未脱气液体的过滤方法

专利名称：未脱气液体的过滤方法
技术领域：
本发明涉及各种未脱气液体的过滤方法，尤其是涉及包含研磨材料等微粒作为分散质的研磨用浆料的过滤方法。
背景技术：
在使用研磨用浆料和研磨垫的抛光加工中，对加工面的表面平滑度和无缺陷性的要求水准逐年增加。随之，逐渐开始选择研磨用浆料所包含的研磨材料等微粒的粒径更小的研磨用浆料。此处，即使选择平均粒径小的研磨材料，通常研磨材料等微粒的粒径存在粒度分布，有时也会包含相对于期望粒径而言非常大的粗大颗粒。在这种情况下，该粗大颗粒可能会引起刮痕等表面缺陷，因此优选将其去除。这种在液体介质中分散有微粒的研磨用浆料所包含的粗大颗粒通常利用过滤器 去除。工业上使用的过滤器一般为将树脂制纤维缠绕在核上而成型的过滤器、使树脂膜中形成微小的细孔而成的过滤器。任一种过滤器均可通过使液体通过纤维间形成的间隙、膜中形成的细孔来去除无法通过的粗大颗粒等。但是，实际上要对液体进行过滤时，若要直接利用市售的过滤器，则刚开始利用后的过滤效率不高。考虑这是因为市售的过滤器通常是干燥的，过滤刚开始后，液体难以渗透过滤器的细孔等，此外细孔内容易残存空气。尤其是，与不具有粘性的液体相比，具有粘性的液体存在过滤刚开始后的过滤效率极差的倾向。因此作为前处理，也可考虑向过滤器压入水，通过这种方法水渗透至细孔内之后过滤变得容易，但有时根据过滤器的材质、孔径而需要较大压力，根据情况有时还需要大于过滤器的破坏压力的压力。进而，为了获得这种高压而需要强力的泵。另外，通常过滤器的孔径存在孔径分布，还存在非常小的细孔，因此即使施加压力，水也难以渗透至这种小细孔中。像这样水未渗透的部分由于对于过滤没有助益，因此过滤效率进一步变低。进而，由于有助于过滤的部分变少，因此过滤器发生堵塞也变早，有时还会招致生产率的恶化。在研磨用浆料之类的具有粘性的液体中，具有这种现象更显著的倾向。因此，在利用过滤器过滤液体的情况下，优选的是，在使用过滤器之前将细孔内部全部润湿，尽可能地去除过滤器内的空气。从这种观点出发，研究了过滤前的各种前处理方法。例如已知有以下方法用与过滤器和水两者均具有亲和性的异丙醇(以下有时称为IPA)等有机溶剂润湿过滤器，然后再过滤水的方法。另外，还公开了向疏水性多孔中空纤维膜加压导入表面活性剂水溶液等的方法(专利文献I)。但是，这些方法中，在处理后IPA、表面活性剂等存留于过滤器细孔内，因此为了去除它们而必须用大量的水等清洗液进行充分地清洗，在成本、效率方面存在问题。另一方面，公开了将疏水性多孔膜浸溃于脱气水的方法(专利文献2)，但根据本发明人等的研究得知，仅将过滤器浸溃于脱气水时无法获得充分的效果，作为前处理还存在改良的余地。现有技术文献专利文献
专利文献I :日本特开平1-119310号公报专利文献2 :日本特开平5-208121号公报专利文献3 :日本特开昭63-258605号公报

发明内容
发明要解决的问题因此，本发明的目的在于提供一种可满足过滤效率的改良和过滤器的长寿命化的、各种未脱气液体的过滤方法。用于解决问题的方案 本发明的未脱气液体的过滤方法的特征在于，其为利用过滤器过滤未脱气液体的过滤方法，所述方法包括在用所述过滤器过滤所述未脱气液体之前对所述过滤器通入脱气液体，所述脱气液体是对与作为所述未脱气液体的主要成分的溶剂相同种类的溶剂进行脱气而成的。发明的效果根据本发明，通过改善过滤器刚开始使用后或过滤器刚更换后的过滤效率，进而减少对于过滤器的过滤没有助益的部分，来改良长期的过滤效率，进而使堵塞不易发生，从而可以满足过滤器的长寿命化，即过滤器更换间隔的长期化或过滤器通液量的增加。其结果，过滤工序的效率化和成本降低均可实现。由此，能够以高效率且低成本制造例如包含研磨粒作为分散质的研磨用浆料。
