JPH03202109A - 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】 ［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、又はバイコール方式の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］ 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
が集まって粒子間約が形成されやすく、この粒子間相が
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、バイコール方式の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かある。

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９９９％以上て、アルカリ、アルカリ金
属、重金属類及びＢ　ＩＩＩ属の元素が総量で１５０ｐ
ｐｍ以下の非晶質シリカからなる多孔質の支持体に、こ
れと同様な純度の非晶質シリカからなる微細な多孔質の
濾過層を積層して構成したものである。

上記シリカガラスフィルターにおいて、支持体の気孔率
は、１０％以上であることが好ましい。

支持体及び濾過層は、非晶質シリカ粉末の焼結体からな
る。

濾過層の厚さは、構成粒子径の１０〜５００倍であるこ
とが好ましい。

支持体及び／又は濾過層を構成する粉末の７５重量％以
上の粒子の粒径は、それぞれの平均粒径の±５０％の範
囲に入るものであることか好ましい。

又、支持体及び／又は濾過層を構成する粉末の粒子は、
実質的に球状であることが好ましい。

［作　用］ 上記手段においては、支持体と濾過層とにより、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間約が形成さ
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、その表面か平滑となる。又、
負の静電チャージが非常に大きくなる。

支持体の気孔率は、６０％程度が上限であると思われる
が、強度上問題がなければ高いものでもよい。又、１０
％未満であると圧力損失が増大し、かつ透過量が低下す
る。

濾過層の厚さか、構成粒子径の１０倍未満であるとピン
ホール等を生してその機能を果たし得す、５００倍を超
えると圧力損失が犬きくなると共に、透過率が小さくな
り実用に供し得ない。

支持体及び／又は濾過層を構成する粉末の７５重量％以
上の粒子の粒径を、それぞれの平均粒径の±５０％の範
囲とすることにより、気孔率の高いものが得られ、この
範囲外とすると気孔率が低下して好ましくない。

又、支持体及び／又は濾過層を構成する粉末の粒子を、
実質的に球状にすることにより、その表面か平滑となり
、濾過流体の流れが滑らかとなって圧力損失が小さくな
り、かつ高透過率が得られる。

［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（ＳｉＣｊ２４）を酸素水素炎中
で熱分解してシリカ（ＳｊＯｚ）を得る方法、以下間し
）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。この粉末中の不純物濃度を第１表に示す
。

第１表 上記粉末を１０〜２０μｍに分級した後、これに水を添
加し、スリップキャスティングにより直径１５ｍｍ、厚
さ２＋ｎｍの円板を成形した。成形体を１ｓｏｏ℃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。

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３μ
ｍのシリカ粉末を含むスラリーを得た。このスラリーを
前記支持体の上面に流し、シリカ粒子を付着させた後、
１２００℃の温度て焼成し、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を
得た。

このシリカガラスフィルターは、シリカの純度が９９．
９％以上で、その不純物濃度は、第２表に示すようにな
った。

第２表 実施例２ 実施例１と同様な方７去により同様な支持体を作製する
一方、実施例１と同様な方法により平均粒径３μｍのシ
リカ粉末を含むスラリーを得た。

このスラリーを１〜５江ｍに湿式分級し、分級スラリー
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、支持体上に非晶質シリカ
粉末の焼結体からなる微細な濾過層を積層し、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
。

比較例１ 実施例１と同様な方法により平均粒径１５μｍのシリカ
粉末を得、分級を行わず、この粉末に水を添加し、実施
例１と同様に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。

支持体上に、実施例１と同様な方法により非晶質シリカ
粉末の焼結体からなる微細な濾過層を積層し、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２及び比較例１で作製した支持体の気孔
を測定したところ、気孔径と気孔容積の関係は、第１図
において曲線Ａ及びＢで示すようになった。

従って、分級粉末及び分級スラリーを使用した方が気孔
容積が大きく、かつ気孔の大きさも揃つたものが得られ
ることがわかる。

又、窒素ガス透過量を測定したところ、圧力損失０　、
　５　Ｊｆ−ｃｍ−２のとき、実施例２のもので１００
　ｍ３・ｈｒ−’・ｍ−２、比較例工のもので３０ｍ３
・ｈｒ−１・＋ｕ−２となった。

従って、分級粉末及び分級スラリーを用いることにより
、透過量を大きくし得ることがわかる。

実施例３ 実施例１と同様な方法により得た平均粒径１５μｍのシ
リカ粉末の粒子を火炎中で球状化した後、１０〜２０μ
ｍ及び１〜５μｍに分級した。

１０〜２０μｍの球状分級粉末に水を添加し、実施例１
と同様にスリップキャスティングにより直径１５ｍｍ、
厚さ２ｍ＋ｎ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支持
体を作製した。

一方、１〜５μｍ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、シリ
カ粒子を付着させた後、１２００℃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。

比較例２ 実施例３と同様な方法により同様な支持体を作製する一
方、非晶質シリカの１〜５μｍ破砕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、１２００℃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
微細な多孔質の濾過層を形威し、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３及び比較例２のシリカガラスフィルタ
ーの窒素ガス透過量を測定したところ、圧力損失０　、
５　ｋｇＬｃｍ−’のとき、実施例３のもので６００　
ｍ３・ｈｒ−’・ｍ−２，比較例２のもので４００　ｍ
”ｈｒ−１・ｍ−２となった。

