[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2446863C1 - Method of producing membrane filter - Google Patents

Method of producing membrane filter Download PDF

Info

Publication number
RU2446863C1
RU2446863C1 RU2010137779/05A RU2010137779A RU2446863C1 RU 2446863 C1 RU2446863 C1 RU 2446863C1 RU 2010137779/05 A RU2010137779/05 A RU 2010137779/05A RU 2010137779 A RU2010137779 A RU 2010137779A RU 2446863 C1 RU2446863 C1 RU 2446863C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymer film
film
membrane filter
radiation
pores
Prior art date
Application number
RU2010137779/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Кузьмин (RU)
Сергей Михайлович Кузьмин
Вячеслав Михайлович Матвеев (RU)
Вячеслав Михайлович Матвеев
Виктор Иванович Мишачев (RU)
Виктор Иванович Мишачев
Олег Вячеславович Сергеев (RU)
Олег Вячеславович Сергеев
Original Assignee
Сергей Михайлович Кузьмин
Вячеслав Михайлович Матвеев
Виктор Иванович Мишачев
Олег Вячеславович Сергеев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Михайлович Кузьмин, Вячеслав Михайлович Матвеев, Виктор Иванович Мишачев, Олег Вячеславович Сергеев filed Critical Сергей Михайлович Кузьмин
Priority to RU2010137779/05A priority Critical patent/RU2446863C1/en
Priority to PCT/RU2011/000637 priority patent/WO2012039645A2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2446863C1 publication Critical patent/RU2446863C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002Organic membrane manufacture
    • B01D67/0023Organic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes
    • B01D67/0032Organic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes by elimination of segments of the precursor, e.g. nucleation-track membranes, lithography or laser methods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0039Inorganic membrane manufacture
    • B01D67/0053Inorganic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes
    • B01D67/006Inorganic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes by elimination of segments of the precursor, e.g. nucleation-track membranes, lithography or laser methods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/00158Diaphragms, membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2323/00Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/34Use of radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2325/00Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/04Characteristic thickness

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to micro structure technologies. Method of producing membrane filter with pore identical sizes and shape comprises irradiating polymer film and etching of material destruction products from polymer film irradiated areas. Irradiation causes local chemical destruction of polymer film material. Polymer film is subjected to synchrotron radiation. Said radiation is structurally ordered by multi-beam lattice interference lithography. Irradiation is carried out in chamber filled with gaseous hydrogen. Hydrogen reacts photochemically with polymer film material on irradiated film sections to produce volatile products removed in irradiation.
EFFECT: membrane filter porosity of up to 0,6, ordered identical-size (from 1 nm and lather) pores, round or elliptical in crosswise and conical in lengthwise sections.
14 cl, 15 dwg, 5 tbl

Description

Изобретение относится к микроструктурным технологиям и может быть применено в нанотехнологии, медицине, химии, молекулярной биологии и оптике.The invention relates to microstructural technologies and can be applied in nanotechnology, medicine, chemistry, molecular biology and optics.

Одним из средств выделения и разделения наноразмерных частиц (например, белков, нуклеиновых кислот, клеток и субклеточных структур) являются мембранные фильтры. Мембранные фильтры представляют собой пористые перегородки с микронными и субмикронными порами, через которые проходит фильтруемая среда под действием перепада давления или концентрации (диффузия), а частицы, размер которых больше размера пор, остаются на перегородке.Membrane filters are one means of isolating and separating nanosized particles (e.g., proteins, nucleic acids, cells, and subcellular structures). Membrane filters are porous septa with micron and submicron pores through which the filtered medium passes under the influence of pressure or concentration (diffusion), and particles larger than the pore size remain on the septum.

Наиболее распространенные мембранные фильтры получают из эфиров целлюлозы (нитратов и ацетатов) по сложной технологии. Определенным образом приготовленные коллоидные растворы эфиров целлюлозы наносят тонким слоем на гладкую подложку, в определенном режиме испаряют растворители, и при этом получается мелкосетчатая структура. Характеристики этой структуры зависят от состава исходных растворов и режима испарения. Таким образом получают мембраны с размерами пор 10-100 нм (для ультрафильтрации), 1-10 нм (для нанофильтрации), 0.1 нм (для обратного осмоса). Мембраны, изготовленные этим способом, с порами размером менее 0,1 мкм, используемые для удаления мельчайших частиц из воды, от крупных органических молекул до ионов растворенных веществ, имеют незначительное проходное сечение, относительно высокое гидравлическое сопротивление (например, рабочее давление обратного осмоса 1-10 МПа (10-100 атм)), и поэтому для обеспечения заданной производительности требуются большие площади фильтрации. Поры имеют неправильную форму и большой разброс размеров пор, из-за чего такие мембраны более подходят для очистки сред от нано- и микрочастиц, нежели как сита (сито - это фильтр, с которого можно и легко отделить осадок, извлеченный из фильтруемой среды - жидкости, газа), т.к. частицы в значительной степени застревают в более крупных ячейках сетки.The most common membrane filters are obtained from cellulose ethers (nitrates and acetates) using a complex technology. In a certain way, the prepared colloidal solutions of cellulose ethers are applied in a thin layer on a smooth substrate, the solvents evaporate in a certain mode, and a fine-mesh structure is obtained. The characteristics of this structure depend on the composition of the initial solutions and the evaporation mode. Thus, membranes with pore sizes of 10-100 nm (for ultrafiltration), 1-10 nm (for nanofiltration), 0.1 nm (for reverse osmosis) are obtained. Membranes made in this way, with pores smaller than 0.1 μm in size, used to remove the smallest particles from water, from large organic molecules to ions of dissolved substances, have a small cross section, relatively high hydraulic resistance (for example, operating pressure of reverse osmosis 1- 10 MPa (10-100 atm)), and therefore, to ensure a given performance, large filtration areas are required. Pores have an irregular shape and a large scatter in pore sizes, which is why such membranes are more suitable for cleaning media from nano- and microparticles than as sieves (a sieve is a filter from which it is possible to easily separate sediment extracted from a filtered medium - liquid gas), as particles get stuck to a large extent in larger mesh cells.

Наиболее близкими к заявляемому техническому решению является способ получения т.н. «ядерных» или «трековых» мембран. Им в значительной степени не свойственно указанное «ситовое ограничение». Их изготавливают путем облучения полимерных пленок толщиной от 1 до 15 мкм из или полиэтилентерефталата (лавсан), или поликарбонатов или осколками деления ядер (т.н. «ядерные мембраны»), или ионами аргона в ускорителе частиц (т.н. «трековые мембраны»). При прохождении частицы через пленку из полимерного материала в ней образуется след (трек) в виде разрушенного полимера. Затем эти треки протравливают (удаляют разрушенный полимер) кислотой или щелочью и получают в пленке правильные цилиндрические отверстия одного и того же диаметра в диапазоне от 30 нм до 8 мкм (Т.Брок, Мембранная фильтрация, М., «Мир», 1987, стр.9, 59-61). Наиболее существенным недостатком этого способа является невозможность получения упорядоченной пространственной структуры пор из-за неупорядоченного пространственного распределения ионов в пучке и, соответственно, треков в полимерной пленке. Это обстоятельство является недостатком способа, потому что обусловливает недостаток конечного продукта - мембранного фильтра. Так, пространственная неупорядоченность получаемой структуры пор позволяет получать мембраны с небольшой (0.07÷0.1) пористостью (отношением площади проходного сечения пор к общей площади фильтра), т.к. увеличение плотности расположения пор на мембране приводит к наложению их друг на друга и получению отверстий больше заданного размера. Недостаточная пористость, в свою очередь, ухудшает расходную характеристику мембраны (зависимость расхода от давления). Также известный способ позволяет получать поры только цилиндрические, круглые в поперечном сечении и не позволяет получать эллиптические в поперечном и конические в продольном сечении. Между тем считается, что конические в продольном и эллиптические («щелевые») в поперечном сечении поры меньше подвержены «забиванию» частицами в процессе работы. Наконец, этот известный способ не позволяет получать нанопоры с диаметром менее 30 нм.Closest to the claimed technical solution is a method of obtaining the so-called. "Nuclear" or "track" membranes. To a large extent, this “screening restriction” is not characteristic of them. They are made by irradiating polymer films with a thickness of 1 to 15 microns from either polyethylene terephthalate (lavsan), or polycarbonates or nuclear fission fragments (the so-called "nuclear membranes"), or argon ions in a particle accelerator (the so-called "track membranes" "). When a particle passes through a film of polymer material, a trace (track) is formed in it in the form of a destroyed polymer. Then these tracks are etched (removed the destroyed polymer) with acid or alkali and get in the film the correct cylindrical holes of the same diameter in the range from 30 nm to 8 μm (T. Brock, Membrane filtration, M., Mir, 1987, pp. .9, 59-61). The most significant drawback of this method is the impossibility of obtaining an ordered spatial structure of pores due to the disordered spatial distribution of ions in the beam and, accordingly, tracks in the polymer film. This fact is a disadvantage of the method, because it causes a lack of the final product - a membrane filter. Thus, the spatial disorder of the obtained pore structure allows one to obtain membranes with a small (0.07–0.1) porosity (the ratio of the passage pore cross-sectional area to the total filter area), because an increase in the density of pores on the membrane leads to their overlapping and the formation of holes larger than a given size. Inadequate porosity, in turn, impairs the flow rate characteristic of the membrane (flow rate versus pressure). Also, the known method allows to obtain pores only cylindrical, round in cross section and does not allow to obtain elliptical in cross and conical in longitudinal section. Meanwhile, it is believed that the conical in the longitudinal and elliptical (“slotted”) pores in the cross section are less prone to “clogging” by particles during operation. Finally, this known method does not allow to obtain nanopores with a diameter of less than 30 nm.

Целью данного изобретения является способ изготовления мембранного фильтра большой пористости (до 0.5÷0.6) с порами одинакового размера от 1 нм или больше или круглыми, или эллиптическими в поперечном и коническими в продольном сечении.The aim of this invention is a method of manufacturing a membrane filter of high porosity (up to 0.5 ÷ 0.6) with pores of the same size from 1 nm or more or round, or elliptical in the transverse and conical in longitudinal section.

Технический результат, достигаемый данным предложением, состоит в способе изготовления мембранного фильтра большой (0.5-0.6) пористости с порами одинакового размера от 1 нм и больше или круглыми, или эллиптическими в поперечном и коническими в продольном сечении.The technical result achieved by this proposal consists in a method of manufacturing a membrane filter of large (0.5-0.6) porosity with pores of the same size from 1 nm and larger or round, or elliptical in transverse and conical in longitudinal section.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем облучение полимерной пленки излучением, вызывающим локальную химическую деструкцию полимера и вытравливание (удаление) продуктов деструкции из облученных участков пленки,The specified technical result is achieved by the fact that in the known method, including irradiating the polymer film with radiation, causing local chemical destruction of the polymer and etching (removal) of degradation products from the irradiated sections of the film,

облучение производят структурно упорядоченным синхротронным излучением с помощью системы решеточной интерференционной литографииirradiation is carried out by structurally ordered synchrotron radiation using a lattice interference lithography system

(H.H.Solak, C.David, J.Gobrecht, V.Golovkina, F.Cerrina, S.O.Kim, P.F.Nealey, Sub-50 nm period patterns with EUV interference lithography. Microelectronic Engineering, v.67-68 (2003), pp.56-62;(HHSolak, C. David, J. Gobrecht, V. Golovkina, F. Kerrina, SOKim, PF Nealey, Sub-50 nm period patterns with EUV interference lithography. Microelectronic Engineering, v. 67-68 (2003), pp .56-62;

Beyer O., Nee I., Havermeyer F., Buse K. Applied Optics. 2003. Vol.42. N1. P.30-37; Cai L.Z., Yang X.L. Optical and Laser Technology. 2002. Vol.34. P.671-674; Egglet B.J. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2001. Vol.7. N.13. P.409-423; Harun H. Solak Laboratory for Micro and Nanotechnology, Paul Scherrer Institute, Switzerland Pushing the Limits of Nano-patterning with Extreme Ultraviolet Interference Lithography, http://lmn.web.psi.ch/xil/xil_pres.pdf)Beyer O., Nee I., Havermeyer F., Buse K. Applied Optics. 2003. Vol. 42. N1. P.30-37; Cai L.Z., Yang X.L. Optical and Laser Technology. 2002. Vol. 34. P.671-674; Egglet B.J. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2001. Vol. 7. N.13. P.409-423; Harun H. Solak Laboratory for Micro and Nanotechnology, Paul Scherrer Institute, Switzerland Pushing the Limits of Nano-patterning with Extreme Ultraviolet Interference Lithography, http://lmn.web.psi.ch/xil/xil_pres.pdf)

в камере, заполненной газообразным водородом, благодаря чему травление (удаление) материала облученных участков, приводящее к образованию пор в пленке из полимерного материала, происходит во время облучения за счет образования летучих продуктов в результате фотохимической реакции между материалом пленки и водородом (далее этот процесс мы будем называть «фототравлением»).in a chamber filled with gaseous hydrogen, due to which the etching (removal) of the material of the irradiated areas, leading to the formation of pores in the film of the polymer material, occurs during irradiation due to the formation of volatile products as a result of the photochemical reaction between the film material and hydrogen (hereinafter this process we will call “photo-etching”).

Большая пористость мембранного фильтра в предлагаемом способе достигается благодаря упорядоченному регулярному расположению получающихся пор в мембране, соответствующему упорядоченной структуре интерферирующих пучков излучения (называемой далее «интерференционной картиной») после системы решеточной интерференционной литографии; эллиптичность поперечного сечения пор достигается выбором пар дифракционных решеток с разным периодом (с одинаковым периодом получаются круглые в поперечном сечении поры), а коничность продольного сечения пор обеспечивается специфичным неоднородным распределением плотности потока излучения в интерферирующих пучках излучения после системы решеточной интерференционной литографии, обусловливающим разную скорость фототравления материала полимерной пленки по поперечному сечению каждого упомянутого пучка излучения.The high porosity of the membrane filter in the proposed method is achieved due to the ordered regular arrangement of the resulting pores in the membrane, corresponding to the ordered structure of the interfering radiation beams (hereinafter referred to as the "interference pattern") after the grating interference lithography system; the ellipticity of the pore cross section is achieved by choosing pairs of diffraction gratings with a different period (pores round in the cross section are obtained with the same period), and the conicity of the longitudinal pore cross section is ensured by the specific inhomogeneous distribution of the radiation flux density in the interfering radiation beams after the grating interference lithography system, which causes different photo-etching rates the material of the polymer film in the cross section of each of said radiation beams.

На фиг.1 показана схема четырехлучевой решеточной интерференционной литографии.Figure 1 shows a diagram of a four-beam grating interference lithography.

На фиг.2 показана схема интерференции пучков излучения от двух дифракционных решеток.Figure 2 shows the interference pattern of radiation beams from two diffraction gratings.

На фиг.3 показано распределение плотности потока излучения по поверхности пленки из полимерного материала после четырехлучевой системы решеточной интерференционной литографии (далее «интерференционная картина») с парами дифракционных решеток с разным периодом.Figure 3 shows the distribution of the radiation flux density over the surface of a film of polymer material after a four-beam system of lattice interference lithography (hereinafter “interference pattern”) with pairs of diffraction gratings with different periods.

На фиг.4 показана структура интерференционной картины, полученной от пар дифракционных решеток с одинаковыми периодами на поверхности пленки из полимерного материала в 4-пучковой системе бесшаблонной интерференционной литографии с одинаковыми периодами пар дифракционных решеток.Figure 4 shows the structure of the interference pattern obtained from pairs of diffraction gratings with the same periods on the surface of the film of polymer material in a 4-beam system of patternless interference lithography with the same periods of the pairs of diffraction gratings.

На фиг.5 показано распределение плотности потока излучения в отдельной ячейке периодической структуры интерференционной картины, полученной от пар дифракционных решеток с одинаковым периодом.Figure 5 shows the distribution of the radiation flux density in a separate cell of the periodic structure of the interference pattern obtained from pairs of diffraction gratings with the same period.

На фиг.6 показана зависимость плотности потока излучения от расстояния от центра ячейки периодической структуры интерференционной картины, полученной от пар дифракционных решеток с одинаковым периодом.Figure 6 shows the dependence of the radiation flux density on the distance from the center of the cell of the periodic structure of the interference pattern obtained from pairs of diffraction gratings with the same period.

На фиг.7 показана зависимость скорости фототравления для разных полимерных материалов от плотности потока излучения.Figure 7 shows the dependence of the photoetching rate for different polymeric materials on the radiation flux density.

На фиг.8 показана зависимость продольного профиля поры мембранного фильтра от времени фототравления.On Fig shows the dependence of the longitudinal profile of the pores of the membrane filter from the time of photo-etching.

На фиг.9 показана зависимость радиуса проходного отверстия поры от времени фототравления.Figure 9 shows the dependence of the radius of the pore through hole on the time of photo-etching.

На фиг.10 показана зависимость пористости мембранного фильтра от радиуса проходного отверстия поры.Figure 10 shows the dependence of the porosity of the membrane filter on the radius of the bore of the pore.

На фиг.11 показана структура интерференционной картины на полимерной пленке при разном периоде пар дифракционных решеток системы решеточной интерференционной литографии.11 shows the structure of the interference pattern on a polymer film for a different period of the pairs of diffraction gratings of the grating interference lithography system.

На фиг.12 показана структура ячейки периодической структуры интерференционной картины на полимерной пленке, полученной при разном периоде дифракционных решеток.On Fig shows the cell structure of the periodic structure of the interference pattern on a polymer film obtained with different periods of the diffraction gratings.

На фиг.13 приведен пример технологической схемы изготовления мембранного фильтра из полимерного материала, армированного микропористой кремниевой структурой.On Fig shows an example of a technological scheme for manufacturing a membrane filter of a polymeric material reinforced with a microporous silicon structure.

На фиг.14 приведен пример технологической схемы изготовления мембранного фильтра из неорганического материала, армированного кремниевой микропористой структурой.On Fig shows an example of a technological scheme for manufacturing a membrane filter from an inorganic material reinforced with a silicon microporous structure.

На фиг.15 приведен пример технологической схемы изготовления мембранного цельнометаллического фильтра.On Fig shows an example of a technological scheme for manufacturing a membrane all-metal filter.

Осуществляют способ следующим образом.The method is carried out as follows.

