TW201350195A - 有機溶劑純化器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於自有機溶劑移除金屬(諸如鉻)之純化器。該純化器包含外殼，該外殼具有流體入口及與該流體入口流體連通的流體出口；安置於該外殼內在該流體入口下游的大量離子交換樹脂；及在該大量離子交換樹脂下游的過濾部件，該過濾部件包含至少一個具有實質上中性表面之微孔膜及在該至少一個微孔膜下游的微孔聚四氟乙烯膜。本發明亦揭示一種使用本發明純化器自有機溶劑移除金屬(包括鉻)之方法。

Description

有機溶劑純化器及其使用方法 【相關申請案】
本申請案主張2012年5月1日申請之美國臨時申請案第61/640,869號的權益。上述申請案之全部教示以引用的方式併入本文中。
本發明係關於用於單程自有機溶劑(例如異丙醇)移除金屬(且詳言之鉻)的使用點純化器。本發明純化器提供用於晶圓噴霧加工工具之較高純度之異丙醇，藉此改善半導體裝置效能及整體加工產量。
背景
目前之沾濕台及噴霧處理機需要若干步驟自晶圓移除光阻。標準濕式清洗台組態包括幾個異丙醇(IPA)沖洗步驟，但最終沖洗步驟(通常稱為IPA乾燥步驟)為關鍵步驟。在成批應用中，藉由潔淨、蒸餾IPA之薄膜提供最終沖洗，該薄膜由位於IPA液體上方之蒸汽冷凝於晶圓表面上。在單晶圓應用中，IPA可以液體形式直接噴灑至晶圓上。此IPA溶劑之薄膜製備用於最終乾燥之晶圓。
隨著晶圓上的幾何形狀日益變小，IPA乾燥步驟變得更關鍵。IPA沖洗正在推行關鍵設計，其僅降低極小節距(線間距)對晶圓之破壞，尤其對金屬污染極關鍵且不能容忍的閘極程度之應用。因此，IPA純度起較大作用，且確保沒有雜質從IPA轉移至晶圓變得極其重要。
使用以IPA清潔之表面改質之標準微孔膜的小容量版本IPA純化器已知用於低溫及高溫應用，但離子交換能力極低。若出現嚴重金屬尖峰，則此過濾器將難以具有足夠容量。
半導體製造商購買極乾淨的IPA，但接著將其經不鏽鋼管線轉移通過加工(fab)及工具。此可使IPA自不鏽鋼獲得鐵、鎳及其他痕量金屬，除非移除，否則該等金屬將在噴灑施用期間沈積於晶圓上。因為此等金屬以痕量存在，所以難以量測液流中之污染量；而是通常藉由TXRF掃描以晶圓上之金屬污染形式測定污染物之量，此時其已對閘極以及產量效能產生不良影響。
一些微孔過濾器已經離子交換材料改質且用於自去離子(DI)水移除金屬污染物。此等過濾器顯示金屬之高度移除而不對任一種金屬具有選擇性。此技術因為一些磺酸官能基可能由於離子交換(IEC)媒劑之降解作用而隨時間分解且流出而受限。此分解亦已在丸粒媒劑中觀測到，其使非揮發性殘餘物(NVR)及磺酸離子在媒劑下游流出。流出殘餘物接著可沈積於晶圓上，此對半導體製造商或最終用戶可能成問題。
2007年2月6日頒予Bortnik之美國專利第7,172,694號揭示適於過濾渦輪機械中之流體流量的過濾器組件。過濾器組件包括圓柱形外殼及安置於該外殼內的過濾器元件。該外殼適於與渦輪機流體連接。過濾器元件用於過濾通過渦輪機之流體。過濾器元件包括界定穿過過濾器元件之中央核心元件流槽之流體可滲透核心元件，安置於核心元件周圍且適於自通過過濾器元件之流體移除無機及有機酸的流體可滲透離子交換樹脂層，及安置於離子交換樹脂層及核心元件周圍的摺疊過濾介質。在另一具體實例中，過濾器元件具有安置於核心元件周圍的摺疊過濾介質，及安置於核心元件及摺疊過濾介質周圍的流體可滲透離子交換樹脂層。
持續需要提供用於晶圓噴霧加工工具之較高純度溶劑且藉 此提供較佳半導體裝置效能及加工產量的使用點酒精純化器。
在一個具體實例中，純化器包含一種外殼，其具有流體入口及與流體入口流體連通之流體出口。大量離子交換樹脂安置於外殼內在流體入口的下游。過濾部件安置於大量離子交換樹脂下游且包含至少一個微孔膜，其具有實質上中性表面以及在至少一個微孔膜下游的聚四氟乙烯(PTFE)膜。
