KR100848085B1

KR100848085B1 - 세정용 이온수의 제조 방법

Info

Publication number: KR100848085B1
Application number: KR1020010040804A
Authority: KR
Inventors: 송근규; 노남석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2008-07-24
Also published as: KR20030005491A

Abstract

본 발명은 세정용 이온수의 제조 방법에 관한 것으로, 세정력이 우수한 세정용 이온수를 제공하기 위하여, 순수에 산이나 염기를 첨가하여 전해액을 제조한 후, 이 전해액을 전기 분해한다. 상세하게는, 본 발명에 따라 세정용 이온수를 제조하기 위해서는, 순수에 산 또는 염기 중 적어도 하나를 첨가하여 마련된 전해액을 전기분해하여 애노드(anode) 전극 주변에 모인 산화수와 캐쏘드(cathode) 전극 주변에 모인 환원수를 각각 추출한다.

세정용 이온수, 산화수, 환원수, 순수, 염기

Description

세정용 이온수의 제조 방법 {MANUFACTURING METHOD OF IONIC WATER FOR RINSE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세정용 이온수를 제조하는데 사용되는 이온수 발생 장치의 개략도이다.

본 발명은 세정용 이온수의 제조 방법에 관한 것으로 특히, 반도체 장치 또는 디스플레이 장치의 제조에서의 세정 공정에 사용되는 세정용 이온수의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 장치 또는 디스플레이 장치의 제조 공정 중의 세정 작업은 제조 공정 중에 미립자 등이 잔류하여 소자 특성을 저하시키는 것을 방지하기 위하여, 기판 위에 잔류하는 미립자를 세정액을 사용하여 제거하는 것이다.

세정 작업은 반도체 장치 혹은 디스플레이 장치가 고정세화 및 정밀화되어 가는 현 시점에 있어서 더욱 중요하다. 현재, 반도체 장치를 제조하는 공정 중 세정 작업에는 TMAH와 같은 유기 세정액이나 HF 세정액이 사용되고 있다.

그러나, 이러한 세정액은 세정력이 약하여 잔류된 오염 물질을 충분히 제거 할 수 없어서, 세정 후에도 기판에 이러한 오염 물질을 잔류시켜 막특성을 저하시키거나 배선의 접촉 불량을 유발하는 등의 소자 불량을 유발하는 문제가 있다.

본 발명은 세정력 우수한 세정용 이온수의 제조 방법을 제공하고자 한다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 순수에 산이나 염기를 첨가하여 전해액을 제조한 후, 이 전해액을 전기 분해한다.

상세하게, 본 발명에 따라 세정용 이온수를 제조하기 위해서는, 순수에 산 또는 염기 중 적어도 하나를 첨가하여 마련된 전해액을 전기분해하여 애노드(anode) 전극 주변에 모인 산화수와 캐쏘드(cathode) 전극 주변에 모인 환원수를 각각 추출한다.

여기서, 전해액은 1-4 몰농도의 NH₄OH가 있거나, 1-4 몰농도의 HCl이 있을 수 있다. 또한, 산화수는 pH가 2.8∼4.0일 수 있고, 환원수는 pH가 9.0∼10.5일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

오염과 미립자가 제품의 특성에 커다란 영향을 미치는 액정 표시 장치의 제조에서는, 이미 세정에 대한 중요성이 널리 알려져 왔다. 기계적으로 장비를 변화시킨다거나 화학적으로 세정력을 강화시키는데 노력을 기울이고 있다.

그 중에서도 세정력이 강한 이온수 예를 들어, 산화수 혹은, 환원수를 이용 하여 미립자, 유기 오염물, 금속 잔여물을 제거하는 기술이 제안되고 있다.

본 발명은 이러한 이온수를 제조하는 방법으로서, 순수에 산이나 염기를 첨가한 후, 선택적으로 이온 분리하여 세정에 필요한 pH를 지닌 세정용 이온수를 제조한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세정용 이온수를 제조하는데 사용되는 세정용 이온수 제조 장비를 개략적으로 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 세정용 이온수 제조 장비는 순수에 염기, 예를 들어, NH₄OH와 산, 예를 들어, HCl을 첨가하여 전해액을 제조하는 전해액 제조 탱크(10)와, 이 전해액을 전기 분해하여 산화수와 환원수로 분리하는 이온수 발생 탱크(20)를 구비하고 있다.

이온수 발생 탱크(20)는 전해액 제조 탱크(10)로부터 전해액을 공급받는 전해방(22), 전해방(22)의 양쪽에 각각 위치하여 전기 분해에 의하여 분리된 산화수와 환원수를 각각 모으는 산화수방(21)과 환원수방(23)을 포함하고 있다.

산화수방(21)과 전해방(22)은 제1 이온 교환막(25)에 의하여 분리되어 있으며, 환원수방(23)과 전해방(22)은 제2 이온 교환막(27)에 의하여 분리되어 있다.