従って、球状化した粒子からなる分級粉末及び分級スラ
リーを用いることによって、透過量を段と大きくし得る
ことがわかる。

実施例４ 実施例３と同様な方法により同様な支持体を作製した。

一方、攪拌機付きのシリカガラス製反応容器に、エタノ
ール１５００ｍＲ，２９％アンモニア水２００ｍ１）を
加えて混合し、反応溶液とした。又、エタノール１０１
００Ｏとテトラエトキシシラン２５０ｍ１＋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時間攪拌すると、粒径０．４μｍの球状
単分散シリカ粉末を含むスラリーが得られた。

このスラリーを上記支持体の上面に流して球状単分散シ
リカ粒子を付着させた後、１１５０℃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。

このシリカガラスフィルターの気孔径は、０．２μｍで
あった。

又、上記シリカガラスフィルター１を、第２図に示すよ
うに、シリカガラスからなるケーシング２内に装着して
サイズ分離ユニットとし、シリカガラスフィルター１の
下流に６インチシリコンウェハ（図示せず）を置いて窒
素ガスの濾過を行い、濾過した窒素ガスからシリコンウ
ェハに付着したパーティクル（０，１μｍのダスト）の
数を表面ダストカウンターて測定したところ、アルミナ
質セラミックフィルターのそれを併記する第３表に示す
ようになった。

第２図において３．４は供給口、排出口である。

第３表 従って、シリカガラスフィルターは、アルミナ質セラミ
ックフィルターより大きな捕集率を示すことがわかる。

１ ２ 実施例５ 実施例４と同様な方法によって得たシリカガラスフィル
ターの濾過層の上面に、実施例４と同様な方法によって
得た粒径０．４μｍの球状単分散シリカ粉末を含むスラ
リーを流して球状単分散シリカ粒子を付着させた後、１
１５０ｔの温度で焼成する工程を繰り返し、濾過層の厚
さを第４表に示すように順次厚くしていったシリカガラ
スフィルターの窒素ガスの透過量（圧力損失０５ｋｇＬ
ｃ＋ｎ−’）は、第４表に示すようになった。

第４表 従って、濾過層の厚さは、構成粒子径の１０〜５００倍
がよく、１０倍未満であるとピンホールが発生しやすく
、５００倍を超えると透過量が低減することがわかる。

実施例６ 実施例１と同様な方法により各種平均粒径のシリカ粉末
を得、それぞれの粉末に水を添加し、実施例１と同様に
スリップキャスティングにより直径１５ｍｍ、厚さ２ｍ
ｍの円板を成形した。各成形体を１５００℃の温度で焼
成し、非晶質シリカ粉末の焼結体からなり、第５表に示
すように、気孔率の異なる５孔質の各支持体を作製した
。

各支持体の上面に、実施例４と同様な方法によって得た
粒径０．４μｍの球状単分散シリカ粉末を含むスラリー
を流して球状単分散シリカ粒子を付着させた後、１１５
０℃の温度で焼成し、支持体上に非晶質シリカ粉末の焼
結体からなる微細な多孔質の濾過層を積層し、各シリカ
ガラスフィルターを得た。

それぞれのシリカガラスフィルターの窒素ガスの透過量
（圧力損失０　、　５　ｋｇＬｃｍ−２）は、第５表に
示すようになった。

第５表 従って、支持体の気孔率は、１０％以上とすればよいこ
とがわかる。

実施例７ 実施例３と同様な方法により同様な支持体を作製した。

一方、攪拌機付きのシリカガラス製反応容器に、エタノ
ール１５００ｍＣ２９％アンモニア水１００ｎｕを加え
て混合し、反応溶液とした。又、エタノール１０１００
Ｏ！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時間攪拌すると、粒径０．２μｍの球状単分
散シリカ粉末を含むスラリーが得られた。

このスラリーを上記支持体の上面に流して球状単分散シ
リカ粒子を付着させた後、１０５０℃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
、並ひに気孔率は、アルミナ質セラミックフィルター、
バイコール方式のガラスフィルターのそれらを併記する
第６表、第７表並びに第８表に示すようになった。

５ ６ 第６表 第８表 第７表 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７のシリカガラスフィルタは、気体透過
量、液体透過量及び気孔率を、アル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し得ることがわか
る。

更に、実施例７のシリカガラスフィルターを用いて第２
図に示すサイズ分離ユニットを構成し、各種のガス、液
体を濾過し、耐薬品性を調へたところ、アルミナ質セラ
ミックフィルターのそれを併記する第９表に示すように
なった。

表中○は良、△は可、×は不可を意味する。

第９表 第１Ｏ表 従って、シリカガラスフィルターは、ふっ酷似外の酸に
対して安定であることがわかる。

更に又、実施例７のシリカガラスフィルターを用いて２
０％Ｈ２Ｓｏ、の濾過を行い、濾過後の不純物濃度を測
定したところ、アルよす質セラくツクフィルターのそれ
を併記する第１０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、非常に高い純度を
保つことがわかる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、支持体と濾過層とにより
、いわゆる非対称膜の構造となるので、濾過面積を大き
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間約が形成され
るようなことはなく、均一な連続構造を有するのて、耐
薬品性及び強度を向上する　９ ことができる。

更に、固着粒子が球状に近くなり、その表面が平滑とな
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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例２に係るシリカガラスフィルタ
ーの気孔径と気孔容積の関係を示す説明図、第２図は実
施例４に係るシリカガラスフィルターを用いたサイズ分
離ユニットの概念図である。 １・・・シリカガラスフィルター ０ 第１図 第２図

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属の元素が総量で１５０ｐｐｍ
   以下の非晶質シリカからなる多孔質の支持体に、これと
   同様な純度の非晶質シリカからなる微細な多孔質の濾過
   層を積層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。