JPH03202114A - シリカガラスフィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｒ産業上の利用分野］ 本発明は、半導体製造プロセス等で使用される反応ガス
等の気体、薬液等の液体の濾過に使用するシリカガラス
フィルターに関する。

〔従来の技術〕

従来、この種のフィルターとしては、ニトロセルロース
、アセチルセルロース、ポリテトラフロロエチレン等の
合成樹脂からなる樹脂フィルター、アルミナ、炭化けい
素、ムライト等のセラミックスからなるセラミックフィ
ルター、又はガラスフィルター等が知られている。

［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、上記従来の樹脂フィルターにおいては、
耐熱性や耐薬品性に制限があると共に、強度が低く、循
環や送液の際の圧力変動に伴う脈動により、フィルター
の目が部分的に広がって捕集物がフィルターを通ってし
まい、完全な濾過を行えない。又、ベーキング等により
再生して使用することができない問題がある。

セラミックフィルターにおいては、上記樹脂フィルター
の問題点を概ね解決できるものの、その構成粒子が結晶
質で多面体で絡み合った構造となるため、濾過流体の流
れが複雑となって圧力損失が大きくなると共に、透過率
が低下する。又、焼結した粒子間の境界に明瞭な粒界を
生じ、この粒界には、粒界偏析により粒子内の不純物等
が集まって粒子同相が形成されやすく、この粒子同相が
薬液等により侵されることによって不純物を溶出すると
共に、強度が低下する問題がある。

又、ガラスフィルターにおいては、その中に含まれるほ
う素、アルカリイオン等の溶出により、不純物の混入が
起こる問題がある。

そこで、本発明は、高純度で、耐薬品性に優れ、かつ高
透過率で、大きな濾過面積をもったシリカガラスフィル
ターの提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するため、本発明のシリカガラスフィル
ターは、純度が９９．９％以上で、アルカリ、アルカリ
金属、重金属類及びＢＩＩＩ属元素の総量が１５０ｐｐ
ｍ以下の非晶質シリカ粉末の焼結体からなる多孔質の支
持体と、これと同様な純度の非晶質シリカ粉末の焼結体
からなる微細な多孔質の濾過層との間に、両者と同様な
純度の非晶質シリカ粉末であって、その粒子径が支持体
を構成する粉末の粒子より小さく、かつ濾過層を構成す
る粉末の粒子より大きな焼結体からなる多孔質の１層以
上の中間層を介装して構成したものである。

上記中間層の厚さは、支持体の平均気孔径の％以上が好
ましい。

中間層に用いる粒子の大きさは、中間層が１層の場合、
支持体平均気孔径の％以上で支持体構成平均粒径以下の
平均粒径で、中間層が２層以上（Ｎ層）の場合、ｍ層目
は、（ｍ−１）層目の平均気孔径の％以上で（ｍ−１）
層目の構成平均粒径以下の平均粒径であることが好まし
い。

濾過層に用いる粒子の平均粒径は、濾過層に接する中間
層の平均気孔径の％以上で、濾過層接する中間層の平均
粒径以下であることが好ましい。

又、支持体及び／又は中間層及び／又は濾過層に用いる
粒子の７５重量％以上の粒子がそれぞれの平均粒径の±
５０％の範囲に入るものであることが好ましい。

［作　用］ 上記手段においては、支持体、中間層及び濾過層により
、いわゆる非対称膜の構造となると共に、構成粒子が非
晶質であるため、結晶質のもののように粒界に粒子同相
が形成されるようなことはなく、均一な連続構造を有し
、かつ固着粒子が球状に近くなり、その表面が平滑とな
る。又、負の静電チャージが非常に大きくなる。

中間層は、支持体と濾過層との結合を強化する一方、毛
管現象により有効濾過面積を増大する。

中間層の厚さが、支持体の平均気孔径の局未満であると
、結合の強化及び有効濾過面積の増大に寄与しない。

中間層の粒子が前述した範囲より小さいと、支持体内に
入って気孔をつぶし、濾過性能を低下させ、前述した範
囲より大きいと、粒径を小さい方へ推移させるという中
間層を設ける目的が達成できない。