在另一具體實例中，純化器包含一種圓柱形外殼，其具有縱軸、流體入口及與流體入口流體連通之流體出口。大量離子交換樹脂安置於圓柱形外殼內在流體入口的下游。離子交換樹脂適於自有機溶劑移除金屬物質。摺疊過濾部件同心安置於圓柱形外殼內的縱軸周圍且在大量離子交換樹脂下游。摺疊過濾部件包含至少一個具有實質上中性表面且適於自有機溶劑移除鉻的微孔膜，及在至少一個微孔膜下游的微孔PTFE膜。
本發明之另一具體實例為一種用於自有機溶劑移除金屬(諸如鉻)之純化器。純化器包含圓柱形外殼，該外殼具有縱軸、流體入口及與流體入口流體連通的流體出口；安置於圓柱形外殼內在流體入口下游的大量離子交換樹脂，該離子交換樹脂適於自有機溶劑移除金屬物質；及同心安置於圓柱形外殼內的縱軸周圍且在大量離子交換樹脂下游的摺疊過濾部件。摺疊過濾膜包含至少三個微孔膜，各自具有實質上中性表面；及在至少三個微孔膜下游的微孔聚四氟乙烯離子交換膜，其中各微孔膜經醯胺改質且具有比微孔聚四氟乙烯離子交換膜之孔徑級別大的孔徑級別；且微孔聚四氟乙烯離子交換膜具有經磺酸改質之表面及約1奈米至約25奈米之孔徑級別。至少三個微孔膜中之每一者可為微孔聚四氟乙烯膜。
除了能夠自有機溶劑移除鉻之外，一般在單程中，本發明之純化器亦可移除有機溶劑中之其他痕量金屬及減少非揮發性殘餘物。因 此，本發明之另一具體實例為一種自有機溶劑移除金屬之方法，該方法包含使有機溶劑之流通過本文所述之純化器，藉此自有機溶劑移除金屬，諸如鉻。
在至少一個具有實質上中性表面之微孔膜下游包含微孔PTFE膜之過濾部件的益處為捕捉自至少一個微孔膜流出或通過其的任何粒子及離子，且由本文實施例2中所述之純化器加以說明，其可用於單程自含有1.5ppb鉻之IPA溶液移除約85%以上鉻(參看本文之實施例2)。
當結合以下描述及隨附圖式考慮時，將更佳瞭解及理解本發明之此等及其他態樣。雖然指示本發明之各種具體實例及其許多特定詳情，但下列描述係以說明而非限制方式給出。可在本發明之範疇內進行許多替代、修改、添加或重排，且本發明包括所有該等替代、修改、添加或重排。
圖2中之元件符號
(1)‧‧‧外殼
(2)‧‧‧圓柱形主體部分
(3)‧‧‧第一外殼端帽
(4)‧‧‧第二外殼端帽
(5)‧‧‧加工流體或液體入口
(6)‧‧‧汲極
(7)‧‧‧經純化加工流體或液體出口
(8)‧‧‧通氣孔
(9)‧‧‧離子交換樹脂
(10)‧‧‧離子交換樹脂容器
圖3中之元件符號
(1)‧‧‧外殼
(2)‧‧‧圓柱形主體部分
(3)‧‧‧第一外殼端帽
(4)‧‧‧第二外殼端帽
(5)‧‧‧加工流體或液體入口
(6)‧‧‧汲極
(7)‧‧‧經純化加工流體或液體出口
(8)‧‧‧通氣孔
(9)‧‧‧離子交換樹脂
(10)‧‧‧離子交換樹脂容器
(10a)‧‧‧離子交換樹脂容器之底部部分
(10b)‧‧‧離子交換樹脂容器之頂部部分
(10c)‧‧‧離子交換樹脂容器之圓柱形主體部分
(11)‧‧‧視情況存在之液體分配器
(12)‧‧‧過濾芯子
(13)‧‧‧第一過濾芯子端帽
(14)‧‧‧第二過濾芯子端帽
(15)‧‧‧第一過濾膜
(16)‧‧‧第二過濾膜
包括隨附且形成本發明部分之圖式以描述本發明之某些態樣。參看圖式中說明的例示性(且因此非限制性)具體實例將更容易顯而易見本發明以及本發明提供之組件及操作系統的較清晰印象，其中相同元件符號指相同組件。圖式中說明之特徵不必按比例繪製。
圖1顯示IPA乾燥法中IPA過濾器之例示性組態。
圖2為顯示流體流動路徑之例示性IPA純化器的橫截面圖。
圖3為例示性IPA純化器的橫截面圖。
圖4為鉻移除效率隨流動速率變化之曲線圖，且顯示塗覆有磺酸之PRS-45膜(購自Tomoegawa公司)以及4個塗覆有醯胺之0.2μm PTFE膜的IPA之鉻移除效率。
圖5為鉻移除效率隨流動速率變化之曲線圖，且顯示自本發明之例示性IPA純化器(本文實施例2中所述之IPA純化器)之IPA的鉻 移除效率。
