KR20160033659A - 전산화성 물질 농도의 측정 방법, 기판 세정 방법 및 기판 세정 시스템 - Google Patents

전산화성 물질 농도의 측정 방법, 기판 세정 방법 및 기판 세정 시스템 Download PDF

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Abstract

세정 시스템 등의 전해 황산의 전산화성 물질 농도를 온라인으로 모니터링하는 것을 가능하게 하기 위해, 전해 황산의 황산 농도와 같은 황산 농도의 전해 황산 조제액을 표준 시료액으로 해서 전산화성 물질 농도와 관련지어서 베이스라인 보정한 흡광도 데이터를 이용하고, 황산 농도가 60∼97질량%, 액온이 20∼70℃인 전해 황산을 시료액으로 해서 파장 190∼290㎚로 흡광도 측정함으로써, 상기 데이터 에 의거하여 상기 전해 황산 중의 전산화성 물질 농도를 측정함으로써 전해 황산에 있어서의 전산화성 물질 농도를 즉시 측정하는 것을 가능하게 한다.

Description

전산화성 물질 농도의 측정 방법, 기판 세정 방법 및 기판 세정 시스템{METHOD FOR MEASURING TOTAL OXIDIZING-SUBSTANCE CONCENTRATION, SUBSTRATE CLEANING METHOD, AND SUBSTRATE CLEANING SYSTEM}
황산을 전기 분해해서 얻어지는 전해 황산의 산화제를 정량하는 측정 방법, 기판 세정 방법 및 기판 세정 시스템에 관한 것이다.
종래부터 행해지고 있는 레지스트 박리 공정은, 농황산과 과산화수소수를 혼합하는 SPM(Sulfuric acid-Hydrogen Peroxide Mixture)이라고 불리는 용액이 사용되고 있다. 이 방법은 황산이나 과산화수소수를 대량으로 소비하므로 러닝코스트가 높고, 다량의 폐액을 발생하는 것이 결점이다. 이것에 대하여 본 발명자들은 이미 황산을 전기 분해해서 얻어지는 과황산 등의 산화성 물질을 함유한 전해 황산액을 세정액으로 해서, 황산을 순환 사용하는 세정 방법 및 세정 시스템을 개발하고 있다(예를 들면 특허문헌 1, 2 참조). 이 세정 시스템에서는 약액 사용량, 폐액량을 삭감함과 동시에 높은 세정 효과를 얻을 수 있다.
일본 특허공개 2006-114880호 공보 일본 특허공개 2006-278687호 공보 일본 특허공개 2008-164504호 공보 일본 특허공개 2012-184951호 공보
레지스트 공정에서는 약액 중의 황산 등의 농도가 세정 효과에 크게 작용한다. 예를 들면, 전해 황산액 중의 산화제 농도를 측정하는 방법에 관해서는, 특허문헌 3과 같이 산화 환원 반응을 이용한 적정 분석에 의한 측정 방법이 있다. 이것은, 간이하게 전해 황산 중의 산화제 농도를 계측할 수 있는 방법이기는 하지만, 측정 대상액을 분취하고, 적정에 의한 조작 시간을 필요로 하며, 측정 후 액은 적정 시약이 혼재하기 때문에 회수할 수 없는, 소위 오프라인 계측이 된다. 또한, 산화성 물질의 총농도 측정용 농도계로서 예를 들면 특허문헌 4가 있다. 그러나, 여기에서 나타내어지는 방법에서는 측정액을 사전에 가열 처리할 필요가 있기 때문에 계측까지 시간을 요하고, 농도계로서는 복잡한 장치 구성이 된다고 하는 문제가 있다.
본원 발명은 전해 황산의 전산화성 물질을 단시간에 측정하고, 온라인 모니터링이 가능한 전산화성 물질 농도의 측정 방법, 기판 세정 방법 및 기판 세정 시스템을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
즉, 본 발명의 전산화성 물질 농도의 측정 방법 중 제 1 본 발명은, 전해 황산의 전산화성 물질 농도를 측정하는 방법으로서,
상기 전해 황산의 황산 농도와 같은 황산 농도의 전해 황산 조제액을 표준 시료액으로 해서 전산화성 물질 농도와 관련지어서 베이스라인 보정한 흡광도 데이터를 이용하고,
황산 농도가 60∼97질량%, 액온이 20∼70℃인 전해 황산을 시료액으로 해서 파장 190∼290㎚로 흡광도 측정함으로써 상기 데이터에 의거하여 상기 전해 황산 중의 전산화성 물질 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
제 2 본 발명의 전산화성 물질 농도의 측정 방법은 상기 제 1 본 발명에 있어서, 상기 전산화성 물질은 퍼옥소일황산, 퍼옥소이황산, 과산화수소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 3 본 발명의 기판 세정 방법은, 황산 용액을 전해하면서 순환시켜서 전해 농도를 높이고, 전해 농도를 높인 전해 황산 용액을 이용하여 반도체 기판의 세정을 행하는 기판 세정 방법으로서,
상기 전해 황산을 상기 제 1 또는 제 2 발명의 측정 방법에 의해 측정하고, 상기 전해 황산 용액의 전산화성 물질 농도를 온라인 모니터링하는 것을 특징으로 한다.
