KR20220020994A - 노즐 필터 - Google Patents

Abstract

액체 스트림으로부터 미립자를 여과하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 필터 카트리지는 액체 스트림과 직렬로 놓이도록 구성된 하우징 및 하우징 내에 배치된 복수의 중공 섬유 필터 부재를 포함한다. 중공 섬유 필터 부재는 하우징의 한쪽 단부에서 포팅되고 표면 에너지를 통해 액체 스트림으로부터 미립자를 포획하도록 구성된다. 필터 카트리지는 낮은 압력 손실 여과를 제공할 수 있고 좁은 공간에 설치될 수 있다.

Description

노즐 필터{NOZZLE FILTER}

여과는 종종 액체 공급물이 필터에 유입하는 시점으로부터 액체가 필터로부터 유출되는 시점까지 바람직하지 않은 압력 강하를 초래한다. 액체가 필터 매체를 통과함에 따라, 액체는 매체에 대해 저항을 겪어서, 액체의 유속 감소가 초래된다. 필터에서의 높은 압력 강하는 일부 응용분야의 경우에, 예를 들어 필터의 압력-상승 업스트림이 회피되어야 하는 경우에 또는 여과 전후에 액체의 일정한 유속이 요망되는 경우에 바람직하지 않다.

포토리소그래피와 같은 일부 미세가공 공정은 극도로 청결한 작업 조건, 예를 들어 재순환 식각 조로부터의 입자의 제거를 필요로 한다. 또한, 제조될 물품의 복잡성 및 작은 크기로 인해, 좁은 공간에 설치될 수 있는 여과 장치를 이용하는 것이 바람직하다.

본 개시내용은 미립자 또는 오염물을 유체, 예컨대 액체 또는 기체 스트림으로부터 제거하기 위한 여과 방법 및 필터 카트리지 또는 노즐에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은 낮은 압력 손실 여과를 제공할 수 있고 좁은 공간에 설치될 수 있는 필터 카트리지 또는 노즐에 관한 것이다.

필터 카트리지의 한 실시양태는 액체 또는 기체의 스트림과 직렬로 놓이도록 구성된 하우징 및 하우징 내에 배치된 복수의 중공 섬유 필터 부재를 포함한다. 특정한 측면에서 중공 섬유 필터 부재는 표면 에너지를 통해 기체 또는 액체의 스트림으로부터 미립자를 포획하도록 구성된다. 중공 섬유의 개방 구조 및 비-체질 포집(non-sieving retention)을 통한 여과로 인해, 유체는 현저한 압력 강하 없이 필터 카트리지를 통과할 수 있다.

본 개시내용은 또한 액체 또는 기체의 스트림을 필터 카트리지의 한 변형양태에 통과시키고 액체 또는 기체에 함유된 미립자를 필터 카트리지의 중공 섬유 필터 요소에서 포획하는 것을 포함하는, 액체 또는 기체 공급물의 여과 방법에 관한 것이다.

상기 내용은 첨부된 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시양태에 대한 하기 더 상세한 설명을 통해 명백해질 것이며, 도면에서, 상이한 도면들에 걸쳐 같은 참조 부호는 동일한 부분을 가리킨다. 도면은 반드시 축척에 맞는다고는 할 수 없으며, 그 보다는 본 발명의 실시양태를 도시하는데 역점이 두어진다.
도 1은 카트리지 하우징의 부분 절취도를 통해 카트리지 내에 함유된 중공 섬유를 도시하는, 필터 카트리지의 투시도.
도 2는 하우징이 투명하게 도시되어 있는, 도 1의 카트리지의 투시도.
도 3은 두 개의 호스와 직렬로 연결된 필터 카트리지의 개략도.

본 발명은 그의 예시적 실시양태와 관련하여 상세하게 나타내지고 기술되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 첨부된 청구범위에 의해 포괄된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않게 형식 및 세부사항을 다양하게 바꿀 수 있다는 것을 이해할 것이다.

다양한 조성물 및 방법이 기술되지만, 본 발명은 기술된 특정한 분자, 조성물, 디자인, 방법론 또는 프로토콜로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 하는데, 왜냐하면 그것들은 다양하게 변할 수 있기 때문이다. 또한 설명에서 사용된 용어는 특정한 변형양태를 또는 변형양태만을 기술하기 위한 것이며, 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되는 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.

