Brevet FR2630023A1 — publié le 19891020

La présente invention concerne un filtre à gaz pour un dispositif de filtrage qui est approprié pour filtrer un gaz sec utilisable dans la fabrication de semi-conducteurs. Comme cela est bien connu, différents gaz sont utilisés pour la fabrication de dispositifs semi- conducteurs. En particulier à l'heure actuelle, on produit des dispositifs à circuits fortement intégrés tels que des dispositifs de type LSI (intégration à grande échelle) et de type VLSI (intégration à très grande échelle). Les dessins de circuits deviennent petits. En conséquence, des particules d'une dimension de 0,01 micron ainsi que des particules d'une dimension de 0,05 micron doivent être enlevées d'un gaz de gravure. Un filtre pour un tel gaz de gravure est classiquement formé d'une matière en fibres de verre ayant la forme d'une feuille ou d'un cylindre, ou bien d'une matière stratifiée ayant la forme d'un disque plat, constitué de membranes en Teflon (marque déposée), ou d'un élément plissé. Cependant, les dimensions de pores dans la matière en fibres de verre ne sont pas uniformes. En conséquence, la matière en fibres de verre ne convient pas pour un filtre devant éliminer en toute sécurité des particules dont la dimension est supérieure à une certaine taille. Si un liant est utilisé pour donner aux fibres de verre la forme d'une feuille ou cylindre, certains types de gaz réagiront avec le liant. En conséquence, on ne peut pas utiliser un liant. Sans liant, les fibres de verre se déplacent aisément et des particules retenues s'échappent.du filtre et se propagent vers l'aval. En outre, des particules métalliques (comme Na+, B+, etc..) contenues dans la matière en fibres de verre peuvent être entraînées par l'écoulement de gaz et contaminer les dispositifs semi-conducteurs. Dans le cas d'un filtre formé de membranes en Teflon (marque déposée), une charge électrique statique se produit aisément. Une matière étrangère est aisément retenue sur un côté primaire du filtre par électricité statique. Cette matière étrangère ne peut pas être détachée par de l'air propre. Quand le filtre est utilisé pendant une longue période, la matière étrangère est détachée à partir du côté secondaire du filtre. Il en résulte que des défauts se produisent facilement dans des dispositifs semi-conducteurs. La vitesse de filtration d'un filtre à gaz a une grande influence sur le pourcentage de défauts dans des circuits intégrés. En conséquence il est nécessaire de disposer d'un filtre à gaz perfectionné. Cependant les filtres à gaz connus mentionnés ci- dessus ne permettent pas de satisfaire à cet impératif. D'autre part, le modèle d'utilité japonais déposé sous le no. 61-19115 décrit un filtre à gaz avec film de céramique. Le filtre à gaz comprend un corps céramique en forme de nid d'abeilles pourvu d'une pluralité de trous de passage de gaz revêtus intérieurement de films fins en céramique. Dans le cas de ce filtre à gaz, une plaque en Teflon (marque déposée) assurant l'étanchéité de la face extrême, située du côté d'entrée d'écoulement, du corps céramique en forme de nid d'abeilles, ainsi qu'un élément de support en métal, sont nécessaires. La construction du filtre à gaz est compliquée. Chaque élément nécessite une grande précision dimensionnelle. Autrement il n'est pas possible d'obtenir une étanchéité parfaite. En outre, lorsque la plaque en Teflon se détériore au bout d'un long usage, le gaz à filtrer est contaminé. Un objet de cette invention est de créer un filtre à gaz perfectionné qui puisse être utilisé efficacement pour éliminer par filtrage de fines particules et qui ait une longue durée de service et une grande fiabilité. Conformément à cette invention un filtre à gaz comprend un corps céramique en forme de nid d'abeilles comportant une pluralité de trous de passages de gaz, un film d'étanchéité en verre fixé sur une face extrême du corps céramique en nid d'abeilles sur