雖然描述多種組成物及方法，但應理解本發明不限於所述特定分子、組成物、設計、方法或方案，因為其可能變化。亦應理解，在描述中使用之術語僅為了描述具體型式或具體實例之目的，且並不意欲限制將僅由隨附申請專利範圍限制的本發明之範疇。
亦必須注意，除非上下文另外明確規定，否則如在本文中使用且在隨附申請專利範圍中，單數形式「一」(「a」、「an」)及「該」(the)包括複數個提及物。因此，例如提及「丸粒」為提及一或多個丸粒以及熟習此項技術者已知的其等效物，等等。
除非另外定義，否則本文所用之所有技術及科學術語具有與一般技術人員通常理解相同的含義。與本文所述者類似或等效之方法及材料可用於實施或測試本發明之具體實例。本文提及之所有公開案以全文引用的方式併入本文中。不應將本文中之任何內容解釋為承認本發明無權先於根據先前發明之此揭示內容。「視情況存在」或「視情況」意謂隨後所述事件或情況可能發生或可能不發生，且該描述包括事件發生之情形及其並未發生之情形。不論是否明確指示，本文中之所有數值均可由術語「約」修飾。術語「約」泛指熟習此項技術者視為與列舉值等效(亦即具有相同功能或結果)之數字範圍。在一些具體實例中，術語「約」係指所述值±10%；在其他具體實例中，術語「約」係指所述值±2%。雖然組成物及方法以「包含」多種組分或步驟(解釋為意指「包括(但不限於)」)之形式來描述，但組成物及方法亦可「基本上由」或「由」多種組分及步驟「組成」，該術語應解釋為限定基本上封閉或封閉成員組。
本發明之一個具體實例為用於自有機溶劑移除金屬(諸如鉻)的純化器，其包含具有流體入口及與流體入口流體連通之流體出口的 外殼；安置於該外殼內在流體入口下游之大量離子交換樹脂；及在大量離子交換樹脂下游且包含至少一個具有實質上中性表面之微孔膜的過濾部件。在本發明之一些具體實例中，過濾部件另外包括在至少一個微孔膜下游的微孔聚四氟乙烯(PTFE)膜。
本發明之純化器在使用點(POU)應用中可安裝於加工工具內。IPA乾燥步驟之常見設置包括在加工工具或注入工具之IPA流體供應路徑中安裝純化器。舉例而言，如圖1中所示，本發明之純化器可安裝於IPA槽的出口及/或剛好位於噴頭或噴嘴梢(圖1中未示)之前的使用點處。本發明之純化器尤其適用於使用點應用，因為其可自單程通過純化器之溶劑流移除金屬(且特定言之鉻)污染物。
本發明之純化器可用於自有機溶劑或有機溶劑混合物移除金屬，諸如鉻。有機溶劑包括醇(例如甲醇、乙醇、異丙醇、乳酸乙酯、乙二醇、丙二醇單甲醚、環己醇及其混合物)、極性非質子溶劑(例如乙腈、丙酮、二甲基甲醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮、丙二醇單甲醚乙酸酯及其混合物)、芳族溶劑(例如苯、聚芳醚及其混合物)以及非極性溶劑(例如六甲基二矽氮烷)。本發明之純化器可用於純化無水有機溶劑或含有一定重量百分比之水(例如小於或等於約1wt%，小於或等於約0.25wt%，小於或等於約0.1wt%)的有機溶劑。在本發明之一些具體實例中，有機溶劑為醇。特定言之，醇為異丙醇。
有機溶劑通常經不鏽鋼管線轉移通過加工及工具。此轉移過程可能導致有機溶劑中有痕量鉻雜質(例如鉻鹽、鉻錯合物、鉻粒子)。因此，在一些具體實例中，純化器外殼為塑膠的。
本發明之純化器適用於自有機溶劑(諸如異丙醇)移除鉻，包括鉻鹽及鉻錯合物。本發明具體實例中之純化器亦可移除其他金屬離子及錯合物，諸如(但不限於)含有鈉、鐵、鋁、鎳及其組合之離子及錯合 物。
本發明純化器中之離子交換樹脂由粒子構成。粒子可為可擠出之熱塑性粒子，此為有利地，此係因為離子交換粒子之熱塑性視情況允許其結合於網狀物或其他支撐物。在一些具體實例中，離子交換粒子與支撐物的視情況結合允許將粒子更均勻包裝於外殼中且可消除所純化液體之通道。離子交換樹脂可為NAFION®。
