b umfaßt. Diese beiden Ozonlagen 22a und 22b können in getrennten Herstellungsverfahren oder zusammen in einem einzigen Herstellungsverfahren geformt werden. Alternativ dazu kann die erste Ozon-Absorptionsschicht 22 auch aus einer einzigen Ozon-Absorptionslage bestehen.
  • Eine erste Stickoxid-Absorptionsschicht 24 wird auf der ersten Ozon-Absorptionsschicht 22 ausgebildet. Die erste Stickoxid-Absorptionsschicht 24 besteht aus einem ersten anorganischen Material, wie Zeolith, das mit Kaliumpermanganat als Katalysator imprägniert ist, um Stickoxid zu entfernen. Hier dient der Zeolith dazu, Stickoxid zu filtern. Der Zeolith ist vorzugsweise zu 10 bis etwa 15 Gew.-%, stärker bevorzugt etwa 12 bis etwa 13 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Zeoliths, mit Kaliumpermanganat imprägniert. Die Dicke der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht 24 entspricht typischerweise der halben Dicke der ersten Ozon-Absorptionsschicht 22.
  • Eine zweite Ozon-Absorptionsschicht 26 ist auf der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht 24 ausgebildet. Die zweite Ozon-Absorptionsschicht 26 ist, bezogen auf die Richtung, in der die Luft in den chemischen Filter 20 strömt, im allgemeinen hinten im chemischen Filter 20 angeordnet. Die Dicke der zweiten Ozon-Absorptionsschicht 26 ist im Wesentlichen identisch mit der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht 24.
  • Das Filtermedium 20 umfaßt eine zweilagige erste Absorptionsschicht 22, eine erste Stickoxid-Absorptionsschicht 24, die auf der ersten Ozon-Absorptionsschicht 22 ausgebildet ist, und eine zweite Ozon-Absorptionsschicht 26, die auf der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht 24 ausgebildet ist. Die erste Stickoxidschicht und die Ozon-Absorptionsschichten sind im wesentlichen gleich dick. So weist die dargestellte erste Ozon-Absorptionsschicht 22 zwei Lagen 22a und 22b auf, die eine Dicke aufweisen, die etwa der doppelten Dicke der Stickoxid-Absorptionsschicht 24 oder der zweiten Ozon-Absorptionsschicht 26 entspricht. Wenn die Absorptionsschichten 22, 24 und 26 dicker werden, wird typischerweise die Reaktionszeit und die Verweildauer der Verunreinigungen in diesen Absorptionsschichten 22, 24 und 26 länger. Daher kann die prozentuale Reinigungsleistung für Verunreinigungen steigen, wenn die Absorptionsschichten 22 und 24 und 26 dicker sind.
  • Beispiel 2
  • 3 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein chemisches Filtermedium 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt. Das chemische Filtermedium 30 ist in einen Einsatz gefüllt.
  • Das chemische Filtermedium 30 weist einen Aufbau auf, der im wesentlichen identisch ist mit dem des chemischen Filtermediums von Beispiel 1. Genauer umfaßt das chemische Filtermedium 30 eine erste Ozon-Absorptionsschicht 32, eine Stickoxid-Absorptionsschicht 34 und eine zweite Ozon-Absorptionsschicht 36. Die Dicken der ersten Ozon-Absorptionsschicht 32, der Stickoxid-Absorptionsschicht 34 und der zweiten Ozon-Absorptionsschicht 36 unterscheiden sich jedoch von denen der Absorptionsschichten 22, 24 und 26 von Beispiel 1. Darüber hinaus ist jedes der Filterbasismaterialien der erste Ozon-Absorptionsschicht 32, der zweiten Ozon-Absorptionsschicht 36 und der Stickoxid-Absorptionsschicht 34 im wesentlichen mit denen der Absorptionsschichten 32, 34 und 36 des Beispiels 1 identisch.
  • 3 zeigt ein chemisches Filtermedium 30 mit einer ersten Ozon-Absorptionsschicht 32 für die Entfernung von Ozon. Die erste Ozon-Absorptionsschicht 32 ist, bezogen auf die Anströmungsrichtung der Luft (von unten im chemischen Filtermedium 30 von 3), vorne im chemischen Filtermedium 30 positioniert. Wie in 3 dargestellt, weist die erste Ozon-Absorptionsschicht 32 eine Doppelschicht-Konstruktion auf, die eine untere Ozon-Absorptionsschicht 32a und eine obere Ozon-Absorptionsschicht 32b umfaßt.
  • Eine Stickoxid-Absorptionsschicht 34 für die Entfernung von Stickoxid ist auf der ersten Ozon-Absorptionsschicht 32 ausgebildet. Wie in 3 dargestellt, besteht die Stickoxid-Absorptionsschicht 34 aus einer Doppelschicht-Struktur, die eine untere Stickoxid-Absorptionslage 34a und eine obere Stickoxid-Absorptionslage 34b umfaßt. Diese beiden Stickoxid-Absorptionslagen 34a und 34b können in getrennten Herstellungsverfahren geformt werden oder können in einem einzigen Verfahren als eine dicke Lage ausgebildet werden, die der ersten Ozon-Absorptionsschicht 32 ähneln kann. Die Stickoxid-Absorptionsschicht 34 weist eine Dicke auf, die im wesentlichen der ersten Ozon-Absorptionsschicht 32 entspricht.
