KR100235805B1

KR100235805B1 - 제타 전위 측정 장치

Info

Publication number: KR100235805B1
Application number: KR1019970051124A
Authority: KR
Inventors: 히데미츠 아오키
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛본 덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-27
Publication date: 1999-12-15
Anticipated expiration: 2017-09-27
Also published as: GB2317706B; JPH10104188A; US6051124A; GB9720577D0; KR19980025179A; TW362150B; GB2317706A; JP2924815B2

Abstract

본 발명은 인가된 전기장으로 인해 기포를 발생하는 경향이 있는 용액의 제타전위를 정확하게 측정할 수 있는 제타전위 측정장치에 관한 것이다. 이 장치는 캐비티를 가진 셀 주재와 캐비티내에 위치된 양 및 음의 전극을 구비한다. 셀 부재는 또한 제1 및 제2기포 차단막을 양 및 음의 전극 근방에 수용하기 위한 제1 및 제2부분을 가진다. 각각의 제1 및 제2기포 차단막은 대응하는 전극 근방의 용액에서 발생된 기체를 차단하는 특성을 가진다. 각각의 제1 및 제2기포 차단막은 용액에 포함된 이온이 이들을 투과할 수 있도록 하는 다른 특성을 가진다. 사용 중, 제1 및 제2기포 차단막은 제1 및 제2부분에 각각 배치된다. 직류 전압이 양 및 음의 전극에 인가된다. 대전된 모니터 입자를 포함하는 용액이 셀 부재의 캐비티에 공급되어 저장된다.

Description

제타 전위 측정장치

제1도는 종래의 제타전위 측정장치의 셀 부재의 윤곽을 개략적으로 나타내는 개략 단면도.

제2도는 제1도에 도시된 종래의 셀 부재를 사용하는 제타전위 측정방법을 나타내는 개략사시도.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 제타전위 측정장치의 셀 부재의 개략 평면도.

제4도는 제3도의 IV-IV선을 따라 절취한 개략 단면도.

제5도는 제3도 및 제4도에서의 셀 부재가 합체된 본 발명의 제1실시예에 따른 제타전위 측정장치를 나타내는 개략단면도.

제6도는 제5도의 VI-VI 선을 따라 취한 개략단면도.

제7도는 제3도 내지 제6도에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 장치를 사용하는 제타전위측정에 의해 얻어지는 제타전위의 PH 의존성을 나타내는 그래프.

제8도는 테스트 샘플이 셀 부재의 저판으로서 사용되는 본 발명의 제2실시예에 따른 제타전위 측정장치의 개략단면도.

제9도는 제8도에 도시된 제2실시예에 따른 장치를 이용하는 이동도 측정장치에 의해 얻어진, 테스트 샘플로 부터 모니터 입자의 이동도의 거리 의존성을 개략적으로 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 캡 2 : 저판

5 : 양전극 6 : 음전극

10A : 막삽입 공간 11 : 캐비티

12A, 12B : 지지부재 14 : 셀 블록

17 : 리세스 32 ; 샘플판

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 제타 전위(zeta-potential) 측정장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 집적회로(IC)를 포함한 정밀 공업제품의 제조시에 세척액 또는 세정액의 성능을 감시하는데 적용할 수 있는 제타 전위(즉 동전기 전위) 측정장치에 관한 것이다.

최근에,정밀 공업제품 특히 IC의 기술에서 집적도가 크게 향상되었다. 상기 제품들의 제조공정에 더욱 높은 청정도를 연속적으로 제공하기 위하여, 세척액 및 세정액의 성능을 향상시킬 필요가 있다.

제타(ζ)전위, 즉 동전기 전위를 측정하면 반도체 기판을 위한 세척액 또는 세정액에 포함된 오염 입자가 기판에 퇴적하는 경향이 있는가 아닌가를 알 수 있다. 따라서, 제타 전위의 측정은 IC 제조기술에서 세척액 및 세정액의 성능 제어에 중요한 역할을 담당한다.