Упорядоченную структуру пор в предлагаемом способе изготовления мембранного фильтра получают путем облучения (экспонирования) тонкой полимерной пленки узкополосным (Δλ/λ=2,5%) когерентным синхротронным излучением (СИ) с рабочей длиной волны в диапазоне 5÷100 нм. Такое излучение генерируется специализированным многополюсным ондулятором. Пространственное структурирование излучения на обрабатываемой (экспонируемой) полимерной пленке 1 осуществляют с помощью оптической системы 4-лучевой решеточной интерференционной литографии (схема на фиг.1), включающей квазишаблон 2, в котором располагают две взаимно перпендикулярные пары дифракционных решеток 3 и 4 с периодами РХ и PY соответственно. Интерференция 4-х пучков 1-го порядка, дифрагируемых на этих решетках, приводит к образованию на поверхности и в объеме пленки 1 стоячего электромагнитного поля 5 (интерференционной картины), периодического по координатам Х и Y с периодами DX и DY и однородного по координате Z на расстояниях порядка глубины резкости (ГР) интерференционной картины. Более детально схема формирования интерференционной картины 5 в методе решеточной интерференционной литографии иллюстрируется на фиг.2 на примере интерференции двух пучков синхротронного излучения первого дифракционного порядка (+1 и -1), прошедших, например, через пару решеток 3 (решетки 4 при этом предполагаются закрытыми от излучения). На фиг.2 для основных компонентов системы используются те же обозначения, что и на фиг.1. Кроме того, введены обозначения:The ordered pore structure in the proposed method for manufacturing a membrane filter is obtained by irradiating (exposing) a thin polymer film with narrow-band (Δλ / λ = 2.5%) coherent synchrotron radiation (SI) with a working wavelength in the range of 5 ÷ 100 nm. Such radiation is generated by a specialized multipolar undulator. Spatial structuring of radiation on the processed (exposed) polymer film 1 is carried out using an optical system of 4-beam grating interference lithography (scheme in Fig. 1), including a quasi-pattern 2, in which there are two mutually perpendicular pairs of diffraction gratings 3 and 4 with periods of PX and PY respectively. The interference of 4 first-order beams diffracted on these gratings leads to the formation of a standing electromagnetic field 5 (interference pattern) on the surface and in the bulk of film 1, which is periodic in X and Y coordinates with periods DX and DY and uniform in Z coordinate at distances of the order of the depth of field (GR) of the interference pattern. In more detail, the pattern of formation of interference pattern 5 in the method of lattice interference lithography is illustrated in FIG. 2 by the example of interference of two beams of synchrotron radiation of the first diffraction order (+1 and -1), transmitted, for example, through a pair of gratings 3 (gratings 4 are assumed to be closed from radiation). In Fig.2, for the main components of the system, the same notation is used as in Fig.1. In addition, the following notation is introduced:

θ - угол между интерферирующими пучками +1 и -1;θ is the angle between the interfering beams +1 and -1;

α - угол дифракции пучков +1 и -1 на решетках;α is the diffraction angle of the beams +1 and -1 on the gratings;

1/2ГР - половина глубины резкости интерференционной картины.1/2 GR - half the depth of field of the interference pattern.

Особенность интерференционной картины 5 состоит в большой глубине резкости (ГР) - около 100 мкм (фиг.2), что позволяет осуществлять процесс фотохимического травления без динамической фокусировки, необходимой при использовании других проекционных литографических систем.A feature of interference pattern 5 is a large depth of field (GR) of about 100 μm (Fig. 2), which allows the process of photochemical etching without dynamic focusing, which is necessary when using other projection lithographic systems.

Другой важной для реализации предлагаемого способа особенностью системы решеточной интерференционной литографии является ее полная ахроматичность, т.е. независимость размерных параметров формируемого электромагнитного поля (интерференционной картины) от длины волны. Эта особенность позволяет использовать оптимальную для осуществления фотохимической реакции длину волны в рабочем диапазоне 5-100 нм без зависимости размера пор в формируемом фильтре от длины волны (разумеется, при известном ограничении периода дифракционных решеток, который не может быть менее полудлины волны).Another important feature of the lattice interference lithography system for the implementation of the proposed method is its complete achromaticity, i.e. independence of the dimensional parameters of the generated electromagnetic field (interference pattern) from the wavelength. This feature makes it possible to use the optimal wavelength for the implementation of the photochemical reaction in the working range of 5-100 nm without depending on the wavelength of the pores in the formed filter (of course, with a certain limitation of the period of diffraction gratings, which cannot be less than half the wavelength).

Упомянутая ахроматичность обусловлена тем, что изменение угла дифракции пучков α на решетках 3 при изменении длины волны λ приводит к такому изменению углов θ (фиг.2) между интерферирующими пучками, при котором остается неизменной результирующая интерференционная картина. Например, два дифракционных пучка 1-го порядка, формируемые решетками 3 (фиг.2), составляют угол α с нормалью к решеткам 3, причемThe mentioned achromaticity is due to the fact that a change in the diffraction angle of the beams α on the gratings 3 with a change in the wavelength λ leads to such a change in the angles θ (Fig. 2) between the interfering beams, at which the resulting interference pattern remains unchanged. For example, two first-order diffraction beams formed by gratings 3 (Fig. 2) make an angle α with a normal to gratings 3, and

Figure 00000001
Figure 00000001

где РХ - период решеток в паре 3, λ - длина волны излучения. Поэтому эти пучки составляют между собой угол θ=2α. Если бы рассматривалась интерференция только этих двух пучков, то они формировали бы одномерную интерференционную картину (вдоль оси X) с периодомwhere PX is the period of the gratings in pair 3, λ is the radiation wavelength. Therefore, these beams make an angle θ = 2α between themselves. If the interference of only these two beams were considered, then they would form a one-dimensional interference pattern (along the X axis) with a period

Figure 00000002
Figure 00000002

С учетом соотношения (1) получаем период дифракционной картиныTaking into account relation (1), we obtain the period of the diffraction pattern

Figure 00000003
Figure 00000003

т.е. независимо от длины волны формировалось бы одномерное стоячее электромагнитное поле, период которого вдвое меньше периода решеток в данной паре. При использовании дифракционных пучков 2-го порядкаthose. irrespective of the wavelength, a one-dimensional standing electromagnetic field would form, the period of which is half the period of the gratings in this pair. When using diffraction beams of the 2nd order

Figure 00000004
Figure 00000004

Формулы (1)-(4) точно описывают двухпучковую интерференцию, которая здесь рассмотрена для иллюстрации основных особенностей метода решеточной интерференционной литографии. Кроме того, двухпучковую интерференционную литографию используют в предлагаемом способе для изготовления дифракционных решеток с нужным периодом путем многократного последовательного уменьшения периода имеющихся решеток (H.H.Solak, C.David, J.Gobrecht, V.Golovkina, F.Cerrina, S.O.Kim, P.F.Nealey, Sub-50 nm period patterns with EUV interference lithography, Microelectronic Engineering, v.67-68 (2003), pp.56-62).Formulas (1) - (4) accurately describe the two-beam interference, which is considered here to illustrate the main features of the lattice interference lithography method. In addition, double-beam interference lithography is used in the proposed method for the manufacture of diffraction gratings with the desired period by repeatedly sequentially reducing the period of existing gratings (HHSolak, C. David, J. Gobrecht, V. Golovkina, F. Kerrina, SOKim, PFNealey, Sub-50 nm period patterns with EUV interference lithography, Microelectronic Engineering, v. 67-68 (2003), pp. 56-62).

В реально используемой оптической системе из двух взаимно перпендикулярных пар дифракционных решеток 3 и 4 (фиг.1) с периодами РХ и PY интерферируют сразу 4 вторичных дифракционных пучка. Они создают стоячее электромагнитное поле (интерференционную картину) с периодическим двумерным распределением относительной плотности потока излучения W/W0 в плоскости пленки 1 (фиг.3), причем для дифракционных пучков 1-го порядка периоды DX и DY интерференционной картины вдоль осей Х и Y в этом случае равны соответствующим периодам РХ и PY пар дифракционных решеток (а не РХ/2 и PY/2, как в случае двухпучковой интерференции на отдельной паре решеток) и также не зависят от длины волны.In a really used optical system of two mutually perpendicular pairs of diffraction gratings 3 and 4 (Fig. 1) with periods PX and PY, 4 secondary diffraction beams immediately interfere. They create a standing electromagnetic field (interference pattern) with a periodic two-dimensional distribution of the relative radiation flux density W / W0 in the plane of the film 1 (Fig. 3), and for the first-order diffraction beams, periods DX and DY of the interference pattern along the X and Y axes in In this case, the respective periods of PX and PY of the pairs of diffraction gratings are equal (not PX / 2 and PY / 2, as in the case of two-beam interference on a separate pair of gratings) and also are independent of the wavelength.

На трехмерном графике фиг.3 представлена интерференционная картина 5 для частного случая, в качестве примера, когда период дифракционных решеток 4 вдвое больше периода решеток 3: PY=2PX, т.е. для DY=2DX, в трехмерном пространстве, где координаты Х и Y задают точку поверхности полимерной пленки 1, а значение соответствующей координаты Z=Z(X,Y) - величину нормированной плотности потока W/W0 в этой точке пленки, где W0 - максимальное значение плотности потока. На фиг.3 размеры интерференционной картины вдоль осей Х и Y нормированы на величину периода РХ.The three-dimensional graph of FIG. 3 shows interference pattern 5 for a particular case, as an example, when the period of diffraction gratings 4 is twice as large as the period of gratings 3: PY = 2PX, i.e. for DY = 2DX, in three-dimensional space, where the X and Y coordinates specify the surface point of the polymer film 1, and the value of the corresponding coordinate Z = Z (X, Y) is the normalized flux density W / W0 at this point of the film, where W0 is the maximum flux density value. In Fig.3, the dimensions of the interference pattern along the X and Y axes are normalized to the value of the PX period.

На двумерном графике фиг.4 приведено такое же распределение для частного случая одинаковых шагов пар дифракционных решеток РХ=PY, представленное с помощью линий 6 одинаковой плотности W/W0 потока излучения (указана числом в разрыве линии) в проекции на поверхность полимерной пленки (по аналогии с линиями одинаковой высоты -«горизонталями» в картографии). При использовании пар дифракционных решеток с равными периодами PX=PY=P периоды DX и DY двумерной дифракционной картины одинаковы: DX=DY=D, причем при интерференции пучков 1-го порядка D=P (при интерференции 2-го порядка D=P/2), а линии равной плотности потока излучения 6 образуют концентрические квазиокружности, располагающиеся в шахматном порядке (фиг.4). Эти концентрические квазиокружности 6 фактически оказываются упорядоченными в периодической структуре из квадратных ячеек 7, в системе координат (x, y), повернутой на угол 45° относительно исходных осей Х и Y, с периодом, который мы обозначим как 2r0. Как видно из фиг.4,The two-dimensional graph of Fig. 4 shows the same distribution for a particular case of identical steps of pairs of diffraction gratings PX = PY, represented by lines 6 of the same density W / W0 of the radiation flux (indicated by the number in the line break) in the projection onto the surface of the polymer film (by analogy with lines of the same height - “horizontals” in cartography). When using pairs of diffraction gratings with equal periods PX = PY = P, the periods DX and DY of the two-dimensional diffraction pattern are the same: DX = DY = D, moreover, when the first-order beams interfere, D = P (when the second-order interference D = P / 2), and lines of equal radiation flux density 6 form concentric quasicircles arranged in a checkerboard pattern (figure 4). These concentric quasi-circles 6 actually appear to be ordered in a periodic structure of square cells 7, in the coordinate system (x, y), rotated by an angle of 45 ° relative to the original axes X and Y, with a period that we denote as 2r0. As can be seen from figure 4,

Figure 00000005
Figure 00000005

а при интерференции пучков 2-го порядка D=P/2 иand when the interference of beams of the second order D = P / 2 and

Figure 00000006
Figure 00000006

Параметр 2r0 определяет размер квадратной ячейки 7 периодической структуры интерференционной картины 5 и, следовательно, максимальный теоретически возможный поперечный размер поры при использовании дифракционных решеток с заданным периодом Р. Таким образом, порядок размера пор в предлагаемом способе определяется периодом применяемых дифракционных решеток Р по формулам (5) и (6). Распределение плотности потока излучения W/W0 в отдельной ячейке 7 этой структуры показано на фиг.5, гдеParameter 2r0 determines the size of a square cell 7 of the periodic structure of interference pattern 5 and, therefore, the maximum theoretically possible transverse pore size when using diffraction gratings with a given period P. Thus, the order of pore size in the proposed method is determined by the period of applied diffraction gratings P by the formulas (5 ) and (6). The distribution of the radiation flux density W / W0 in a separate cell 7 of this structure is shown in FIG. 5, where

r - расстояние от центра ячейки 7, или радиус окружности, образуемой линией, равной плотности потока излучения 6,r is the distance from the center of the cell 7, or the radius of the circle formed by a line equal to the radiation flux density 6,

r/r0 - нормированное (для общности рассмотрения) расстояние от центра ячейки 7 на ½ длины стороны ячейки.r / r0 is the normalized (for general consideration) distance from the center of the cell 7 by ½ the length of the side of the cell.

Для больших значений плотности потока (вблизи центра ячейки) линии, равной плотности 6, с большой точностью являются окружностями. По мере удаления от центра ячейки форма этих линий немного отклоняется от формы окружности. На фиг.6 приведено изменение нормированной плотности потока излучения W/W0 от величины нормированного радиуса r/r0 в направлении, параллельном стороне ячейки 7 - r и под углом 45° к ней - r45.For large values of the flux density (near the center of the cell), lines of density 6 are circles with great accuracy. As you move away from the center of the cell, the shape of these lines deviates slightly from the shape of the circle. Figure 6 shows the change in the normalized radiation flux density W / W0 from the value of the normalized radius r / r0 in the direction parallel to the side of the cell 7 - r and at an angle of 45 ° to it - r45.

Различие кривых на графике фиг.6 становится заметным только на краях ячейки при W/W0<0.2. Эта область, как правило, будет находиться вне области формируемого отверстия в ячейке (отдельной поры), поэтому для большинства практических применений можно аппроксимировать форму линий равной плотности потока 6 окружностью с радиусом r.The difference in the curves in the graph of FIG. 6 becomes noticeable only at the edges of the cell at W / W0 <0.2. This region, as a rule, will be located outside the region of the hole being formed in the cell (of an individual pore), therefore, for most practical applications, it is possible to approximate the shape of lines of equal flux density 6 with a circle of radius r.

В этом случае плотность потока излучения можно рассматривать как функцию одной переменной - радиуса соответствующей аппроксимирующей окружности в ячейке:In this case, the radiation flux density can be considered as a function of one variable - the radius of the corresponding approximating circle in the cell:

W=W(r).W = W (r).

Процесс фотохимического формирования мембранного фильтра осуществляют следующим образом. Пленку из полимерного материала 1, например, такого как или полиэтилентерефталат (ПЭТФ), или полиимид, или поликарбонат, или полисилоксан, или углерод, помещают в фокус оптической системы интерференционной литографии (фиг.1). Пусть заданы длина волны излучения λ, максимальная плотность потока излучения W0, a зависимость скорости фототравления R от плотности потока излучения W для выбранного материала пленки и длины волны излучения известна или предварительно определена экспериментально (например, см. фиг.7), периоды дифракционных решеток РХ и PY выбраны в соответствии с типом и целевыми размерными параметрами изготавливаемого мембранного фильтра. Камеру заполняют реакционным газом, предпочтительно водородом, образующим с материалом пленки под действием излучения летучие вещества. Возможно использовать для этого и некоторые другие газы, например кислород, хлор, фтор. Однако водород предпочтителен благодаря самому малому молекулярному весу. Его молекулы имеют самую большую скорость теплового движения (1700 м/с при нормальных условиях, а молекулы кислорода - всего 425 м/с), что обеспечивает более быстрый их транспорт в зону реакции. Кроме того, при фотореакции с полимерами водород образует вещества с меньшим молекулярным весом: метан -СН4 (М.в.=16), воду -Н2О (М.в.м18), аммиак -NH3 (М.в.=17), силан -SiH4 (M.в.=32), что обеспечивает их более быстрый транспорт из зоны реакции.The process of photochemical formation of a membrane filter is as follows. A film of a polymer material 1, for example, such as either polyethylene terephthalate (PET), or polyimide, or polycarbonate, or polysiloxane, or carbon, is placed in the focus of an optical interference lithography system (Fig. 1). Let the radiation wavelength λ, the maximum radiation flux density W0 be given, and the dependence of the photoetching rate R on the radiation flux density W for the selected film material and the radiation wavelength be known or previously experimentally determined (for example, see Fig. 7), the periods of the diffraction gratings and PY are selected according to the type and target dimensional parameters of the fabricated membrane filter. The chamber is filled with reaction gas, preferably hydrogen, forming volatile substances with the film material under the action of radiation. It is possible to use for this some other gases, for example oxygen, chlorine, fluorine. However, hydrogen is preferred due to the smallest molecular weight. Its molecules have the highest speed of thermal motion (1700 m / s under normal conditions, and oxygen molecules - only 425 m / s), which ensures faster transport to the reaction zone. In addition, in the photoreaction with polymers, hydrogen forms substances with a lower molecular weight: methane -CH 4 (M.w. = 16), water -H 2 O (M.w.m18), ammonia -NH 3 (M.w. = 17), silane-SiH 4 (M.w. = 32), which ensures their faster transport from the reaction zone.

Например, ниже приведены брутто реакции фототравления полимеров (в расчете на мономерное звено полимера) в атмосфере водорода:For example, the gross reactions of photo-etching of polymers (based on the monomer unit of the polymer) in a hydrogen atmosphere are given below:

полиэтилентерефталата (лавсана) - C10H8O4+20H2=10CH4+4H2O;polyethylene terephthalate (lavsan) - C 10 H 8 O 4 + 20H 2 = 10CH 4 + 4H 2 O;

поликарбоната (эфира бисфенола А) - C16H14O3+28Н2=16СН4+3H2O;polycarbonate (bisphenol ether A) - C 16 H 14 O 3 + 28H 2 = 16CH 4 + 3H 2 O;

полиимида - C16H14O4N2+32Н2=16СН4+4H2O+2NH3;polyimide - C 16 H 14 O 4 N 2 + 32H 2 = 16CH 4 + 4H 2 O + 2NH 3 ;

полиметилфенилсилоксана - C7H8OSi+12H2=7CH4+H2O+SiH4;polymethylphenylsiloxane - C 7 H 8 OSi + 12H 2 = 7CH 4 + H 2 O + SiH 4 ;

углерода - С+2Н2=СН4.carbon - C + 2H 2 = CH 4 .

В то время как, например, в реакции с кислородом образовывалось бы много углекислого газа CO2 (М.в.=44), а фототравление полиметилфенилсилоксана привело бы к образованию двуокиси кремния - продукта отнюдь не летучего. Наконец, весьма важно, что водород гораздо меньше, чем другие газы поглощает излучение в диапазоне 5-100 нм, что обеспечивает практическое отсутствие потерь потока излучения в камере.While, for example, in the reaction with oxygen, a lot of carbon dioxide CO 2 would form (MW = 44), and photo-etching of polymethylphenylsiloxane would lead to the formation of silicon dioxide - the product is by no means volatile. Finally, it is very important that hydrogen is much less than other gases that absorbs radiation in the range of 5-100 nm, which ensures the practical absence of radiation flux loss in the chamber.

Рабочее давление водорода выбирают таким, чтобы, прежде всего, был обеспечен с избытком его подвод в зону реакции для обеспечения реакции гидрирования при разрыве химических связей в полимере под действием излучения. Поэтому необходимый поток водорода в зону реакции будет зависеть от плотности потока излучения W: чем больше плотность потока излучения, тем больше будет скорость разрыва связей полимера и тем больше нужно водорода для их насыщения. При достаточном количестве водорода, полностью обеспечивающем насыщение разорванных связей (реакции нулевого порядка по водороду), пространственное распределение скорости фототравления полимера в плоскости пленки будет пропорционально распределению плотности потока излучения:The working pressure of hydrogen is chosen so that, first of all, it is provided with an excess of its supply to the reaction zone to provide a hydrogenation reaction when chemical bonds in the polymer are broken under the action of radiation. Therefore, the necessary hydrogen flow into the reaction zone will depend on the radiation flux density W: the higher the radiation flux density, the greater the rate of polymer bond breaking and the more hydrogen is needed to saturate them. With a sufficient amount of hydrogen, which completely ensures saturation of the broken bonds (zero order hydrogen reaction), the spatial distribution of the polymer photo-etching rate in the film plane will be proportional to the distribution of the radiation flux density:

Figure 00000007
Figure 00000007

гдеWhere

R(r) - распределение по радиусу r (см. фиг.5) скорости фототравления полимера в плоскости пленки 1;R (r) is the distribution along the radius r (see Fig. 5) of the photo-etching rate of the polymer in the plane of the film 1;

А - константа, зависящая от материала пленки (см. фиг.7);A is a constant depending on the material of the film (see Fig.7);

W(r) - распределение по радиусу r плотности потока излучения (см. фиг.6).W (r) is the distribution along the radius r of the radiation flux density (see Fig.6).