본원에서 그리고 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같은 단수 형태는, 달리 문맥상 명확하게 드러나지 않는 한, 복수의 언급대상을 포함한다는 것을 또한 유념해야 한다. 따라서, 예를 들어, "중공 섬유"라는 언급은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 하나 이상의 중공 섬유 요소 및 그의 균등물 등을 언급하는 것이다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 관련 기술분야의 통상의 기술자가 통상적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 기술된 것과 유사하거나 균등한 방법 및 물질이 본 발명의 변형양태의 실시 또는 시험에서 사용될 수 있다. 본원에서 거론된 모든 간행물은 그 전문이 참조로 포함된다. 본원에서는 그 어떤 것도 본 발명이 종래의 발명에 의해 이러한 개시내용보다 선행할 자격을 갖지 않음을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. "임의적" 또는 "임의로"는 후속적으로 기술되는 사건 또는 상황이 일어날 수 있거나 일어나지 않을 수 있다는 것, 그리고 설명이 사건이 일어나는 경우 및 사건이 일어나지 않는 경우를 포함한다는 것을 의미한다. 본원에서 모든 수치값은, 분명하게 기재되든 기재되지 않든, 용어 "약"에 의해 수식될 수 있다. 용어 "약"은 일반적으로 관련 기술분야의 통상의 기술자가 언급된 값과 동등한 (즉, 동일한 기능 또는 결과를 갖는) 것으로 간주하는 수의 범위를 가리킨다. 일부 변형양태에서, 용어 "약"은 언급된 값의 ±10%를 가리키고, 다른 변형양태에서 용어 "약"은 언급된 값의 ±2%를 가리킨다.

필터 카트리지(100)의 예시적인 변형양태가 도 1 및 2에 도시되어 있다. 필터 카트리지 또는 노즐은 중공 중심부를 갖는 하우징(110)을 포함한다. 하우징(110)의 중공 중심부 내에는 복수의 필터 부재(120)가 배치된다. 하우징은 예를 들어 원통형 또는 관형, 예컨대 약 5 mm 내지 약 25 mm의 직경을 갖는 관의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징은 약 0.25 인치 (6.35 mm), 약 0.5 인치 (12.7 mm), 약 0.75 인치 (19.1 mm), 또는 약 1 인치 (25.4)의 직경을 갖는 관일 수 있다. 하우징(110)은 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 카트리지(100)의 한쪽 단부에서 외부 표면에 위치한 나사산(140)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 나사산(140)은 하우징(110)의 양쪽 단부에서 포함될 수 있다. 나사산(140)은 다른 요소, 예컨대 배관, 파이프, 계측기, 도구, 또는 장치 라인 또는 처리 시스템 내의 업스트림 및 다운스트림에 있는 다른 요소와의 액밀(fluid-tight) 연결을 제공할 수 있다. 대안적인 연결 메커니즘이 가능하다. 예를 들어, 카트리지(100)는 다른 요소에 나사산에 의해 연결되거나 압입되거나 용접될 수 있다.

하우징은 중합체를 포함하는 물질로부터 형성될 수 있다. 하우징에 적합한 중합체의 비-제한적인 예는 폴리아미드, 예컨대 나일론, 플루오로중합체, 예컨대 퍼플루오로알콕시 알칸 (PFA), 및 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 (PE)을 포함한다. 하우징은 장치 라인 내 좁은 공간에 설치될 수 있는 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 특정한 실시양태에서 하우징은 약 10 mm 내지 약 1000 mm의 길이를 가질 수 있다.

필터 부재(120)는 양쪽 단부에서 개방된 중공 섬유일 수 있다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 중공 섬유 필터 부재(120)가 카트리지(100)의 제1 단부(112)로부터 제2 단부(114)까지 연장되도록, 필터 부재(120)는 하우징(110)의 길이와 거의 동등한 길이를 갖는다. 대안적으로, 중공 섬유 필터 부재는 카트리지의 길이의 단지 일부분에 걸쳐 연장될 수 있다. 추가의 대안적인 변형양태에서, 카트리지 내의 개별 중공 섬유 필터 부재의 길이는 상이한 길이일 수 있다. 예를 들어, 일부 또는 모든 중공 섬유 필터 부재(120)는 하우징(110)의 길이의 거의 절반, 3분의 2, 또는 4분의 3인 길이를 가질 수 있다. 대안적으로, 모든 중공 섬유 필터 부재는 하우징의 길이와 거의 동등한 길이 (예를 들어, 약 10 mm 내지 약 1000 mm)를 가질 수 있고, 중공 섬유 부재의 일부는 추가적인 표면적을 제공하도록 다른 것보다 약간 더 길 수 있다 (예를 들어, 약 1 mm 내지 약 5 mm 더 길다).

