CN109069963B - 喷嘴过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于从液体流过滤微粒的装置及方法。过滤器筒包含：外壳，其经配置以放置成与液体流同轴；及多个中空纤维过滤器构件，其安置于所述外壳内。中空纤维过滤器构件填装于所述外壳的一端处且经配置以经由表面能从所述液体流捕获微粒。所述过滤器筒可提供低压力损失过滤且能够放置于小空间内。

Description

喷嘴过滤器

背景技术

过滤经常导致从液体进料进入过滤器的点到所述液体从所述过滤器发出的点的非所要压降。当液体被迫通过过滤器介质时，其遇到介质的阻力，从而导致液体的减小流率。在(例如)其中避免压力累积在过滤器的上游或其中期望过滤前和后液体的连续流率的一些应用中，经由过滤器的高压降是非所要的。

一些微制造工艺(例如光刻)需要极清洁操作条件，包含从再循环蚀刻槽移除粒子。另外，归因于所生产的物件的复杂性和小尺寸，期望利用能够布置在小空间内的过滤设备。

发明内容

本发明涉及过滤的方法和用于从流体(例如液体或气流)移除微粒或污染物的过滤器筒或喷嘴。具体来说，本发明涉及可提供低压力损失过滤且能够放置在小空间内的过滤器筒或喷嘴。

过滤器筒的一个实施例包含：外壳，其经配置以放置成与液体或气体的流同轴；和多个中空纤维过滤器构件，其安置在所述外壳内。在某些方面中，中空纤维过滤器构件经配置以经由表面能从所述液体或气体的所述流捕获微粒。归因于中空纤维的敞开配置和经由非筛分保留的过滤，流体能够在无显著压力下降的情况下通过过滤器筒。

本发明还涉及一种过滤液体或气体进料的方法，所述方法包含引导液体或气体的流通过过滤器筒版本及在所述过滤器筒的中空纤维过滤器元件处捕获包含在液体或气体内的微粒。

附图说明

将从本发明的实例性实施例的以下更特定描述明白前文，如附图中所说明，其中相同元件符号是指不同视图中的相同零件。图式是为强化说明本发明的实施例，并不定按比例绘制。

图1是过滤器筒的透视图，其通过筒外壳的部分剖面图说明含在筒内的中空纤维。

图2是图1的筒的透视图，其中透明地说明外壳。

图3是与两个软管串联连接的过滤器筒的示意图。

具体实施方式

尽管本发明将参考其实例性实施例特定地展示且描述，但所属领域的技术人员应理解可在不会背离由所附权利要求书涵盖的本发明的范围的情况下对本发明中的形成及细节实行各种改变。

尽管描述各种组合物和方法，但应理解本发明不受限于所描述的特定分子、组合物、设计、方法或协议，这是因为这些分子、组合物、设计、方法或协议可改变。我们也应理解用于描述的术语仅是为了描述特定版本或若干版本，且不希望限制将仅由所附权利要求书限制的本发明的范围。

也必须注意，如本文及所附权利要求书中所使用，除非内文另有明确指示，否则单数形式“一个”和“所述”包含复数指涉物。因此，例如，对“中空纤维”的提及是指所属领域的技术人员已知的一或多个中空纤维元件及其等效物等等。除非本文另有规定，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有如所属领域的技术人员所共同理解的相同意义。类似或等效于本文所描述的方法和材料的方法和材料可用于本发明的版本的实践和测试。本文中提及的所有出版物的全部内容以引用的方式并入。本文中的任何内容均不被视为本发明不享有凭借先前发明使此揭示内容提前日期的准许。“任选”或“视情况”意谓随后描述的事件或情况可或可不发生，及描述包含其中事件发生的例项和其中事件未发生的例项。无论是否明确指示，本文中的所有数值可由术语“约”修饰。术语“约”大体上是指所属领域的技术人员将视为等效于所列举的值(即具有相同功能或结果)的数目的范围。在一些版本中，术语“约”是指所述值的±10％，在其它版本中，术语“约”是指所述值的±2％。