Необходимое давление водорода вычисляют предпочтительно на основе молекулярно-кинетической теории газов, и для реальных плотностей излучения в диапазоне W0=50÷500 мВт/см2 (в реальной системе интерференционной литографии) давление водорода может составлять 0.5÷2 Па. При таких давлениях влияние поглощения излучения водородом на скорость фототравления полимера в рабочем диапазоне длин волн пренебрежимо мало. Камера предпочтительна проточная, с постоянной откачкой и напуском водорода для удаления из камеры продуктов реакции и поддержания концентрации водорода постоянной.The required hydrogen pressure is preferably calculated on the basis of the molecular-kinetic theory of gases, and for real radiation densities in the range W0 = 50 ÷ 500 mW / cm 2 (in a real interference lithography system), the hydrogen pressure can be 0.5 ÷ 2 Pa. At such pressures, the effect of absorption of radiation by hydrogen on the photo-etching rate of the polymer in the working wavelength range is negligible. The chamber is preferably flow-through, with constant pumping and inlet of hydrogen to remove reaction products from the chamber and maintain the hydrogen concentration constant.

Фототравление происходит по законам изотропного травления. В каждый момент времени скорость дальнейшего распространения фронта травления в каждой точке r текущего фронта определяется локальной скоростью R(r). Профили (продольные сечения) формируемой поры (фиг.8) в отдельной ячейке получены путем численного решения уравнения распространения фронта волны - аналога уравнения эйконала, описывающего распространение фронта световой волны в среде с переменным показателем преломления (Лаврук В.Н., Мануйлов В.В., Матвеев В.М., Модели проявления рентгенорезистов, Электронная техника. Серия 3. Микроэлектроника, вып.1 (140), 1991, стр.35-38), и представлены на фиг.8.Photo etching occurs according to the laws of isotropic etching. At each moment of time, the rate of further propagation of the etching front at each point r of the current front is determined by the local speed R (r). The profiles (longitudinal sections) of the formed pore (Fig. 8) in a separate cell are obtained by numerically solving the wavefront propagation equation - an analogue of the eikonal equation that describes the propagation of a light wave front in a medium with a variable refractive index (V. Lavruk, V. Manuilov ., Matveev VM, Models of the manifestation of X-ray resistors, Electronic Technology, Series 3. Microelectronics, issue 1 (140), 1991, pp. 35-38), and are presented in Fig. 8.

На фиг.8 введены обозначения:On Fig introduced notation:

h0 - толщина полимерной пленки;h0 is the thickness of the polymer film;

Z/h0 - текущая координата по оси Z (на фиг.1), отсчитываемая от нижней поверхности полимерной пленки и нормированная на толщину пленки (на нижней поверхности пленки Z/h0=0, на верхней - Z/h0=1);Z / h0 is the current coordinate along the Z axis (in Fig. 1), measured from the lower surface of the polymer film and normalized to the film thickness (on the lower surface of the film Z / h0 = 0, on the upper - Z / h0 = 1);

строчные буквы а-д отмечают профили нанопоры в процессе фототравления для определенных моментов времени t, нормированных на время t0 протравливания пленки на всю толщину h0 в центре ячейки, где скорость травления максимальна:lowercase letters a – d mark the nanopore profiles during photo-etching for specific instants of time t normalized to the etching time t0 of the film over the entire thickness h0 in the center of the cell, where the etching rate is maximum:

а - t/t0=1.1, б - t/t0=1.2; в - t/t0=1.3; г - t/t0=1.4, д - t/t0=1.5.a - t / t0 = 1.1, b - t / t0 = 1.2; c - t / t0 = 1.3; g - t / t0 = 1.4, d - t / t0 = 1.5.

Время t0 определяют путем деления толщины полимерной пленки h0 на известную заранее (например, из фиг.7) скорость травления для данного материала полимерной пленки 1 при имеющейся максимальной плотности потока излучения W0, соответствующей центру ячейки:The time t0 is determined by dividing the thickness of the polymer film h0 by the known in advance (for example, from Fig. 7) etching rate for a given material of the polymer film 1 at the existing maximum radiation flux density W0 corresponding to the center of the cell:

Figure 00000008
Figure 00000008

Из фиг.8 видно, что получающиеся поры расширяются в разной степени при разных временах фототравления t/t0 от нижней поверхности полимерной пленки к верхней и их условно можно считать коническими.From Fig. 8 it can be seen that the resulting pores expand to different degrees at different photo-etching times t / t0 from the lower surface of the polymer film to the upper one and can be conditionally considered conical.

Из фиг.8 видно, что проходной радиус формируемой поры, т.е. радиус поры на нижней границе пленки, обозначенный в нормированном виде как rQ/r0 (он указан для профиля а), определяющий пористость Q изготавливаемого мембранного фильтра, задается надлежащим выбором значения нормированного времени фототравления t/t0. Зависимость этого радиуса от времени rQ/r0=rQ/r0(t/t0), полученная теми же численными методами, что и профили фототравления на фиг.8, представлена на фиг.9.From Fig. 8 it can be seen that the passage radius of the formed pore, i.e. the pore radius at the lower boundary of the film, denoted in the normalized form as rQ / r0 (it is indicated for profile a), which determines the porosity Q of the fabricated membrane filter, is set by the appropriate choice of the normalized photo-etching time t / t0. The time dependence of this radius rQ / r0 = rQ / r0 (t / t0) obtained by the same numerical methods as the photo-etched profiles in Fig. 8 is presented in Fig. 9.

Таким образом, в полимерной пленке 1 формируется упорядоченная структура пор мембранного фильтра, соответствующая структуре интерференционной картины 5 (см., например, фиг.4), формируемой системой решеточной интерференционной литографии (см. фиг.1).Thus, in the polymer film 1, an ordered pore structure of the membrane filter is formed, corresponding to the structure of the interference pattern 5 (see, for example, FIG. 4) formed by the grating interference lithography system (see FIG. 1).

В этой упорядоченной структуре пор пористость определяется как отношение площади проходного отверстия поры к площади ячейки:In this ordered pore structure, porosity is defined as the ratio of the area of the passage of the pore to the area of the cell:

Figure 00000009
Figure 00000009

где Q - пористость;where Q is the porosity;

rQ - радиус проходного отверстия поры (см. фиг.8);rQ is the radius of the pore through hole (see Fig. 8);

2r0 - сторона ячейки 7 или период периодической структуры (см. фиг.4);2r0 — cell side 7 or period of the periodic structure (see FIG. 4);

π(rQ)2 - площадь проходного сечения поры;π (rQ) 2 is the area of the pore through passage;

(2r0)2 - площадь ячейки 7 (см. фиг.5):(2r0) 2 is the area of cell 7 (see Fig. 5):

После упрощения уравнения (9)After simplifying equation (9)

Figure 00000010
Figure 00000010

Эта зависимость приведена на графике фиг.10.This dependence is shown in the graph of figure 10.

Предельное значение пористости (при rQ=r0) в системе круглых пор составляетThe limiting value of porosity (at rQ = r0) in the system of round pores is

Figure 00000011
Figure 00000011

Таким образом, пористость в предлагаемом способе для пор с круглым поперечным сечением (при одинаковых периодах пар дифракционных решеток) определяется радиусом проходного отверстия поры, который получают, выбирая соответствующее время фототравления (при известной заранее зависимости скорости фототравления для данного полимера от плотности потока излучения).Thus, the porosity in the proposed method for pores with a round cross-section (for identical periods of pairs of diffraction gratings) is determined by the radius of the pore through hole, which is obtained by choosing the appropriate photo-etching time (with a known dependence of the photo-etching rate for a given polymer on the radiation flux density).

Мы рассмотрели получение мембранного фильтра с круглыми в поперечном сечении порами с применением системы решеточной интерференционной литографии с парами дифракционных решеток (3 и 4 на фиг.1) с одинаковым периодом. Применяя решетки с разным периодом, можно аналогично получить поры квазиэллиптического поперечного сечения. Например, на фиг.11 показана структура интерференционной картины 5 для случая применения пар решеток 3 и 4 с периодами PY=2PX (обозначения аналогичны обозначениям на фиг.4).We considered the preparation of a membrane filter with round cross-sectional pores using a grating interference lithography system with pairs of diffraction gratings (3 and 4 in FIG. 1) with the same period. Using lattices with different periods, one can similarly obtain pores of a quasi-elliptic cross section. For example, figure 11 shows the structure of the interference pattern 5 for the case of the use of pairs of gratings 3 and 4 with periods PY = 2PX (the notation is similar to the notation in figure 4).

В этом случае также образуется показанная на фиг.11 периодическая структура интерференционной картины 5 (фиг.1), аналогичная рассмотренному выше случаю (фиг.4) с применением пар дифракционных решеток с равными периодами.In this case, the periodic structure of interference pattern 5 shown in Fig. 11 (Fig. 1), similar to the case considered above (Fig. 4) using pairs of diffraction gratings with equal periods, is also formed.

Но в этом случае ячейки 7 (фиг.11) периодической структуры интерференционной картины представляют собой ромбы со стороной, равной 2r0, она же - период упорядоченной структуры интерференционной картины 5. Линии равной плотности потока 6 (показана только одна линия на ячейку) образуют концентрические эллипсы (точнее квазиэллипсы, аналогично квазиокружностям на фиг.4).But in this case, the cells 7 (Fig. 11) of the periodic structure of the interference pattern are rhombs with a side equal to 2r0, it is also the period of the ordered structure of the interference pattern 5. The lines of equal flux density 6 (only one line per cell is shown) form concentric ellipses (more precisely, quasi-ellipses, similar to quasi-circles in Fig. 4).

На фиг.12 показана ячейка 7 периодической структуры интерференционной картины 5, где 8 - эллипс, вписанный в ячейку 7, 6 - один из эллипсов равной плотности излучения, 2r0 - сторона ячейки, или период периодической структуры интерференционной картины 5 (фиг.1), r - расстояние от центра ячейки до точки пересечения с эллипсом равной плотности излучения (rQ - до пересечения с краем проходного отверстия эллиптической поры) по линии r0, a0, b0 - полуоси вписанного в ячейку 7 эллипса 8, а а и b соответственно полуоси произвольного эллипса 6 одинаковой плотности излучения, aQ и bQ - полуоси проходного отверстия поры. Значениями r и r0 в случае получения эллиптических пор пользуются для определения характеристик так же, как ранее для случая круглых (фиг.8, 9, 10).12 shows cell 7 of the periodic structure of interference pattern 5, where 8 is an ellipse inscribed in cell 7, 6 is one of the ellipses of equal radiation density, 2r0 is the side of the cell, or the period of the periodic structure of interference pattern 5 (Fig. 1), r is the distance from the center of the cell to the point of intersection with an ellipse of equal radiation density (rQ is to the intersection with the edge of the passage hole of the elliptical pore) along the line r0, a0, b0 is the semiaxis of the ellipse 8 inscribed in the cell 7, and a and b, respectively, are the semiaxes of an arbitrary ellipse 6 equal density values, aQ and bQ are the semiaxes of the pore through hole. The values of r and r0 in the case of obtaining elliptical pores are used to determine the characteristics in the same way as previously for the case of round ones (Figs. 8, 9, 10).

Однако, если у проходного отверстия круглой поры одна характеристика - диаметр 2rQ или радиус rQ, то у эллиптической две - большая и малая полуось - aQ и bQ. Поэтому возникает необходимость выразить их через r и r0. Для такой связи воспользуемся второй теоремой Апполония (http://www.pm298.ru/ellips18.php). которая утверждает, что площадь ромба S, например, ячейки 7 на фиг.12, описывающего эллипс, например эллипс 8, с полуосями а0 и b0However, if the passage hole of the round pore has one characteristic - the diameter is 2rQ or the radius rQ, then the elliptic has two - the major and minor axis - aQ and bQ. Therefore, it becomes necessary to express them in terms of r and r0. For such a connection, we use the second Apollonius theorem (http://www.pm298.ru/ellips18.php). which states that the area of the rhombus S, for example, cell 7 in FIG. 12, describing an ellipse, for example ellipse 8, with half axes a0 and b0

S=4a0b0. С другой стороны, площадь ромба 7 равна половине произведения его диагоналей:S = 4a0b0. On the other hand, the area of rhombus 7 is equal to half the product of its diagonals:

S=PxPy/2,S = PxPy / 2,

где Px Py - периоды дифракционных решеток в случае использования интерференции 1-го порядка (в случае интерференции 2-го порядка следует в выражение подставить вместо Px, Py-Px/2, Py/2).where Px Py are the periods of diffraction gratings in the case of using 1st-order interference (in the case of 2nd-order interference, substitute Px, Py-Px / 2, Py / 2 in the expression).

Приравнивая значения площадей ромба 7Equating the values of the areas of the rhombus 7

Figure 00000012
,
Figure 00000012
,

Figure 00000013
Figure 00000013

С другой стороны, из фиг.11 по теореме Пифагора видно:On the other hand, from Fig. 11 by the Pythagorean theorem it can be seen:

Figure 00000014
Figure 00000014

Разделив уравнение (13) на уравнение (12) и проведя простые преобразования, получимDividing equation (13) by equation (12) and performing simple transformations, we obtain

Figure 00000015
Figure 00000015

Уравнение 14 устанавливает связь между полуосями и полудлиной стороны ячейки, а проще между осями вписанного в ячейку 7 эллипса 8 - 2а0, 2b0 и стороной ячейки 2r0 периодической структуры, учитывая, что отношение осей эллипса задается отношением периодов дифракционных решеток Px и Py. Equation 14 establishes the relationship between the half-axes and the half-length of the cell side, and more simply, between the axes of the ellipse 8 - 2a0, 2b0 inscribed in the cell 7 and the cell side 2r0 of the periodic structure, taking into account that the ratio of the axes of the ellipse is given by the ratio of the periods of the diffraction gratings Px and Py.

По принципу подобия для произвольного эллипса 6 равной плотности излучения (фиг.12)According to the principle of similarity for an arbitrary ellipse 6 of equal radiation density (Fig)

Figure 00000016
Figure 00000016

гдеWhere

a, b - значения полуосей эллипса равной плотности потока излучения,a, b are the semiaxes of the ellipse equal to the radiation flux density,

r - расстояние от центра ячейки периодической структуры до середины стороны ромба, описывающего эллипс равной плотности излучения с полуосями a и b, а для проходного отверстия порыr is the distance from the center of the cell of the periodic structure to the middle of the side of the rhombus, which describes an ellipse of equal radiation density with half axes a and b, and for the passage opening of the pore

Figure 00000017
Figure 00000017

Используя вышеприведенную теорему Апполония для площади ромба, описывающего эллипс, и известную формулу для площади эллипса, можно определить максимальную возможную пористость фильтра с эллиптическими порами:Using the above Apollonius theorem for the area of a rhombus describing an ellipse and the well-known formula for the area of an ellipse, we can determine the maximum possible porosity of a filter with elliptical pores:

Figure 00000018
Figure 00000018

где Qmax - максимальная возможная пористость фильтра,where Q max - the maximum possible porosity of the filter,

а0, b0 - полуоси эллипса 8, вписанного в ячейку периодической структуры 7;a0, b0 — semiaxes of the ellipse 8 inscribed in the cell of the periodic structure 7;

π·а0·b0 - площадь вписанного в ячейку периодической структуры эллипса 8;π · a0 · b0 is the area of the ellipse 8 inscribed in the cell of the periodic structure;

4a0·b0 - площадь ромба, описывающего эллипс 8 с полуосями а0, b0 по вышеприведенной теореме Апполония. Таким образом, максимальная достижимая пористость одинакова для фильтра с круглыми и эллиптическими порами и не зависит от отношения осей последних.4a0 · b0 is the area of the rhombus describing the ellipse 8 with the semi-axes a0, b0 according to the above Apollonius theorem. Thus, the maximum achievable porosity is the same for a filter with round and elliptical pores and does not depend on the ratio of the axes of the latter.

Проведенные выкладки позволяют при осуществлении предлагаемого способа в случае эллиптических пор применять параметры t/t0, rQ/r0, приведенные выше на фиг.8, 9, 10 для круглых пор.The performed calculations allow the implementation of the proposed method in the case of elliptical pores to apply the parameters t / t0, rQ / r0 above in Figs. 8, 9, 10 for round pores.

При экспонировании полимерной пленки 1 в атмосфере водорода получают упорядоченную структуру эллиптических пор в мембранном фильтре, соответствующую структуре интерференционной картины 5 на полимерной пленке 1, сформированной системой решеточной интерференционной литографии (фиг.1). Возможность изготовления предлагаемым способом мембранного фильтра с эллиптическим порами, относящимися к так называемым «щелевым», является весьма полезным техническим результатом, т.к. известно, что поры такой формы при фильтрации забиваются меньше из-за того, что вероятность перекрывания частицей полностью сечения поры, в случае щелевой поры гораздо меньше, чем в случае круглой. Кроме того, такие «эллиптические» фильтры (сита) могут оказаться эффективным средством разделения по форме (центросимметричных и осесимметричных) близких по размеру наночастиц.When exposing the polymer film 1 in a hydrogen atmosphere, an ordered structure of elliptical pores in the membrane filter is obtained, corresponding to the structure of the interference pattern 5 on the polymer film 1 formed by a grating interference lithography system (Fig. 1). The possibility of manufacturing the proposed method of a membrane filter with elliptical pores related to the so-called "slot" is a very useful technical result, because it is known that pores of this shape clog less during filtration due to the fact that the probability of a particle completely overlapping the pore cross section in the case of a slit pore is much less than in the case of a round one. In addition, such “elliptical” filters (sieves) can be an effective means of separating in shape (centrosymmetric and axisymmetric) nanoparticles of similar size.

Необходимым условием реализации предлагаемого способа изготовления мембранных фильтров с использованием решеточной интерференционной литографии является высокая степень когерентности излучения ондулятора (близкая к 100%). Поскольку степень когерентности уменьшается с уменьшением длины волны, для лучших современных источников приемлемый диапазон длин волн начинается с 5 нм. Верхняя граница рабочего диапазона не может быть больше 100 нм из-за резкого возрастания поглощения излучения в компонентах системы при дальнейшем увеличении длины волны. Кроме того, чем меньше длина волны излучения, тем больший диапазон размеров пор мембранного фильтра можно получить на ней из-за ограничения величины шага интерференционных решеток, которая не может быть менее половины длины волны. Предпочтительна длина волны - вблизи 10 нм. В частности, целесообразно использовать длину волны 13,4 нм, на которой работают лучшие интерференционные многослойные зеркала Mo/Si. В конкретных реализациях предлагаемого способа такие зеркала могут понадобиться для управления пучками излучения (кроме того, на этой длине волны в принципе возможна реализация не только решеточной, но и зеркальной системы интерференционной литографии).A necessary condition for the implementation of the proposed method for the manufacture of membrane filters using lattice interference lithography is a high degree of coherence of undulator radiation (close to 100%). Since the degree of coherence decreases with decreasing wavelength, for the best modern sources, an acceptable range of wavelengths begins with 5 nm. The upper limit of the operating range cannot be greater than 100 nm due to a sharp increase in the absorption of radiation in the components of the system with a further increase in the wavelength. In addition, the shorter the radiation wavelength, the larger the pore size range of the membrane filter can be obtained on it due to the limited step size of the interference gratings, which cannot be less than half the wavelength. The preferred wavelength is near 10 nm. In particular, it is advisable to use a wavelength of 13.4 nm, at which the best Mo / Si multilayer interference mirrors operate. In specific implementations of the proposed method, such mirrors may be needed to control radiation beams (in addition, at this wavelength, in principle, it is possible to implement not only a lattice, but also a mirror interference lithography system).

