CN217820011U

CN217820011U - 一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置

Info

Publication number: CN217820011U
Application number: CN202221591472.5U
Authority: CN
Inventors: 申季刚; 于红; 罗嘉豪; 陈琳媛; 董全宇; 褀丹娜
Original assignee: China Electronics Innovation Environmental Technology Co ltd
Current assignee: China Electronics Innovation Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2032-06-24

Abstract

本实用新型提供了一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置，其能用于清洗后的酸性清洗剂中过氧化氢浓度的检测，且可以连续检测，检测耗时短，能够有效提高检测效率。其包括用于输送样品的样品输送泵，其还包括显色剂输送泵、反应显色单元、显色样品输送泵、分光比色单元A、分光比色单元B、密度计；样品输送泵与反应显色单元的样品进口连接，显色剂输送泵与反应显色单元的显色剂进口连接，反应显色单元的出口与显色样品输送泵连接，显色样品输送泵通过三通阀一分别与分光比色单元A的进口、分光比色单元B的进口连接；密度计连接有样品输送泵。

Description

一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置

技术领域

本实用新型涉及物质浓度检测技术领域，具体为一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置。

背景技术

在晶圆清洗制程中，经常使用的硫酸及过氧化氢混和溶液作为清洗制程中表面有机物及残留金属的清洗剂，其一般含有40wt%~75wt%的硫酸及1wt%~10wt%的过氧化氢，而且浓度较高，清洗后废液仍保有高浓度的硫酸及过氧化氢，如果要对废酸性清洗剂资源化，需先将过氧化氢去除，剩余硫酸才具备资源化价值，为此就需要先测得过氧化氢的具体浓度，现在采用的方法主要为电极滴定法，采用pH电极以氢氧化钠滴定硫酸，及氧化还原电极以硫酸铈溶液滴定过氧化氢，该方法存在缺点:电极滴定方法耗时长，平均每笔数据需要30~60分钟，并且当溶液中存在强氧化，还原物质时，过氧化氢浓度将无法分析。

实用新型内容

针对目前检测过氧化氢浓度耗时长的问题，本实用新型提供了一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置，其能用于清洗后的酸性清洗剂中过氧化氢浓度的检测，且可以连续检测，检测耗时短，能够有效提高检测效率。

其技术方案是这样的：一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置，其包括用于输送样品的样品输送泵，其还包括显色剂输送泵、反应显色单元、显色样品输送泵、分光比色单元A、分光比色单元B、密度计；样品输送泵与反应显色单元的样品进口连接，显色剂输送泵与反应显色单元的显色剂进口连接，反应显色单元的出口与显色样品输送泵连接，显色样品输送泵通过三通阀一分别与分光比色单元A的进口、分光比色单元B的进口连接；密度计连接有样品输送泵。

优选的，其还包括稀释水输送泵，稀释水输送泵与反应显色单元的稀释水进口连接。

优选的，其还包括洗涤剂输送泵，洗涤剂输送泵通过三通阀二分别与分光比色单元A的进口、分光比色单元B的进口连接。

优选的，反应显色单元包括呈杯状的反应容器，其内分别***有样品插管、稀释水插管和显色剂插管，样品输送泵与样品插管连接，稀释水输送泵与稀释水插管连接，显色剂输送泵与显色剂插管连接。

