包含微孔膜层及奈米纤维层的多孔复合膜的制作方法

包含微孔膜层及奈米纤维层的多孔复合膜的制作方法
【专利摘要】本发明揭示一种过滤构件，其包含一个奈米纤维层及两个奈米多孔膜层。该过滤构件可通过筛分与非筛分粒子滞留机制的组合用于自光阻剂及其它流体移除粒子及凝胶。
【专利说明】包含微孔膜层及奈米纤维层的多孔复合膜
[0001]本申请案主张2011年5月9日申请的美国临时申请案第61/483，820号的权益。以上申请案的全部教示以引用的方式并入本文中。
【背景技术】
[0002]美国公开案第2008/0217239号揭示一种复合介质的液体过滤器，其具有邻近于微孔膜且视情况黏结于微孔膜的奈米网。微孔膜在额定粒度下以3.7的LRV值表征，且奈米网在微孔膜的额定粒度下具有大于0.95的分率过滤效率。根据此发明，奈米网可通过电纺丝(electrospinning)或电喷法(electroblowing)制造。根据此发明，复合介质可以滤筒形式、平板或圆柱体单元形式使用，且可用于多种过滤法应用(诸如过滤气体流及液体流两者)、半导体制造及其它应用中。描述适用作滤膜的基于聚烯烃的微孔膜实例，且该说明书揭示电喷含聚酰胺_6，6的甲酸形成奈米网。
[0003]美国专利第7，008, 465号揭示一种层状过滤介质，其使用包括至少一个高效基板及至少一个细纤维或奈米纤维层的活性过滤层组合来有效移除粉尘、灰尘及其它粒子。该基板类型可包括HEPA介质、玻璃纤维HEPA、ULPA介质、95%D0P介质、熔喷介质、驻极体介质、纤维素/熔喷层状介质等。选择奈米纤维层及高效基板，以便获得一组均衡性质，允许使用者在相对较低压降下有效移除次微米粒子。当根据ASTM1215检验时，高效基板(单层或层状基板结构)具有超过80%的微粒效率。根据此发明，材料种类的细纤维可具有约0.01微米至5微米的直径。该等微纤维可具有光滑表面，该光滑表面包含添加剂材料的离散层或部分溶解或熔合于聚合物表面中的添加剂材料的外涂层或两者。所揭示的用于掺合聚合体系的材料为耐纶6 ;耐纶66 ;耐纶6-10 ;耐纶(6-66-610)共聚物及其它直链(通常脂族)耐纶组成物。细纤维可通过电纺丝制成。
[0004]W02004/112183揭示一种用于诸如锂二次电池的电化学装置的复合膜。复合膜包括微孔聚烯烃膜及联合于至少一侧微孔聚烯烃膜且由奈米纤维构成的网相多孔膜。根据此发明，微孔聚烯烃膜为具有至少一个由聚乙烯聚合物构成层的膜，且微孔聚烯烃膜较佳具有5微米至50微米的厚度及30%至80%的孔隙率。此外，根据此发明，奈米纤维较佳具有50nm至2，OOOnm的直径。由奈米纤维制成的网相多孔膜可借助于电纺丝直接使聚合物溶液纺丝而形成于微孔膜的一个表面上。
[0005]Entegris公司于2008年8月18日申请的日本专利申请案第2008-210063号揭示并主张一种使用电纺丝法制造的聚酰胺非编织物，其中纤维直径为50奈米至200奈米，如说明书中所定义的500mL流动时间为2-20秒，且如说明书中所定义的0.144微米PSL移除率为40-100%。主张具有此非编织物的过滤器组件。
[0006]日本公开案第2007-301436号摘要揭示一种空气过滤介质，其装备有奈米纤维三维缠结的薄片样奈米纤维结构层、整体上覆于奈米纤维结构层过滤上游侧表面的上游侧多孔材料层及整体层压于奈米纤维结构层过滤下游侧表面上的下游侧多孔材料层。与上游侧多孔材料层及下游侧多孔材料层的奈米纤维结构层一起整体层压的面层平坦且平滑，无蓬松凸出。下游侧多孔材料层具有透气性，其在lm/s的气流速率下压力损失为IOOPa或IOOPa以下。
[0007]日本公开案第2006-326579号摘要揭示一种过滤介质，其包括聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜、可透气的支撑材料及通过电纺丝法(电荷感应纺丝法或静电纺丝法)形成的由聚合物纤维构成的网层。在该发明的过滤介质中，可邻近于网层提供可透气的黏着层。举例而言，PTFE多孔膜的平均孔径范围为0.01微米至5微米。揭示耐纶、聚乙烯及聚丙烯电纺纤维。
[0008]日本公开案第2007-075739号摘要揭示一种过滤器组件，其具有捕获待过滤气体中所含的粒子的过滤介质及支撑过滤介质的支撑框架。过滤介质具有PTFE多孔膜、经配置以使PTFE膜固持在过滤介质与可透气支撑材料之间的纤维过滤介质。构成纤维过滤介质的纤维具有0.02-15 μ m (微米)的平均纤维直径，且可透气支撑材料由平均纤维直径大于15 μ m的纤维构成。用支撑框架支撑过滤介质，以使纤维过滤介质相对于PTFE膜位于待过滤气流的下游。根据此发明，纤维过滤介质可经电纺丝。
[0009]W0/2004/069959揭示粗树脂溶液的过滤，该粗树脂溶液为具有酸产生剂组分的化学增幅型光阻剂组成物。根据此发明，滤膜材料的特定实例包括氟树脂，诸如PTFE ;聚烯烃树脂，诸如聚丙烯及聚乙烯；及聚酰胺树脂，诸如耐纶6及耐纶66。该说明书也揭示粗树脂溶液通过使用滤膜的两级过滤器以实现聚合物及寡聚物副产物的移除。在过滤法的一个特定实例中，经由耐纶过滤器过滤稀释的粗树脂溶液作为第一过滤步骤，且接着经由聚丙烯过滤器过滤所得滤液作为第二过滤步骤。也揭示用于此第二过滤步骤的聚乙烯过滤器。