대체로, 입자는 전기적으로 중성상태에 있지 않고, 보통 양전하 또는 음전하를 띤다. 대전입자가 분산되어 있는 액체 전해물에 외부 전기장이 인가되면, 이들 입자는 전해물에서 입자의 전하의 부호(즉, 극성) 및 크기에 따라 이동한다. 용액내에 포함된 대전입자가 인가된 전기장에 의해 이동하는이러한 현상은 ＂전기 영동＂으로서 알려져 있다.

이동도를 감시하기 위한 모니터 입자 즉 대전입자가 용액으로 확산된 다음에 이들 모니터 입자의 이동도를 측정하면, 측정된 이동도로부터 ＂제타 전위＂를 산출해 낼 수 있다. 이 제타 전위는 모니터 입자의 최외각 층과 용액과의 사이에 발생한 전위(electric potential)로서 규정된다.

예를 들면, 폴리스티렌 라텍스(PSL)의 음전하 입자가 용액내에 분산되고 전기장이 용액에서 서로 떨어져 위치한 양극 및 음극을 가로질러 인가되면, 입자들은 양극을 향해 이동한다.

제1도는 종래의 제타 전위 측정 장치의 셀 부재의 외형을 도시하는 개략적인 단면도이다.

제1도에서, 석영으로 구성된 캡(51)은 역 U자형의 단면을 가진다. 캡(51)은 상부벽과 2개의 대향 측벽을 가진다. 상기 저부와 나머지 2측부는 개방된다. 석영으로 제조된 저판(52)은 캡(51)의 개방된 저부에 부착된다. 백금(Pt)으로 각각 제조되는 판형상의 양 및 음의 전극(55,56)은 캡(51)의 2개의 개방된 측부에 각각 부착된다. 그래서, 평행 육면체의 형상을 가지는 셀 부재의 캐비티(58)는 캡(51)과, 저판(52) 및, 양과 음의 전극(55,56)에 의하여 형성된다.

측정 또는 결정시에, PSL 입자와 같은 음으로 대전된 모니터 입자(54)가 현탁된 용액(53)은 셀 부재의 캐비티(58)에 위치되거나 저장된다. 그 다음, 적절한 직류 전압을 양극 및 음극(55 및 56)에 인가함으로써, 제1도에 화살표로 도시된 바와 같이 용액(53)에서 상기 모니터 입자(54)를 이동시킨다. 상기 움직이는 모니터 입자(54)의 이동도는 상기 상태에서 측정된다.

최근에는, 외부로 부터 용액(53)에 레이저 빔을 조사하고, 입자(54)의 이동도로부터 발생되는 레이저 도플러 효과(lazer Doppler effect)를 사용하여 이동도를 측정하는 것이 상기 모니터 입자(54)의 이동도를 측정하는 주요 방법이다.

특히, 제2도에 도시된 바와 같이, 셀 부재 외부에 위치된 레이저 빔원(101) 또는 레이저 발진기로 부터 방출되는 조사 레이저 빔(L1)은 캐비티(58)에서 용액(53)에 조사된다. 상기 조사 레이저 빔(L1)은 반사되는 레이저 빔 (L2)을 발생하기 위하여 모니터 입자(4)에 의하여 반사된다. 상기 반사된 레이저 빔(L2)은 셀 부재 외부에 위치된 광 검출기(102)에 의하여 검출된다.

상기 모니터 입자(54)가 전기 영동현상으로 인하여 용액(53)에서 이동하기 때문에, 주파수 차이가 조사된 레이저 빔(L1)과 반사된 레이저 빔(L2) 사이에 발생된다. 데이터 처리기(103)는 2개의 빔(L1 및 L2)사이에 주파수 차이를 사용하는 주파수 분석을 수행하고, 비트 주파수(veat frequency)는 빔(L1 및 L2)의 2개의 주파수를 혼합함으로써 발생된 다음, 상기 용액(53)의 모니터 입자(54)의 이동도는 비트 주파수로부터 측정된다. 또한, 상기 데이터 처리기(103)는 입자(54)의 측정된 이동도를 기초로하는 제타 전위를 계산한다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

제1도에 도시한 종래의 제타 전위 측정 장치에 있어서, 인가된 DC전압으로 인하여 양극(55)과 음극(56) 근처에서 용액(53)이 기포(57) 발생 경향을 가질 때, 용액(53)에 대한 제타 전위를 측정하기가 어려워진다. 이것은 용액(53)의 이동 모니터 입자(54)들이 제이저 빔(L1,L2)에 의하여 기포(57)로부터 식별되지 않기 때문이다.