son côté de sortie d'écoulement de gaz, un film fin en céramique déposé sur la surface intérieure de chaque trou de passage de gaz, un élément d'étanchéité collé sur une face extrême du corps céramique en forme de nid d'abeilles sur son côté d'entrée d'écoulement de gaz, l'élément d'étanchéité étant formé d'une matière céramique fine dont les pores sont plus petits que les pores des films fins en céramique, l'élément d'étanchéité comportant un canal de passage de gaz dans sa face extrême située du côté d'entrée d'écoulement de gaz de telle sorte que du gaz qui est introduit par l'intermédiaire dudit canal de passage de gaz puisse s'écouler dans les trous de passage de gaz à partir du côté extérieur du corps céramique en forme de nid d'abeilles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins cijoints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un filtre à gaz selon la présente invention; - la figure 2 est une vue en perspective montrant un autre filtre à gaz conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue en perspective montrant un élément d'étanchéité d'un filtre à gaz tel que ceux des figures 1 ou 2; - la figure 4 est une vue en perspective montrant un autre élément d'étanchéité d'un filtre à gaz tel que ceux des figures 1 ou 2; et - la figure 5 est une vue, en partie en coupe, montrant un dispositif de filtrage comportant un filtre conforme à la présente invention. En référence aux dessins ci-joints, le filtre à gaz comprend un corps céramique en nid d'abeilles 10 ou 20 comportant une pluralité de trous de passage de gaz 12 ou 22, un film d'étanchéité 1l ou 21 fixé sur une face extrême du corps céramique en forme de nid d'abeilles sur son côté de sortie d'écoulement de gaz, des films fins en céramique 13 ou 23 déposés sur la surface intérieure des trous 12 ou 22 de passage de gaz, et un élément d'étanchéité 17 ou 27 collé sur la face extrême du corps céramique en nid d'abeilles 10 ou 20, sur son côté d'entrée d'écoulement de gaz, à l'aide d'un adhésif non organique. Le film d'étanchéité 11 est formé d'une matière adhésive non organique comme du verre. Le film d'étanchéité 11 et l'adhésif non organique pour l'élément d'étanchéité 17 ou 27 sont de préférence constitués d'un verre spécial se composant dans l'essentiel de 72% SiO2, de 14% A1203, de 4% MgO, de 4,5% CaO, de 3% K20 et de 2,5% NaO. L'élément d'étanchéité 17 ou 27 est formé d'une matière céramique fine, dont les pores sont plus petits que les pores du film céramique 13 ou 23. L'élément d'étanchéité 17 ou 27 comporte un canal de passage de gaz 18 ou 28 dans sa face extrême située sur son côté d'entrée d'écoulement de gaz. Le gaz est introduit par l'intermédiaire du canal de passage de gaz 18 ou 28. Quand le gaz s'écoule dans les trous de passage de gaz 12 ou 22 en provenance du côté extérieur du corps céramique en nids d'abeilles 10 ou 20, le gaz est filtré. Un film céramique 25 relativement grossier est de préférence fixé sur le côté extérieur du corps céramique en forme de nid d'abeilles 10 ou 20; Les particules du film céramique grossier 25 sont plus grossières que celles du film céramique 13 ou 23 fixé sur le côté intérieur des trous de passage de gaz 12 ou 22. L'élément d'étanchéité 17 ou 27 est de préférence formé d'A1203 dont la pureté est de 99,5 % ou plus. Le gaz est introduit par l'intermédiaire du canal de passage de gaz 18 ou 28 et il s'écoule dans les trous de passage de gaz 12 ou 22 en provenance du côté extérieur du corps céramique en forme de nid d'abeilles 10 ou 20. Le gaz est filtré par les films céramiques fins 13 ou 23 déposés sur le côté intérieur des trous de passage de gaz 12 ou 22. Le film d'étanchéité 11 ou 21 en verre assure l'étanchéité de la face extrême du corps céramique en nid d'abeilles 10 ou 20 sur le côté d'entrée de l'écoulement de gaz, de telle sorte que le filtrat sorte seulement par les trous de passage de gaz 12 ou 22. La figure 1 représente un