CN112933988A - 过滤装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种过滤装置，包括：壳体，底层过滤膜和主过滤膜。壳体围绕形成内部空间。底层过滤膜将内部空间分割成底部空间和顶部空间。主过滤膜设置在顶部空间内且主过滤膜将顶部空间分割成顶部膜内空间和顶部膜外空间。进液管穿过壳体的顶部表面、顶部膜外空间和底层过滤膜实现和底部空间连通。磁场装置设置在底部空间外的壳体外周，磁场装置在底部空间形成均匀磁场以及在顶部空间中形成非均匀磁场，磁场装置形成的磁场分布使进液管中被过滤液体中的金属杂质受磁力作用而沉积在底部空间中，实现对被过滤液体的磁选分离过滤。本发明还提供一种过滤方法。本发明能进一步提高过滤效果特别是对金属杂质的过滤效果。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路的制造领域，特别是涉及一种过滤装置(Filter)。本发明还涉及一种过滤方法。
背景技术
大多数金属离子对半导体器件的性能有害，光刻胶直接与晶圆接触，其中的金属含量必须低于规定的数值。随着技术节点的缩小，对光刻胶中金属含量和颗粒数的要求也在不断提高。光阻喷涂到晶圆表面之前会经过过滤器的处理，把光阻即光刻胶本身以及管路各单元所引入的金属离子过滤掉。主流的Filter为囊式过滤器，采用折叠式滤膜对液体进行过滤，滤膜孔径决定过滤器的能力。降低滤膜孔径尺寸和使用具有更强吸附能力的材料是过滤器发展的两个主要方向。如何在降低滤膜孔径尺寸和使用具有更强吸附能力的材料之外进一步提高过滤效果，则本申请人所研究的主要课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种过滤装置，能进一步提高过滤效果特别是对金属杂质的过滤效果。为此，本发明还提供一种过滤方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的过滤装置，包括：壳体，底层过滤膜和主过滤膜。
所述壳体围绕形成内部空间。
所述底层过滤膜将所述内部空间分割成底部空间和顶部空间。
所述主过滤膜设置在所述顶部空间内且所述主过滤膜将所述顶部空间分割成顶部膜内空间和顶部膜外空间。
进液管穿过所述壳体的顶部表面、所述顶部膜外空间和所述底层过滤膜实现和所述底部空间连通。
所述进液管具有注入口，所述注入口位于所述壳体的顶部表面之上，所述进液管的底部开口和所述底部空间相连通，所述进液管的所述注入口和底部开口之间的区域为密封结构。
在所述主过滤膜的顶部设置有主排液管，所述主排液管底部穿过所述主过滤膜并和所述顶部膜内空间连通，所述主排液管的顶部穿过所述壳体的顶部表面并在所述壳体的顶部表面之上形成主排出口。
磁场装置设置在所述底部空间外的所述壳体外周，所述磁场装置在所述底部空间形成均匀磁场以及在所述顶部空间中形成非均匀磁场，所述磁场装置形成的磁场分布使所述进液管中被过滤液体中的金属杂质受磁力作用而沉积在所述底部空间中，实现对所述被过滤液体的磁选分离过滤。
进一步的改进是，过滤装置还包括次排液管，所述次排液管穿过所述壳体的顶部表面、所述顶部膜外空间和所述底层过滤膜实现和所述底部空间连通。
所述次排液管具有次排出口，所述次排出口位于所述壳体的顶部表面之上，所述次排液管的底部开口和所述底部空间相连通，所述次排液管的所述注入口和底部开口之间的区域为密封结构；所述次排出口为常闭结构。
进一步的改进是，在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量达到规定值以上时，所述次排出口打开以排出部分位于所述底部空间中的所述被过滤液体从而实现金属杂质排出。
进一步的改进是，在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量的规定值通过杂质排出时间间隔确定，所述杂质排出时间间隔为0.5h～24h。
进一步的改进是，所述杂质排出时间间隔为10h。
进一步的改进是，所述磁场装置包括环绕在所述底部空间外的所述壳体外周的电磁线圈。
进一步的改进是，所述磁场装置在所述底部空间形成均匀磁场的大小为0.1T～10T。
进一步的改进是，所述被过滤液体包括有机材料和去离子水，所述有机材料中包括溶剂和溶质。