  • Eine zweite Ozon-Absorptionsschicht 36 ist auf der Stickoxid-Absorptionsschicht 34 ausgebildet. Die zweite Ozon-Absorptionsschicht 36 befindet sich bezüglich der Luftanströmungsrichtung hinten im chemischen Filtermedium 30. Die zweite Ozon-Absorptionsschicht 36 ist etwa halb so dick ist wie Stickoxid-Absorptionsschicht 34. Das chemische Filtermedium 30 umfaßt die erste Ozon-Absorptionsschicht 32 mit den beiden Lagen 32a und 32b, die Stickoxid-Absorptionsschicht 34 mit den beiden Lagen 34a und 34b, die auf der ersten Ozon-Absorptionsschicht 32 ausgebildet ist, und die zweite Ozon-Absorptionsschicht 36, die auf der Stickoxid-Absorptionsschicht 34 ausgebildet ist. Die Lagen 32a, 32b, 34a und 34b der Absorptionsschichten 32 und 43 sind im wesentlichen gleich dick. Somit sind die erste Ozon-Absorptionsschicht 32 mit den beiden Lagen 32a und 32b und die Stickoxid-Absorptionsschicht 34 mit den beiden Lagen 34a und 34b jeweils etwa doppelt so dick wie die zweite Ozon-Absorptionschicht 36.
  • Beispiel 3
  • 4 ist eine Schnittansicht, die ein chemisches Filtermedium 40 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das chemische Filtermedium 40 ist in einen Einsatz gefüllt.
  • Im chemischen Filtermedium 40 der vorliegenden Erfindung sind die Filterbasismaterialien der Ozon-Absorptionsschichten 42, 46 und 50 und der Stickoxid-Absorptionsschichten 44 und 48 im wesentlichen identisch mit denen der Beispiele 1 und 2. Allerdings sind die Anordnung und die Dicken der Ozon-Absorptionsschichten 42, 46 und 50 und der Stickoxid-Absorptionsschichten 44 und 48 anders als diejenigen der Beispiele 1 und 2.
  • 4 zeigt ein chemisches Filtermedium 40 mit einer ersten Ozon-Absorptionsschicht 42, die hauptsächlich der Entfernung von Ozon dient. Die erste Ozon-Absorptionsschicht 42 ist bezüglich der Anströmungsrichtung der Luft (von unten im chemischen Filtermedium 40 von 4) vorne im chemischen Filtermedium 40 angeordnet.
  • Eine erste Stickoxid-Absorptionsschicht 44, die hauptsächlich der Entfernung von Stickoxid dient, ist auf der ersten Ozon-Absorptionsschicht 42 angeordnet. Eine zweite Ozon-Absorptionsschicht 46, die ebenfalls in erster Linie der Entfernung von Ozon dient, ist auf der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht 44 ausgebildet. Eine zweite Stickoxid-Absorptionsschicht 48, die ebenfalls typischerweise der Entfernung von Stickoxid dient, ist auf der zweiten Ozon-Absorptionsschicht 46 angeordnet.
  • Eine dritte Ozon-Absorptionsschicht 50, die typischerweise der Entfernung von Ozon dient, ist auf der zweiten Stickoxid-Absorptionsschicht 48 ausgebildet. Die dritte Ozon-Absorptionsschicht 50 ist bezüglich der Anströmungsrichtung der Luft hinten im chemischen Filtermedium 40 angeordnet. Die erste Ozon-Absorptionsschicht 42, die zweite Ozon-Absorptionsschicht 46 und die dritte Ozon-Absorptionsschicht 50 sind jeweils im wesentlichen genauso dick wie die erste Stickoxid-Absorptionsschicht 44 bzw. die zweite Stickoxid-Absorptionsschicht 48.
  • Was das chemische Filtermedium 40 des vorliegenden Beispiels betrifft, werden die Ozon-Absorptionsschichten 42, 46 und 50 bzw. die Stickoxid-Absorptionsschichten 44 und 48 abwechselnd eine auf der anderen ausgebildet. Das heißt, es werden bezüglich der Richtung des Luftstroms, der in das chemische Filtermedium strömt, mehrere Absorptionsschichten 42, 46 und 50 im vorderen Abschnitt und im hinteren Abschnitt des chemischen Filtermediums 40 ausgebildet.
  • Verfahren zum Herstellen des chemischen Filters
  • Das Verfahren zum Herstellen eines chemischen Hybridfilters, welches das Filtermedium 40 des Beispiels 3 aufweist, wird im folgenden beschrieben. Das Filtermedium 40 des Beispiels 3 wird in einen Einsatz des chemischen Hybridfilters gefüllt.
  • Ein Einsatz 100 mit einem oberen Gehäuse und einem unteren Gehäuse wird in Schritt S10 bereitgestellt. Das untere Gehäuse des Einsatzes 100 weist eine bevorzugte Länge von etwa 600 mm, eine bevorzugte Breite von etwa 400 mm und eine bevorzugte Dicke von etwa 20 mm auf. Der Einsatz 100 wird typischerweise unter Verwendung von Edelstahl ausgebildet.
  • In Schritt S12 werden ein Filterbasismaterial für die Entfernung von Ozon und ein Filterbasismaterial für die Entfernung von Stickoxid in den Einsatz 100 gefüllt. Genauer wird das Filterbasismaterial durch Imprägnieren von Aktivkohle mit Kaliumhydroxid gebildet. In einem Tauchverfahren zum Ausbilden eines Filterbasismaterials für die Ozonentfernung wird die tauchbehandelte Aktivkohle getrocknet, um das Filterbasismaterial für die Ozonentfernung zu bilden, nachdem die Aktivkohle in eine wäßrige Kaliumhydoxid-Lösung getaucht wurde. Die Aktivkohle wird vorzugsweise in einer Menge von etwa 7 bis etwa 8 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Aktivkohle, mit Kaliumpermanganat imprägniert. Die abgemessene Menge an adsorbiertem Kaliumhydroxid liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aktivkohle, vorzugsweise bei etwa 5 bis etwa 10 Gew.-%.
