CN102834157A - 液体的过滤方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供可实现过滤器的长寿命化和高过滤效率的过滤方法、以及通过该方法制造的研磨用浆料。在本发明的过滤方法中，在利用过滤器过滤液体之前，将过滤器在填充有溶剂的密闭容器中进行减压处理，然后进行过滤。

Description

液体的过滤方法

技术领域

本发明涉及各种液体的过滤方法，尤其是涉及包含研磨材料等微粒作为分散质的研磨用浆料的过滤方法。

背景技术

在使用研磨用浆料和研磨垫的抛光加工中，对加工面的表面平滑度和无缺陷性的要求水准逐年增加。随之，逐渐开始选择研磨用浆料所包含的研磨材料等微粒的粒径更小的研磨用浆料。此处，即使选择平均粒径小的研磨材料，通常研磨材料等微粒的粒径存在粒度分布，有时也会包含相对于期望粒径而言非常大的粗大颗粒。在这种情况下，该粗大颗粒可能会引起刮痕等表面缺陷，因此优选将其去除。

这种在液体介质中分散有微粒的研磨用浆料所包含的粗大颗粒通常利用过滤器去除。工业上使用的过滤器一般为将树脂制纤维缠绕在核上而成型的过滤器、使树脂膜中形成微小的细孔而成的过滤器。任一种过滤器均可通过使液体通过纤维间形成的间隙、膜中形成的细孔来去除无法通过的粗大颗粒等。但是，实际上要对液体进行过滤时，若要直接利用市售的过滤器，则刚开始利用后的过滤效率不高。考虑这是因为：市售的过滤器通常是干燥的，过滤刚开始后，液体难以渗透过滤器的细孔等，此外细孔内容易残存空气。

尤其是，与不具有粘性的液体相比，具有粘性的液体存在过滤刚开始后的过滤效率极差的倾向。因此作为前处理，也可考虑向过滤器压入水，通过这种方法水渗透至细孔内之后过滤变得容易，但有时根据过滤器的材质、孔径而需要较大压力，根据情况有时还需要大于过滤器的破坏压力的压力。进而，为了获得这种高压而需要强力的泵。另外，通常过滤器的孔径存在孔径分布，还存在非常小的细孔，因此即使施加压力，水也难以渗透至这种小细孔中。像这样水未渗透的部分由于对于过滤没有助益，因此过滤效率进一步变低。进而，由于有助于过滤的部分变少，因此过滤器发生堵塞也变早，有时还会招致生产率的恶化。在研磨用浆料之类的具有粘性的液体中，具有这种现象更显著的倾向。因此，在利用过滤器过滤液体的情况下，优选的是，在使用过滤器之前将细孔内部全部润湿，尽可能地去除过滤器内的空气。

从这种观点出发，研究了过滤前的各种前处理方法。例如已知有以下方法：用与过滤器和水两者均具有亲和性的异丙醇（以下有时称为IPA）等有机溶剂润湿过滤器，然后再过滤水的方法。另外，还公开了向疏水性多孔中空纤维膜加压导入表面活性剂水溶液等的方法（专利文献1）。但是，这些方法中，在处理后IPA、表面活性剂等存留于过滤器细孔内，因此为了去除它们而必须用大量的水等清洗液进行充分地清洗，在成本、效率方面存在问题。另一方面，公开了将疏水性多孔膜浸渍于脱气水的方法（专利文献2），但根据本发明人等的研究得知，仅将过滤器浸渍于脱气水时无法获得充分的效果，作为前处理还存在改良的余地。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平1-119310号公报

专利文献2：日本特开平5-208121号公报

发明内容

发明要解决的问题

因此，本发明的目的在于提供一种可满足过滤效率的改良和过滤器的长寿命化的、各种分散液的过滤方法。

用于解决问题的方案

本发明的液体的过滤方法的特征在于，其为利用过滤器过滤液体的过滤方法，在用前述过滤器过滤前述液体之前，将前述过滤器在填充有作为前述液体主要成分的溶剂的密闭容器中进行减压处理。

发明的效果

根据本发明，通过改善过滤器刚开始使用后或过滤器刚更换后的过滤效率，进而减少对于过滤器的过滤没有助益的部分，来改良长期的过滤效率，进而使堵塞难以发生，从而可以满足过滤器的长寿命化，即过滤器更换间隔的长期化或过滤器通液量的增加。其结果，过滤工序的效率化和成本降低均可实现。由此，能够以高效率且低成本制造例如包含研磨粒作为分散质的研磨用浆料。

