JP2008272753A - フィルタカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】異物を含有する流体から、濾過の運転圧力を上昇させずに、異物を容易に除去できるフィルタカートリッジが提供する。
【解決手段】プリーツ化されたフィルタパック１０を備え、フィルタパック１０が孔径が互いに異なる濾過媒体を複数層有し、少なくとも一つの前記濾過媒体は親水性の濾過媒体で、親水性の濾過媒体が非対称構造を有し、濾過の運転圧力を低減しつつ、異物の含有量が少ない流体を得るフィルタカートリッジとなる。
【選択図】図１

Description

［発明の背景］
フィルタカートリッジは、濾過性能に優れており、取り扱いが容易であることから、種々の業種において、異物を含有する流体から異物を除去するために用いられている。流体に含有される異物の種類や粒径に応じて種々のタイプのフィルタカートリッジが使用されている。

フィルタカートリッジに備えられるフィルタには種々のものがあるが、フォトレジストの異物除去用として、ポリオレフィン膜、ＰＴＦＥ膜（ポリテトラフルオロエチレン）などの疎水性の濾過媒体が用いられている。

フォトレジストにおける異物の例としては、金属分などの本質的に固体である固形状成分とポリマーを主成分とする難溶性成分を含む。このような異物がフォトレジスト中に残存すると、これらの異物を核としてゲル状物質が形成される。フォトレジストに異物が残存すると橋掛け欠陥（bridging defect）の原因となる。現在、リソグラフィーの分野において、一層の微細化が進められているため、フォトレジスト中の異物の量を一層低減することが求められている。

最近、このようなフォトレジストの異物のうち、粒径の小さい難溶性成分の除去に、ナイロン膜が有効であることが分かってきている（非特許文献１）。
T.Umeda, M.Momota, N.Iguchi, S.Tsuzuki, " Research ofappropriate filter membrane for reducing defects of ArF lithography,"FUJIFILM Interface, Oct. 2005.

［発明の概要］
しかしながら、上述のような、従来のフィルタカートリッジを用いる場合、粒径の小さい異物と難溶性成分を十分に除去することができない。また、粒径の小さい異物を除去するために、濾過膜の孔径を更に小さくすることは、ひとつ以上の膜の目詰まり、濾過の運転圧力の上昇、ポンプの過負荷などの問題の原因となる。

本発明の一実施形態に基づいて、異物を含有する流体から、濾過の運転圧力を上昇させずに、異物を容易に除去できるフィルタカートリッジが提供される。

一実施形態に係るフィルタカートリッジは、プリーツ化されたフィルタパックを備え、フィルタパックは、孔径が互いに異なる濾過媒体（media）を複数層有し、少なくとも一つの濾過媒体は親水性の濾過媒体である。ある実施形態では、フィルタカートリッジは孔径が互いに異なる複数の積層された濾過媒体を有する。

フィルタパックは、孔径が互いに異なる複数の濾過媒体が積層されているため、粒径の大きい異物を上流側の濾過媒体で除去し、粒径の小さい異物を下流側の濾過媒体で除去することができる。したがって、濾過媒体の目詰まりによる濾過の運転圧力の上昇を低減することができる。また、親水性の濾過媒体は、同じ孔径を有する疎水性の濾過媒体よりも小さい難溶性成分を捕捉することができる。この理由は、特定のメカニズムに限定されることなく、親水性の濾過媒体が流体に含まれる難溶性成分を吸着して除去するためであると、本発明者らは考えている。したがって、疎水性の濾過媒体のみを備えるフィルタカートリッジを用いる場合に比べて、濾過の運転圧力を上昇させずに、粒径の小さい難溶性成分を除去して、異物の残存量の少ない流体を得ることができる。これによって、ゲル状物質の生成が十分に抑制された流体を得ることができる。

本発明のフィルタカートリッジは、親水性の濾過媒体が、ナイロン膜、ポリフッ化ビニリデン膜、ポリエーテルスルホン膜、ポリアリルスルホン膜及びポリビニルアルコール膜からなる群から選ばれるいずれかの膜であることが好ましい。このようなフィルタカートリッジを用いて濾過することによって、一層異物の含有量が少ない流体を得ることができる。

本発明のフィルタカートリッジでは、親水性の濾過媒体が、非対称構造（asymmetric structure）を有することが好ましい。これによって、濾過の運転圧力を一層低減しつつ、より一層異物の含有量が少ない流体を得ることができる。

ある実施形態では、フィルタカートリッジは少なくとも二つの互いに異なる濾過媒体を含む。好ましい実施形態において、本発明のフィルタカートリッジは、少なくとも一つの濾過媒体がナイロン膜であり、他の濾過媒体の一つがポリオレフィン膜である。これによって、ナイロン膜を物理的強度の高いポリオレフィン膜で保護できることから、濾過信頼性の高いフィルタカートリッジを得ることができる。