corps céramique en nid d'abeilles de forme hexagonale (qui sera appelé dans la suite "un corps céramique"), comportant une pluralité de trous de passage de gaz 12 formés à intervalles réguliers. Un film céramique fin 13 est formé sur le côté intérieur de chaque trou de passage de gaz 12. Du gaz A est filtré quand il s'écoule dans les trous de passages de gaz 12 en provenance de l'extérieur du corps céramique 10. Le filtrat s'écoule vers le haut en passant par les trous 12 et il sort du filtre. Les films céramiques 13 ayant une grande capacité de filtrage ont une grande surface de filtrage de sorte que le débit de gaz, après filtrage, n'est pas modifié par rapport au débit de pré-filtrage. Dans l'opération de filtrage, l'écoulement de gaz est par conséquent maintenu sans qu'il se produise d'accumulation de gaz. Il est très facile de nettoyer le filtre ou d'enlever des particules liées au filtre. Pour enlever ces particules, on fait passer du gaz propre dans le filtre. Des films céramiques formés de fines particules céramiques, sont crées sur le côté intérieur des trous de passage de gaz 12. Puisque des particules céramiques de dimensions désirées sont aisément disponibles, il est facile de réaliser un film céramique formé de fines particules céramiques de 0,1 micron ou moins. Le corps céramique 10 a une structure en nid d'abeilles. Il peut absorber une forte charge dans la direction longitudinale quand il est inséré dans un carter (cf. Fig. 5) et il peut résister à des chocs produits de l'extérieur. Un film d'étanchéité 11 en verre est formé sur le face extrême du corps céramique 10 sur le côté de sortie de l'écoulement de gaz. Le film d'étanchéité 10 empêche le gaz de sortir, excepté par les trous de passage de gaz 12. En conséquence, le filtrage est réalisé par l'intermédiaire des films céramiques 13. La figure 2 représente une réalisation dans laquelle un film céramique 25 est déposé sur une surface extérieure 24 d'un corps céramique 20. Le film céramique 25 est plus grossier que le film céramique 23 déposé sur le côté intérieur des trous de passage de gaz 22. Dans cette réalisation, l'opération de filtrage est effectuée en deux étapes, en premier lieu par l'intermédiaire du film céramique 25 et ensuite par l'intermédiaire des films céramiques 23, de telle sorte que des matières étrangères sont efficacement enlevées du gaz. Les figures 3 et 4 représentent deux formes différentes de l'élément d'étanchéité. L'élément d'étanchéité 17 représenté sur la figure 3 a une forme de disque. L'élément d'étanchéité 17 est formé d'une matière céramique fine dont les pores sont plus petits que ceux des films céramiques 23. Un canal de passage de gaz 18 est prévu sur le côté de l'élément d'étanchéité 17 o se produit l'entrée de l'écoulement de gaz. Par exemple on peut utiliser A1203 (alumine) d'une pureté de 99,5 % ou plus pour former l'élément d'étanchéité 17. L'élément d'étanchéité 27 de la figure 4 a une forme hexagonale et est constitué de céramique fine semblable à celle de l'élément d'étanchéité 17 de la figure 3. Un canal de passage de gaz 28 est formé dans sa face extrême du côté d'entrée de l'écoulement de gaz. Le canal 28 est un canal à trois voies, l'intersection des trois voies étant situé au centre de l'élément d'étanchéité. La figure 5 représente un dispositif de filtrage équipé d'un filtre à gaz tel que celui de la figure 1 et comportant un élément d'étanchéité 17 tel que celui de la figure 3. Le corps céramique 10 et l'élément d'étanchéité 17 sont logés dans un carter 15. La face extrême du corps céramique 10, située du côté d'entrée de l'écoulement de gaz, et la face extrême adjacente de l'élément d'étanchéité 17 sont collées ensemble à l'aide de verre. Le verre proprement dit forme un film sur la face extrême du corps céramique 10 du côté d'entrée de l'écoulement de gaz. Un élément d'étanchéité tel que l'élément 17 peut être utilisé dans divers types de structures céramiques