具体实施例方式以下，说明本发明的一个实施方式。作为过滤对象的未脱气液体在本发明的过滤方法中，作为进行过滤的对象的液体，只要是未进行脱气处理的液体则无特别限定。在本发明中，将这样的液体称为未脱气液体。即，按照未脱气液体所包含的成分以及应该从该未脱气液体中去除的成分来选择后述的过滤器，从而可以对任意未脱气液体适用本发明的过滤方法。尤其是，从溶剂中分散有不溶的微粒成分的分散液或分散物中去除杂质、粗大颗粒等时，可以适合地使用本发明的过滤方法。此处所述的分散有不溶的微粒成分的分散液或分散物是指例如显示丁达尔现象的胶体溶液、浆料溶液，研磨用浆料、颜料分散型光致抗蚀剂、饮料、药品、涂料或化妆品等属于该范畴。通常，在这些制品的制造工序中，为了去除前述粗大颗粒或杂质而利用过滤器进行过滤，但由于短时间内的堵塞、干燥而需要频繁地更换过滤器，因此强烈要求提高过滤效率。将本发明的过滤方法适用于这样的胶体、浆料溶液时，可以提高过滤效率并可延长过滤器寿命，因此是优选的。即，优选的是，出于以下目的而使用本发明的方法使溶剂或分散介质以及分散于未脱气液体的颗粒中的、具有期望粒径的颗粒通过，而去除大于期望范围的颗粒、其它相对较大的杂质成分。可以使用本发明的过滤方法进行过滤的未脱气液体的具体实例之一，为研磨用浆料。研磨用浆料是用于研磨例如硅基板、碳化硅基板、金属氧化物、半导体设备基板、硬盘用基板、玻璃或塑料等的浆料。该研磨用浆料是分散介质中包含氧化物、氮化物、碳化物等的物质，更具体而言，包含氧化铝、二氧化硅、氧化铈、二氧化钛、氧化锆、金刚石、氮化硅、氮化硼等研磨材料颗粒。本发明的过滤方法优选用于从这样的研磨用浆料中去除原料所包含的粗大颗粒等杂质和配制时提纯的凝结物、异物。使用本发明的过滤方法过滤研磨用浆料等包含微粒的分散液时，分散液所包含的微粒的平均粒径优选为l(T5000nm，更优选为2(T300nm。需要说明的是，本发明中的平均粒径在无特别说明的情况下是指通过BET法测定的粒径。需要说明的是，平均粒径的测定方法另外还有光散射法、激光衍射法等，但通过这些方法测定的平均粒径难以与通过BET法测定的粒径直接进行比较。考虑测定方法的原理等，有时也可将通过BET法以外的方法测定的平均粒径换算成通过BET法测定的平均粒径，但原则上优选直接通过BET法测定。另外，本发明的过滤方法不仅可以适用于研磨用浆料本身，还可以适用于其原料。即，为了从作为研磨用浆料的原料的包含研磨材料颗粒的分散液中去除粗大颗粒、凝胶、异物等，可以使用本发明的过滤方法。或者为了去除除此以外的、各种添加剂溶液中包含的未溶解物、异物等，也可以使用本发明的过滤方法。
对通过本发明的过滤方法过滤未脱气液体的时期没有特别限定。例如，在将研磨用浆料填充至容器中而进行销售的情况下，不仅在将研磨用浆料以制品的形式填充至容器之前进行过滤时，可以使用本发明的方法；另外，用户从容器中取出研磨用浆料而用于研磨之前，也可以使用本发明的方法。进而，在将使用过一次的研磨用浆料再生而再利用的情况下，也可以使用本发明的过滤方法。过滤方法本发明的过滤方法包括使用过滤器过滤前述未脱气液体。此处，本发明的过滤方法中，优选使用树脂制或玻璃纤维制介质过滤器(media filter)。树脂制或玻璃纤维制介质过滤器是指未脱气液体要通过的过滤器部分由树脂或玻璃纤维构成的过滤器。