进一步的改进是，所述有机材料包括光刻胶。
为解决上述技术问题，本发明提供的过滤方法包括如下步骤：
步骤一、所述被过滤液体从所述注入口注入到所述进液管中并通过所述进液管注入到所述底部空间。
步骤二、在所述被过滤液体注入过程中，所述磁场装置提供的非均匀磁场对所述进液管中的所述被过滤液体的金属杂质产生磁力并将所述金属杂质沉积在所述底部空间中，实现对所述被过滤液体的磁选分离过滤。
步骤三、所述底部空间注满所述被过滤液体后，所述被过滤液体通过所述底层过滤膜过滤并进入到所述顶部膜外空间。
步骤四、所述顶部膜外空间中的所述被过滤液体通过所述主过滤膜过滤并进入到所述顶部膜内空间。
步骤五、所述顶部膜内空间中的所述被过滤液体进入到所述主排液管并通过所述主排出口排出。
进一步的改进是，所述过滤装置还包括次排液管，所述次排液管穿过所述壳体的顶部表面、所述顶部膜外空间和所述底层过滤膜实现和所述底部空间连通。
所述次排液管具有次排出口，所述次排出口位于所述壳体的顶部表面之上，所述次排液管的底部开口和所述底部空间相连通，所述次排液管的所述注入口和底部开口之间的区域为密封结构；所述次排出口为常闭结构。
进一步的改进是，在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量达到规定值以上时，所述次排出口打开以排出部分位于所述底部空间中的所述被过滤液体从而实现金属杂质排出。
进一步的改进是，在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量的规定值通过杂质排出时间间隔确定，所述杂质排出时间间隔为0.5h～24h。
进一步的改进是，所述磁场装置包括环绕在所述底部空间外的所述壳体外周的电磁线圈。
进一步的改进是，所述磁场装置在所述底部空间形成均匀磁场的大小为0.1T～10T。
进一步的改进是，所述被过滤液体包括有机材料和去离子水，所述有机材料中包括溶剂和溶质。
进一步的改进是，所述有机材料包括光刻胶。
本发明在和现有过滤装置相类似的主过滤膜的基础上增加了底层过滤膜，底层过滤膜将内部空间进一步分割为底部空间和顶部空间，进液管直接和底部空间连通，被过滤液体需先进入到底部空间再通过底层过滤膜进入到顶部空间；在设置底层过滤膜的基础上，本发明进一步设置了磁场装置，通过磁场装置设置磁场分布包括在底部空间形成均匀尺寸以及在顶部空间形成非均匀磁场，这种磁场分布能使进液管中的被过滤液体中的金属杂质受到磁力作用而沉积在底部空间中，从而实现对被过滤液体的磁选分离过滤，所以本发明能在和现有过滤相类似的主过滤膜过滤的基础上，增加磁选分离过滤，同时和增加了一层底层过滤膜的过滤，其中磁选分离过滤和过滤膜的孔径尺寸和材料的吸附能力无关，故本发明能进一步提高过滤效果特别是对金属杂质的过滤效果。
在半导体集成电路制造领域中，光刻胶的过滤很重要，采用本发明装置后能提高对光刻胶的过滤效果，能很好的去除光刻胶中的金属离子杂质，从而能降低产品上缺陷产生的可能性。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例过滤装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例过滤装置的结构示意图，本发明实施例过滤装置，包括：壳体1，底层过滤膜2和主过滤膜3。
所述壳体1围绕形成内部空间。
所述底层过滤膜2将所述内部空间分割成底部空间和顶部空间。
所述主过滤膜3设置在所述顶部空间内且所述主过滤膜3将所述顶部空间分割成顶部膜内空间和顶部膜外空间。
进液管5穿过所述壳体1的顶部表面、所述顶部膜外空间和所述底层过滤膜2实现和所述底部空间连通。
所述进液管5具有注入口，所述注入口位于所述壳体1的顶部表面之上，所述进液管5的底部开口和所述底部空间相连通，所述进液管5的所述注入口和底部开口之间的区域为密封结构。
在所述主过滤膜3的顶部设置有主排液管6，所述主排液管6底部穿过所述主过滤膜3并和所述顶部膜内空间连通，所述主排液管6的顶部穿过所述壳体1的顶部表面并在所述壳体1的顶部表面之上形成主排出口。
磁场装置4设置在所述底部空间外的所述壳体1外周，所述磁场装置4在所述底部空间形成均匀磁场以及在所述顶部空间中形成非均匀磁场，所述磁场装置4形成的磁场分布使所述进液管5中被过滤液体中的金属杂质受磁力作用而沉积在所述底部空间中，实现对所述被过滤液体的磁选分离过滤。