離子交換粒子可為無孔的且應具有不會堵塞或減少經過下游過濾部件之流動的尺寸。此外，離子交換粒子應具有不會通過至少一個微孔膜下游之微孔PTFE膜的尺寸。該等粒子可為丸粒、珠粒、其組合或其類似物形式，其可具有小於約2mm之尺寸。然而，視過濾部件中之膜的孔徑而定，亦可使用2mm至0.1mm，或0.5mm至0.1mm範圍內的粒子。離子交換粒子可經研磨。較小粒子提供較高表面積及容量。本發明型式中流出離子交換樹脂的粒子在0.05μm下小於每毫升15個粒子。在本發明之一些具體實例中，離子交換樹脂為約15目至約40目，約15目至約30目，或約15目至約20目。具有此等尺寸範圍內之粒子的離子交換樹脂宜減少或消除通過大量離子交換樹脂的流體。
在本發明之一些具體實例中，純化器另外包含含有大量離子交換樹脂的離子交換樹脂容器。特定言之，離子交換樹脂容器可包含網狀材料(例如網狀網格)或玻璃料(例如多孔玻璃料)。在此具體實例中，粒子必須足夠大以藉由網狀材料或玻璃料滯留，或網狀材料或玻璃料中之孔隙必須足夠小以滯留粒子。網狀材料或玻璃料以及大量離子交換樹脂應為流體可滲透的。
過濾部件安置於大量離子交換樹脂下游且包含至少一個具有實質上中性表面之微孔膜以及在至少一個微孔膜下游的微孔PTFE膜。在一些具體實例中，過濾部件安置於外殼內。在一些具體實例中，過濾部件 安置於外殼內且在流體出口上游。
在一些具體實例中，過濾部件包含一個以上具有實質上中性表面之微孔膜。過濾部件可以包含兩個、至少兩個、三個、至少三個、四個、至少四個或五個具有實質上中性表面之微孔膜。
過濾部件中之微孔膜的排列可以變化。舉例而言，在一些具體實例中，至少一個具有實質上中性表面之微孔膜以及微孔PTFE膜彼此相鄰安置。
各微孔膜可獨立地為摺疊平片膜、中空纖維或平片膜。在本發明之一些具體實例中，至少一個具有實質上中性表面之微孔複合膜以及微孔PTFE膜各自為摺疊平片膜。
微孔膜可以另外彼此結合。因此，在本發明之一些具體實例中，至少一個具有實質上中性表面之微孔膜以及微孔PTFE膜彼此結合。更特定言之，至少一個具有實質上中性表面之微孔膜以及微孔PTFE膜中每一者結合於至少一個具有實質上中性表面之微孔膜及/或微孔PTFE膜中至少一者。
微孔膜或過濾部件之孔徑可由IPA起泡點或氫氟醚(HFE)起泡點特性化。在本發明之一些型式中，微孔膜或過濾部件可具有超過約70磅/平方吋(psi)之IPA起泡點。在本發明之一些型式中，微孔膜或過濾部件可具有由70psi或70psi以上，或100psi或100psi以上的HFE起泡點特性化的孔徑。微孔膜或過濾部件亦可由其移除25nm粒子的能力特性化，且可稱為15nm膜或10nm膜。起泡點係指使用氣流孔隙計的平均IPA起泡點。在一些情形中，微孔膜起泡點係指HFE-7200(獲自3MTM,St.Paul,MN)中量測之平均起泡點。HFE-7200起泡點可藉由將HFE-7200量測之起泡點乘以1.5或約1.5轉化成IPA起泡點值。3MTM HFE-7200為乙氧基-九氟丁烷且在25℃下具有13.6mN/m之報導表面張力。
對於描述及申請專利範圍而言，術語「微孔膜」將用於包括亦可由諸如超多孔膜、奈米孔膜及微孔膜的術語描述的多孔膜。此等微孔膜滯留進料流組分(滯留物)，諸如(但不限於)凝膠、粒子、膠體、細胞及聚寡聚物，同時實質上小於孔隙之組分穿過孔隙至滲透蒸汽中。藉由微孔膜滯留進料流中之組分可取決於操作條件，例如面速度及界面活性劑之使用、pH值及其組合，且可視相對於微孔膜孔隙之尺寸、結構及分佈的粒子之尺寸及結構(硬粒子或凝膠)而定。
在本發明之一些具體實例中，微孔PTFE膜為微孔PTFE離子交換膜，諸如疏水微孔膜(phobic microporous membrane)，例如QC(QUICK CHANGE®,Entegris公司)，包括Q-1500及Q-3000。微孔PTFE離子交換膜及其製造方法揭示於Moya之美國專利第6,179,132號及國際公開案第WO 2010/117845號中，其教示以全文引用的方式併入本文中。在本發明之一些具體實例中，微孔PTFE膜藉由起泡點之孔徑級別為約1奈米至約100奈米，約1奈米至約50奈米，或約1奈米至約25奈米。在一些具體實例中，微孔PTFE離子交換膜之表面經磺酸改質。磺酸改質之膜及其製造方法揭示於例如國際公開案第WO 2010/117845號中，其教示以全文引用的方式併入本文中。