在图1和2中说明过滤器筒100的实例性版本。过滤器筒或喷嘴包含具有中空中心的外壳110。多个过滤器构件120安置在外壳110的中空中心内。外壳的形状可为(例如)圆柱形或管状，例如具有约5mm到约25mm的直径的管。例如，外壳可为具有约0.25英寸(6.35mm)、约0.5英寸(12.7mm)、约0.75英寸(19.1mm)或约1英寸(25.4mm)的直径的管。外壳110可包含位于筒100的一个端处的外表面周围的螺纹140，如图1和2所展示。或者，螺纹140可包含在外壳110的两端处。螺纹140可提供与其它元件(例如管路、配管、孔径规、工具或设备线或处理系统中的上游及下游的其它元件)的流体紧密连接。替代连接机制是可行的。例如，筒100可螺合、压入配合或焊接到其它元件。

外壳可由包含聚合物的材料形成。适合于外壳的聚合物的非限制性实例包含例如尼龙的聚酰胺、例如全氟烷氧基树脂(PFA)的含氟聚合物和例如聚乙烯(PE)的聚烯烃。外壳可具有能够放置在设备线中的小空间内的长度。例如，在某些实施例中外壳可具有约10mm到约1000mm的长度。

过滤器构件120可为在两端敞开的中空纤维。如图1和2中所展示，中空纤维过滤器构件120具有约等于外壳110的长度的长度，使得过滤器构件120从筒100的第一端112延伸到筒100的第二端114。或者，中空纤维过滤器构件可仅在筒的长度的一部上分上延伸。在进一步替代版本中，筒内的个别中空纤维过滤器构件的长度可为不同长度。例如，一些或所有中空纤维过滤器构件120可具有约外壳110的长度的一半、三分之二或四分之三的长度。或者，所有中空纤维过滤器构件可具有约等于外壳的长度的长度(例如从约10mm到约1000mm)，其中一些中空纤维构件比其它中空纤维构件稍长(例如稍长约1mm到约5mm)以提供额外表面积。

在一些实施例中，中空纤维过滤器构件120可使用填装材料130填装在外壳110中。如图1中所描绘，填装材料130可仅包含在筒的一个端处以改进或增强筒内的气体释放。或者，填装材料可包含在筒内的额外位置处或任一端处，这取决于外壳的选定构造。填装材料130可为聚烯烃、含氟聚合物、聚酰胺或类似材料。填装材料130可将中空纤维过滤器构件固定在外壳110内。例如，通过使过滤器构件120彼此固定且在筒100的一个端处固定到外壳110，填装材料130可防止过滤器构件在外壳内移位或屈曲，其可阻碍流体或气体流经筒。另外，填装材料130可用以密封围绕中空纤维过滤器元件的空间使其不会接触液体或气体流，使得液体或气体经引导流经过滤器元件的中空内部空间而不是沿着过滤器元件的外表面流动。

过滤器筒可经配置以放置成与液体或气体的流或流动同轴，如图3中所说明。过滤器筒300位于管350、360之间。在筒300的第一端处，螺纹340与管350的对应螺纹342接合。在筒300的第二端处，外壳310经配置以压入配合在管360的对应区段344内。尽管在图3中说明过滤器筒300的一个端螺合到管350且一个端压入配合到管360中，但连接类型的替代配置是可行的。例如，过滤器筒300可压入配合在两端处，或在两端处焊接到管350、360。或者，过滤器筒300的一个端可焊接到管350，其中筒的另一端压入配合或螺合在管360。过滤器筒300可经配置以与管350和360固定地耦合，使得流体紧密连接形成。

过滤器筒100、300可放置在处理系统(例如用于清洁光致抗蚀剂组合物的再循环系统)中的液体或气体的正常流动路径内。例如，过滤器筒100、300可插入管路或配管的区段中，使得通过筒的液体的流动路径保持大致与通过所连接的管路或配管的液体的流动路径成线性关系。当液体进入筒100、300时，其平行通过在两端上敞开的中空纤维过滤器元件120、320。

