JP2023101549A - ろ過装置、精製装置、薬液の製造装置、ろ過済み被精製物、薬液、及び、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物 - Google Patents

ろ過装置、精製装置、薬液の製造装置、ろ過済み被精製物、薬液、及び、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物 Download PDF

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Tetsuya Kamimura
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Abstract

【課題】本発明は、優れた性能を有する薬液を得られ、かつ、ろ過材の寿命が十分に長いろ過装置を提供することを課題とする。また、精製装置、薬液の製造装置、ろ過済み被精製物、薬液、及び、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供することを課題とする。【解決手段】本発明のろ過装置は、被精製物が供給される管路中に、独立して配置された、以下の要件1~3からなる群から選択される少なくとも1つ;要件1:フィルタが、それぞれ異なる材料を含む2つ以上の層を含むろ過材を有する。要件2:フィルタが、異なる細孔構造を有する2つ以上の層を含むろ過材を有する要件3:フィルタが、異なる材料が混合された1つの層を含むろ過材を有する、を満たす第1フィルタ及び第1フィルタを収容するハウジングからなる第1フィルタユニットと、第1フィルタとは異なる第2フィルタ及び第2フィルタを収納するハウジングからなる第2フィルタユニットと、を有する。【選択図】なし

Description

本発明は、ろ過装置、精製装置、薬液の製造装置、ろ過済み被精製物、薬液、及び、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に関する。
半導体デバイスの製造の際、溶剤(典型的には有機溶剤)を含有する薬液が用いられている。近年、上記薬液に含有される不純物をより低減することが求められている。また、10nmノード以下の半導体デバイスの製造が検討されており更に上記要求が強まっている。
特許文献1には、所定の孔径分布を有する非ふるい膜層と、所定の孔径分布を有するふるい膜層と、非ふるい膜層及びふるい膜層の孔径分布よりも大きい孔径分布を有し、所定の孔径分布等を有するナイロンナノ繊維層とを含むろ過材が記載されている。
特表2014-514158号公報
本発明者らは、特許文献1に記載されたろ過材を有するフィルタを作製し、上記フィルタを用いて被精製物を精製したところ、精製後に得られる薬液中含まれる不純物の含有量が少ないため、得られる薬液は優れた性能を有するものの、ろ過材の寿命が短いという問題があることを明らかとした。
そこで、本発明は、優れた性能を有する薬液を得られ、かつ、ろ過材の寿命が十分に長いろ過装置を提供することを課題とする。また、本発明は、精製装置、薬液の製造装置、ろ過済み被精製物、薬液、及び、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題を達成することができることを見出した。
(1) 被精製物が供給される管路中に、独立して配置された、
後述する要件1~3からなる群から選択される少なくとも1つを満たす第1フィルタ及び第1フィルタを収容するハウジングからなる第1フィルタユニットと、
第1フィルタとは異なる第2フィルタ及び第2フィルタを収納するハウジングからなる第2フィルタユニットと、を有する、ろ過装置。
(2) 第1フィルタが有するろ過材の累積細孔分布における累積10%径と累積75%径との差が3nm以上である、(1)に記載のろ過装置。
(3) 累積10%径に対する、累積75%径の比が2.0~20.0である、(2)に記載のろ過装置。
(4) 第2フィルタが有するろ過材の孔径が、200nm以下である、(1)~(3)のいずれかに記載のろ過装置。
(5) 第2フィルタが有するろ過材の孔径が、100nm以下である、(1)~(4)のいずれかに記載のろ過装置。
(6) 第2フィルタが有するろ過材の孔径が、第1フィルタが有するろ過材の孔径以下である、(1)~(5)のいずれかに記載のろ過装置。
(7) 第2フィルタユニットは第1フィルタユニットの二次側にあり、
第2フィルタが有するろ過材の孔径が、第1フィルタが有するろ過材の孔径以下である、(1)~(6)のいずれかに記載のろ過装置。
(8) 第2フィルタユニットが一次側に配置され、第1フィルタユニットが二次側に配置された、(1)~(5)のいずれかに記載のろ過装置。
(9) 第2フィルタが有するろ過材の孔径が、第1フィルタが有するろ過材の孔径以上である、(8)に記載のろ過装置。
(10) 第1フィルタユニットの二次側に、第2フィルタユニットが更に配置され、二次側に配置された第2フィルタユニットが有するろ過材の孔径は、第1フィルタが有するろ過材の孔径以下であり、第1フィルタが有するろ過材が、表面処理済み基材を含む層を含む、(1)~(9)のいずれかに記載のろ過装置。
(11) 第1フィルタが、それぞれ異なる材料を含む2つ以上の層を含むろ過材を有する、(1)~(10)のいずれかに記載のろ過装置。
(12) 第2フィルタが有するろ過材が、2つ以上の層のいずれか1層と同じ材料を含む、(1)~(11)のいずれかに記載のろ過装置。
(13) 第1フィルタが有するろ過材、及び、第2フィルタが有するろ過材からなる群から選択される少なくとも1種のろ過材が有する、ハンセン溶解度パラメータδDp、δPp、及び、δHp、並びに、相互作用半径R0が、
被精製物が有する、ハンセン溶解度パラメータδDs、δPs、及び、δHsとの関係において、Raが下記式
Ra=4(δDs-δDp)+(δPs-δPp)+(δHs-δHp)
で表される場合、R0に対するRaの比が1.0以下である、(1)~(12)のいずれかに記載のろ過装置。
(14) 第1フィルタが、異なる細孔構造を有する2つ以上の層を含むろ過材を有する、(1)~(13)のいずれかに記載のろ過装置。
(15) 第1フィルタが、厚み方向に異なる細孔構造を有する層を含むろ過材を有する、(1)~(14)のいずれかに記載のろ過装置。
(16) 第1フィルタが有するろ過材が、イオン交換基を有する基材を含む層を含む、(1)~(15)のいずれかに記載のろ過装置。
(17) 第1フィルタが有するろ過材が、表面処理済み基材を含む層と、表面処理されていない基材を含む層と、を含む、(1)~(16)のいずれかに記載のろ過装置。
(18) 第1フィルタ及び第2フィルタからなる群から選択される少なくとも1種を逆洗可能である、(1)~(17)のいずれかに記載のろ過装置。
(19) 第1フィルタが有するろ過材、及び、第2フィルタが有するろ過材が、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフルオロカーボン、セルロース、ケイソウ土、ポリスチレン、ガラス、及び、ポリスルホンからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む、(1)~(18)のいずれかに記載のろ過装置。
(20) 第1フィルタが有するろ過材、及び、第2フィルタが有するろ過材からなる群から選択される少なくとも1種のろ過材が、ナノ多孔質膜層、及び、ナノ繊維層からなる群から選択される少なくとも1種の層を含む、(1)~(19)のいずれかに記載のろ過装置。
(21) 第1フィルタが有するろ過材が、少なくとも、ナノ多孔質膜層と、ナノ繊維層とを含む、(20)に記載のろ過装置。
(22) 第1フィルタが有するろ過材が、10~50nmの孔径分布を有する非ふるい膜層と、2~50nmの孔径分布を有するふるい膜層と、ナイロンナノ繊維層と、を含む、(1)~(21)のいずれかに記載のろ過装置。
(23) ナイロンナノ繊維層が、非ふるい膜層とふるい膜層との間に介在している、(22)に記載のろ過装置。
(24) 非ふるい膜層が、ふるい膜層とナイロンナノ繊維層との間に介在している、(22)に記載のろ過装置。
(25) ふるい膜層が、非ふるい膜層とナイロンナノ繊維層との間に介在している、(22)に記載のろ過装置。
(26) 第1フィルタが、更に1層又は2層以上の多孔質支持体を含む、(19)~(25)のいずれかに記載のろ過装置。
(27) 第1フィルタユニットの二次側から、第1フィルタユニットの一次側へ洗浄液を流すことにより、第1フィルタを逆洗可能な、(1)~(26)のいずれかに記載のろ過装置。
(28) (1)~(27)のいずれかに記載のろ過装置と、ろ過装置の一次側に、被精製物を貯留可能なタンクとを備える、精製装置。
(29) 第1フィルタユニットの二次側と、タンクとが管路により接続され、少なくとも第1フィルタでろ過したろ過済み被精製物を、管路を経て、タンクに返送可能である、(28)に記載の精製装置。
(30) ろ過装置の一次側に、更に蒸留装置を備える、(28)又は(29)に記載の精製装置。
(31) ろ過装置に、更に循環可能な経路を備える、(28)~(30)のいずれかに記載の精製装置。
(32) (1)~(27)のいずれかに記載のろ過装置と、1又は2以上の原料を混合して被精製物を調製する、調合装置と、を備える、薬液の製造装置。
(33) 被精製物を、(1)~(27)のいずれかに記載のろ過装置を用いてろ過して得られる、ろ過済み被精製物。
(34) 有機溶剤を含有し、(1)~(27)のいずれかに記載のろ過装置を用いてろ過された薬液であって、
有機溶剤が、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、γ-ブチロラクトン、ジイソアミルエーテル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、イソプロパノール、4-メチル-2-ペンタノール、ジメチルスルホキシド、n-メチル-2-ピロリドン、ジエチレングリコール、エチレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、スルフォラン、シクロヘプタノン、及び、2-ヘプタノンからなる群から選択される少なくとも1種である、薬液。
(35) 水を含有し、(1)~(27)のいずれかに記載のろ過装置を用いてろ過された薬液。
(36) 半導体製造用である、(34)又は(35)に記載の薬液。
(37) (1)~(27)のいずれかに記載のろ過装置を用いてろ過された感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
本発明によれば、優れた性能を有する薬液を得られ、かつ、ろ過材の寿命が十分に長いろ過装置を提供することができる。また、本発明は、精製装置、薬液の製造装置、ろ過済み被精製物、薬液、及び、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供することもできる。
典型的な第1フィルタの部分破除した斜視図である。 典型的な第2フィルタの部分破除した斜視図である。 フィルタユニット一例を示す斜視図である。 ろ過装置が備える、フィルタユニットの一部断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るろ過装置の模式図である。 本発明の第二の実施形態に係るろ過装置の模式図である。 本発明の実施形態に係る薬液の精製装置の模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る薬液の精製装置の模式図である。 本発明の実施形態に係る製造装置の模式図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施形態に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本発明において「準備」というときには、特定の材料を合成又は調合して備えることのほか、購入等により所定の物を調達することを含む意味である。
また、本発明において、「ppm」は「parts-per-million(10-6)」を意味し、「ppb」は「parts-per-billion(10-9)」を意味し、「ppt」は「parts-per-trillion(10-12)」を意味し、「ppq」は「parts-per-quadrillion(10-15)」を意味する。
また、本発明において、1Å(オングストローム)は、0.1nmに相当する。
また、本発明における基(原子群)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、本発明の効果を損ねない範囲で、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「炭化水素基」とは、置換基を有さない炭化水素基(無置換炭化水素基)のみならず、置換基を有する炭化水素基(置換炭化水素基)をも包含するものである。このことは、各化合物についても同義である。
また、本発明における「放射線」とは、例えば、遠紫外線、極紫外線(EUV;Extreme ultraviolet lithography)、X線、又は、電子線等を意味する。また、本発明において光とは、活性光線又は放射線を意味する。本発明中における「露光」とは、特に断らない限り、遠紫外線、X線又はEUV等による露光のみならず、電子線又はイオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
[ろ過装置]
本発明の実施形態に係るろ過装置は、被精製物が供給される管路中に、それぞれ独立して配置された、所定の第1フィルタ及び第1フィルタを収納するハウジングからなる第1フィルタユニットと、第1フィルタとは異なる第2フィルタ及び第2フィルタを収納するハウジングからなる第2フィルタユニットとを有するろ過装置である。第1フィルタユニットのハウジング内には、以下の要件1~3からなる群から選択される少なくとも1つを満たすろ過材を有する第1フィルタが収納されている。なお、以下の説明では第1フィルタが有するろ過材を「第1ろ過材」ともいう。
要件1:フィルタが、それぞれ異なる材料を含む2つ以上の層を含むろ過材を有する
要件2:フィルタが、異なる細孔構造を有する2つ以上の層を含むろ過材を有する
要件3:フィルタが、異なる材料が混合された1つの層を含むろ過材を有する
また、2つ以上のフィルタユニットの少なくとも1つは、そのハウジング内に、第2フィルタが収納されている。
なお、第1ろ過材は、要件1及び2のうち少なくとも1つを満たすのがより好ましい。
〔第一実施形態〕
以下では、本発明の実施形態に係るろ過装置について、構成及び使用する材料について説明する。なお、以下のろ過装置は本発明の実施形態の一例であり、構成及び使用する材料は本発明の所望の効果を損なわない限り、公知の構成及び材料で任意に置き換え可能である。
図1は、本発明の実施形態に係るろ過装置が備えるハウジングに収納されているフィルタの内、典型的な第1フィルタの部分破除した斜視図である。第1フィルタ10はろ過材12を有し、ろ過材12は、3つの層(11a~11c)を含む(各層の材料及び孔径等については後述する)。
図1に示すとおり、ろ過材12は円筒状に形成されており、ろ過材12の内側には、円筒状のコア13が配置されている。円筒状のコア13はメッシュ状に形成されており、液体が容易に通過できるようになっている。ろ過材12、及び、コア13の上面(底面)は同心円状になっている。また、円筒状のろ過材12、及び、コア13の上部には、キャップ14が、上記各部材の上端部を覆うように配置されている。また、各部材の下端部には、コア13の内側から液体を流入させるための液体入口15が配置されている。
図2は、本発明の実施形態に係るろ過装置が備えるハウジングに収納されているフィルタの内、典型的な第2フィルタの部分破除した斜視図である。第2フィルタ20は円筒状の第2ろ過材21と、上記第2ろ過材21の内側に接するように、これを支持するための円筒状のコア22を有する。円筒状のコア22はメッシュ状に形成されており、液体が容易に通過できるようになっている。第2ろ過材21、及び、コア22の上面(底面)は同心円状になっている。円筒状の第2ろ過材21、及び、コア22の上部には、キャップ23が、上記各部材の上端部を覆うように配置されている。また、各部材の下端部には、コア22の内側から液体を取り出すための液体入口24が配置されている。また、第2ろ過材21の外側には液体を容易に通過できるよう構成されたプロテクタが配置されていてもよい。
図3は本発明の実施形態に係るフィルタユニットの一例を示す斜視図である。フィルタユニット30は、本体31及び蓋32からなるハウジングと、上記ハウジング内に収納された図示しないフィルタとを有し、蓋32には、管路33(a)と接続するための液体流入口34と、管路33(b)と接続するための液体流出口35とが配置されている。
なお、図1に示したフィルタユニット30は、蓋32に液体流入口34及び液体流出口35を備えているが、本発明の実施形態に係るフィルタユニットとしてはこれに制限されず、後段で詳述するが、液体流入口及び液体流出口は蓋32及び/又は本体31の任意の場所に配置できる。また、図1に示したフィルタユニット30が備えるハウジングは蓋32と本体31とを備えるが、フィルタユニットが備えるハウジングとしては上記に制限されず、蓋と本体とが一体的に成形されたものであってもよい。
図4は本発明の実施形態に係るろ過装置が備えるフィルタユニット30の一部断面図を表す。フィルタユニット30は、蓋32に液体流入口34、及び、液体流出口35を備える。液体流入口34は、内部管路41と接続され、液体流出口35は内部管路42と接続されている。被精製物の流れは、Fによって示される。液体流入口34から流入した被精製物は、蓋32内部に設けられた内部管路41を経て、本体31内部に流入し、フィルタ43のコアから、ろ過材を通過して外側表面に流入し、その過程で精製される。
外側表面に流出した精製後の被精製物は、内部管路42を経て、液体流出口35から、外に取り出される(図3中のFで示した流れによる)。
図2及び図3において、液体流入口34及び液体流出口35は、ハウジングの蓋32に配置されているが、フィルタユニットが備えるハウジングとしてはこれに制限されず、液体流入口34及び液体流出口35はハウジングの任意の位置に配置できる。このとき、液体流入口34は、フィルタ43の外側から被精製物をフィルタ43に流入させるように、液体流出口35は、フィルタ43のコアの内側から精製後の被精製物を取り出せるように配置すればよい。なお、上記は、本発明の実施形態に係るフィルタユニットの一例を示したものに過ぎず、本発明のろ過装置が備えるフィルタユニットは上記の構造に限定されない。
図5は本発明の第一の実施形態に係るろ過装置50の模式図である。ろ過装置50は、被精製物が供給される管路(51(a)~51(c)で示される。)中に、被精製物が供給される方向から順に、一次フィルタユニット52、及び、二次フィルタユニット56が配置されている。一次フィルタユニット52(一次側に配置されたフィルタユニット)は、管路51(a)及び51(b)と液体流入口53及び液体流出口54で連結され、二次フィルタユニット56(二次側に配置されたフィルタユニット)は、管路51(b)及び51(c)と液体流入口57及び液体流出口58で連結されている。
上記実施形態に係るろ過装置50において、一次フィルタユニット52のハウジング内には、第2フィルタ20が収納されている。また、上記フィルタユニットの内、二次フィルタユニット56(二次側に配置されたフィルタユニット)のハウジング内には、第1フィルタ10が収納されている。すなわち、上記ろ過装置50においては、第1フィルタユニットの一次側に第2フィルタユニットが配置されている。
被精製物の流れはF~Fによって示される。F方向に、液体流入口53から流入した被精製物は、一次フィルタユニット52が有する第2フィルタによって精製され、その後、液体流出口54から取り出される。次に、被精製物は、Fで示した方向に管路51を流れ、液体流入口57から二次フィルタユニット56内が有する第1フィルタへ流入して精製され、その後、液体流出口58からF方向に、ろ過装置外(典型的にはろ過装置と管路を通じて連結されている充填装置等)へと取り出される。
上記ろ過装置50においては、一次フィルタユニット52のハウジング内に、第2フィルタ20が収納され、二次フィルタユニット56のハウジング内に、第1フィルタ10が収納されているが、本発明の実施形態に係るろ過装置としては上記に制限されず、一次フィルタユニット52のハウジング内に第1フィルタが収納され、二次フィルタユニット56のハウジング内に第2フィルタが収納されていてもよい。すなわち、第2フィルタユニットの一次側に第1フィルタユニットが配置されていてもよい。なお、第2フィルタユニットの一次側に第1フィルタユニットが配置される場合、第2フィルタが有するろ過材の孔径が第1フィルタのろ過材の孔径以下であってもよい。
以下では上記実施形態に係るろ過装置における各部材の形態についてそれぞれ詳述する。
<第1フィルタ>
上記実施形態に係るろ過装置は、二次フィルタユニット56のハウジング内に、第1フィルタが収納されている。本発明の第一実施形態に係るろ過装置の第1フィルタが備える第1ろ過材12は、一次側(図1のフィルタは、液体入口15から被精製物が流入し、第1ろ過材12を経て、外側へ流出する形態であるため、「一次側」とは、コア側を意味する。)から順に、ポリアミドを含むナノ多孔質膜層11aと、ナイロンを含むナノ繊維層11bと、超高分子量ポリエチレン(UPE)を含むナノ多孔質膜層11cと、を含む。