本発明のフィルタカートリッジの実施形態は、少なくとも一つの濾過媒体が、非対称構造を有するナイロン膜であり、少なくとも一つの他の濾過媒体が高密度ポリエチレン膜であることが好ましい。これによって、ナイロン膜を強度の高い高密度ポリエチレン膜で保護できることから濾過信頼性の高いフィルタカートリッジを得ることができる。

［発明の詳細な説明］
以下、場合により、類似する構成が類似する参照符号を有する図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るフィルタカートリッジの概略構成図である。フィルタカートリッジ１は、プリーツ１１状に折り曲げられたフィルタパック１０を備える。フィルタパック１０は、筒状体のコア２０と、コア２０の外径よりも内径が大きい筒状体のケージ３０との間に挟まれている。プリーツ１１状に折り曲げられたフィルタパック１０は、コア２０とケージ３０との間に挟まれており、全体として筒状体を形成している。

好ましい実施形態では、フィルタカートリッジはさらにひとつ以上のエンドキャップを備える。フィルタカートリッジ１を図示した実施形態は、さらに、その下端部に、フィルタパック１０と熱融着された下部エンドキャップ４０を備える。この実施形態に従い、フィルタカートリッジ１はその上端部にも、下端部と同様にエンドキャップを備える。上端部のエンドキャップは図１に示されていない。

コア２０、ケージ３０、下部エンドキャップ４０は、従来からフィルタカートリッジに用いられている公知のものであるかもしれない。例えば、ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリサルフォン、ポリエステルなどの合成樹脂製のものを用いることができる。

図２は、図１のフィルタカートリッジに備えられるフィルタパックの実施形態の一部拡大図である。図示されたフィルタパック１０の実施形態は、流体が供給される側（上流側）から順に上流側支持体１５と、孔径の大きいフィルタ１３と、フィルタ１３よりも孔径の小さいフィルタ１２と、下流側支持体１４とが配置されている。上流側支持体１５及びフィルタ１３、フィルタ１３及びのフィルタ１２、フィルタ１２及び下流側支持体１４は、それぞれ互いに接触している。

上流側支持体１５及び下流側支持体１４は、フィルタ１３とフィルタ１２とを挟むことにより、フィルタ１３とフィルタ１２とを支持している。これによって、隣接するフィルタ１３同士、もしくは隣接するフィルタ１２同士が密着して濾過流体が流れなくなるのを防止することができる。

本実施形態において、フィルタ１２及びフィルタ１３の少なくとも一方は、親水性の濾過媒体である。

親水性の濾過媒体は、多孔膜である。このような親水性の濾過媒体としては、ナイロン膜、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）膜、ポリエーテルスルホン膜、ポリアリルスルホン膜、ポリビニルアルコール膜を挙げることができる。このうち、耐溶剤性に優れることから、ナイロン膜が好ましく、ナイロン６６膜がより好ましい。

親水性の濾過媒体の孔径は、好ましくは約０．００１μｍ〜約１００μｍであり、より好ましくは約０．００１μｍ〜約１μｍであり、さらに好ましくは約０．００１μｍ〜約０．０５μｍである。各濾過媒体の孔径は、ＪＩＳ Ｋ ３８３２精密濾過膜エレメント／モジュールのバブルポイント試験法により、フィルタ全面からの気泡を認めたときのバブルポイントによって測定することができる。

親水性の濾過媒体の孔径は、厚み方向に孔径分布を有する非対称構造を有することが好ましい。非対称構造は、上流側から下流側に向けて、濾過膜中の孔の孔径が徐々に小さくなっている。これによって、濾過の運転圧力を一層低減しつつ、粒径の小さい異物を一層確実に除去して、より一層異物の含有量が少ない流体を得ることができる。

親水性の濾過媒体は、例えば、原料ポリマーを溶媒に溶解させキャストして乾燥するキャスト法によって製造することができる。親水性の濾過媒体の厚みは、例えば、約１μｍ〜約５００μｍとすることができる。上述のキャスト法において、溶媒の蒸発速度をコントロールすることによって、厚み方向に孔径が異なる所望の非対称構造を有するフィルタを形成することができる。

本実施形態において、フィルタ１２及びフィルタ１３の双方が親水性の濾過媒体であってもよいが、いずれか一方のフィルタを親水性の濾過媒体とし、他方のフィルタを疎水性の濾過媒体とすることが好ましい。一般に親水性の濾過媒体は、疎水性の濾過媒体よりも物理的強度が低い。このため、フィルタカートリッジの製造工程においてフィルタパック１０をプリーツ１１状に折り曲げて加工する際に、親水性の濾過媒体を疎水性の濾過媒体で保護することができる。すなわち、疎水性の濾過媒体に親水性の濾過媒体を組み合わせることによって、濾過の信頼性の高いフィルタパック１０を製造することができる。また、流体を濾過する際、フィルタの目詰まりによって発生する差圧の許容上限値を大きくすることができ、プロセスへの適用性を向上することができる。