제1 및 제2 이온 교환막(25, 27)은 NH₄+만을 선택적으로 분리하도록 HSO3-으로 표면처리되어 있다.

이러한 이온수 발생 장치(20)는 이러한 전해액을 전기 분해하기 위한 전압이 인가되는 애노드 전극(31)과 캐쏘드 전극(32)을 구비하고 있는데, 애노드 전극(31) 은 산화수방(21)에 설치되어 있고, 캐쏘드 전극(32)은 환원수방(23)에 설치되어 있다.

그리고, 전해액 제조 탱크(10)와 이온수 발생 탱크(20)는 운송관(41)에 의하여 연결되어 있는데, 이 운송관(41)을 통하여 전해액 제조 탱크(10)에서 제조된 전해액을 이온수 발생 탱크(20)의 전해방(22)으로 운송한다.

이러한 세정용 이온수 제조 장비를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 세정용 이온수의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

전해액 제조 탱크(10)에 순수를 공급한 후, NH₄OH 또는 HCl을 소정 양으로 첨가하여 소정의 NH₄OH 몰농도 또는 HCl 몰농도를 가지는 전해액을 제조한다. NH₄OH와 HCl는 NH₄+, OH-, Cl-, H+로 이온화되어 전해액 속에 존재하게 되는데, 그의 몰농도에 따라 OH- 혹은 H+가 증가 혹은 감소되므로, NH₄OH 몰농도 또는 HCl 몰농도를 조절함으로써, 후에 전기 분해를 통하여 얻어지는 산화수 혹은 환원수의 pH를 조절할 수 있다. 따라서, 원하는 pH를 가지는 산화수 혹은 환원수를 제조하기 위해서는 순수에 첨가되는 산 또는 염기의 농도를 적절하게 조절하는 것이 바람직하다.

이어, 전해액 제조 탱크(10)의 전해액은 운송관(41)을 통하여 이온수 발생 탱크(20)의 전해방(22)으로 운송한다.

다음, 애노드 전극(31)과 캐쏘드 전극(32) 사이에 소정 크기의 전압을 인가하여 전해방(22)의 전해액을 전기 분해한다.

이 과정에서, 애노드 전극(31)에서는 산화 반응이 일어나면서 순수로부터 H+가 발생되고, 캐쏘드 전극(32)에서는 환원 반응이 일어나면서 순수로부터 OH-가 발생된다. 그 결과, 애노드 전극(31) 주변즉, 산화수방(21)에는 산화수가 모이게 되고, 캐소드 전극(32) 주변 즉, 환원수방(23)에는 환원수가 모이게 된다.

이렇게 하여, 산화수방(21) 및 환원수방(23)에 각각 모인 산화수 및 환원수를 추출한다.

이와 같이, 본 발명에서는 순수에 산 또는 염기를 첨가하여 제조된 전해액을 전기 분해하여 세정에 필요한 pH를 지닌 산화수와 환원수를 제조한다.

산이나 염기를 넣지 않은 순수를 전기 분해한 경우, 300∼500㎷의 ORP와 6∼7의 pH를 가지는 산화수와 -600∼-300㎷의 ORP와 7∼8의 pH를 가지는 환원수를 얻는다. 그러나, 이러한 산화수와 환원수는 세정을 할 수 있는 범위가 작을 뿐만 아니라 산화력 또는 환원력이 약하여 세정력이 약한 단점을 가지고 있다.

그러나, 본 발명에서와 같이, 산이나 염기를 순수에 첨가하여 제조된 전해액예를 들어, 1-4 몰농도의 NH₄OH와 1-4 몰농도의 HCl이 존재하는 전해액을 전기 분해하면, 400∼1100㎷의 ORP, 2.8∼4.0의 pH를 가지는 산화수와 -780∼250㎷의 ORP, 9.0∼10.5의 pH를 가지는 환원수를 얻을 수 있다. 이러한 산화수와 환원수는 세정을 할 수 있는 범위가 크고, 산화력 또는 환원력이 크기때문에 세정력 또한 강하다.

이와 같이, 본 발명은 강한 세정력을 가지는 세정용 이온수를 제조할 수 있 다.

또한, 언급한 바와 같이, 본 발명에서는 순수에 첨가되는 산이나 염기의 양을 조절하는 것이 가능하기 때문에, 그 결과로 이온수의 pH와 ORP를 원하는 범위에서 선택적으로 조절할 수 있다.