既に説明したとおり、本発明の実施形態に係るろ過装置において、第1ろ過材は、所定の要件1~3のうち少なくとも1つを満たせばよく、上記は、第1ろ過材の一形態である。従って、第1ろ過材としては、例えば、ポリアミドを含むナノ多孔質膜層11aとUPEを含むナノ多孔質膜層11cの2層を含む形態であってもよいし、ポリアミドとUPEとの混合物を含む1層を含む形態であってもよい。第1フィルタが含む各層の材料は、被精製物の性質、ろ過対象物の形態(粒子、及び、コロイド等の別)等によって任意に選択することができる。
なお、本明細書において、「多孔質膜」とは、ゲル、粒子、コロイド、細胞、及び、ポリオリゴマー等の被精製物中の成分(保持液)を保持するが、孔よりも実質的に小さい成分は、孔を通過する膜を意味する。多孔質膜による被精製物中の成分の保持は、動作条件、例えば、面速度、界面活性剤の使用、pH、及び、これらの組み合わせに依存することがあり、かつ、多孔質膜の孔径、構造、及び、除去されるべき粒子のサイズ、及び、構造(硬質粒子か、又は、ゲルか等)に依存し得る。好ましい実施形態において、この多孔質膜はナノ多孔質膜である。なお、本明細書において、ナノ多孔質膜とは、孔径が1.0~100nmの多孔質膜を意味する。
また、本明細書において、ろ過材の孔径とは、イソプロパノール(IPA)のバブルポイントによって決定される孔径及び孔径分布を意味する。
本発明の効果がより優れる点で、第1フィルタが有するろ過材の累積細孔分布における累積10%径と累積75%径との差(累積75%径-累積10%径)が3nm以上であることが好ましい。なお、上記差の上限は特に制限されないが、50nm以下が好ましく、20nm以下がより好ましい。
上記累積細孔分布は、西華産業株式会社製細孔径分布測定装置「ナノパームポロメーター」を用いて測定できる。累積細孔分布とは、0超~所定の孔径までの細孔のdV/dlog10(D)(ただし、Vは細孔の容積であり、Dは細孔の直径である。)の積分値をいい、累積10%径とは累積細孔分布曲線の累積10%での孔径(nm)(細孔容積全体の10%を示すときの細孔径)を意味し、累積75%径とは累積細孔分布曲線の累積75%での孔径(nm)(細孔容積全体の75%を示すときの細孔径)を意味する。
また、累積10%径に対する、累積75%径の比(累積75%径/累積10%径)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、2.0~20.0が好ましい。
上記ろ過材においては、一次側の表面における表面孔径と、二次側の表面における表面孔径とが異なり、一次側における表面孔径が大きいほうが好ましい。なかでも、上記ろ過材においては、一方の表面側から他方の表面側に向かって、細孔が小さくなっていくことが好ましい。
第1フィルタが有するろ過材の孔径としては特に制限されないが、1~100nmが好ましく、2~50nmがより好ましく、2nm以上50nm未満が更に好ましい。
ナノ多孔質膜層であるポリアミド膜層の孔径分布としては特に制限されないが、IPA又はHFE7200ポロメトリーバブルポイントに基づいて測定された孔径分布として、5~100nmが好ましく、5~50nmがより好ましく、10~50nmが更に好ましい。
また、ナノ多孔質膜層であるUPE膜層の孔径分布としては特に制限されないが、2~200nmが好ましく、2~100nmがより好ましく、2~50nmが更に好ましい。ナノ繊維層は、ポリアミド膜層の孔径分布又はUPE膜層の孔径分布のいずれかより大きい孔径分布を有すること好ましい。
ポリアミド膜層は、典型的には、非ふるい膜層であり、非ふるい膜層は、非ふるい保持機構を介して粒子を捕捉する層、又は、粒子を捕捉するために最適化された層を意味する。
被精製物に不純物としてゲルが含有されている場合、ゲルは負に帯電している場合が多く、そのようなゲルの除去には、ポリアミド(例えば、ナイロン)膜層が非ふるい膜の機能を果たす。典型的な非ふるい膜層には、ナイロン-6膜層及びナイロン-6,6膜層等のナイロン膜層が含まれるが、これらに制限されない。
なお、本明細書で使用される「非ふるい保持機構」は、フィルタの圧力降下、又は、多孔質膜のバブルポイントに関連しない、妨害、拡散及び吸着などの機構によって生じる保持を指す。
非ふるい保持は、フィルタの圧力降下又はろ過材のバブルポイントに関係なく、被精製物中の除去対象粒子を除去する、妨害、拡散及び吸着等の保持機構を含む。膜表面への粒子の吸着は、例えば、分子間のファンデルワールス力及び静電力等によって媒介され得る。蛇行状のパスを有する非ふるい膜層中を移動する粒子が、非ふるい膜と接触しないように十分に速く方向を変えることができない場合に、妨害効果が生じる。拡散による粒子輸送は、粒子がろ過材と衝突する一定の確率を作り出す、主に、小さな粒子のランダム運動又はブラウン運動から生じる。粒子とろ過材の間に反発力が存在しない場合、非ふるい保持機構は活発になり得る。したがって、非ふるい保持率(%)は、中性条件下(例えば、膜の等電点付近)で評価できる。
UPE膜層は、典型的には、ふるい膜層である。ふるい膜層は、主にふるい保持機構を介して粒子を捕捉する層、又は、ふるい保持機構を介して粒子を捕捉するために最適化された層を意味する。
ふるい膜層の典型的な例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜とUPE膜が含まれるが、これらに制限されない。
なお、「ふるい保持機構」とは、粒子が多孔質膜の孔よりも大きいことによる結果の保持を指す。ふるい保持力は、フィルタケーキ(膜の表面での除去対象となる粒子の凝集)を形成することによって向上させることができる。フィルタケーキは、2次フィルタの機能を効果的に果たす。
ふるい保持率は、様々な界面活性剤を用いて評価できる。粒子は多孔質膜の孔よりも大きいので、ふるい保持が生じる。
界面活性剤としては、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)又はトリトンX-100を用いることができる。使用される界面活性剤の量は、臨界ミセル濃度(CMC)を超えるように選択できる。CMCを超える界面活性剤の濃度は、流体の表面張力を監視する表面張力計を用いて測定できる。界面活性剤の濃度は、0.1%(w/w)~0.3%(w/w)の範囲が好ましく、これは、ふるい条件を提供する。多孔質膜は、ふるい条件下で、90~99.99%、95~99.99%、98~99.99%、又は99~99.99%の保持率を有することが好ましい。いくつかの実施形態において、この多孔質膜は、ふるい条件下で、少なくとも90%以上(好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、更に好ましくは99%以上)の保持率を有することが好ましい。
ナノ繊維層とナノ多孔質膜層とを組み合わせることによって、被精製物をろ過するために必要な時間がナノ多孔質膜層を単独で用いたとき以下となる、ろ過材が得られる。ナノ繊維層と、ナノ多孔質膜層との組み合わせは、液体中でのナノ多孔質膜層単独よりも液体中での粒子保持能が優れている。なお、上記実施形態に係るろ過装置が備える第1フィルタは、ポリアミドを含むナノ多孔質膜層と、超高分子量ポリエチレン(UPE)を含むナノ多孔質膜層と、ナイロンを含むナノ繊維層とを含むろ過材(第1ろ過材)を備えるが、本発明の実施形態に係るろ過装置が備える第1ろ過材としては上記に制限されず、例えば、ナノ多孔質膜層が他のポリオレフィン及びポリフルオロカーボン等から形成されていてもよい。
なお、ナノ繊維層がナイロンナノ繊維層であると、被精製物中の粒子をより効率的に保持できるため、それによってろ過に必要な被精製物の流下時間を長くすることなく、粒子保持能を改善できる。なお、ナノ繊維層は典型的には、後述する多孔質支持体(例えば、多孔質不織布)と、多孔質支持体上に形成された繊維層とを有することが多いが、本発明の実施形態に係る第1ろ過材が含むナノ繊維層は、ナイロン製の多孔質支持体と、上記多孔質支持体上に形成されたナイロン製の繊維層を含む。
ナノ繊維層としては、例えば、多孔質支持体(多孔質不織布、旭化成せんい株式会社製、材質:ナイロン、目付:40g/m、「NO0540」)と、上記支持体上にエレクトロスピニング法により形成された繊維層とを含む形態が挙げられるが、これに制限されない。
繊維層の材質は、繊維層を形成可能なポリマーであれば特に制限されない。ポリマーとしては、例えば、ポリアミド等が挙げられる。ポリアミドとしては、例えば、ナイロン6、及び、ナイロン6,6等が挙げられる。繊維層を形成するポリマーとしては、ポリ(エーテルスルホン)であってもよい。ナノ繊維層が多孔質膜層の一次側にある場合、ナノ繊維層の表面エネルギは、下にある多孔質膜層の材質であるポリマーより高いことが好ましい。そのような組合せとしては、例えば、ナノ繊維層の材料がナイロンで、多孔質膜層がポリエチレン(UPE)である場合が挙げられる。
繊維層の製造方法としては特に制限されず、公知の方法を用いることができる。ナノ繊維層の製造方法としては、例えば、エレクトロスピニング、エレクトロブローイング、及び、メルトブローイング等が挙げられる。
ナノ繊維層は、繊維層のみで自立するものであってもよいが、典型的には、多孔質支持体を含むことで自立する。なお、多孔質支持体上に形成された繊維層を剥離し、これを単独でナノ繊維層として用いてもよい。
ナノ繊維層を形成可能な多孔質支持体は、液体を透過可能であり、多孔質支持体自体が、何らかのろ過機能を有していてもよい。多孔質支持体上に繊維層を形成する場合、多孔質支持体の形状を、プリーツ状にすれば、プリーツ状のナノ繊維層が得られる。また、多孔質支持体上に繊維層を形成することによれば、ナノ繊維層及び、上記ナノ繊維層を含むろ過材の強度を高めることもできる。
また、多孔質支持体自体がろ過材を形成する場合、典型的には、上記多孔質支持体がデプスタイプのろ過材を形成する。すなわち、繊維層と多孔質支持体が、それぞれろ過機能を有することになる。
多孔質支持体の材料としては、例えば、ナイロン6、ナイロン6,6、アラミド、ポリエチレンテレフタレート、及び、ポリエーテルスルホン等が挙げられる。具体的には、旭化成せんい社製の、ナイロンを含む「NO5040」が挙げられる。
ナノ多孔質膜(例えば、UPE、及び、PTFE等を含む多孔質膜)の構造としては特に制限されないが、孔の形状としては例えば、レース状、ストリング状、及び、ノード状等が挙げられる。
ナノ多孔質膜の孔の大きさの分布とその膜中における位置の分布は、特に制限されない。大きさの分布がより小さく、かつ、その膜中における分布位置が対称であってもよい。また、大きさの分布がより大きく、かつ、その膜中における分布位置が非対称であってもよい(上記の膜を「非対称多孔質膜」ともいう。)。非対称多孔質膜では、孔の大きさは膜中で変化し、典型的には、膜一方の表面から膜の他方の表面に向かって孔径が大きくなる。このとき、孔径の大きい細孔が多い側の表面を「オープン側」といい、孔径が小さい細孔が多い側の表面を「タイト側」ともいう。
また、非対称多孔質膜としては、例えば、細孔の大きさが膜の厚さ内のある位置においてで最小となるもの(これを「砂時計形状」ともいう。)が挙げられる。
非対称多孔質膜を用いて、一次側をより大きいサイズの孔とすると、言い換えれば、一次側をオープン側とすると、前ろ過効果を生じさせることができる。
多孔質膜が非対称多孔質膜である場合、ナノ繊維層は、非対称多孔質膜の「タイト側」又は「オープン側」のどちら側に積層してもよい。なかでも「オープン側」がナノ繊維層と接触する形態が好ましい。
多孔質膜は、PESU(ポリエーテルスルホン)、PFA(パーフルオロアルコキシアルカン、四フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシアルカンとの共重合体)、ポリアミド、及び、ポリオレフィン等の熱可塑性ポリマーを含んでもよいし、ポリテトラフルオロエチレン等を含んでもよい。
なかでも、多孔質膜の材料としては、超高分子量ポリエチレンが好ましい。超高分子量ポリエチレンは、極めて長い鎖を有する熱可塑性ポリエチレンを意味し、分子量が百万以上、典型的には、200~600万が好ましい。
第1ろ過材がナノ多孔質膜層を含む場合、ナノ多孔質膜層は、ナノ粒子焼結膜層であってもよい。ナノ粒子焼結膜層とは、ナノ粒子を焼結して得られたナノ孔径を有する層を意味し、具体的には、特開2013-047389号公報、及び、特開2016-141756号公報に記載の層を用いることができる。
本明細書において、フィルタが、異なる細孔構造を有する2つ以上の層を含むろ過材を有するとは、典型的には、各層が以下の組合せであるものが挙げられ、これらを更に組合せたものでもよい。なお以下の例示における「/」で分けられる前後は、各層の細孔構造を表す。
・ナノ多孔質膜層/ナノ繊維層
・非対称多孔質膜層/対称多孔質膜層
・各層の孔の大きさの分布が異なる
・各層の孔の膜中における位置の分布が異なる
・各層の孔の形状が異なる
なかでも、より優れた本発明の効果を有するろ過装置が得られる点で、ろ過材が、ナノ多孔質膜層と、ナノ繊維層とを含むことが好ましい。
第1ろ過材がナイロンナノ繊維層を含む場合、各層の組合せとしては、例えば、
・非ふるい膜層が、ふるい膜層とナイロンナノ繊維層との間に介在している場合
・ふるい膜層が、非ふるい膜層とナイロンナノ繊維層との間に介在している場合
・ナイロンナノ繊維層が、ふるい膜層と非ふるい膜層との間に介在している場合
等が挙げられる。
第1フィルタが備える第1ろ過材が含む各層の材料としては、上記で説明した以外の材料であってもよい。第1ろ過材の各層の材料としては、無機材料及び有機材料が挙げられ、無機材料としては、金属、ガラス、及び、ケイソウ土等が挙げられ、有機材料としては、重合体が挙げられ、重合体としては、6-ナイロン、及び、6,6-ナイロン等のナイロン;ポリエチレン、及び、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリスチレン;ポリイミド;ポリアミドイミド;ポリスルホン;ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー、エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマー、エチレン-クロロトリフロオロエチレンコポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、及び、ポリフッ化ビニル等のポリフルオロカーボン;ポリビニルアルコール;ポリエステル;セルロース;セルロースアセテート等が挙げられる。
なかでも、より優れた本発明の効果を有するろ過装置が得られる点で、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフルオロカーボン、セルロース、ケイソウ土、ポリスチレン、ガラス、及び、ポリスルホンからなる群か選択される少なくとも1種が好ましい。
また、ろ過材としては、表面処理済み基材を含む層を含んでもよい。ろ過材を表面処理する方法としては特に制限されず、公知の方法を用いることができる。表面処理する方法としては、例えば、化学修飾処理、プラズマ処理、疎水処理、コーティング、ガス処理、及び、焼結等が挙げられ、化学修飾処理、又は、プラズマ処理が好ましい。
プラズマ処理は、ろ過材の表面が親水化されるために好ましい。プラズマ処理して親水化されたろ過材の表面における水接触角としては特に制限されないが、接触角計で測定した25℃における静的接触角が、60°以下が好ましく、50°以下がより好ましく、30°以下が更に好ましい。
化学修飾処理としては、基材にイオン交換基を導入する方法が好ましい。
すなわち、ろ過材としては、上記で挙げた各材料を基材として、上記基材にイオン交換基を導入したものが好ましい。典型的には、上記基材の表面にイオン交換基を有する基材を含む層を含むろ過材が好ましい。表面修飾された基材としては特に制限されず、製造がより容易な点で、上記重合体にイオン交換基を導入したものが好ましい。
イオン交換基としては、カチオン交換基として、スルホン酸基、カルボキシ基、及び、リン酸基等が挙げられ、アニオン交換基として、2級、3級、及び、4級アンモニウム基等が挙げられる。イオン交換基を重合体に導入する方法としては特に制限されないが、イオン交換基と重合性基とを有する化合物を重合体と反応させ典型的にはグラフト化する方法が挙げられる。
例えば、基材としてポリオレフィン(ポリエチレン及びポリプロピレン等)繊維を用いる場合、これに電離放射線(α線、β線、γ線、X線、及び、電子線等)を照射してポリマー基材中に活性部分(ラジカル)を生成させる。この照射後の基材をモノマー含有溶液に浸漬してモノマーを基材にグラフト重合させる。その結果、このモノマーがポリオレフィン繊維にグラフト重合側鎖として結合したものが生成する。この生成されたモノマーを側鎖として有するポリオレフィン繊維をアニオン交換基又はカチオン交換基を有する化合物と接触反応させることにより、グラフト重合された側鎖のモノマーにイオン交換基が導入されて最終生成物が得られる。この生成物は、主鎖であるポリオレフィン繊維にイオン交換基が導入されたものではなく、この主鎖にグラフト重合された側鎖のモノマーにイオン交換基が導入されている。
また、ろ過材は、放射線グラフト重合法によりイオン交換基を形成した織布、又は、不織布と、従来のガラスウール、織布、又は、不織布のろ過材とを組み合わせた構成でもよい。
また、第1ろ過材は、厚み方向に異なる細孔構造を有する層を含んでいてもよい。厚み方向に異なる細孔構造とは、例えば、第1ろ過材の一次側の表面における表面孔径と、ろ過材の二次側の表面における表面孔径とが異なるような構造が挙げられる。
第1フィルタは第1ろ過材を有し、第1ろ過材は上記の特徴を有するため、被精製物中における不純物をより効率的に除去できる。特に、第1ろ過材が、それぞれ異なる材料を含む2つ以上の層を含む場合、この傾向は顕著である。
<第2フィルタ>
上記実施形態に係るろ過装置は、一次フィルタユニット52のハウジング内に、第2フィルタが収納されている。本発明の第一実施形態に係るろ過装置の第2フィルタが備える第2ろ過材21は、ポリテトラフルオロエチレンを含む。
第2ろ過材の孔径としては特に制限されないが、より優れた本発明の効果を有するろ過装置が得られる点で、200nm以下が好ましく、100nm以下がより好ましく、50nm以下が更に好ましく、10nm以下が特に好ましく、5nm以下が最も好ましい。下限としては、1nm以上が好ましく、2nm以上がより好ましい。
第2ろ過材の孔径としては特に制限されないが、より優れた本発明の効果を有するろ過装置が得られる点で、第2フィルタが有するろ過材の孔径としては、第1ろ過材の孔径以下であることが好ましい。なお、第2ろ過材の孔径が、第1ろ過材の孔径以下である、とは、ろ過装置が有する複数のハウジングに2つ以上の第2フィルタが収納されている場合、それぞれの第2フィルタが有する第2ろ過材の孔径が、第1ろ過材の孔径以下であることを意味する。
なお、第2フィルタが有する第2ろ過材の孔径は、第1フィルタが有する第1ろ過材の孔径以上であってもよい。
第1ろ過材の孔径に対する第2ろ過材の孔径の比(第2ろ過材の孔径/第1ろ過材の孔径)としては特に制限されないが、0.1~10が好ましく、0.1~1.0がより好ましく、0.1以上、1未満が更に好ましく、0.1~0.9が特に好ましい。
第2ろ過材の材料としては特に制限されず、第1ろ過材の材料として既に説明したものを用いることができる。なかでもより優れた本発明の効果を有するろ過装置が得られる点で、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフルオロカーボン、セルロース、ケイソウ土、ポリスチレン、ガラス、及び、ポリスルホンからなる群から選択される少なくとも1種を含むのが好ましい。
なお、第2ろ過材は、第1ろ過材とは材料、層構成、細孔構造、及び、孔径からなる群から選択される少なくとも1種が異なればよい。
より優れた本発明の効果を有するろ過装置が得られる点で、第2ろ過材は、第1ろ過材が有する2つ以上の層のいずれか1層と同じ材料を含むことが好ましい。
上記以外で第2ろ過材の好適形態として特に説明のないものは、第1ろ過材の好適形態として既に説明したものと同様である。
上記実施形態に係るろ過装置の稼動温度として特に制限されないが、一般に、室温未満で稼動することが好ましい。このとき、被精製物中に、ろ過材由来の不純物が溶出しないことが好ましい。
被精製物中にろ過材由来の不純物が溶出しないようにするためには、被精製物及びろ過材の材料のハンセン空間における距離(Ra)の値及び、ろ過材の材料の相互作用球の半径、すなわち、相互作用半径(R0)の値を調整すればよい。
すなわち、より優れた本発明の効果を有するろ過装置が得られる点で、第1フィルタが有するろ過材、及び、第2フィルタが有するろ過材からなる群から選択される少なくとも1種のろ過材が有する、ハンセン溶解度パラメータδDp、δPp、及び、δHp、並びに、相互作用半径R0が、被精製物が有する、ハンセン溶解度パラメータδDs、δPs、及び、δHsとの関係において、Raが下記式
Ra=4(δDs-δDp)+(δPs-δPp)+(δHs-δHp)
で表される場合、R0に対するRaの比が1.0以下であることが好ましい。
なお、少なくとも第2ろ過材(第2フィルタが有するろ過材)と被精製物との関係において、上記が満たされることが更に好ましく、第1ろ過材及び第2ろ過材のそれぞれと被精製物との関係において、上記が満たされることが特に好ましい。
なお、第1ろ過材が、それぞれ異なる材料を含む2つ以上の層を含むろ過材である場合、第1ろ過材が上記関係を満たす、とは、少なくとも1つの層において上記関係を満たすことを意味し、すべての層で上記関係を満たすのがより好ましい。
ろ過材の材料の相互作用半径(R0)の値に対する、被精製物及びろ過材の材料のハンセン空間における距離(Ra)の値の比(Ra/R0)としては特に制限されないが、被精製物中にろ過材から不純物がより溶出しにくい点で、1.0以下が好ましく、0.98以下がより好ましく、0.95以下が更に好ましく、0.93以下が特に好ましい。下限としては特に制限されないが、0.5以上が好ましく、0.6以上がより好ましく、0.7以上が更に好ましい。