[0010]美国专利申请案第2010/0038307号揭示过滤介质，其包括至少一层具有小于1000奈米的平均直径的奈米纤维及视情况选用的多孔基板(也称为纱布层)。所揭示的多孔基板为纺黏非编织物、熔喷非编织物、针刺非编织物、高喷水非编织物、湿法非编织物、树脂黏结非编织物、编织物、针织物、孔膜、纸及其组合。揭示过滤介质，其具有约0.5微米至约5微米的平均流量孔径，且用于过滤液体中的微粒物质。该介质据报导在相对较高固体含量下具有至少0.055L/min/cm2的流率且当差压在2psi (14kpa)与15psi (IOOkPa)之间增加时具有不减小的流率。
[0011]光微影为半导体装置制造中最具挑战的步骤之一。其使用光学曝光将图案自光罩转移于涂有光敏化学品(称为光阻剂)的硅晶圆上。在涂布机系统中过滤光阻剂移除粒子及凝胶为微影法中的关键步骤。无数公开案已展示过滤可减少与微影法相关的瑕疵。自光阻剂过滤凝胶粒子尤其具有难度，这是因为凝胶粒子可改变形式且穿过传统筛分过滤器。
[0012]因此，需要一种具有经改良的凝胶粒子滞留的过滤构件以便提供经改良的光阻剂过滤。

【发明内容】

[0013]本发明是关于一种用于光阻剂过滤的过滤构件，其具有经改良的凝胶滞留。在一个具体实例中，过滤构件包含具有约10奈米至约50奈米的孔径等级的非筛膜层；具有约2奈米至约50奈米的孔径等级的筛膜层；及具有大于非筛膜层及筛膜层的孔径等级的孔径等级、每平方公尺约20公克至每平方公尺约35公克的基本重量及每平方寸约3.5磅至每平方寸约5磅的平均异丙醇(IPA)起泡点的耐纶奈米纤维层。
[0014]在本发明的一些具体实例中，耐纶奈米纤维层插入非筛膜层与筛膜层之间。在其它具体实例中，非筛膜层插入筛膜层与耐纶奈米纤维层之间。在其它具体实例中，筛膜层插入非筛膜层与耐纶奈米纤维层之间。
[0015]在一些具体实例中，过滤构件进一步包含一或多层多孔支撑材料。
[0016]在一些具体实例中，过滤构件包含至少一个耐纶奈米纤维层。特定言之，过滤构件包含三个耐纶奈米纤维层。
[0017]在一些具体实例中，非筛膜层为耐纶膜层。特定言之，耐纶奈米纤维层及耐纶膜层各独立地为耐纶-6或耐纶-6，6。更特定言之，耐纶奈米纤维层及聚酰胺膜层各为耐纶_6。
[0018]在一些具体实例中，过滤构件具有上游端及下游端，且非筛膜层、筛膜层及耐纶奈米纤维层经排列以形成上游滞留层、中心滞留层及下游滞留层，其中该耐纶奈米纤维层不形成下游滞留层。特定言之，耐纶奈米纤维层形成上游滞留层。更特定言之，非筛膜层形成中心滞留层且耐纶奈米纤维层形成上游滞留层。或者，筛膜层形成下游滞留层。或者，非筛膜层形成上游滞留层且耐纶奈米纤维层形成中心滞留层。或者，筛膜层形成上游滞留层。
[0019]在一个具体实例中，过滤构件包含具有约10奈米至约50奈米的孔径等级的聚酰胺膜层；具有约3奈米至约50奈米的孔径等级的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)膜层；及具有大于聚酰胺膜层及UHMWPE膜层的孔径等级的孔径等级、每平方公尺约20公克至每平方公尺约35公克的基本重量及每平方吋约3.5磅至每平方吋约5磅的平均异丙醇(IPA)起泡点的耐纶奈米纤维层。
[0020]在本发明的一些具体实例中，耐纶奈米纤维层插入聚酰胺膜层与UHMWPE膜层之间。在其它具体实例中，聚酰胺膜层插入UHMWPE膜层与耐纶奈米纤维层之间。在其它具体实例中，UHMWPE膜层插入聚酰胺膜层与耐纶奈米纤维层之间。
[0021]在一些具体实例中，过滤构件具有上游端及下游端，且聚酰胺膜层、UHMWPE膜层及耐纶奈米纤维层经排列以形成上游滞留层、中心滞留层及下游滞留层，其中该耐纶奈米纤维层不形成下游滞留层。特定言之，耐纶奈米纤维层形成上游滞留层。更特定言之，聚酰胺膜层形成中心滞留层且耐纶奈米纤维层形成上游滞留层。或者，UHMWPE膜层形成下游滞留层。或者，聚酰胺膜层形成上游滞留层且耐纶奈米纤维层形成中心滞留层。或者，UHMWPE膜层形成上游滞留层。
[0022]在一些具体实例中，耐纶膜层具有约10奈米的孔径等级且UPE膜层具有约50奈米的孔径等级。或者，耐纶膜层具有约50奈米的孔径等级且UPE膜层具有约2奈米至约5奈米的孔径等级。
[0023]本发明的另一具体实例为包含外壳及本发明的过滤构件的过滤器。
[0024]本发明的另一具体实例为本发明的过滤构件或包含本发明的过滤构件的过滤器自光阻剂移除凝胶的用途。
[0025]本发明的另一具体实例为一种自光阻剂移除凝胶的方法，该方法包含使光阻剂流通过本发明的过滤构件或包含本发明的过滤构件的过滤器，借此自光阻剂移除凝胶。
[0026]存在若干与本发明的过滤构件相关的优势。举例而言，奈米纤维层增加过滤构件的厚度且使光阻剂的滞留时间得以改良以及通过过滤构件使凝胶滞留得以改良。通过在奈米纤维层及微孔膜层中使用耐纶，改良过滤构件的非筛分滞留，由此减少微影制程中的缺陷(尤其是基于凝胶的缺陷)且延长含有该过滤构件的过滤器的使用寿命。出乎意料的是，耐纶奈米纤维层也减少通过使用多个过滤层所引起的压降，其可改良粒子及凝胶滞留，减少光微影制程中的缺陷，减少产量损失，且提供较大操作窗用于旋涂制程。