具体实施方式

以下，说明本发明的一个实施方式。

作为过滤对象的液体

在本发明的过滤方法中，对作为进行过滤的对象的液体没有特别限定。即，按照液体所包含的成分以及应该从该液体中去除的成分来选择后述的过滤器，从而可以对任意液体适用本发明的过滤方法。然而，本发明的过滤方法对于从溶剂中分散有不溶的微粒成分的分散液或分散物中去除微粒成分或其一部分、尤其是去除粗大颗粒等而言是特别有效的。另外，对于从溶液中以不溶成分的形式浮游有杂质的溶液中去除该杂质成分而言也是有效的。即，优选的是，出于以下目的而使用本发明的方法：使溶剂或分散介质和分散于液体的颗粒中的、具有期望粒径的颗粒通过，而去除大于期望范围的颗粒、其它相对较大的杂质成分。

可以使用本发明的过滤方法进行过滤的液体的具体实例之一，为研磨用浆料。研磨用浆料是用于研磨例如硅基板、碳化硅基板、金属氧化物、半导体设备基板、硬盘用基板、玻璃或塑料等的浆料。该研磨用浆料是分散介质中包含氧化物、氮化物、碳化物等的物质，更具体而言，包含氧化铝、二氧化硅、氧化铈、二氧化钛、氧化锆、金刚石、氮化硅、氮化硼等研磨材料颗粒。本发明的过滤方法优选用于从这样的研磨用浆料中去除原料所包含的粗大颗粒等杂质和配制时提纯的凝结物、异物。

使用本发明的过滤方法过滤研磨用浆料等包含微粒的分散液时，分散液所包含的微粒的平均粒径优选为10~5000nm，更优选为20~300nm。需要说明的是，本发明中的平均粒径在无特别说明的情况下是指通过BET法测定的粒径。需要说明的是，平均粒径的测定方法另外还有光散射法、激光衍射法等，但通过这些方法测定的平均粒径难以与通过BET法测定的粒径直接进行比较。考虑测定方法的原理等，有时也可将通过BET法以外的方法测定的平均粒径换算成通过BET法测定的平均粒径，但原则上优选直接通过BET法测定。

另外，本发明的过滤方法不仅可以适用于研磨用浆料本身，还可以适用于其原料。即，为了从作为研磨用浆料的原料的包含研磨材料颗粒的分散液中去除粗大颗粒、凝胶、异物等，可以使用本发明的过滤方法。或者为了去除除此以外的、各种添加剂溶液中包含的未溶解物、异物等，也可以使用本发明的过滤方法。

对通过本发明的过滤方法过滤液体的时期没有特别限定。例如，在将研磨用浆料填充至容器中而进行销售的情况下，不仅在将研磨用浆料以制品的形式填充至容器之前进行过滤时，可以使用本发明的方法；另外，用户从容器中取出研磨用浆料而用于研磨之前，也可以使用本发明的方法。进而，在将使用过一次的研磨用浆料再生而再利用的情况下，也可以使用本发明的过滤方法。

过滤方法

本发明的过滤方法包括使用过滤器过滤前述液体。此处，本发明的过滤方法中，优选使用树脂制或玻璃纤维制介质过滤器（media filter）。树脂制或玻璃纤维制介质过滤器是指液体要通过的过滤器部分由树脂或玻璃纤维构成的过滤器。此处，过滤器部分不需要全部由树脂或玻璃纤维构成，例如为了改良过滤器的机械强度，还可以包含纤维、金属等来作为芯材。其中，即使在这种情况下，也优选通过树脂或玻璃纤维包覆芯材，从而使其不与要过滤的液体直接接触。这是因为，芯材为金属等时，可能会向液体中溶出不优选的金属离子等。

本发明的过滤方法中，优选使用树脂制或玻璃纤维制介质过滤器仅包含用树脂或玻璃纤维制成的过滤器部分的过滤器。在组装入制造工序等的配管内部的情况下，特别优选这种仅包含过滤器部分的过滤器。另外，还可以使用由过滤器部分和内包过滤器部分的盒构成的盒状过滤器。这种盒状过滤器的过滤器构件为前述的树脂制或玻璃纤维制，该过滤器构件被固定在壳体的内部。使用这种盒状过滤器时，优选的是，设置于壳体内侧面、与配管接触的接触部的衬垫等接触液体的部分用树脂、橡胶包覆或由树脂、橡胶形成，接触液体的部分完全不使用金属。关于这样的树脂制或玻璃纤维制介质过滤器，除了市售有上述那样的结构不同的过滤器之外，还市售有用途不同的过滤器，例如微粒分离用、微生物分离用等各种过滤器，可以根据需要使用任意过滤器。