Ra/R0が上記範囲内にあると、ろ過材の材料が被精製物に溶解しにくい。すなわち、被精製物中に、ろ過材に由来する不純物が溶出しにくい。
なお、本明細書において、ハンセン溶解度パラメータ等は、Charles M.Hansenによる「Hansen Solubility Parameters:A User’s Handbook」,CRC Press(2007)及びAllan F.M.Barton(1999)編集の「The CRC Handbook and Solubility Parameters and Cohesion Parameters,」(1999)に記載のものを使用できる。
ハンセン溶解度パラメータ等は、「Molecular Modeling Pro」ソフトウェア,version 5.1.9(ChemSW,Fairfield CA,www.chemsw.com)又はDynacomp SoftwareからのHansen Solubilityにより計算もできる。
なお、R0の値は実験的に求めてもよいし、文献等に記載された値を使用してもよい。
Raはハンセン溶解度パラメータの3つの成分、すなわち、分散力成分(δD)、極性又は双極子相互作用成分(δP)、及び、水素結合成分(δH)から計算される。なお、ハンセン溶解度パラメータの単位は、(MPa)1/2である。
上記3つの成分は3次元空間(ハンセン空間)における座標とみなすことができる。ハンセン空間にろ過材の材料、及び、被精製物をプロットしたとき、これらの距離が近いほど、互いに溶解しやすい、すなわち、被精製物中に、ろ過材に由来する不純物が溶出しやすいことを示す。
このとき、ろ過材の材料のハンセン溶解度パラメータと、被精製物のハンセン溶解度パラメータの間の距離Raは以下の式で表される。
(式)Ra=4(δDs-δDp)+(δPs-δPp)+(δHs-δHp)
なお、上記式において、δDp、δPp、及び、δHpはそれぞれ、ろ過材の材料のハンセン溶解度パラメータの各成分を表し、δDs、δPs、及び、δHsはそれぞれ、被精製物のハンセン溶解度パラメータの各成分を表す。これと、ろ過材の材料のハンセン溶解度パラメータを中心とする相互作用球の半径(R0)とを比較する。
以下の表には、被精製物である有機溶剤のハンセン溶解度パラメータの各成分の値と、ろ過材がポリエチレンである場合のRa/R0とを例示する。
〔第二実施形態〕
本発明の第二の実施形態に係るろ過装置は、第1フィルタユニットの一次側及び二次側に第2フィルタユニットを備えるろ過装置である。
図6は、本発明の第二の実施形態に係るろ過装置60の模式図である。ろ過装置60は、被精製物が供給される管路(51(a)~51(d)からなる)中に、被精製物が供給される方向から順に、一次フィルタユニット52、二次フィルタユニット56、及び、三次フィルタユニット61が配置されている。
三次フィルタユニット61は、管路51(c)及び51(d)と、液体流入口62と、液体流出口63で連結されている。
上記実施形態に係るろ過装置60において、一次フィルタユニット52のハウジングには、第2フィルタが収納され、二次フィルタユニット56のハウジングには第1フィルタが収納され、三次フィルタユニット61のハウジングには第2フィルタが収納されている。すなわち、第1フィルタユニットの一次側に第2フィルタユニットが配置され、第1フィルタユニットの二次側に別の第2フィルタユニットが配置されている。
被精製物の流れはF~Fによって示される。F方向に、管路51(a)から、液体流入口53を経て一次フィルタユニット52に流入した被精製物は、一次フィルタユニット52内に収納された第2フィルタによって精製され、その後、液体流出口54から取り出される。次に、被精製物は、F方向に管路51(b)を流れ、液体流入口57を経て、二次フィルタユニット56に流入する。被精製物は、二次フィルタユニット56内に収納された第1フィルタによって精製され、その後、液体流出口58から取り出される。次に、被精製物は、F方向に管路51(c)を流れ、液体流入口62を経て、3次フィルタユニット61に流入する。被精製物は、三次フィルタユニット61内に収納された第2フィルタによって精製され、その後、液体流出口63から取り出され、管路51(d)をF方向に流れる。
以下では、本実施形態に係るろ過装置が備えるフィルタが有するろ過材について、詳細に説明する。
<第1ろ過材>
第1ろ過材の材料としては特に制限されないが、より優れた本発明の効果を有するろ過装置が得られる点で、表面処理済み基材を含む層を含むことが好ましい。表面処理済み基材の形態としては既に説明したとおりである。
なお、第1ろ過材は、所定の要件を満たすが、本実施形態に係る第1ろ過材としては、例えば、表面処理済み基材を含む層と、表面処理されていない基材を含む層(上記基材は同じものであることが好ましい。)とを含む形態が挙げられる。
<第2ろ過材>
2つの第2ろ過材の材料及び孔径としては特に制限されず、第一実施形態において説明したものを使用できる。なかでもより優れた本発明の効果を有するろ過装置が得られる点で、三次フィルタユニット61のハウジング内に収納された第2フィルタが有する第2ろ過材の孔径は、第1ろ過材の孔径以下が好ましい。上記の二次側の第2フィルタの孔径としては、一般に1.0~50nmが好ましく、1.0~10nmがより好ましく、1.0~2.0nmが更に好ましい。
<第二実施形態の変形例>
上記第二実施形態に係るろ過装置の変形例は、第1フィルタユニットの一次側に第2フィルタユニットが配置され、更に、第1フィルタユニットの二次側にも第2フィルタユニットが配置され、二次側に配置された第2フィルタユニットが有するろ過材の孔径は、第1フィルタユニットが有するろ過材の孔径以下であり、第1フィルタが有するろ過材が表面処理済み基材を含む層を含む、ろ過装置である。
本実施形態に係るろ過装置に係る各部の形態は、既に説明したとおりである。
〔その他の実施形態〕
本発明のその他の実施形態に係るろ過装置は、第1フィルタユニットの二次側から、上記フィルタユニットの一次側へと洗浄液を流すことにより、第1フィルタを逆洗可能に構成したろ過装置である。
第1フィルタを逆洗可能に構成したとは、上記フィルタユニットの二次側に、洗浄液供給装置を備える形態が挙げられる。洗浄液供給装置は典型的には上記フィルタユニットの二次側と管路で接続された洗浄液の貯留槽と、上記管路中に配置されたポンプ及び弁とを備える。逆洗時には、上記洗浄液の貯留槽から洗浄液を管路中に供給し、加圧又は無加圧で上記フィルタユニットの二次側から一次側へと移送し、その過程で、第1フィルタを洗浄するものである。
上記で用いることができる洗浄液としては特に制限されないが、後述する薬液そのもの、薬液を希釈したもの、薬液に含まれる溶剤(有機溶剤及び/又は水)、及び、上記溶剤の混合物等が挙げられる。
なお、本実施形態に係るろ過装置は、第1フィルタを逆洗可能に構成されているが、本発明の実施形態に係るろ過装置として上記に制限されず、更に、1つ又は複数の第2フィルタを逆洗可能に構成してもよい。
[精製装置]
図7は、本発明の実施形態に係る薬液の精製装置の模式図を表す。本発明の実施形態に係る薬液の精製装置70は、管路中に、既に説明したろ過装置60を備える。
ろ過装置60は、管路51(a)で製造タンク71と接続され、管路51(d)で充填装置72と接続されており、更に、管路51(d)は、弁74(d)により分岐して循環管路73(a)により製造タンク71と接続されている。
なお、上記循環管路73(a)は、循環可能な経路に該当する。
薬液の精製装置70では、製造タンク71に後述する管路73(b)から被精製物が供給され、貯留される。貯留された被精製物が、管路51(a)を経てろ過装置60に流入し、精製される(図中、Fで示した流れによる)。
ろ過装置60で精製された被精製物(薬液)は、管路51(a)を経て充填装置72に移送され、容器に充填され、後述する薬液収容体が製造される(図中、Fで示した流れによる。)。
ここで、ろ過装置60で精製された被精製物を再度ろ過装置で精製する場合には、第3フィルタユニット61を経て精製された被精製物を管路51(d)から、弁74(d)で分岐させて、循環管路73(a)を経て製造タンク71に返送し、再度上記の手順を繰り返すことができる(図中、Fで示した流れによる。)。
三次フィルタユニット61で精製した被精製物を、製造タンク71に返送できるよう構成することによって、精製装置中で被精製物を循環させながらろ過することができるため、より優れた欠陥抑制性能を有する薬液を製造することができる。
なお、図7の精製装置では、弁74(d)が管路51(d)に配置されているが、本発明の実施形態に係る精製装置としては上記に制限されず、管路51(c)に配置されていてもよく、また、弁74(d)を有していなくてもよい。弁74(d)を有していない精製装置では、精製後の被精製物を製造タンクに返送しない。
また、上記精製装置においては、二次側から一次側へと洗浄液を流すことにより第1フィルタを逆洗可能に構成されている。第1フィルタを逆洗する場合、弁74(e)及び弁74(f)を開放し、管路75(b)から洗浄液を供給する(このとき、弁74(b)及び74(d)は閉鎖されることが好ましい。)。なお、管路75(b)は、図示しない洗浄液供給装置に接続されている。次に、供給された洗浄液は、二次側から二次フィルタユニット56へと流れ、フィルタユニット56のハウジング内に収納された第1フィルタを洗浄して、管路75(a)から回収される。なお、管路75(a)は図示しない洗浄液回収装置に接続されている。
精製装置において上記のように第1フィルタを逆洗可能に構成することによって、第1フィルタの寿命をより長くすることができる。
なお、上記実施形態に係るろ過装置においては、第1フィルタ(二次フィルタユニット56)を逆洗可能に構成されているが、本発明の実施形態に係る精製装置として上記に制限されず、一次フィルタユニット52及び3次フィルタユニット61もまた逆洗可能に構成されていてもよい。
[精製装置の第二実施形態]
本発明の第二の実施形態に係る精製装置は、上記ろ過装置の一次側にさらに蒸留装置を備える薬液の精製装置である。図8は、上記実施形態に係る薬液の精製装置の模式図を表す。
本実施形態に係る薬液の精製装置80は、管路中に、既に説明した精製装置70と同様の構成を有する。
更に精製装置80において、製造タンク71は、管路83(b)により、蒸留塔81と接続されている。蒸留塔81には、管路73(c)から、被精製物が供給され、蒸留塔81内で蒸留され、蒸留された被精製物は、管路73(b)を経て、製造タンク71へと導入される(図中、Fの流れである)。製造タンク71に被精製物が導入された後は、既に説明したとおりの方法により、薬液が精製される。
なお、精製装置80は、管路中に製造タンクが配置されているが、本実施形態に係る薬液の精製装置として、上記製造タンクを備えないものであってもよい。すなわり、ろ過装置60の一次側と、蒸留塔とが管路を通じて連結された形態であってもよい。
[製造装置]
図9は、本発明の実施形態に係る製造装置の模式図を表す。本実施形態に係る薬液の製造装置90は、管路中に既に説明した精製装置80と同様の構成を有し、蒸留塔81は、管路73(b)によって調合装置91と接続されている。調合装置91は、複数の貯留槽(92(a)、92(b)及び92(c))とそれらを接続する管路73(d)及び73(c)から構成されている。貯留槽92(b)及び92(c)は、それぞれ管路73(d)及び73(e)によって貯留槽92(a)と接続されている。
また、貯留槽92(b)及び貯留槽92(c)はそれぞれ管路73(f)及び73(g)によって、反応槽93(a)及び93(b)が接続されている。
上記製造装置90を用いて薬液を製造する方法について説明する。まず、反応槽93(a)及び93(b)で、原料を反応させて反応物が生成される。
反応物としては特に制限されないが、例えば、上記で薬液に含有される各成分として説明した態様が挙げられる。例えば、薬液が含有する有機溶剤が挙げられる。
反応物を得る方法としては特に制限されず、公知の方法を用いることができる。例えば、触媒の存在下において、一又は複数の原料を反応させて、反応物を得る方法が挙げられる。
より具体的には、例えば、酢酸とn-ブタノールを硫酸の存在下で反応させ、酢酸ブチルを得る工程、エチレン、酸素、及び水をAl(Cの存在下で反応させ、1-ヘキサノールを得る工程、シス-4-メチル-2-ペンテンをIpc2BH(Diisopinocampheylborane)の存在下で反応させ、4-メチル-2-ペンタノールを得る工程、プロピレンオキシド、メタノール、及び酢酸を硫酸の存在下で反応させ、PGMEA(プロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセタート)を得る工程、アセトン、及び水素を酸化銅-酸化亜鉛-酸化アルミニウムの存在下で反応させて、IPA(isopropyl alcohol)を得る工程、並びに乳酸、及びエタノールを反応させて、乳酸エチルを得る方法等が挙げられる。
次に、得られた反応物は、調合装置91によって、所定量ごとに調合され、所望の薬液の組成となるよう、調製される。具体的には、反応槽93(a)及び93(b)によって生成された反応物はその種類ごとに管路73(f)及び73(g)を経て、貯留槽92(b)及び92(c)に移送される。移送された反応物は、管路73(d)及び73(e)を経て貯留槽92(a)に移送され、所定量ずつ混合され、被精製物が調製される。
次に、得られた被精製物は、蒸留塔81を用いて精製される。すなわち、被精製物は、管路73(c)を経て蒸留塔81へと移送され、蒸留される。蒸留された被精製物は管路73(b)を経て製造タンク71へと移送され、その後は、精製装置70を用いて薬液を精製する方法としてすでに説明した方法と同様である。
上記実施形態に係る薬液の製造装置90においては、ろ過装置60の一次側に調合装置91を備えるが、本発明の実施形態に係る薬液の製造装置としては上記に制限されず、ろ過装置60の二次側に調合装置91を備えていてもよい。
なお、上記で説明したろ過装置、精製装置、及び、製造装置は、各管路に弁、及び、被精製物の移送のためのポンプを備えるが、上記図面ではこれを省略し、図示していない。
〔耐腐食材料〕
上記ろ過装置、精製装置、及び、製造装置における、各ユニット(製造タンク、管路、及び、充填装置等)のそれぞれの接液部の材料としては特に制限されないが、より優れた欠陥抑制性能を有する薬液が得られる点で、フッ素樹脂、及び、電解研磨された金属材料からなる群から選択される少なくとも1種の材料(耐腐食材料)で形成され、金属材料は、クロム、及びニッケルからなる群から選択される少なくとも1種を含有し、クロム及びニッケルの含有量の合計が金属材料の全質量に対して25質量%超であることが好ましい。なお、接液部が、上記材料で形成されるとは、上記各部材が上記材料からなるか、又は、上記各部材の接液部が、上記材料により被覆され、被覆層が形成される場合が挙げられる。
<電解研磨された金属材料(電解研磨済み金属材料)>
上記電解研磨された金属材料の製造に用いられる金属材料は、クロム及びニッケルからなる群から選択される少なくとも1種を含有し、クロム及びニッケルの含有量の合計が金属材料の全質量に対して25質量%超である金属材料であれば特に制限されず、例えばステンレス鋼、及びニッケル-クロム合金等が挙げられる。
金属材料におけるクロム及びニッケルの含有量の合計は、金属材料全質量に対して25質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましい。
なお、金属材料におけるクロム及びニッケルの含有量の合計の上限値としては特に制限されないが、一般的に90質量%以下が好ましい。
ステンレス鋼としては、特に制限されず、公知のステンレス鋼を用いることができる。なかでも、ニッケルを8質量%以上含有する合金が好ましく、ニッケルを8質量%以上含有するオーステナイト系ステンレス鋼がより好ましい。オーステナイト系ステンレス鋼としては、例えばSUS(Steel Use Stainless)304(Ni含有量8質量%、Cr含有量18質量%)、SUS304L(Ni含有量9質量%、Cr含有量18質量%)、SUS316(Ni含有量10質量%、Cr含有量16質量%)、及びSUS316L(Ni含有量12質量%、Cr含有量16質量%)等が挙げられる。
なお、上記括弧中のNi含有量及びCr含有量は、金属材料の全質量に対する含有割合である。
ニッケル-クロム合金としては、特に制限されず、公知のニッケル-クロム合金を用いることができる。なかでも、金属材料の全質量に対する、ニッケル含有量が40~75質量%、クロム含有量が1~30質量%のニッケル-クロム合金が好ましい。
ニッケル-クロム合金としては、例えば、ハステロイ(商品名、以下同じ。)、モネル(商品名、以下同じ)、及びインコネル(商品名、以下同じ)等が挙げられる。より具体的には、ハステロイC-276(Ni含有量63質量%、Cr含有量16質量%)、ハステロイ-C(Ni含有量60質量%、Cr含有量17質量%)、ハステロイC-22(Ni含有量61質量%、Cr含有量22質量%)等が挙げられる。
また、ニッケル-クロム合金は、必要に応じて、上記した合金の他に、更に、ホウ素、ケイ素、タングステン、モリブデン、銅、及びコバルト等を含有していてもよい。
金属材料を電解研磨する方法としては特に制限されず、公知の方法を用いることができる。例えば、特開2015-227501号公報の段落[0011]-[0014]、及び特開2008-264929号公報の段落[0036]-[0042]等に記載された方法を用いることができる。
金属材料は、電解研磨されることにより表面の不動態層におけるクロムの含有量が、母相のクロムの含有量よりも多くなっているものと推測される。そのため、電解研磨された金属材料で被覆された内壁、又は電解研磨された金属材料で形成された内壁を有する各ユニットからは被精製物中に金属成分が流出しにくい。
なお、金属材料はバフ研磨されていてもよい。バフ研磨の方法は特に制限されず、公知の方法を用いることができる。バフ研磨の仕上げに用いられる研磨砥粒のサイズは特に制限されないが、金属材料の表面の凹凸がより小さくなりやすい点で、#400以下が好ましい。なお、バフ研磨は、電解研磨の前に行われることが好ましい。
<フッ素樹脂>
上記フッ素樹脂としては、フッ素原子を含有する樹脂(ポリマー)であれば特に制限されず、公知のフッ素樹脂を用いることができる。フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、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、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体、クロロトリフルオロエチレン-エチレン共重合体、及びパーフルオロ(ブテニルビニルエーテル)の環化重合体(サイトップ(登録商標))等が挙げられる。
上記各部材の製造方法としては特に制限されず、公知の方法により製造することができる。例えば、金属又は樹脂等を含む各部材の接液部にフッ素樹脂のライニングを貼付する方法、及び、金属又は樹脂等を含む各部材の接液部にフッ素樹脂を含有する組成物を塗布して被膜を形成する方法等によれば、内壁が上記材料(耐腐食材料)で被覆された各部材を製造することができる。
また、例えば、クロム及びニッケルの含有量の合計が金属材料全質量に対して25質量%超である金属材料を含む各部材の接液部を電解研磨する方法等によれば、内壁が、材料(耐腐食材料)で形成された各部材を製造することができる。
<薬液>
上記の精製装置を用いて製造することができる薬液としては特に制限されず、公知の薬液が挙げられる。なかでも、半導体製造用の薬液が好ましい。
(薬液の第一形態)
本発明の一実施形態に係る薬液は溶剤を含有する。溶剤としては特に制限されず、水、又は、有機溶剤が挙げられる。
薬液中における溶剤の含有量としては特に制限されないが、一般に薬液の全質量に対して、97.0~99.999質量%が好ましく、99.9~99.9質量%がより好ましい。溶剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の有機溶剤を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
なお、本明細書において、溶剤とは、上記薬液の全質量に対して、1成分あたり10000質量ppmを超えた含有量で含有される水、及び/又は、液状の有機化合物を意図する。つまり、本明細書においては、上記薬液の全質量に対して10000質量ppmを超えて含有される水、及び/又は、液状の有機化合物は、溶剤に該当するものとする。
なお、本明細書において液状とは、25℃、大気圧下において、液体であることを意図する。
有機溶剤の種類としては特に制限されず、公知の有機溶剤を用いることができる。有機溶剤としては、例えば、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキルエステル、アルコキシプロピオン酸アルキル、環状ラクトン(好ましくは炭素数4~10)、環を有してもよいモノケトン化合物(好ましくは炭素数4~10)、アルキレンカーボネート(例えば、ジエチルカーボネート等)、アルコキシ酢酸アルキル、及び、ピルビン酸アルキル等が挙げられる。
また、有機溶剤としては、例えば、特開2016-57614号公報、特開2014-219664号公報、特開2016-138219号公報、及び、特開2015-135379号公報に記載のものを用いてもよい。
なかでも有機溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、γ-ブチロラクトン、ジイソアミルエーテル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、イソプロパノール、4-メチル-2-ペンタノール、ジメチルスルホキシド、n-メチル-2-ピロリドン、ジエチレングリコール、エチレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、スルフォラン、シクロヘプタノン、及び、2-ヘプタノンからなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