제 4 본 발명의 기판 세정 방법은 상기 제 3 본 발명에 있어서, 상기 전해 황산이 기판에 접촉하기 전에 일부를 시료액으로서 계 내로부터 분기하여 흡광도 측정을 행하고, 측정 후의 상기 시료액을 상기 계 내로 되돌리는 것을 특징으로 한다.
제 5 본 발명의 기판 세정 방법은 상기 제 3 또는 제 4 본 발명에 있어서, 기판 세정에 사용한 세정 폐액은 순환 재이용하지 않고 재사용 불능으로 하고, 전해액을 순환하는 라인으로부터 전해 황산 용액을 기판 세정에 공급하는 공급 라인 중 어느하나의 위치에 있어서 전해 황산의 일부를 시료액으로서 분기하여 흡광도 측정을 행해 전산화성 물질 농도를 측정하고, 측정 후에 기판 세정 전의 위치에서 상기 시료액을 계 내로 반송하는 것을 특징으로 한다.
제 6 본 발명의 기판 세정 방법은 상기 제 5 본 발명에 있어서, 측정 후의 전해 황산은 공급 라인으로부터 분기된 위치보다 상류측으로 반송하는 것을 특징으로 한다.
제 7 본 발명의 기판 세정 시스템은, 황산 용액을 전해하는 전해 장치와,
상기 전해 장치를 개재시켜서 황산 용액을 전해하면서 순환시키는 순환 라인과,
전해 황산을 사용해서 반도체 기판을 세정하는 기판 세정 장치와,
전해 황산을 기판 세정 장치에 보내는 공급 라인과,
흡광 광도계와,
전해 황산의 황산 농도와 같은 황산 농도의 전해 황산 조제액을 표준 시료액으로 해서 전산화성 물질 농도와 관련지어서 베이스라인 보정한 흡광도 데이터를 유지하는 기억부와,
전해 황산을 상기 전해 장치, 순환 라인, 공급 라인 중 어느 하나로부터 일부를 인출하여 상기 흡광 광도계에 분기하는 분기 라인과,
상기 흡광 광도계에서 황산 농도가 60∼97질량%, 액온이 20∼70℃인 상기 전해 황산을 시료액으로 해서 파장 190∼290㎚로 흡광도 측정함으로써 얻어지는 데이터와 상기 베이스라인 보정을 한 데이터에 의거하여 상기 전해 황산 용액의 전산화성 물질 농도를 측정하는 측정기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명에 의해, 기판 등의 전자 재료로부터 오염물을 제거·세정하기 위한 세정액 중 존재하는 산화성 물질의 농도를 온라인으로 측정하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 세정 방법이나 세정 시스템에 본원 발명 방법을 적용하고 있는 온라인 모니터 등을 설치함으로써 세정 장치의 성능을 관리할 수 있다.
또한, 황산을 전해한 전해 황산액 중에는 퍼옥소이황산, 퍼옥소일황산, 과산화수소와 같은 산화성 물질이 혼재한다. 퍼옥소이황산, 퍼옥소일황산, 과산화수소는 모두 190∼290㎚ 부근에 흡광 피크를 나타내지만, 몰 흡광계수가 다르기 때문에 혼재 상태에서는 전체량을 파악하는 것은 통상 불가능하다. 그러나, 이들 산화성 물질은 전해 황산에서는 하기 식 (2), (3)과 같이 평형 관계로 존재하기 때문에, 황산 농도 60∼97질량%이고 또한 액온이 실온∼70℃ 정도이면, 평형 관계에 의해 혼재하는 산화성 물질의 존재 비율은 거의 일정하게 된다. 이것에 의해, 혼재 상태에서도 흡광도에 의한 측정이 가능해진다.