液体内的微粒可由中空纤维过滤器元件120、320经由非筛分保留机制捕获。如本文所使用，“非筛分保留机制”是指由不与过滤器或中空纤维的压降或起泡点有关的机制(例如拦截、扩散、吸附或其组合)发生的保留。例如，微粒可由中空纤维(例如形成中空纤维的聚合物隔膜的(若干)暴露极性基团)到内表面处的表面能捕获。归因于中空纤维的敞开配置和经由非筛分保留的过滤，液体能够在没有显著压力下降的情况下通过过滤器筒100、300。因此，滤器筒100、300提供低压力损失过滤，其使得液体能够在无需额外加压的情况下在过滤器下游使用。低压力损失过滤对于再循环蚀刻槽是尤其有用的，其通常需要快速槽翻转。例如，在一个版本中，过滤器筒100、300提供约1kPa或更小的压力损失。

在过滤器筒的实例性版本中，中空纤维过滤器构件120、320由非筛分隔膜形成。如本文所使用，“非筛分隔膜”是指捕获粒子或经优化以主要经由非筛分保留机制(包含(例如)吸附、拦截、扩散或其组合)捕获粒子的隔膜。粒子吸附到隔膜表面可由(例如)分子间范德华(Van der Waals)力和静电力作为媒介。当行进通过隔膜的粒子无法足够快地改变方向以避免与所述隔膜接触时发生拦截。归因于扩散到粒子输送由主要小粒子的随机或布朗(Brownian)运动引起，其产生粒子将与过滤器介质碰撞的特定概率。

在过滤器筒的实例性版本中，中空纤维过滤器构件120、320由具有位于聚合物的主链或侧链处的极性基的聚合物材料形成。例如，中空纤维过滤器构件可由聚酰胺、聚酰亚胺、多酮、聚酯或其组合形成。位于聚合物材料的主链或侧链处的极性基团能够通过粒子吸附机制捕获带电粒子或微粒。分子内范德华(Van der Waals)力和粒子之间的吸引静电相互作用且中空纤维隔膜的内表面可提供粒子到隔膜表面的输送。因此，当液体行进穿过中空纤维过滤器构件时可从液体移除粒子。

例如，过滤器筒的版本包含由聚酰胺(例如尼龙6)形成且具有正电荷密度的中空纤维过滤器构件。粒子(例如金属胶体和有机聚合物凝胶)可带负电荷。当粒子行进通过中空纤维过滤器构件时，可发生吸附，借此从液流移除粒子。在过滤器筒的其它版本中，中空纤维过滤器构件与粒子之间的电荷相互作用可反转。例如，过滤器构件可具有负电荷密度且粒子可带正电荷。

除吸引静电相互作用外，拦截机构和扩散机构也可用以捕获且保留中空纤维过滤器构件120、320内的粒子。隔膜与粒子之间不存在斥力(例如将与相同电荷相互作用(即正-正相互作用或负-负相互作用)，或其中隔膜及/或粒子携带中性-零电荷)，粒子可由隔膜通过隔膜接触或碰撞而捕获。

在一些方面中，过滤器筒的版本可具有约20％、约30％、约50％或约60％到约65％、约75％、约85％或约90％的百分比保留率。“百分比保留”(如本文所使用)是指由放置在流体流的路径中的过滤构件从所述流体流移除的粒子的百分比。可使用(例如)金纳米粒子或纳米大小小珠评估非筛分百分比保留。纳米大小荧光聚苯乙烯乳胶(PSL)小珠可用以利用中国上海的中国半导体展(Semicon China)的肖耀武(Yaowu,Xiao)等人在2009年3月19日到20日的“通过荧光光谱学的亚30纳米粒子保留测试(Sub-30nm Particle RetentionTest by Fluorescence Spectroscopy)”(其内容的全文以引用的方式并入本文中)中揭示的方法和材料测量本发明的过滤器构件和微孔隔膜的百分比保留。在本发明的一些版本中，荧光纳米粒子是G25粒子。G25粒子由列举25纳米的粒子的标称直径的杜克科技(DukeScientific)分布。但是，可使用在25纳米到30纳米的范围内的粒子(在一些情况中是21纳米到24纳米)。用以估计过滤器构件的荧光粒子单层覆盖率的百分比可介于1％与30％间，不过也可使用其它百分比单层覆盖率。