薬液は、有機溶剤以外のその他の成分を含有してもよい。その他の成分としては、例えば、金属不純物、有機不純物、及び、フッ化物イオン等が挙げられる。
薬液は、金属不純物(金属粒子、及び、金属イオン)を含有してもよい。金属イオンの定義及び測定方法は既に説明したとおりである。
薬液中における金属粒子の含有量としては特に制限されないが、一般に、薬液の全質量に対して、100質量ppt以下が好ましく、50質量ppt以下がより好ましく、30質量ppt以下が更に好ましい。下限は特に制限されないが、一般に0.001質量ppt以上が好ましい。金属粒子は、薬液中に、1種を単独で含有されていても、2種以上が含有されていてもよい。薬液が金属粒子を2種以上含有する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
薬液中における金属イオンの含有量としては特に制限されないが、一般に、薬液の全質量に対して、100質量ppt以下が好ましく、50質量ppt以下がより好ましく、30質量ppt以下が更に好ましい。下限は特に制限されないが、一般に0.001質量ppt以上が好ましい。金属イオンは、薬液中に、1種を単独で含有されていても、2種以上が含有されていてもよい。薬液が金属イオンを2種以上含有する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
薬液は、有機不純物を含有してもよい。有機不純物の定義、及び、測定方法については既に説明したとおりである。
薬液中における有機不純物の含有量としては特に制限されないが、より優れた本発明の効果を有する薬液が得られる点で、薬液の全質量に対して10質量ppb以下が好ましく、5質量ppb以下がより好ましく、3質量ppb以下が更に好ましい。下限は特に制限されないが、有機不純物を含有しないことが好ましい。
薬液が有機不純物を含有する場合、有機不純物は金属に対して配位子として振る舞い、金属と錯体を形成する。この様な錯体は疎水性が高く、薬液を用いて処理した半導体基板表面に残存しやすく、結果的に欠陥を形成しやすい。
薬液は、フッ化物イオンを含有してもよい。フッ化物イオンの定義、及び、測定方法については既に説明したとおりである。
薬液中におけるフッ化物イオンの含有量としては特に制限されないが、より優れた本発明の効果を有する薬液が得られる点で、薬液の全質量に対して1質量ppm以下が好ましく、0.5質量ppm以下がより好ましく0.3質量ppm以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、フッ化物イオンを含有しないことが好ましい。
(薬液の第二実施形態)
本発明の第二の実施形態に係る薬液は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物であってもよい。感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物としては特に制限されないが、以下に説明する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が好ましい。
(感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物)
(A)樹脂
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、典型的には、酸の作用により極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解度が減少する樹脂を含有することが好ましい。
酸の作用により極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解度が減少する樹脂(以下、「樹脂(A)」ともいう)は、樹脂の主鎖若しくは側鎖、又は、主鎖及び側鎖の両方に、酸の作用により分解し、アルカリ可溶性基を生じる基(以下、「酸分解性基」ともいう)を有する樹脂(以下、「酸分解性樹脂」又は「酸分解性樹脂(A)」ともいう)であることが好ましい。
さらに、樹脂(A)は、単環又は多環の脂環炭化水素構造を有する樹脂(以下、「脂環炭化水素系酸分解性樹脂」ともいう)であることがより好ましい。単環又は多環の脂環炭化水素構造を有する樹脂は、高い疎水性を有し、有機系現像液により感活性光線性又は感放射線性膜の光照射強度の弱い領域を現像する場合の現像性が向上すると考えられる。
樹脂(A)を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、ArFエキシマレーザー光を照射する場合に好適に使用できる。
樹脂(A)に含まれるアルカリ可溶性基としては、フェノール性水酸基、カルボン酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、及びトリス(アルキルスルホニル)メチレン基を有する基等が挙げられる。
好ましいアルカリ可溶性基としては、カルボン酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、又はスルホン酸基が挙げられる。
酸で分解し得る基(酸分解性基)として好ましい基は、これらのアルカリ可溶性基の水素原子を酸で脱離する基で置換した基である。
酸で脱離する基としては、例えば、-C(R36)(R37)(R38)、-C(R36)(R37)(OR39)、及びC(R01)(R02)(OR39)等を挙げることができる。
式中、R36~R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
01~R02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、
アルキル基又はアルケニル基を表す。
酸分解性基としては好ましくは、クミルエステル基、エノールエステル基、アセタールエステル基、第3級のアルキルエステル基等である。さらに好ましくは、第3級アルキルエステル基である。
樹脂(A)としては、下記式(pI)~一般式(pV)で示される部分構造を有する繰り返し単位を含有する樹脂であることが好ましい。
一般式(pI)~(pV)中、
11は、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基又はsec-ブチル基を表し、Zは、炭素原子とともにシクロアルキル基を形成するのに必要な原子団を表す。
12~R16は、各々独立に、炭素数1~4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又はシクロアルキル基を表す。但し、R12~R14のうち少なくとも1つ、又は、R15及びR16のいずれかはシクロアルキル基を表す。
17~R21は、各々独立に、水素原子、炭素数1~4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又はシクロアルキル基を表す。但し、R17~R21のうち少なくとも1つはシクロアルキル基を表す。また、R19、R21のいずれかは炭素数1~4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又はシクロアルキル基を表す。
22~R25は、各々独立に、水素原子、炭素数1~4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又はシクロアルキル基を表す。但し、R22~R25のうち少なくとも1つはシクロアルキル基を表す。また、R23とR24は、互いに結合して環を形成していてもよい。
式(pI)~(pV)において、R12~R25におけるアルキル基としては、1~4個の炭素原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。
11~R25におけるシクロアルキル基或いはZと炭素原子が形成するシクロアルキル基は、単環式でも、多環式でもよい。具体的には、炭素数5以上のモノシクロ構造、ビシクロ構造、トリシクロ構造、又は、テトラシクロ構造を有する基を挙げることができる。その炭素数は6~30が好ましく、7~25がより好ましい。これらのシクロアルキル基は置換基を有していてもよい。
好ましいシクロアルキル基としては、アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカリン残基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、及びシクロドデカニル基を挙げることができる。より好ましくは、アダマンチル基、ノルボルニル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、テトラシクロドデカニル基、又はトリシクロデカニル基を挙げることができる。
これらのアルキル基、又はシクロアルキル基の更なる置換基としては、アルキル基(炭素数1~4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1~4)、カルボキシル基、及びアルコキシカルボニル基(炭素数2~6)が挙げられる。上記のアルキル基、アルコキシ基、又はアルコキシカルボニル基等が、さらに有していてもよい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、及びアルコキシ基を挙げることができる。
上記樹脂における式(pI)~(pV)で示される構造は、アルカリ可溶性基の保護に使用することができる。アルカリ可溶性基としては、この技術分野において公知の種々の基が挙げられる。
具体的には、カルボン酸基、スルホン酸基、フェノール基、及びチオール基の水素原子が一般式(pI)~(pV)で表される構造で置換された構造などが挙げられ、好ましくはカルボン酸基、又はスルホン酸基の水素原子が一般式(pI)~(pV)で表される構造で置換された構造である。
式(pI)~(pV)で示される構造で保護されたアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、下記式(pA)で示される繰り返し単位が好ましい。
ここで、Rは、水素原子、ハロゲン原子又は1~4個の炭素原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。複数のRは、各々同じでも異なっていてもよい。
Aは、単結合、アルキレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、スルホンアミド基、ウレタン基、及びウレア基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組み合わせを表す。好ましくは単結合である。
Rp1は、上記式(pI)~(pV)のいずれかの基を表す。
式(pA)で表される繰り返し単位としては、2-アルキル-2-アダマンチル(メタ)アクリレート、又は、ジアルキル(1-アダマンチル)メチル(メタ)アクリレートによる繰り返し単位が好ましい。
以下、式(pA)で示される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
一態様において、酸分解性基を有する繰り返し単位は、炭素数4~7の酸脱離性基aを有する酸分解性繰り返し単位であり、かつ、下記(i-1)~(iv-1)のいずれかの条件を満たすことが好ましい。
(i-1):上記酸脱離性基aの炭素数の最大値が4であり、保護率が70モル%以下である樹脂
(ii-1):上記酸脱離性基aの炭素数の最大値が5であり、保護率が60モル%以下である樹脂
(iii-1):上記酸脱離性基aの炭素数の最大値が6であり、保護率が47モル%以下である樹脂
(iv-1):上記酸脱離性基aの炭素数の最大値が7であり、保護率が45モル%以下である樹脂
ただし、保護率は、上記樹脂に含まれる全ての酸分解性繰り返し単位の合計の、全繰り返し単位に占める割合を意味する。
また、上記酸脱離性基aの炭素数とは、脱離基に含まれる炭素の数を意味する。
これにより、レジスト膜のシュリンク量の低減、並びに、フォーカス余裕度(DOF:Depth Of Focus)の拡大とラインエッジラフネス(LER)の低減とを実現できる。
KrFエキシマレーザー光、電子線、X線、又は、波長50nm以下の高エネルギ光線(EUV等)をレジスト膜に照射する場合には、樹脂(A)は、芳香族炭化水素基を有する繰り返し単位を含むことが好ましく、フェノール性水酸基を有する繰り返し単位を含むことがより好ましい。フェノール性水酸基を有する繰り返し単位としては、下記に示す繰り返し単位が特に好ましい。
樹脂(A)が含有する酸分解性基を有する繰り返し単位は、1種であってもよいし2種以上を併用していてもよい。
樹脂(A)は、ラクトン構造又はスルトン(環状スルホン酸エステル)構造を有する繰り返し単位を含有することが好ましい。
ラクトン基又はスルトン基としては、ラクトン構造又はスルトン構造を有していればいずれでも用いることができるが、好ましくは5~7員環のラクトン構造又はスルトン構造であり、5~7員環のラクトン構造又はスルトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。下記一般式(LC1-1)~(LC1-17)、一般式(SL1-1)及び一般式(SL1-2)のいずれかで表されるラクトン構造又はスルトン構造を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。また、ラクトン構造又はスルトン構造が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造又はスルトン構造としては一般式(LC1-1)、一般式(LC1-4)、一般式(LC1-5)、一般式(LC1-8)であり、一般式(LC1-4)であることがより好ましい。特定のラクトン構造又はスルトン構造を用いることでLWR、現像欠陥が良好になる。
ラクトン構造部分又はスルトン構造部分は、置換基(Rb)を有していても有していなくてもよい。好ましい置換基(Rb)としては、炭素数1~8のアルキル基、炭素数4~7のシクロアルキル基、炭素数1~8のアルコキシ基、炭素数2~8のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、及び酸分解性基などが挙げられる。より好ましくは炭素数1~4のアルキル基、シアノ基、又は酸分解性基である。nは、0~4の整数を表す。nが2以上の時、複数存在する置換基(Rb)は、同一でも異なっていてもよく、また、複数存在する置換基(Rb)同士が結合して環を形成してもよい。
ラクトン基又はスルトン基を有する繰り返し単位は、通常光学異性体が存在するが、いずれの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体を混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度(ee)が90%以上のものが好ましく、より好ましくは95%以上である。
ラクトン構造又はスルトン構造を有する繰り返し単位の含有量は、複数種類含有する場合は合計して樹脂中の全繰り返し単位に対し、15~60mol%が好ましく、20~50mol%がより好ましく、30~50mol%がさらに好ましい。
効果を高めるために、ラクトン又はスルトン構造を有する繰り返し単位を2種以上併用することも可能である。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物がArF露光用であるとき、ArF光への透明性の点から、樹脂(A)は芳香族基を有さないことが好ましい。
樹脂(A)としては、好ましくは、繰り返し単位のすべてが(メタ)アクリレート系繰り返し単位で構成されたものである。この場合、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位、繰り返し単位のすべてがアクリレート系繰り返し単位、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位/アクリレート系繰り返し単位の混合のいずれのものでも用いることができるが、アクリレート系繰り返し単位が全繰り返し単位の50モル%以下であることが好ましい。
好ましい樹脂(A)として、例えば、特開2008-309878号公報の段落[0152]~[0158]に記載した樹脂が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
樹脂(A)は、常法に従って(例えばラジカル重合)合成できる。例えば、一般的合成方法としては、モノマー種及び開始剤を溶剤に溶解させ、加熱することにより重合を行う一括重合法、及び加熱溶剤にモノマー種と開始剤の溶液を1~10時間かけて滴下して加える滴下重合法などが挙げられ、滴下重合法が好ましい。反応溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類;酢酸エチルなどのエステル溶媒;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド溶剤;後述のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノンなどの感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を溶解する溶媒;等が挙げられる。より好ましくは感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に用いられる溶剤と同一の溶剤を用いて重合することが好ましい。これにより保存時のパーティクルの発生が抑制できる。
重合反応は、窒素及び/又はアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で行われることが好ましい。重合開始剤としては市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いて重合を開始させる。ラジカル開始剤としてはアゾ系開始剤が好ましく、エステル基、シアノ基、カルボキシル基を有するアゾ系開始剤が好ましい。好ましい開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、及びジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)などが挙げられる。所望により開始剤を追加、又は分割で添加し、反応終了後、溶剤に投入して粉体又は固形回収等の方法で所望のポリマーを回収する。反応の濃度は5~50質量%であり、好ましくは10~30質量%である。反応温度は、通常10℃~150℃であり、好ましくは30℃~120℃、より好ましくは60~100℃である。
精製は、水洗や適切な溶媒を組み合わせることにより残留単量体やオリゴマー成分を除去する液液抽出法;特定の分子量以下のもののみを抽出除去する限外ろ過等の溶液状態での精製方法;樹脂溶液を貧溶媒へ滴下することで樹脂を貧溶媒中に凝固させることにより残留単量体等を除去する再沈殿法;濾別した樹脂スラリーを貧溶媒で洗浄する等の固体状態での精製方法;等の通常の方法を適用できる。
樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法によりポリスチレン換算値として、好ましくは1,000~200,000であり、より好ましくは1,000~20,000、さらに好ましくは1,000~15,000である。重量平均分子量を、1,000~200,000とすることにより、耐熱性やドライエッチング耐性の劣化を防ぐことができ、且つ現像性が劣化したり、粘度が高くなって成膜性が劣化したりすることを防ぐことができる。
樹脂(A)における重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)である分散度(分子量分布)は、通常1~5であり、好ましくは1~3、より好ましくは1.2~3.0、更に好ましくは1.2~2.0の範囲のものが使用される。分散度の小さいものほど、解像度、パターン形状が優れ、且つパターンの側壁がスムーズであり、ラフネス性に優れる。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物全体中の樹脂(A)の含有率は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分中50~99.9質量%が好ましく、より好ましくは60~99.0質量%である。
また、樹脂(A)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
樹脂(A)は、保護膜形成用組成物との相溶性の観点から、フッ素原子及び珪素原子を含有しないことが好ましい。
(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、典型的には、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(「光酸発生剤」ともいう)を含有する。
そのような光酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
例えば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、及びo-ニトロベンジルスルホネートを挙げることができる。