此处，过滤器部分不需要全部由树脂或玻璃纤维构成，例如为了改良过滤器的机械强度，还可以包含纤维、金属等来作为芯材。其中，即使在这种情况下，也优选通过树脂或玻璃纤维包覆芯材，从而使其不与要过滤的未脱气液体直接接触。这是因为，芯材为金属等时，可能会向未脱气液体中溶出不优选的金属离子等。本发明的过滤方法中，优选使用树脂制或玻璃纤维制介质过滤器仅包含用树脂或玻璃纤维制成的过滤器部分的过滤器。在组装入制造工序等的配管内部的情况下，特别优选这种仅包含过滤器部分的过滤器。另外，还可以使用由过滤器部分和内包过滤器部分的盒构成的盒状过滤器。这种盒状过滤器的过滤器构件为前述的树脂制或玻璃纤维制，该过滤器构件被固定在壳体的内部。使用这种盒状过滤器时，优选的是，设置于壳体内侧面、与配管接触的接触部的密封垫等接触未脱气液体的部分用树脂、橡胶包覆或由树脂、橡胶形成，接触未脱气液体的部分完全不使用金属。关于这样的树脂制或玻璃纤维制介质过滤器，除了市售有上述那样的结构不同的过滤器之外，还市售有用途不同的过滤器，例如微粒分离用、微生物分离用等各种过滤器，可以根据需要使用任意过滤器。对过滤器构件所使用的树脂或玻璃纤维的种类没有特别限定，优选相对于要过滤的未脱气液体为非活性。未脱气液体为水性时，即作为未脱气液体的主要成分的溶剂为水时，可以使用由一般的树脂或玻璃纤维构成的过滤器。具体而言，作为过滤器构件中使用的优选材料，可列举出尼龙、聚碳酸酯、聚四氟乙烯(以下有时称为PTFE)、聚砜、聚醚砜、纤维素及其衍生物、聚丙烯以及玻璃纤维。作为尼龙的具体实例，可列举出尼龙6和尼龙66。另夕卜，作为纤维素的衍生物，包含羟基被取代了的衍生物，作为具体实例，可列举出纤维素乙酸酯以及纤维素酯。另外，过滤器构件有亲水性构件和疏水性构件。此处，在过滤器构件为疏水性时，利用本发明改善过滤器刚开始使用时的过滤效率的效果更大，因此是优选的。在本发明中，将包含这种疏水性的过滤器构件的过滤器称为疏水性过滤器。过滤器构件是否为疏水性可以通过过滤器构件是否会透过水来判断。过滤器构件为疏水性时，水滴在过滤器构件的表面被排斥或为了使水透过而需要加压。作为这样的疏水性过滤器，可列举出聚丙烯和聚四氟乙烯(PTFE)等。考虑这样使用疏水性过滤器构件时本发明的效果大是因为，与过滤器构件的材质为亲水性的情况相比，过滤器细孔内的空气在过滤器构件的材质为疏水性的情况下更易滞留，并难以去除。
过滤器有各种市售品，例如可列举出CHISSO FILTER CO.，LTD.制造的CP FILTER(商品名)、Sumitomo 3M Limited 制造的 Polypro-Klean (商品名)、Pall Corporation 制造的 Profile II (商品名)或 ADVANTEC MFS, INC 制造的 Depth Cartridge Filter (商品名)
坐寸ο过滤器构件包括使由聚丙烯等树脂形成的纤维无序且均匀地具有一定厚度而成型的无纺布类型的深度过滤器；对树脂膜开0. Of数μ m左右的孔而成型的膜类型的膜滤器等。本发明可以使用任一类型的过滤器，但由于更容易显著地体现出本发明的效果，优选使用无纺布类型，特别优选使用无纺布类型的深度过滤器。考虑其理由是，深度过滤中，细孔内的空气的滞留对过滤效率产生较大影响。然而，即使在筛过滤(sieving filtration)、滤饼过滤的情况下，也有去除细孔内的微粒的效果，因此通过适用本发明的过滤方法，可以期待过滤效率的改良。进而，深度过滤器可大致分为以下两种形式。一种是作为平面状的滤纸形状的平面过滤器。