在一些具體實例中，微孔PTFE離子交換膜在約1至約7的pH值下具有約60毫微莫耳/平分公分至約80毫微莫耳/平分公分之離子交換能力(IEC)及/或約-20毫伏至約-30毫伏之動電勢(zeta potential)。
具有實質上中性表面之微孔膜及其製造方法揭示於Steuck之美國專利第4,618,533號及國際公開案第WO 01/51170號中，其內容以全文引用的方式併入本文中。在本發明之一些具體實例中，具有實質上中性表面之微孔膜適於自有機溶劑(例如IPA)移除鉻(例如鉻鹽、鉻錯合物)。在本發明之一些具體實例中，具有實質上中性表面之微孔膜為具有實質上 中性表面，例如以醯胺基或包含醯胺基之聚合物改質之表面的微孔PTFE膜。醯胺改質之膜及其製造方法揭示於例如國際公開案第WO 01/51170號中，其內容以全文引用的方式併入本文中。在本發明之一些具體實例中，以醯胺基改質之膜表面亦有利地減少有機溶劑中非揮發性殘餘物的量。
實質上中性表面或帶弱電之表面為靜電勢等於或接近0mV的表面。靜電勢與動電勢成比例。可藉由適當選擇膜材料或藉由對膜進行表面改質形成實質上中性表面。實質上中性表面或帶弱電荷之表面可有利地藉由非篩分滯留機制滯留粒子，例如鉻粒子。出乎意料地，具有實質上中性表面之微孔膜可用於自異丙醇移除鉻。
非篩分滯留包括諸如截留、擴散及吸附的滯留機制，其自液流移除粒子而不涉及過濾器或微孔膜之壓力降或起泡點。膜表面的粒子吸附可由例如分子間凡得瓦爾力(Van der Waals)及靜電力介導。當行進穿過曲折膜之粒子不能足夠快地改變方向以避免與膜接觸時發生截留。粒子輸送是由於主要為小粒子之無規則或布朗運動(Brownian motion)引起之擴散，其造成粒子與過濾介質一定機率碰撞。當粒子與過濾器或膜之間不存在斥力時，非篩分滯留機制可為有效的。
典型地，具有實質上中性表面之微孔膜的孔徑級別大於微孔PTFE膜的孔徑級別。具有實質上中性表面之微孔膜的粒徑級別可小於或等於約10μm，小於或等於約5μm，小於或等於約1μm，或小於或等於約0.5μm。在一些具體實例中，具有實質上中性表面之微孔膜的粒徑級別可小於或等於約0.2μm，或小於或等於約0.1μm。
純化器可另外包括在大量離子交換樹脂下游及過濾部件上游的液體分配器。典型地，液體分配器、離子交換樹脂及過濾部件各自安置於純化器之外殼內。在一些具體實例中，液體分配器自離子交換樹脂收集液流且將其向外分佈於圓柱形外殼邊緣的周圍。如圖2及圖3中所說明， 例示性液體分配器11自離子交換樹脂9收集液流且將其向外分佈於圓柱形主體部分2邊緣的周圍。
圖2及圖3描繪本發明之例示性純化器。圖2及圖3中描繪之純化器包含外殼1。外殼1包括圓柱形部分2、第一外殼端帽3及第二外殼端帽4。在圖2及圖3中描繪之純化器中，圓柱形主體部分2結合於第一及第二外殼端帽3及4。圖2及圖3中描繪之外殼端帽3及4包括加工流體或液體入口5、汲極6、經純化加工流體或液體出口7及通氣孔8。如圖2中之流動箭頭所指示，入口5及出口6流體連通。
大量離子交換樹脂9包含於圖2及圖3之純化器中之外殼1中的離子交換樹脂容器10中。離子交換樹脂容器10包括底部部分10a，其在圖2及圖3中描繪之純化器中結合於第一外殼端帽3。離子交換樹脂容器10亦包括頂部部分10b，其在圖2及圖3中描繪之純化器中結合於視情況存在之液體分配器11。離子交換樹脂容器10亦包括圓柱形主體部分10c。離子交換樹脂9在入口5下游且在視情況存在之液體分配器11的上游。在本發明之一些具體實例中，頂部部分10b及底部部分10a各自包括用於使離子交換樹脂9滯留於離子交換樹脂容器10中之玻璃料。在本發明之其他具體實例中，離子交換樹脂9可由網袋滯留於離子交換樹脂容器10中。