また、これらの活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基、あるいは化合物をポリマーの主鎖又は側鎖に導入した化合物、例えば、米国特許第3,849,137号明細書、独国特許第3914407号明細書、特開昭63-26653号公報、特開昭55-164824号公報、特開昭62-69263号公報、特開昭63-146038号公報、特開昭63-163452号公報、特開昭62-153853号公報、及び特開昭63-146029号公報等に記載の化合物を用いることができる。
さらに米国特許第3,779,778号明細書、及び欧州特許第126,712号明細書等に記載の光により酸を発生する化合物も使用することができる。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が含有する光酸発生剤としては、活性光線又は放射線の照射により環状構造を有する酸を発生する化合物であることが好ましい。環状構造としては、単環式又は多環式の脂環基が好ましく、多環式の脂環基がより好ましい。脂環基の環骨格を構成する炭素原子としては、カルボニル炭素を含まないことが好ましい。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が含有する光酸発生剤としては、例えば、下記式(3)で表される活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(特定酸発生剤)を好適に挙げることができる。
(アニオン)
式(3)中、
Xfは、各々独立に、フッ素原子、又は、少なくとも一つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
及びRは、各々独立に、水素原子、フッ素原子、アルキル基、又は、少なくとも一つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表し、複数存在する場合のR、Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Lは、2価の連結基を表し、複数存在する場合のLは同一でも異なっていてもよい。
Wは、環状構造を含む有機基を表す。
oは、1~3の整数を表す。pは、0~10の整数を表す。qは、0~10の整数を表す。
Xfは、フッ素原子、又は、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。このアルキル基の炭素数は、1~10であることが好ましく、1~4であることがより好ましい。また、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基は、パーフルオロアルキル基であることが好ましい。
Xfは、好ましくは、フッ素原子又は炭素数1~4のパーフルオロアルキル基である。Xfは、フッ素原子又はCFであることがより好ましい。特に、双方のXfがフッ素原子であることが好ましい。
4及びRは、各々独立に、水素原子、フッ素原子、アルキル基、又は、少なくとも一つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表し、複数存在する場合のR、Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
4及びRとしてのアルキル基は、置換基を有していてもよく、炭素数1~4のものが好ましい。R4及びRは、好ましくは水素原子である。
少なくとも一つのフッ素原子で置換されたアルキル基の具体例及び好適な態様は一般式(3)中のXfの具体例及び好適な態様と同じである。
Lは、2価の連結基を表し、複数存在する場合のLは同一でも異なっていてもよい。
2価の連結基としては、例えば、-COO-(-C(=O)-O-)、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CO-、-O-、-S-、-SO-、-SO-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~10)、アルケニレン基(好ましくは炭素数2~6)又はこれらの複数を組み合わせた2価の連結基などが挙げられる。これらの中でも、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CO-、-O-、-SO-、-COO-アルキレン基-、-OCO-アルキレン基-、-CONH-アルキレン基-又はNHCO-アルキレン基-が好ましく、-COO-、-OCO-、-CONH-、-SO-、-COO-アルキレン基-又はOCO-アルキレン基-がより好ましい。
Wは、環状構造を含む有機基を表す。なかでも環状の有機基であることが好ましい。
環状の有機基としては、例えば、脂環基、アリール基、及び複素環基が挙げられる。
脂環基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。単環式の脂環基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、及びシクロオクチル基などの単環のシクロアルキル基が挙げられる。多環式の脂環基としては、例えば、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が挙げられる。中でも、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ジアマンチル基及びアダマンチル基などの炭素数7以上のかさ高い構造を有する脂環基が、PEB(露光後加熱)工程での膜中拡散性の抑制及びMEEF(Mask Error Enhancement Factor)の向上の観点から好ましい。
アリール基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。このアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基及びアントリル基が挙げられる。中でも、193nmにおける光吸光度が比較的低いナフチル基が好ましい。
複素環基は、単環式であってもよく、多環式であってもよいが、多環式の方がより酸の拡散を抑制可能である。また、複素環基は、芳香族性を有していてもよく、芳香族性を有していなくてもよい。芳香族性を有している複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、及びピリジン環が挙げられる。芳香族性を有していない複素環としては、例えば、テトラヒドロピラン環、ラクトン環、スルトン環及びデカヒドロイソキノリン環が挙げられる。複素環基における複素環としては、フラン環、チオフェン環、ピリジン環、又はデカヒドロイソキノリン環が特に好ましい。また、ラクトン環及びスルトン環の例としては、前述の樹脂において例示したラクトン構造及びスルトン構造が挙げられる。
上記環状の有機基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、アルキル基(直鎖、分岐のいずれであってもよく、炭素数1~12が好ましい)、シクロアルキル基(単環、多環、スピロ環のいずれであってもよく、炭素数3~20が好ましい)、アリール基(炭素数6~14が好ましい)、水酸基、アルコキシ基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレイド基、チオエーテル基、スルホンアミド基、及びスルホン酸エステル基が挙げられる。なお、環状の有機基を構成する炭素(環形成に寄与する炭素)はカルボニル炭素であってもよい。
oは、1~3の整数を表す。pは、0~10の整数を表す。qは、0~10の整数を表す。
一態様において、式(3)中のoが1~3の整数であり、pが1~10の整数であり、qが0であることが好ましい。Xfは、フッ素原子であることが好ましく、R4及びRは共に水素原子であることが好ましく、Wは多環式の炭化水素基であることが好ましい。oは1又は2であることがより好ましく、1であることがさらに好ましい。pが1~3の整数であることがより好ましく、1又は2であることがさらに好ましく、1が特に好ましい。Wは多環のシクロアルキル基であることがより好ましく、アダマンチル基又はジアマンチル基であることがさらに好ましい。
上記一般式(3)で表されるアニオンにおいて、W以外の部分構造の組み合わせとして、SO -CF-CH-OCO-、SO -CF-CHF-CH-OCO-、SO -CF-COO-、SO -CF-CF-CH-、SO -CF-CH(CF)-OCO-が好ましいものとして挙げられる。
(カチオン)
一般式(3)中、Xは、カチオンを表す。
は、カチオンであれば特に制限されないが、好適な態様としては、例えば、後述する式(ZI)又は(ZII)中のカチオン(Z-以外の部分)が挙げられる。
(好適な態様)
特定酸発生剤の好適な態様としては、例えば、下記一般式(ZI)又は(ZII)で表される化合物が挙げられる。
上記一般式(ZI)において、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1~30、好ましくは1~20である。
また、R201~R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201~R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
-は、式(3)中のアニオンを表し、具体的には、下記のアニオンを表す。
201、R202及びR203により表される有機基としては、例えば、後述する化合物(ZI-1)、(ZI-2)、(ZI-3)及び(ZI-4)における対応する基を挙げることができる。
なお、式(ZI)で表される構造を複数有する化合物であってもよい。例えば、式(ZI)で表される化合物のR201~R203の少なくとも1つが、式(ZI)で表されるもうひとつの化合物のR201~R203の少なくとも一つと、単結合又は連結基を介して結合した構造を有する化合物であってもよい。
さらに好ましい(ZI)成分として、以下に説明する化合物(ZI-1)、化合物(ZI-2)、化合物(ZI-3)及び化合物(ZI-4)を挙げることができる。
先ず、化合物(ZI-1)について説明する。
化合物(ZI-1)は、上記一般式(ZI)のR201~R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニウム化合物、即ち、アリールスルホニウムをカチオンとする化合物である。
アリールスルホニウム化合物は、R201~R203の全てがアリール基でもよいし、R201~R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基又はシクロアルキル基でもよい。
アリールスルホニウム化合物としては、例えば、トリアリールスルホニウム化合物、ジアリールアルキルスルホニウム化合物、アリールジアルキルスルホニウム化合物、ジアリールシクロアルキルスルホニウム化合物、及び、アリールジシクロアルキルスルホニウム化合物を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物のアリール基としてはフェニル基又はナフチル基が好ましく、より好ましくはフェニル基である。アリール基は、酸素原子、窒素原子、又は、硫黄原子等を有する複素環構造を有するアリール基であってもよい。複素環構造としては、ピロール残基、フラン残基、チオフェン残基、インドール残基、ベンゾフラン残基、及び、ベンゾチオフェン残基等が挙げられる。アリールスルホニウム化合物が2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているアルキル基又はシクロアルキル基は、炭素数1~15の直鎖又は分岐状アルキル基及び炭素数3~15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、及び、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
201~R203のアリール基、アルキル基、及び、シクロアルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1~15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3~15)、アリール基(例えば炭素数6~14)、アルコキシ基(例えば炭素数1~15)、ハロゲン原子、水酸基、及び、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。
次に、化合物(ZI-2)について説明する。
化合物(ZI-2)は、式(ZI)におけるR201~R203が、各々独立に、芳香環を有さない有機基を表す化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
201~R203としての芳香環を含有しない有機基は、一般的に炭素数1~30、好ましくは炭素数1~20である。
201~R203は、各々独立に、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、アリル基、又は、ビニル基であり、より好ましくは直鎖又は分岐の2-オキソアルキル基、2-オキソシクロアルキル基、又は、アルコキシカルボニルメチル基であり、さらに好ましくは直鎖又は分岐2-オキソアルキル基である。
201~R203のアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1~10の直鎖又は分岐状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、及び、ペンチル基)、炭素数3~10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、及び、ノルボニル基)を挙げることができる。
201~R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1~5)、水酸基、シアノ基、又は、ニトロ基によってさらに置換されていてもよい。
次に、化合物(ZI-3)について説明する。
化合物(ZI-3)とは、以下の式(ZI-3)で表される化合物であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
式(ZI-3)中、
1c~R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ基、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、アルキルチオ基又はアリールチオ基を表す。
6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアリール基を表す。
及びRは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、2-オキソアルキル基、2-オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
1c~R5c中のいずれか2つ以上、R5cとR6c、R6cとR7c、R5cとR、及びRとRは、各々結合して環構造を形成してもよく、この環構造は、酸素原子、硫黄原子、ケトン基、エステル結合、又は、アミド結合を含んでいてもよい。
上記環構造としては、芳香族若しくは非芳香族の炭化水素環、芳香族若しくは非芳香族の複素環、又は、これらの環が2つ以上組み合わされてなる多環縮合環を挙げることができる。環構造としては、3~10員環を挙げることができ、4~8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましい。
1c~R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c、及びRとRが結合して形成する基としては、ブチレン基、及び、ペンチレン基等を挙げることができる。
5cとR6c、及び、R5cとRが結合して形成する基としては、単結合又はアルキレン基であることが好ましく、アルキレン基としては、メチレン基、及び、エチレン基等を挙げることができる。
Zcは、式(3)中のアニオンを表し、具体的には、上述のとおりである。
1c~R5cとしてのアルコキシカルボニル基におけるアルコキシ基の具体例は、上記R1c~R5cとしてのアルコキシ基の具体例と同様である。
1c~R5cとしてのアルキルカルボニルオキシ基及びアルキルチオ基におけるアルキル基の具体例は、上記R1c~R5cとしてのアルキル基の具体例と同様である。
1c~R5cとしてのシクロアルキルカルボニルオキシ基におけるシクロアルキル基の具体例は、上記R1c~R5cとしてのシクロアルキル基の具体例と同様である。
1c~R5cとしてのアリールオキシ基及びアリールチオ基におけるアリール基の具体例は、上記R1c~R5cとしてのアリール基の具体例と同様である。
本発明における化合物(ZI-2)又は化合物(ZI-3)におけるカチオンとしては、米国特許出願公開第2012/0076996号明細書の段落[0036]以降に記載のカチオンを挙げることができる。
次に、化合物(ZI-4)について説明する。
化合物(ZI-4)は、式(ZI-4)で表される。
式(ZI-4)中、
13は水素原子、フッ素原子、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、又はシクロアルキル基を有する基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
14は、複数存在する場合は各々独立して、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルキルスルホニル基、シクロアルキルスルホニル基、又はシクロアルキル基を有する基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
15は各々独立して、アルキル基、シクロアルキル基又はナフチル基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。2個のR15が互いに結合して環を形成してもよい。2個のR15が互いに結合して環を形成するとき、環骨格内に、酸素原子、窒素原子などのヘテロ原子を含んでもよい。一態様において、2個のR15がアルキレン基であり、互いに結合して環構造を形成することが好ましい。
lは0~2の整数を表す。
rは0~8の整数を表す。
は、式(3)中のアニオンを表し、具体的には、上述のとおりである。
式(ZI-4)において、R13、R14及びR15のアルキル基としては、直鎖状若しくは分岐状であり、炭素数1~10のものが好ましく、メチル基、エチル基、n-ブチル基、t-ブチル基等が好ましい。
本発明における式(ZI-4)で表される化合物のカチオンとしては、特開2010-256842号公報の段落[0121]、[0123]、[0124]、及び、特開2011-76056号公報の段落[0127]、[0129]、[0130]等に記載のカチオンを挙げることができる。
次に、式(ZII)について説明する。
式(ZII)中、R204、及びR205は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
204、及びR205のアリール基としてはフェニル基又はナフチル基が好ましく、より好ましくはフェニル基である。R204、及びR205のアリール基は、酸素原子、窒素原子、又は、硫黄原子等を有する複素環構造を有するアリール基であってもよい。複素環構造を有するアリール基の骨格としては、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、ベンゾフラン、及び、ベンゾチオフェン等を挙げることができる。
204、及びR205におけるアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1~10の直鎖又は分岐状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)、及び、炭素数3~10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
204、及びR205のアリール基、アルキル基、及び、シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。R204、及びR205のアリール基、アルキル基、及び、シクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1~15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3~15)、アリール基(例えば炭素数6~15)、アルコキシ基(例えば炭素数1~15)、ハロゲン原子、水酸基、及び、フェニルチオ基等を挙げることができる。
は、式(3)中のアニオンを表し、具体的には、上述のとおりである。
一態様において、酸発生剤は、分子量が870以下であることが好ましく、800以下であることがより好ましく、700以下であることが更に好ましく、600以下であることが特に好ましい。これにより、DOF及びLERが改善する。
なお、本発明において、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物がその分子量に分布を有する場合、重量平均分子量の値を分子量の基準として扱う。
酸発生剤は、1種類単独又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
酸発生剤の組成物中の含有量(複数種存在する場合はその合計)は、組成物の全固形分を基準として、0.1~30質量%が好ましく、より好ましくは0.5~25質量%、さらに好ましくは3~20質量%、特に好ましくは3~15質量%である。
酸発生剤として、式(ZI-3)又は(ZI-4)により表される化合物を含む場合、組成物中に含まれる酸発生剤の含有量(複数種存在する場合はその合計)は、組成物の全固形分を基準として、5~35質量%が好ましく、8~30質量%がより好ましく、9~30質量%がさらに好ましく、9~25質量%が特に好ましい。
