KR20020046974A

KR20020046974A - 불순물 검출 장치 및 불순물 검출 방법

Info

Publication number: KR20020046974A
Application number: KR1020010078492A
Authority: KR
Inventors: 김선필; 다케우치히데오; 정광호
Original assignee: 주식회사 노무라코리아; 윤종용; 삼성전자 주식회사; 사토 히사오; 노무라 마이크로 싸이언스 가부시키가이샤
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2002-06-21
Also published as: JP2002214221A; JP3452897B2

Abstract

본 발명은 불순물을 검출할 때의 검출기의 수를 줄이고, 또한 불순물의 검출을 단시간에 행하는 것이 가능한 불순물 검출장치 및 불순물 검출방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 서클 리턴 배관(2)에 의하여 회수된 유기화합물 및 과산화물을 자외선 산화 처리 장치(11)에 의하여 분해하고, 저항율계(12)에서 도전율을 측정함과 아울러, 용존산소계(13)에서 용존산소를 측정함으로써, 서클 리턴 배관(2)에 의하여 회수된 물의 불순물을 검출한다.

Description

불순물 검출 장치 및 불순물 검출 방법{Apparatus and method for detecting impurities}

본 발명은 불순물 검출 장치 및 불순물 검출 방법에 관한 것으로, 특히 순수또는 초순수 중에 포함되는 무기물, 용존산소, 유기 화합물 및 과산화물 등을 검출하는 경우에 적용하기에 적합한 것이다.

종래, 반도체 제조 프로세스나 액정표시소자 제조 프로세스 등에 공급된 순수(초순수)는 배관을 통하여 유스 포인트(use point)라 불리워지는 실제로 순수나 초순수를 사용하는 장소에 공급된다. 이 때, 순수(초순수)는 유스 포인트를 지나면서 필요량만큼 사용된 후, 여분은 다시 일차 순수 탱크라 불리워지는 탱크로 되돌아온다. 이것은 (초)순수를 공급하는 배관에 항상 (초)순수가 흐르도록 하여, 박테리아의 발생이나 순도의 저하를 막기 위함이다. 이것을 통상 서클 배관이라 부르고 있다.

이 경우, 유스 포인트에서의 순수나 초순수의 사용상태에 따라서는, 서클 배관의 리턴 배관에 유스 포인트에서 사용된 약품 등이 혼입되는 수가 있다. 이 때문에, 초순수의 서클 배관의 리턴 배관에 있어서, 리턴되는 (초)순수에 포함되는 불순물의 모니터를 행하고, 불순물을 포함한 물이 순수 또는 초순수의 공급계에 혼입되는 것을 미연에 방지하는 것이 행해지고 있다.

도 4는 종래의 초순수 오염의 모니터 방법을 나타낸 블럭도이다. 도 4에 있어서, 일차 순수 시스템(3)에서 제조된 순수는 일차 순수 탱크(4)에 저장된다. 그리고, 일차 순수 탱크(4)에 저장된 순수는 펌프(5)를 통하여 초순수 시스템(6)에 보내져서, 초순수가 제조된다. 초순수 시스템(6)에서 제조된 초순수는 서클 배관(1)을 통하여 유스 포인트(7)에 공급된다. 그리고, 유스 포인트(7)에 공급된 초순수 중에서, 유스 포인트(7)에서 사용되지 않은 초순수는 서클 배관(1)의 리턴배관(2)을 통하여 일차 순수 탱크(4)로 되돌아간다. 이 때, 리턴 배관(2)을 통하여 일차 순수 탱크(4)에 되돌아가는 초순수의 일부는 불순물 검출장치(14)에 의해 채취된다.

불순물 검출장치(14)는 저항율계(12), 용존산소계(13), TOC계(15) 및 H₂O₂모니터(16)를 구비하며, 이들 측정기를 사용함으로써, 순수 또는 초순수 중에 포함되는 무기물, 용존산소, 유기화합물 및 과산화물 등의 불순물을 검출한다. 불순물 검출장치(14)에 의해 불순물이 검출되면, 이 검출결과에 의거하여 밸브(8, 9)의 개폐를 행함으로써, 불순물을 포함한 물이 순수 또는 초순수의 일차 순수 탱크(4)에 되돌아가는 것을 미연에 방지한다.

그러나, 종래의 초순수 오염의 모니터 방법에서는, 순수 또는 초순수 중에 포함되는 불순물을 모니터하기 위하여, 저항율계(12), 용존산소계(13), TOC계(15) 및 H₂O₂모니터(16)를 설치할 필요가 있으며, 많은 검출기를 필요로 한다는 문제가 있었다.