특히 IC 제작 기술에서 반도체 기판을 세척 또는 세정하기 위해 사용되는 여러 가지 용액들은 과산화수소수(H₂O₂)를 포함한다. 따라서 이들 용액들 중 임의의 하나가 전기장으로 인가된다면, 양극(55) 및 음극(56) 근처에 많은 기포들이 발생할 것이다. 그 결과 세정 용액들 중 임의의 것, 예를 들어 암모니아 (NH3)와 과산화 수소수(H₂O₂)의 혼합 용액(APM), 염산(HCI)과 과산화 수소수의 혼합 용액(HPM), 황산(H₂SO₄)과 과산화 수소수의 혼합 용액(SPM), 플루오르산(HF)과 과산화 수소수의 혼합 용액(FPM)에 대하여 제타 전위를 측정하기가 어렵다.

[발명의 요약]

따라서 본 발명의 목적은 인가된 전기장으로 인하여 기포가 발생할 수 있는 용액의 제타 전위를 정확하게 측정하는 제타 전위 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 인가된 전기장으로 인하여 기포를 발생할 수 있는 용액의 세척 또는 세정 성능의 감시 할 수 있는 제타 전위 측정 장치를 제공하는 것이다.

명확하게 언급하지 않은 다른 목적들과 함께 상기 목적들은 이하의 설명을 통하여 이 분야의 숙련자에게는 명백해 질 것이다.

본 발명에 따른 제타 전위 측정 장치는 캐비티, 양극, 음극을 갖는 셀부재로 구성된다. 양극과 음극은 서로 이격되어 캐비티내에 위치한다.

셀부재는 양극 근처에서 제1기포 차단막을 수용하기 위한 제1부분을 가지며, 음극 근처에서 제2기포 차단막을 수용하기 위한 제2부분을 추가로 갖는다.

제1기포 차단막은 양극 근처에서 용액내에 발생된 기포가 음극을 향해 이동하는 것을 차단하는 특성을 갖는다. 제1기포 차단막은 용액내에 수용된 이온들이 제1 기포 차단막을 투과하게 되는 또 다른 특성을 갖는다.

유사하게 제2기포 차단막은 음극 근처에서 용액내에 발생된 기포가 양극을 향해 이동하는 것을 차단하는 특성을 갖는다. 제2기포 차단막은 용액내에 수용된 이온들이 제2기포 차단막을 투과하게 되는 또 다른 특성을 갖는다.

사용할 때에 제1 및 제2기포 차단막은 각각 제1 및 제2부분들이 배치된다. DC 전압은 양극 및 음극에 인가된다. 대전된 모니터 입자를 수용하는 용액은 셀부재의 캐비티내에 공급되어 저장된다.

본 발명에 따른 제타 전위 측정 장치에 있어서, 제1기포 차단막은 양극 근처에서 셀부재의 제1부분들에 배치되며 제2기포 차단막은 사용할 때(즉, 제타전위를 측정할 때)에 음극 근처에서 셀부재의 제2부분에 배치된다. 제1기포 차단막은 양극 근처에서 용액에 발생된 기포가 음극을 향해 이동하는 것을 차단하는 특성을 갖는다. 제2기포 차단막은 음극 근처에서 용액에 발생된 기포가 양극을 향해 이동하는 것을 차단하는 특성을 갖는다.

따라서, 용액 속의 기포는 셀 부재의 제1 및 제2부분 사이의 간섭 영역으로 들어가지 않는다. 이것은 기포가 간섭 영역 안에서 존재하지 않는다는 것을 의미한다.

한편 제1 및 제2의 기포 차단막 각각은 그것들 중 하나에 대응되는 것을 통과하도록 용액속에 함유된다. 따라서, 직류 전류를 인가하면 용액을 통해서 충분한 전류가 흐르게 되기 때문에 용액 속의 모니터 입자는 전기영동 현상으로 인하여 용액속에서 이동된다.