H2S2O8+H2O ←→ H2SO5+H2SO4 (2)
H2SO5+H2O ←→ H2O2+H2SO4 (3)
그래서 사전에 황산 농도·액온·흡광 강도·전산화성 물질 농도의 검량 관계를, 예를 들면 수동 분석의 요오드 적정법(산화성 물질을 함유하는 용액에 요오드화칼륨 수용액을 첨가하고, 산화성 물질과의 산화 환원 반응에 의해 유리한 요오드를 적정액으로 되는 기지 농도의 티오황산 나트륨 용액으로 적정하여 전산화성 물질의 농도를 측정하는 방법) 등과 흡광 광도법으로 구해 두고, 현장에서는 황산 농도 일정, 액온 일정으로 한 전해 황산에 대하여 본농도계로 흡광 강도를 측정하면, 상기 검량 관계(단, 황산 농도의 차에 대해서 미리 베이스라인 보정한다)에 의거하여 전해 황산에 포함되는 전산화성 물질 농도가 산출된다. 또한, 본원 발명에서는 흡광도와의 관계에서 도출하는 검량 관계는 상기 요오드 적정법에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 전위차 측정 등을 들 수 있다.
(발명의 효과)
즉, 본원 발명에 의하면 미리 전해 황산의 황산 농도와 같은 황산 농도의 전해 황산 조제액을 표준 시료액으로 해서 전산화성 물질 농도에 대응해서 베이스라인 보정한 흡광도 데이터를 이용하고, 소정 농도, 소정 온도의 전해 황산을 시료액으로 해서 파장 190∼290㎚로 흡광도 측정함으로써 전해 황산 중의 전산화성 물질 농도를 단시간에 측정할 수 있고, 상기 측정 결과를 사용한 온라인 모니터링이 가능하게 된다. 또한, 측정에 사용한 시료액은 소망에 따라 회수하여 재이용하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 전해 황산 농도와 용액 온도와 흡광도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 마찬가지로 세정 시스템의 개략을 나타내는 도면이다.
도 3은 마찬가지로 파장에 대응한 전산화성 물질량과 흡광도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 마찬가지로 특정 파장에 있어서의 전산화성 물질량과 흡광도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 마찬가지로 요오드 적정법에 의한 전산화성 물질량과 농도 모니터의 표시값의 관계를 나타내는 도면이다.
본 발명은 기지 농도의 황산 농도에 있어서 전해 황산액 중에 존재하는 산화제를 190㎚∼290㎚의 자외역의 흡광도를 이용해서 측정하는 분석 방법이며, 측정액을 배출하지 않고 산화제 농도를 온라인으로 모니터링하는 장치에 관한 것이다. 또한, 흡광도는 단일 스펙트럼에 한정되는 것이 바람직하다.
60질량% 이상의 황산을 전기 분해하면 이하의 반응식 (1)에 따라서 퍼옥소이황산이 생성된다.
2HSO4 - → H2S2O8+2e- (1)
또한, 퍼옥소이황산으로부터 식 (2)에 나타내는 평형 반응으로 퍼옥소일황산이 생성되고, 또한 식 (3)에 나타내는 평형 반응으로 과산화수소가 생성된다. 따라서 황산의 전해액 중에는 퍼옥소이황산, 퍼옥소일황산, 과산화수소와 같은 산화성 물질이 혼재하지만, 이것들은 모두 요오드 적정법 등에 의해 정량하는 것이 가능하기 때문에 전해액 중에 포함되는 전산화성 물질 농도를 본 적정법으로 파악하는 것이 가능하다. 여기에서는 퍼옥소이황산과 퍼옥소일황산을 총칭해서 과황산이라고 한다.
요오드 적정법이란 산화성 물질을 함유하는 용액에 요오드화칼륨 수용액을 첨가하고, 산화성 물질과의 산화 환원 반응에 의해 유리한 요오드를 적정액으로 되는 기지 농도의 티오황산 나트륨 용액으로 적정하여 전산화성 물질의 농도를 측정하는 방법이다. 그러나, 이 측정 방법은 샘플링한 용액에 적정 시약을 첨가하여 적정 조작이 필요하기 때문에 측정에 시간을 요하고, 분석 후의 용액을 폐기할 필요가 있기 때문에 온라인으로 계측하는 것이 불가능하다.