  • Das Filterbasismaterial für die Entfernung von Stickoxid wird durch Imprägnieren von Zeolith mit Kaliumpermanganat ausgebildet. Das Filterbasismaterial für die Entfernung von Stickoxid wird mittels eines Tauchverfahrens gebildet. Der Zeolith wird in eine wäßrige Kaliumpermanganatlösung getaucht, und der tauchbehandelte Zeolith wird getrocknet. Der Zeolith wird vorzugsweise mit einer Menge von etwa 12 bis etwa 13 Gew.-% Kaliumpermanganat, bezogen auf das Gesamtgewicht des Zeoliths, impräg niert. Die abgemessene Menge des adsorbierten Kaliumpermanganats liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aktivkohle, vorzugsweise bei etwa 10 bis etwa 15 Gew.-%.
  • In Schritt S14 werden die Filterbasismaterialien schichtweise in das untere Gehäuse des Einsatzes 100 gefüllt. Im folgenden wird das Verfahren zum Einfüllen des Filterbasismaterials für die Entfernung von Ozon und des Filterbasismaterials für die Entfernung von Stickoxid mit Bezug auf das oben beschriebene Beispiel 3 beschrieben.
  • Ein unteres Gitter (nicht gezeigt), das aus Edelstahl (SUS304) besteht, wird im unteren Gehäuses installiert. In dem unteren Gitter sind eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet. Ein unterer Vliesstoff (102) wird auf dem unteren Gitter befestigt. Der untere Vliesstoff (102) trägt das Filterbasismaterial für die Ozonentfernung und das Filterbasismaterial für die Stickoxidentfernung, und der untere Vliesstoff 102 entfernt Teilchen, die in das chemische Filter gelangen.
  • Eine erste Gewichtsmenge an Filterbasismaterial für die Ozonentfernung wird in das untere Gehäuse gefüllt, wo das Vlies 102 befestigt wurde, so daß eine erste Ozon-Absorptionsschicht 104 in dem unteren Gehäuse ausgebildet wird. Hierbei kann die Gewichtsmenge des Filterbasismaterials für die Ozonentfernung variiert werden, um die Dicke der ersten Ozon-Absorptionsschicht 104 einzustellen. Beispielsweise kann die Dicke der ersten Ozon-Absorptionsschicht 104 proportional zur Gewichtsmenge des Filterbasismaterials für die Ozonentfernung erhöht werden, so daß die Gewichtsmenge des Filterbasismaterials für die Ozonentfernung gesteuert wird, um die Dicke der ersten Ozon-Absorptionsschicht 104 vorteilhaft einzustellen.
  • Eine zweite Gewichtsmenge Filterbasismaterial für die Entfernung von Stickoxid wird auf die erste Ozon-Absorptionsschicht 104 gefüllt, um eine erste Stickoxid-Absorptionsschicht 106 zu bilden. Wie oben beschrieben, kann die Gewichtsmenge des Filterbasismaterials für die Entfernung von Stickoxid variiert werden, um die Dicke der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht 106 einzustellen. Das heißt, die Dicke der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht 106 kann proportional zur Gewichtsmenge des Filter basismaterials für die Entfernung von Stickoxid erhöht werden, so daß die Gewichtsmenge des Filterbasismaterials für die Entfernung von Stickoxid gesteuert wird, um die Dicke der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht 106 vorteilhaft einzustellen.
  • Gemäß Beispiel 3 ist die Dicke der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht 106 im wesentlichen identisch mit der Dicke der ersten Ozon-Absorptionsschicht 104. Die spezifische Dichte des Filterbasismaterials für die Ozonentfernung unterscheidet sich von der des Filterbasismaterials für die Stickoxidentfernung. So kann sich das Gewicht des Filterbasismaterials für die Ozonentfernung von dem des Filterbasismaterials für die Stickoxidentfernung auch dann unterscheiden, wenn die Dicke der ersten Stickoxid-Absoroptionsschicht 106 im wesentlichen identisch ist mit der ersten Ozon-Absorptionsschicht 104.
  • Eine erste Gewichtsmenge an Filterbasismaterial für die Oxidentfernung wird auf die erste Stickoxid-Absorptionsschicht 106 gefüllt, um eine zweite Ozon-Absorptionsschicht 108 zu bilden. Die Dicke der zweiten Ozon-Absorptionsschicht 108 ist im wesentlichen identisch mit der ersten Ozon-Absorptionsschicht 104.
  • Eine zweite Gewichsmenge Filterbasismaterial für die Stickoxidentfernung wird auf die zweite Ozon-Absorptionsschicht 108 gefüllt, um eine zweite Stickoxid-Absorptionsschicht 110 zu bilden.
  • Eine erste Gewichtsmenge Filterbasismaterial für die Entfernung von Ozon wird auf die zweite Stickoxid-Absorptionsschicht 108 gefüllt, um eine zweite Ozon-Absorptionsschicht 112 zu bilden.
  • Das Ergebnis ist das chemische Filtermedium des Beispiels 3, das in den Einsatz 100 gefüllt wurde. Das chemische Filtermedium 40 des Beispiels 3 weist hier eine bevorzugte Dicke von etwa 20 mm, eine bevorzugte Länge von etwa 600 mm und eine bevorzugte Breite von etwa 400 mm auf.
  • Ein oberer Vliesstoff 114 wird auf der dritten Ozon-Absorptionsschicht 112 ausgebildet, und ein oberes Gitter 120 aus Edelstahl wird auf dem oberen Vliesstoff 114 angebracht, um das obere Vlies 114 zu schützen. Das obere Gitter 120 weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, die darin ausgebildet sind. Das obere Gitter 120 und das untere Gitter verhindern, daß die Aktivkohle aufgrund der Schwerkraft abmagert [leaning], wenn das Filter durch Befüllen des Filtereinsatzes 100 hergestellt wird.
  • Obwohl ein Verfahren zum Einfüllen des Filtermediums von Beispiel 3 beschrieben wurde, kann die Anordnung der Filterbasismaterialien variiert werden, um andere Filtermedien zu bilden, die in den Einsatz 100 gefüllt werden, wie in den Beispielen 1 und 2.