另一种是将无纺布缠绕于圆筒核等而成的管状过滤器。关于这样的管状过滤器，一般而言，多以一端或两端不会漏液的方式施加加工，此外多以容纳于盒中的形态进行处理。通常，在工业使用中，优选使用容纳于盒中的、盒状的立体过滤器或管状过滤器。这是因为，其过滤面积大且操作性也优异。本发明的过滤方法可以使用它们之中的任意形状的过滤器。关于本发明中使用的过滤器的过滤精度，可以按照要过滤的未脱气液体的种类、所包含的成分、应该去除的杂质的大小等来使用任意的过滤器。例如，为了高效地去除通常的半导体用研磨用浆料，过滤器的过滤精度优选为5 μ m以下，更优选为I μ m以下，进一步优选0. 5 μ m以下,最优选为0. 3 μ m以下。此时的过滤精度0. 3 μ m定义为除去99. 9%以上的平均粒径0. 3 μ m以上的颗粒。在本发明的过滤方法中，在过滤目标未脱气液体之前，需要对过滤器进行处理。该处理如下进行准备将与作为目标未脱气液体的主要成分的溶剂相同的溶剂进行脱气而制成的脱气液体，对要用于过滤的过滤器通入该脱气液体。以下，有时将该处理称为“前处理”。此处，在目标未脱气液体不是溶液而是分散液的情况下，通常将介质称为分散介质，但此处出于方便而将这样的分散介质也一起称为溶剂。在未脱气液体例如为水性的研磨用浆料时，作为未脱气液体的主要成分的溶剂为水。因此，在使用本发明的方法来过滤水性的研磨用浆料时，准备将水脱气而成的脱气液体，在进行过滤之前将其通入过滤器。另外，由于用于脱气的溶剂根据要过滤的未脱气液体来进行适当的选择，因此没有特别限定，也可以是有机溶剂。在作为未脱气液体的主要成分的溶剂为混合溶剂时，也可以使用将该混合溶剂脱气而成的脱气液体。其中，作为目标未脱气液体的主要成分的溶剂为水时，本发明的效果会显著地显现。进而，脱气液体在不损害本发明的效果的范围内还可包含任意的添加剂。例如，还可向脱气液体中添加各种还原性脱氧剂、防腐剂、醇等。尤其是，优选使用有助于向过滤器的细孔中导入脱气液体的公知的添加剂。另外，脱气液体还可以包含要过滤的未脱气液体中包含的成分。即，要过滤的未脱气液体例如为水性的研磨用浆料时，除了主要成分即作为溶剂的水之外，还包含研磨材料颗粒、水溶性高分子化合物、作为PH调节剂的酸或碱、防腐剂、表面活性剂等各种主要成分。此时，本发明所使用的脱气液体还可以包含这些成分。因此，可以将研磨用浆料脱气而成的液体或者使已脱气的水溶解或分散各主要成分而成的液体作为脱气液体使用。
像这样，要过滤的未脱气液体与前处理所使用的脱气液体的成分组成相近时，将脱气液体通入过滤器后，过滤器中残存的脱气液体的置换变得容易，因此是优选的。尤其是，若使用已脱气的溶剂制备要过滤的未脱气液体，则前处理与未脱气液体的过滤可连续地进行，在未脱气液体的过滤开始时，目标未脱气液体不会混入成分不同的脱气液体而成为不同的未脱气液体，因此过滤开始时的损失也会变少，因此是优选的。尤其是，在未脱气液体分批制备并依次过滤的情况下，如果仅用已脱气的溶剂制备最初的批次，则制造工序上的特殊操作少，是有利的。在本发明中，对将溶剂脱气而制成脱气液体的方法没有特别限定，有以下方法使原溶剂通过气体透过膜的一侧而对另一侧进行减压的膜式真空脱气(专利文献3等)、真空脱气、利用加热溶剂来降低气体的溶解度的加热脱气、超声波脱气、使溶解氧与还原性脱氧剂反应的方法等，可以采用任意的方法。这些之中，从初期投资、操作性、脱气效率性的观点出发，优选为膜式真空脱气，接着优选真空脱气。本发明的前处理所使用的脱气液体之中溶解的氧浓度优选为饱和溶解氧浓度的1/8以下,更优选为1/16以下。