게다가, TOC계(15)는 측정에 수분의 시간을 요하며, TOC계(15)에서 이상값을 나타내었을 때에는, 이미 일차 순수 탱크(4)가 오염되어 있을 수 있으며, 오염을 미연에 방지할 수 없는 경우가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 불순물을 검출할 때의 검출기의 수를 줄이는 것이 가능하며, 또한 불순물의 검출을 단시간에 행하는 것이 가능한 불순물 검출장치 및불순물 검출방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 불순물 검출 시스템의 개략 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시형태에 따른 유기화합물의 분해방법을 나타낸 도이다.

도 3은 본 발명의 한 실시형태에 따른 초순수 공급 시스템의 구성예를 나타낸 블럭도이다.

도 4는 종래의 초순수 오염의 모니터 방법을 나타낸 블럭도이다.

(도면의 주요부분에 있어서의 부호의 설명)

1: 서클 배관

2, 33: 리턴 배관

3: 일차 순수 시스템

4: 일차 순수 탱크

5: 펌프

6: 초순수 시스템

7, 32: 유스 포인트

8, 9, 35, 36: 밸브

10, 34: 불순물 검출 장치

11, 29: 저압 자외선 산화 처리 장치

12: 저항율계

13: 용존산소계

21: 전처리 장치

22: 활성탄 흡착 장치

23: 2상 3탑

24: 역삼투 장치

25: 혼상식 이온 교환 장치

26: 진공 탈기 장치

27: 일차 순수 탱크

28: 열교환기

30: 비재생형 폴리셔

31: 한외 여과 장치

37: 회수 장치

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따르면, 유기물 또는 과산화물의 적어도 어느 한쪽을 포함하는 물에 자외선을 조사하는 자외선 조사수단과, 상기 자외선 조사된 물의 도전율 또는 저항율을 측정하는 전기전도 측정수단과, 상기 자외선 조사된 물의 용존산소를 측정하는 용존산소 측정수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라서, 물에 포함된 유기 화합물은 자외선 조사에 의하여 유기산 이온 또는 탄산가스 등으로 분해되며, 물의 저항율이 저하한다. 또한, 물에 포함된 과산화물은 자외선 조사에 의해 물과 산소로 분해되며, 용존산소가 증가한다.

이 때문에, 도전율계(또는 저항율계) 및 용존산소계를 사용하는 것만으로, 순수 또는 초순수에 혼입된 무기물, 용존산소, 유기화합물 및 과산화물 등을 검출하는 것이 가능해지며, 순수 또는 초순수에 혼입된 불순물을 검출할 때의 검출기의 수를 줄이는 것이 가능해진다.

또한, 자외선 조사후에 도전율계(또는 저항율계)와 용존 산소계와 같은 순식간에 측정값을 검출표시시키는 기기의 구성에 의하여 불순물의 검출시간을 대폭 단축시킬 수 있다.

(발명의 실시형태)

이하, 본 발명의 실시형태에 따른 불순물 검출방법에 대하여 도면을 참조하여 설명하겠다. 도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 불순물 검출 시스템의 개략구성을 나타낸 블럭도이다. 게다가, 이하의 설명에서는, 도 4와 동일한 구성부분에 대해서는 동일부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.

도 1에 있어서, 불순물 검출장치(10)는 자외선 산화 처리 장치(11), 저항율계(12) 및 용존산소계(13)를 구비하고 있다. 반도체 공장 등의 유스 포인트(7)에 서클 배관(1)에 의하여 공급된 순수 또는 초순수는, 서클 리턴 배관(2)에 의하여 일차 순수 탱크(4)로 되돌아간다. 여기서, 서클 리턴 배관(2)에 의하여 일차 순수 탱크(4)에 혼입될 가능성이 있는 불순물로서, 예를 들면 계면활성제, 메틸알콜이나 이소프로필알콜 등의 알콜류, HF, 불화암모늄, 수산화암모늄, 황산, 질산, 인산, 염산, 금속이온 등의 무기이온류, 오존이나 과산화수소 등의 산화제나 과산화물이 있다.

본 명세서에 있어서, "순수"란, 25℃ 환산 전기저항율이 10.0㏁·㎝이상, TOC 농도 50ppb이하, 0.2㎛이상의 미립자수가 10개/㎖이하인 청정도가 높은 물을 말하며, "초순수"란 25℃ 환산 전기저항율이 18.0㏁·㎝이상, TOC 농도가 5ppb이하, 0.05㎛이상의 미립자수가 10개/㎖이하인 더욱 청정도가 높은 물을 말한다.