【专利附图】

【附图说明】
[0027]图1说明本发明的过滤构件的一些非限制性型式，其包括两个微孔膜层或奈米孔膜层及奈米纤维层。
[0028]图2为本发明的例示性过滤构件的滞留百分比随单层覆盖百分比变化的图形。
[0029]图3为各种耐纶膜的金粒子吸附百分比随5-nm金粒子于去离子水中的200ppb溶液体积(毫升)变化的图形。
[0030]图4为各种过滤构件下游所量测的邻苯二甲酸重量(μ g)随邻苯二甲酸于水中的溶液的过滤体积变化的图形。
【具体实施方式】
[0031]虽然描述多种组成物及方法，但应了解本发明不限于所述具体分子、组成物、设计、方法或方案，因为其可能变化。也应了解，在描述中使用的术语仅为了描述具体型式或具体实例的目的，且并不意欲限制将仅由随附申请专利范围限制的本发明的范畴。
[0032]如本文及随附申请专利范围中所用，除非上下文另外明确规定，否则单数形式「一」、「一种」及「该」包括复数个提及物。因此，举例而言，「奈米纤维」为熟习此项技术者已知的一或多种奈米纤维及其等效物，诸如此类。除非另作定义，否则本文中所用的所有技术与科学术语具有与一般技术者通常所了解的相同含义。与本文所述的方法及材料类似或等效的方法及材料可用于本发明的具体实例的实践或检验中。本文中提及的所有公开案以全文引用的方式并入本文中。不应将本文中的任何内容解释为承认本发明无权先于根据先前发明的此揭示内容。「视情况选用」或「视情况」意谓后续所述事件或情况可能发生或可能不发生，且该描述包括其中该事件发生的情形及其并未发生的情形。不论是否明确指示，本文中的所有数值均可由术语「约」修饰。术语「约」泛指熟习此项技术者视为与列举值等效(也即具有相同功能或结果)的数字范围。在一些具体实例中，术语「约」是指所述值±10%，在其它具体实例中，术语「约」是指所述值±2%。虽然组成物及方法以「包含」多种组分或步骤(解释为意指「包括(但不限于)」)的形式来描述，但组成物及方法也可「基本上由」或「由」多种组分及步骤「组成」，该术语应解释为限定基本上封闭或封闭成员组。
[0033]虽然已根据一或多个具体实例展示及描述本发明，但其它熟习此项技术者应基于阅读及理解本说明书及附带图式进行等效变动及修改。本发明包括所有该等修改及变动且仅由下列申请专利范围的范畴限制。另外，虽然本发明的具体特征或态样仅根据若干具体实例的一者来揭示，但该特征或态样可与可对于任何给定或具体应用所需且有利的其它具体实例的一或多个其它特征或态样组合。此外，就用于实施方式或申请专利范围的术语「包括」、「具有」或其变化形式而言，该等术语意欲以类似于术语「包含」的方式呈包括在内的。术语「例示性」也仅意指实施例，而非最佳的。也应了解，本文描述的特征、层及/或组件出于简明性及容易理解的目的以具体尺寸及/或相对于彼此的方向说明，且实际尺寸及/或方向可能实质上与本文所说明的尺寸及/或方向不同。
[0034]当结合下列描述及随附图式考虑时，将较佳了解及理解本发明的此等态样及其它态样。虽然指示本发明的各种具体实例及其许多详情，但下列描述是为了说明而给出并非为了限制。可在本发明的范畴内进行许多替代、修改、添加或重排，且本发明包括所有该等替代、修改、添加或重排。
[0035]接着为本发明的例示性具体实例的描述。
[0036]本文中所引用的所有专利、公开申请案及参考文献教示以全文引用的方式并入本文中。
[0037]虽然本发明已参照其例示性具体实例特定展示及描述，但熟习此项技术者应理解，在不脱离由随附申请专利范围涵盖的本发明的范畴的情况下，可在其中进行形式及细节的各种改变。
[0038]过滤器的效能取决于多种属性，诸如筛分滞留效能、非筛分滞留效能、膜厚度、流体于滤膜中的滞留时间、流体穿过膜的路径(层流或扰流)及膜流动效能或流动时间。另一重要过滤器属性为液体在膜的边界层(液体界面)的厚度，其为剪切速率的函数；此界面影响液流的流动分布(通道)。
[0039]本发明的一个型式为过滤器构件(也可称为过滤构件或复合膜)，其包含具有如通过IPA或HFE-7200起泡点所测定的约2奈米至约50奈米的孔径等级的筛分微孔或奈米多孔膜、具有如通过IPA或HFE-7200起泡点所测定的约10奈米至约50奈米的孔径等级的非筛分微孔或奈米多孔膜、及具有大于筛分微孔或奈米多孔膜及非筛分微孔或奈米多孔膜的孔径等级的孔径等级的奈米纤维层。在一些具体实例中，奈米纤维层具有如通过IPA起泡点所测定的约1.75微米至约2.5微米的孔径等级。在一些具体实例中，奈米纤维层具有每平方公尺约20公克至每平方公尺约35公克的基本重量。在一些具体实例中，奈米纤维层具有每平方寸约3.5磅至每平方寸约5磅的平均异丙醇(IPA)起泡点。
[0040]如本文中所用，「筛膜」是指主要经由筛分滞留机制捕获粒子或经最佳化以捕获粒子的膜。例示性筛膜包括(但不限于)铁氟龙膜及UHMWPE膜。
[0041]如本文中所用，「筛分滞留机制」是指结果为粒子大于过滤器或微孔膜的孔的滞留。筛分滞留可通过形成滤饼(粒子在过滤器或膜的表面上聚结)来增强，其有效充当二次过滤器。