H2S2O8+H2O ←→ H2SO5+H2SO4 (2)
H2SO5+H2O ←→ H2O2+H2SO4 (3)
본 발명에서는 기지 농도의 황산, 또는 황산 농도를 다른 분석 장치에 의해 측정해 둠으로써 가열 등의 사전 처리 없이 측정액의 흡광도를 계측함으로써 전산화성 물질 농도를 계측한다. 함유하는 산화성 물질인 퍼옥소이황산, 퍼옥소일황산, 과산화수소는 모두 190∼200㎚ 부근에 흡광 피크를 나타내지만, 몰 흡광계수가 다르기 때문에 혼재할 경우에는 전체량을 파악할 수 없다. 그러나, 식 (2), (3)으로 나타내는 바와 같이 이들 산화제는 전해 황산에서는 평형 관계로 존재하기 때문에, 소정의 황산 농도, 즉 황산과 물의 비율로, 또한 실온으로부터 70℃ 정도까지는 혼재하는 산화성 물질의 존재 비율은 거의 일정하게 된다. 또한, 통상의 전해 황산에서는 전산화성 물질 중 주성분인 퍼옥소이황산, 퍼옥소일황산, 과산화수소가 전해 직후는 총량으로 95질량% 이상을 차지하고 있고, 시간 경과와 함께 더욱 점유율은 높아지는 경향이 된다.
<실험예>
황산 농도 70질량%, 85질량%, 92질량%의 용액을, 실온에서 도전성 다이아몬드 전극을 사용해서 전기 분해하고, 투입 전류를 10[Ah/L]로 한 전해 황산 용액에 대해서 전해 직후의 용액을 40[℃/hr]의 속도로 70℃까지 서서히 승온했다. 전해 직후의 산화제 농도를 측정한 결과 38[mM], 26[mM], 11[mM]이었다.
여기에서, 30℃, 40℃, 50℃, 70℃에 대해서 흡광도를 측정한 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이 온도 변화에 의한 흡광도의 영향은 거의 확인되지 않았다. 따라서, 황산 농도 70∼92질량%의 전해 황산에 대해서는 전해 직후부터 존재하는 산화성 물질의 존재 비율은 실온∼70℃까지는 거의 일정하게 되어 있다고 판단할 수 있다.
따라서, 사전에 황산 농도를 파악하고, 흡광하는 파장, 190∼290㎚의 흡광도를 측정함으로써, 예를 들면 요오드 적정법과 높은 상관 관계를 얻을 수 있다. 흡광도를 측정하기 위한 장치의 접액 부재에 불소 수지계의 배관을 사용하고, 흡광도 측정용 셀에 석영을 사용함으로써, 측정 후의 용액에 불순물이 혼입하는 것을 피할 수 있고, 소망에 의해 폐기하지 않고 본래의 사용 목적으로 사용하는 것이 가능하다.
황산 농도의 계측 방법은 본 발명으로서는 특별히 지정할 필요는 없고, 음속계측식에 의한 것, 공명 진동식에 의한 것 등, 온라인으로 계측 가능한 것이면 어떤 것이러도 좋다. 측정액의 황산 농도와 흡광 강도로부터 산화제 농도를 연산하는 방법, 사전에 소정의 황산 농도로 흡광 강도와 산화제 농도의 관계를 계측하고, 소정의 황산 농도만으로 산화제 농도를 계측하는 방법의 어느 것이나 가능하다. 본 원리를 사용하면, 전해 황산 장치에 있어서의 산화제 농도의 온라인 모니터링이 가능하다.
본 실시형태에서는 복수의 흡수 스펙트럼을 측정하지 않고 단일의 흡수 스펙트럼의 측정만으로 전산화성 물질 농도를 측정할 수 있고, 이 경우, 불순물의 존재가 측정 결과에 크게 영향을 주어 버린다. 따라서 불순물이 공존하기 쉬운, 순환형의 전해 황산 세정의 시스템은 본 측정 기술의 효과가 작다. 용도가 레지스트 박리, 잔사 금속 제거, 선택 에칭 처리를 막론하고 순환했을 때 공존 불순물의 영향을 받아서 정밀도 좋게 측정할 수 없는 것이 원인이 되고 있다. 따라서 현실적으로는 세정 폐액을 순환 재생 재이용하지 않는 재사용 불능형의 매엽식 세정 시스템에 있어서, 세정액을 세정 온도까지 승온하기 전에 전해 황산 공급 라인 등으로부터의 분기 라인에 분석계를 설치하는 것이 바람직하다.