일부 실시양태에서, 중공 섬유 필터 부재(120)는 포팅(potting) 물질(130)로써 하우징(110) 내에 포팅될 수 있다. 도 1에 나타내어진 바와 같이, 카트리지 내 공기 배출을 개선 또는 향상시키기 위해 포팅 물질(130)이 카트리지의 한쪽 단부에서만 포함될 수 있다. 대안적으로, 포팅 물질은 하우징의 선택된 구조에 따라 카트리지 내의 추가적인 위치 또는 양쪽 단부에서 포함될 수 있다. 포팅 물질(130)은 폴리올레핀, 플루오로중합체, 폴리아미드, 또는 유사한 물질일 수 있다. 포팅 물질(130)은 중공 섬유 필터 부재를 하우징(110) 내에 고정할 수 있다. 예를 들어, 포팅 물질(130)은, 필터 부재(120)를 서로 고정하고 카트리지(100)의 한쪽 단부에서 하우징(110)에 고정함으로써, 카트리지를 통한 유체 또는 기체의 유동을 방해할 수 있는, 하우징 내에서의 필터 부재의 이탈 또는 휨을 방지할 수 있다. 추가적으로, 포팅 물질(130)은, 액체 또는 기체가 필터 요소의 외부 표면을 따라 유동하기 보다는 필터 요소의 중공 내부 공간을 통해 유동하도록 하기 위해, 중공 섬유 필터 요소 주위의 공간을 액체 또는 기체의 유동으로부터 밀봉하는데 사용될 수 있다.

필터 카트리지는 도 3에 도시된 바와 같이, 액체 또는 기체의 스트림 또는 유동과 직렬로 놓이도록 구성될 수 있다. 필터 카트리지(300)는 관들(350, 360) 사이에 위치한다. 카트리지(300)의 제1 단부에서, 나사산(340)은 관(350)의 상응하는 나사산(342)과 맞물린다. 카트리지(300)의 제2 단부에서, 하우징(310)은 관(360)의 상응하는 구획(344) 내에 압입되도록 구성된다. 필터 카트리지(300)는 도 3에서 한쪽 단부가 나사산에 의해 관(350)에 연결되고 한쪽 단부가 관(360) 내로 압입된 것으로 도시되어 있지만, 대안적인 구조의 연결 유형이 가능하다. 예를 들어, 필터 카트리지(300)는 관(350, 360)에 양쪽 단부에서 압입될 수 있거나 양쪽 단부에서 용접될 수 있다. 대안적으로, 필터 카트리지(300)의 한쪽 단부는 관(350)에 용접되고 카트리지의 다른쪽 단부는 관(360)에 압입되거나 나사산에 의해 연결될 수 있다. 필터 카트리지(300)는 액밀 연결이 형성되게 하기 위해 관(350 및 360)과 단단히 결합되도록 구성될 수 있다.

필터 카트리지(100, 300)는 처리 시스템, 예컨대, 예를 들어, 포토레지스트 조성물을 세정하기 위한 재순환 시스템에서의 액체 또는 기체의 통상의 유동 경로에 놓일 수 있다. 예를 들어, 필터 카트리지(100, 300)는, 카트리지를 통한 액체의 유동 경로가 연결된 배관 또는 파이프를 통한 액체의 유동 경로와 거의 일직선을 이루도록, 배관 또는 파이프의 한 구획 내로 삽입될 수 있다. 액체가 카트리지(100, 300)에 유입됨에 따라, 그것은 양쪽 말단에서 개방된 중공 섬유 필터 요소(120, 320)를 평행하게 통과한다.