상기는 용액에 인가된 전기장으로 인해서 기포를 생성하는 경향이 있지만 제타 전위(zeta-potential)가 정확하게 측정될 수 있다.

그 결과, 제타 전위는 인가된 전기장으로 인하여 기포를 생성하는 경향이 있는 용액을 세정하거나 세척하는 성능을 모니터하는데 사용되는 장치를 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 셀 부재는 제1 및 제2부분에 인접한 외부에 용액 속의 기포를 방전시키기 위한 제1 및 제2구멍을 갖는다. 측정이나 측정이 기포에 의해 영향을 받는다면 더욱 어렵게 된다는 추가적인 장점이 있다.

본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에서, 제1 및 제2기포 차단막들의 각각은 이온-교환막 또는 여과지와 같은 투과성의 막으로 제조된다.

[발명의 구성 및 작용]

본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고로 하여 이하 후술된다.

[제1 실시예]

본 발명의 제1실시예에 따른 제타전위측정장치는 제1도 내지 제6도에 도시되어 있다. 상기 장치는 캡(1), 저판(2), 지지부재(13) 및 셀 블록(14)으로 구성되어 있다. 캡(1) 및 저판(2)은 셀 부재를 구비한다.

제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 캡(1)은 장방형 판의 형상이며 석영으로 제조된다. 캐비티(11)는 캡(1)의 중앙영역에서 형성된다. 여기에서 캐비티(11)는 장방형 평행 육면체 형상이다. 캐비티(11)는 상부벽과 4개의 측벽에 의해 규정된다. 캐비티(11)의 하부는 개방된다.

제3도 및 제4도의 좌측 및 우측위에 위치한 캐비티(11)의 양측벽에 있어서, 양전극(5)과 음전극(6)은 대응 측벽을 지나도록 부착된다. 전극(5,6)의 내부 단부는 캐비티(11)에 위치된다. 전극(5,6)의 외부 단부는 대응 측벽으로부터 돌출된다. 각 전극(5,6)은 백금(Pt)으로 제조된다.

제4도의 상부에 위치한 캐비티(11)의 상부벽에 있어서, 슬릿(8A,8B)은 캐비티(11)의 좌측 및 우측단부에 형성된다. 슬릿(8A,8B)은 서로 평행하게 연장되어 음전극 및 양전극(6,5)의 근방에 위치된다.

슬릿(8A)에서, 두 돌출부(9A)는 캐비티(11)의 대응 측벽을 따라서 돌출되도록 형성된다. 돌출부(9A)는 서로 대향된다. 유사하게 슬릿(8B)에서 두 돌출부(9B)는 캐비티(11)의 대응 측벽을 따라서 돌출되도록 형성된다. 돌출부(9B)도 서로 대향된다.

제5도에 명백히 도시된 바와 같이, 두 돌출부(9A) 및 캐비티(11)의 상부벽의 인접단부는 막 삽입공간(10A)을 한정한다. 기포 차단막(12A)은 사용할 때 공간(10A)으로 삽입된다. 유사하게, 두 돌출부(9B) 및 캐비티(11)의 상부벽의 인접단부는 막 삽입공간(10B)을 한정한다. 기포 차단막(12B)은 사용할 때 공간(10B)으로 삽입된다.

캐비티(11)의 개구 하부는 사용할 때 평면 및 장방형 저판(2)에 의해 폐쇄되어 시험 용액(3)이 캐비티(11)에 저장되는 것을 허용한다. 여기에서, 저판(2)은 석영으로 제조된다.

상기 실시에에서 캡(1)은 제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이 일체구조이다. 그러나 캡은 서로 결합되는 상하부 판형상 부분으로 구성된다. 하부 부분은 캐비티(11)를 규정하는 장방향 관통 구멍을 가진다. 상부 부분은 슬릿(8A, 8B)을 규정하는 두 슬릿을 가진다. 각각의 상부부분과 하부부분은 석영, 아크릴 플라스틱 또는 석영으로 코팅된 아크릴 플라스틱으로 구성된다.