[0042]如本文所用，「非筛膜」是指主要经由非筛分滞留机制捕获粒子或经最佳化以捕获粒子的膜。在常带负电荷的凝胶过滤中，耐纶膜充当非筛膜。例示性非筛膜包括(但不限于)耐纶膜，诸如耐纶-6或耐纶_6，6膜。
[0043]如本文所用，「非筛分滞留机制」是指通过诸如截留、扩散及吸附的机制进行且不与过滤器或微孔膜的压降或起泡点相关的滞留。
[0044]应了解，膜可经由筛分滞留机制及非筛分滞留机制的任一者或两者来操作，取决于过滤条件。此等术语参照在光阻剂过滤期间存在的典型条件在本文中使用。
[0045]通过起泡点所测定的筛分微孔膜与非筛分微孔膜的孔径比可为10比1、约10比约1、5比1、约5比约1、3比I或约3比约I。举例而言，在本发明的一个具体实例中，奈米纤维层插入具有如通过起泡点所测定的50 ( ±20%)奈米孔径等级的微孔UHMWPE膜与具有如通过起泡点所测定的10 (±20%)奈米孔径等级的耐纶微孔膜之间。此组合有利于使非筛分滞留(凝胶/聚结)最佳化，同时维持良好流动。
[0046]通过起泡点所测定的非筛分微孔膜与筛分微孔膜的孔径比可为5-25比1、10_25比1,5-10比1、约5-25比约1、约10-25比约I或约5-10比约I。举例而言，本发明的型式中可用于使筛分滞留最大化的膜组合包括插入具有通过起泡点所测定的50 ( ±20%)奈米孔径等级的耐纶微孔膜与具有通过起泡点所测定的5 (±20%)奈米孔径等级或通过起泡点所测定的2 ( ±20%)奈米孔径等级的微孔UHMWPE膜之间的耐纶奈米纤维层。
[0047]本发明的一个具体实例为包含三层的过滤构件。一层为具有约10奈米至约50奈米的孔径等级的非筛分(例如耐纶)膜层。第二层为具有约2奈米至约50奈米的孔径等级的筛分(例如UHMWPE)膜层。第三层为具有大于聚酰胺膜层及UHMWPE膜层的孔径等级的孔径等级的耐纶奈米纤维层。
[0048]该三层可参照流体流动预期方向来命名。在此等具体实例中，该三层可称为上游滞留层、中心滞留层及下游滞留层。
[0049]出于描述及申请专利范围的目的，术语「微孔膜」将用以包括也可由诸如超多孔膜、奈米多孔膜及微孔膜的术语描述的多孔膜。此等微孔膜滞留进料流组分(滞留物)，诸如(但不限于)凝胶、粒子、胶体、细胞、聚寡聚物，同时实质上小于孔的组分穿过孔至渗透蒸汽中。通过微孔膜滞留进料流中的组分可取决于操作条件，例如面速度及界面活性剂的使用、PH值及其组合，且可依赖于相对于微孔膜孔的尺寸、结构及分布的粒子的尺寸及结构(硬粒子或凝胶)。在一个较佳具体实例中，微孔膜为奈米多孔膜。
[0050]如本文所用的「滞留百分比」是指通过置放于液流路径中的过滤构件自液流移除的粒子的百分比。奈米尺寸的荧光聚苯乙烯胶乳(PSL)珠粒可用于利用「Sub-30nmParticle Retention Test by Fluorescence Spectroscopy,」Yaowu, Xiao,等人，SemiconChina; 2009年3月19-20日，Shanghai, China (其内容以全文引用的方式并入本文中)中所揭示的方法及材料量测本发明的过滤器构件及微孔膜的滞留百分比。在本发明的一些型式中，荧光奈米粒子为G25粒子。G25粒子由列出粒子在25奈米下的标称直径的DukeScientific分布。然而，可使用在20奈米至30奈米、在一些情况下21奈米至24奈米范围内的粒子。用以评估过滤器构件的荧光粒子单层覆盖百分比可在1%与30%之间，但也可使用其它单层覆盖百分比。
[0051]滞留效率或对数下降值(LRV)为过滤器构件或微孔膜效率的另一量度。过滤器构件或微孔膜的LRV可例如由使用荧光PSL珠粒的实验来计算。对数下降值(LRV)定义如下:
[0052]LRV=Log10 (入 口 浓度 / 出口 浓度)。
[0053]筛分滞留百分比或在筛分或本质筛分条件下的滞留百分比可使用多种界面活性剂来评估。导致筛分滞留是因为粒子大于过滤器或微孔膜中的孔。筛分滞留可通过形成滤饼(粒子在过滤器或膜的表面上聚结)来增强，其有效充当二次过滤器。使用界面活性剂使微孔膜、奈米纤维层及视情况选用的支撑材料的非筛分效应减至最小且提供粒子滞留测试的筛分或本质筛分条件。预期在如微孔膜的过滤器构件或组件的粒子滞留可与过滤器构件在有机液体中的粒子滞留性质有关的该等筛分条件(或本质筛分条件)下，当过滤时如含有有机液体及其它类似液体的光阻剂及抗反射涂料的组成物受过滤器构件或微孔膜的筛分过滤性质支配。在本发明的一些具体实例中，过滤器或微孔膜在筛分条件下具有约90%至约99.99%、约95%至约99.99%、约98%至约99.99%或约99%至约99.99%的滞留百分比。在一些具体实例中，过滤器或微孔膜在筛分条件下具有至少约90%、至少约95%、至少约98%或至少约99%的滞留百分比。
[0054]在本发明的一些型式中，界面活性剂为十二烷基硫酸钠(SDS)或TritonX-1OO [(C14H22O (C2H4O)n]，也即一种具有亲水性聚氧化乙烯基团(平均9.5个氧化乙烯单元)及烃亲脂性或疏水性基团的非离子界面活性剂。烃基为4-(1，I, 3，3-四甲基丁基)-苯基。可选择超过临界微胞浓度(critical micelle concentration, CMC)的所用界面活性剂的量。可使用表面张力计量测超过CMC的界面活性剂浓度以便监测流体的表面张力。在本发明的一些型式中，界面活性剂范围介于0.1% (w/w)与0.3% (w/w)之间,其提供筛分或本质筛分条件。