semblables au corps 10 afin de former un filtre à gaz selon l'invention. Un élément de retenue 20 est fixé sur le carter 15 de façon étanche à l'air. L'élément de retenue 20 s'appuie contre la face extrême de l'élément d'étanchéité 17 du côté d'entrée de l'écoulement de gaz. Par exemple, une partie à filetage mâle de l'élément de retenue 20 est vissée dans une partie à filetage femelle du carter 15. L'élément de retenue applique également l'élément d'étanchéité 17 contre la face extrême du corps céramique 10. L'élément de retenue peut être fixé sur le carter par tout autre procédé de fixation. Le gaz à filtrer, par exemple N2 (azote), passe dans le canal 18 comme indiqué par une flèche B de façon à être introduit dans un espace situé entre la surface extérieure du corps céramique 10 et la surface intérieure du carter 15. L'azote gazeux est filtré en passant par les trous 12, depuis l'extérieur du corps 10, et en traversant les pores du corps 10 et des films 13. Lorsqu'un filtre à gaz tel que décrit en référence aux figures 1 à 4 comprend l'élément d'étanchéité 17 ou 27, le nombre de composants du filtre est réduit et on peut obtenir une grande précision dimensionnelle pour les éléments. Une excellente étanchéité est créée entre le corps céramique en nid d'abeilles 10 ou 20 et élément d'étanchéité 17 ou 27. En conséquence, lors de l'utilisation du filtre, le gaz est efficacement filtré. Du fait que l'élément d'étanchéité 17 ou 27 et le corps céramique en nid d'abeilles 10 ou 20 sont collés ensemble à l'aide de verre, l'étanchéité entre eux 263002.3 est très efficace. Le film d'étanchéité en verre Il ou 21 est fixé sur la face extrême et sur le côté de sortie d'écoulement du corps céramique 10 ou 20. En conséquence, le filtrat sort seulement par les trous de passage de gaz 12 ou 22 et le gaz est efficacement filtré. L'élément d'étanchéité 17 ou 27 est de préférence réalisé comme un module ou une unité de sorte qu'il peut être incorporé dans divers types de corps céramiques 10. En utilisant un filtre tel que décrit en référence aux dessins ci-joints, il est possible d'éliminer efficacement de très fines particules d'un gaz. Un filtre de ce genre convient pour être utilisé dans un dispositif de filtrage qui filtre un gaz sec à employer dans la fabrication de semiconducteurs. REVENDICATIONS 1. Filtre à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend: - un corps céramique (10, 20) en forme de nid d'abeilles comportant plusieurs trous (12, 22)de passage de gaz; - un film d'étanchéité en verre (11,21) fixé sur une face extrême du corps.céramique (10,20) sur son côté de sortie d'écoulement de gaz; - un film céramique fin (13, 23) déposé sur chaque surface intérieure des trous de passage de gaz (12, 22); et - un élément d'étanchéité (17, 27) collé sur une face extrême du corps céramique (10, 20) en forme de nid d'abeilles sur son côté d'entrée d'écoulement de gaz, cet élément d'étanchéité (17, 27) étant formé d'une matière céramique fine dont les pores sont plus petits que les pores des films céramiques fins (13, 23), et l'élément d'étanchéité (17, 27) comportant un canal de passage de gaz (18, 28) dans la face extrême située du côté d'entrée d'écoulement de gaz, de sorte qu'un gaz qui est introduit par l'intermédiaire dudit canal de passage de gaz (18, 28)s'écoule dans les trous de passage de gaz (12, 22)depuis le côté extérieur dudit corps céramique (10, 20). 2. Filtre à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un film céramique grossier (25), formé d'une matière céramique relativement grossière et fixé sur le côté extérieur du corps céramique (10, 20) en forme de nid d'abeilles, le film céramique grossier (25) étant plus grossier que le film céramique (13, 23) fixé sur chaque côté intérieur des trous de passage de gaz (12, 22). 3. Filtre à gaz selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité est formé d'A1203 dont la pureté est de 99,5% ou plus.