캡(1)은 조사된 레이저 빔이 투과되는 어떤 다른 물질로 구성된다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 저판(2)은 캐비티(11)의 개방 하부를 폐쇄하도록 캡(1)의 하부 표면상에 고정된다. 평면 장방형인 지지부재(13)는 저판(2)상에 고정된다 . 지지부재(13)는 저판(2)보다 크기가 크며 캡(1)과 대략 동일하다.

캡(1), 저판(2), 및 지지부재(13)[즉 셀막 및 지지부재(13)]는 셀 조립체를 구성한다.

셀 블록(14)은 전방 및 양측이 개방된 U형 단면이다. 즉 블록(14)은 후방벽에 의해 연결된 상부 및 하부벽에 의해 형성된다. 블록(14)은 장방형 평행육면체의 형상으로 내부공간(14A)을 가진다.

캡(1), 저판(2) 및 지지부재(13)로 구성된 셀 조립체는 제5도 및 제6도에 도시된 바와 같이 셀 블록(14)의 내부공간(14A)으로 삽입된다. 블록(14)의 상부벽은 좌측 및 우측에서 돌출 단부(14B)를 가진다. 상부 단부(14B)는 캡(1)을 위한 안내부로서 작용한다. 블록(14)의 하부벽은 우측 및 좌측에서 돌출 단부(14C)를 가진다. 단부(14C)는 지지부재(13)을 위한 안내부로서 작용한다.

블록(14)의 하부벽은 나사구멍(14D)을 가진다. 나사(15)는 지지부재(13)를 상향으로 가압하도록 나사구멍(14D)안으로 삽입되어 블록(14)내의 셀 조립체를 고정한다.

셀 블록(14)의 상부벽은 두 개의 슬릿(16A,16B)을 가진다. 슬릿(16A,16B)는 제5도 및 제6도에 도시된 바와 같이 셀 조립체가 삽입되어 블록(14)안으로 고정될 때 캡(1)의 슬릿(8A,8B)에 전체 중첩되는 위치에 위치된다. 그러므로, 기포 차단막(12A,12B)은 제5도에 도시한 바와 같이 중첩 슬릿(8A,16A,8B,16B)을 통해 캐비티(11)안으로 삽입된다. 또한, 캐비티(11)에서 발생된 기포는 중첩 슬릿(8A,16A,8B,16B)을 통하여 외측으로 방출된다.

다음에, 제1실시예에 따른 제타 전위 측정 장치의 사용에 대해 설명한다.

먼저, 기판(2)은 캐비티(11)의 개방 하부를 폐쇄하도록 캡(1)의 바닥면에 부착되고, 지지부재(13)는 상기 판(2)의 바닥면에 부착된다. 이와 같이 함으로써 셀 조립체가 구성된다. 실 부재(도시하지 않음)가 캡(1)과 저판(2) 사이에 제공되므로, 용액의 누설이 방지된다.

이 후, 셀 조립체는 상기 조립체의 배면이 셀 블록(14)의 배면과 접촉할 때까지 개방하는 개구 전방을 통하여 셀 블록(14)의 내부 공간(14A)에 삽입된다. 그런다음, 이 조립체는 나사(15)를 조임으로서 고정된다. 이로써, 캐비티(11)가 용액을 위해 준비된다.

더욱이, 기포 차단막(12A,12B)은 각각 캡(1)의 공간(10A,10B)에 삽입된다. 상기 막(12A,12B)은 상기 캡(1)의 상부 벽과 대응 돌기(9A,9B)에 의해 유지된다. 이 단계에서, 상기 막(12A,12B)의 하부는 저판(2)과 접촉한다. 따라서, 음전극(6)의 주변은 상기 막(12A)에 의해 캐비티(11)의 중심 영역으로부터 분리된다. 유사하게, 양전극(5)의 주변은 상기 막(12B)에 의해 캐비티(11)의 중심 영역으로부터 분리된다.