  • Wenn die Filterbasismaterialien für die Ozonentfernung in unterschiedlichen Gewichtsmengen je nach Position der Ozon-Absorptionsschichten im Einsatz 100 in den Einsatz 100 gefüllt werden, können die Ozon-Absorptionsschichten unterschiedlich dick sein. Obwohl die erste Ozon-Absorptionsschicht 22 von Beispiel 1 aus zwei Lagen gebildet wird, kann die erste Ozon-Absorptionsschicht 22 auch aus einer Lage gebildet werden, deren Gewicht doppelt so hoch ist wie die der zwei Lagen, was im wesentlichen zum gleichen Ergebnis führt wie in Beispiel 1. Das heißt, wenn die erste Ozon-Absorptionsschicht 22 als eine dicke Lage ausgebildet wird, die etwa doppelt so dick ist wie die beiden Lagen von Beispiel 1, ist die Wirksamkeit der einen dickeren Lage im wesentlichen identisch mit der der beiden Lagen.
  • Genauso können, wenn die Filterbasismaterialien für die Entfernung von Stickoxid in unterschiedlichen Gewichtsmengen je ihrer Position im Einsatz 100 in den Einsatz 100 gefüllt werden, die Stickoxid-Absorptionsschichten unterschiedlich dick sein. Obwohl die Stickoxid-Absorptionsschicht 34 des Beispiels 2 aus zwei Lagen gebildet wird, kann die Stickoxid-Absorptionsschicht 34 auch aus einer Lage gebildet werden, deren Gewicht doppelt so hoch ist wie die der zwei Lagen, und die im Vergleich zu Beispiel 2 im wesentlichen gleich effektiv ist. Das heißt, wenn die Stickoxid-Absorptionsschicht 34 als eine dicke Lage ausgebildet wird, die doppelt so dick ist wie die beiden Lagen von Beispiel 2, ist die Wirksamkeit der einen dicken Lage im wesentlichen identisch mit der der beiden Lagen. Nachdem das Filterbasismaterial für die Entfernung von Ozon und das Filterbasismaterial für die Entfernung von Stickoxid in das untere Gehäuse des Einsatzes 100 gefüllt wurden, wird das unter Gehäuse mit dem oberen Gehäuse abgedeckt, und dann werden das obere und das unter Gehäuse verbunden.
  • In Schritt S16 wird der Einsatz 100, der die Filterbasismaterialien enthält, vorzugsweise mehrere Tage lang, stärker bevorzugt etwa zwei Tage lang, alter gelassen bzw. gelagert, um dadurch das chemische Filter vom Einsatz-Typ fertigzustellen.
  • Für die Verwendung in einer Halbleiter-Herstellungsstraße können eine Vielzahl von chemischen Filtern vom Einsatz-Typ in einem Rahmen installiert.
  • Herstellung eines Hybridfilters mit fünf Schichten
  • Beispiel 4
  • Ein Filtereinsatz mit einem Filtermedium, das fünf Schichten umfaßt, wird gemäß Beispiel 2 hergestellt. In dem Filtereinsatz mit dem Filtermedium umfaßt das Filtermedium eine erste Ozon-Absorptionsschicht mit einer unteren Ozon-Absorptionslage und einer oberen Ozon-Absorptionslage, eine Stickoxid-Absorptionsschicht mit einer unteren Stickoxid-Absorptionslage und einer oberen Stickoxid-Absorptionslage, die auf der Stickoxid-Absorptionsschicht ausgebildet ist.
  • Ein chemisches Filter, das den Filtereinsatz und das Filtermedium umfaßt, weist eine Dicke von vorzugsweise etwa 20 mm, eine Länge von vorzugsweise etwa 600 mm und eine Breite von vorzugsweise etwa 400 mm auf. Das Gewicht des Filterbasismaterials für die Ozonentfernung beträgt etwa 1,54 kg und das Gewicht des Filterbasismaterials für die Entfernung von Stickoxid beträgt ebenfalls etwa 1,54 kg. Die Filterbasismaterialien im Filtereinsatz weisen insgesamt ein Gewicht von etwa 3,08 kg auf.
  • Zwölf Filtereinsätze werden übereinander gestapelt, um ein Hybridfilter 200 gemäß dem vorliegenden Beispiel zu formen.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Ein Hybridfilter 202 wird anhand des oben beschriebenen Verfahrens von Beispiel 4 hergestellt, abgesehen davon, daß der Filtereinsatz für das Hybridfilter 202 lediglich Filterbasismaterialien für die Ozonentfernung aufweist.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Ein Hybridfilter 204 wird anhand des Verfahrens von Beispiel 4 hergestellt, außer daß der Filtereinsatz für das Hybridfilter 204 lediglich ein Filterbasismaterial für die Stickoxidentfernung aufweist.
  • Die folgende Tabelle 1 zeigt den Aufbau der Filtermedien von Beispiel 4, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2. Jede Absorptionsschicht des Filtermediums wird in Richtung der das Filtermedium anströmenden Luft angeordnet. In der folgenden Tabelle 1 entspricht die Aktivkohleschicht der Ozon-Absorptionsschicht. Die Aktivkohleschicht schließt Aktivkohle und Kaliumhydroxid ein, mit dem die Aktivkohle imprägniert ist. Die Zeolithschicht besteht aus anorganischem Material, das Zeolith und Kaliumpermanganat enthält, mit dem der Zeolith imprägniert ist. In dem Filtermedium sind die Aktivkohle- und Zeolithschichten gleich dick. Tabelle 1 Aufbau des Filtermediums
    Filter 200 von Beispiel 4 Aktivkohleschicht (zwei Lagen) + Zeolithschicht (zwei Lagen) + Aktivkohleschicht (eine Lage)
    Filter 202 von Vergleichsbeispiel 1 Aktivkohle (fünf Lagen)
    Filter 204 von Vergleichsbeispiel 2 Zeolith (fünf Lagen)
  • Reinigungsleistungstest 1
  • Luft, die Stickoxid (was Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid umfaßt) in einer Konzentration von etwa 10 ppm aufweist, wird mittels der chemischen Filter 200, 202 und 204 von Beispiel 4, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 filtriert. Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft beträgt etwa 8 Liter/min. Die Luft weist eine Temperatur von etwa 10 bis etwa 14°C und eine relative Feuchtigkeit von etwa 85 bis etwa 95% auf. Die Stickoxid-Konzentration wird an beiden Enden der chemischen Filter 200, 202 und 204 in einminütigen Intervallen gemessen, um die Stickoxid-Reinigungsleistung der chemischen Filter zu bestimmen.