(C)溶剤
上記各成分を溶解させて感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を調製する際に使用することができる溶剤としては、例えば、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキルエステル、アルコキシプロピオン酸アルキル、炭素数4~10の環状ラクトン、炭素数4~10の、環を含有していてもよいモノケトン化合物、アルキレンカーボネート、アルコキシ酢酸アルキル、及びピルビン酸アルキル等の有機溶剤を挙げることができる。
アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートとしては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、及びエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートが好ましく挙げられる。
アルキレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、及びエチレングリコールモノエチルエーテルを好ましく挙げられる。
乳酸アルキルエステルとしては、例えば、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、及び乳酸ブチルを好ましく挙げられる。
アルコキシプロピオン酸アルキルとしては、例えば、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、及び3-メトキシプロピオン酸エチルを好ましく挙げられる。
炭素数4~10の環状ラクトンとしては、例えば、β-プロピオラクトン、β-ブチロラクトン、γ-ブチロラクトン、α-メチル-γ-ブチロラクトン、β-メチル-γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、γ-カプロラクトン、γ-オクタノイックラクトン、及びα-ヒドロキシ-γ-ブチロラクトンが好ましく挙げられる。
炭素数4~10の、環を含有していてもよいモノケトン化合物としては、例えば、2-ブタノン、3-メチルブタノン、ピナコロン、2-ペンタノン、3-ペンタノン、3-メチル-2-ペンタノン、4-メチル-2-ペンタノン、2-メチル-3-ペンタノン、4,4-ジメチル-2-ペンタノン、2,4-ジメチル-3-ペンタノン、2,2,4,4-テトラメチル-3-ペンタノン、2-ヘキサノン、3-ヘキサノン、5-メチル-3-ヘキサノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、2-メチル-3-ヘプタノン、5-メチル-3-ヘプタノン、2,6-ジメチル-4-ヘプタノン、2-オクタノン、3-オクタノン、2-ノナノン、3-ノナノン、5-ノナノン、2-デカノン、3-デカノン、4-デカノン、5-ヘキセン-2-オン、3-ペンテン-2-オン、シクロペンタノン、2-メチルシクロペンタノン、3-メチルシクロペンタノン、2,2-ジメチルシクロペンタノン、2,4,4-トリメチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、3-メチルシクロヘキサノン、4-メチルシクロヘキサノン、4-エチルシクロヘキサノン、2,2-ジメチルシクロヘキサノン、2,6-ジメチルシクロヘキサノン、2,2,6-トリメチルシクロヘキサノン、シクロヘプタノン、2-メチルシクロヘプタノン、及び3-メチルシクロヘプタノンが好ましく挙げられる。
アルキレンカーボネートとしては、例えば、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、エチレンカーボネート、及びブチレンカーボネートが好ましく挙げられる。
アルコキシ酢酸アルキルとしては、例えば、酢酸-2-メトキシエチル、酢酸-2-エトキシエチル、酢酸-2-(2-エトキシエトキシ)エチル、酢酸-3-メトキシ-3-メチルブチル、及び酢酸-1-メトキシ-2-プロピルが好ましく挙げられる。
ピルビン酸アルキルとしては、例えば、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、及びピルビン酸プロピルが好ましく挙げられる。
好ましく使用できる溶剤としては、常温常圧下で、沸点130℃以上の溶剤が挙げられる。具体的には、シクロペンタノン、γ-ブチロラクトン、シクロヘキサノン、乳酸エチル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸-2-エトキシエチル、酢酸-2-(2-エトキシエトキシ)エチル、プロピレンカーボネート、ブタン酸ブチル、酢酸イソアミル、及び2―ヒドロキシイソ酪酸メチルが挙げられる。
上記溶剤を単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。
有機溶剤として構造中に水酸基を含有する溶剤と、水酸基を含有しない溶剤とを混合した混合溶剤を使用してもよい。
水酸基を含有する溶剤としては、例えば、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、及び乳酸エチル等を挙げることができ、これらの内でプロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチルが特に好ましい。
水酸基を含有しない溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2-ヘプタノン、γ-ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができ、これらの内で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2-ヘプタノン、γ-ブチロラクトン、シクロヘキサノン、又は酢酸ブチルが特に好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、又は2-ヘプタノンが最も好ましい。
水酸基を含有する溶剤と水酸基を含有しない溶剤との混合比(質量比)は、1/99~99/1、好ましくは10/90~90/10、さらに好ましくは20/80~60/40である。水酸基を含有しない溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
溶剤は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含有する2種類以上の混合溶剤であることが好ましい。
(D)塩基性化合物
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減するために、塩基性化合物を含有することが好ましい。
また、DOF及びEL性能の観点からも、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が塩基性化合物を含有することは好ましい。すなわち、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中に含有される塩基性化合物は、保護膜形成後のプリベーク時に保護膜へ移動し、PEB時にその一部が感活性光線性又は感放射線性膜の未露光部に戻ってくる。この場合、露光部は塩基性化合物が減るため酸が拡散しやすくなり、他方、未露光部は塩基性化合物が多くなるため酸が拡散しにくくなる。このように感活性光線性又は感放射線性膜の露光部と未露光部の酸拡散のコントラストが高くなる結果、DOFとELがさらに改善される。
塩基性化合物としては、好ましくは、下記式(A)~(E)で示される構造を有する化合物を挙げることができる。
式(A)~(E)中、
200、R201及びR202 は、同一でも異なってもよく、水素原子、アルキル基(好ましくは炭素数1~20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3~20)又はアリール基(炭素数6~20)を表し、ここで、R201とR202は、互いに結合して環を形成してもよい。
上記アルキル基について、置換基を有するアルキル基としては、炭素数1~20のアミノアルキル基、炭素数1~20のヒドロキシアルキル基、又は炭素数1~20のシアノアルキル基が好ましい。
203、R204、R205及びR206は、同一でも異なってもよく、炭素数1~20個のアルキル基を表す。
これら式(A)~(E)中のアルキル基は、無置換であることがより好ましい。
好ましい化合物として、グアニジン、アミノピロリジン、ピラゾール、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルホリン、アミノアルキルモルフォリン、ピペリジン等を挙げることができ、さらに好ましい化合物として、イミダゾール構造、ジアザビシクロ構造、オニウムヒドロキシド構造、オニウムカルボキシレート構造、トリアルキルアミン構造、アニリン構造又はピリジン構造を有する化合物、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体等を挙げることができる。
イミダゾール構造を有する化合物としては、イミダゾール、2,4,5-トリフェニルイミダゾール、及びベンズイミダゾール等が挙げられる。ジアザビシクロ構造を有する化合物としては、1,4-ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]ノナ-5-エン、及び1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ-7-エン等が挙げられる。オニウムヒドロキシド構造を有する化合物としては、トリアリールスルホニウムヒドロキシド、フェナシルスルホニウムヒドロキシド、2-オキソアルキル基を有するスルホニウムヒドロキシド、具体的にはトリフェニルスルホニウムヒドロキシド、トリス(t-ブチルフェニル)スルホニウムヒドロキシド、ビス(t-ブチルフェニル)ヨードニウムヒドロキシド、フェナシルチオフェニウムヒドロキシド、2-オキソプロピルチオフェニウムヒドロキシド等が挙げられる。オニウムカルボキシレート構造を有する化合物としては、オニウムヒドロキシド構造を有する化合物のアニオン部がカルボキシレートになったものであり、例えばアセテート、アダマンタン-1-カルボキシレート、パーフロロアルキルカルボキシレート等が挙げられる。トリアルキルアミン構造を有する化合物としては、トリ(n-ブチル)アミン、トリ(n-オクチル)アミン等を挙げることができる。アニリン化合物としては、2,6-ジイソプロピルアニリン、N,N-ジメチルアニリン、N,N-ジブチルアニリン、N,N-ジヘキシルアニリン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリス(メトキシエトキシエチル)アミン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体としては、N,N-ビス(ヒドロキシエチル)アニリン等を挙げることができる。
また、塩基性化合物としては、上述した保護膜形成用組成物(上層膜形成用組成物、又はトップコート組成物ともいう)が含有する塩基性化合物(XC)として記載した化合物も好適に用いることができる。
これらの塩基性化合物は、単独であるいは2種以上一緒に用いられる。
塩基性化合物の使用量は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の固形分を基準として、0.001~10質量%が好ましく、より好ましくは0.01~5質量%である。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の光酸発生剤と塩基性化合物との使用割合は、光酸発生剤/塩基性化合物(モル比)=2.5~300であることが好ましい。即ち、感度、解像度の点からモル比で2.5以上が好ましく、露光後加熱処理までの経時でのパターンの太りによる解像度の低下抑制の点から300以下が好ましい。光酸発生剤/塩基性化合物(モル比)は、より好ましくは5.0~200、さらに好ましくは7.0~150である。
(E)疎水性樹脂
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、疎水性樹脂(E)を含有してもよい。疎水性樹脂としては、例えば、保護膜形成用組成物が含有する上述した樹脂(XB)を好適に使用できる。また、例えば、特開2014-149409号公報の段落[0389]~[0474]に記載された「[4]疎水性樹脂(D)」等も好適に挙げられる。
疎水性樹脂(E)の標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは1,000~100,000で、より好ましくは1,000~50,000、更に好ましくは2,000~15,000である。
また、疎水性樹脂(E)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
疎水性樹脂(E)の組成物中の含有率は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分に対し、0.01~10質量%が好ましく、0.05~8質量%がより好ましく、0.1~7質量%がさらに好ましい。
(F)界面活性剤
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、さらに(F)界面活性剤を含有することが好ましく、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、フッ素原子と珪素原子の両方を有する界面活性剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することがより好ましい。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が上記(F)界面活性剤を含有することにより、250nm以下、特に220nm以下の露光光源の使用時に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥の少ないパターンを与えることが可能となる。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤としては、例えば特開昭62-36663号公報、特開昭61-226746号公報、特開昭61-226745号公報、特開昭62-170950号公報、特開昭63-34540号公報、特開平7-230165号公報、特開平8-62834号公報、特開平9-54432号公報、特開平9-5988号公報、特開2002-277862号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、及び同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、下記市販の界面活性剤をそのまま用いることもできる。
使用できる市販の界面活性剤として、例えばエフトップEF301、EF303(新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431、4430(住友スリーエム(株)製)、
メガファックF171、F173、F176、F189、F113、F110、F177、F120、R08(大日本インキ化学工業(株)製)、サーフロンS-382、SC101、102、103、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS-366(トロイケミカル(株)製)、GF-300、GF-150(東亞合成化学(株)製)、サーフロンS-393(セイミケミカル(株)製)、エフトップEF121、EF122A、EF122B、RF122C、EF125M、EF135M、EF351、352、EF801、EF802、EF601((株)ジェムコ製)、PF636、PF656、PF6320、PF6520(OMNOVA社製)、FTX-204D、208G、218G、230G、204D、208D、212D、218、222D((株)ネオス製)等のフッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を挙げることができる。またポリシロキサンポリマーKP-341(信越化学工業(株)製)もシリコン系界面活性剤として用いることができる。
また、界面活性剤としては、上記に示すような公知のものの他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)又はオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を有する重合体を用いた界面活性剤を用いることができる。フルオロ脂肪族化合物は、特開2002-90991号公報に記載された方法によって合成することができる。
フルオロ脂肪族基を有する重合体としては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート及び/又は(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましく、不規則に分布しているものでも、ブロック共重合していてもよい。また、ポリ(オキシアルキレン)基としては、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基、ポリ(オキシブチレン)基などが挙げられ、また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)やポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)など同じ鎖長内に異なる鎖長のアルキレンを有するようなユニットでもよい。さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体は2元共重合体ばかりでなく、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマーや、異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)などを同時に共重合した3元系以上の共重合体でもよい。
例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF178、F-470、F-473、F-475、F-476、F-472(大日本インキ化学工業(株)製)を挙げることができる。さらに、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C37基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体などを挙げることができる。
また、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤以外の他の界面活性剤を使用することもできる。具体的には、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテ-ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤等を挙げることができる。
これらの界面活性剤は単独で使用してもよいし、また、いくつかの組み合わせで使用してもよい。
(F)界面活性剤の使用量は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.01~10質量%、より好ましくは0.1~5質量%である。
(G)カルボン酸オニウム塩
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、(G)カルボン酸オニウム塩を含有してもよい。カルボン酸オニウム塩としては、カルボン酸スルホニウム塩、カルボン酸ヨードニウム塩、及びカルボン酸アンモニウム塩などを挙げることができる。特に、(G)カルボン酸オニウム塩としては、ヨードニウム塩、スルホニウム塩が好ましい。さらに、(G)カルボン酸オニウム塩のカルボキシレート残基が芳香族基、炭素-炭素2重結合を含有しないことが好ましい。特に好ましいアニオン部としては、炭素数1~30の、直鎖、分岐又は環状(単環又は多環)のアルキルカルボン酸アニオンが好ましい。さらに好ましくはこれらのアルキル基の一部又は全てがフッ素置換されたカルボン酸のアニオンが好ましい。アルキル鎖中に酸素原子を含んでいてもよい。これにより220nm以下の光に対する透明性が確保され、感度、解像力が向上し、疎密依存性、露光マージンが改良される。
フッ素置換されたカルボン酸のアニオンとしては、フロロ酢酸、ジフロロ酢酸、トリフロロ酢酸、ペンタフロロプロピオン酸、ヘプタフロロ酪酸、ノナフロロペンタン酸、パーフロロドデカン酸、パーフロロトリデカン酸、パーフロロシクロヘキサンカルボン酸、2,及び2-ビストリフロロメチルプロピオン酸のアニオン等が挙げられる。
これらの(G)カルボン酸オニウム塩は、スルホニウムヒドロキシド、ヨードニウムヒドロキシド、又はアンモニウムヒドロキシドとカルボン酸を適当な溶剤中酸化銀と反応させることによって合成できる。
(G)カルボン酸オニウム塩の組成物中の含量は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分に対し、0.1~20質量%が好ましく、より好ましくは0.5~10質量%、更に好ましくは1~7質量%である。
(H)その他の添加剤