연속적으로, 측정될 용액(3)은 가는 관을 사용함으로써 슬릿(8A 또는 8B)을 통해 캐비티(11)로 공급된다. 상기 용액(3)은 그 안에 분산된 모니터 입자(4)를 포함한다.

기포 차단막(12A,12B)로서는 여과지 또는 이온 교환막이 사용될 수 있다. 상기 여과지 또는 이온 교환막은 그 자체로 삽입되거나 또는 테프론등으로 제조된 적합한 프레임(도시되지 않음)에 고정시킨 후 삽입된다. 적합하게는 플루오르계 이온 교환막중 어느 하나가 사용된다.

용액(3)으로서는 예를 들어 염산 및 과산화 수소의 혼합 용액이 사용될 수 있다. 모니터 입자(4)로서는, 예를 들어 0.5㎛의 직경을 갖는 PSL 입자가 사용될 수 있다.

연속적으로, 전기영동 현상에 의한 용액(3)에 있어서, 분산된 모니터 입자(4)를 이동시키기 위해, 직류 전압(예를 들면, 100V)이 양 및 음 전극(5,6)에 인가된다. 용액(3)은 과산화 수소를 포함하므로, 다수의 기포가 전극(5,6) 근방의 용액(3)에서 발생된다. 그러나, 대응하는 전극(5,6) 근방에 위치한 기포 차단막(12A,12B)은 입사 레이저 빔(L1)이 조사되는 캐비티(11)의 중심 영역을 향해 발생된 기포가 확산되는 것을 방지한다.

제5도 및 제6도에 가장 잘 도시된 바와 같이, 기포는 겹친 슬릿(8A 및 16A 및 8B 및 16B)를 통해 외부로 방출된다. 이후에, 제6도에 도시된 바와 같이 레이저 빔원(21)에서 방사된 입사 레이저 빔(L1)은 캡(1)의 전면 벽을 통해 기포 차단막(12A 및 12B) 사이의 캐비티(11) 중앙부의 용액(3)으로 조사된다.

모니터 입자에 의한 반사 레이저 빔(L2)은 광검출기(22)로 검출된다. 데이터 처리기(23)는 제2도를 참조하여 상술한 장치에서 설명된 바와 동일하게 입자(3)의 이동도를 계산 또는 측정한다.

용액(3)은 후속 용액에 적합한 가느다란 튜브를 사용하여 슬릿(8B 또는 8A)을 통해 캐비티(11)에서 제거되고, 캐비티 (11)는 순수한 물로 세척된다.

상술한 바와 같이, 제1실시예에 따른 제타 전위 측정 장치에 있어서는, 사용 중에(즉, 제타 전위의 측정 중에) 기포 차단막(12A)은 음극(6A) 부근의 셀 부재의 부분(10A)에 배치되고, 기포 차단막(12B)은 양극(5)부근의 셀 부재의 부분(10B)에 배치된다. 기포 차단막(12A)은 음극(6) 부근의 용액(3)에서 생성된 기포가 양극(5)으로 향해 이동하는 것을 차단하는 특성을 가진다. 기포 차단막(12B)은 양극(5) 부근 용액(3)의 기포가 음극(6)을 향해 이동하는 것을 차단하는 특성을 가진다.

따라서, 용액(3)의 기포는 셀 부재의 부분(10A,10B) 사이에 삽입된 중앙 영역에 들어가지 않는다. 이는 상기 기포가 중앙 영역에서 나오는 것이 방지됨을 의미한다.

한편, 각각의 기포 차단막(12A,12B)은 용액(3)에 함유된 이온이 기포 차단막(12A,12B)중 대응하는 하나를 투과하는 특성을 갖는다. 그러므로 충분한 전류가 인가된 직류 전압에 따라 용액(3)을 통해 흐를 수 있고, 그 때문에 용액(3) 내부의 상기 모니터 입자(4)는 전기 영동 현상 때문에 용액(3)내에서 이동될 수 있다.

이는 용액(3)이 인가된 전기장으로 인해 기포를 발생하는 경향이 가져도 제타전위가 정확하게 측정될 수 있음을 의미한다.