对过滤器构件所使用的树脂或玻璃纤维的种类没有特别限定，优选相对于要过滤的液体为非活性。在液体为水性时，即作为液体的主要成分的溶剂为水时，可以使用由一般的树脂或玻璃纤维构成的过滤器。具体而言，作为过滤器构件中使用的优选材料，可列举出尼龙、聚碳酸酯、聚四氟乙烯（以下有时称为PTFE）、聚砜、聚醚砜、纤维素及其衍生物、聚丙烯以及玻璃纤维。作为尼龙的具体实例，可列举出尼龙6和尼龙66。另外，作为纤维素的衍生物，包含羟基被取代了的衍生物，作为具体实例，可列举出纤维素乙酸酯以及纤维素酯。

另外，过滤器构件有亲水性构件和疏水性构件。此处，在过滤器构件为疏水性时，利用本发明改善过滤器刚开始使用时的过滤效率的效果更大，因此是优选的。在本发明中，将包含这种疏水性的过滤器构件的过滤器称为疏水性过滤器。过滤器构件是否为疏水性可以通过过滤器构件是否会透过水来判断。过滤器构件为疏水性时，水滴在过滤器构件的表面被排斥或为了使水透过而需要加压。作为这样的疏水性过滤器，可列举出聚丙烯和聚四氟乙烯（PTFE）等。考虑这样使用疏水性过滤器构件时本发明的效果大是因为，与过滤器构件的材质为亲水性的情况相比，过滤器细孔内的空气在过滤器构件的材质为疏水性的情况下更易滞留，并难以去除。

过滤器有各种市售品，例如可列举出CHISSO FILTERCO.,LTD.制造的CP FILTER（商品名）、Sumitomo 3M Limited制造的Polypro-Klean（商品名）、Pall Corporation制造的ProfileII（商品名）或ADVANTEC MFS,INC制造的Depth CartridgeFilter（商品名）等。

过滤器构件包括：使由聚丙烯等树脂形成的纤维无序且均匀地具有一定厚度而成型的无纺布类型的深度过滤器；对树脂膜开0.01~数μm左右的孔而成型的膜类型的膜滤器等。本发明可以使用任一类型的过滤器，但由于更容易显著地体现出本发明的效果，优选使用无纺布类型，特别优选使用无纺布类型的深度过滤器。考虑其理由是，深度过滤中，细孔内的空气的滞留对过滤效率产生较大影响。然而，即使在筛过滤（sievingfiltration）、滤饼过滤的情况下，也有去除细孔内的微粒的效果，因此通过适用本发明的过滤方法，可以期待过滤效率的改良。

进而，深度过滤器可大致分为以下两种形式。一种是作为平面状的滤纸形状的平面过滤器。另一种是将无纺布缠绕于圆筒核等而成的管状过滤器。关于这样的管状过滤器，一般而言，多以一端或两端不会漏液的方式施加加工，此外多以容纳于盒中的形态进行处理。通常，在工业使用中，优选使用容纳于盒中的、盒状的立体过滤器或管状过滤器。这是因为，其过滤面积大且操作性也优异。本发明的过滤方法可以使用它们之中的任意形状的过滤器。

关于本发明中使用的过滤器的过滤精度，可以按照要过滤的液体的种类、所包含的成分、应该去除的杂质的大小等来使用任意的过滤器。例如，为了高效地去除通常的半导体用研磨用浆料，过滤器的过滤精度优选为5μm以下，更优选为1μm以下，进一步优选为0.5μm以下，最优选为0.3μm以下。此时的过滤精度0.3μm定义为除去99.9%以上的平均粒径0.3μm以上的颗粒。

在本发明的过滤方法中，在过滤目标液体之前，需要对过滤器构件进行处理。该处理是通过将过滤器构件在填充有溶剂的密闭容器中进行减压处理而进行的。以下，有时将该处理称为“前处理”。认为通过这样的处理，过滤器构件中的细孔内存在的气体被去除、细孔内被润湿，其结果，从过滤刚开始后即可获得高过滤效率。

关于本发明的前处理，具体而言，是通过将过滤器构件封入填充有溶剂的密闭容器中，并对该密闭容器的内部进行减压而进行的。此时，优选过滤器构件的整体均接触溶剂。在过滤器构件并非整体接触溶剂时，未接触溶剂的部分实质上未进行前处理，该部分的过滤效率未得到改善。这样的未接触溶剂的部分越多则过滤效率的改善效果越小，因此优选过滤器构件的整体均接触溶剂。