<흡수 스펙트럼의 측정>
일반적으로 흡수 스펙트럼을 측정할 경우, 우선 시료측, 대조측 모두 동일 시료(통상은 물 또는 완충액)를 넣어서 흡광도를 파장에 대하여 기록시킨다. 이것을 베이스라인이라고 부르고, 원리적으로는 흡광도 제로의 직선이 그어지지만, 사용하고 있는 셀의 매칭이 나쁘거나, 셀의 미소한 오염이나 상처, 빔의 광 강도, 검지기에의 측정광의 입사 각도의 어긋남, 등에 의해 요철을 나타낸다. 대부분의 시판 자기 분광 광도계는 이 베이스라인을 우선 측정기 본체의 컴퓨터에 기억시켜서 흡광도 0의 값으로서 보정한다. 이어서 시료측에 측정하고 싶은 시료를 넣어서 파장을 스캔하고, 대조 시료에 대한 흡수 곡선(베이스라인)으로부터 그어서 시료의 흡수 스펙트럼으로 한다.
본 실시형태에 있어서는 피세정재를 세정하는 세정액의 황산 농도가 결정되면, 설정된 황산 농도의 황산 용액을 베이스라인으로 해서 흡광도를 측정할 수 있다.
이어서, 도 2에 있어서의 기판 세정 시스템에 대하여 설명한다.
기판 세정 시스템(1)은 황산 용액을 통액하면서 전해하는 전해 장치(2)와, 황산 용액(전해 후의 전해 황산 용액을 포함한다)을 저류하는 저류조(3)가 순환 라인(4)에 의해 접속되어 있다.
전해 장치(2)는 무격막형이며, 양극 및 음극이 격막으로 칸막이되지 않고 내부에 배치되고, 양 전극에는 도시하지 않은 직류 전원이 접속되어 있다. 양극, 음극 중 적어도 양극에서는 황산 용액과 접액하는 부분을 다이아몬드 전극으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명으로서는 전해 장치를 격막형에 의해서 구성하는 것도 가능하고, 바이폴라 전극을 구비하는 것이라도 되고, 바이폴라 전극을 다이아몬드 전극으로 구성하는 것이라도 된다.
저류조(3)로부터 전해 장치(2)에 이르는 이송측의 순환 라인(4)에는 송액 펌프(5)와 냉각기(6)가 이 순서로 개설되어 있다. 전해 장치(2)로부터 저류조(3)에 이르는 리턴측의 순환 라인(4)에는 기액 분리조(7)가 개설되어 있다.
또한, 저류조(3)에서는 순수를 저류조(3) 내에 도입하는 순수 공급 라인(8)과, 농황산을 저류조(3) 내에 도입하는 농황산 공급 라인(9)이 접속되어 있고, 시스템 기동시나 가동 중에 순수나 농황산을 저류조(3)에 공급할 수 있다. 가동 중의 공급에서는 저장조 내의 황산 농도의 조정을 도모할 수 있다.
또한 저류조(3)에서는 과황산 송액 펌프(11)가 개설된 공급 라인(10)이 접속되어 있고, 공급 라인(10)의 선단측에서는 가열기(17)을 개재해서 매엽식 세정 장치(20)에 접속되어 있다. 가열기(17)에는 일과식의 것을 적합하게 사용할 수 있다. 저류조(3) 내의 용액은, 적합하게는 50∼90℃로 조정하는 것이 바람직하다.
과황산 송액 펌프(11)와 가열기(17) 사이의 공급 라인(10)에는 필터(12), 예비 가열조(13)가 이 순서로 접속되어 있다. 필터(12)는 송액되는 과황산 함유의 황산 용액 중에 포함되는 입자를 포착해서 제거한다. 예비 가열조(13)는 저류조(3)로부터 보내지는 용액을 저류해서 가열하는 것이며, 용액을 예를 들면 90∼120℃로 가열한다.
또한, 예비 가열조(13)와 가열기(17) 사이의 공급 라인(10)에서는 공급 라인(10)을 흐르는 전해 용액의 일부를 인출하는 분기 라인(14)이 분기되어서 접속되어 있고, 상기 분기 라인(14)은 산화제 농도 모니터링 장치(15)에 접속되어 있다. 산화제 농도 모니터링 장치(15)에 도입된 용액은, 리턴 라인(16)에 의해 예비 가열조(13)와 가열기(17) 사이의 공급 라인(10)이며 분기 위치보다 상류측에서, 예비 가열조(13) 또는 공급 라인(10)에 보내지도록 구성되어 있다. 산화제 농도 모니터링 장치(15)는 본 발명의 측정기에 상당하고, 흡광 광도계(15a)와, 전해 황산의 황산 농도와 같은 황산 농도의 전해 황산 조제액을 표준 시료액으로 해서 전산화성 물질 농도와 관련지어서 베이스라인 보정한 흡광도 데이터를 유지하는 불휘발의 기억부(15b)와, 산화제 농도 모니터링 장치(15) 전체를 제어하는 제어부(15c)를 구비하고 있다. 기억부(15b)에는 플래시 메모리나 HDD, 또한 착탈 가능한 USB 메모리 등을 사용할 수 있다.