在圖2及圖3中描繪之純化器中，過濾芯子12在視情況存在之液體分配器11的下游。過濾芯子12包括第一過濾芯子端帽13，其在圖2及圖3中描繪之純化器中結合於第二外殼端帽4。過濾芯子12包括第二過濾芯子端帽14，其在圖2及圖3中描繪之純化器中結合於視情況存在之液體分配器11。在圖2及圖3中描繪之純化器中，過濾芯子12安放第一過濾部件15及在第一過濾部件15下游之第二過濾部件16。
操作時，圖2及圖3中描繪之純化器可插入至饋入加工工具(諸如噴霧處理器)的液體供應路徑中。入口5可連接於流體供應件(諸如 槽，圖中未示)，且出口6可連接於將流體饋入工具中之處理室的組件(諸如管)。流體經入口5進入純化器，流經離子交換樹脂容器10中所含之離子交換樹脂9，且進入視情況存在之液體分配器11。在圖2及圖3中描繪之純化器中，視情況存在之液體分配器11自離子交換樹脂9收集液流且將其向外分配於圓柱形外殼1邊緣的周圍。流體接著進入過濾芯子12且通過第一過濾膜15，接著第二過濾膜16，隨後經出口7流出純化器。
在圖式中，同樣的元件由同樣的元件符號指示。儘管圖2及圖3描繪本發明例示性純化器之特定組態，但其他純化器組態亦可能。舉例而言，視情況存在之液體分配器11可使液流沿外殼1之縱軸在中心定向，使得流體以與圖2中描繪相反之順序橫穿過濾器(亦即第二過濾膜16，接著第一過濾膜15)。熟習此項技術者已知其他可能修改。
本發明之另一具體實例為用於自有機溶劑移除金屬(諸如鉻)之純化器，其包含圓柱形外殼，該外殼具有縱軸、流體入口及與流體入口流體連通之流體出口。大量離子交換樹脂安置於圓柱形外殼內流體入口之下游，且離子交換樹脂適於自有機溶劑移除金屬物質。摺疊過濾部件同心安置於圓柱形外殼內的縱軸周圍且在大量離子交換樹脂下游。摺疊過濾部件包含至少一個具有實質上中性表面且適於自有機溶劑移除鉻之微孔膜，以及在至少一個微孔膜下游的微孔聚四氟乙烯膜。
用於自有機溶劑移除金屬(諸如鉻)之純化器的另一具體實例包含圓柱形外殼，該外殼具有縱軸、流體入口及與流體入口流體連通的流體出口；安置於圓柱形外殼內在流體入口下游的大量離子交換樹脂，該離子交換樹脂適於自有機溶劑移除金屬物質；及同心安置於圓柱形外殼內之縱軸的周圍且在大量離子交換樹脂下游的摺疊過濾部件。摺疊過濾部件包含至少三個微孔膜，各自具有實質上中性表面；及在至少三個微孔膜下游之微孔聚四氟乙烯離子交換膜，其中各微孔膜以醯胺改質且具有比微孔 聚四氟乙烯離子交換膜之孔徑級別大的孔徑級別；且微孔聚四氟乙烯離子交換膜具有以磺酸改質之表面以及約1奈米至約25奈米之孔徑級別。至少三個微孔膜中之每一者可為微孔聚四氟乙烯膜。
本發明亦涵蓋使用本發明純化器之方法。因此，本發明之一個具體實例為使用本發明之純化器自有機溶劑移除金屬(諸如鉻)之方法。該方法包含使有機溶劑之流通過本發明之純化器，藉此自有機溶劑移除金屬。特定言之，該方法包含使有機溶劑之流通過本發明之純化器一次，以自有機溶劑移除金屬(包括鉻)。
在一些具體實例中，純化器自有機溶劑移除鉻，且如在實施例2之測試條件下可確定，在約20mL/min之流動速率下，鉻移除大於約70%，或大於約75%。特定言之，如在實施例2之測試條件下可確定，在約10mL/min之流動速率下，鉻移除大於約80%或大於約85%。
在本發明之一些具體實例中，純化器之壓力降為約0.1kgf/cm(公斤力/公分)至約0.3kgf/cm。
實施例
實施例1.離子交換膜及實質上中性膜自異丙醇移除鉻之能力的評價。
以磺酸官能基塗覆之微孔PTFE離子交換膜(磺酸改質之PRS-45，孔徑為約20微米之非編織PTFE膜)(獲自Tomoegawa公司)及包括4個0.2μm PTFE膜(以醯胺官能基塗覆，且在約1至約7之pH值下具有約60毫微莫耳/平分公分至約80毫微莫耳/平分公分之IEC以及約-20毫伏至約-30毫伏之動電勢)之取樣管(GUARDIAN® DEV，獲自Entegris公司)以具有15ppb鉻之異丙醇溶液(來自硝酸鉻於硝酸中之儲備溶液)在多種流動速率下挑戰。各膜之直徑為47mm。在各流動速率下繼續挑戰約20分鐘。接著藉由感應耦合之電漿質譜法(ICPMS)量測滲透流中之鉻濃度，且計算鉻移除效率。