Для нанопористых фильтров характерно большое сопротивление фильтрации, преодоление которого требует давления в десятки атмосфер. Это сопротивление пропорционально длине поры (толщине фильтра) и обратно пропорционально квадрату диаметра поры. При этих условиях целесообразно для уменьшения сопротивления мембранного фильтра изготавливать его как можно тоньше. Минимальная возможная толщина мембранного фильтра определяется технологическими возможностями изготовления пленки минимальной толщины, которая в настоящее время составляет значительно менее 100 нм, как для полимеров, так и для металлов, и для неорганических материалов. Однако практическое использование фильтров такой толщины представляется нереальным как в отношении возможности технологического манипулирования такой тонкой пленкой, так и в отношении возможности ее применения (вследствие малой собственной прочности) для фильтрации при реальном давлении.Nanoporous filters are characterized by a large filtration resistance, the overcoming of which requires a pressure of tens of atmospheres. This resistance is proportional to the pore length (filter thickness) and inversely proportional to the square of the pore diameter. Under these conditions, it is advisable to make it as thin as possible to reduce the resistance of the membrane filter. The minimum possible thickness of a membrane filter is determined by the technological capabilities of manufacturing a film of a minimum thickness, which is currently significantly less than 100 nm, both for polymers and metals, and for inorganic materials. However, the practical use of filters of such a thickness seems unrealistic both in terms of the possibility of technological manipulation of such a thin film, and in terms of the possibility of its use (due to the low intrinsic strength) for filtration at real pressure.

Поэтому в предлагаемом способе реализуют концепцию армированного мембранного фильтра 9 (см. фиг.13) с нанопорами 10, изготовленного из, например, тонкой (менее 100 нм) полимерной пленки 1, закрепленной на армирующей структуре 11 достаточно большой толщины (порядка от 10 до 50 мкм) с упорядоченной структурой пор 12 микронного размера (например, с диаметром от 10 до 100 мкм). При дальнейшем рассмотрении армированных мембранных фильтров для удобства различения мы будем называть пленочную часть его 9 «нанопористым мембранным фильтром», поры 10 в нем - «нанопорами», а поры 12 в армирующей структуре 11 - «микропорами» в соответствии с их характерными размерами. Технологическая схема изготовления аналогичных армированных микропористой структурой мембранных нанопористых фильтров из неорганических материалов и металлов приведены на фиг.14 и 15.Therefore, the proposed method implements the concept of a reinforced membrane filter 9 (see Fig. 13) with nanopores 10 made of, for example, a thin (less than 100 nm) polymer film 1, mounted on a reinforcing structure 11 of a sufficiently large thickness (of the order of 10 to 50 μm) with an ordered pore structure of 12 microns in size (for example, with a diameter of 10 to 100 μm). Upon further consideration of the reinforced membrane filters, for convenience of distinguishing, we will call the film part of it 9 “a nanoporous membrane filter”, pores 10 in it are “nanopores”, and pores 12 in the reinforcing structure 11 are “micropores” in accordance with their characteristic sizes. The technological scheme for the manufacture of similar microporous structure-reinforced membrane nanoporous filters from inorganic materials and metals is shown in Figs. 14 and 15.

Армирующая структура 11 из микропор 12 (см., например, фиг.13) обеспечивает многократное увеличение прочности мембранного нанопористого фильтра 9. Выдерживаемый им перепад давлений определяется теперь прочностью мембраны из тонкой полимерной пленки в отдельной микропоре 12 армирующей структуры 11. Например, для круглой микропоры 12 диаметром d и мембраны на ней толщиной h0 связь между перепадом давления р на мембране, прогибом мембраны s и полным напряжением σ в материале мембраны определяется хорошо известными формулами (Effect of stress on the stability of X-ray masks. M.Karnezos. J.Vac.Sci.Nechnol., В 4(1), 1986)The reinforcing structure 11 of the micropores 12 (see, for example, Fig. 13) provides a multiple increase in the strength of the membrane nanoporous filter 9. The pressure drop that it maintains is now determined by the strength of the membrane from a thin polymer film in a separate micropore 12 of the reinforcing structure 11. For example, for a round micropore 12 with a diameter d and a membrane with thickness h0 on it, the relationship between the pressure drop p on the membrane, the deflection of the membrane s and the total stress σ in the membrane material is determined by well-known formulas (Effect of stress on the stability of X-ray masks. M. Karnezos. J. Vac. Sci. Nechnol., B 4 (1), 1986)

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

где σ0 - начальное напряжение в мембране (зависит от технологии и рабочей температуры),where σ0 is the initial stress in the membrane (depends on technology and operating temperature),

Е=8·E0/3(1-ν) - эффективный модуль упругости круглой мембраны,E = 8 · E0 / 3 (1-ν) is the effective modulus of elasticity of a round membrane,

E0 и ν - модуль Юнга и коэффициент Пуассона материала мембраны соответственно. Исключая s из (18а) и (18б), получаемE0 and ν are Young's modulus and Poisson's ratio of the membrane material, respectively. Excluding s from (18a) and (18b), we obtain

Figure 00000021
Figure 00000021

Таким образом, максимальное давление, выдерживаемое мембраной, обратно пропорционально диаметру d микропоры 12.Thus, the maximum pressure maintained by the membrane is inversely proportional to the diameter d of the micropore 12.

Для определения максимально возможного перепада давлений на мембране нужно подставить в (18) разрывное напряжение материала мембраны (например, полимерной пленки). Например, для пленки полиимида толщиной 50 нм на микропоре диаметром 10 мкм для типичных значений Е0=4000 МПа, ν=0,4 и разрывного напряжения σ=100 МПа при нулевом начальном напряжении σ0 получаемTo determine the maximum possible pressure difference across the membrane, it is necessary to substitute in (18) the breaking stress of the membrane material (for example, a polymer film). For example, for a polyimide film with a thickness of 50 nm on a micropore with a diameter of 10 μm for typical values of E 0 = 4000 MPa, ν = 0.4 and tensile stress σ = 100 MPa at zero initial stress σ 0, we obtain

р=60 МПа=600 атм.p = 60 MPa = 600 atm.

Начальные напряжения приводят к уменьшению максимально возможного давления. Но если начальное напряжение составляет даже 50% от разрывного напряжения (реальные начальные напряжения в большинстве случаев намного меньше), то максимально допустимый перепад давлений уменьшается всего лишь в 1,4 раза.Initial stresses lead to a decrease in the maximum possible pressure. But if the initial voltage is even 50% of the breaking voltage (the actual initial stresses are in most cases much less), then the maximum allowable pressure drop decreases by only 1.4 times.

Масштабируемость результата, определяемого формулой (18) при изменении h0 и d, очевидна. Поэтому можно, например, сделать вывод, что рабочий перепад давлений р=100 атм будет выдерживаться при 6-кратном увеличении диаметра d микропор в армирующей микропористой структуре (до 60 мкм). С другой стороны, можно уменьшать толщину пленки h0, сохраняя прочность, до примерно нескольких нанометров, уменьшая диаметр микропоры d, на которой она размещается.The scalability of the result defined by formula (18) with changes in h0 and d is obvious. Therefore, for example, we can conclude that the working pressure drop p = 100 atm will be maintained with a 6-fold increase in the diameter d of micropores in the reinforcing microporous structure (up to 60 μm). On the other hand, it is possible to reduce the thickness of the film h0, while maintaining strength, to about a few nanometers, reducing the diameter of the micropore d on which it is placed.

Таким образом, видно, что мембрана толщиной в несколько десятков нанометров, закрепленная на микропоре диаметром в несколько десятков микрон, может выдерживать довольно значительные давления, порядка десятков атмосфер. Поэтому нет необходимости в этом варианте реализации мембранного фильтра изготовлять его из пленок толще чем 100 нм (условный диапазон размеров нанообъектов). Такие армированные микропористыми структурами мембранные нанопористые фильтры изготавливают предлагаемым способом в комбинации с известными способами, применяемыми в кремниевой технологии микроэлектроники и ЛИГА (LIGA) процессе (см. ниже).Thus, it is seen that a membrane several tens of nanometers thick, mounted on a micropore with a diameter of several tens of microns, can withstand quite significant pressures, of the order of tens of atmospheres. Therefore, there is no need for this embodiment of the membrane filter to produce it from films thicker than 100 nm (the conventional range of sizes of nano-objects). Such nanoporous membrane filters reinforced with microporous structures are manufactured by the proposed method in combination with known methods used in silicon microelectronics technology and the LIGA process (see below).

Пример технологической схемы изготовления армированного кремниевой микропористой структурой мембранного нанопористого фильтра приведен на фиг.13 (примечание: пропорции размеров не соблюдены, тонкая структура пор, например конусность, не показаны, ориентация пластины на схеме не всегда соответствует реальной в технологическом процессе, структуры показаны в разрезе плоскостью, проходящей через продольные оси пор), где:An example of a technological scheme for manufacturing a silicon nanoporous membrane reinforced with a silicon microporous structure is shown in Fig. 13 (note: size proportions are not met, a fine pore structure, for example, taper, is not shown, the orientation of the plate in the diagram does not always correspond to the real one in the process, structures are shown in section a plane passing through the longitudinal axis of the pores), where:

13 - кремниевая пластина (диаметр от 100 до 200 мм, толщиной от 380 до 1000 мкм),13 - silicon wafer (diameter from 100 to 200 mm, thickness from 380 to 1000 microns),

1 - полимерная пленка (толщиной менее 100 нм) из, например, или полиимида, или полиэтилентерефталата, или поликарбоната, или полисилоксана, или углерода,1 - a polymer film (less than 100 nm thick) from, for example, either polyimide, or polyethylene terephthalate, or polycarbonate, or polysiloxane, or carbon,

11 - армирующая микропористая структура из кремния;11 - reinforcing microporous structure of silicon;

12 - микропора армирующей структуры из кремния размером (диаметр для круглых, сторона прямоугольника для прямоугольных пор) от 10 до 100 мкм,12 - micropore reinforcing structure of silicon in size (diameter for round, side of the rectangle for rectangular pores) from 10 to 100 microns,

9 - мембранный нанопористый фильтр, полученный из полимерной пленки 1;9 - membrane nanoporous filter obtained from a polymer film 1;

10 - нанопора размером (диаметр для круглых, оси эллипса для эллиптических пор) от 1 нм и больше;10 - nanopore size (diameter for round, axis of the ellipse for elliptical pores) from 1 nm or more;

А - операция нанесения полимерной пленки 1 (здесь и далее стрелкой указана сторона пластины, на которой производят операцию) на поверхность кремниевой пластины 13 одним из известных способовA - the operation of applying the polymer film 1 (hereinafter, the arrow indicates the side of the plate on which the operation is performed) on the surface of the silicon wafer 13 using one of the known methods

(например, Juan Schneider, Ultra Thin Polimer Films for photolithographic Applications, Nanometrix, March 2005, Интернет-версия(e.g. Juan Schneider, Ultra Thin Polimer Films for photolithographic Applications, Nanometrix, March 2005, Internet version

http://www.nanometrix.com/pdf/Ultra%20Thin%20Polymer%20Films%20for%20photolithography.pdf; Laermer F., Urban A. Microelectronic Engineering, 2003, V.67, P.349; Rangelov I.W. Journal of Vacuum Science and Technology. 2003. V.А21. №.4. Р.1550),http://www.nanometrix.com/pdf/Ultra%20Thin%20Polymer%20Films%20for%20photolithography.pdf; Laermer F., Urban A. Microelectronic Engineering, 2003, V.67, P.349; Rangelov I.W. Journal of Vacuum Science and Technology. 2003.V.A21. No. 4. P.1550)

Б - травление кремниевой пластины 13 с обратной стороны до толщины 50 мкм способом плазмохимического травления (Технология СБИС. В 2 кн. Пер. с англ. Под ред. С.Зи. М.: Мир. 2006),B - etching of a silicon wafer 13 from the reverse side to a thickness of 50 μm by the method of plasma-chemical etching (VLSI technology. In 2 books. Transl. From English. Edited by S.Z. M .: Mir. 2006),

В - литография (например, Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. Учебник для ВУЗов. М.: Радио и связь. 2007; Rangelov I.W. Journal of Vacuum Science and Technology. 2003. V.A21. №.4. P.1550) с обратной стороны пластины 13 для открытия микропор 12,B - lithography (for example, Chernyaev VN Technology for the production of integrated circuits and microprocessors. A textbook for universities. M: Radio and communications. 2007; Rangelov IW Journal of Vacuum Science and Technology. 2003. V.A21. No. 4. P.1550) on the back of the plate 13 for opening micropores 12,

Г - решеточная интерференционная литография по полимерной пленке 1 или с лицевой стороны пластины 13 предлагаемым способом, как показано стрелкой на фиг.13, или с противоположной стороны, через микропоры 12, что позволяет ранее упомянутая большая глубина резкости интерференционной картины (ГР на фиг.2).G - lattice interference lithography on a polymer film 1 or on the front side of the plate 13 of the proposed method, as shown by the arrow in Fig. 13, or on the opposite side, through micropores 12, which allows the previously mentioned large depth of field of the interference pattern (GR in figure 2 )

На кремниевую пластину 13 известным способом наносят полимерную пленку 1 (операция А). Выбор кремниевой пластины для изготовления армирующей микропористой структуры 11 предпочтителен из-за отработанности всех применяемых известных операций (А, Б, В) для кремния в микроэлектронике. В принципе возможно использование пластины из множества других материалов, если для них разработаны, или разработать применяемые технологические операции нанесения, фотолитографии, травления. Стравливают кремниевую пластину 13 с другой стороны до толщины 50÷100 мкм (Б). Утоньшение пластины необходимо для успешного проведения (малого растрава) следующей операции (В): формирования микропор 12 в кремниевой пластине 13 известным способом фотолитографии, получение армирующей микропористой кремниевой структуры 11. Микропоры 12 в кремниевой пластине выполняют круглыми или прямоугольными. Предпочтительно прямоугольными, с целью достижения большей пористости армирующей микропористой структуры 11, т.к. выше было показано, что максимальная достижимая пористость упорядоченной структуры с круглыми или эллиптическими порами -0.785, в то время как очевидно, что максимальная достижимая пористость прямоугольных пор -1.0. Нетрудно показать, что реальная пористость структуры прямоугольных пор при толщине перегородки между порами, составляющей 0.1 от стороны микропоры, составляет около 0.8. Бороться за максимальную пористость армирующей микропористой структуры 11 имеет смысл, потому что результирующая пористость армированного нанопористого фильтра равна произведению пористостей мембранного нанопористого фильтра 9 и армирующей микропористой структуры 11, таким образом, результирующая пористость армированного мембранного фильтра может составлять примерно 0.6×0.8=0.48. Размер пор армирующей структуры 11 выбирают с учетом вышеприведенных оценок (формула(18)) прочности формируемого мембранного нанопористого фильтра 9. Затем проводят предлагаемым способом решеточную интерференционную литографию по пленке 1, размещенной на армирующей микропористой структуре 11 (операция Г на фиг.13), и получают мембранный нанопористый фильтр 9 из полимерной пленки, армированный микропористой структурой 11 из кремния.A polymer film 1 is applied to the silicon wafer 13 in a known manner (operation A). The choice of a silicon wafer for the manufacture of a reinforcing microporous structure 11 is preferable due to the refinement of all applicable known operations (A, B, C) for silicon in microelectronics. In principle, it is possible to use a plate of many other materials, if developed for them, or to develop the applicable technological operations of deposition, photolithography, etching. Pit the silicon wafer 13 on the other hand to a thickness of 50 ÷ 100 μm (B). The thinning of the wafer is necessary for the following operation (B) to be successfully carried out (B): the formation of micropores 12 in the silicon wafer 13 by a known photolithography method, obtaining a reinforcing microporous silicon structure 11. The micropores 12 in the silicon wafer are made round or rectangular. Preferably rectangular, in order to achieve greater porosity of the reinforcing microporous structure 11, because it was shown above that the maximum attainable porosity of an ordered structure with round or elliptical pores is -0.785, while it is obvious that the maximum attainable porosity of rectangular pores is -1.0. It is easy to show that the real porosity of the structure of rectangular pores with a wall thickness between pores of 0.1 from the micropore side is about 0.8. It makes sense to fight for the maximum porosity of the reinforcing microporous structure 11 because the resulting porosity of the reinforced nanoporous filter is equal to the product of the porosities of the membrane nanoporous filter 9 and the reinforcing microporous structure 11, so the resulting porosity of the reinforced membrane filter can be approximately 0.6 × 0.8 = 0.48. The pore size of the reinforcing structure 11 is selected taking into account the above estimates (formula (18)) of the strength of the formed nanoporous membrane filter 9. Then, by the proposed method, lattice interference lithography is performed on a film 1 placed on a reinforcing microporous structure 11 (operation D in Fig. 13), and a nanoporous membrane filter 9 is obtained from a polymer film reinforced with a microporous silicon structure 11.