[0055]微孔或奈米多孔非筛膜层可具有以异丙醇(IPA)(或等效物，如HFE7200)孔率测定法起泡点计5奈米至100奈米、5奈米至50奈米或10奈米至50奈米的孔径等级。微孔或奈米多孔筛膜层可具有以IPA(或等效物，如HFE7200)孔率测定法起泡点计2奈米至200奈米、2奈米至100奈米、2奈米至50奈米、10奈米至50奈米或3奈米至50奈米的孔径等级。
[0056]非筛分滞留包括诸如截留、扩散及吸附在与过滤器或微孔膜的压降或起泡点无关的情况下自液流移除粒子的滞留机制。粒子吸附于膜表面可由例如分子间凡得瓦尔力(Van Der Waals)及静电力介导。当行进穿过缭绕膜的粒子不能足够快地改变方向以避免与膜接触时发生截留。粒子输送是归因于由主要为小粒子的无规则或布朗运动(Brownianmotion)引起的扩散，其制造粒子与过滤介质碰撞的一定机率。当粒子与过滤器或膜之间不存在排斥力时，非筛分滞留机制可为有效的。因此，在本发明的一些具体实例中，可在中性条件(例如处于或接近膜或过滤器的等电点)下评估非筛分滞留百分比。
[0057]凝胶可带负电荷。因此，具有一具有正电荷密度的微孔膜(例如聚酰胺膜或耐纶膜)的过滤器构件可适用于经由非筛分滞留机制自液流移除凝胶。在本发明的其它具体实例中，可在酸性条件下(例如在低于膜或过滤器等电点的pH值下)评估非筛分滞留百分比。可使用例如金奈米粒子评估非筛分滞留百分比。
[0058]本发明的另一型式为包括微孔聚酰胺膜层、微孔超高分子量聚乙烯(UHMWPE)膜层及聚合耐纶奈米纤维层的过滤构件。微孔或奈米多孔聚酰胺膜层可具有以异丙醇(IPA)(或等效物，如HFE7200)孔率测定法起泡点计5奈米至100奈米、5奈米至50奈米或10奈米至50奈米的孔径等级。微孔或奈米多孔UHMWPE膜层可具有以IPA(或等效物，如HFE7200)孔率测定法起泡点计2奈米至200奈米、2奈米至100奈米、2奈米至50奈米、10奈米至50奈米或3奈米至50奈米的孔径等级。奈米纤维层可具有大于聚酰胺膜层的孔径等级或UHMWPE膜层的孔径等级的孔径等级、每平方公尺20公克至每平方公尺35公克的基本重量及每平方吋3.5磅至每平方寸5磅的平均IPA起泡点。
[0059]非筛膜层或筛膜层可为流体路径中过滤构件的上游层或下游层，取决于支撑框架或外壳内的过滤器组态。在本发明的其它型式中，聚合耐纶奈米纤维层可为流体路径的上游层，或聚合耐纶奈米纤维层可插入筛膜层与非筛膜层之间，取决于过滤构件组态。
[0060]奈米纤维、微孔膜及奈米多孔膜与其表征方法揭示于国际专利申请公开案第W02010/120668号中，其内容以全文引用的方式并入本文中。
[0061]本发明的奈米纤维由聚合物形成。在本发明的一些型式中，用以形成奈米纤维材料的聚合物与用以形成微孔膜滞留层中一者的聚合物相同。在本发明的型式中，聚酰胺、聚烯烃、聚酰亚胺、聚乙烯醇及聚酯可用于奈米纤维层。可使用的聚酰胺缩聚物(耐纶材料)包括(但不限于)耐纶-6、耐纶-6，6、耐纶6，6-6，10及其类似物。当本发明的聚合物奈米纤维层通过熔喷形成时，可使用能够熔喷成奈米纤维的任何热塑性聚合物，包括聚烯烃，诸如聚乙烯、聚丙烯及聚丁烯；聚酯，诸如聚(对苯二甲酸伸乙酯)；及聚酰胺，诸如上文列举的耐纶聚合物。在一个较佳具体实例中，聚合奈米纤维为聚合耐纶奈米纤维。特定言之，聚合耐纶奈米纤维为耐纶-6或耐纶-6，6奈米纤维。更特定言之，聚合耐纶奈米纤维为耐纶_6。或者，聚合耐纶奈米纤维包括或由金奈米粒子吸附在耐纶-6的金奈米粒子吸附的约25%、约10%或约5%内的任何耐纟仑奈米纤维组成。
[0062]奈米纤维层可包含或由可通过电纺丝(诸如经典电纺丝或电喷)及在特定情况中通过熔喷或其它该等合适制程生产的奈米纤维组成。经典电纺丝为美国专利第4，127，706号中所说明的技术，其教示以全文引用的方式并入本文中，其中将高电压施加于溶解状态下的聚合物上以制造奈米纤维及非编织垫。在本发明的型式中，奈米纤维可为电纺奈米纤维，或可包括例如熔喷奈米纤维及电纺奈米纤维的组合。
[0063]在本发明的型式中，通过IPA或3M? HFE-7200起泡点或等效物测定的奈米纤维
层的孔径等级大于复合膜中也通过起泡点测定的微孔膜层的尺寸等级。因此，奈米纤维层将具有低于过滤器构件中任一微孔膜的于IPA中的起泡点。在本发明的一些型式中，奈米纤维层的平均IPA起泡点(通过孔率测定法测定)为每平方吋约3.5磅至每平方吋约5磅。