액체에 함유된 미립자는 비-체질 포집 메커니즘을 통해 중공 섬유 필터 요소(120, 320)에 의해 포획될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "비-체질 포집 메커니즘"은 필터 또는 중공 섬유의 압력 강하 또는 기포점(bubble point)과 관련되지 않은 차단, 확산, 흡착 또는 그의 조합과 같은 메커니즘에 의해 일어나는 포집을 가리킨다. 예를 들어, 미립자는 중공 섬유의 내부 표면 (예를 들어, 중공 섬유를 형성하는 중합체 멤브레인의 노출된 극성 기(들))에서 표면 에너지에 의해 포획될 수 있다. 중공 섬유의 개방 구조 및 비-체질 포집을 통한 여과로 인해, 액체는 현저한 압력 강하 없이 필터 카트리지(100, 300)를 통과할 수 있다. 따라서 필터 카트리지(100, 300)는 추가적인 가압 없이 액체가 필터로부터 다운스트림에서 사용될 수 있도록 하는 낮은 압력 손실 여과를 제공한다. 낮은 압력 손실 여과는 종종 빠른 조 교체를 필요로 하는 재순환 식각 조에서 특히 유용하다. 예를 들어, 한 변형양태에서, 필터 카트리지(100, 300)는 약 1 kPa 이하의 압력 손실을 제공한다.

필터 카트리지의 예시적인 변형양태에서, 중공 섬유 필터 부재(120, 320)는 비-체질 멤브레인으로부터 형성된다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "비-체질 멤브레인"은 주로 비-체질 포집 메커니즘, 예를 들어 흡착, 차단, 확산 또는 그의 조합을 통해 입자를 포획하거나 입자를 포획하도록 최적화된 멤브레인을 가리킨다. 멤브레인 표면에의 입자 흡착은 예를 들어 분자간 반데르발스력 및 정전기력에 의해 달성될 수 있다. 차단은 멤브레인을 통해 이동하는 입자가 멤브레인과의 접촉을 회피할 정도로 충분히 빠르게 방향을 바꿀 수 없는 경우에 일어난다. 확산으로 인한 입자 수송은 입자가 필터 매체와 충돌할 특정한 가능성을 일으키는 대체로 작은 입자의 랜덤 또는 브라운(Brownian) 운동으로부터 초래된다.

필터 카트리지의 예시적인 변형양태에서, 중공 섬유 필터 부재(120, 320)는 중합체의 주쇄 또는 측쇄에 극성 기를 갖는 중합체 물질로부터 형성된다. 예를 들어, 중공 섬유 필터 부재는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리케톤, 폴리에스테르, 또는 그의 조합으로부터 형성될 수 있다. 중합체 물질의 주쇄 또는 측쇄에 위치한 극성 기는 하전된 입자 또는 미립자를 입자 흡착 메커니즘을 통해 포획할 수 있다. 입자와 중공 섬유 멤브레인의 내부 표면 사이의 분자내 반데르발스력 및 정전기적 인력은 멤브레인 표면으로의 입자의 수송을 제공할 수 있다. 따라서 액체가 중공 섬유 필터 부재를 통해 이동함에 따라 입자는 액체로부터 제거될 수 있다.

예를 들어, 필터 카트리지의 변형양태는 폴리아미드, 예컨대 나일론 6으로부터 형성된, 양의 전하 밀도를 갖는 중공 섬유 필터 부재를 포함한다. 입자, 예컨대 금속 콜로이드 및 유기 중합체 겔은 음으로 하전될 수 있다. 입자가 중공 섬유 필터 부재를 통해 이동함에 따라, 흡착이 일어남으로써, 입자가 액체 스트림으로부터 제거될 수 있다. 필터 카트리지의 다른 변형양태에서, 중공 섬유 필터 부재와 입자 사이의 전하 상호작용이 그 반대일 수 있다. 예를 들어, 필터 부재는 음의 전하 밀도를 가질 수 있고 입자는 양으로 하전될 수 있다.

중공 섬유 필터 부재(120, 320) 내에 입자를 포획하고 포집하기 위해, 정전기적 인력 외에도, 차단 및 확산 메커니즘이 또한 사용될 수 있다. 동일 전하 상호작용 (즉 양전하-양전하 또는 음전하-음전하 상호작용)의 경우에 일어나는 바와 같은 멤브레인과 입자 사이의 반발력이 없는 경우에, 또는 멤브레인 및/또는 입자가 중성-영 전하를 보유하는 경우에, 입자는 멤브레인과의 접촉 또는 충돌을 통해 멤브레인에 의해 포획될 수 있다.