过滤装置还包括次排液管7，所述次排液管7穿过所述壳体1的顶部表面、所述顶部膜外空间和所述底层过滤膜2实现和所述底部空间连通。
本发明实施例中，所述次排液管7具有次排出口，所述次排出口位于所述壳体1的顶部表面之上，所述次排液管7的底部开口和所述底部空间相连通，所述次排液管7的所述注入口和底部开口之间的区域为密封结构；所述次排出口为常闭结构。
在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量达到规定值以上时，所述次排出口打开以排出部分位于所述底部空间中的所述被过滤液体从而实现金属杂质排出。
在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量的规定值通过杂质排出时间间隔确定，所述杂质排出时间间隔为0.5h～24h。较佳选择为，所述杂质排出时间间隔为10h。
所述磁场装置4包括环绕在所述底部空间外的所述壳体1外周的电磁线圈。所述磁场装置4在所述底部空间形成均匀磁场的大小为0.1T～10T。较佳为，所述磁场装置4在所述底部空间形成均匀磁场的大小为1T。
本发明实施例中，所述被过滤液体为光刻胶，所述光刻胶由包括溶剂和溶质的有机材料组成。在其他实施例中，所述被过滤液体也能为其他有机材料或者为去离子水。
如标记101对应的虚线箭头线所示，所述被过滤液体会从所述进液管5的注入口注入并通过所述进液管5直接流到所述底层过滤膜2之下的底部空间中；在所述磁场装置4形成磁场分布的作用下，所述金属杂质会受到磁力的作用，而且这种所述金属杂质所受到的磁力大于流体对杂质的压力即扩散力，故所述金属杂质会沉积在所述底部空间；所述金属杂质沉积原理对应于磁选分离。
所述被过滤液体在所述底部空间填满后会通过所述底层过滤膜2过滤到所述顶部膜外空间中，如标记102对应的虚线箭头线所示。
之后，所述顶部膜外空间中的所述被过滤液体会通过所述主过滤膜3过滤到所述顶部膜内空间中，如标记103对应的虚线箭头线所示。
位于所述顶部膜内空间中的所述被过滤液体都经过了过滤，最后从所述主排液管6的主排出口排出，如标记104对应的虚线箭头线所示。
由于所述底部空间中沉积的所述金属杂质会越积越多，故在经过一段所述杂质排出时间间隔后，所述次排液管7的次排出口会打开从而将部分所述底部空间的所述被过滤液体排出，使所述底部空间的所述金属杂质浓度降低，如标记105对应的虚线箭头线所示。
本发明实施例在和现有过滤装置相类似的主过滤膜3的基础上增加了底层过滤膜2，底层过滤膜2将内部空间进一步分割为底部空间和顶部空间，进液管5直接和底部空间连通，被过滤液体需先进入到底部空间再通过底层过滤膜2进入到顶部空间；在设置底层过滤膜2的基础上，本发明实施例进一步设置了磁场装置4，通过磁场装置4设置磁场分布包括在底部空间形成均匀尺寸以及在顶部空间形成非均匀磁场，这种磁场分布能使进液管5中的被过滤液体中的金属杂质受到磁力作用而沉积在底部空间中，从而实现对被过滤液体的磁选分离过滤，所以本发明能在和现有过滤相类似的主过滤膜3过滤的基础上，增加磁选分离过滤，同时和增加了一层底层过滤膜2的过滤，其中磁选分离过滤和过滤膜的孔径尺寸和材料的吸附能力无关，故本发明实施例能进一步提高过滤效果特别是对金属杂质的过滤效果。
在半导体集成电路制造领域中，光刻胶的过滤很重要，采用本发明实施例装置后能提高对光刻胶的过滤效果，能很好的去除光刻胶中的金属离子杂质，从而能降低产品上缺陷产生的可能性。
本发明实施例中采用了磁选分离技术，磁选分离技术应用于工业生产的很多方面，物质均具有磁性，仅磁性表现不同。光阻中主要物质为有机材料，包括溶剂和溶质，具有抗磁性，而光阻中的大部分金属离子杂质具有顺磁性。磁性的差异导致两者在非均匀磁场中受力不同，从而可以实现对两者的分离。本发明实施例把强磁场和过滤膜结合，在保证过滤膜过滤效果不变的情况下，通过磁选分离实现对光阻即光刻胶中金属离子等杂质的分离，进一步提高了过滤装置的过滤能力。对于本发明实施例中对应的磁选分离的原理，现说明如下：
假设光阻中金属粒子即金属杂质所对应的杂质截面积为A，其在非均匀磁场中受到的作用力如式(1)所示：