서클 리턴 배관(2)에 의하여 일차 순수 탱크(4)에 되돌아가는 물의 일부는 소정의 유량으로 조절되어 자외선 산화 처리 장치(11)에 공급된다. 자외선 산화 처리 장치(11)는 물에의 자외선 조사(파장 λ=185㎚)에 의하여, OH 라디칼을 생성하고, 순수중에 미량 잔류하는 TOC 성분을 산화분해하여, 탄산이온 또는 유기산 이온으로 변화시킨다.

또한, 과산화물(H₂O₂)의 경우, 물에의 자외선 조사(파장 λ=185㎚)에 의해, 이하의 화학식에 나타낸 바와 같이, 물과 산소로 분해된다.

H₂O₂→H₂O+1/2O₂=2H₂O+O₂

여기서, 자외선의 조사량은 1㎥/h의 수량당 0.2kw이상, 바람직하게는 0.5kw이상이다. 단. 1.0kw이상에서는, 서클 리턴 배관(2)에 예상되는 불순물량에서 보아 너무 크기 때문에, 0.5kw전후가 최적이다. 또한, 챔버 용량은 도입되는 (초)순수의 체류시간에 의하여 결정되지만, 상기 조사량에 있어서 1초이상, 바람직하게는 2초이상이다.

이에 따라서, 서클 리턴 배관(2)에 의하여 일차 순수 탱크(4)에 되돌아가는 순수 또는 초순수에 불순물 오염이 있은 경우, 5초정도이내의 빠른 시간내에 순수 또는 초순수에 불순물 오염을 검출하는 것이 가능해진다.

자외선 산화 처리장치(11)에 의하여 자외선 조사가 행해진 물은 저항율계(12)에 의하여 저항율(또는 도전율)의 측정이 행해진다. 이 저항율의 측정에 의하여, 순수 또는 초순수에 혼입된 무기물 및 유기화합물을 검출하는 것이 가능해진다. 더우기, 저항율계(12)는 도전율계이어도 된다.

또한, 자외선 산화 처리장치(11)에 의하여 자외선 조사가 행해진 물은 용존산소계(13)에 의하여 용존산소의 측정이 행해지며, 순수 또는 초순수에 혼입된 용존산소 및 과산화물을 검출하는 것이 가능해진다.

이 결과, 저항율계(12) 및 용존산소계(13)를 사용하는 것만으로, 순수 또는초순수중에 포함되는 무기물, 용존산소, 유기화합물 및 과산화물을 검출하는 것이 가능해지며, 도 4의 TOC계(15) 및 H₂O₂모니터(16)를 생략하는 것이 가능해진다.

불순물 검출장치(10)에 의하여 불순물이 검출되면, 리턴 배관(2)에 설치되어 있는 밸브(8)를 닫고, 밸브(9)를 열어서, 오염수를 일차 순수 탱크(4)로 되돌리는 것을 정지함과 아울러, 이 오염수를 외부에 배출한다. 이에 따라서, 서클 리턴 배관(2)에 불순물이 혼입된 경우에 있어서도, 일차 순수 탱크(4)가 오염되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 더우기, 밸브(8, 9)의 개폐는 불순물 검출장치(10)로부터의 신호에 의거하여 자동적으로 행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 한 실시형태에 따른 유기화합물의 분해방법을 나타낸 도이다. 도 2의 실시형태에서는, 분해대상이 되는 유기화합물로서, 이소프로필알콜((CH₃)₂CHOH)를 예로 들어 설명하겠다.

도 2a에 있어서, 이소프로필알콜((CH₃)₂CHOH)이 혼입된 물에 자외선이 조사되면, OH 라디칼이 생성되며, 이 OH 라디칼이 이소프로필알콜의 OH기에 작용함으로써, 도 2b의 아세톤(CH₃COCH₃)이 생성된다.

다음으로, 도 2b에 있어서, 자외선 조사에 의하여 생성된 OH 라디칼이 아세톤의 CH₃기에 작용함으로써, 도 2c의 초산(CH₃COOH)가 생성된다.

다음으로, 도 2c에 있어서, 자외선 조사에 의하여 생성된 OH 라디칼이 초산(CH₃COOH)에 작용함으로써, 도 2d의 이산화탄소(CO₂) 및 물(H₂O)이 생성된다.

도 2c, 도 2d에서 생성된 초산(CH₃COOH)이나 이산화탄소(CO₂)는 물에 용해됨으로써, 물의 저항율을 저하시킨다. 이 때문에, 물의 저항율을 측정함으로써, 물에 혼입된 이소프로필알콜을 검출할 수 있다.