매엽식 세정 장치(20)는 공급 라인(10)으로부터 공급되는 세정용의 용액이 매엽식 세정 장치(20) 내에 설치된 반도체 기판(100)에 분무, 적하, 또는 유하한다. 또한, 적하, 유하에서는 압력을 주어서 반도체 기판(100)에 용액을 분사하는 것이어도 좋다.
매엽식 세정 장치(20)에서는 장치 내의 용액이 배액되는 배액 라인(21)이 접속되어 있고, 배액 라인(21)은 계외 배출 라인(22)과 회수 라인(23)으로 분기되어 있다. 회수 라인(23)에는 미사용 용액 회수조(24)가 접속되어 있다. 배액 라인(21)에서는 밸브 조작 등에 의해서 세정시의 배액은 배액 라인(21)과 계외 배출 라인(22)을 접속하고, 이것들을 통해서 배액이 계 밖으로 배출된다. 한편, 세정시 이외의 미사용 세정액은 밸브 조작 등에 의해 배액 라인(21)과 회수 라인(23)을 접속하고, 이것들을 통해서 미사용 용액 회수조(24)에 회수된다.
미사용 용액 회수조(24)에는 리턴 라인(25)이 접속되어 있고, 리턴 라인(25)의 전방측은 저류조(3)에 접속되어 있다.
또한, 리턴 라인(25)에는 미사용 회수조(24)로부터 저류조(3)에 걸쳐서 환류 송액 펌프(26), 필터(27), 냉각기(28)가 이 순서로 개설되어 있다.
이어서, 산화제 농도 모니터링 장치(15)에 대하여 설명한다.
산화제 농도 모니터링 장치(15)에서는 미리 분기 라인(14)에 의해 도입되는 전해 황산과 같은 황산 농도의 전해 황산 조정액을 표준 시료액으로 해서 전산화성 물질 농도와 관련지어서 베이스라인 보정한 흡광도에 관한 데이터를 기억부(15b)에 유지해 둔다. 이 때의 황산 농도는 60∼97질량%이고, 액온이 20∼70℃, 파장 190∼290㎚의 범위 내로부터 선택된다. 또한, 황산 농도는 미리 저류조(3)에서 준비된 것이 사용된다. 또한, 전해 황산의 용액 온도는 예비 가열조(13)에 구비한(도시하지 않음) 온도계에서 측정하거나, 산화제 농도 모니터링 장치(15)에 구비한(도시하지 않음) 온도계에서 측정하거나 함으로써 취득할 수 있다.
흡광도에 관한 데이터는, 예를 들면 수동 분석의 요오드 적정법에 의해 전산화성 물질량을 취득하고, 흡광도와의 관계를 구해 둘 수 있다. 구체적으로는 산화성 물질을 함유하는 용액에 요오드화칼륨 수용액을 첨가하고, 산화성 물질과 산화 환원 반응에 의해 유리한 요오드를 적정액으로 하는 기지 농도의 티오황산 나트륨 용액으로 적정하여 전산화성 물질의 농도를 측정한다. 그 후에 황산 농도와 190㎚∼290㎚의 파장의 흡광도와 전산화성 물질량의 관계를 데이터로서 취득하고 있다.
이어서, 상기 세정 시스템(1)의 동작에 대하여 설명한다.
저류조(3)에는 황산 농도 60∼97질량%의 황산 용액이 저류된다. 황산 농도는 순수 공급 라인(8)과 농황산 공급 라인(9)의 용액 공급에 의해 조정할 수 있다.
상기 황산 용액은 송액 펌프(5)에 의해 순환 라인(4)을 통해서 송액되어 전해 장치(2)의 입액측에 도입된다. 전해 장치(2)에서는 직류 전원에 의해 양극, 음극간에 통전되고, 전해 장치(2) 내에 도입된 황산 용액이 전해된다. 또한, 상기 전해에 의해서 전해 장치(1)에서는 양극측에서 과황산을 포함하는 산화성 물질이 생성된다.
산화성 물질은 상기 황산 용액과 혼재한 상태에서 순환 라인(4)을 통해서 저류조(3)측으로 반송된다. 그 때에, 전해에 의해 발생한 가스가 기액 분리기(7)에 의해 분리된다. 전해된 황산 용액은 과황산 등의 산화성 물질을 포함하는 전해 황산으로 되고, 순환 라인(4)을 통해서 저류조(3)에 되돌려진 후, 반복해서 전해 장치(2)에 보내진다. 황산 용액은 전해 장치(2)에 보내질 때에 필요에 따라서 냉각기(6)에 의해 냉각되어서 예를 들면 30∼70℃의 온도로 전해 장치(2) 내에 도입된다.