결론적으로, 제1실시예에 따른 제타 전위 측정장치는 인가되는 전기장 때문에 기포를 발생하는 경향이 있는 세척 및 세정 용액의 성능을 감시하는데 사용될 수 있다.

제7도는 HPM 용액에서 PSL 입자의 제타 전위의 pH 의존성을 도시하는 그래프이다.

상기 PSL 입자는 산성 영역에서 등전위점(equipotential point)을 갖는다. 한편, 일반적으로 PSL 입자를 포함하는 음으로 대전된 입자는 산성도가 특정한 값 이상으로 증가될 때 산성 용액 H⁺이온의 영향 때문에 양의 제타 전위를 나타내는 특성을 갖는다. 제7도에서 제타 전위가 양의 값에서 음의 값으로 변화하는 지점(P)은 ＂등전위점＂으로 알려져 있다.

제1도에 도시된 종래의 측정 기구가 사용될 때, 곡선(B)으로 도시된 바와 같이 , 단지 제타 전위는 pH의 변화에 실제로 변화하지 않는다는 결론이 얻어졌다. 제타 전위의 기본 특성은 측정될 수 없다.

이에 반하여, 제1실시예에 따른 측정장치가 사용될 때, 제7도에 곡선으로 도시된 바와 같이, 얻어진 제타 전위는 산성 영역에서 등전위점(P)을 주는 pH에 의존하는 것으로 밝혀졌다. 그러므로, 비록 과산화수소가 용액(3)에 포함되어도 제타 전위의 기본 특성을 산출할 수 있다.

예로서, 상기 직사각형 캡(1)은 110mm의 길이와, 60mm의 폭과, 25mm의 두께를 갖는다. 상기 캐비티(11)는 50mm×20mm×13mm의 치수를 갖는다. 각 슬릿(8A, 8B)은 1 내지 3mm의 폭을 갖는다.

[제2실시예]

본 발명의 제2실시예에 따른 제타 전위 측정장치가 제8도에 도시된다. 상기 기구는 저판(2)으로 사용되는 측정되기 위한 판 형상의 샘플(32)을 제외하면 제3도 내지 제6도의 제1실시예와 동일한 형상을 갖는다. 그러므로, 동일한 형상에 관한 설명의 단순화를 위해 도 8에서 동일하거나 대응하는 요소에는 동일한 참조 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

평판 형상의 샘플(32)로서, 예로서, 실리콘 기판이 사용될 수 있다.

제2실시예에 따른 제타 전위 측정 장치에 의하여 판형상 샘플(32)의 표면에서의 제타 전위가 측정된다. 전기영동 현상에 의해 이동되는 모니터 입자(3)의 이동도를 측정하는 기본 원리는 전술한 제1실시예의 것과 동일하다. 그러나, 제1실시예와 달리 모니터 입자(4)의 이동도의 분포는 샘플 판(32)으로부터 거리의 함수로서 측정된다.

일반적으로, 샘플 판(32)의 전하를 가질 때, 이 전하는 샘플 판(32)부근에서의 모니터 입자(4)에 상당한 영향을 끼치며, 이는 입자(4)의 이동도에 커다란 영향을 끼친다. 샘플판(32)으로부터의 거리가 멀수록 모니터 입자(4)에 끼치는 영향의 정도는 감도된다. 따라서, 모니터 입자(4)의 이동도에 대한 샘플판(32)내 전하의 영향은 샘플판(32)으로부터의 거리에 대한 이동도 분포로서 측정될 수 있다. 측정된 이동도 분포로부터, 샘플판(32)표면상의 전하량이 산출될 수 있다.

예를 들어, 실리콘 기판의 표면의 제타 전위가 측정되면, 실리콘 기판은 샘플판(32)으로서 캡(1)의 바닥에 부착된다.

제9도 제2실시예에 따른 장치를 사용하므로써 측정되는 이동도 분포를 나타내며, 여기서는 샘플판(32)으로서 실리콘 기판이 사용되었고 용액(3)으로서는 pH의 HPM이 사용되었다.