圖4為以磺酸官能基塗覆之磺酸改質之PRS-45膜以及4個塗覆有醯胺之0.2μm PTFE膜的IPA之鉻移除效率隨流動速率變化的曲線圖。圖4顯示GUARDIAN® DEV膜極有效自挑戰溶液移除鉻，在約8mL/min之流動速率下移除超過約75%鉻，而磺酸改質之PRS-45膜對自異丙醇移除鉻無效，在所有測試流動速率下移除不到5%鉻。
實施例2.使用本發明之例示性純化器自IPA移除鉻。
建構例示性純化器且評價其自含有1.5ppb鉻之IPA溶液移除鉻的能力。使8g碾磨成16目之離子交換樹脂丸粒進入直徑為47mm之圓柱形外殼中。亦安置於外殼內離子交換樹脂下游的過濾部件包括三個塗覆有醯胺官能基之0.2μm PTFE膜(GUARDIAN® DEV，獲自Entegris公司)及在GUARDIAN® DEV膜下游的塗覆有磺酸官能基之15nm微孔PTFE離子交換膜(TORRENTOTM，獲自Entegris公司)。
以具有1.5ppb鉻(來自硝酸鉻於硝酸中之儲備溶液)之異丙醇溶液在多種流動速率下挑戰純化器。在各流動速率下繼續挑戰約20分鐘。接著藉由ICPMS量測滲透流中之鉻濃度，且計算移除效率。圖5為顯示純化器自IPA之鉻移除效率隨流動速率變化之曲線圖。圖5顯示在僅單程通過純化器就幾乎自異丙醇移除90%鉻內容物。
雖然已根據一或多個具體實例展示及描述本發明，但其他熟習此項技術者應基於閱讀及理解本說明書及隨附圖式進行等效更改及修改。本發明包括所有該等修改及更改且僅由以下申請專利範圍之範疇限制。另外，雖然本發明之特定特徵或態樣僅根據若干具體實例之一者揭示，但該特徵或態樣可根據任何既定或特定應用所需及有利於任何既定或特定應用與其他具體實例之一或多個其他特徵或態樣組合。此外，就實施方式或申請專利範圍中使用術語「包括(includes)」、「具有(having)」、「具有(has)」、「具(with)」或其變體而言，該等術語欲以與術語「包含(comprising)」 類似的方式為包括性的。術語「例示性」亦僅意指實施例，而非最佳的。亦應瞭解，出於簡明性及易於理解之目的，本文描繪之特徵、層及/或元件以特定尺寸及/或相對於彼此之位向說明，且實際尺寸及/或位向可能實質上與本文所說明的不同。雖然本發明已參照其特定具體實例進行相當詳細的描述，但其他型式亦可能。因此，隨附申請專利範圍之精神及範疇不應侷限於本說明書內所含之描述及型式。

Claims (22)

  1. 一種用於自有機溶劑移除金屬之純化器，其包含：外殼，該外殼具有流體入口及與該流體入口流體連通之流體出口；安置於該外殼內、該流體入口下游之大量離子交換樹脂；及安置於該大量離子交換樹脂下游的過濾部件，該過濾部件包含至少一個具有實質上中性表面之微孔膜以及在該至少一個微孔膜下游的微孔聚四氟乙烯膜。
  2. 一種用於自有機溶劑移除金屬之純化器，其包含：圓柱形外殼，其具有縱軸、流體入口及與該流體入口流體連通之流體出口；安置於該圓柱形外殼內、該流體入口下游的大量離子交換樹脂，該離子交換樹脂適於自該有機溶劑移除金屬物質；及同心安置於該圓柱形外殼內縱軸周圍且在該大量離子交換樹脂下游的摺疊過濾部件，該摺疊過濾部件包含至少一個具有實質上中性表面且適於自該有機溶劑移除鉻之微孔膜以及在該至少一個微孔膜下游的微孔聚四氟乙烯膜。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之純化器，其中該微孔聚四氟乙烯膜為微孔聚四氟乙烯離子交換膜。