저류조(3) 내의 전해 황산에서는 적당한 시기에 저류조(3) 내의 전해 황산의 일부는 송액 펌프(11)에 의해서 공급 라인(10)을 통해서 송액된다. 공급 라인(10)을 흐르는 전해 황산은 필터(12)에 의해 입자의 포착, 제거가 행하여진 후 예비 가열조(13)에 도입되어, 예를 들면 90∼120℃로 가열된다.
예비 가열조(13) 내의 전해 황산은 공급 라인(10)을 지나서 가열기(17)에 보내져서, 예를 들면 140∼220℃로 가열되고, 예를 들면 가열 후 1분 이내에 반도체 기판(100)에 접촉시켜서 매엽식의 세정을 행한다. 또한, 세정에 사용된 세정액은 반도체 기판(100)에 접촉한 후, 배액 라인(21), 계외 배출 라인(22)을 통과하여 재사용 불능에 의하여 계 밖으로 배출한다.
또한, 세정 중의 적당한 시기나, 상시, 또는 세정 전에, 예비 가열조(13)의 출구와 가열기(17)의 입구 사이에 있어서 공급 라인(10) 또는 공급 라인(10)에 개설되는 도시하지 않은 중계조로부터 전해 황산의 일부를 인출하고, 분기 라인(14)을 통해서 산화제 농도 모니터링 장치(15)에 도입한다. 산화제 농도 모니터링 장치(15)에서는 도입된 전해 황산이 20∼70℃의 범위 내인 것이 확인되고, 파장 190∼290㎚의 단일 스펙트럼으로 흡광 광도계(15a)로 흡광도 측정이 행하여진다. 이 때의 황산 농도와 흡광도 측정 결과로부터 상응하는 전산화성 물질 농도를 취득한다. 취득한 전산화성 물질 농도는 도시하지 않은 표시부나 인자부에서 인자하거나 할 수 있다. 취득한 전산화성 물질 농도로부터 전해 장치(2)에 있어서의 전해 조건이나, 과황산 송액 펌프(11)에 있어서의 송액 타이밍, 송액량, 반도체 기판(100)의 설치 등을 조정해서 세정에 알맞은 상태로 할 수 있다. 전해 조건이나 송액 타이밍, 송액량, 반도체 기판(100)의 설치 등은 취득된 전산화성 물질 농도에 따라 제어되는 제어부(15c)를 통해서 제어할 수 있고, 또한 취득된 전산화성 물질 농도에 따라 수동으로 전해 조건이나 송액 타이밍, 송액량, 설치 등을 조정하도록 하여도 좋다.
산화제 농도 모니터링 장치(15)에 도입된 전해 황산은 리턴 라인(16)에 의해 예비 가열조(13)에 되돌려져서 재이용할 수 있다. 또한, 산화제 농도 모니터링 장치(15)에 도입된 전해 황산은 예비 가열조(13)와 가열기(17) 사이의 공급 라인(10)이며 분기 위치보다 상류측에서 공급 라인(10)에 되돌려져서 재이용하도록 하여도 좋다.
또한, 본 실시형태로서는 산화제 농도의 측정에 사용한 전해 황산을 되돌리는 위치는 특정 위치에 한정되는 것은 아니지만, 측정 지점보다 상류측으로 되돌리는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 시스템에 대한 영향을 작게 해서 측정에 사용한 전해 황산을 재이용할 수 있다.
실시예
(실시예 1)
80질량%로 조정한 황산을 전기 분해하여 농도가 다른 산화제를 함유한 황산전해액에 대해서 200∼300㎚의 흡광 강도를 80질량% 황산을 베이스라인으로 해서 계측했다. 산화제 농도는 요오드 적정법에 의해 분석했다. 전기 분해는 도전성 다이아몬드 전극을 양극 및 음극에 사용하고, 투입 전류량을 0, 5, 10, 15[Ah/L]로 한 전해 황산 용액이다. 각 전해 황산 용액에서의 스펙트럼을 도 3에 나타낸다. 이와 같이 산화제 농도가 높아질수록 200∼300㎚의 영역에서 흡광 강도가 높아지고 있다.