最終中間層の気孔径が濾過層を形成する粒子の平均粒径
の％より大きいと、粒子が中間層表面の気孔内に入り込
んでフィルター面が形成されない。

又、それぞれの層の粒子の７５重量％以上を平均粒径の
±５０％の範囲に入るものとすることにより、気孔径が
均一となり、目詰まりのない、透過率の高いフィルター
が得られる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１ 火炎法（四塩化けい素（ＳｉＣ１，）を酸素−水素炎中
で熱分解してシリカ［５ｉＯａｌを得る方法、以下同じ
）で合成した合成シリカガラスカレットをシリカガラス
製ボールミル中で乾式粉砕し、平均粒径１５μｍのシリ
カ粉末を得た。

この粉末に水を添加し、スリップキャスティングにより
直径１５ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板を成形した。

成形体を１５００℃の温度で焼成し、非晶質シリカ粉末
の焼結体からなる多孔質の支持体を製作した。

支持体の平均気孔径は、８μｍであった。

一方、火炎法で合成した合成シリカガラスカレットをシ
リカガラス製ボールミル中で湿式粉砕し、平均粒径４μ
ｍのシリカ粉末を含むスラリーを得た。このスラリーを
上記支持体の上面に流し、シリカ粒子を付着させた後、
１３００℃の温度で焼成し、支持体上に非晶質シリカ粉
末の焼結体からなる厚さ５Ｉｉｍの多孔質の中間層を積
層した。

次いで、火炎法で合成した合成シリカガラスカレットを
シリカガラス製ボールミル中で湿式粉砕し、平均粒径２
μｍのシリカ粉末を含むスラリーを得た。このスラリー
を上記中間層の上面に流し、シリカ粒子を付着させた後
、１２００℃の温度で焼成して中間層上に非晶質シリカ
粉末の焼結体からなる微細な多孔質の濾過層を積層し、
支持体、中間層及び濾過層により、いわゆる非対称膜の
構造を有するシリカガラスフィルターを得た。

このシリカガラスフィルターは、その中に含まれる不純
物の濃度が第１表に示すように小さく、かつシリカの純
度が９９．９％以上と非常に高いものであった。

第１表 比較例１ 実施例１と同様な方法により同様な支持体を作製する一
方、実施例１と同様な方法によって得た平均粒径２μｍ
のシリカ粉末を含むスラリーを上記支持体の上面に流し
、シリカ粒子を付着させた後、１２００℃の温度で焼成
して支持体上に非晶質シリカ粉末の焼結体からなる微細
な多孔質の濾過層を積層し、いわゆる非対称膜の構造を
有するシリカガラスフィルターを得た。

ここで、実施例１の方法において支持体上に中間層を積
層する工程を所要回数繰り返した後、濾過層を積層し、
中間層の厚さが異なる各種のシリカガラスフィルターを
得、それぞれの純水透過量（圧力損失０．５ｋｇｆ−ｃ
ｍ−２１を測定したところ、比較例１のそれを併記する
第２表に示すようになった。

×：ビンホールが発生したもの 従って、中間層の厚さを支持体の平均気孔径の％以上と
することにより、支持体と濾過層との結合が強化され、
かつ有効濾過面積が大きくなることがわかる。

実施例２ 実施例１と同様な方法によって得た平均粒径２５μｍの
シリカ粉末を２０〜３０μｍに分級した後、分級粉末を
プレス成形により直径１５ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板に成
形した。成形体を１５００℃の温度で焼成し、非晶質シ
リカ粉末の焼結体からなる平均気孔径１０μｍの多孔質
の支持体を作製した。

又、合成石英ガラス粉末を湿式粉砕し、平均粒径ｌＯμ
ｍのシリカ粉末を含むスラリーを得た。このスラリーを
上記支持体の上面に流してシリカ粒子を付着させた後、
１４０（１℃の温度で焼成し、支持体上に非晶質シリカ
粉末の焼結体からなる平均厚さ８０μｍの多孔質の第１
中間層を積層した。