[0064]在过滤构件的一些型式中，奈米纤维层厚度可在约110微米至约170微米、约120微米至约150微米、约110微米至约130微米或约135微米至约170微米的范围内。纤维直径(通过SEM分析测定)可在约350奈米至1200奈米之间变化，平均直径在约500奈米至800奈米范围内。奈米纤维样品的纤维直径可使用例如FEI扫描电子显微镜(3000放大倍率至5000放大倍率)及Softimage系统软件对代表样品(忽略极大或极小直径纤维，例如大于或小于95%的其它纤维的纤维)进行量测且基于10至20个数据点计算纤维直径及平均值。在本发明的一些型式中，平均纤维直径为约750奈米。在本发明的其它型式中，平均纤维直径为约700奈米至约800奈米。在本发明的一些型式中，奈米纤维层的基本重量可为每平方公尺约20公克至每平方公尺约35公克，奈米纤维层的密度可为每立方公分0.2(土 10%)公克，且透气性在6 (秒/200毫升)与10.5 (秒/200毫升)之间。
[0065]在本发明中，过滤构件中的奈米纤维层在筛分条件(0.l%Triton X-100界面活性剂添加至PSL珠粒及去离子水溶液中)下滞留约25奈米尺寸的荧光奈米粒子。在本发明的一些型式中，当用含有荧光PSL珠粒的约8ppb溶液(w/w)(当100毫升8ppb荧光珠粒溶液穿过样品膜表面90毫米膜片时，8ppb浓度的PSL珠粒可用于沈积1%单层25nm荧光PSL珠粒于该膜片上)测试过滤构件中的奈米纤维层时，该奈米纤维层在筛分条件(0.l%TritonX-100界面活性剂添加至PSL珠粒及去离子水溶液中)下对于25奈米(标称)荧光PSL珠粒的滞留量为单层荧光PSL珠粒的85 (±5)%至98 (±5)%或98 (±5)%以上。在本发明的一些型式中，当在筛分条件下反复用8ppb25nm荧光PSL珠粒的溶液测试膜时，过滤构件中奈米纤维层对于25奈米(标称)荧光PSL珠粒的滞留量为过滤器构件上五个或五个以下单层荧光PSL珠粒的90 (±5)%或90 (±5)%以上。在本发明的一些型式中，对于28.6毫米直径的测试样品，奈米纤维层的格力数(Gurley Number)可在每100毫升约5.75秒至每100毫升约10.75秒的范围内。
[0066]在本发明的一些型式中，奈米纤维层进一步包括与奈米纤维层接触的支撑材料。特定言之，支撑材料为非编织支撑材料。奈米纤维层的例示性非编织支撑材料包括(但不限于)非编织耐纶、非编织聚醚砜(PES)或非编织UHMWPE。
[0067]在本发明的一些型式中，过滤构件包含至少一个耐纶奈米纤维层。特定言之，过滤构件包含至少两个、至少三个或至少四个耐纶奈米纤维层。或者，过滤构件包含一个、两个、三个、四个或五个耐纶奈米纤维层。
[0068]在本发明的一些型式中，微孔筛膜为超高分子量聚乙烯(UHMWPE或UPE)膜。UPE为热塑性聚乙烯的一个型式，其具有极长链及以百万计数的分子量，例如I百万或I百万以上，一般2百万至6百万。在本发明的一些型式中，筛分微孔膜包含或由UPE组成。或者，筛分微孔膜为含氟聚合物或全氟聚合物，诸如PTFE。特定言之，筛分微孔膜为PTFE。
[0069]在本发明的一些型式中，非筛分微孔膜或具有非筛分性质的微孔膜包含或由耐纶(在本文中亦称为聚酰胺)组成。更特定言之，耐纶微孔膜为耐纶-6或耐纶-6，6微孔膜。更特定言之，耐纶微孔膜为耐纶-6微孔膜。或者，非筛分耐纶微孔膜包括或由金奈米粒子吸附在耐纶-6的金奈米粒子吸附的约25%、约10%或约5%内的任何耐纶组成。
[0070]筛分及非筛分微孔膜可各独立地具有大于约20psig，在一些情况下，大于30psig且在其它情况下大于约50psig的平均IPA起泡点，也即使用另一溶剂(诸如3M?的HFE-7200)且补偿表面张力的等效起泡点。在一些型式中，筛分及非筛分微孔膜各独立地具有20psig至150psig的平均IPA起泡点或使用另一溶剂(诸如3M?的HFE-7200)且补偿表面张力的等效起泡点。
[0071]在本发明的型式中，筛分及非筛分微孔膜各独立地具有在3M?的液体HFE-7200中75psi至90psi的平均起泡点，在一些情况下，在HFE-7200中约85psi (586，054Pa)的平均起泡点。在本发明的一些型式中，筛分及非筛分微孔膜各具有在3M?的HFE-7200中95psi至IlOpsi的平均起泡点，在一些情况下，约100psi(689，476Pa)的平均起泡点。在本发明的一些型式中，筛分及非筛分微孔膜各具有在3M?的HFE-7200中115psi至125psi的平均起泡点，在一些情况下，约120psi (827, 371Pa)的平均起泡点。在本发明的其它型式中，筛分及非筛分微孔膜各具有在3M?的液体HFE-7200中140psi至160psi的平均起泡点。筛分及非筛分微孔膜可各独立地为对称或不对称微孔膜。
[0072]在本发明的一些型式中，筛分微孔膜可为由Entegris公司制造的称为10奈米不对称等级膜的不对称UPE膜，其具有在3M?的液体HFE-7200中75psi至90psi的平均起泡点，在一些情况下，约85psi(586，054Pa)的平均起泡点。在本发明的一些型式中，筛分微孔膜可为由Entegris公司制造的称为5奈米不对称等级膜之不对称UPE膜，其具有在3M?的液体HFE-7200中95psi至IlOpsi的平均起泡点，在一些情况下，约100psi(689, 476Pa)的平均起泡点。在本发明的一些型式中，筛分微孔膜可为由Entegris公司制造的称为3奈米等级不对称膜的不对称UPE膜，其具有在3M?的HFE-7200中115psi至125psi的平均起泡点，在一些情况下，约120psi (827, 371Pa)的平均起泡点。