親水性の濾過媒体と疎水性の濾過媒体とを組み合わせる場合、下流側のフィルタ１２を疎水性の濾過媒体とし、上流側のフィルタ１３を親水性の濾過媒体とすることが好ましい。この場合、親水性の濾過媒体の孔径を比較的大きくすることができ、親水性の濾過媒体により粒径の小さな難溶性成分をより多く吸着させることができる。また、親水性の濾過媒体に比べて疎水性の濾過媒体の方が、孔径の小さなものを製造しやすいというメリットもある。

疎水性の濾過媒体は、多孔膜である。疎水性の濾過媒体としては、ポリエチレン膜、ポリプロピレンなどのポリオレフィン膜、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）膜を挙げることができる。疎水性の濾過媒体は、濾過する流体の性状、流体に含有される異物の性状に応じて、上述の材質の中から最適のものを選択することができる。

疎水性の濾過媒体の孔径は、好ましくは約０．００１μｍ〜約１００μｍであり、より好ましくは約０．００１μｍ〜約１μｍであり、さらに好ましくは約０．００１μｍ〜約０．０５μｍである。

疎水性の濾過媒体は、公知の方法によって製造することができる。例えば、ポリオレフィン製のフィルタは、相分離法または延伸法によって形成することができる。ＰＴＦＥ製のフィルタは、例えば延伸法によって形成することができる。フィルタ１３の厚みは、例えば、約１μｍ〜約５００μｍの範囲とすることができる。

フィルタパック１０に備えられる上流側支持体１５及び下流側支持体１４としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ナイロン、ポリサルフォン製のメッシュシート等を用いることができる。上流側支持体１５及び下流側支持体１４の材質は、濾過する流体の性状に応じて、任意に選択することができる。

上流側支持体１５及び下流側支持体１４の孔径は、フィルタ１３及びフィルタ１２の孔径よりも大きくすることができる。上流側支持体１５及び下流側支持体１４の孔径は、例えば約１０μｍ〜約５０００μｍの範囲とすることができる。

本実施形態のフィルタカートリッジで濾過される流体としては、種々の業種で用いられる流体を用いることができる。例えば、フォトレジストや絶縁膜の分野において用いられる流体など、異物を含有する水や有機溶媒、ポリマー溶液など様々な流体を濾過することができる。

このような流体に含有される異物としては、例えば、鉄錆、シリカなどの固形状成分と、ポリマーを主成分とする難溶性成分などが挙げられる。

好ましい実施形態において、フィルタカートリッジ１は、フォトレジスト流体の濾過に好適に用いられる。

次に、図示されたフィルタカートリッジ１の実施形態を用いて、固形状成分と難溶性成分とを含有する流体を濾過する方法の実施形態について詳細に説明する。

固形状成分と難溶性成分とを含有する流体は、フィルタカートリッジ１に備えられる筒状体のケージ３０の外側から供給される。流体は、ケージ３０に設けられる孔を通過し、フィルタパック１０に備えられる上流側支持体１５に到達する。上流側支持体１５の孔は、流体に含有される異物よりも大きいため、流体に含まれる異物はフィルタ１３に到達する。

フィルタ１３が親水性の媒体である場合、フィルタ１３よりの孔径より大きい異物だけではなく、フィルタ１３の孔径より小さい難溶性成分も捕捉することができる。これは、親水性の濾過媒体が難溶性成分を吸着することによるものである。フィルタ１３の孔径より小さい金属分などの固形状成分はフィルタ１３で捕捉されず、流体とともにフィルタ１３を通過する。

次に、フィルタ１３よりも小さい孔径を有するフィルタ１２は、フィルタ１２の孔径より大きい異物を捕捉する。フィルタ１２が親水性の濾過媒体である場合、フィルタ１２は、その孔径より大きい異物だけではなく、その孔径より小さい難溶性成分も捕捉することができる。これは、親水性の濾過媒体が難溶性成分を吸着することによるものである。したがって、親水性の濾過媒体を用いることによって、異物の含有量が十分に低減され、ゲル状成分の生成が十分に抑制された流体を得ることができる。

特定のメカニズムに限定されることなく、このように、難溶性成分が親水性の濾過媒体に吸着される理由を、本発明者らは以下の通り推測する。難溶性成分の溶媒和エネルギーは、ポリマー溶液などの流体の溶媒和エネルギーよりも小さい。したがって、難溶性成分は、親水性の濾過媒体にある親水性官能基に吸着されると思われる。