一方、実施例１と同様の方法によって得た平均粒径４μ
ｍのシリカ粉末を含むスラリーを上記第１中間層の上面
に流し、シリカ粒子を付着させた後、１３００℃の温度
で焼成し、第１中間層上に非晶質シリカ粉末の焼結体か
らなる平均厚さ２０μｍの多孔質の第２中間層を積層し
た。

次いで、実施例１と同様な方法によって得た平均粒径１
μｍのシリカ粉末を含むスラリーを上記第２中間層の上
面に流し、シリカ粒子を付着させた後、１２００℃の温
度で焼成して第２中間層上に非晶質シリカ粉末の焼結体
からなる微細な多孔質の濾過層を積層し、支持体、第１
．第２中間層及び濾過層により、いわゆる非対称膜の構
造を有するシリカガラスフィルターを得た。

濾過層の気孔径は、０．４μｍであった。

ここで、実施例２と同様な方法により平均粒径１５μｍ
、平均気孔径８μｍの支持体を作製し、この支持体上に
、第３表に示すように、各種平均粒径のシリカ粉末を用
いて実施例２と同様の方法により２層の中間層を順次積
層し、かつ最終層の中間層の上に、実施例２と同様の方
法により平均粒径１μｍ、厚さ１０μｍ、気孔径０．４
μｍの濾過層を積層して各種のシリカガラスフィルター
を得、純水の透過量を測定したところ、第３表に示すよ
うになった。

第３表 ×　ピンホール発生 従って、表中の２−１．１０．１１と２−２〜８との比
較かられかるように２層以上の中間層を形成する場合、
任意の中間層を構成する粒子は、１つ下層の平均気孔径
の％以上で、構成粒子の平均粒径以下とすればよいこと
がわかる。

又、最終中間層は、濾過層を構成する粒子の尾より小さ
い気孔径のものとすることにより、ビン１ ホールが発生せず、濾過層の厚さの薄いものを形成し得
ることがわかる。

実施例３ 実施例１と同様な方法によって得た平均粒径３０μｍの
シリカ粉末を火炎中で球状化した後、２５〜３５μｍ及
び１〜５μｍに分級した。

２５〜３５μｍの球状分級粉末をプレス成形により直径
１５ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板に成形した。成形体を１５
００℃の温度で焼成し、非晶質シリカ粉末の焼結体から
なる平均気孔径１５μｍの多孔質の支持体を作製した。

一方、ｌ〜５μｍの球状分級粉末に水を添加してスラリ
ーとし、このスラリーを上記支持体の上面に流してシリ
カ粒子を付着させた後、１３００℃の温度で焼成し、支
持体上に非晶質シリカ粉末の焼結体からなる平均厚さ１
０μｍの多孔質の中間層を積層した。

次いで、Ｓｔ′６ｂｅｒ法により、すなわち撹拌機付き
のシリカガラス製反応容器に、エタノール１５００ｍｌ
、　２９％アンモニア水１００ｍ１を加えて混合して反
　２ 応溶液とする一方、エタノール１０１００Ｏとテトラエ
トキシシラン２００ｍ１を混合して原料溶液とし、これ
を２０℃の温度に調整した反応溶液中に滴下し、８時間
撹拌して粒径０．２μｍの球状単分散シリカ粉末を含む
スラリーを得た。

このスラリーを上記中間層の上面に流し、シリカ粒子を
付着させた後、１２００℃の温度で焼成して中間層上に
非晶質シリカ粉末の焼結体からなる微細な多孔質の濾過
層を積層し、支持体、中間層及び濾過層により、いわゆ
る非対称膜の構造を有するシリカガラスフィルターを得
た。

このシリカガラスフィルターの気孔径は、０．１μｍで
あった。

又、上記シリカガラスフィルターによって窒素ガスを濾
過した際のガス透過量、純水を濾過した際の液体透過量
、及びその気孔率は、アルミナ質セラミックフィルター
、ガラスフィルターのそれらを併記する第４表、第５表
及び第６表に示すようになった。