饱和溶解氧浓度是指与I个大气压的大气接触的水中溶解的氧的平衡浓度。饱和溶解氧浓度取决于水温，但在本发明中，所使用的温度通常是指室温即25°C时的值。在溶剂为水时，关于饱和溶解空气浓度的值，例如25°C /I个大气压下的水的饱和溶解氧浓度为约8. lmg/L。因此，脱气液体以水为主要成分时，优选的是，溶解氧浓度为lmg/L以下,优选为O. 5mg/L以下。这是由于，当溶解氧浓度大于该值时，过滤器内的亲水化或空气去除的效果变得不充分，或者前处理所需的时间变长。脱气液体中的溶解氧浓度越低越好，但从获得本发明的效果的观点来看，没有限定。其中，想过度降低溶解氧时，脱气液体的准备会过度耗费时间和成本，因此需要注意。需要说明的是，在本发明中，脱气液体中的溶解氧浓度可以使用原电池型或极谱型等简便的氧浓度仪进行测定。在本发明中，前处理是通过对过滤器通入脱气液体而进行的。此时，应该按照对过滤器构件的整个有效面通入脱气液体的方式进行。即，通过使脱气液体通入过滤器构件的更多的部分而非只通入其一部分，可以增加从过滤的初期开始就有效地有助于过滤的部分，可以进一步提高过滤效率。这是由于，未通入脱气液体的部分的过滤效率未得到改良，因此这样的部分多时,存在整体性的过滤效率的改良变小的倾向。通过这种前处理可改良初期的过滤效率的理由尚未明确，但考虑这是因为，通过通入脱气液体，使用开始前的过滤器构件中的细孔内部被高效地润湿，细孔内的空气被去除，未脱气液体与过滤器构件的接触面积增大。在本发明中，前处理可以用任意的方法在任意的时间点实施。例如，向未脱气液体的制备工序的下游侧配管安装过滤器，在过滤所制备的未脱气液体之前，暂时向配管流通脱气液体来进行前处理时，不需要未脱气液体的过滤设备之外的前处理设备，前处理之后可连续地用于未脱气液体的过滤工序，因此是优选的。另外，进行了前处理的过滤器，只要不干燥则即使与空气接触也可发挥本发明的效果。因此，也可以事先准备使脱气液体通入过滤器构件的专用装置，并准备多个已进行前处理的过滤器，根据需要来更换过滤器。根据这样的方法，未脱气液体的制备工序中不需要向配管流通与目标未脱气液体不同的脱气液体，可连续地制备未脱气液体，因此是优选的。另外，在本发明中，前处理还可与施加超声波、振动等物理冲击的方法组合。组合这些方法时，存在进一步明显地显现本发明的效果的倾向。考虑这是因为，如上所述的那 样，过滤器的细孔中存在的空气通过组合这些方法而被更有效地去除。在本发明的前处理中，更优选对过滤器构件通入的脱气液体的量多。具体而言，脱气液体的通入量X与过滤器构件的容量Y的体积比，即过滤器构件的单位体积的脱气液体的通入量之比X/Y优选为5以上，更优选为10以上。X/Y比过低时，存在本发明的效果无法充分显现的倾向。考虑这是因为过滤器中的细孔内部的空气无法高效地去除。另一方面，过滤器构件的单位体积的脱气液体的通入量过多时本发明的效果也不会变小，因此对上限没有特别限定。但是，从制造效率、成本的观点来看，应该避免过度地增加通入量。另外，此处的过滤器构件的容量是指包括过滤器的细孔等在内的宏观的体积。具体而言，对于深度过滤器而言，表示过滤器介质部分整体的体积，即所成型的过滤器构件的体积。另外，对于膜形状的膜滤器而言，表示该膜的体积。进而，对于具有折叠(pleat)结构的膜滤器而言，表示筒状过滤器构件的体积，换言之为包括过滤器介质部分的最外周到最内周的过滤器介质部分与折叠间的空间在内的全部体积。本发明的过滤方法可在各种液状材料的制造中的任意阶段使用。