Пример технологической схемы изготовления нанопористого фильтра из неорганической пленки или из двухслойной органической и неорганической пленки, армированного микропористой кремниевой структурой, приведен на фиг.14 (пропорции размеров не соблюдены, тонкая структура пор, например конусность, не показаны, ориентация пластины на схеме не всегда соответствует реальной в технологическом процессе, структуры показаны в разрезе плоскостью, проходящей через продольные оси пор), где:An example of a technological scheme for manufacturing a nanoporous filter from an inorganic film or from a two-layer organic and inorganic film reinforced with a microporous silicon structure is shown in Fig. 14 (size proportions not observed, fine pore structure, for example, taper, not shown, plate orientation in the diagram does not always correspond real in the technological process, the structures are shown in section by a plane passing through the longitudinal axis of the pores), where:

13 - кремниевая пластина (диаметр от 100 до 200 мм, толщиной от 380 до 1000 мкм),13 - silicon wafer (diameter from 100 to 200 mm, thickness from 380 to 1000 microns),

14 - пленка толщиной менее 100 нм из неорганического материала, например или нитрида кремния, или карбида кремния, или карбида бора, или нитрида бора, или нитрида титана, или металла (например, или золота, или титана, или платины, или палладия, или циркония, или их сплавов, в том числе с другими металлами),14 is a film of a thickness of less than 100 nm from an inorganic material, for example, either silicon nitride or silicon carbide, or boron carbide, or boron nitride, or titanium nitride, or a metal (for example, either gold, or titanium, or platinum, or palladium, or zirconium, or their alloys, including with other metals),

11 - армирующая микропористая структура из кремния;11 - reinforcing microporous structure of silicon;

12 - микропора размером (или диаметр круглой, или сторона прямоугольника) от 10 до 100 мкм,12 - micropore size (either round diameter or side of the rectangle) from 10 to 100 microns,

1 - полимерная пленка толщиной менее 100 нм из, например, или полиимида, или полиэтилентерефталата, или поликарбоната, или полисилоксана, или углерода,1 - a polymer film with a thickness of less than 100 nm from, for example, either polyimide, or polyethylene terephthalate, or polycarbonate, or polysiloxane, or carbon,

9 - мембранный нанопористый фильтр из полимерной пленки;9 - membrane nanoporous filter from a polymer film;

10 - нанопора в полимерной пленке 1 размером (диаметр для круглых, оси эллипса для эллиптических пор) от 1 нм и больше,10 - nanopore in a polymer film 1 size (diameter for round, axis of the ellipse for elliptical pores) from 1 nm or more,

15 - нанопористый фильтр из неорганического материала;15 - nanoporous filter of inorganic material;

16 - нанопора в пленке из неорганического материала 14 размером (диаметр для круглых, оси эллипса для эллиптических пор) от 1 нм и больше,16 - nanopore in a film of inorganic material 14 size (diameter for round, axis of the ellipse for elliptical pores) from 1 nm or more,

А - нанесение пленки 14 из неорганического материала известным способом (например, J.P.Li et al., Appl. Phys. Lett. 62(24), 1993; B.I.Kim et al., JEDM 97-463-466),And - applying a film 14 of inorganic material in a known manner (for example, J.P. Li et al., Appl. Phys. Lett. 62 (24), 1993; B.I. Kim et al., JEDM 97-463-466),

Б - травление известным способом (например, Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. Учебник для ВУЗов. М.: Радио и связь. 2007) кремниевой пластины 13 с обратной стороны до толщины 50-100 мкм,B - etching in a known manner (for example, Chernyaev VN Technology for the production of integrated circuits and microprocessors. A textbook for universities. M: Radio and communications. 2007) silicon wafer 13 from the back to a thickness of 50-100 microns,

В - фотолитография известным способом (например, Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. Учебник для ВУЗов. М.: Радио и связь. 2007) с обратной стороны пластины 13 для открытия микропор 12 в кремнии до пленки неорганического материала,In - photolithography in a known manner (for example, Chernyaev VN Technology for the production of integrated circuits and microprocessors. A textbook for universities. M: Radio and communications. 2007) from the back of the plate 13 to open micropores 12 in silicon to a film of inorganic material,

Д - операция осаждения известным способом (см. ссылки к операции А на фиг.13) полимерной пленки 1 на поверхность пленки из неорганического материала 14,D is a deposition operation in a known manner (see references to operation A in FIG. 13) of a polymer film 1 onto a surface of a film of inorganic material 14,

Г - интерференционная литография по полимерной пленке 1 предлагаемым способом,G - interference lithography on a polymer film 1 of the proposed method,

Е - химическое травление известным способом (Egglet B.J., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2001. Vol.7. N.13. P.409-423) неорганической пленки 14 через мембранный фильтр из полимерной пленки 9 в качестве маски, изготовление двухслойного мембранного нанопористого фильтра из полимерной пленки 9 и неорганической пленки 15, армированного кремниевой микропористой структурой 11,E - chemical etching in a known manner (Egglet BJ, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2001. Vol.7. N.13. P.409-423) of an inorganic film 14 through a membrane filter from a polymer film 9 as a mask, manufacturing a two-layer membrane nanoporous filter of a polymer film 9 and an inorganic film 15 reinforced with a silicon microporous structure 11,

Ж - удаление нанопористого мембранного фильтра из полимерной пленки 9 известным способом (Полтавцев Ю.Г., Князев А.С. Технология обработки поверхностей в микроэлектронике. Киев: Техника. 1990), изготовление нанопористого мембранного фильтра 15 из неорганической пленки 14 с нанопорами 16 размером (диаметр круглых или оси эллиптических) пор от 1 нм и больше.G - removal of a nanoporous membrane filter from a polymer film 9 in a known manner (Poltavtsev Yu.G., Knyazev A.S. Technology of surface treatment in microelectronics. Kiev: Technique. 1990), manufacture of a nanoporous membrane filter 15 from an inorganic film 14 with nanopores 16 in size (diameter of round or elliptical axis) pores from 1 nm or more.

На кремниевую пластину 13 наносят известным способом пленку из неорганического материала 14 (операция А, фиг.14), стравливают кремниевую пластину 13 с другой стороны до толщины 50÷100 мкм (Б), проводят с этой стороны фотолитографию известным способом, с протравливанием микропор в кремнии с размером 10-100 мкм до пленки неорганического материала 14 (операция В на фиг.14), наносят известным способом на пленку из неорганического материала 14 полимерную пленку 1 (операция Д на фиг.14), проводят по ней интерференционную литографию предлагаемым способом (операция Г на фиг.14), через полученную таким образом маску 9 проводят химическое травление пленки из неорганического материала 14 с получением нанопористого фильтра 15 с нанопорами 16. Получают двухслойный нанопористый фильтр из неорганического материала 15, покрытого мембранным нанопористым фильтром из полимерного материала 9. Таким образом можно получить двухслойный нанопористый фильтр из неорганического материала 15, покрытого полимерным материалом 9, армированный кремниевой микропористой структурой 11. Маску-фильтр из полимерной пленки 9 можно удалить известным способом и получить мембранный нанопористый фильтр из неорганического материала 15, армированный кремниевой микропористой структурой 11.On a silicon wafer 13, a film of inorganic material 14 is applied in a known manner (operation A, Fig. 14), etch the silicon wafer 13 on the other hand to a thickness of 50 ÷ 100 μm (B), photolithography is carried out on this side in a known manner, by etching micropores in silicon with a size of 10-100 μm to a film of inorganic material 14 (operation B in Fig. 14), is applied in a known manner to a film of inorganic material 14, a polymer film 1 (operation D in Fig. 14), interference lithography is performed on it by the proposed method ( opera Ya G in Fig. 14), through the mask 9 thus obtained, chemical etching of the film of inorganic material 14 is carried out to obtain a nanoporous filter 15 with nanopores 16. A two-layer nanoporous filter of inorganic material 15 is obtained, coated with a membrane nanoporous filter of polymer material 9. Thus In this way, a two-layer nanoporous filter can be obtained from inorganic material 15 coated with a polymer material 9, reinforced with a silicon microporous structure 11. A mask filter from a polymer film 9 can o remove in a known manner and get a membrane nanoporous filter of inorganic material 15, reinforced with a silicon microporous structure 11.

В этом варианте реализации мембранного фильтра из неорганической пленки на стадии химического травления возникает ограничение минимального возможного размера пор из ограничения технологии химического травления, заключающегося в том, что протравить отверстия химически можно только с т.н. «аспектным отношением» (отношение диаметра поры к толщине пленки) не более 1:5. Таким образом, толщина неорганической пленки определяет возможный минимальный размер поры: он не может быть получен меньше 1/5 от толщины пленки неорганического материала. Т.е., например, диаметр поры в 1 нм можно получить только, если удастся получить пленку неорганического материала толщиной в 5 нм. Такие технологии уже существуют (например, Rangelov I.W. Journal of Vacuum Science and Technology. 2003. V.A21. №.4. P.1550).In this embodiment, the implementation of a membrane filter of inorganic film at the stage of chemical etching, there is a restriction on the minimum possible pore size due to the limitation of the technology of chemical etching, which consists in the fact that etching the holes is chemically possible only with the so-called “Aspect ratio” (ratio of pore diameter to film thickness) not more than 1: 5. Thus, the thickness of the inorganic film determines the possible minimum pore size: it cannot be obtained less than 1/5 of the film thickness of the inorganic material. That is, for example, a pore diameter of 1 nm can be obtained only if it is possible to obtain a film of inorganic material with a thickness of 5 nm. Such technologies already exist (for example, Rangelov I.W. Journal of Vacuum Science and Technology. 2003. V.A21. No. 4. P.1550).

Пример технологической схемы изготовления цельнометаллического нанопористого фильтра приведен на фиг.15 (примечания: пропорции размеров не соблюдены, тонкая структура пор не показана, ориентация пластины на схеме и в реальном процессе не всегда совпадает, буквами обозначены технологические операции, стрелки указывают на обрабатываемую сторону пластины, структуры показаны в разрезе плоскостью, проходящей через продольные оси пор), где:An example of a technological scheme for manufacturing an all-metal nanoporous filter is shown in Fig. 15 (notes: size proportions are not met, the fine structure of the pores is not shown, the orientation of the plate in the diagram and in the real process does not always coincide, the letters indicate technological operations, arrows indicate the side of the plate to be processed, structures are shown in section by a plane passing through the longitudinal axis of the pores), where:

13 - кремниевая пластина,13 - silicon wafer,

14 - нанесенная на поверхность кремниевой пластины 13 пленка металла, например или золота, или платины, или палладия, или титана, или циркония, или их сплавов, в том числе с другими металлами, толщиной менее 100 нм,14 - a film of a metal, for example, gold, or platinum, or palladium, or titanium, or zirconium, or their alloys, including with other metals, less than 100 nm thick, deposited on the surface of the silicon wafer 13,

17 - слой фоторезиста толщиной от 1 до 10 микрон,17 - photoresist layer with a thickness of 1 to 10 microns,

18 - скрытое изображение структуры микропор в фоторезисте,18 is a latent image of the structure of micropores in the photoresist,

19 - маска из фоторезиста для электроформовки микропор армирующей структуры 11,19 is a mask of photoresist for electroforming micropores of the reinforcing structure 11,

11 - армирующая металлическая микропористая структура толщиной от 1 до 10 микрон,11 - reinforcing metal microporous structure with a thickness of 1 to 10 microns,

12 - микропора с размером (диаметр для круглой, сторона для прямоугольной поры) от 10 до 100 микрон,12 - micropore with a size (diameter for round, side for a rectangular pore) from 10 to 100 microns,

1 - полимерная пленка толщиной менее 100 нанометров,1 - polymer film with a thickness of less than 100 nanometers,

9 - нанопористый фильтр из полимерной пленки 1, используемый в качестве маски для химического травления;9 - nanoporous filter from a polymer film 1, used as a mask for chemical etching;

10 - нанопора в полимерной пленке 1,10 - nanopore in a polymer film 1,

15 - металлический мембранный нанопористый фильтр,15 is a metal membrane nanoporous filter,

16 - нанопора металлического мембранного фильтра 15 с размером (диаметр для круглых, оси эллипса для эллиптических пор) от 1 нм и больше,16 - nanopore metal membrane filter 15 with a size (diameter for round, axis of the ellipse for elliptical pores) from 1 nm or more,

11 в совокупности с 15 - цельнометаллический мембранный фильтр,11 in conjunction with 15 - all-metal membrane filter,

А - нанесение известным способом (Таруи Я. Основы технологии СБИС. Пер. с япон. М.: Радио и связь. 1985; Технология СБИС. В 2 кн. Пер. с англ. Под ред. C.Зи. М.: Мир. 2006; Laermer P., Urban A. Microelectronic. Engineering. 2003. V.67. P.349; Rangelov I.W. Journal of Vacuum Science and Technology. 2003. V.A21. №.4. Р.1550) металлической пленки 14 на кремниевую пластину 13,A - application in a known manner (Tarui Ya. Fundamentals of VLSI technology. Translated from Japanese. M: Radio and communication. 1985; VLSI technology. In 2 books. Translated from English. Edited by C. Z. M.: Mir . 2006; Laermer P., Urban A. Microelectronic. Engineering. 2003. V.67. P.349; Rangelov IW Journal of Vacuum Science and Technology. 2003. V.A21. No.4. P. 1550) metal film 14 onto the silicon wafer 13,

Б - нанесение известным способом (Технология СБИС. В 2 кн. Пер. с англ. Под ред. C.Зи. М.: Мир. 2006; Laermer P., Urban A. Microelectronic. Engineering. 2003. V.67. P.349; Rangelov I.W. Journal of Vacuum Science and Technology. 2003. V.A21. №.4. P.1550) слоя фоторезиста 17 толщиной от 1 до 10 мкм на поверхность металлической пленки 14,B - application in a known manner (VLSI technology. In 2 books. Transl. From English. Edited by C. Z. M .: Mir. 2006; Laermer P., Urban A. Microelectronic. Engineering. 2003. V.67. P .349; Rangelov IW Journal of Vacuum Science and Technology. 2003. V.A21. No. 4. P.1550) a photoresist layer 17 with a thickness of 1 to 10 μm on the surface of a metal film 14,

В - экспонирование фоторезиста (Технология СБИС. В 2 кн. Пер. с англ. Под ред. С.Зи. М.: Мир. 2006) 17 через фотошаблон структуры микропор (не показан), получение скрытого изображения микропор 18,B - exposure of the photoresist (VLSI technology. In 2 books. Transl. From English. Edited by S.Z. M .: Mir. 2006) 17 through the photomask of the micropore structure (not shown), obtaining a latent image of micropores 18,

Г - проявление фоторезиста 17, получение маски 19 для электроосаждения металла известным способом (L.Singleton, J. of Photopolimer Sci. and Tech., V.16, N3 (2003), 413-422),G is the manifestation of photoresist 17, obtaining a mask 19 for electrodeposition of a metal in a known manner (L. Singleton, J. of Photopolimer Sci. And Tech., V.16, N3 (2003), 413-422),

Д - электроформовка известным способом (L.Singleton, J. of Photopolimer Sci. and Tech., V.16, N3 (2003), 413-422) армирующей металлической микропористой структуры 11,D - electroforming in a known manner (L. Singleton, J. of Photopolimer Sci. And Tech., V.16, N3 (2003), 413-422) of a reinforcing metal microporous structure 11,

Е - удаление известным способом (L.Singleton, J. of Photopolimer Sci. and Tech., V.16, N3 (2003), 413-422) структуры фоторезиста 18 и кремниевой пластины 13, получение армирующей металлической микроструктуры 11 с микропорами 12,E - removal in a known manner (L. Singleton, J. of Photopolimer Sci. And Tech., V.16, N3 (2003), 413-422) of the photoresist structure 18 and silicon wafer 13, obtaining a reinforcing metal microstructure 11 with micropores 12,

Ж - нанесение полимерной пленки 1 (ссылки те же, что в операции А в описании технологической схемы изготовления мембранного фильтра, армированного кремниевой структурой на фиг.13, стр.18) на освободившуюся после удаления кремниевой пластины 13 поверхность металлической пленки 14,G - deposition of a polymer film 1 (the same links as in step A in the description of the technological scheme for manufacturing a membrane filter reinforced with a silicon structure in Fig. 13, p. 18) on the surface of the metal film 14 that was released after removal of the silicon wafer 13,

З - решеточная интерференционная литография предлагаемым способом по полимерной пленке 1, получение нанопористого полимерного фильтра 9 с нанопорами 10,C - lattice interference lithography of the proposed method for a polymer film 1, obtaining a nanoporous polymer filter 9 with nanopores 10,

И - травление известным способом (Акименко С.П., Мамонова Т.И., Орелович О.Л. Мембраны. 2002. №15, с.21-28; Полтавцев Ю.Г., Князев А.С. Технология обработки поверхностей в микроэлектронике. Киев: Техника. 1990; Рындин Е.А. Проектирование специализированных СБИС. Таганрог: ТРТУ. 1999) металлической пленки 8, через нанопористый мембранный фильтр из полимерной пленки 9 в качестве маски, получение двухслойного (9 - полимерного, 15 - металлического) нанопористого фильтра, армированного металлической микропористой структурой 11,And - etching in a known manner (Akimenko S.P., Mamonova T.I., Orelovich O.L. Membranes. 2002. No. 15, p.21-28; Poltavtsev Yu.G., Knyazev A.S. Surface treatment technology in microelectronics. Kiev: Technics. 1990; Ryndin EA Designing specialized VLSI. Taganrog: TRTU. 1999) of a metal film 8, through a nanoporous membrane filter from a polymer film 9 as a mask, obtaining a two-layer (9 - polymer, 15 - metal ) a nanoporous filter reinforced with a metal microporous structure 11,

К - удаление полимерного нанопористого фильтра 9 известным способом (Данилин Б.С., Киреев В.Ю. Применение низкотемпературной плазмы для очистки и травления материалов. М.: Энергоатомиздат. 1987), получение металлического нанопористого фильтра 15, армированного металлической микропористой структурой 11, т.е. цельнометаллического нанопористого фильтра.To - the removal of the polymer nanoporous filter 9 in a known manner (Danilin BS, Kireev V.Yu. Application of low-temperature plasma for cleaning and etching of materials. M .: Energoatomizdat. 1987), obtaining a metal nanoporous filter 15 reinforced with a metal microporous structure 11, those. all-metal nanoporous filter.

Цельнометаллический мембранный фильтр изготовляют предлагаемым способом с применением известных операций технологии микроэлектроники (например, Технология СБИС. В 2 кн. Пер. с англ. Под ред. С.Зи. М.: Мир. 2006) и ЛИГА-технологии (например, L.Singleton, J. of Photopolimer Sci. and Tech., V.16, N3 (2003), 413-422).An all-metal membrane filter is manufactured by the proposed method using well-known operations of microelectronics technology (for example, VLSI technology. In 2 books. Transl. From English. Edited by S.Z. M .: Mir. 2006) and LIGA technologies (for example, L. Singleton, J. of Photopolimer Sci. And Tech., V.16, N3 (2003), 413-422).