[0073]在本发明的一些型式中，筛分及非筛分微孔膜的特征为在0.1OMPa的压力及21°C的温度下，500毫升IPA在350秒至6500秒，在一些情况下，500秒至6500秒范围内的IPA流动时间。具有在3M?的液体HFE-7200中75psi至90psi的平均起泡点的不对称0.005微米(5nm)UPE膜的IPA流动时间可为在0.1MPa压力及21°C下500mL IPA在5000秒至7000秒的范围。
[0074]IPA流动时间为500毫升异丙醇在21 °C的温度及97，900Pa (约0.1MPa或约
14.2psid)的压力下流动穿过单独47毫米微孔膜片或过滤器构件(例如具有12.5cm2面积的微孔膜、奈米纤维层及视情况选用的支撑物)的时间。
[0075]起泡点是指使用气流孔率测定法的平均IPA起泡点。在一些情况下，微孔膜起泡点是指在HFE-7200 (可购自3M?，St.Paul, MN)中量测的平均起泡点。HFE-7200起泡点
可通过HFE7200量测的起泡点乘以1.5或约1.5而转化为IPA起泡点值。3M? HFE-7200为乙氧基-九氟丁烷且具有在25°C下所记录的13.6mN/m的表面张力。
[0076]在过滤器构件中，筛分及非筛分微孔膜可具有对称多孔结构、不对称多孔结构或此等多孔结构的组合(例如在过滤构件中，一个微孔膜可为对称的且另一微孔膜不对称)。对称微孔膜具有孔径分布以具有整个膜实质上相同的平均尺寸的孔径表征的多孔结构。在不对称微孔膜中，孔径在整个膜中变化，一般尺寸自一个表面(紧边)至另一膜表面(开边)增加。在本发明的一些型式中，微孔膜可为去皮膜，其中膜的去皮侧可渗透液体。已知其它类型不对称性。举例而言，孔径在膜厚度内的位置处通过最小孔径的类型(沙漏形状)。与具有相同等级孔径及厚度的对称微孔膜相比，不对称微孔膜倾向于具有较大通量。也可在面向所过滤的液流的较大孔侧下使用不对称微孔膜，产生预过滤效应。在本发明的型式中，微孔膜可具有选自由对称型、不对称型及沙漏型组成的群的多孔结构。在本发明的一些型式中，微孔膜的多孔结构为不对称的。
[0077]过滤构件可进一步包含一或多层支撑材料。支撑材料可置于过滤构件中滞留层的一或多个侧面上。支撑材料包括(但不限于)各种网状材料、非编织多孔材料、纺丝黏结材料及其类似物。支撑物可渗透液体且在本发明的一些型式中，经选择以便过滤器构件的流动时间与仅微孔膜的流动时间基本上相同或小于仅微孔膜的流动时间。支撑物可提供强度以便在褶层/滤筒组装制程中处理奈米纤维及/或膜。由于支撑物可为厚介质，故其也可充当过滤器介质。在本发明的一些型式中，支撑物为非编织材料。支撑物或非编织支撑物与最终施用液体在化学上兼容。非编织支撑物的非限制性实例包括由聚酰胺(PA)制成的非编织支撑物且可包括多种耐纶，诸如(但不限于)耐纶6、耐纶6，6 ;及芳族聚酰胺；聚(对苯二甲酸伸乙酯)(PET)5PES (聚醚砜)及其类似物。PA6是指聚酰胺6，也称为耐纶6或耐纶6，6。在本发明的一些型式中，非编织支撑物包含耐纶6树脂，其经热黏结以降低其它不希望有的材料(污染)经由其它制程引入网中的几率。在本发明的一个型式中，支撑物为可购自Asahi Kasei的耐纟仑N05040,其不影响或实质上不影响过滤器构件的流动时间。非编织物的基本重量与其厚度有关且可经选择以使压力损失最小，且也可经选择以提供正确数目的褶层用于组装成过滤器封包。随着非编织物变厚，其减少可装入滤筒的固定直径中心管组态中的褶层数目。在本发明的一些型式中，非编织支撑物具有每平方公尺约40公克至每平方公尺约30公克的基本重量。在本发明的其它型式中，非编织支撑物具有每平方公尺约(40±5)公克的基本重量。
[0078]图1说明本发明的过滤构件的一些非限制性型式，其包括三个不同膜层，也即两个微孔或奈米多孔膜层及一个奈米纤维层。举例而言，结构I展示微孔耐纶膜作为上游滞留层、耐纶奈米纤维作为中心滞留层且微孔UHMWPE膜作为下游滞留层的复合膜。结构2展示微孔耐纶膜作为下游滞留层、耐纶奈米纤维作为中心滞留层且微孔UHMWPE膜作为上游滞留层的复合膜。结构3展示微孔耐纶膜作为中心滞留层、耐纶奈米纤维作为上游滞留层且微孔UHMWPE膜作为下游滞留层的复合膜。结构4展示微孔耐纶膜作为下游滞留层、耐纶奈米纤维层作为上游滞留层且微孔UHMWPE膜作为中心滞留层的复合膜。宜视过滤应用及待移除的目标缺陷(例如粒子、凝胶、其组合)而定修改层顺序及材料类型。
[0079]外壳(核心、机壳及端帽)以及用以使膜封接于端帽的灌注/黏结材料的所用材料可包括用于灌注的聚乙烯及用于壳、核心、机壳及其它支撑物的高密度聚乙烯材料。其它可使用的灌注材料为熟习此项技术者所知。
[0080]本发明的另一具体实例为包含外壳及本发明的过滤构件的过滤器。