第４表 ミナ質セラミックフィルター等と同等若しくは同等以上
に得ることがわかる。

更に、実施例３のシリカガラスフィルターを用いて各種
のガス、液体を濾過し、耐薬品性を調べたところ、アル
ミナ質セラミックフィルターのそれを併記する第７表に
示すようになった。

表中○は良、△は可、×は不可を意味する。

なお、ガラスフィルターは、バイコール方式で作製され
た多孔質のものである。

従って、実施例３のシリカガラスフィルターは、気体透
過量、液体透過量及び気孔率を、アル従って、シリカガ
ラスフィルターは、ふっ酸塩外の酸に対して安定である
ことがわかる。

　５ 更に又、実施例３のシリカガラスフィルターを用いて２
０％Ｈ２ＳＯ４の濾過を行い、濾過後の不純物濃度を測
定したところ、アルミナ質セラミックフィルターのそれ
を併記する第８表に示すようになった。

従って、シリカガラスフィルターは、非常に高い純度の
濾過を行えることがわかる。

実施例４ 実施例１と同様な方法によって得た平均粒径１５μｍの
シリカ粉末を１０〜２０μｍに分級し、この分　６ 級粉末に水を添加し、スリップキャスティングにより直
径１５ｍ　ｍ、厚さ２ｍｍの円板を成形した。

成形体を１５００℃の温度で焼成し、非晶質シリカ粉末
の焼結体からなる多孔質の支持体を作製した。

支持体の気孔径は８μｍであった。

一方、実施例１と同様の方法により平均粒径４μｍ及び
２μｍのシリカ粉末を含むスラリーをそれぞれ得、各ス
ラリーを湿式分級して３〜６μｍ及びｌ〜３μｍの分級
スラリーとした。

３〜６μｍの分級スラリーを上記支持体の上面に流して
シリカ粒子を付着させた後、１３００℃の温度で焼成し
て支持体上に非晶質シリカ粉末の焼結体からなる厚さ５
μｍの中間層を積層した。

次いで、１〜３μｍの分級スラリーを上記中間層の上面
に流してシリカ粒子を付着させた後、１２００℃の温度
で焼成し、中間層上に非晶質シリカ粉末の焼結体からな
る厚さ８０μｍの微細な多孔質の濾過層を積層し、支持
体、中間層及び濾過層により、いわゆる非対称膜の構造
を有するシリカガラスフィルターを得た。

このシリカガラスフィルターと前述した実施例１−５と
の純水の透過量を比較すると、第９表に示すようになっ
た。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、支持体、中間層及び濾過
層により、いわゆる非対称膜の構造となるので、有効濾
過面積を極めて大きくすることができる。

又、構成粒子が非晶質であるため、セラミックフィルタ
ーのように粒界に偏析不純物を含む粒子同相が形成され
るようなことはなく、均一な連続構造を有するので、耐
薬品性及び強度を向上することができる。

更に、固着粒子が球状に近くなり、その表面が平滑にな
るので、濾過流体の流れが滑らかとなり、圧力損失を小
さくし得、かつ透過率を高めることができる。

更に又、気体の濾過に際し、フィルターの負の静電チャ
ージが非常に大きくなるので、小さなダスト、特に正に
帯電した粒子を捕獲することができる。

又、中間層が支持体と濾過層との結合を強化するので、
フィルターの強度を向上することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）純度が９９．９％以上で、アルカリ、アルカリ金
   属、重金属類及びＢIII属の元素の総量が１５０ｐｐｍ
   以下の非晶質シリカ粉末の焼結体からなる多孔質の支持
   体と、これと同様な純度の非晶質シリカ粉末の焼結体か
   らなる微細な多孔質の濾過層との間に、両者と同様な純
   度の非晶質シリカ粉末であって、その粒子径が支持体を
   構成する粉末の粒子より小さく、かつ濾過層を構成する
   粉末の粒子より大きな焼結体からなる多孔質の１層以上
   の中間層を介装して構成したことを特徴とするシリカガ
   ラスフィルター。