在本发明的前处理中，减压条件优选为10kPa以下，更优选为5kPa以下。减压度过低时，本发明的效果无法充分发挥。另一方面，存在进行减压处理时的压力越低则本发明的效果越会显著发挥的倾向，但即使过度减压，不仅有时效果会饱和，实现低压力还需要过大的成本，因此需要注意。

另外，对进行减压处理的时间也没有特别限定，但时间过短时，本发明的效果无法充分发挥，因此优选为30秒以上，更优选为60秒以上。存在减压处理的时间越长则本发明的效果越会显著发挥的倾向，但即使过度延长减压处理的时间，不仅有时效果会饱和，生产效率有时也会降低，因此需要注意。

本发明的过滤方法所使用的溶剂与作为要过滤的液体的主要成分的溶剂为相同的溶剂。此处，在目标液体不是溶液而是分散液的情况下，通常将介质称为分散介质，但此处出于方便而将这样的分散介质也一起称为溶剂。

在液体例如为水性的研磨用浆料时，作为液体的主要成分的溶剂为水。在这种情况下，通过将过滤器构件封入填充有水的密闭容器中，并对该密闭容器的内部进行减压来进行前处理。如果溶剂为水时，例如可以使用蒸馏水、用离子交换树脂去除杂质离子后通过过滤器去除异物的纯水或超纯水、脱气水、其它任意的水。另外，由于溶剂根据要过滤的液体来进行适当的选择，因此没有特别限定，也可以是有机溶剂。在作为液体的主要成分的溶剂为混合溶剂时，也可以使用该混合溶剂。其中，作为目标液体的主要成分的溶剂为水时，本发明的效果会显著地显现。

进而，前处理所使用的溶剂在不损害本发明的效果的范围内还可包含任意的添加剂。例如，还可向溶剂中添加各种还原性脱氧剂、防腐剂、醇等。尤其是，优选使用有助于向过滤器的细孔中导入溶剂的公知的添加剂。

另外，前处理所使用的溶剂还可以包含要过滤的液体中包含的成分。即，要过滤的液体例如为水性的研磨用浆料时，除了主要成分即作为溶剂的水之外，还包含研磨材料颗粒、水溶性高分子化合物、作为pH调节剂的酸或碱、防腐剂、表面活性剂等各种主要成分。此时，本发明所使用的溶剂还可以包含这些成分。因此，可以将要过滤的研磨用浆料本身作为溶剂使用。

像这样，要过滤的液体与前处理所使用的溶剂的成分组成相近时，对过滤器进行减压处理后，过滤器中残存的溶剂的置换变得容易或无需置换，因此是优选的。尤其是，若以要过滤的液体作为溶剂来进行前处理，则前处理与液体的过滤可连续地进行，在液体的过滤开始时，目标液体不会混入成分不同的溶剂而成为不同的液体，因此过滤开始时的损失也会变少，因此是优选的。

在本发明中，前处理可以用任意的方法在任意的时间点实施。例如，在液体的制备工序的下游侧配管设置可作为密闭容器的独立的模块等，向该部分安装过滤器，在过滤所制备的液体之前，暂时向配管流通溶剂而使密闭容器充满溶剂，然后密闭，并进行减压处理时，不需要液体的过滤设备之外的前处理设备，前处理之后可连续地用于液体的过滤工序，因此是优选的。另外，进行了前处理的过滤器，只要不干燥则即使与空气接触也可发挥本发明的效果。因此，也可以事先准备可以使过滤器构件在溶剂中进行减压处理的专用装置，并准备多个已进行前处理的过滤器，根据需要来更换过滤器。根据这样的方法，不需要向配管流通与液体的制备工序的目标液体不同的溶剂，可连续地制备液体，因此是优选的。

另外，在本发明中，前处理还可与施加超声波、振动等物理冲击的方法组合。组合这些方法时，存在进一步明显地显现本发明的效果的倾向。考虑这是因为，如上所述的那样，过滤器的细孔中存在的空气通过组合这些方法而被更有效地去除。

本发明的过滤方法可在各种液状材料的制造中的任意阶段使用。进而，本发明所使用的未脱气液体与要过滤的液体的介质除了溶解气体不同以外均为相同成分，因此具有混入杂质等的可能性低、对所制造的液体的品质的影响小的优点。这样的本申请发明的过滤方法如上所述那样，优选用于制造分散有微粒的液体，尤其是优选用于制造研磨用浆料。