А - на кремниевую пластину 13 наносят известным способом пленку металла 14;A - on a silicon wafer 13 a metal film 14 is applied in a known manner;

Б - на пленку металла 14 наносят известным способом слой фоторезиста 17;B - a layer of photoresist 17 is applied to a metal film 14 in a known manner;

В - экспонируют фоторезист через фотошаблон структуры микропор (не показан), получают скрытое изображение микропор 18;In - expose the photoresist through the photomask structure of micropores (not shown), get a latent image of micropores 18;

Г - проявляют скрытое изображение микропор 18 и получают маску для электроосаждения 19;G - show a latent image of micropores 18 and get a mask for electrodeposition 19;

Д - проводят электроосаждение через маску 19 известным способом и получают армирующую металлическую микропористую структуру 11;D - conduct electrodeposition through the mask 19 in a known manner and get a reinforcing metal microporous structure 11;

Е - удаляют известным способом фоторезист 18 из микропор армирующей металлической микропористой структуры 11 и кремниевую пластину 13, получают очищенную металлическую микропористую (микропоры закрыты металлической пленкой 14) армирующую структуру 11;E - remove the photoresist 18 from micropores of a reinforcing metal microporous structure 11 and a silicon wafer 13 in a known manner, obtain a purified metal microporous (micropores are covered by a metal film 14) reinforcing structure 11;

Ж - на освободившуюся после удаления кремниевой пластины 13 поверхность металлической пленки 14 наносят известным способом полимерную пленку 1;G - on the surface of the metal film 14 released after removal of the silicon wafer 13, the polymer film 1 is applied in a known manner;

З - по пленке 1 проводят решеточную интерференционную литографию предлагаемым способом, получают нанопористый фильтр из полимерной пленки 9 с нанопорами 10;C - on the film 1 conduct lattice interference lithography of the proposed method, get a nanoporous filter from a polymer film 9 with nanopores 10;

И - проводят травление известным способом металлической пленки 14 через нанопористый полимерный фильтр 9 в качестве маски, получают металлический нанопористый фильтр 15 с нанопорами 16 (примечание: поскольку химическим травлением металлической пленки нельзя получить поры с аспектным отношением более 5, при минимальной толщине металлической пленки 14 в 30÷100 нм, минимальный достижимый размер пор 16 в металлическом нанопористом фильтре 15 составляет 6÷20 нм в зависимости от толщины металлической пленки 14. Для получения нанопор с размером порядка 1 нм толщина металлической пленки должна быть менее 5 нм). Полученную структуру уже можно применять в качестве нанопористого фильтра в соответствии с условиями эксплуатации. Но можно проделать операциюAnd - etching of the metal film 14 through a nanoporous polymer filter 9 as a mask is carried out in a known manner, a metal nanoporous filter 15 with nanopores 16 is obtained (note: since chemical etching of a metal film cannot produce pores with an aspect ratio of more than 5, with a minimum thickness of the metal film 14 in 30 ÷ 100 nm, the minimum achievable pore size 16 in the metal nanoporous filter 15 is 6 ÷ 20 nm depending on the thickness of the metal film 14. To obtain nanopores with a size of the order of 1 nm metal film thickness should be less than 5 nm). The resulting structure can already be used as a nanoporous filter in accordance with operating conditions. But you can do the operation

К - полимерный нанопористый фильтр 9 известным способом удаляют с поверхности металлического нанопористого фильтра 15 и получают армированный цельнометаллический нанопористый фильтр, состоящий из металлического нанопористого фильтра 15, закрепленного на металлической микропористой армирующей структуре 11. Получение металлического нанопористого фильтра описанным способом приводит к дополнительным техническим результатам: цельнометаллические нанопористые фильтры, изготовленные из указанных благородных или химически стойких металлов, отличаются химической, термической, радиационной стойкостью и биохимической инертностью, они гибки в отличие от описанных выше нанопористых фильтров, например, на кремниевой армирующей структуре, что позволяет формировать из них, например, патронные фильтры, позволяя уменьшить габаритные размеры конечного изделия, что актуально в случае применения в медицине. Дополнительным техническим результатом также является возможность использования описанных металлических нанопористых фильтров в качестве отсекающих длинноволновую часть спектра мягкого рентгеновского и жесткого ультрафиолетового излучения с хорошей, благодаря большой пористости, пропускаемостью коротковолновой части спектра этих излучений.K is a polymer nanoporous filter 9 in a known manner removed from the surface of a metal nanoporous filter 15 and get a reinforced all-metal nanoporous filter, consisting of a metal nanoporous filter 15, mounted on a metal microporous reinforcing structure 11. Obtaining a metal nanoporous filter by the described method leads to additional technical results: all-metal nanoporous filters made from these noble or chemically resistant metal c, are distinguished by chemical, thermal, radiation resistance and biochemical inertness, they are flexible in contrast to the nanoporous filters described above, for example, on a silicon reinforcing structure, which makes it possible to form, for example, cartridge filters, allowing to reduce the overall dimensions of the final product, which is relevant in case of use in medicine. An additional technical result is the possibility of using the described metal nanoporous filters as cutoffs of the long-wavelength part of the spectrum of soft x-ray and hard ultraviolet radiation with good, due to the large porosity, transmittance of the short-wavelength part of the spectrum of these radiation.

В этом варианте реализации возможно применение и других, кроме перечисленных, металлов, если их физико-химические свойства соответствуют конкретным условиям эксплуатации.In this embodiment, it is possible to use other metals other than those listed if their physicochemical properties correspond to specific operating conditions.

Реализация предлагаемого способа изготовления мембранного фильтра иллюстрируется следующими примерами.The implementation of the proposed method of manufacturing a membrane filter is illustrated by the following examples.

Пример 1 изготовления мембранного фильтра из полимерных пленок толщиной 5 мкм (имеются в продаже полиэтилентерефталатная, полиимидная, поликарбонатная от 1 мкм, например, http://www.elec.ru/market/offer-172195847.html) с круглыми порами диаметром около 30 нм.Example 1 of the manufacture of a membrane filter from polymer films with a thickness of 5 μm (commercially available polyethylene terephthalate, polyimide, polycarbonate from 1 μm, for example, http://www.elec.ru/market/offer-172195847.html) with round pores with a diameter of about 30 nm

Заданные условия:Preset conditions:

Пары решеток 3 и 4 на фиг.1 с одинаковым периодом Р=60 нм, излучение ондулятора λ=13.5 нм, максимальная плотность потока излучения W0=150 мВт/см2, толщина пленок h0=5 мкм, интерференция 1-го порядка, давление в камере водорода 1 Па, габариты интерференционной картины 5 (фиг.1) - 5×5 мм.Pairs of gratings 3 and 4 in FIG. 1 with the same period P = 60 nm, undulator radiation λ = 13.5 nm, maximum radiation flux density W0 = 150 mW / cm 2 , film thickness h0 = 5 μm, first-order interference, pressure in a hydrogen chamber 1 Pa, the dimensions of the interference pattern 5 (Fig. 1) are 5 × 5 mm.

Для указанных пар решеток период интерференционной картины при интерференции первого порядка по формуле (5):For the indicated pairs of gratings, the period of the interference pattern upon first-order interference according to formula (5):

Figure 00000022
Figure 00000022

В таблице 1 представлены значения следующих переменных и параметров процесса:Table 1 shows the values of the following variables and process parameters:

R(W0) - скорость фототравления полимерной пленки при максимальной плотности потока, определяемая по графику на фиг.7, нм/с,R (W0) is the photo-etching rate of the polymer film at the maximum flux density, determined by the schedule in Fig. 7, nm / s,

t0 - время протравливания (с) полимерной пленки толщиной h0 при максимальной скорости фототравления, определяемое делением толщины пленки h0 на скорость фототравления R(W0),t0 is the etching time (s) of the polymer film with a thickness h0 at the maximum photo etching rate, determined by dividing the film thickness h0 by the photo etching rate R (W0),

t - абсолютное время фототравления, с, t>t0t is the absolute time of photoetching, s, t> t0

и конечные результаты:and end results:

rQ/r0, отношение размера проходного отверстия поры к параметру интерференционной картины, определяемое по t/t0 по графику на фиг.9,rQ / r0, the ratio of the size of the pore through hole to the interference pattern parameter, determined by t / t0 according to the graph in FIG. 9,

rQ - размер проходного отверстия поры, нм, определяют из определенного выше отношения rQ/r0,rQ is the size of the pore through hole, nm, is determined from the ratio rQ / r0 defined above,

Q - пористость мембранного фильтра, определяемая по графику на фиг.10 по определенному выше отношению rQ/r0.Q is the porosity of the membrane filter, determined according to the graph in figure 10 according to the ratio rQ / r0 defined above.

Figure 00000023
Figure 00000023

Нетрудно видеть из таблицы 1, что, выбирая надлежащим образом относительное время фототравления t/t0, при заданных плотности потока излучения W0 и периоде пар дифракционных решеток Р можно получить проходные размеры пор rQ (от 7 до 19 нм - изменение в 2.7 раза) и пористость от 0.07 до 0.62 (изменение в 8 раз) мембранного фильтра.It is easy to see from Table 1 that, by choosing the relative photo-etching time t / t0 appropriately, for given radiation flux density W0 and the period of the pairs of diffraction gratings P, we can obtain the passage pore sizes rQ (from 7 to 19 nm - a change of 2.7 times) and porosity from 0.07 to 0.62 (8-fold change) of the membrane filter.

Масштабируемость размера пор rQ по периоду пар дифракционных решеток Р, толщине пленки h0, скорости фототравления пленки R(W0), по максимальной плотности потока излучения W0 и по порядку интерференции очевидна из формулы 5 и таблицы 1. Полимерную пленку закрепляют на столике установки совмещения и мультиплицирования, помещают в фокус системы решеточной интерференционной литографии в камере, заполненной водородом, выбирают, исходя из желаемой или пористости Q или размера проходного отверстия пор rQ мембранного фильтра, время экспонирования t из таблицы 1 и запускают процесс экспонирования.The scalability of the pore size rQ over the period of diffraction grating pairs P, film thickness h0, film etching rate R (W0), maximum radiation flux density W0, and interference order is evident from formula 5 and table 1. The polymer film is fixed on the registration and multiplication unit table , placed in the focus of the lattice interference lithography system in a chamber filled with hydrogen, choose based on the desired porosity or porosity Q or pore size rQ of the membrane filter pore rQ, exposure time t from table 1 and start the exposure process.

Пример 2. Изготовление мембранного фильтра из полимерных пленок толщиной h0=5 мкм с эллиптическими порами с отношением осей 1:2Example 2. The manufacture of a membrane filter from polymer films with a thickness h0 = 5 μm with elliptical pores with an axis ratio of 1: 2

Условия выполнения решеточной интерференционной литографии: пары решеток 3 и 4 на фиг.1 с периодами 60 и 30 нм, излучение ондулятора λ=13.5 нм, максимальная плотность потока излучения W0=150 мВт/см2, толщина пленок h0=5 мкм, интерференция 1-го порядка, давление в камере водорода 1 Па, габариты интерференционной картины 5 (фиг.1) - 5×5 мм.The conditions for performing lattice interference lithography: pairs of gratings 3 and 4 in Fig. 1 with periods of 60 and 30 nm, undulator radiation λ = 13.5 nm, maximum radiation flux density W0 = 150 mW / cm 2 , film thickness h0 = 5 μm, interference 1 -th order, the pressure in the hydrogen chamber is 1 Pa, the dimensions of the interference pattern 5 (Fig. 1) are 5 × 5 mm.

Параметр 2r0 интерференционной картины в этом случае по формуле (13):The parameter 2r0 of the interference pattern in this case according to formula (13):

Figure 00000024
,
Figure 00000024
,

Figure 00000025
,
Figure 00000025
,

r0=16.8. Тогда в таблице 2 изменяется по сравнению с таблицей 1 только одна переменная - rQ, и добавляются полуоси эллиптического проходного отверстия поры aQ и bQ (см. фиг.12).r0 = 16.8. Then, in table 2, only one variable, rQ, is changed compared to table 1, and the semiaxes of the elliptical pore aQ and bQ are added (see Fig. 12).

Figure 00000026
Figure 00000026

полуоси же эллиптического проходного отверстия по формуле (16):the semiaxes of the elliptical passage hole according to the formula (16):

Figure 00000027
,
Figure 00000027
,

или после подстановки конкретных значений РХ и PYor after substitution of specific values of PX and PY

aQ·bQ=0.8·(rQ)2.aQ bQ = 0.8 (rQ) 2 .

По вычисленному rQ и соотношению полуосей проходного отверстия поры aQ=2bQ вычисляют величины полуосей.Using the calculated rQ and the ratio of the semiaxes of the bore aQ = 2bQ, the values of the semiaxes are calculated.

Как и в случае круглых пор, очевидна масштабируемость размера пор по толщине пленки, плотности потока излучения, скорости фототравления, периодам дифракционных решеток и порядку интерференции.As in the case of round pores, the scalability of the pore size over the film thickness, radiation flux density, photo-etching rate, periods of diffraction gratings, and the order of interference is obvious.

Пленку обрабатывают так же, как в примере 1.The film is processed in the same way as in example 1.

Пример 3а. Изготовление мембранного фильтра из полимерных материалов, армированного кремниевой микропористой структурой.Example 3a The manufacture of a membrane filter from polymeric materials reinforced with a silicon microporous structure.

Условия решеточной интерференционной литографии: толщина полимерной пленки h0=50 нм, периоды пар дифракционных решеток одинаковы и равны 20 нм, интерференция первого порядка, максимальная плотность потока излучения W0=250 мВт/см2, длина волны 13.5 нм, давление водорода 1.2 Па.The conditions of lattice interference lithography: the thickness of the polymer film is h0 = 50 nm, the periods of the pairs of diffraction gratings are the same and equal to 20 nm, the first-order interference, the maximum radiation flux density is W0 = 250 mW / cm 2 , the wavelength is 13.5 nm, the hydrogen pressure is 1.2 Pa.

По формуле (5) параметр интерференционной картины 2r0=14.3 нм (r0=7.1 нм).According to formula (5), the interference pattern parameter is 2r0 = 14.3 nm (r0 = 7.1 nm).

В таблице 3 представлены переменные и параметры процесса, аналогичные примеру 1, но для данных условий, и дополнительно результирующая пористость армированного фильтра Q".Table 3 presents the variables and process parameters similar to example 1, but for these conditions, and additionally the resulting porosity of the reinforced filter Q ".

Figure 00000028
Figure 00000028

Технологическая схема изготовления мембранного фильтра из полимерной пленки, армированного кремниевой микропористой структурой, приведена на фиг.13, а пояснения к ней выше. Подготовленную известными способами полимерную пленку 1 на армирующей кремниевой структуре 11 (после операции В) с квадратными (сторона квадрата 50 мкм, толщина стенки между микропорами 10 мкм) микропорами 12 (пористость этой армирующей микропористой структуры Q' 0.7) помещают на столике установки совмещения и мультиплицирования, помещают в фокус системы решеточной интерференционной литографии в камере, заполненной водородом, выбирают, исходя из желаемой или пористости или размера пор мембранного фильтра, время экспонирования t из таблицы 3a и запускают процесс экспонирования. Очевидно, что результирующая пористость нанопористого фильтра 9, армированного кремниевой структурой 11, равна произведению пористости нанопористого мембранного фильтра 9 на пористость Q' армирующей структуры 11: Q"=Q×Q' и приведена в таблице 3.The technological scheme of manufacturing a membrane filter from a polymer film reinforced with a silicon microporous structure is shown in Fig. 13, and the explanations for it above. A polymer film 1 prepared by known methods on a reinforcing silicon structure 11 (after step B) with square (side of a square 50 μm, wall thickness between micropores 10 μm) micropores 12 (porosity of this reinforcing microporous structure Q 0.7 0.7) is placed on a combination and multiplication unit placed in the focus of the lattice interference lithography system in a chamber filled with hydrogen, choose, based on the desired or porosity or pore size of the membrane filter, the exposure time t from table 3a and start the exposure process. Obviously, the resulting porosity of the nanoporous filter 9 reinforced with a silicon structure 11 is equal to the product of the porosity of the nanoporous membrane filter 9 by the porosity Q 'of the reinforcing structure 11: Q "= Q × Q' and are shown in table 3.

Здесь уместно оценить достигаемый технический результат по сравнению с прототипом. Производительность мембранного фильтра (скорость фильтрации на единицу площади фильтра при определенном перепаде давления) в общем случае пропорциональна его пористости и обратно пропорциональна толщине мембраны. Из таблицы 3 видно, что предлагаемым способом можно получить пористость примерно в 6 раз больше, чем в известном способе (0.43/0.07=6) при толщине мембраны меньше в 200 раз (10000 нм/50 нм=200). Таким образом, производительность больше в 6×200=1200 раз. Это позволяет уменьшить соответственно общую площадь мембранного фильтра, что особенно важно для медицинских применений, в частности для гемодиализа.It is appropriate to evaluate the achieved technical result in comparison with the prototype. The performance of the membrane filter (filtration rate per unit area of the filter at a certain pressure drop) is generally proportional to its porosity and inversely proportional to the thickness of the membrane. From table 3 it is seen that the proposed method can be obtained porosity of about 6 times more than in the known method (0.43 / 0.07 = 6) with a membrane thickness less than 200 times (10000 nm / 50 nm = 200). Thus, productivity is more than 6 × 200 = 1200 times. This allows a corresponding reduction in the total area of the membrane filter, which is especially important for medical applications, in particular for hemodialysis.

Пример 3б. То же, что в примере 3а, кроме того, что используют интерференцию 2-го порядка, откуда W0=125 мВт/см2, а параметр интерференционной картины по формуле (6) 2r0=7.1 нм (r0=3.5 нм)Example 3b The same as in example 3a, except that they use second-order interference, whence W0 = 125 mW / cm 2 , and the interference pattern parameter according to formula (6) is 2r0 = 7.1 nm (r0 = 3.5 nm)

Figure 00000029
Figure 00000029

Из приведенных примеров (таблицы 1-3б) можно видеть, что технический результат (размер поры и пористость мембранного фильтра) определяется:From the above examples (tables 1-3b), it can be seen that the technical result (pore size and porosity of the membrane filter) is determined:

1) заданными условиями: максимальной плотностью потока излучения W0, имеющегося источника, материалом пленки, определяющим скорость фототравления R(W0), толщиной пленки h0, определяющей время протравливания t0;1) given conditions: the maximum radiation flux density W0 of the available source, the film material that determines the photo-etching rate R (W0), the film thickness h0, which determines the etching time t0;

2) операционными переменными, задаваемыми оператором для получения определенных значений размера пор rQ и пористости Q: абсолютным временем фототравления t и периодами РХ, PY пар дифракционных решеток, определяющих параметр r0 интерференционной картины 5 и порядком интерференции;2) operational variables set by the operator to obtain certain values of pore size rQ and porosity Q: absolute photo-etching time t and periods PX, PY of pairs of diffraction gratings that determine the parameter r0 of interference pattern 5 and the order of interference;

3) связью заданных условий, операционных переменных и размера пор rQ, определяемой системой жестко связанных между собой безразмерных и независимых от заданных условий и операционных переменных параметров: t/t0, rQ/r0, Q. Применяемое параметрическое описание процесса продуктивно для изготовления фильтра с заданными пористостью Q и размером поры rQ, пример которого приводится в следующем примере.3) the relationship of the given conditions, operational variables, and pore size rQ, determined by a system of rigidly interconnected dimensionless and independent of the given conditions and operational variable parameters: t / t0, rQ / r0, Q. The applied parametric description of the process is productive for manufacturing a filter with given porosity Q and pore size rQ, an example of which is given in the following example.

Пример 4. Требуется изготовить мембранный фильтр, армированный кремниевой микропористой структурой, как в примере 3б, из пленки полиэтилентерефталата (ПЭТФ) толщиной h0=100 нм, плотность потока излучения W0=125 мВт/см2, интерференция 2-го порядка, скорость травления (по графику фиг.7) R(W0)=31 нм/с.Example 4. It is required to fabricate a membrane filter reinforced with a silicon microporous structure, as in example 3b, from a film of polyethylene terephthalate (PET) with a thickness h0 = 100 nm, a radiation flux density of W0 = 125 mW / cm 2 , second-order interference, etching rate ( according to the graph of Fig. 7) R (W0) = 31 nm / s.

Требуемый проходной размер пор rQ=5 нм, пористость 0.51.The required passage pore size rQ = 5 nm, porosity 0.51.

Определим t0=h0/R(W0)=3.22 с, из любой таблицы 1-3б для пористости 0.51 - t/t0=1.5, откуда время экспозиции t=1.5×3.22=4.83 с, a rQ/r0=0.8, откуда r0=rQ/0.8=5/0.8=6.25 нм.We define t0 = h0 / R (W0) = 3.22 s, from any table 1-3b for porosity 0.51 - t / t0 = 1.5, whence the exposure time t = 1.5 × 3.22 = 4.83 s, and rQ / r0 = 0.8, whence r0 = rQ / 0.8 = 5 / 0.8 = 6.25 nm.

Из формулы (6)From the formula (6)

Figure 00000030
,
Figure 00000030
,

Р=35 нм. Таким образом, для изготовления указанного фильтра в систему четырехпучковой решеточной интерференционной литографии устанавливают пары дифракционных решеток 3 и 4 (фиг.1) с периодами PX=PY=35 нм, помещают полимерную пленку 1, подготовленную, как в примере 3a, в камере, заполненной водородом в фокусе системы решеточной интерференционной литографии, и экспонируют 4.83 с.P = 35 nm. Thus, for the manufacture of this filter, pairs of diffraction gratings 3 and 4 (Fig. 1) with periods PX = PY = 35 nm are installed in a four-beam grating interference lithography system, and a polymer film 1 prepared as in Example 3a is placed in a chamber filled hydrogen in the focus of the lattice interference lithography system, and exhibit 4.83 s.