  • 7 ist eine Darstellung der zeitabhängigen Stickoxid-Reinigungsleistung unter Verwendung der Filter von Beispiel 4, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2. In 7 bezeichnen die Bezugszahlen 200, 202 und 204 das Filter von Beispiel 4, das Filter von Vergleichsbeispiel 1 bzw. das Filter von Vergleichsbeispiel 2.
  • 8 ist eine Darstellung der zeitabhängigen Konzentrationen an Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid nach Durchgang durch das Filtermedium der chemischen Filter. In 8 stehen die Bezugszahlen 210 und 212 für die Konzentrationen an Stickstoffmonoxid bzw. Stickstoffdioxid nach Durchgang durch das Filter 200 von Beispiel 4. Die Bezugszahlen 214 und 216 zeigen die Konzentrationen an Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid nach Durchgang durch das Filter 202 des Vergleichsbeispiels 1 an. Die Bezugszahlen 218 und 220 stehen für die Konzentrationen an Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid nach Durchgang durch das Filter 204 des Vergleichsbeispiels 2.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Test für die Reinigungsleistung sind die anfänglichen Reinigungsleistungen und die erwarteten Standzeiten der Filter 200, 202, 204 von Beispiel 4, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 in Tabelle 2 dargestellt. Erwartete Standzeit bedeutet die Zeit, die vergeht, bis die Reinigungsleistung des Filtermediums der Filter unter etwa 70% sinkt. Man nimmt an, daß die tatsächliche Standzeit der Filter proportional zur erwarteten Standzeit der Filter ist. Anhand der erwarteten Standzeit der Filter können die Standzeiten der chemischen Filter nach Installation in einem Reinraum vorhergesagt werden. Tabelle 2
    Filter Bsp. 4 Vergl.-bsp. 1 Vergl.-bsp. 2
    Anfangs-Reinigungsleistung (%) 100 96 13
    Erwartete Standzeit (Minuten) 106 82 0
  • Wie in Tabelle 2 und 7 dargestellt, sind die prozentuale Anfangs-Reinigungsleistung und die Standzeit des Filters 200 von Beispiel 4 denen der Filter 202 und 204 des Vergleichsbeispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 überlegen.
  • In 8 ist gezeigt, daß die Stickstoffmonoxid-Konzentration 210 und die Stickstoffdioxid-Konzentration 212 unter Verwendung des Filters 200 von Beispiel 4 jeweils niedriger sind als die Stickstoffmonoxid-Konzentration 214 und die Stickstoffdioxid-Konzentration 216 unter Verwendung des Filters 202 des Vergleichsbeispiels 1 und die Stickstoffmonoxid-Konzentration 218 und die Stickstoffdioxid-Konzentration 220 unter Verwendung des Filters 204 des Vergleichsbeispiels 2. Im Filter 202 von Vergleichsbeispiel 1, das lediglich eine Aktivkohleschicht aufweist, steigt die Stickstoffmonoxid-Konzentration 214 im Lauf der Zeit an, da Stickstoffdioxid durch die Aktivkohleschicht in Stickstoffmonoxid umgewandelt wird. Die ansteigende Konzentration 214 des Stick stoffmonoxids bewirkte eine verringerte Standzeit des Filters 202 von Vergleichsbeispiel 1. Das Filter 204 von Vergleichsbeispiel 2, das eine Zeolithschicht umfaßt, oxidiert das Stickstoffmonoxid, so daß es stabile Nitrate bildet, die auf dem Filter 202 adsorbiert werden, während ein Teil des Stickstoffmonoxids in Form von Stickstoffdioxid abgegeben wird. Dagegen weist das Filter 200 von Beispiel 4 ein Filtermedium auf, in dem eine Aktivkohleschicht für die Adsorption von Ozon und eine Zeolithschicht für die Adsorption von Stickoxid übereinander liegen. So wirken die Aktivkohleschicht und die Zeolithschicht zusammen, um das Stickstoffmonoxid und das Stickstoffdioxid gleichzeitig und effizient zu entfernen (siehe die Bezugszahlen 210 und 212).
  • Herstellung eines Vierschicht-Hybridfilters
  • Beispiel 5
  • Das Verfahren von Beispiel 4 wird wiederholt, um ein Filter 226 für das vorliegende Beispiel auszubilden, abgesehen davon, daß das Filtermedium des Filters 226 wie in Beispiel 1 vier Schichten aufweist. Es wird ein Filtereinsatz hergestellt, der ein Filtermedium mit einer ersten Ozon-Absorptionsschicht, die zwei Lagen – eine untere Ozon-Absorptionslage und eine obere Ozon-Absorptionslage – umfaßt, eine Stickoxid-Absorptionsschicht aus einer einzigen Lage und eine zweite Ozon-Absorptionsschicht umfaßt, die auf der Stickoxid-Absorptionsschicht ausgebildet ist.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Ein Filter 232 wird anhand eines Verfahrens hergestellt, das identisch ist mit dem von Beispiel 5, abgesehen davon, daß das Filtermedium des Filters 232 durch Mischen von Aktivkohle und Zeolith in einem Gewichtsverhältnis von 50 : 50 hergestellt wird.