도 3은 본 발명의 한 실시형태에 따른 초순수 공급 시스템의 구성예를 나타낸 블럭도이다. 이 초순수 공급 시스템은 원수(原水)에서부터 이온, 파티클, 유기물 등의 불순물의 대부분을 제거한 1차 순수를 제조하는 1차 순수계, 1차 순수를 다시 폴리싱하여 불순물을 최대한 저감한 초순수를 제조하며, 클린 룸내의 각 유스 포인트에 공급하는 2차 순수계 및 클린 룸내의 각 유스 포인트에서 세정 등에 사용된 초순수를 회수하여 재이용하는 회수계로 이루어진다.

도 3에 있어서, 원수가 전처리 장치(21)에 도입되어, 원수중의 현탁물질 등이 분리·제거된다. 이어서, 전처리 장치(21)에서 처리된 피처리수는 활성탄 흡착 장치(22)에 보내지고, 피처리수에 포함되는 유기물이 분해된다. 다음으로, 유기물이 분해된 피처리수는 2상3탑(2床3塔)(23)에 보내진다. 2상3탑(23)에는, 카티온 교환 수지탑, (진공)탈기탑 및 어니언 교환 수지탑이 설치되며, 2상3탑(23)은 피처리수에서부터 이온성분을 제거한다. 다음으로, 이온성분이 제거된 피처리수는 역삼투장치(24)에 도입되며, 유기물, 미립자 및 콜로이드형상 물질 등의 제거가 행해진다.

다음으로, 유기물, 미립자 및 콜로이드형상 물질 등의 제거가 행해진 피처리수는 혼상(混床)식 이온 교환장치(25)에 보내지고, 피처리수중의 이온성분이 제거된 후, 진공 탈기 장치(26)에서 용존하는 기체, 주로 용존산소가 제거되어, 일차 순수 탱크(27)에 저장된다. 일차 순수 탱크(27)에 저장된 피처리수는 열교환기(28)를 통하여 저압 자외선 산화장치(29)에 도입되어, 피처리수의 용존유기물이 분해된다. 다음으로, 용존유기물이 분해된 피처리수는 비재생형 폴리셔(30)에 보내져서, 피처리수중의 이온성분이 제거된다. 다음으로, 이온성분이 제거된 피처리수는 한외 여과막 장치(31)에 도입되어, 극미량의 미립자 등이 제거된다.

이렇게 하여 제조된 초순수는 유스 포인트(채수점;採水点)(32)에 공급됨과 아울러, 과잉량의 초순수는 리턴 배관(33)을 통하여 일차 순수 탱크(27)에 환류된다. 여기서, 불순물 검출 장치(34)는 리턴 배관(33)을 흐르는 초순수를 채취하여, 이 초순수에 혼입된 불순물을 측정한다. 그리고, 초순수에 혼입된 불순물이 규정값을 넘는 경우는, 리턴 배관(33)에 설치되어 있는 밸브(35)를 닫고, 밸브(9)를 열어서, 오염수를 순수 제조계외로 배출하고, 오염수가 일차 순수 탱크(27)에 되돌아가는 것을 미연에 방지한다. 또한, 회수장치(37)에 의하여 회수된 회수수는 활성탄 흡착 장치(22)에 되돌아가며, 회수수의 리사이클이 행해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유기화합물 및 과산화물을 자외선으로 분해함으로써, 도전율계(또는 저항율계) 및 용존산소계를 사용하는 것만으로, 순수 또는 초순수에 혼입된 무기물, 용존산소, 유기화합물 및 과산화물 등을 검출하는 것이 가능해지며, 게다가 이들 불순물을 5초이내라는 단시간에 검출하는 것이 가능해지며, 수질 오염을 미연에 방지하는 것이 가능해진다.

Claims

유기물 또는 과산화물 중에서 적어도 어느 한쪽을 포함하는 물에 자외선을 조사하는 자외선 조사수단과,

상기 자외선 조사된 물의 도전율 또는 저항율을 측정하는 전기전도 측정수단과,

상기 자외선 조사된 물의 용존산소를 측정하는 용존산소 측정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 불순물 검출장치.
자외선 조사에 의거하여, 물에 포함된 유기물 및 과산화물을 분해하는 단계와,

상기 자외선 조사된 물의 도전율 또는 저항율을 측정하는 단계와,

상기 자외선 조사된 물의 용존 산소를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 불순물 검출방법.