Пример 5. Оценка минимального достижимого предлагаемым способом размера проходного отверстия пор мембранного фильтра.Example 5. Evaluation of the minimum achievable by the proposed method the size of the through hole of the pores of the membrane filter.

Из того ограничения ондуляторного излучения, что когерентность может быть получена лишь при λ>5 нм, следует, что допустимый минимальный период дифракционных решеток 2.5 нм. Такие решетки можно изготовить по технологической схеме, например, аналогичной схеме на фиг.14, применяя последовательно дифракционные решетки с большими периодами (см. выше, фиг.2). Для этого можно взять, например, решетки с периодом 20 нм и при помощи двухпучковой решеточной интерференционной литографии с интерференцией 2-го порядка получить линейную интерференционную картину (см. фиг.2) с периодом по формуле (4) Р=20/4=5 нм, используя излучение, например, 13.5 нм. Затем, используя эти решетки в 2-пучковой решеточной литографии 1-го порядка с излучением λ<10 нм по формуле (3), можно получить искомую дифракционную решетку с периодом 2.5 нм. Следует только иметь в виду, что из-за ограничений способа химического травления по «аспектному отношению» (см. выше) толщина металлического слоя для получения такой решетки должна быть не более порядка 10 нм.From the restriction of undulator radiation that coherence can be obtained only at λ> 5 nm, it follows that the allowable minimum period of diffraction gratings is 2.5 nm. Such gratings can be manufactured according to a technological scheme, for example, a similar scheme in Fig. 14, using successively diffraction gratings with large periods (see above, Fig. 2). To do this, you can take, for example, gratings with a period of 20 nm and using a two-beam grating interference lithography with second-order interference to obtain a linear interference pattern (see figure 2) with a period according to formula (4) P = 20/4 = 5 nm using radiation, for example, 13.5 nm. Then, using these gratings in 1st-order 2-beam grating lithography with radiation λ <10 nm using formula (3), we can obtain the desired diffraction grating with a period of 2.5 nm. It should only be kept in mind that due to the limitations of the chemical etching method in terms of the “aspect ratio” (see above), the thickness of the metal layer to obtain such a lattice should be no more than about 10 nm.

Параметр интерференционной картины для интерференции (λ=5 нм) на таких решетках 2-го порядка будет r0=0.45 нм. Возьмем значения параметров t/t0, rQ/r0, Q из любой таблицы 1-3б:The interference pattern parameter for interference (λ = 5 nm) on such second-order gratings will be r0 = 0.45 nm. We take the values of the parameters t / t0, rQ / r0, Q from any table 1-3b:

Таблица 4Table 4 Минимальные достижимые предлагаемым способом размеры проходного отверстия пор rQ мембранного фильтраThe minimum achievable by the proposed method, the size of the through hole pore rQ of the membrane filter t/t0t / t0 rQ/r0rQ / r0 rQ, нмrQ, nm QQ 1.11.1 0.330.33 0.150.15 0.070.07 1.21.2 0.570.57 0.260.26 0.270.27 1.31.3 0.680.68 0.310.31 0.360.36 1.4.1.4. 0.750.75 0.340.34 0.440.44 1.51.5 0.800.80 0.360.36 0.510.51 2.02.0 0.900.90 0.40.4 0.620.62

Таким образом, заявляемую пористость от 0.07 до 0.6 в пределе, определяемом условием когерентности излучения только при λ>5 нм, можно получить при диаметре проходных отверстий (2rQ) пор от 0.3 до 0.8 нм. Однако при диаметре проходного отверстия поры, близком к 1 нм, следует предвидеть возникновение некоторых сложностей с транспортом молекул водорода в зону реакции и обратным потоком продуктов реакции, поскольку диаметр поры становится соизмеримым с диаметром молекул (например, Н2 0.22, H2O 0.3, CH4 0.33, NH3 0.25 нм). С учетом этого обстоятельства можно, по-видимому, принять условно за наименьший достижимый предлагаемым способом размер пор (2rQ) в 0.8 нм при пористости 0.62, а округленно 2rQ=1 нм и пористость Q=0.6. Вместе с тем, нужно заметить, что сам по себе минимальный достижимый размер проходного отверстия пор, без привязки к большой пористости, ограничений не имеет (см. график на фиг.10), где видно, что при значениях времени фототравления t, близких к времени протравливания пленки t0, можно получить как угодно малый размер проходного отверстия rQ, однако при малой пористости Q. В этом случае следует проводить процесс при параметрах интерференционной картины 2r0>1 нм, чтобы избежать упомянутых возможных осложнений с транспортом молекул водорода в зону реакции (см. фиг.8).Thus, the declared porosity from 0.07 to 0.6 in the limit determined by the radiation coherence condition only at λ> 5 nm can be obtained with pore diameters (2rQ) of pores from 0.3 to 0.8 nm. However, when the pore opening diameter is close to 1 nm, some difficulties should be expected with the transport of hydrogen molecules into the reaction zone and the reverse flow of reaction products, since the pore diameter becomes comparable with the diameter of the molecules (for example, Н 2 0.22, H 2 O 0.3, CH 4 0.33, NH 3 0.25 nm). Given this circumstance, one can apparently take conditionally the smallest achievable by the proposed method pore size (2rQ) of 0.8 nm with a porosity of 0.62, and rounded 2rQ = 1 nm and a porosity of Q = 0.6. At the same time, it should be noted that the minimum achievable size of the pore openings per se, without reference to high porosity, has no limitations (see the graph in Fig. 10), where it can be seen that at photo etching times t close to time etching the film t0, one can obtain an arbitrarily small size of the passage hole rQ, however, at a low porosity Q. In this case, the process should be carried out with the interference pattern parameters 2r0> 1 nm in order to avoid the mentioned possible complications with the transport of hydrogen molecules into the stocks (see Fig. 8).

Пример 6. Изготовление мембранного фильтра из неорганических материалов, армированного кремниевой микропористой структурой.Example 6. The manufacture of a membrane filter from inorganic materials reinforced with a silicon microporous structure.

Требования к техническому результату: изготовить мембранный фильтр, армированный кремниевой микропористой структурой (см. фиг.14), из пленки или нитрида кремния, или карбида кремния, или карбида бора, или нитрида бора, или нитрида титана, или металла (например, или золота, или титана, или платины, или палладия, или циркония) толщиной 30 нм с круглыми порами диаметром 2rQ=7 нм и пористостью Q=0.6 (здесь -пористость собственно фильтра из неорганической пленки 15, без учета вклада в пористость армирующей структуры 11 на фиг.14).Requirements for the technical result: to make a membrane filter reinforced with a silicon microporous structure (see Fig. 14) from a film or silicon nitride or silicon carbide or boron carbide or boron nitride or titanium nitride or metal (for example, or gold or titanium, or platinum, or palladium, or zirconium) 30 nm thick with round pores with a diameter of 2rQ = 7 nm and porosity Q = 0.6 (here is the porosity of the filter itself from the inorganic film 15, without taking into account the contribution to the porosity of the reinforcing structure 11 in FIG. .fourteen).

Имеющиеся условия: плотность потока излучения W0=125 мВт/см2, интерференция 2-го порядка, длина волны излучения λ=13.5 нм, давление водорода 1 Па, материал для изготовления маски для химического травления - полиимид толщиной 100 нм (R(W0)=26 нм/с, время протравливания пленки t0=100/26=3.8 с). Габариты интерференционной картины (размер кадра) 5×5 мм.Available conditions: radiation flux density W0 = 125 mW / cm 2 , 2nd order interference, radiation wavelength λ = 13.5 nm, hydrogen pressure 1 Pa, material for the manufacture of a mask for chemical etching - polyimide 100 nm thick (R (W0) = 26 nm / s, the etching time of the film is t0 = 100/26 = 3.8 s). Dimensions of the interference pattern (frame size) 5 × 5 mm.

Определение операционных переменных - времени экспозиции t и периода дифракционных решеток Р.Determination of operational variables - exposure time t and period of diffraction gratings R.

Из любой таблицы 1-4 (можно, конечно, и из формул и графиков, как в примере 1) для пористости 0.6 определяют значения параметров t/t0=2, rQ/r0=0.9, и по ним необходимое время фототравления t=2t0=7.6 с, и необходимый параметр интерференционной картины r0=rQ/0.9=3.5/0.9=3.9 нм и по формуле (6) необходимый период дифракционных решеток Р=21.8 нм.From any table 1-4 (it is possible, of course, also from formulas and graphs, as in example 1) for the porosity 0.6, the values of the parameters t / t0 = 2, rQ / r0 = 0.9 are determined, and the necessary photo-etching time t = 2t0 = 7.6 s, and the necessary parameter of the interference pattern is r0 = rQ / 0.9 = 3.5 / 0.9 = 3.9 nm and, according to formula (6), the necessary period of diffraction gratings is P = 21.8 nm.

Ход изготовленияManufacturing progress

Технологическая схема изготовления мембранного фильтра из неорганической пленки, армированного кремниевой микропористой структурой, приведена на фиг.14, а ее описание выше. На пленку из одного из упомянутых неорганических материалов 14, армированную кремниевой микропористой структурой 11 в операциях А, Б, В (фиг.14), осуществленных известными способами, наносят известным способом (операция Д) пленку полиимида 1 толщиной 100 нм. Полученную композицию помещают на столик известной системы совмещения и мультиплицирования, в фокус системы решеточной интерференционной литографии с 2-мя парами дифракционных решеток 3 и 4 (фиг.1) с одинаковыми периодами Р=21.8 нм, в камере, заполненной водородом, устанавливают время экспозиции (кадра) t=7.6 с и проводят интерференционную литографию (Г), получая мембранный фильтр 9 с порами 10, имеющими проходное отверстие с размером 2rQ=7 нм и пористость Q=0.6, закрепленный на неорганической пленке 14. Затем проводят химическое травление пленки неорганического материала 14 известным способом (Е, фиг.14), используя мембранный фильтр 9 в качестве маски. В результате под порами 10 мембранного фильтра из полимерной пленки в неорганической пленке 14 протравливаются отверстия 16 с размером приблизительно в 2rQ=7 нм. Результирующая пористость фильтра, армированного кремниевой структурой 11, будет равна произведению пористости мембранного нанопористого фильтра 9 - Q=0.6 на пористость армирующей структуры (допустим такой же, как в примере 3а - Q'=0.7), т.е. Q"=0.42. После этого можно удалить мембранный фильтр-маску 9 известным способом с поверхности мембранного фильтра из неорганического материала 15, но можно, в случае целесообразности какого-то рода, оставить как есть - двухслойный мембранный фильтр.The flow chart of the manufacture of a membrane filter from an inorganic film reinforced with a silicon microporous structure is shown in Fig. 14, and its description above. On a film of one of the inorganic materials 14 reinforced with a silicon microporous structure 11 in operations A, B, C (Fig. 14) carried out by known methods, a polyimide 1 film 100 nm thick is applied in a known manner (operation D). The resulting composition is placed on the table of the well-known system of combining and multiplying, in the focus of the lattice interference lithography system with 2 pairs of diffraction gratings 3 and 4 (Fig. 1) with the same periods P = 21.8 nm, the exposure time is set in the chamber filled with hydrogen ( frame) t = 7.6 s and interference lithography (G) is performed, obtaining a membrane filter 9 with pores 10 having a through hole with a size of 2rQ = 7 nm and porosity Q = 0.6, mounted on an inorganic film 14. Then, the inorganic film is etched chemically -ethnic material 14 in a known manner (E, 14) using a membrane filter 9 as a mask. As a result, holes 16 with a size of approximately 2rQ = 7 nm are etched under the pores 10 of the membrane filter from the polymer film in the inorganic film 14. The resulting porosity of the filter reinforced by the silicon structure 11 will be equal to the product of the porosity of the membrane nanoporous filter 9 - Q = 0.6 by the porosity of the reinforcing structure (let's say the same as in example 3a - Q '= 0.7), i.e. Q "= 0.42. After this, you can remove the membrane filter mask 9 in a known manner from the surface of the membrane filter from inorganic material 15, but you can, if appropriate, of some kind, leave it as it is - a two-layer membrane filter.

При изготовлении мембранного фильтра из неорганического материала с размером проходного отверстия пор, приближающегося к предельному порядка 1-го нанометра, следует иметь в виду упоминавшееся выше ограничение «аспектного отношения» (не более 5) для процесса химического травления. Из этого ограничения следует необходимость наносить слой неорганического материала 14 экстремальной тонкости, например, для проходного отверстия пор в 1 нм, толщина этого слоя должна быть не более 5 нм. Такую толщину пленки неорганического материала 14 следует согласовать с размером микропор 12 армирующей микропористой структуры 11 для обеспечения достаточной прочности (см. формулу (18)) мембранного фильтра при заданном рабочем давлении, возможно, размер микропор потребуется уменьшить в соответствии с необходимостью вплоть до 1 мкм.In the manufacture of a membrane filter of inorganic material with a pore opening size approaching a limit of the order of 1 nanometer, one should bear in mind the above mentioned “aspect ratio” limitation (no more than 5) for the chemical etching process. From this limitation it follows the need to apply a layer of inorganic material 14 of extreme fineness, for example, for a pore through hole of 1 nm, the thickness of this layer should be no more than 5 nm. This film thickness of the inorganic material 14 should be coordinated with the size of the micropores 12 of the reinforcing microporous structure 11 to ensure sufficient strength (see formula (18)) of the membrane filter at a given working pressure, it may be necessary to reduce the size of the micropores up to 1 μm, if necessary.

Пример 7. Изготовление цельнометаллического мембранного фильтра.Example 7. The manufacture of all-metal membrane filter.

Требования к техническому результату: изготовить мембранный фильтр из, например, или золота, или титана, или платины, или палладия, или циркония, или их сплавов, в том числе с другими металлами, толщиной 30 нм, армированной микропористой структурой 11 (см. фиг.15) из того же металла. Поры диаметром 2rQ=7 нм, пористость Q=0.6 (здесь пористость собственно фильтра из металлической пленки 15, названного нами выше «нанопористым мембранным фильтром», без учета вклада в пористость армирующей структуры 11 на фиг.15).Requirements for the technical result: to make a membrane filter from, for example, either gold, or titanium, or platinum, or palladium, or zirconium, or their alloys, including with other metals, 30 nm thick, reinforced with microporous structure 11 (see Fig. .15) of the same metal. Pores with a diameter of 2rQ = 7 nm, porosity Q = 0.6 (here, the porosity of the filter itself from the metal film 15, which we called the "nanoporous membrane filter", without taking into account the contribution to the porosity of the reinforcing structure 11 in Fig. 15).

Имеющиеся условия: максимальная плотность потока излучения W0=125 мВт/см2, интерференция 2-го порядка, длина волны излучения λ=13.5 нм, давление водорода 1 Па, материал для изготовления маски для химического травления - полииимид толщиной h0=100 нм (скорость фототравления R(W0)=26 нм/с, время протравливания пленки t0=100/26=3.8 с). Габариты интерференционной картины 5 (размер кадра) 5×5 мм.Available conditions: maximum radiation flux density W0 = 125 mW / cm 2 , 2nd order interference, radiation wavelength λ = 13.5 nm, hydrogen pressure 1 Pa, material for the manufacture of a mask for chemical etching - polyimide with a thickness h0 = 100 nm (speed photo etching R (W0) = 26 nm / s, film etching time t0 = 100/26 = 3.8 s). Dimensions of interference pattern 5 (frame size) 5 × 5 mm.

Определение операционных переменных - времени экспозиции t и периода дифракционных решеток Р.Determination of operational variables - exposure time t and period of diffraction gratings R.

Из любой таблицы 1-4 (можно, конечно, и из формул и графиков, как в примере 1) для пористости Q=0.6 определяют значения параметров t/t0=1, rQ/r0=0.9, и по ним необходимое время фототравления t=2t0=7.6 с, и необходимый параметр интерференционной картины r0=rQ/0.9=3.5/0.9=3.9 нм и по формуле (6) необходимый период дифракционных решеток Р=21.8 нм.From any table 1-4 (it is possible, of course, also from formulas and graphs, as in example 1) for the porosity Q = 0.6, the values of the parameters t / t0 = 1, rQ / r0 = 0.9 are determined, and the necessary photo-etching time t = 2t0 = 7.6 s, and the necessary parameter of the interference pattern r0 = rQ / 0.9 = 3.5 / 0.9 = 3.9 nm and, according to formula (6), the necessary period of diffraction gratings is P = 21.8 nm.

Ход изготовления. Технологическая схема изготовления мембранного цельнометаллического фильтра приведена на фиг.15, а ее описание выше. На пленку из одного из вышеупомянутых металлов 14, армированную микропористой структурой 11 из того же металла, полученную известными способами (после операции Е на фиг.15), наносят известным способом пленку полиимида 1 толщиной h0=100 нм (операция Ж). Полученную композицию помещают на столик известной системы совмещения и мультиплицирования, в фокус системы решеточной интерференционной литографии с 2-мя парами дифракционных решеток 3 и 4 (фиг.1) с одинаковыми периодами Р=21.8 нм, в камере, заполненной водородом, устанавливают время экспозиции (кадра) t=7.6 с и проводят интерференционную литографию (операция З, фиг.15), получая мембранный нанопористый фильтр из полимерной пленки 9 с порами 10, имеющими проходное отверстие с размером 2rQ=7 нм и пористость Q=0.6, закрепленный на металлической пленке 14, армированной металлической микропористой структурой 11, затем проводят химическое травление металлической пленки 14 известным способом (операция И, фиг.15), используя мембранный нанопористый фильтр из полимерной пленки 9 в качестве маски. В результате под порами 10 мембранного нанопористого фильтра из полимерной пленки 9 в металлической пленке 14 протравливаются отверстия 16 с размером приблизительно в 2rQ=7 нм, формируя мембранный нанопористый фильтр из металлической пленки 15, армированный металлической микропористой структурой 11 из того же металла. Результирующая пористость цельнометаллического фильтра, армированного металлической структурой 11, будет равна произведению пористости мембранного нанопористого фильтра 15 - Q=0.6 на пористость армирующей структуры (допустим, такой же, как в примере 3а - Q'=0.7), т.е. Q"=0.42. После этого можно удалить мембранный нанопористый фильтр-маску 9 известным способом с поверхности мембранного нанопористого фильтра из металла 15, но можно, в случае целесообразности какого-то рода, оставить как есть - двухслойный мембранный фильтр.Production progress. The technological scheme of manufacturing a membrane all-metal filter is shown in Fig, and its description above. A film of one of the aforementioned metals 14, reinforced with a microporous structure 11 of the same metal, obtained by known methods (after step E in FIG. 15), is applied in a known manner to a polyimide 1 film of thickness h0 = 100 nm (step G). The resulting composition is placed on the table of the well-known system of combining and multiplying, in the focus of the grid interference lithography system with 2 pairs of diffraction gratings 3 and 4 (Fig. 1) with the same periods P = 21.8 nm, the exposure time is set in the chamber filled with hydrogen ( frame) t = 7.6 s and interference lithography is performed (operation 3, Fig. 15), obtaining a nanoporous membrane filter from a polymer film 9 with pores 10 having a through hole with a size of 2rQ = 7 nm and porosity Q = 0.6, mounted on a metal film 14 a with a reinforced metal microporous structure 11, then chemical etching of the metal film 14 is carried out in a known manner (step I, FIG. 15) using a membrane nanoporous filter from the polymer film 9 as a mask. As a result, holes 16 with a size of approximately 2rQ = 7 nm are etched under the pores 10 of the membrane nanoporous filter from the polymer film 9 in the metal film 14, forming a membrane nanoporous filter from the metal film 15 reinforced with a metal microporous structure 11 of the same metal. The resulting porosity of the all-metal filter reinforced with the metal structure 11 will be equal to the product of the porosity of the membrane nanoporous filter 15 - Q = 0.6 by the porosity of the reinforcing structure (suppose the same as in example 3a - Q '= 0.7), i.e. Q "= 0.42. After this, you can remove the membrane nanoporous filter mask 9 in a known manner from the surface of the membrane nanoporous filter of metal 15, but you can, if appropriate, of some kind, leave it as it is - a two-layer membrane filter.