[0081]本发明的另一具体实例为本发明的过滤构件或包含本发明的过滤构件的过滤器自光阻剂移除凝胶的用途。本发明的过滤构件的奈米纤维层有利地增加过滤构件的厚度，由此提供光阻剂经改良的滞留时间以及经改良的凝胶滞留。通过在奈米纤维层中使用耐纶，改良过滤构件的非筛分滞留，其减少微影制程中的缺陷(尤其是基于凝胶的缺陷)且延长含有该过滤构件的过滤器的使用寿命。出乎意料的是，耐纶奈米纤维层也减少通过使用多个过滤器层所引起的压降，其可改良粒子及凝胶滞留，减少光微影制程中的缺陷，减少产量损失，且提供较大操作窗用于旋涂制程。
[0082]本发明的另一具体实例为一种自光阻剂移除凝胶的方法，该方法包含使光阻剂流通过本发明的过滤构件或包含本发明的过滤构件的过滤器，由此自光阻剂移除凝胶。在一些具体实例中，光阻剂的流率为约0.2cc/min至约3cc/min。在一些具体实例中，过滤构件的压降小于或等于约Ipsi。
[0083]例证
[0084]实施例1.渗漏试验、起泡点及流率
[0085]本发明的例示性过滤器构件以渗漏试验、起泡点及流率表征。例示性过滤器构件包括Delnet III非编织层；具有每平方公尺约30公克的基本重量、每平方吋4.5 ( ±10%)磅的平均IPA起泡点、约165 ( ±2%)微米的厚度及约750奈米的平均纤维直径(例如通过SEM分析测定)的奈米纤维层；来自Entegris的0.05微米孔径等级的微孔UPE膜；DelnetIII非编织层；来自Entegris的0.01微米孔径等级的微孔耐纟仑膜；及Delnet非编织层。使用天平量测过滤器构件的重量。渗漏试验是通过将过滤器构件浸没于水箱中，对过滤器构件加压至0.35MPa维持60秒，且检查过滤器构件是否渗漏来进行。起泡点是通过用含60%IPA的水溶液预湿润过滤器构件约20秒，接着随着压力增加在过滤器构件下游端观察可见气泡来量测。流率是通过在含60%IPA的水溶液中预湿润过滤器构件约20秒，使过滤器构件加压至0.6kg/cm2且在约I分钟后量测液体流率来量测。此过滤构件的起泡点大于每平方吋42磅，且过滤构件在0.6kg/cm2的压力下具有每分钟0.22公升至0.46公升的水流率(在0.6kg/cm2的压力下的平均水流率为0.4公升/分钟)。
[0086]此过滤构件(或过滤器构件)的流率与10奈米孔径等级(通过IPA或HFE7200起泡点测定)的不对称UPE微孔膜类似。
[0087]表1.渗漏试验、起泡点(B.P.)及流动试验的结果。
[0088][0089]
【权利要求】
1.一种过滤构件，其包含: 具有约10奈米至约50奈米的孔径等级的非筛膜层； 具有约2奈米至约50奈米的孔径等级的筛膜层 '及 具有大于该等非筛膜层及筛膜层的孔径等级的孔径等级、每平方公尺约20公克至每平方公尺约35公克的基本重量及每平方寸约3.5磅至每平方寸约5磅的平均异丙醇(IPA)起泡点的耐纟仑奈米纤维层。
2.如权利要求1的过滤构件，其中该耐纶奈米纤维层插入该非筛膜层与该筛膜层之间。
3.如权利要求1的过滤构件，其中该非筛膜层插入该筛膜层与该耐纶奈米纤维层之间。
4.如权利要求1的过滤构件，其中该筛膜层插入该非筛膜层与该耐纶奈米纤维层之间。
5.如权利要求1的过滤构件，其进一步包含一或多层多孔支撑材料。
6.如权利要求1的过滤构件，其中该过滤构件具有上游端及下游端，且该非筛膜层、该筛膜层及该耐纶奈米纤维层经排列以形成上游滞留层、中心滞留层及下游滞留层，其中该耐纶奈米纤维层不形成该下游滞留层。
7.如权利要求6的过滤构件，其中该耐纶奈米纤维层形成该上游滞留层。
8.如权利要求6的过滤构件，其中该筛膜层形成该下游滞留层。
9.如权利要求8的过滤构件，其中该非筛膜层形成该上游滞留层且该耐纶奈米纤维层形成该中心滞留层。
10.如权利要求8的过滤构件，其中该非筛膜层形成该中心滞留层且该耐纶奈米纤维层形成该上游滞留层。
11.如权利要求6的过滤构件，其中该筛膜层形成该上游滞留层。
12.如权利要求1的过滤构件，其中该非筛膜层为耐纶膜层。
13.如权利要求12的过滤构件，其中该耐纶膜层及该耐纶奈米纤维层各包括耐纶_6。
14.如权利要求1的过滤构件，其中该过滤构件包含至少一个耐纶奈米纤维层。
15.如权利要求14的过滤构件，其中该过滤构件包含三个耐纶奈米纤维层。
16.如权利要求1的过滤构件，其中该筛膜层为超高分子量聚乙烯(UPE)膜层。
17.如权利要求1的过滤构件，其中该筛膜层为UPE膜层且该非筛膜层为耐纶膜层。
18.如权利要求17的过滤构件，其中该耐纶膜层具有约10奈米的孔径等级且该UPE膜层具有约50奈米的孔径等级。
19.如权利要求17的过滤构件，其中该耐纶膜层具有约50奈米的孔径等级且该UPE膜层具有约2奈米至约5奈米的孔径等级。
20.一种过滤器，其包含外壳及如权利要求1至19中任一项的过滤构件。
21.一种如权利要求1至19中任一项的过滤构件或如权利要求20的过滤器自光阻剂移除凝胶的用途。
22.一种自光阻剂移除凝胶的方法，该方法包含使光阻剂流通过如权利要求1至19中任一项的过滤构件或如权利要求20的过滤器，借此自该光阻剂移除凝胶。
【文档编号】B01D69/02GK103648623SQ201280022400
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年5月9日 优先权日:2011年5月9日
【发明者】劳尔·A·拉米瑞兹, 蔡伟明 申请人:恩特格林斯公司