其中，F表示所述金属杂质所受到的磁力，K为所述金属杂质的体积磁化率，K0为所述光阻本身的介质如溶剂和溶质的体积磁化率，H为Filter底部即所述底部空间的磁场强度，H0为所述进液管5的注入口位置磁场强度。光阻中的溶剂和主要溶质均为有机物，其体积磁化率相近，可以认为光阻中的有机物受磁力影响较小，接近于0。金属杂质为顺磁性物质，K和K0正负值不同，因此所受磁力较大。
所述金属杂质以铝离子为例，铝离子K为2.2x10-5；光阻中有机溶剂和有机溶质磁化率约-1.0x10-5，在所述底层过滤膜2上方还未进入底部均匀磁场区域的铝离子杂质会受到非均匀磁场对其产生的磁力。为了方便计算不考虑溶剂的磁化率，并假设磁场强度最低处为0，则铝离子所受磁力可简化为式(2)：
一个半径为10nm的球型铝离子杂质在中心强度为1T的磁场中所受磁力为3.5x10-10N。相对于该磁力，大小为8.3x10-20N的重力可以忽略不计。流体对杂质的压力约为3.1x10-12N。
本发明实施例过滤方法包括如下步骤：
步骤一、如标记101对应的虚线箭头线所示，所述被过滤液体从所述注入口注入到所述进液管5中并通过所述进液管5注入到所述底部空间。
步骤二、在所述被过滤液体注入过程中，所述磁场装置4提供的非均匀磁场对所述进液管5中的所述被过滤液体的金属杂质产生磁力并将所述金属杂质沉积在所述底部空间中，实现对所述被过滤液体的磁选分离过滤。
步骤三、如标记102对应的虚线箭头线所示，所述底部空间注满所述被过滤液体后，所述被过滤液体通过所述底层过滤膜2过滤并进入到所述顶部膜外空间。
步骤四、如标记103对应的虚线箭头线所示，所述顶部膜外空间中的所述被过滤液体通过所述主过滤膜3过滤并进入到所述顶部膜内空间。
步骤五、如标记104对应的虚线箭头线所示，所述顶部膜内空间中的所述被过滤液体进入到所述主排液管6并通过所述主排出口排出。
所述过滤装置还包括次排液管7，所述次排液管7穿过所述壳体1的顶部表面、所述顶部膜外空间和所述底层过滤膜2实现和所述底部空间连通。
所述次排液管7具有次排出口，所述次排出口位于所述壳体1的顶部表面之上，所述次排液管7的底部开口和所述底部空间相连通，所述次排液管7的所述注入口和底部开口之间的区域为密封结构；所述次排出口为常闭结构。
如标记105对应的虚线箭头线所示，在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量达到规定值以上时，所述次排出口打开以排出部分位于所述底部空间中的所述被过滤液体从而实现金属杂质排出。
在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量的规定值通过杂质排出时间间隔确定，所述杂质排出时间间隔为0.5h～24h。较佳为，所述杂质排出时间间隔为1h。
所述磁场装置4包括环绕在所述底部空间外的所述壳体1外周的电磁线圈。所述磁场装置4在所述底部空间形成均匀磁场的大小为0.1T～10T。较佳为，所述磁场装置4在所述底部空间形成均匀磁场的大小为1T。
本发明实施例方法中，所述被过滤液体为光刻胶，所述光刻胶由包括溶剂和溶质的有机材料组成。在其他实施例方法中，所述被过滤液体也能为其他有机材料或者为去离子水。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (17)
1.一种过滤装置，其特征在于，包括：壳体，底层过滤膜和主过滤膜；
所述壳体围绕形成内部空间；
所述底层过滤膜将所述内部空间分割成底部空间和顶部空间；
所述主过滤膜设置在所述顶部空间内且所述主过滤膜将所述顶部空间分割成顶部膜内空间和顶部膜外空间；
进液管穿过所述壳体的顶部表面、所述顶部膜外空间和所述底层过滤膜实现和所述底部空间连通；
所述进液管具有注入口，所述注入口位于所述壳体的顶部表面之上，所述进液管的底部开口和所述底部空间相连通，所述进液管的所述注入口和底部开口之间的区域为密封结构；
在所述主过滤膜的顶部设置有主排液管，所述主排液管底部穿过所述主过滤膜并和所述顶部膜内空间连通，所述主排液管的顶部穿过所述壳体的顶部表面并在所述壳体的顶部表面之上形成主排出口；
磁场装置设置在所述底部空间外的所述壳体外周，所述磁场装置在所述底部空间形成均匀磁场以及在所述顶部空间中形成非均匀磁场，所述磁场装置形成的磁场分布使所述进液管中被过滤液体中的金属杂质受磁力作用而沉积在所述底部空间中，实现对所述被过滤液体的磁选分离过滤。