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物には、必要に応じてさらに染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、アルカリ可溶性樹脂、溶解阻止剤及び現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、カルボキシル基を有する脂環族、又は脂肪族化合物)等を含有させることができる。
このような分子量1000以下のフェノール化合物は、例えば、特開平4-122938号公報、特開平2-28531号公報、米国特許第4,916,210、欧州特許第219294等に記載の方法を参考にして、当業者において容易に合成することができる。
カルボキシル基を有する脂環族、又は脂肪族化合物の具体例としてはコール酸、デオキシコール酸、リトコール酸などのステロイド構造を有するカルボン酸誘導体、アダマンタンカルボン酸誘導体、アダマンタンジカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、及びシクロヘキサンジカルボン酸などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
基板上に感活性光線性又は感放射線性膜を形成する方法としては、例えば、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を基板上に塗布する方法が挙げられる。塗布方法としては特に限定されず、従来公知のスピンコート法、スプレー法、ローラーコート法、又は浸漬法などを用いることができ、好ましくはスピンコート法である。
感活性光線性又は感放射線性膜を形成後、必要に応じて基板を加熱(プリベーク(Prebake;PB))してもよい。これにより、不溶な残留溶剤の除去された膜を均一に形成することができる。工程aにおける感活性光線性又は感放射線性膜形成後のプリベークの温度は特に限定されないが、50~160℃が好ましく、より好ましくは60~140℃である。
感活性光線性又は感放射線性膜を形成する基板は特に限定されるものではなく、シリコン、SiN、及びSiO等の無機基板;SOG(Spin on Glass)等の塗布系無機基板等;IC(Integrated Circuit)等の半導体製造工程、液晶及びサーマルヘッド等の回路基板の製造工程、ならびにその他のフォトファブリケーションのリソグラフィー工程等で一般的に用いられる基板等;を用いることができる。
感活性光線性又は感放射線性膜を形成する前に、基板上に予め反射防止膜を塗設してもよい。
反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、及び、アモルファスシリコン等の無機膜型と、吸光剤とポリマー材料からなる有機膜型のいずれも用いることができる。また、有機反射防止膜として、ブリューワーサイエンス社製のDUV30シリーズ、DUV-40シリーズ、シプレー社製のAR-2、AR-3、AR-5、日産化学社製のARC29AなどのARCシリーズ等の市販の有機反射防止膜を使用することもできる。
<薬液の用途>
上記実施形態に係る薬液は、半導体製造用に好ましく用いられる。具体的には、リソグラフィー工程、エッチング工程、イオン注入工程、及び、剥離工程等を含有する半導体デバイスの製造工程において、各工程の終了後、又は、次の工程に移る前に、有機物を処理するために使用され、具体的にはプリウェット液、現像液、リンス液、及び、剥離液等として好適に用いられる。例えばレジスト塗布前後の半導体基板のエッジエラインのリンスにも使用することができる。
また、上記薬液は、半導体製造用に用いられるレジスト膜形成用組成物に含有される樹脂の希釈液としても使用できる。すなわち、レジスト膜形成用組成物用の溶剤よして使用できる。
また、上記薬液は、他の有機溶剤、及び/又は、水等により希釈して使用してもよい。
また、上記薬液は、CMP(Chemical Mechanical Planarization)に使用される研磨用スラリーとして使用できる。例えば、上記薬液に砥粒及び酸化剤等を加えたものをCMP研磨用スラリーとして使用できる。また、CMP研磨用スラリーを希釈する際の溶剤としても使用できる。
また、上記薬液は、CMP後に基板の洗浄に使用される洗浄液としても使用できる。また、上記洗浄液に使用される溶剤としても使用できる。上記洗浄液は、他の有機溶剤、及び/又は、水等により希釈してもよい。
また、上記薬液は、半導体製造用以外の他の用途でも好適に用いることができ、ポリイミド、センサー用レジスト、レンズ用レジスト等の現像液、及び、リンス液等としても使用できる。
また、上記薬液は、医療用途又は洗浄用途の溶媒としても用いることができる。特に、容器、配管、及び、基板(例えば、ウェハ、及び、ガラス等)等の洗浄に好適に用いることができる。
以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
[有機溶剤を含有する薬液の精製]
〔実施例1~17及び比較例1~5〕
図7に示した精製装置を準備した。表1には、精製装置が備える各フィルタユニットのハウジングに収納されるろ過材の材料等について記載した。また、「種類」欄には、それぞれ、収納されたフィルタが第1フィルタなのか、又は、第2フィルタなのかを示した。
具体的には、「材料」には各ろ過材の材料を記載した。特に、第1ろ過材については、層別に材料を記載した。このうち、「層1」「層2」とあるのは、一次側から「層1」「層2」の順番に積層されていることを示している。
ただし、三次フィルタユニットに関しては、実施例によっては使用しておらず、その場合、表1中の「三次フィルタユニット」欄が空欄となっている。
なお、表1の各欄における略号は以下のとおりである。
第1ろ過材の材料等は以下のとおりである。
・「ナイロン」:ナイロンからなるナノ繊維層
・「HDPE」:高密度ポリエチレン(HDPE)からなるナノ多孔質膜層
・「イオン交換ナイロン」:イオン交換基を有するナイロンからなるナノ繊維層
第2ろ過材の材料等は以下のとおりである。
・「PTFE」:ポリテトラフルオロエチレンからなるナノ多孔質膜層
・「HDPE」:HDPEからなるナノ多孔質膜層
・「ナイロン」:ナイロンからなるナノ繊維層
なお、特に、比較例1のろ過材の種類として、「二次と同じ」とあるのは、一次フィルタユニットのハウジングに、二次フィルタユニットと同じフィルタが収納されていることを示している。
上記精製装置を用いて、表1に記載した種類の溶剤を含む被精製物を精製して、溶剤を含む薬液を得た。なお、表1の「被精製物」欄における略号は以下を表す。
・1:酢酸ブチル(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(FFEM)社製品)
・2:PGMEA/PGME(30/70(体積/体積)混合品、原料は富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(FFEM)社製品))
・3:シクロヘキサノン(FFEM社製品)
・4:4-メチル-2-ペンタノール(FFEM社製品)
具体的な生成方法は次のとおりである。まず、被精製物40Lを上記精製装置の製造タンクに導入した。次に、各フィルタで精製された精製後の被精製物を、再度、製造タンクに導入する、循環ろ過を行った。この操作を10回繰り返し、薬液を得た。
<薬液の欠陥抑制性能の評価>
以下の方法により、上記製造装置を用いて製造された薬液の欠陥抑制性能をそれぞれ評価し、結果を表1に示した。
まず、直径300mmのシリコン酸化膜基板を準備した。
次に、ウェハ表面上欠陥検出装置(KLA Tencor社製SP-5)で上記基板上に存在する直径30nm以上のパーティクルを検出した。次に、ウェハ表面上欠陥解析装置(AMAT社製G6)で欠陥の構成元素を解析し、炭素原子の含有量が75%を超えるカウント数を欠陥の数として評価した(これを初期値とする。)。次に、上記基板をスピン吐出装置にセットし、基板を回転させながら、基板の表面に対して、各薬液を1.5L/分の流速で吐出した。その後、基板をスピン乾燥した。
次に、同様の方法で欠陥数を計測した(これを計測値とする。)。次に、初期値と計測値の差を(計測値-初期値)を計算した。得られた結果は下記の基準に基づいて評価し、結果を表1に示した。
「1」:欠陥数の初期値と計測値の差が10個以下だった。
「2」:欠陥数の初期値と計測値の差が11~100個だった。
「3」:欠陥数の計測値-初期値の差が101~200個だった。
「4」:欠陥数の計測値-初期値の差が201~1000個だった。
「5」:欠陥数の計測値-初期値の差が1001個以上だった。
<ろ過材の寿命の測定>
上記精製装置を用いて各被精製物を連続して精製した。途中、通液量10000kgごとに精製後に得られた薬液を試験用に回収した。次に、300mmシリコン基板上に、東京エレクトロン株式会社製コーターデベロッパーLITHIUSを用いて、上記試験用の各薬液を60秒間塗布処理した。次に、得られた塗膜付きシリコン基板について、KLA-Tencor社製基板上異物検査装置SP-5を用いて、直径30nm以上の異物数を計数した。計数される値が、初期値の2倍となった際の通液量をろ過材の寿命とした。
結果は、第1フィルタのみを単独で用いた場合の寿命を1としたときの比として計算され、以下の基準で評価して、表1に示した。
1:寿命が10倍以上だった。
2:寿命が5倍以上、10倍未満だった。
3:寿命が2倍以上、5倍未満だった。
4:寿命が1倍を超え、2倍未満だった。
5:寿命が1倍以下だった。
〔実施例18~20、比較例6、7〕
図7に示した精製装置を準備した。表2には、精製装置が備える各フィルタユニットのハウジングに収納されるろ過材の材料等について記載した。「Ra/R0」には、被精製物及び第2ろ過材の材料のハンセン溶解度パラメータから計算したRa/R0の値を示した。その他の欄の見出しの意味は、表1と同様である。
被精製物に係る略号は以下のとおりである。
「1」:シクロヘキサノン
「2」:PGMEA
「3」:ジエチルカーボネート
第1ろ過材の材料等は、以下のとおりである。
・「親水化HDPE」:プラズマ処理により親水化されたHDPEからなるナノ多孔質膜層。なお、接触角計を用いて測定した25℃におけるろ過材表面の水接触角は50°だった。
・「HDPE」:HDPEからなるナノ多孔質膜層
第2ろ過材の材料等は、以下のとおりである。
・「HDPE」:HDPEからなるナノ多孔質膜層
まず、表2に記載した被精製物40Lを上記精製装置の製造タンクに導入した。次に、各フィルタで精製された精製後の被精製物を、再度、製造タンクに導入する、循環ろ過をおこなった。この操作を10回繰り返し、薬液を得た。得られた薬液に付いて上記と同様の方法で、薬液の欠陥抑制性能を評価した。結果は表2に示した。
また、表2に記載した各精製装置を用いて、上記と同様の方法でろ過材の寿命を測定した。結果は表2に示した。
[水を含有する薬液の精製]
〔実施例21~37、比較例8及び9〕
図7に示した精製装置を準備した。表3には、精製装置が備える各フィルタユニットのハウジングに収納されるろ過材の材料等について記載した。各欄の見出しの意味は、表1と同様である。
第1ろ過材の材料等は以下のとおりである。
・「ナイロン」:ナイロンからなるナノ繊維層
・「HDPE1」:プラズマ処理により親水化されたHDPEからなるナノ多孔質膜層
なお、接触角計を用いて測定した25℃におけるろ過材表面の水接触角は50°だった。
・「HDPE」:HDPEからなるナノ多孔質膜層
第2ろ過材の材料等は以下のとおりである。
・「PTFE」:ポリテトラフルオロエチレンからなるナノ多孔質膜層、なお、ポリテトラフルオロエチレンはプラズマ処理により親水化され、接触角計を用いて測定した、25℃における水接触角は、45°だった。
・「HDPE2」:HDPEからなるナノ多孔質膜層、なお、HDPEはプラズマ処理により親水化され、接触角計を用いて測定した、25℃における水接触角は、50°だった。
・「PESU」:ポリエーテルサルフォンからなるナノ多孔質膜層
表3に記載した被精製物40Lを上記精製装置の製造タンクに導入した。次に、各フィルタで精製された精製後の被精製物を、再度、製造タンクに導入する、循環ろ過を行った。この操作を10回繰り返し、薬液を得た。
なお、表3の「被精製物」欄における略号は以下を表す。
得られた薬液は上記と同様の方法により欠陥抑制性能を測定した。また、上記の方法により、ろ過材の寿命を測定した。これらの結果を表3に示した。
・1:FHD-5(アルカリ系水系現像液)
・2:FHD-402(アルカリ系水系現像液)
[感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の精製]
〔実施例38~48、比較例10及び11〕
まず、以下の方法により感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物1を準備した。
(感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物1)
下記合成方法に従い合成した樹脂:0.77g
・樹脂の合成
下記合成スキームの通り、11.9gのモノマー(1)と、8.0gのモノマー(1-2)と、15.1gのモノマー(1-3)と、1.12gの重合開始剤V-601(和光純薬工業(株)製)とを、129.0gのシクロヘキサノンに溶解させて混合液を得た。
次に、反応容器中に69.5gのシクロヘキサノンを入れ、窒素ガス雰囲気下、85℃に保持した反応容器中のシクロヘキサノンに混合液を4時間かけて滴下して、反応液を得た。反応液を2時間に亘って加熱しながら撹拌した後、反応液を室温まで放冷した。次に、反応液に、メタノール49.6gと4.9gのトリエチルアミンとを加え、50℃で18時間加熱撹拌した後、反応液を室温まで放冷した。次に、反応液に酢酸エチル200gと水200gとを加え、分液操作し、有機層を回収した。有機層を水で3回洗浄した後、溶媒を減圧留去した。残った固体をPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)200gに溶解し、溶媒を減圧留去することで共沸脱水した後、シクロヘキサノン198.5gを加え、溶液を得た。次に、溶液を、2336gの、n-ヘプタン及び酢酸エチルの混合溶液(n-ヘプタン/酢酸エチル=9/1(質量比))中に滴下し、固体を沈殿させ、ろ過した。次に、701gの、n-ヘプタン及び酢酸エチルの混合溶液(n-ヘプタン/酢酸エチル=9/1(質量比))を用いて、ろ過した固体のかけ洗いを行なった。その後、洗浄後の固体を減圧乾燥して、23.8gの樹脂(A-1)を得た。H-NMR及び13C-NMRより、樹脂中の組成比は、繰り返し単位(a)/繰り返し単位(c)/繰り返し単位(b)=30/20/50(モル比)と算出された。なお、スキームには、樹脂の合成方法を簡略化して表した。
下記に示す酸発生剤:0.23g
下記に示す酸拡散制御剤:0.03g
溶剤:
PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート):60g
PGME(プロピレングリコールモノメチルエーテル):15g
次に、図7に示した精製装置を準備した。表4には、精製装置が備える各フィルタユニットのハウジングに収納されるろ過材の材料等について記載した。各欄の見出しの意味は、表1と同様である
第1ろ過材の材料等は以下のとおりである。
・「ナイロン」:ナイロンからなるナノ繊維層
・「HDPE」:HDPEからなるナノ多孔質膜層
第2ろ過材の材料としては以下のとおりである。
・「PTFE」:PTFEからなるナノ多孔質膜層
・「HDPE」:HDPEからなるナノ多孔質膜層
・「ナイロン」:ナイロンからなるナノ繊維層
表4に記載した被精製物40Lを上記精製装置の製造タンクに導入した。次に、各フィルタで精製された精製後の被精製物を、再度、製造タンクに導入する、循環ろ過を行った。この操作を10回繰り返し、薬液を得た。
なお、表4の「被精製物」欄における略号は以下を表す。
「1」:感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物1
得られた薬液を用いて、以下の方法によりレジストパターンを形成して欠陥の発生状況を評価した。また上記の方法により、ろ過材の寿命を測定した。
<レジストパターン(ラインアンドスペースパターン)の形成/EUV露光(溶剤現像)>
シリコンウェハ上に有機反射防止膜形成用組成物ARC29SR(Brewer社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークし、厚み86nmの反射防止膜をシリコンウェハ上に形成し、下表4に記載のプリウェット液を塗布後、上記薬液を塗布し、120℃で60秒間に亘ってベークし、シリコンウェハ上に、厚み40nmのレジスト膜を形成した。
EUV露光装置(Exitech社製 Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupole、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用いて、露光マスク(ライン/スペース=1/1を有するスペース幅(光透過部の幅)=10nmマスク)を使用して、レジスト膜を備えるシリコンウェハをパターン露光した。パターン露光後、加熱したホットプレート上に、露光後のレジスト膜を備えるシリコンウェハを、シリコンウェハ面を下にして載置し、90℃の温度で60秒間ベークした。ベーク後のレジスト膜を、現像液で30秒間パドル現像して、その後、リンスした。次いで、2000rpmの回転数で30秒間ウェハを回転させて、1:1ラインアンドスペースパターンを得た。
<パターン形成性の評価>
パターン形成後、ラインパターン上面及びスペース部分を測長走査型電子顕微鏡(日立社製S9380II)を使用して観察し、形成された10nmのライン幅を有するパターンにおける欠陥発生状況を確認した。得られたパターンを観察した結果を1~3に分類し、その結果を表4に示した。
「1」:10nmのライン幅を有するパターンが形成できている。
「2」:パターンの一部に欠陥があった。
「3」:パターンに多数の欠陥があった。
<ろ過材の寿命の評価>
ろ過材の寿命の評価は上記と同様の方法で実施し、結果を表4に示した。
Figure 2023101549000018
Figure 2023101549000019
Figure 2023101549000020
Figure 2023101549000021
<実施例49~69>
図7に示した精製装置を準備した。表5には、精製装置が備える各フィルタユニットのハウジングに収納されるろ過材の材料等について記載した。また、「種類」欄には、それぞれ、収納されたフィルタが第1フィルタなのか、又は、第2フィルタなのかを示した。
具体的には、「材料」には各ろ過材の材料を記載した。特に、第1ろ過材については、層別に材料を記載した。このうち、「層1」「層2」「層3」とあるのは、一次側から「層1」「層2」「層3」の順番に積層されていることを示している。
ただし、三次フィルタユニットに関しては、実施例によっては使用しておらず、その場合、表5中の「三次フィルタユニット」欄が空欄となっている。
また、実施例62~66、68~69においては、三次フィルタユニットの更に二次側に四次フィルタユニットを配置している。
なお、表5の各欄における略号は以下のとおりである。
第1ろ過材の材料等は以下のとおりである。
・「IEX」:表面がスルホン酸基で改質されたイオン交換型膜(PALL社製)
・「PTFE」:ポリテトラフルオロエチレンからなるナノ多孔質膜層(PALL社製)
・「ナイロン」:ナイロンからなるナノ繊維層
・「UPE」:超高分子量ポリエチレンを含むナノ多孔質膜層
・「HDPE」:高密度ポリエチレン(HDPE)からなるナノ多孔質膜層
第2ろ過材の材料等は以下のとおりである。
・「PTFE」:ポリテトラフルオロエチレンからなるナノ多孔質膜層
・「PP」:ポリプロピレンからなるナノ多孔質膜層
・「Oktlex」:超高分子量ポリエチレンを基体として、その表面をナイロン系化合物で修飾したナノ多孔質膜層
上記精製装置を用いて、表5に記載した種類の溶剤を含む被精製物を精製して、溶剤を含む薬液を得た。なお、表5の「被精製物」欄における略号は以下を表す。
・1:酢酸ブチル(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(FFEM)社製品)
・2:PGMEA/PGME(30/70(体積/体積)混合品、原料は富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(FFEM)社製品))
・3:酢酸イソアミル(FFEM社製品)
・4:シクロヘキサノン(FFEM社製品)
・5:PGMEA(FFEM社製品)
具体的な生成方法は次のとおりである。まず、被精製物40Lを上記精製装置の製造タンクに導入した。次に、各フィルタで精製された精製後の被精製物を、再度、製造タンクに導入する、循環ろ過を行った。この操作を10回繰り返し、薬液を得た。
<薬液の欠陥抑制性能の評価>
以下の方法により、上記製造装置を用いて製造された薬液の欠陥抑制性能をそれぞれ評価し、結果を表5に示した。
まず、直径300mmのシリコン酸化膜基板を準備した。
次に、ウェハ表面上欠陥検出装置(KLA Tencor社製SP-5)で上記基板上に存在する直径30nm以上のパーティクルを検出した。次に、ウェハ表面上欠陥解析装置(AMAT社製G6)で欠陥の構成元素を解析し、炭素原子の含有量が75%を超えるカウント数を欠陥の数として評価した(これを初期値とする。)。次に、上記基板をスピン吐出装置にセットし、基板を回転させながら、基板の表面に対して、各薬液を1.5L/分の流速で吐出した。その後、基板をスピン乾燥した。
次に、同様の方法で欠陥数を計測した(これを計測値とする。)。次に、初期値と計測値の差を(計測値-初期値)を計算した。得られた結果は下記の基準に基づいて評価し、結果を表5に示した。
「0」:欠陥数の初期値と計測値の差が5個以下だった。