  • Vergleichsbeispiele 4, 5, 6 und 7
  • Das Verfahren von Beispiel 5 wird wiederholt, um Filter 222, 224, 226 und 228 zu bilden, die vier Schichten aufweisen, welche wie in Tabelle 3 dargestellt angeordnet sind und sich bezüglich der Anordnung der Ozon-Absorptionsschichten und der Stickoxid-Absorptionsschichten unterscheiden.
  • Die Filtermedien von Beispiel 5 und den Vergleichsbeispielen 3 bis 7 sind in Tabelle 3 dargestellt. Jede der Schichten ist in Richtung der in die Filter strömenden Luft angeordnet. Was das Filtermedium der Filter 222 bis 230 betrifft, so bedeutet Aktivkohleschicht eine Ozon-Adsorptionsschicht, die Aktivkohle und Kaliumhydroxid, mit dem die Aktivkohle imprägniert ist, umfaßt. Die Zeolithschicht ist eine Stickoxid-Adsorptionsschicht, die Zeolith und anorganisches Material, beispielsweise Kaliumpermanganat, umfaßt, mit dem der Zeolith imprägniert ist. Jedes der Filtermedien weist vier Schichten auf, und die Schichten sind im Wesentlichen alle gleich dick. Tabelle 3 Aufbau des Filtermediums
    Filter 232 von Vergleichsbeispiel 3 gemischte Schicht aus Aktivkohle : Zeolith = 1 : 1 (vier Lagen)
    Filter 222 von Vergleichsbeispiel 4 Aktivkohle (eine Lage) + Zeolith (eine Lage) + Aktivkohle (eine Lage) + Zeolith (eine Lage)
    Filter 224 von Vergleichsbeispiel 5 Zeolith (eine Lage) + Aktivkohle (eine Lage) + Zeolith (eine Lage) + Aktivkohle (eine Lage)
    Filter 226 von Beispiel 5 Aktivkohle (zwei Lagen) + Zeolith (eine Lage) + Aktivkohle (eine Lage)
    Filter 228 von Vergleichsbeispiel 6 Aktivkohle (zwei Lagen) + Zeolith (zwei Lagen)
    Filter 230 von Vergleichsbeispiel 7 Aktivkohle (drei Lagen) + Zeolith (eine Lage)
  • Reinigungsleistungs-Test 2
  • Die Stickoxid-Konzentrationen sowohl am vorderen als auch am hinteren Ende der Filter des Beispiels 5 und der Vergleichsbeispiele 3 bis 7 werden in einminütigen Intervallen gemessen, um die prozentualen Reinigungsleistungen für Stickoxid anhand des in Vergleichsbeispiel 1 beschriebenen Verfahrens zu bestimmen.
  • 9 ist eine Darstellung der zeitabhängigen, prozentualen Reinigungsleistung für Stickoxid unter Verwendung der Filter von Beispiel 5 und von den Vergleichsbeispielen 3 bis 7. In 9 entsprechen die Bezugszeichen 226, 232, 222, 224, 228 und 230 jeweils den Filtern des Beispiels 5 und der Vergleichsbeispiele 3 bis 7.
  • Die anfängliche Reinigungsleistung und die erwarteten Standzeiten der Filter sind in Tabelle 4 dargestellt. Die erwartete Standzeit des Filters stellt die Zeit dar, die vergeht, bis die prozentuale Reinigungsleistung der Filtermedien unter etwa 70% fällt. Tabelle 4
    Filter Vergl.bsp. 3 Vergl.bsp. 4 Vergl.bsp. 5 Beispiel 5 Vergl.bsp. 6 Vergl.bsp. 7
    Anfangs-Reinigungsleistung (%) 93 97 90 93 83 87
    Erwartete Standzeit (Minuten) 50 52 30 70 22 28
  • Wie aus Tabelle 4 und 9 ersichtlich ist, sind die anfängliche prozentuale Reinigungsleistung und die Standzeit des Filters von Beispiel 5 denen der Filter der Vergleichsbeispiele 3 bis 7 überlegen.
  • Die Filter der Vergleichsbeispiele 6 und 7, deren Filtermedien aus Zeolithschichten besteht, die auf Aktivkohleschichten ausgebildet sind, weisen eine schlechte Anfangs-Reinigungsleistung und Standzeit auf. Außerdem zeigt das Filter von Vergleichsbeispiel 4, dessen Filtermedium die vier Schichten Aktivkohle, Zeolith, Aktivkohle und Zeolith aufweist, zwar eine hohe prozentuale Anfangs-Reinigungsleistung, aber eine kurze Standzeit. Der Vergleich mit dem Filter des Beispiels 5, das eine hohe Anfangs-Reinigungsleistung und eine lange Standzeit aufweist, zeigt, daß eine Aktivkohleschicht hinten im Filter angeordnet werden sollte, wo die Luft in den Filter strömt. Weiter weist das Filter des Vergleichsbeispiels 5, dessen Filtermedium Zeolith, Aktivkohle, Zeolith, Aktivkohle umfaßt, eine hohe Anfangs-Reinigungsleistung, aber ein kurze Standzeit auf. Im Vergleich dazu weist das Filter von Beispiel 5 eine hohe Anfangs-Reinigungsleistung und eine lange Standzeit auf. Daher wird die Aktivkohleschicht vorzugsweise hinten im Filter angebracht, wo die Luft in den Filter strömt.
  • Das Filter von Vergleichsbeispiel 3, das herkömmliche Aktivkohle und Zeolith aufweist, hat eine hohe Reinigungsleistung, aber eine kurze Standzeit.