제8도의 곡선(C,D)은 제6도의 레이저 빔(L1,L2)을 사용함으로써 얻어진 캡(1)의 석영 상부벽 및 바닥에서 실리콘 기판(32) 사이의 모니터 입자의 이동도 분포의 결과를 나타낸다.

종래 측정 장치가 사용될 때, 기포는 모니터 입자와 구별이 될 수 없고, 분포곡선은 곡선(D)으로 도시된 바와 같이 거의 직선이며, 기판(32) 표면의 전하량은 산출될 수 없다.

반대로, 본 발명의 제2실시예에 따른 측정 장치가 사용될 때, 기포 차단막(12A,12B)으로서 제공되는 여과지는 모니터 입자(4)의 측정만을 허용하는 기포의 영향을 제거시킨다. 그러므로, 곡선(C)으로 도시된 바와 같은 분포가 얻어지고, 그 표면 제타 전위 및 실리콘 기판(32)의 표면의 전하량이 측정된다.

상기 설명은 여과지가 기포 배리어 부재(12A,12B)의 각각에 사용되는 것을 가정한다. 기포 차단막(12A,12B)에 요구되는 특성은 기포를 차단하고, 이온을 투과하며, 모니터 용액(3)과 화학 반응이 없도록 하기 위한 것으로, 그러므로, 유리필터와 이온 교환막도 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 제1실시예 및 제2실시예에 따른 제타 전위 측정 장치는 측정중에 전극에서 기포가 쉽게 발생될 수 있는 세척 또는 세정을 위해 제타 전위의 정확한 측정을 가능케 한다.

특히, 반도체 기판을 세척하기 위해 사용되는 과산화수소를 함유하는 많은 세척 용액에서 제타 전위의 측정이 이루어 질 수 있다.

그러므로, 반도체를 포함하는 정밀산업제품의 제조에 사용되는 세척 및 세정용액의 세척 성능을 보다 정확하게 알 수 있고, 보다 높은 세척이나 세정효과를 갖는 용액이 제조상에 사용될 수 있어 수율 및 신뢰성의 향상으로 이어진다.

이상 본 발명의 양호한 형태에 대해 설명하였으나, 당업자에게는 본 발명의 사상을 이탈하지 않고 여러 가지 변형예가 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위에서 의해서만 결정된다.

Claims

캐비티를 가진 셀 부재와, 상기 캐비티 내에 위치된 양의 전극과, 상기 캐비티내에 위치된 음의 전극을 포함하고, 상기 양 및 음의 전극은 서로 이격되어 있고, 상기 셀 부재는 상기 양의 전극 근방에서 제1기포차단막을 수용하는 제1부분과 상기 음의 전극 근방에서 제2기포차단막을 수용하는 제2부분을 가지며, 상기 제1기포 차단막은 상기 양의 전극 근방의 상기 용액내에서 발생된 기포가 상기 음의 전극을 향해 이동하는 것을 차단하는 특성을 가지며, 상기 제1기포 차단막은 상기 용액내에 포함된 이온이 상기 제1기포 차단막을 투과할 수 있도록 하는 다른 특성을 가지며, 상기 제2기포 차단막은 상기 음의 전극 근방의 용액에서 발생된 기포가 상기 양의 전극을 향해 이동하는 것을 차단하는 특성을 가지며, 상기 제2기포 차단막은 상기 용액에 포함된 이온이 상기 제2기포차단막을 관통할 수 있도록 하는 다른 특성을 가지며, 사용시, 상기 제1 및 제2기포 차단막은 상기 제1 및 제2부분에 각각 배치되고, 직류 전압이 상기 양 및 음의 전극에 인가되고, 대전된 모니터 입자를 포함하는 용액이 상기 셀 부재의 캐비티내에 공급되어 저장되는 것을 특징으로 하는 제타 전위 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 셀 부재는 각각 상기 용액내의 기포를 상기 제1 및 제2부분 근방 외측으로 배출하기 위한 제1 및 제2구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 제타 전위 측정장치.
제1항에 있어서, 각각의 상기 제1 및 제2기포차단막은 이온 교환막 및 다공성막으로 구성되는 군에서 선택된 하나로 만들어지는 것을 특징으로 하는 제타 전위 측정장치.