进而，本发明所使用的未脱气液体与要过滤的液体的介质除了溶解气体不同以外成分相同，因此具有混入杂质等的可能性低、对所制造的液体的品质的影响小的优点。这样的本申请发明的过滤方法如上所述那样，优选用于制造分散有微粒的液体，尤其是优选用于制造研磨用浆料。若使用各例子说明本发明，则如下所示。[实施例f 6]作为过滤未脱气液体的过滤器构件，准备全长约50cm的深度过滤器(过滤器尺寸全长约50cm ;外径约7cm ;内径约2. 8cm),按照下述所示的前处理条件对其通入脱气水，实施了前处理。前处理条件脱气水通水速度19L/分钟脱气水通水时间0. 25分钟、O. 5分钟、I分钟、2分钟、5分钟或30分钟
脱气水中的溶解氧浓度0. 5mg/L脱气水制造方法膜脱气方法(向中空纤维膜组件中通入超纯水，使其外侧为真空，从而将所溶解的气体脱除的方法(中空纤维聚-4-甲基戊烯-1，真空压力2. 7kPa))接着，作为未脱气液体，准备未脱气的超纯水，测定使用已实施前处理的过滤器按照下述所示的条件进行过滤时的过滤刚开始后的过滤效率(通过过滤器的未脱气液体的流速)，从而进行了评价。讨滤备件泵LEVITROPump LEV300 (IffAKI CO. , LTD.制造)通水条件转速2500rpm [比较例Γ3]准备与实施例I同样的过滤器，分别仅对其实施了在脱气水、超纯水或IPA中浸溃60分钟的处理。接着，用与实施例I相同的方法实施了评价。另外，在脱气水或超纯水中浸溃的处理是通过将过滤器浸溃在脱气水或超纯水中并静置60分钟而进行的。另外，在IPA中浸溃的处理是将过滤器以2cm/秒的较慢的速度浸没于IPA中并静置60分钟后，将过滤器用纯水洗漆(5L/分钟,纯水500L以上)而进行的。[比较例4 6]准备与实施例I同样的过滤器，使用超纯水来代替实施例I的脱气水，实施了前处理。接着，用与实施例I相同的方法实施了评价。实施例f 6和比较例f 6的前处理条件以及所得评价结果如表I所示。[表 I]表I
权利要求
1.ー种未脱气液体的过滤方法，其特征在于，其为利用过滤器过滤未脱气液体的过滤方法，所述方法包括在用所述过滤器过滤所述未脱气液体之前对所述过滤器通入脱气液体，所述脱气液体是对与作为所述未脱气液体的主要成分的溶剂相同种类的溶剂进行脱气而成的。
2.根据权利要求I所述的过滤方法，其中，通入所述过滤器的所述脱气液体的体积X与过滤器体积Y之比X/Y为5以上。
3.根据权利要求I或2所述的过滤方法，其中，所述未脱气液体为研磨用浆料。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的过滤方法，其中，所述脱气液体的溶解氧浓度为所述脱气液体的饱和溶解氧浓度的1/8以下。
5.根据权利要求广4中任一项所述的过滤方法，其中，所述过滤器为疏水性过滤器。
6.根据权利要求1飞中任一项所述的过滤方法，其中，所述过滤器为无纺布类型的深度过滤器。
7.ー种研磨用浆料的制造方法，其使用权利要求1飞中任一项所述的过滤方法。
全文摘要
本发明提供可实现过滤器的长寿命化和高过滤效率的过滤方法、以及通过该方法制造的研磨用浆料。在本发明的过滤方法中，在利用过滤器过滤未脱气液体之前，对过滤器通入已脱气的溶剂，然后进行过滤。
文档编号B24B57/02GK102834156SQ20118001149
公开日2012年12月19日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年3月1日
发明者森永均, 杉山博保, 三轮直也 申请人:福吉米株式会社