フィルタ１２で難溶性成分を除去された流体は、下流側支持体１４及びフィルタカートリッジ１の内側に設けられるコア２０を通過して外部に排出される。

上述の通り、異物を含有する流体をフィルタカートリッジ１で濾過することによって、異物を含有しない、又は異物の量が十分に低減された流体を容易に且つ確実に得ることができる。これによって、ゲル状成分の生成が十分に抑制された流体を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の範囲をこの特定の実施形態に限定するものではない。例えば、本実施形態においては、フィルタパック１０が、フィルタ１２とフィルタ１３とを備えているが、さらに別のフィルタを積層してもよい。また、上流側支持体１５及び下流側支持体１４の少なくとも一方を設けないことも可能である。

本実施形態のフィルタカートリッジ１は、難溶性成分などの異物を含有する流体を一つのフィルタカートリッジで濾過して、異物の含有量が十分に低減された流体を容易にかつ確実に得ることができる。また、濾過の運転圧力の上昇を抑制して、フィルタカートリッジの交換頻度を低減することができる。

本実施形態のフィルタカートリッジを用いることにより、濾過工程及び濾過設備を簡素化することができ、保守点検作業の容易化、廃棄物の削減、及び製品歩留まりの向上を図ることができる。

ここに引用された刊行物、特許出願、特許を含む全ての参照が、あたかもそれぞれの参照が個別に及び特別に参照によって組み入れられ、そして完全にここで説明されるように、同じ範囲となるように参照によってここに組み込まれる。

「1つの」、「１つの」及び「その」の用語及び発明を記述する文脈における類似の指示対象（特に上述の特許請求の範囲の文脈において）は、もし文脈によってここにあるいは明白に否定されて他の方法で示されなかったならば、単数と複数の両方をカバーするために解釈される。「含む(comprising)」こと、「有する」こと、「含む(including)」こと、および「含む(containing」との用語は、特に明記していない限り、制限されない用語(つまり、「含んでおり、しかし制限されなかった」という意味)として解釈される。ここで、値の範囲の引用は、もし他の方法で示されなかったならば、範囲以内にある個々の値を参照して、あたかもそれが明細書に記載されていたかのように、明細書に組み入れられる。もし特に他の方法が示されず、文脈によって明白に否定されるようなものでなければ、ここに記述された全ての方法は、適切な順番で行なうことができる。ここで示される全ての実施例の使用、または典型的な用語(例えば、「のように」)は、単によりよく発明を参照するように意図され、もし他の方法で要求されなかったならば発明の範囲を制限することを示すものではない。明細中の言語は、特許請求の範囲に示されていないどんな要素も、発明の実行するにあたって必要不可欠な要素を示すこととして解釈されるものではない。

本発明の好ましい実施形態は、ここに説明されており、本発明を実施するために、発明者らが知り得る最良の実施形態を含んでいる。これらの好適な実施形態の様々な態様は、本技術において通常の知識を有するものが明細書を読むことで明確になるであろう。発明者は、当業者が適切な様々な態様を使用することを期待する。そして、発明者は、発明イが特に個々に記載される以外の態様で実施されることを企画する。従って、この発明は、準拠法で認められるように、ここに添付された特許請求の範囲に記載された主題の均等物や変換物の全てを含む。そのうえ、別の方法でここに示されるか、または別の方法で文脈によって明確に矛盾が生じない場合、可能な変形形態の全ての組み合わせは、本発明に含まれる。

本発明の一実施形態に係るフィルタカートリッジの概略構成図である。 図１のフィルタカートリッジに備えられるフィルタパック（filter pack）の一実施形態の一部拡大図である。

Claims (5)

1. プリーツ化されたフィルタパックを備え、前記フィルタパックは、孔径が互いに異なる濾過媒体を複数層有し、少なくとも一つの前記濾過媒体は親水性の濾過媒体であるフィルタカートリッジ。
2. 前記親水性の濾過媒体が、ナイロン膜、ポリフッ化ビニリデン膜、ポリエーテルスルホン膜、ポリアリルスルホン膜及びポリビニルアルコール膜からなる群より選ばれるいずれかの膜である請求項１記載のフィルタカートリッジ。
3. 前記親水性の濾過媒体が、非対称構造を有する請求項１又は２記載のフィルタカートリッジ。
4. 少なくとも一つの前記濾過媒体はナイロン膜であり、少なくとも一つの他の前記濾過媒体はポリオレフィン膜である請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタカートリッジ。
5. 少なくとも一つの前記濾過媒体は、非対称構造を有するナイロン膜であり、少なくとも一つの他の前記濾過媒体は、高密度ポリエチレン膜である請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルタカートリッジ。
   

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