2.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于：过滤装置还包括次排液管，所述次排液管穿过所述壳体的顶部表面、所述顶部膜外空间和所述底层过滤膜实现和所述底部空间连通；
所述次排液管具有次排出口，所述次排出口位于所述壳体的顶部表面之上，所述次排液管的底部开口和所述底部空间相连通，所述次排液管的所述注入口和底部开口之间的区域为密封结构；所述次排出口为常闭结构。
3.如权利要求2所述的过滤装置，其特征在于：在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量达到规定值以上时，所述次排出口打开以排出部分位于所述底部空间中的所述被过滤液体从而实现金属杂质排出。
4.如权利要求3所述的过滤装置，其特征在于：在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量的规定值通过杂质排出时间间隔确定，所述杂质排出时间间隔为0.5h～24h。
5.如权利要求4所述的过滤装置，其特征在于：所述杂质排出时间间隔为10h。
6.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于：所述磁场装置包括环绕在所述底部空间外的所述壳体外周的电磁线圈。
7.如权利要求1或6所述的过滤装置，其特征在于：所述磁场装置在所述底部空间形成均匀磁场的大小为0.1T～10T。
8.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于：所述被过滤液体包括有机材料和去离子水，所述有机材料中包括溶剂和溶质。
9.如权利要求8所述的过滤装置，其特征在于：所述有机材料包括光刻胶。
10.如权利要求1所述的过滤装置的过滤方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、所述被过滤液体从所述注入口注入到所述进液管中并通过所述进液管注入到所述底部空间；
步骤二、在所述被过滤液体注入过程中，所述磁场装置提供的非均匀磁场对所述进液管中的所述被过滤液体的金属杂质产生磁力并将所述金属杂质沉积在所述底部空间中，实现对所述被过滤液体的磁选分离过滤；
步骤三、所述底部空间注满所述被过滤液体后，所述被过滤液体通过所述底层过滤膜过滤并进入到所述顶部膜外空间；
步骤四、所述顶部膜外空间中的所述被过滤液体通过所述主过滤膜过滤并进入到所述顶部膜内空间；
步骤五、所述顶部膜内空间中的所述被过滤液体进入到所述主排液管并通过所述主排出口排出。
11.如权利要求10所述的过滤方法，其特征在于：所述过滤装置还包括次排液管，所述次排液管穿过所述壳体的顶部表面、所述顶部膜外空间和所述底层过滤膜实现和所述底部空间连通；
所述次排液管具有次排出口，所述次排出口位于所述壳体的顶部表面之上，所述次排液管的底部开口和所述底部空间相连通，所述次排液管的所述注入口和底部开口之间的区域为密封结构；所述次排出口为常闭结构。
12.如权利要求11所述的过滤方法，其特征在于：在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量达到规定值以上时，所述次排出口打开以排出部分位于所述底部空间中的所述被过滤液体从而实现金属杂质排出。
13.如权利要求12所述的过滤方法，其特征在于：在所述底部空间沉积的所述金属杂质数量的规定值通过杂质排出时间间隔确定，所述杂质排出时间间隔为0.5h～24h。
14.如权利要求10所述的过滤方法，其特征在于：所述磁场装置包括环绕在所述底部空间外的所述壳体外周的电磁线圈。
15.如权利要求10或14所述的过滤方法，其特征在于：所述磁场装置在所述底部空间形成均匀磁场的大小为0.1T～10T。
16.如权利要求10所述的过滤方法，其特征在于：所述被过滤液体包括有机材料和去离子水，所述有机材料中包括溶剂和溶质。
17.如权利要求16所述的过滤方法，其特征在于：所述有机材料包括光刻胶。
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