  • Beispiel 6 und Vergleichsbeispiele 8 und 9
  • Das Verfahren von Beispiel 4 wird angewendet, um Filter mit vier Schichten zu bilden, wie in Tabelle 5 dargestellt. Die Filter unterscheiden sich in der Anordnung ihrer Ozon-Absorptionsschichten und ihrer Stickoxid-Absorptionsschichten. Jede Absorptionsschicht wird in Richtung der Luft angeordnet, die durch die Filter strömt. In Tabelle 5 umfaßt eine Aktivkohleschicht eine Ozon-Absorptionsschicht, die aus Aktivkohle und Kaliumhydroxid, mit dem die Aktivkohle imprägniert ist, besteht. Die Zeolithschicht umfaßt eine Stickoxidschicht, die aus Zeolith und Kaliumpermanganat, mit dem der Zeolith imprägniert ist, besteht. Das Filter von Beispiel 4 wird als Vergleich zu den Filtern der Vergleichsbeispiele 8 und 9 verwendet. Jedes der Filter 240 bis 246 weist fünf Schichten auf. Tabelle 5 Aufbau des Filtermediums
    Filter 240 von Beispiel 6 Aktivkohleschicht (eine Lage) + Zeolithschicht (zwei Lagen) + Aktivkohleschicht (zwei Lagen)
    Filter 242 von Beispiel 4 Aktivkohleschicht (zwei Lagen) + Zeolithschicht (zwei Lagen) + Aktivkohleschicht (eine Lage)
    Filter 244 von Vergleichsbeispiel 8 Aktivkohleschicht (drei Lagen) + Zeolithschicht (zwei Lagen)
    Filter 246 von Vergleichsbeispiel 9 Aktivkohleschicht (zwei Lagen) + Zeolithschicht (drei Lagen)
  • Reinigungsleistungstest 3
  • Die Stickoxid-Konzentrationenen sowohl am hinteren als auch am vorderen Ende der Filter 242, 240, 244 und 246 der Beispiele 4 und 6 und der Vergleichsbeispiele 8 und 9 werden gemessen, um die Reinigungsleistung für Stickoxid anhand des in Reinigungsleistungstest 1 beschriebenen Verfahrens zu bestimmen.
  • 10 ist eine Darstellung der Reinigungsleistungen und der erwarteten Standzeiten der Filter abhängig von der Anordnung der Filtermedien. In 10 zeigen die Bezugszahlen 242, 240, 244 und 246 die Filter der Beispiele 4 und 6 bzw. der Vergleichsbeispiele 8 und 9 an. Aus 10 ist ersichtlich, daß die Anordnung und die Dicke jeder Ozon-Absorptionsschicht und jeder Stickoxid-Absorptionsschicht die Standzeit und die Anfangs-Reinigungsleistung jedes Filtermediums beeinflußt. Die Filter der Beispiele 4 und 6 weisen im Vergleich zu den Filtern der Vergleichsbeispiele 8 und 9 eine ausgezeichnete Anfangs-Reinigungsleistung auf. In den Filtern von Beispiel 4 und von Beispiel 6 sind die Standzeiten am längsten, wenn die doppelten Aktivkohleschichten mit Bezug auf die Richtung der in die Filter strömenden Luft hinten im Filter angeordnet werden, und die einzelne Aktivkohleschicht vorne im Filter angeordnet wird.
  • Test für die erwartete Standzeit des chemischen Hybridfilters
  • Das chemische Hybridfilter der vorliegenden Erfindung wurde unter Bedingungen getestet, bei denen anhand der Stickoxid-Konzentration die Standzeit eines chemischen Hybridfilters vorhergesagt wird, wenn es in der Praxis in einem Reinraum installiert wird. Stickoxid wird mit einer Konzentration von etwa 10 ppm auf das Filtermedium des Filters gerichtet. Die Stickoxid-Konzentration am vorderen und hinteren Ende des Filtermediums wurden in Intervallen von 5 bis 10 Minuten gemessen, bis die Reinigungsleistung nicht mehr über 80% liegt.
  • Dieser Test wird durchgeführt, um die Standzeit des in einem Reinraum installierten Filters unter Praxisbedingungen zu berechnen. Die Anfangs-Reinigungsleistung des Filters wird gemessen, nachdem der Filter etwa 5 Minuten lang gespült wurde.
  • Das Filter, der in diesem Test verwendet wird, ist das Filter von Beispiel 4. Dieses chemische Hybridfilter weist zwölf Einsätze auf, wenn alle Filtermedien installiert sind.
  • 11 ist eine Darstellung der Zeitraffer-Testergebnisse des Filters von Beispiel 4 für die Vorhersage der Standzeit des Filters. Die berechnete Reinigungsleistung und die Lebensdauer des Filters von 11 sind in Tabelle 6 dargestellt. Tabelle 6
    Reinigungsleistung 100% 90% 80% Erwartete Standzeit (aufgrund von 80%) Erwartete Standzeit (aufgrund von 70%)
    Dauer 490 Minuten 1050 Minuten 1300 Minuten 10,2 Monate 12,7 Monate
  • Im Zeitraffertest liegt die Standzeit des chemischen Hybridfilters bei etwa 10,2 Monaten, wenn die Strömungsgeschwindigkeit etwa 2,0 m/s beträgt, die durchschnittliche Konzentration in der Atmosphäre etwa 20 ppb beträgt, und die Reinigungsleistung des Filters etwa 80% beträgt. Wenn die Reinigungsleistung des Filters etwa 70% beträgt, liegt die Standzeit des Hybridfilters bei etwa 12,7 Monaten.
  • Darüber hinaus wurden die Anfangs-Reinigungsleistungen der chemischen Filter der Beispiele 4 und 5 mit der Anfangs-Reinigungsleistung eines herkömmlichen chemischen Hybridfilters mit gemischtem Filtermedium verglichen. In jedem der chemischen Filter umfaßten die zu entfernenden Verunreinigungen Ozon, Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2) und Schwefeloxid (SOx). Es wird die Anfangs-Reinigungsleistung für jede Verunreinigung gemessen. Das chemische Hybridfilter der vorliegenden Erfindung weist im Vergleich zum herkömmlichen chemischen Hybrid filter eine verbesserte Anfangs-Reinigungsleistung für Stickoxid auf. Das herkömmliche chemische Hybridfilter weist eine Anfangs-Reinigungsleistung für Stickstoffmonoxid von etwa 50% auf. Das chemische Hybridfilter der vorliegenden Erfindung weist jedoch eine Anfangs-Reinigungsleistung für Ozon, Stickoxid und Schwefeloxid (SOx) von etwa 70% auf.