예를 들어, 순수에 NH₄OH만을 첨가하여 전기 분해하면, 순수보다 OH-의 농도가 크기 때문에 pH가 높은 환원수와 산화수를 얻을 수 있으며, 순수에 HCl만을 첨가하여 전기 분해하면, 순수보다 H+의 농도가 크기 때문에 pH가 낮은 산화수와 환원수를 얻을 수 있다. 따라서, 원하는 pH를 가지는 산화수 또는 환원수를 제조하기 위해서는 순수에 첨가되는 산 또는 염기의 농도를 적절하게 조절하는 것이 필요하다. 또한, ORP 역시 pH에 의하여 영향을 많이 받으므로 pH를 조절함으로써 ORP도 함께 조절할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 산이나 염기의 양을 조절함으로써, 이온수의 pH와 ORP를 조절할 수가 있는데, 이러한 이온수는 모든 형태의 미립자를 제거하는데 유용하게 사용되며, 제거된 미립자가 전기적 반발력에 의해 표면에 재부착되는 것도 방지할 수가 있다.

표 1은 각 미립자의 등전점을 나타낸 것이다.

[표1]

입자	등전점	입자	등전점
Al₂O₃	5, 6.6, 9.2	TiO₂	3.5-6.7
CuO	9.5±0.4	CeO₂	6.75
Cu(OH)₂	9.5±0.4
SiO₂	1.5-3.7

표1을 참고하여 하나의 예를 들면, 글래스(SiO₂)의 표면에 있는 미립자를 제거하고자 하는 경우에는, SiO₂는 등전점이 1.5-3.7이고, 나머지 미립자는 등전점이 최하 1.5에서 최고 9.9이므로, 예를 들어, 10.5의 pH를 가지는 환원수를 사용하여 글래스의 표면과 미립자를 (-)로 하전시킨다. 이렇게 (-)로 하전된 글래스와 미립자 사이에는 전기적 반발력이 유도되고, 그에 의하여 미립자의 제거 및 재부착 방지를 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조되는 이온수는 막과 미립자의 표면을 등전점(IEP)보다 높거나 낮은 pH를 가지는 이온수를 이용하여 동일한 전하를 가지도록 하전시킴으로써, 전기적 반발력에 의하여 미립자가 막 표면에 부착되는 것을 막는다.

표 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 이온수 중 산화수(산화수1)와 순수를 전기 분해하여 얻은 산화수(산화수2)의 유기물 제거 결과를 나타낸 것으로, 각 막질에서의 접촉각을 나타낸 것이다. 접촉각은 막 위에서의 물이 맺힌 각도로서, 미립자가 없는 평평한 상태의 막일수록 접촉각이 작다.

[표 2]

막 종류	초기치 평균값	산화수1	산화수2
AlNd	63.0°	7.8°	12.0°
MoW	14.3°	3.0°	14.3°
p-Si	42.3°	25.6°	42.3°
a-Si	36.6°	17.6°	36.6°

표 2에 보인 바와 같이, 순수를 전기분해하여 얻은 산화수보다 본 발명의 실시예에 따라 얻은 산화수의 세정 능력이 훨씬 우수함으로 알 수 있다. 이는 접촉 각이 산화수2로 세정한 것보다 산화수1로 세정한 것에서 더 작은 것을 보면 알 수 있다.

표 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 이온수 중 환원수(환원수1)와 순수를 전기 분해하여 얻은 환원수(환원수2)의 미립자 제거 결과를 나타낸 것으로, 초기 상태의 순수한 막을 SiC로 오염시킨 후, 환원수로 세정한 후의 미립자의 수를 나타낸 것이다.

[표 3]

	작은입자의 수/중간입자의 수/큰입자의 수= 총입자의 수
	초기오염값	SiC 산포후 오염값	세정후 오염값
환원수1	98/70/80=248	12962/2973/691=16626	15/2/4=21
	84/45/61=190	15582/2523/397=18502	11/1/4=16
	65/46/59=170	13760/3077/559=17396	8/4/2=14
환원수2	73/60/35=168	14413/2744/479=17636	23/5/4=32
	57/48/39=144	14404/2958/511=17513	293/11/9=313
	71/51/30=152	15757/2573/397=18727	78/11/6=95

* 작은입자:1-3㎛, 중간입자:3-6㎛, 큰입자:6-10㎛

표 3에 보인 바와 같이, 순수를 전기분해하여 얻은 환원수보다 본 발명의 실시예에 따라 얻은 환원수의 세정 능력이 훨씬 우수함으로 알 수 있다.

이는 미립자 수가 환원수2로 세정한 후보다 환원수2로 세정한 후에 더 적은 것을 보면 알 수 있다.

본 발명은 산이나 염기를 첨가하여 제조한 전해액을 전기분해하는 것을 통하여 세정력이 우수한 세정용 이온수를 제조할 수 있다.

Claims

순수에 산 또는 염기 중 적어도 하나를 첨가하여 마련된 전해액을 중간방에 공급하는 단계,

상기 전해액을 전기분해하여 상기 중간방과 이온교환막으로 분리된 좌방 및 우방에 각각 위치한 애노드 전극 주변 및 캐쏘드 전극 주변으로 산화수 또는 환원수를 각각 모으는 단계

를 포함하고,

상기 산화수는 pH가 2.8∼4.0이고, 상기 환원수는 pH가 9.0∼10.5인 세정용 이온수의 제조 방법.
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