산화제 농도와 220㎚에서의 흡광 강도의 관계를 도 4에 나타낸다. 산화제 농도와 흡광 강도의 관계에는 높은 상관 관계가 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
도 2에 나타내는 장치를 가동하여 산화제 농도가 안정된 시점에서 요오드 적정법과 흡광도를 이용한 산화제 농도 모니터에 의한 비교를 행하였다. 또한, 장치의 가동 조건은 황산 농도 80질량%이며, 세정기에 공급한 황산은 전량 전해 황산 장치로 되돌렸다. 전류 투입량은 280Ah/L이며, 전체의 보유액량은 80L로 했다. 산화제 농도 모니터링 장치로는 흡광도 254㎚에서의 흡광 강도를 계측하고, 베이스라인은 80질량% 황산으로 했다. 장치 가동으로부터 5시간, 30분마다 각각 측정했다. 결과를 도 5에 나타낸다. 이것으로부터, 흡광도를 이용한 산화제 농도 모니터는 요오드 적정법에 의한 측정값에 거의 일치하는 것을 확인할 수 있었다.
1 : 세정 시스템 2 : 전해 장치
3 : 저장조 4 : 순환 라인
10 : 공급 라인 13 : 예비 가열조
14 : 분기 라인 15 : 산화제 농도 모니터링 장치
15a : 흡광 광도계 16 : 리턴 라인
15b : 기억부 20 : 매엽식 세정 장치

Claims (7)

  1. 전해 황산의 전산화성 물질 농도를 측정하는 방법으로서,
    상기 전해 황산의 황산 농도와 같은 황산 농도의 전해 황산 조제액을 표준 시료액으로 해서 전산화성 물질 농도와 관련지어서 베이스라인 보정한 흡광도 데이터를 이용하고,
    황산 농도가 60∼97질량%, 액온이 20∼70℃인 전해 황산을 시료액으로 해서 파장 190∼290㎚로 흡광도 측정함으로써 상기 데이터에 의거하여 상기 전해 황산 중의 전산화성 물질 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 전산화성 물질 농도의 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전산화성 물질은 퍼옥소일황산, 퍼옥소이황산, 과산화수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전산화성 물질 농도의 측정 방법.
  3. 황산 용액을 전해하면서 순환시켜서 전해 농도를 높이고, 전해 농도를 높인 전해 황산 용액을 이용하여 반도체 기판의 세정을 행하는 기판 세정 방법으로서,
    상기 전해 황산을 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 측정 방법에 의해 측정하고, 상기 전해 황산 용액의 전산화성 물질 농도를 온라인 모니터링하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전해 황산이 기판에 접촉하기 전에 일부를 시료액으로서 계 내로부터 분기하여 흡광도 측정을 행하고, 측정 후의 상기 시료액을 상기 계 내로 되돌리는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    기판 세정에 사용한 세정 폐액은 순환 재이용하지 않고 재사용 불능으로 하고, 전해액을 순환하는 라인으로부터 전해 황산 용액을 기판 세정에 공급하는 공급 라인 중 어느 하나의 위치에 있어서 전해 황산의 일부를 시료액으로서 분기하여 흡광도 측정을 행해서 전산화성 물질 농도를 측정하고, 측정 후에 기판 세정 전의 위치에서 상기 시료액을 계 내로 반송하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    측정 후의 전해 황산은 공급 라인으로부터 분기된 위치보다 상류측으로 반송하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  7. 황산 용액을 전해하는 전해 장치와,
    상기 전해 장치를 개재시켜서 황산 용액을 전해하면서 순환시키는 순환 라인과,
    전해 황산을 사용해서 반도체 기판을 세정하는 기판 세정 장치와,
    전해 황산을 기판 세정 장치에 보내는 공급 라인과,
    흡광 광도계와,
    전해 황산의 황산 농도와 같은 황산 농도의 전해 황산 조제액을 표준 시료액으로 해서 전산화성 물질 농도와 관련지어서 베이스라인 보정한 흡광도 데이터를 유지하는 기억부와,
    전해 황산을 상기 전해 장치, 순환 라인, 공급 라인 중 어느 하나로부터 일부를 인출하여 상기 흡광 광도계에 분기하는 분기 라인과,
    상기 흡광 광도계에서 황산 농도가 60∼97질량%, 액온이 20∼70℃인 상기 전해 황산을 시료액으로 해서 파장 190∼290㎚로 흡광도 측정함으로써 얻어지는 데이터와 상기 베이스라인 보정을 한 데이터에 의거하여 상기 전해 황산 용액의 전산화성 물질 농도를 측정하는 측정기를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 시스템.
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