尽管已相对于一或多个实施方案展示且描述本发明，但所属领域的技术人员将基于本说明书及附图的阅读和理解想起等效替代及修改。本发明包含所有此类修改和替代且仅由所附权利要求书的范围限制。另外，尽管本发明的特定特征或方面可仅相对于若干实施方案的一者揭示，但此特征或方面可与其它实施方案的一或多个其它特征或方面组合，如对于任何给定或特定应用可为期望或有利的。此外，到术语“包含”、“具有”、“含”或其变体用于具体实施方式或权利要求书中的程度，此类术语希望依类似于术语“包括”的方式具包含性。另外，术语“例示性”仅表示实例而非最佳的。也应了解为简化及易于理解，本文所描绘的特征及/或元件经说明为具有相对于彼此的特定尺寸及/或定向，且实际尺寸及/或定向可大体上不同于本文所说明的尺寸及/或定向。

尽管已参考本发明的特定版本以大量细节描述本发明，但其它版本是可行的。因此，所附权利要求书的精神及范围不应受限于包含在本说明书内的描述和版本。

本文所列举所有专利、公开申请案及参考的教示的全部内容以引用的方式并入。

Claims (10)

1.一种过滤器筒，其包括：

外壳，其经配置以放置成与液体或气体的流同轴；及

多个中空纤维过滤器构件，其安置在所述外壳内，所述中空纤维过滤器构件经配置以通过非筛分保留机制以1kPa或更小的压力损失从液体或气体的所述流捕获微粒；

填装材料，包含在所述过滤器筒的一个端处，所述填装材料经配置以密封围绕所述中空纤维过滤器构件的空间以避免液体或气体的所述流沿着所述中空纤维过滤器构件的外表面流动；

其中所述中空纤维过滤器构件填装在所述外壳中使得液体或气体的所述流经引导行进通过所述中空纤维过滤器构件的内部空间，如此使得液体或气体经引导流经所述中空纤维过滤器构件的中空内部空间而不是沿着所述中空纤维过滤器构件的所述外表面流动。

2.根据权利要求1所述的过滤器筒，其中所述非筛分保留机制包括吸附、拦截、扩散或其组合。

3.根据权利要求1或2所述的过滤器筒，其中所述外壳是圆柱形的且具有约5mm到约25mm的直径。

4.根据权利要求1或2所述的过滤器筒，其中所述外壳的一个或多个端经螺合、压入配合或焊接到连接构件。

5.根据权利要求1或2所述的过滤器筒，其中所述外壳具有约10mm到约1000mm的长度。

6.根据权利要求1或2所述的过滤器筒，其中所述中空纤维过滤器构件使用包括聚烯烃、聚酰胺、含氟聚合物或其组合的所述填装材料填装。

7.根据权利要求1或2所述的过滤器筒，其中所述中空纤维过滤器构件由具有位于所述聚合物的主链或侧链处的极性基团的聚合物材料形成。

8.根据权利要求7所述的过滤器筒，其中所述聚合物包括聚酰胺、聚酰亚胺、多酮、聚酯或其组合。

9.根据权利要求1所述的过滤器筒，其中所述筒经配置以提供约20％到约90％的百分比保留率。

10.一种过滤液体或气体进料的方法，其包括：

引导液体或气体的流通过根据权利要求1所述的过滤器筒；及在所述中空纤维过滤器元件处捕获包含在所述液体或气体内的微粒。

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