일부 측면에서, 필터 카트리지의 변형양태는 약 20%, 30%, 50%, 또는 60% 내지 약 65%, 75%, 85%, 또는 90%의 퍼센트 포집률을 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "퍼센트 포집률"은 유체 스트림의 경로에 놓인 여과 부재에 의해 유체 스트림으로부터 제거된 입자의 백분율을 가리킨다. 비-체질 퍼센트 포집은 예를 들어 금 나노입자 또는 나노미터-크기 비드를 사용하여 평가될 수 있다. 나노미터-크기 형광 폴리스티렌 라텍스 (PSL) 비드가 문헌("Sub-30 nm Particle Retention Test by Fluorescence Spectroscopy," Yaowu, Xiao, et ah, Semicon China; March 19-20, 2009, Shanghai, China)에 개시된 방법 및 물질을 이용하여 본 발명의 필터 부재 및 미공질 멤브레인의 퍼센트 포집을 측정하는데 사용될 수 있고, 상기 문헌의 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 본 발명의 일부 변형양태에서, 형광 나노입자는 G25 입자이다. G25 입자는 입자의 공칭 직경을 25 나노미터로 나열하는 듀크 사이언티픽(Duke Scientific)에 의해 공급된다. 그러나, 20 나노미터 내지 30 나노미터, 일부 경우에 21 나노미터 내지 24 나노미터의 범위의 입자가 사용될 수 있다. 필터 부재를 평가하는데 사용되는 퍼센트 형광 입자 단일층 피복률은 1% 내지 30%일 수 있는데, 다른 퍼센트 단일층 피복률도 사용될 수 있기는 하다.

본 발명은 하나 이상의 구현예에 대해 나타내지고 기술되었지만, 관련 기술분야의 다른 통상의 기술자가 본 명세서 및 첨부된 도면을 읽고 이해함으로써 균등한 변경 및 변형을 할 것이다. 본 발명은 모든 이러한 변형 및 변경을 포함하고 후속되는 청구범위에 의해서만 제한된다. 추가로, 본 발명의 특정한 특징 또는 양태는 여러 구현예 중 단지 하나에 대해서만 개시되었을 수 있고, 이러한 특징 또는 양태는 임의의 주어진 또는 특정한 응용분야를 위해 요망되고 유리할 수 있는 다른 구현예의 하나 이상의 다른 특징 또는 양태와 조합될 수 있다. 더욱이, 용어 "포함(includes)", "갖는(having, has, with)" 또는 그의 변이형이 상술된 설명 또는 청구범위에서 사용될 때, 이러한 용어는 용어 "포함(comprising)"과 유사한 방식으로 포괄적인 것으로 의도된다. 또한, 용어 "예시적"은 최적의 것이 아닌 단지 예를 의미할 뿐이다. 본원에 나타내어진 특징 및/또는 요소는 단순성 및 이해의 용이성을 위해 특정한 치수 및/또는 서로에 대한 방향을 갖도록 도시되고 실제 치수 및/또는 방향은 본원에 도시된 것과 상당히 상이할 수 있다는 것을 또한 알아야 한다.

본 발명은 그의 특정한 변형양태와 관련하여 상당히 상세하게 기술되었지만, 다른 변형양태가 가능하다. 그러므로 첨부된 청구범위의 진의 및 범위는 본 명세서에 수록된 설명 및 변형양태로 제한되어서는 안 된다.

본원에서 인용된 모든 특허, 공개된 출원 및 참조문헌의 교시내용은 그 전문이 참조로 포함된다.

Claims (1)

1. 액체 스트림 또는 기체 스트림과 직렬로 배치되도록 구성된 하우징; 및
   압력 손실을 1 kPa 이하로 유지하면서 비-체질 포집 메커니즘을 통해 액체 스트림으로부터 미립자를 포획하도록 구성된, 하우징 내에 배열된 복수의 중공 섬유 필터 부재를 포함하며,
   액체 스트림 또는 기체 스트림이 중공 섬유 필터 부재의 외부 표면을 따라 유동하지 않고 중공 섬유 필터 부재의 내부 공간을 통해 이동하도록 중공 섬유 필터 부재 주위의 공간을 액체 또는 기체의 유동으로부터 밀봉하는, 필터 카트리지.

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