  • 12 ist die Darstellung der entfernten Stickoxidmengen bezogen auf die Zeit und unter Verwendung des chemischen Hybridfilters von Beispiel 5. In 12 zeigen die Bezugszahlen 300 und 302 die Stickoxid-Konzentrationen am vorderen und hinteren Ende des chemischen Hybridfilters an. Etwa 5 Tage lang liegt die durchschnittliche Stickoxid-Konzentration 300 am vorderen Ende des chemischen Hybridfilters bei etwa 63,5 ppb. Die durchschnittliche Stickoxid-Konzentration 302 am hinteren Ende des chemischen Hybridfilters liegt bei etwa 1,74 ppb. somit beträgt die durchschnittliche Stickoxid-Reinigungsleistung des chemischen Hybridfilters etwa 96,7%.
  • Wie oben beschrieben, entfernt das chemische Hybridfiltermedium der vorliegenden Erfindung wirksam und gleichzeitig Verunreinigungen wie Ozon, Stickoxid oder Schwefeloxid. Wenn das Filtermedium der vorliegenden Erfindung in einem Reinraum eingesetzt wird, erübrigt sich die Verwendung einer Vielzahl von Filtern, um verschiedenartige Verunreinigungen zu entfernen, und die Kosten für die Herstellung und Wartung der Filter sinken. Das chemische Hybridfilter entfernt wirksam Verunreinigungen im Reinraum, wodurch der Durchsatz des Herstellungsverfahrens für Halbleiterbauteile steigt.
  • Es wurden erläuternde Beispiele für die vorliegende Erfindung offenbart, und obwohl spezifische Ausdrücke verwendet wurden, sollten diese nur im generischen und beschreibenden Sinne verstanden werden, und sollten nicht beschränkend aufgefaßt werden. Einem Fachmann ist daher klar, daß verschiede Änderungen der Form und der Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Ansprüchen ausgeführt ist.

Claims (12)

  1. Chemisches Filtermedium, umfassend: eine erste Ozon-Absorptionsschicht, umfassend ein Filterbasismaterial, wobei dieses Aktivkohle umfasst, und ein Imprägniermittel, wobei dieses Kaliumhydroxid oder Manganmonoxid umfasst; eine erste Stickoxid-Absorptionsschicht, die auf der ersten Ozon-Absorptionsschicht ausgebildet ist, die erste Stickoxid-Absorptionsschicht umfassend ein Filterbasismaterial, wobei dieses Zeolith umfasst, und ein Imprägniermittel, wobei dieses Kaliumpermanganat umfasst; eine zweite Ozon-Absorptionsschicht, die auf der ersten Stickoxid-Absorptionsschicht ausgebildet ist, die zweite Ozon-Absorptionsschicht umfassend ein Filterbasismaterial, wobei dieses Aktivkohle umfasst, und ein Imprägniermittel, wobei dieses Kaliumhydroxid oder Manganmonoxid umfasst.
  2. Chemisches Filtermedium nach Anspruch 1, worin das Imprägniermittel der Ozon-Absorptionsschicht, Kaliumhydroxid oder Manganmonoxid, in einer Menge von etwa 5 bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Aktivkohle, vorhanden ist.
  3. Chemisches Filtermedium nach Anspruch 1 oder 2, worin das Kaliumpermanganat in einer Menge von etwa 10 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Zeoliths, vorhanden ist.
  4. Chemisches Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die erste Ozon-Absorptionsschicht, bezogen auf die Richtung, in der die Luft strömt, im vorderen Bereich des Filtermediums angeordnet ist und dicker ist als die erste Stickoxid-Absorptionsschicht.
  5. Chemisches Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die erste Ozon-Absorptionsschicht im Wesentlichen genauso dick ist wie die erste Stickoxid-Absorptionsschicht.
  6. Chemisches Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die zweite Ozon-Absorptionsschicht im Wesentlichen genauso dick ist wie die erste Stickoxid-Absorptionsschicht.
  7. Chemisches Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die erste Ozon-Absorptionsschicht, bezogen auf die Richtung, in der die Luft strömt, vorne im Filtermedium angeordnet ist, und die zweite Ozon-Absorptionsschicht dünner ist als die erste Stickoxid-Absorptionsschicht.
  8. Chemisches Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter eine zweite Stickoxid-Absorptionsschicht und eine dritte Ozon-Absorptionsschicht umfassend, die nacheinander auf der zweiten Ozon-Absorptionsschicht ausgebildet sind.
  9. Chemisches Filtermedium nach Anspruch 8 und soweit rückbezogen auf einen der Ansprüche 1 bis 3, worin sowohl die erste, die zweite, als auch die dritte Ozon-Absorptionsschicht im Wesentlichen genauso dick sind wie jeweils die erste und die zweite Stickoxid-Absorptionsschicht.
  10. Verwendung eines chemischen Filtermediums mit verschiedenen Absorptionsschichten nach den Ansprüchen 1 bis 9 in einem chemischen Filter, umfassend: einen Einsatz mit einem oberen Gehäuse und einem unteren Gehäuse, das mit dem oberen Gehäuse verbunden ist; und ein chemisches Filtermedium mit mehreren Absorptionsschichten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die der Reihe nach im unteren Gehäuse des Einsatzes angeordnet sind.
  11. Verwendung eines chemischen Filtermediums nach Anspruch 10, wobei der Filter ferner ein Vlies umfasst, das in dem Einsatz ausgebildet ist.
  12. Verwendung eines chemischen Filters nach Anspruch 11, wobei der Filter ferner ein Gitter umfasst, das an dem Vlies befestigt ist, um das Vlies zu schützen.
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