Мы привели примеры получения мембранного фильтра большой пористости с порами наименьших размеров. Для получения предлагаемым способом мембранных фильтров с порами большего размера физических и технологических ограничений не имеется. Однако, по-видимому, целесообразно применять предлагаемый способ до размера проходного отверстия пор 2rQ в 300-500 нм ввиду того, что для больших размеров пор известен способ с применением шаблонной фотолитографии (Тимченко Н.А., 2004, Вакуумная ультрафиолетовая спектроскопия твердых тел на синхротроне «Сириус», а.реф. дисс. д.ф.м.н., Москва, МГУ, НИИ ядерной физики им. Д.В.Скобельцина), который представляется более простым. С другой стороны, описанные выше усилия по изготовлению мембранного фильтра предлагаемым способом могут быть оправданы для применения лишь в узких специфических областях, где существенно сочетание большой пористости и малого размера пор, а цена не имеет решающего значения. Это, например, гемодиализ (создание компактной искусственной почки) в медицине, где востребованы фильтры для эффективной нанофильтрации (1÷10 нм). Поэтому в настоящее время представляется, что изготовление предлагаемым способом мембранных фильтров именно этого диапазона размеров пор имеет наибольший практический интерес.We gave examples of the production of a membrane filter of large porosity with pores of the smallest size. There are no physical and technological limitations to obtain membrane filters with larger pores by the proposed method. However, it seems that it is advisable to apply the proposed method up to a 2rQ pore opening size of 300-500 nm due to the fact that for large pore sizes a method using template photolithography is known (Timchenko N.A., 2004, Vacuum ultraviolet spectroscopy of solids Synchrotron “Sirius”, A.D. diss. Dr. med. Sci., Moscow, Moscow State University, Scientific Research Institute of Nuclear Physics named after D.V.Skobeltsin), which seems more simple. On the other hand, the above-described efforts to manufacture a membrane filter by the proposed method can be justified for use only in narrow specific areas where a combination of large porosity and small pore size is essential, and the price is not critical. This, for example, hemodialysis (creating a compact artificial kidney) in medicine, where filters for effective nanofiltration (1 ÷ 10 nm) are in demand. Therefore, at present, it seems that the manufacture of the membrane filters of this particular range of pore sizes by the proposed method has the greatest practical interest.

Применяя предлагаемый способ получения мембранного фильтра с упорядоченной структурой пор, возможно получить дополнительный технический результат, состоящий в возможности формирования нанопористой структуры поверхности имплантатов в медицине. Известно (например, Kutty M.G., Bhaduri S., Bhaduri S.B. Gradient surface porosity in titanium dental implants: relation between processing parameters and microstructure. J Mater Sci Mater Med. 2004. Feb; 15 (2): 145-50; Norton M.R. Marginal bone levels at single tooth implants with a conical fixture design. The influence of surface macro- and microstructure. Clin Oral Implants Res. 1998. Apr; 9(2): 91-9; Picha G.J., Drake R.F. Pillared-surface microstructure and soft-tissue implants: effect of implant site and fixation. J Biomed Mater Res. 1996. Mar; 30(3): 305-12), что микро- и наноструктура поверхности имплантатов имеют важное значение для успешного процесса интеграции имплантата в соединительную или костную ткань.Using the proposed method for producing a membrane filter with an ordered pore structure, it is possible to obtain an additional technical result consisting in the possibility of forming a nanoporous surface structure of implants in medicine. Known (e.g., Kutty MG, Bhaduri S., Bhaduri SB Gradient surface porosity in titanium dental implants: relation between processing parameters and microstructure. J Mater Sci Mater Med. 2004. Feb; 15 (2): 145-50; Norton MR Marginal bone levels at single tooth implants with a conical fixture design. The influence of surface macro- and microstructure. Clin Oral Implants Res. 1998. Apr; 9 (2): 91-9; Picha GJ, Drake RF Pillared-surface microstructure and soft -tissue implants: effect of implant site and fixation. J Biomed Mater Res. 1996. Mar; 30 (3): 305-12) that the micro- and nanostructure of the implant surface are important for the successful integration of the implant into the connective or bone tissue .

Claims (13)

1. Способ изготовления мембранного фильтра с одинаковыми размерами и формой пор, включающий облучение полимерной пленки излучением, вызывающим локальную химическую деструкцию материала полимерной пленки, и травление продуктов деструкции материала облученных участков полимерной пленки, чем обеспечивается формирование пор в полимерной пленке, отличающийся тем,
что облучение полимерной пленки производят синхротронным излучением, структурно упорядоченным с помощью системы многолучевой решеточной интерференционной литографии, в камере, заполненной газообразным водородом, вступающим на облучаемых участках полимерной пленки в фотохимическую реакцию с материалом полимерной пленки с образованием летучих продуктов, удаляемых во время облучения.
1. A method of manufacturing a membrane filter with the same pore size and shape, comprising irradiating the polymer film with radiation causing local chemical degradation of the polymer film material, and etching the degradation products of the material of the irradiated sections of the polymer film, which ensures the formation of pores in the polymer film, characterized in
that the polymer film is irradiated by synchrotron radiation, structurally ordered using a multi-beam grating interference lithography system, in a chamber filled with gaseous hydrogen, which, in the irradiated sections of the polymer film, undergoes a photochemical reaction with the polymer film material to form volatile products that are removed during irradiation.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для облучения применяют синхротронное излучение с ондулятора в диапазоне длин волн от 5 до 100 нм.2. The method according to claim 1, characterized in that synchrotron radiation from the undulator is used for irradiation in the wavelength range from 5 to 100 nm. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что применяют излучение с длиной волны 13,5 нм.3. The method according to claim 2, characterized in that the use of radiation with a wavelength of 13.5 nm. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют давление водорода в камере от 0,5 до 2 Па.4. The method according to claim 1, characterized in that the hydrogen pressure in the chamber is used from 0.5 to 2 Pa. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют четырехлучевую систему решеточной интерференционной литографии или с одинаковым для получения круглых в поперечном сечении пор, или разным для получения эллиптических в поперечном сечении пор периодом пар дифракционных решеток.5. The method according to claim 1, characterized in that a four-beam system of interference lattice lithography is used either with the same pore for producing round pores in the cross section or different for producing a period of pairs of diffraction gratings elliptical in the pore cross section. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что мембранный фильтр с заданными размерами проходных отверстий пор и с заданной величиной пористости изготовляют, применяя пары дифракционных решеток с выбранными надлежащим образом периодами и надлежащее время экспозиции, при известном распределении по поверхности полимерной пленки плотности потока излучения после системы решеточной интерференционной литографии и определенной заранее зависимости скорости фототравления материала полимерной пленки от плотности потока излучения.6. The method according to claim 1, characterized in that the membrane filter with a given size of the passage openings of the pores and with a given value of porosity is produced using pairs of diffraction gratings with appropriate periods and an appropriate exposure time, with a known distribution of flux density over the surface of the polymer film radiation after a system of lattice interference lithography and a predetermined dependence of the photoetching rate of the polymer film material on the radiation flux density. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала полимерной пленки применяют или полиэтилентерефталат, или полиимид, или поликарбонат, или полисилоксан, или углерод.7. The method according to claim 1, characterized in that the material of the polymer film is either polyethylene terephthalate, or polyimide, or polycarbonate, or polysiloxane, or carbon. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в частном случае изготовления мембранного фильтра из полимерной пленки толщиной менее 100 нм последнюю наносят на поверхность кремниевой пластины толщиной от 50 до 100 мкм, с другой стороны которой затем шаблонной литографией и травлением кремния выполняют в ней сквозные до полимерной пленки отверстия с размером от 10 до 100 мкм, выбирая надлежащим образом размер этих отверстий для обеспечения прочности мембранного фильтра при заданном рабочем давлении фильтрации, и проводят по полимерной пленке решеточную интерференционную литографию.8. The method according to claim 1, characterized in that in the particular case of manufacturing a membrane filter from a polymer film with a thickness of less than 100 nm, the latter is applied to the surface of a silicon wafer with a thickness of 50 to 100 μm, on the other hand of which is then performed by template lithography and silicon etching in holes through to a polymer film with a size of 10 to 100 μm, appropriately selecting the size of these holes to ensure the strength of the membrane filter at a given working filter pressure, and conduct through the polymer film grating interference lithography. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в частном случае изготовления мембранного фильтра из пленки неорганического материала полимерную пленку толщиной менее 100 нм наносят на пленку неорганического материала толщиной менее 100 нм, нанесенную предварительно на поверхность кремниевой пластины толщиной от 50 до 100 мкм, с другой стороны которой шаблонной фотолитографией и травлением кремния выполняют в ней сквозные до пленки неорганического материала отверстия с размером от 10 до 100 мкм, выбирая надлежащим образом размер этих отверстий для обеспечения прочности мембранного фильтра из неорганического материала при заданном рабочем давлении фильтрации, по полимерной пленке проводят решеточную интерференционную литографию и через полученную таким образом маску химически протравливают в пленке неорганического материала поры.9. The method according to claim 1, characterized in that in the particular case of the manufacture of a membrane filter from a film of inorganic material, a polymer film of a thickness of less than 100 nm is applied to a film of inorganic material with a thickness of less than 100 nm, previously applied to the surface of a silicon wafer with a thickness of 50 to 100 μm on the other hand, by using template photolithography and etching of silicon, holes with a size from 10 to 100 μm are made through it to a film of inorganic material, appropriately choosing the size of these holes for echeniya strength of the membrane filter of an inorganic material at a predetermined working pressure filtration is carried out on the polymer film lattice interference lithography and through the thus obtained mask is chemically etched in the pores of the inorganic material film. 10. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что отверстия в кремниевой пластине выполняют или круглого, или прямоугольного поперечного сечения.10. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the holes in the silicon wafer perform either round or rectangular cross-section. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве упомянутого неорганического материала применяют или нитрид кремния, или карбид кремния, или нитрид бора, или карбид бора, или нитрид титана, или металлы - золото или платину, или палладий, или титан, или цирконий, или их сплавы, в том числе с другими металлами.11. The method according to claim 10, characterized in that either silicon nitride or silicon carbide or boron nitride or boron carbide or titanium nitride or metals such as gold or platinum or palladium or titanium are used as said inorganic material , or zirconium, or their alloys, including with other metals. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в частном случае изготовления цельнометаллического мембранного фильтра на кремниевую пластину наносят слой металла толщиной менее 100 нм, на этот слой металла наносят слой фоторезиста толщиной от 50 до 100 мкм, проводят по нему шаблонную фотолитографию с получением прямоугольных или круглых в поперечном сечении столбиков с поперечным размером от 10 до 100 мкм нерастворимого в проявителе фоторезиста, слой металла по освободившейся после проявления фоторезиста поверхности утолщают гальванопластикой до толщины от 1 до 10 мкм, удаляют столбики фоторезиста, удаляют кремниевую пластину, на освободившуюся после удаления кремниевой пластины поверхность слоя металла наносят полимерную пленку толщиной менее 100 нм, проводят по ней решеточную интерференционную литографию, и через полученную таким образом маску проводят химическое травление слоя металла для образования в нем пор.12. The method according to claim 1, characterized in that in the particular case of manufacturing an all-metal membrane filter, a metal layer with a thickness of less than 100 nm is applied to the silicon wafer, a photoresist layer from 50 to 100 μm thick is applied to this metal layer, and template photolithography is performed on it with by producing rectangular or round cross-sectional columns with a transverse size of 10 to 100 μm of a photoresist insoluble in the developer, the metal layer is thickened with electroplating on the surface that has become free after the development of the photoresist before splines from 1 to 10 μm, the photoresist columns are removed, the silicon wafer is removed, a polymer film with a thickness of less than 100 nm is applied to the surface of the metal layer that has freed up after removal of the silicon wafer, grating interference lithography is carried out through it, and the metal layer is chemically etched for the education in it then. 13. Способ по п.13, отличающийся тем, что в качестве металла применяют или золото, или платину, или палладий, или титан, или цирконий, или хром, или их сплавы, в том числе с другими металлами. 13. The method according to p. 13, characterized in that the metal used is either gold, or platinum, or palladium, or titanium, or zirconium, or chromium, or their alloys, including with other metals.
RU2010137779/05A 2010-09-10 2010-09-10 Method of producing membrane filter RU2446863C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010137779/05A RU2446863C1 (en) 2010-09-10 2010-09-10 Method of producing membrane filter
PCT/RU2011/000637 WO2012039645A2 (en) 2010-09-10 2011-08-24 Method for manufacturing a membrane filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010137779/05A RU2446863C1 (en) 2010-09-10 2010-09-10 Method of producing membrane filter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2446863C1 true RU2446863C1 (en) 2012-04-10

Family

ID=45874263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010137779/05A RU2446863C1 (en) 2010-09-10 2010-09-10 Method of producing membrane filter

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2446863C1 (en)
WO (1) WO2012039645A2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2621897C1 (en) * 2016-07-27 2017-06-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Method of manufacture of a hybrid proton-conducting membrane
RU2687921C1 (en) * 2018-05-03 2019-05-16 Закрытое Акционерное Общество "Владисарт" Filtering element for separation and concentration of liquid media
RU2753260C1 (en) * 2020-10-21 2021-08-12 Алексей Геннадьевич Липко Method for etching of fluoropolymer track membranes

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2873638C (en) * 2012-05-16 2021-08-24 Regents Of The University Of California Low resistance microfabricated filter

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2047334C1 (en) * 1992-08-27 1995-11-10 Научно-производственное предприятие "Восток" Microporous diaphragm and method of making same
EP1666129A1 (en) * 2003-08-07 2006-06-07 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Composite porous membrane and process for producing the same
RU2006104627A (en) * 2003-07-15 2006-09-10 Дэниел Генри ДЕНШЕМ (GB) MEASURING THE AMPLIFICATION REACTION OF POLYNUCLEOTIDES
EP1849510A1 (en) * 2006-04-26 2007-10-31 Acktar Ltd. Composite inorganic membrane for separation in fluid systems
RU2330049C1 (en) * 2007-05-28 2008-07-27 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" Photoactivated composition for silicon dioxide film etching
EP1972373A1 (en) * 2002-07-25 2008-09-24 Dai Nippon Insatsu Kabushiki Kaisha Production method of hydrogen production filter
RU2355466C2 (en) * 2003-07-11 2009-05-20 Н Ф Т Нанофильтертехник Гезелльшафт Мит Бешрэнктер Хафтунг Method of filtering element production and filtering element
RU84255U1 (en) * 2009-02-24 2009-07-10 Борис Яковлевич Басин RELIEF POROUS MEMBRANE (OPTIONS) AND MEMBRANE ELEMENTS FROM RELIEF POROUS MEMBRANE (OPTIONS)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2036204C1 (en) * 1992-10-30 1995-05-27 Научно-Производственное Объединение "Пластик" Method of preparing porous polyimide film

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2047334C1 (en) * 1992-08-27 1995-11-10 Научно-производственное предприятие "Восток" Microporous diaphragm and method of making same
EP1972373A1 (en) * 2002-07-25 2008-09-24 Dai Nippon Insatsu Kabushiki Kaisha Production method of hydrogen production filter
RU2355466C2 (en) * 2003-07-11 2009-05-20 Н Ф Т Нанофильтертехник Гезелльшафт Мит Бешрэнктер Хафтунг Method of filtering element production and filtering element
RU2006104627A (en) * 2003-07-15 2006-09-10 Дэниел Генри ДЕНШЕМ (GB) MEASURING THE AMPLIFICATION REACTION OF POLYNUCLEOTIDES
EP1666129A1 (en) * 2003-08-07 2006-06-07 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Composite porous membrane and process for producing the same
EP1849510A1 (en) * 2006-04-26 2007-10-31 Acktar Ltd. Composite inorganic membrane for separation in fluid systems
RU2330049C1 (en) * 2007-05-28 2008-07-27 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" Photoactivated composition for silicon dioxide film etching
RU84255U1 (en) * 2009-02-24 2009-07-10 Борис Яковлевич Басин RELIEF POROUS MEMBRANE (OPTIONS) AND MEMBRANE ELEMENTS FROM RELIEF POROUS MEMBRANE (OPTIONS)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БРОК Т. МЕМБРАННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ. - М.: Мир, 1987, с.9, 59-61. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2621897C1 (en) * 2016-07-27 2017-06-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Method of manufacture of a hybrid proton-conducting membrane
RU2687921C1 (en) * 2018-05-03 2019-05-16 Закрытое Акционерное Общество "Владисарт" Filtering element for separation and concentration of liquid media
RU2753260C1 (en) * 2020-10-21 2021-08-12 Алексей Геннадьевич Липко Method for etching of fluoropolymer track membranes

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012039645A3 (en) 2012-06-14
WO2012039645A2 (en) 2012-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Saha et al. Scalable submicrometer additive manufacturing
Karim et al. High-resolution and large-area nanoparticle arrays using EUV interference lithography
Chan et al. Photonic band-gap formation by optical-phase-mask lithography
US7704684B2 (en) Methods and devices for fabricating three-dimensional nanoscale structures
RU2446863C1 (en) Method of producing membrane filter
Choi et al. Multifunctional wafer-scale graphene membranes for fast ultrafiltration and high permeation gas separation
del Campo et al. SU-8: a photoresist for high-aspect-ratio and 3D submicron lithography
Dutt et al. Shape of nanopores in track-etched polycarbonate membranes
Grishina et al. Method for making a single-step etch mask for 3D monolithic nanostructures
CN103370654B (en) For printing the method and apparatus of high resolution 2 d periodic patterns
EP0783727A1 (en) Microstructures and methods for manufacturing microstructures
Kondo et al. Fabrication of three-dimensional periodic microstructures in photoresist SU-8 by phase-controlled holographic lithography
JP2017538974A (en) Materials, components and methods for use with extreme ultraviolet in lithography and other applications
Lin et al. Enhanced continuous liquid interface production with track-etched membrane
Ferrarese Lupi et al. Hierarchical order in dewetted block copolymer thin films on chemically patterned surfaces
Hu et al. Nano-fabrication with a flexible array of nano-apertures
US20220299685A1 (en) Fabrication of blazed diffractive optics by through-mask oxidation
Khonina et al. Grayscale Lithography and a Brief Introduction to Other Widely Used Lithographic Methods: A State-of-the-Art Review
Faisal et al. Influence of secondary effects in the fabrication of submicron resist structures using deep x-ray lithography
Mojarad et al. Patterning at 6.5 nm wavelength using interference lithography
Kazazis et al. Achromatic Talbot lithography with nano-ring masks for high-throughput periodic patterning
Ghoshal et al. Fabrication of Dimensional and Structural Controlled Open Pore, Mesoporous Silica Topographies on a Substrate
Ji Templated fabrication of periodic nanostructures based on laser interference lithography
Cabrini et al. 3D microstructures fabricated by partially opaque X-ray lithography masks
Harvey et al. Nanofabrication

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160911