「1」:欠陥数の初期値と計測値の差が6~10個だった。
「2」:欠陥数の初期値と計測値の差が11~100個だった。
「3」:欠陥数の計測値-初期値の差が101~200個だった。
「4」:欠陥数の計測値-初期値の差が201~1000個だった。
「5」:欠陥数の計測値-初期値の差が1001個以上だった。
<ろ過材の寿命の測定>
上記精製装置を用いて各被精製物を連続して精製した。途中、通液量10000kgごとに精製後に得られた薬液を試験用に回収した。次に、300mmシリコン基板上に、東京エレクトロン株式会社製コーターデベロッパーLITHIUSを用いて、上記試験用の各薬液を60秒間塗布処理した。次に、得られた塗膜付きシリコン基板について、KLA-Tencor社製基板上異物検査装置SP-5を用いて、直径30nm以上の異物数を計数した。計数される値が、初期値の2倍となった際の通液量をろ過材の寿命とした。
結果は、第1フィルタのみを単独で用いた場合の寿命を1としたときの比として計算され、以下の基準で評価して、表5に示した。
0:寿命が15倍以上だった。
1:寿命が10倍以上、15倍未満だった。
2:寿命が5倍以上、10倍未満だった。
3:寿命が2倍以上、5倍未満だった。
4:寿命が1倍を超え、2倍未満だった。
5:寿命が1倍以下だった。
表5中、「孔径」は、ろ過材の孔径を表す。
「差(累積75%径-累積10%径)」欄は、ろ過材の累積細孔分布における累積75%径(nm)と累積10%径(nm)との差(累積75%径(nm)-累積10%径(nm))を表す。
「比(累積75%径/累積10%径)」欄は、ろ過材の累積細孔分布における累積10%径(nm)に対する累積75%径(nm)の比を表す。
上記表に示すように、実施例49~66の比較より、三次フィルタユニットを有する場合(より好ましくは、三次フィルタユニット及び四次フィルタユニットを有する場合)、効果がより優れていた。
また、実施例49~52と67との比較より、差(累積75%径-累積10%径)が3nm以上の場合、効果がより優れていた。
また、実施例62~66と69との比較より、比(累積75%径/累積10%径)が2.0~20.0の場合、効果がより優れていた。
<実施例70~83>
図7に示した精製装置を準備した。表6には、精製装置が備える各フィルタユニットのハウジングに収納されるろ過材の材料等について記載した。また、「種類」欄には、それぞれ、収納されたフィルタが第1フィルタなのか、又は、第2フィルタなのかを示した。
具体的には、「材料」には各ろ過材の材料を記載した。特に、第1ろ過材については、層別に材料を記載した。このうち、「層1」「層2」「層3」とあるのは、一次側から「層1」「層2」「層3」の順番に積層されていることを示している。
ただし、三次フィルタユニットに関しては、実施例によっては使用しておらず、その場合、表6中の「三次フィルタユニット」欄が空欄となっている。
また、実施例80においては、三次フィルタユニットの更に二次側に四次フィルタユニットを配置している。
なお、表6の各欄における略号は以下のとおりである。
第1ろ過材の材料等は以下のとおりである。
・「IEX」:表面がスルホン酸基で改質されたイオン交換型膜(PALL社製)
・「PTFE」:ポリテトラフルオロエチレンからなるナノ多孔質膜層(PALL社製)
・「ナイロン」:ナイロンからなるナノ繊維層
・「UPE」:超高分子量ポリエチレンを含むナノ多孔質膜層
・「HDPE1」:プラズマ処理により親水化されたHDPEからなるナノ多孔質膜層
なお、接触角計を用いて測定した25℃におけるろ過材表面の水接触角は50°だった。
第2ろ過材の材料等は以下のとおりである。
・「PP」:ポリプロピレンからなるナノ多孔質膜層
・「HDPE」:高密度ポリエチレン(HDPE)からなるナノ多孔質膜層
・「Oktlex」:超高分子量ポリエチレンを基体として、その表面をナイロン系化合物で修飾したナノ多孔質膜層
上記精製装置を用いて、表6に記載した種類の溶剤を含む被精製物を精製して、溶剤を含む薬液を得た。なお、表6の「被精製物」欄における略号は以下を表す。
・1:FHD-5(アルカリ系水系現像液)
・2:FHD-402(アルカリ系水系現像液)
具体的な生成方法は次のとおりである。まず、被精製物40Lを上記精製装置の製造タンクに導入した。次に、各フィルタで精製された精製後の被精製物を、再度、製造タンクに導入する、循環ろ過を行った。この操作を10回繰り返し、薬液を得た。
得られた薬液は上記<実施例49~69>と同様の方法により欠陥抑制性能を測定した。また、上記<実施例49~69>の方法により、ろ過材の寿命を測定した。これらの結果を表6に示した。
表6中、「孔径」は、ろ過材の孔径を表す。
「差(累積75%径-累積10%径)」欄は、ろ過材の累積細孔分布における累積75%径(nm)と累積10%径(nm)との差(累積75%径(nm)-累積10%径(nm))を表す。
「比(累積75%径/累積10%径)」欄は、ろ過材の累積細孔分布における累積10%径(nm)に対する累積75%径(nm)の比を表す。
10 第1フィルタ
11a、11b、11c 層
12、21 ろ過材
13、22 コア
14、23 キャップ
15、24 液体入口
20 第2フィルタ
30 フィルタユニット
31 本体
32 蓋
33(a)、33(b) 管路
34、53、57、62 液体流入口
35、54、58、63 液体流出口
41、42 内部管路
43 フィルタ
50、60 ろ過装置
51(a)~51(d) 管路
52 一次フィルタユニット
56 二次フィルタユニット
61 三次フィルタユニット
70、80 精製装置
71 製造タンク
72 充填装置
73(a)~73(g) 管路
74(a)~74(f) 弁
75(a)、75(b) 管路
81 蒸留塔
90 製造装置
91 調合装置
92(a)~92(c) 貯留槽
93(a)、93(b) 反応槽

Claims (39)

  1. 被精製物が供給される管路中に、独立して配置された、
    以下の要件1~3からなる群から選択される少なくとも1つ;
    要件1:フィルタが、それぞれ異なる材料を含む2つ以上の層を含むろ過材を有する。
    要件2:フィルタが、異なる細孔構造を有する2つ以上の層を含むろ過材を有する
    要件3:フィルタが、異なる材料が混合された1つの層を含むろ過材を有する
    を満たす第1フィルタ及び前記第1フィルタを収容するハウジングからなる第1フィルタユニットと、
    前記第1フィルタとは異なる第2フィルタ及び前記第2フィルタを収納するハウジングからなる第2フィルタユニットと、を有するろ過装置であって、
    前記第1フィルタが有するろ過材の累積細孔分布における累積10%径と累積75%径との差が3nm以上であり、
    前記累積10%径に対する、前記累積75%径の比が2.0~20.0であり、
    前記第1フィルタが有するろ過材が、ナイロン、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリフルオロカーボン、ポリビニルアルコール、ポリエステル、セルロース、及び、セルロースアセテートからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含み、
    前記第1フィルタが有するろ過材の孔径が、1~100nmであり、
    前記第2フィルタが有するろ過材が、ポリオレフィン、ポリフルオロカーボン、及び、ナイロンからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含み、
    前記第2フィルタが有するろ過材の孔径が、1~200nmであり、
    前記被精製物が、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、γ-ブチロラクトン、ジイソアミルエーテル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、イソプロパノール、4-メチル-2-ペンタノール、ジメチルスルホキシド、n-メチル-2-ピロリドン、ジエチレングリコール、エチレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、スルフォラン、シクロヘプタノン、及び、2-ヘプタノンからなる群から選択される少なくとも1種の有機溶剤を含有するか;又は、前記被精製物がアルカリ水系現像液であり、
    前記被精製物における溶剤の含有量が、前記被精製物の全質量に対して97.0~99.999質量%である、ろ過装置。
  2. 被精製物が供給される管路中に、独立して配置された、
    以下の要件1~3からなる群から選択される少なくとも1つ;
    要件1:フィルタが、それぞれ異なる材料を含む2つ以上の層を含むろ過材を有する。
    要件2:フィルタが、異なる細孔構造を有する2つ以上の層を含むろ過材を有する
    要件3:フィルタが、異なる材料が混合された1つの層を含むろ過材を有する
    を満たす第1フィルタ及び前記第1フィルタを収容するハウジングからなる第1フィルタユニットと、
    前記第1フィルタとは異なる第2フィルタ及び前記第2フィルタを収納するハウジングからなる第2フィルタユニットと、を有するろ過装置であって、
    前記第1フィルタが有するろ過材の累積細孔分布における累積10%径と累積75%径との差が3nm以上であり、
    前記第1フィルタが有するろ過材が、ナイロン、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリフルオロカーボン、ポリビニルアルコール、ポリエステル、セルロース、及び、セルロースアセテートからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含み、
    前記第1フィルタが有するろ過材の孔径が、1~100nmであり、
    前記第2フィルタが有するろ過材が、ポリオレフィン、ポリフルオロカーボン、及び、ナイロンからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含み、
    前記第2フィルタが有するろ過材の孔径が、1~200nmであり、
    前記被精製物が、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、γ-ブチロラクトン、ジイソアミルエーテル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、イソプロパノール、4-メチル-2-ペンタノール、ジメチルスルホキシド、n-メチル-2-ピロリドン、ジエチレングリコール、エチレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、スルフォラン、シクロヘプタノン、及び、2-ヘプタノンからなる群から選択される少なくとも1種の有機溶剤を含有するか;又は、前記被精製物がアルカリ水系現像液であり、
    前記被精製物における溶剤の含有量が、前記被精製物の全質量に対して97.0~99.999質量%である、ろ過装置。
  3. 被精製物が供給される管路中に、独立して配置された、
    以下の要件1~3からなる群から選択される少なくとも1つ;
    要件1:フィルタが、それぞれ異なる材料を含む2つ以上の層を含むろ過材を有する。
    要件2:フィルタが、異なる細孔構造を有する2つ以上の層を含むろ過材を有する
    要件3:フィルタが、異なる材料が混合された1つの層を含むろ過材を有する
    を満たす第1フィルタ及び前記第1フィルタを収容するハウジングからなる第1フィルタユニットと、
    前記第1フィルタとは異なる第2フィルタ及び前記第2フィルタを収納するハウジングからなる第2フィルタユニットと、を有するろ過装置であって、
    前記第1フィルタが有するろ過材の累積細孔分布における累積10%径と累積75%径との差が3nm以上であり、
    前記累積10%径に対する、前記累積75%径の比が2.0~20.0であり、
    前記第1フィルタが有するろ過材が、ナイロン、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリフルオロカーボン、ポリビニルアルコール、ポリエステル、セルロース、及び、セルロースアセテートからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含み、
    前記第1フィルタが有するろ過材の孔径が、1~100nmであり、
    前記第2フィルタが有するろ過材が、ポリオレフィン、ポリフルオロカーボン、及び、ナイロンからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含み、
    前記第2フィルタが有するろ過材の孔径が、1~200nmであり、
    前記被精製物が、前記被精製物がアルカリ水系現像液である、ろ過装置。
  4. 被精製物が供給される管路中に、独立して配置された、
    以下の要件1~3からなる群から選択される少なくとも1つ;
    要件1:フィルタが、それぞれ異なる材料を含む2つ以上の層を含むろ過材を有する。
    要件2:フィルタが、異なる細孔構造を有する2つ以上の層を含むろ過材を有する
    要件3:フィルタが、異なる材料が混合された1つの層を含むろ過材を有する
    を満たす第1フィルタ及び前記第1フィルタを収容するハウジングからなる第1フィルタユニットと、
    前記第1フィルタとは異なる第2フィルタ及び前記第2フィルタを収納するハウジングからなる第2フィルタユニットと、を有するろ過装置であって、
    前記第1フィルタが有するろ過材の累積細孔分布における累積10%径と累積75%径との差が3nm以上であり、
    前記第1フィルタが有するろ過材が、ナイロン、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリフルオロカーボン、ポリビニルアルコール、ポリエステル、セルロース、及び、セルロースアセテートからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含み、
    前記第1フィルタが有するろ過材の孔径が、1~100nmであり、
    前記第2フィルタが有するろ過材が、ポリオレフィン、ポリフルオロカーボン、及び、ナイロンからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含み、
    前記第2フィルタが有するろ過材の孔径が、1~200nmであり、
    前記被精製物が、前記被精製物がアルカリ水系現像液である、ろ過装置。
  5. 前記第2フィルタユニットは第1フィルタユニットの二次側にあり、
    前記第2フィルタが有するろ過材の孔径が、前記第1フィルタが有するろ過材の孔径以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載のろ過装置。
  6. 前記第2フィルタユニットが一次側に配置され、前記第1フィルタユニットが二次側に配置された、請求項1~4のいずれか一項に記載のろ過装置。
  7. 前記第1フィルタが有するろ過材が、表面処理済み基材を含む層と、表面処理されていない前記基材を含む層と、を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載のろ過装置。
  8. 前記第2フィルタが有するろ過材の孔径が、1~100nmである、請求項1~7のいずれか一項に記載のろ過装置。
  9. 前記第2フィルタが有するろ過材の孔径が、前記第1フィルタが有するろ過材の孔径以下である、請求項8に記載のろ過装置。
  10. 前記第2フィルタが有するろ過材の孔径が、前記第1フィルタが有するろ過材の孔径以上である、請求項6に記載のろ過装置。
  11. 前記第1フィルタユニットの二次側に、第2フィルタユニットが更に配置され、二次側に配置された前記第2フィルタユニットが有するろ過材の孔径は、前記第1フィルタが有するろ過材の孔径以下であり、前記第1フィルタが有するろ過材が、表面処理済み基材を含む層を含む、請求項1~10のいずれか一項に記載のろ過装置。
  12. 前記第1フィルタが、それぞれ異なる材料を含む2つ以上の層を含むろ過材を有する、請求項1~11のいずれか一項に記載のろ過装置。
  13. 前記第2フィルタが有するろ過材が、前記2つ以上の層のいずれか1層と同じ材料を含む、請求項1に記載のろ過装置。
  14. 前記第1フィルタが有するろ過材、及び、前記第2フィルタが有するろ過材からなる群から選択される少なくとも1種のろ過材が有する、ハンセン溶解度パラメータδDp、δPp、及び、δHp、並びに、相互作用半径R0が、
    前記被精製物が有する、ハンセン溶解度パラメータδDs、δPs、及び、δHsとの関係において、Raが下記式
    Ra=4(δDs-δDp)+(δPs-δPp)+(δHs-δHp)
    で表される場合、R0に対するRaの比が1.0以下である、請求項1~13のいずれか一項に記載のろ過装置。
  15. 前記第1フィルタが、異なる細孔構造を有する2つ以上の層を含むろ過材を有する、請求項1~14のいずれか一項に記載のろ過装置。
  16. 前記第1フィルタが、厚み方向に異なる細孔構造を有する層を含むろ過材を有する、請求項1~15のいずれか一項に記載のろ過装置。
  17. 前記第1フィルタが有するろ過材が、イオン交換基を有する基材を含む層を含む、請求項1~16のいずれか一項に記載のろ過装置。
  18. 前記第1フィルタ及び前記第2フィルタからなる群から選択される少なくとも1種を逆洗可能である、請求項1~17のいずれか一項に記載のろ過装置。
  19. 前記第1フィルタが有するろ過材が、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフルオロカーボン、セルロース、ポリスチレン、及び、ポリスルホンからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む、請求項1~18のいずれか一項に記載のろ過装置。
  20. 前記第2フィルタが有するろ過材が、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び、ポリフルオロカーボンからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む、請求項1~19のいずれか一項に記載のろ過装置。
  21. 前記第1フィルタが有するろ過材、及び、前記第2フィルタが有するろ過材からなる群から選択される少なくとも1種のろ過材が、ナノ多孔質膜層、及び、ナノ繊維層からなる群から選択される少なくとも1種の層を含む、請求項1~20のいずれか一項に記載のろ過装置。
  22. 前記第1フィルタが有するろ過材が、少なくとも、前記ナノ多孔質膜層と、前記ナノ繊維層とを含む、請求項21に記載のろ過装置。
  23. 前記第1フィルタが有するろ過材が、10~50nmの孔径分布を有する非ふるい膜層と、2~50nmの孔径分布を有するふるい膜層と、ナイロンナノ繊維層と、を含む、請求項1~22のいずれか一項に記載のろ過装置。
  24. 前記ナイロンナノ繊維層が、前記非ふるい膜層と前記ふるい膜層との間に介在している請求項23に記載のろ過装置。
  25. 前記非ふるい膜層が、前記ふるい膜層と前記ナイロンナノ繊維層との間に介在している請求項23に記載のろ過装置。
  26. 前記ふるい膜層が、前記非ふるい膜層と前記ナイロンナノ繊維層との間に介在している請求項23に記載のろ過装置。
  27. 前記第1フィルタが、更に1層又は2層以上の多孔質支持体を含む、請求項20~26のいずれか一項に記載のろ過装置。
  28. 前記第1フィルタユニットの二次側から、前記第1フィルタユニットの一次側へ洗浄液を流すことにより、前記第1フィルタを逆洗可能な、請求項1~27のいずれか一項に記載のろ過装置。
  29. 前記被精製物が、前記有機溶剤を含有する、請求項1~28のいずれか一項に記載のろ過装置。
  30. 前記被精製物が、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、及び、酢酸イソアミルからなる群から選択される少なくとも1種を含有する、請求項1~29のいずれか一項に記載のろ過装置。
  31. 請求項1~30のいずれか一項に記載のろ過装置と、前記ろ過装置の一次側に、被精製物を貯留可能なタンクとを備える、精製装置。
  32. 前記第1フィルタユニットの二次側と、前記タンクとが管路により接続され、少なくとも前記第1フィルタでろ過したろ過済み被精製物を、前記管路を経て、前記タンクに返送可能である、請求項31に記載の精製装置。
  33. 前記ろ過装置の一次側に、更に蒸留装置を備える、請求項31又は32に記載の精製装置。
  34. 前記ろ過装置に、更に循環可能な経路を備える、請求項31~33のいずれか一項に記載の精製装置。
  35. 請求項1~30のいずれか一項に記載のろ過装置と、1又は2以上の原料を混合して被精製物を調製する、調合装置と、を備える、薬液の製造装置。
  36. 被精製物を、請求項1~30のいずれか一項に記載のろ過装置を用いてろ過してろ過済み被精製物を得る、ろ過済み被精製物の製造方法。
  37. 請求項1又は2に記載のろ過装置を用いて被精製物をろ過して薬液を得る、薬液の製造方法であって、
    前記被精製物が、前記有機溶剤を含有する、薬液の製造方法。
  38. 請求項1~30のいずれか一項に記載のろ過装置を用いて被精製物をろ過して薬液を得る、薬液の製造方法であって、
    前記被精製物がアルカリ水系現像液である、薬液の製造方法。
  39. 前記薬液が半導体製造用である、請求項37又は38に記載の薬液の製造方法。
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