  4. 如申請專利範圍第3項之純化器，其中該微孔聚四氟乙烯離子交換膜之表面經磺酸改質。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之純化器，其中該至少一個具有實質上中性表面之微孔膜為具有實質上中性表面之微孔聚四氟乙烯 膜。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之純化器，其中該至少一個具有實質上中性表面之微孔膜包含至少一個具有以醯胺改質的實質上中性表面之微孔膜。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項之純化器，其中該微孔聚四氟乙烯膜的孔徑級別為約1奈米至約50奈米。
  8. 如申請專利範圍第7項之純化器，其中該微孔聚四氟乙烯膜的孔徑級別為約1奈米至約25奈米。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項之純化器，其中該至少一個具有實質上中性表面之微孔膜及該微孔聚四氟乙烯膜在該過濾部件中彼此結合。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項之純化器，其中該至少一個具有實質上中性表面之微孔膜及該微孔聚四氟乙烯膜在該過濾部件中彼此相鄰安置。
  11. 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項之純化器，其中該至少一個具有實質上中性表面之微孔膜及該微孔聚四氟乙烯膜各自摺疊。
  12. 如申請專利範圍第1項至第11項中任一項之純化器，其另外包含含有該大量離子交換樹脂的離子交換樹脂容器。
  13. 如申請專利範圍第12項之純化器，其中該離子交換樹脂容器包含網狀材料或玻璃料。
  14. 如申請專利範圍第1項至第13項中任一項之純化器，其另外包含在該大量離子交換樹脂下游且在該過濾部件上游之液體分配器。
  15. 如申請專利範圍第1項至第14項中任一項之純化器，其中該有機溶劑為醇。
  16. 如申請專利範圍第15項之純化器，其中該醇為異丙醇。
  17. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項之純化器，其中該過濾部件包含至少三個具有實質上中性表面之微孔膜。
  18. 一種用於自有機溶劑移除金屬之純化器，其包含：圓柱形外殼，該外殼具有縱軸、流體入口及與該流體入口流體連通之流體出口；安置於該圓柱形外殼內、該流體入口下游的大量離子交換樹脂，該離子交換樹脂適於自該有機溶劑移除金屬物質；及同心安置於該圓柱形外殼內的縱軸周圍且在該大量離子交換樹脂下游之摺疊過濾部件，該摺疊過濾部件包含：至少三個微孔膜，各自具有實質上中性表面；及在該至少三個微孔膜下游之微孔聚四氟乙烯離子交換膜，其中各微孔膜經醯胺改質且具有比微孔聚四氟乙烯離子交換膜之孔徑級別大的孔徑級別；且該微孔聚四氟乙烯離子交換膜具有以磺酸改質之表面及約1奈米至約25奈米之孔徑級別。
  19. 如申請專利範圍第18項之純化器，其中該至少三個微孔膜中之每一者為微孔聚四氟乙烯膜。
  20. 一種用於自有機溶劑移除金屬之方法，該方法包含使該有機溶劑之流通過如申請專利範圍第1項至第19項中任一項之純化器。
  21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該純化器自該有機溶劑移除 鉻，且如在實施例2之測試條件下可確定，在約20mL/min之流動速率下，該鉻移除大於約70%。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該純化器自該有機溶劑移除鉻，且如在實施例2之測試條件下可確定，在約10mL/min之流動速率下，該鉻移除為自該有機溶劑移除大於約80%鉻。
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