若使用各例子说明本发明，则如下所示。

[实施例1~7]

作为用于过滤液体的过滤器构件，准备全长约50cm的深度过滤器（过滤器尺寸：全长约50cm；外径约7cm；内径约2.8cm），按照下述所示的前处理条件，将其在填充有溶剂的密闭容器中进行减压处理。

前处理条件

减压处理时间：0.25分钟、0.5分钟、1分钟、2分钟、5分钟、30分钟或60分钟

减压条件：1.2kPa，或10kPa

减压装置：三菱电机FA产业机器株式会社制造VP-SD300V

溶剂：超纯水

接着，作为液体准备未脱气的超纯水，测定使用实施过前处理的过滤器用下述所示的条件过滤超纯水时的过滤效率（通过过滤器的液体的流速），从而进行了评价。

过滤条件

泵：LEVITRO Pump LEV300（IWAKI CO.,LTD.制造）

通水条件：转速2500rpm

[比较例1]

准备与实施例1同样的过滤器，将前处理条件中的减压条件变更为50kPa，实施了前处理。接着，用与实施例1相同的方法实施了评价。

[比较例2~3]

准备与实施例1同样的过滤器，分别仅对其实施了在超纯水或IPA中在大气压（101.325kPa）下浸渍的前处理。接着，用与实施例1相同的方法实施了评价。另外，在超纯水中浸渍的处理是通过将过滤器在超纯水中浸渍并静置1小时而进行的。另外，在IPA中浸渍的处理是将过滤器以2cm/秒的较慢的速度浸没于IPA中并静置60分钟后，将过滤器用纯水洗涤（5L/分钟，纯水500L以上）而进行的。

实施例1~8和比较例1~3的前处理条件以及所得评价结果如表1所示。

[表1]

从表1可知，相对于作为前处理将过滤器在填充有溶剂的密闭容器中进行减压处理的本发明的方法，在超纯水中浸渍的方法无法获得高过滤效率。另外，浸渍在IPA中的方法（比较例3）未观察到改良过滤效率的效果，而将过滤器中渗透的IPA置换为超纯水需要大量通水，用于此的处理时间以及处理成本增加，因此不是实用的。另外，即使极限压力高，通过增加处理时间存在过滤效率得到改善的倾向，但若增加处理时间则过滤处理整体的时间会变长。因此，可知极限压力优选为10kPa以下。

[实施例9和比较例4~5]

准备与实施例1仅过滤精度不同、材质以及形状相同的过滤器，在填充有超纯水的密闭容器中以1.2kPa进行了60分钟的减压处理。接着，作为要过滤的液体准备以13重量%的浓度包含平均粒径为30nm的气相二氧化硅的研磨用浆料，使用实施过前处理的过滤器按照下述所示的过滤条件进行过滤。此时，在过滤刚开始后、通液100L时、通液200L时、通液300L时测定过滤效率。另外，测定通入总计360L的研磨用浆料所需要的时间。

过滤条件

研磨用浆料通液加压：0.16MPa

泵：隔膜泵（Wilden Pump and Engineering Company制造）

另外，作为比较例4和5，对与实施例7同样的过滤器进行与比较例2和3同样的处理，进行了研磨用浆料的过滤。对比较例4和5也进行了与实施例7同样的评价。所得结果示于表2。

[表2]

从表2可知，在过滤研磨用浆料的情况下，与使用了作为前处理仅单纯地在溶剂中浸渍的过滤器的方法相比，将过滤器在填充有溶剂的密闭容器中进行减压处理的本发明的方法可以获得高过滤效率。另外，根据本发明的方法，在可实现与将过滤器浸渍在IPA时同等以上的过滤效率的基础上，在IPA中浸渍后所需要的水洗已不再需要或者变得容易，因此可改善制造工序的效率。

Claims (6)

1.一种液体的过滤方法，其特征在于，其为利用过滤器过滤液体的过滤方法，在用所述过滤器过滤所述液体之前，将所述过滤器在填充有作为所述液体的主要成分的溶剂的密闭容器中进行减压处理。

2.根据权利要求1所述的过滤方法，其中，所述减压处理条件为10kPa以下。

3.根据权利要求1或2所述的过滤方法，其中，所述液体为研磨用浆料。

4.根据权利要求1~3中任一项所述的过滤方法，其中，所述过滤器为疏水性过滤器。

5.根据权利要求1~4中任一项所述的过滤方法，其中，所述过滤器为无纺布类型的深度过滤器。

6.一种研磨用浆料的制造方法，其使用权利要求1~5中任一项所述的过滤方法。