优选的，反应显色单元内部设有搅拌装置。

优选的，搅拌装置为设置在反应显色单元底部的磁力搅拌子，显色样品输送泵与反应显色单元顶部的溢流口连接。

优选的，样品输送泵、显色剂输送泵、显色样品输送泵、稀释水输送泵、洗涤剂输送泵为蠕动泵。

有益效果：样品和显色剂通过样品输送泵和显色剂输送泵输送至反应显色单元混合后，通过显色样品输送泵送入分光比色单元，通过分光比色单元测得显色样品的吸光值，而密度计则用于测得样品的密度，之后通过计算即可得到过氧化氢的浓度，与一般过氧化氢检测装置分析时间长达30~60分钟相比，本装置分析结果的时间在5分钟内，检测时间比一般检测装置快6至12倍，同时当对其中一个分光比色单元进行清洗时，可以通过另一个分光比色单元来进行检测，从而可以连续检测，提高了检测效率。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置，其包括用于输送样品的样品输送泵1，其还包括显色剂输送泵2、反应显色单元3、显色样品输送泵4、分光比色单元A、分光比色单元B、密度计；样品输送泵1进口与存储样品的废液收集槽连接，出口与反应显色单元3的样品进口连接，显色剂输送泵2进口与存储显色剂的药剂槽连接，出口与反应显色单元3的显色剂进口连接，反应显色单元3的出口与显色样品输送泵4连接，显色样品输送泵的输出口C通过三通阀一（图中未示出）分别与分光比色单元A的进口D、分光比色单元B的进口E连接，通过分光比色单元测得显色样品的吸光值，密度计也连接有样品输送泵1，用于将废液收集槽中的样品输入密度计中测得样品密度。

另外，为了稀释过氧化氢浓度，其还包括稀释水输送泵5，稀释水输送泵5与反应显色单元3的稀释水进口连接，这样就可以根据需要通过注入稀释水来稀释反应显色单元中显色样品浓度。反应显色单元3则具体包括呈杯状的反应容器，其内分别***有样品插管、稀释水插管和显色剂插管，样品输送泵1与样品插管连接，稀释水输送泵5与稀释水插管连接，显色剂输送泵2与显色剂插管连接，反应显色单元3内部设有搅拌装置，优选的其可以为设置在反应显色单元3底部的磁力搅拌子7，显色样品输送泵4与反应显色单元3顶部的溢流口8连接。

同时，为了便于对分光比色单元进行清洗，其还包括洗涤剂输送泵6，洗涤剂输送泵6进口与存储洗涤剂的槽连接，而其出口H通过三通阀二（图中未示出）分别与分光比色单元A的进口F、分光比色单元B的进口G连接，这样根据需要将洗涤剂输送至分光比色单元A或者分光比色单元B中进行清洗。

使用本装置进行检测步骤如下：废酸性清洗液：过氧化氢浓度为0~10wt%，硫酸浓度为0~75wt%，pH<0，密度为1000~1700kg/m³。

废酸性清洗液于废液收集槽中，由样品输送泵1以0.8mL/min的流量经过样品进口抽入检测装置内，样品经过样品输送泵1将待检测样品输送至反应显色单元3样品进口。显色剂于药剂槽中，由显色剂输送泵2以0.2mL/min的流量经过显色剂进口抽入检测装置内，显色剂经过显色剂输送泵2将显色剂输送至反应显色单元3的显色剂进口。显色剂可以选用如下方式制作:将250~300mL、96~98wt%浓硫酸缓慢加入300~500ml去离子水，加入20~50g草酸钾钛固体，并加热至70~90℃保持18~24小时使其完全溶解，并自然降温至20~30℃并静置24小时，后使用0.45μmPTFE材质滤网、滤纸过滤显色剂，最终得到无色澄清显色剂。显色剂会与过氧化氢产生黄棕色络合物，其吸亮度及浓度关系符合朗博比尔定律，可由标准曲线法来检测样品中过氧化氢浓度。另外，可以根据需要添加稀释水（可以根据第一次检测得到浓度来确认添加稀释水的量以使分光检测时，吸光值保持于最佳检测范围，同时依据稀释水流量计算实际浓度。此设计还可补足络合显色反应中，检测范围狭小之问题，可适用于1mg/L至100000mg/L或更高浓度的过氧化氢浓度分析），样品于反应显色单元3中，与显色剂及稀释水接触，经由反应显色单元3中的显色槽底部磁力搅拌子7快速混和搅拌，同时于反应显色单元3中停留时间达3分钟，确保混和反应彻底。反应后显色样品由反应显色单元3顶部溢流口8溢出，经由显色样品输送泵4输送。

之后，显色样品以1mL/min的流量经显色样品输送泵4输送至三通口，三通口可通向分光比色单元A以及分光比色单元B，显色样品经过三通口通往分光比色单元A或B，每套分光比色单元运行一小时后进行待机清洗模式，同时控制三通阀一将会转换至另一套分光比色单元运行检测。分光比色单元用于测得显色样品的吸光度，其可以为市场上常见的测吸光度的仪器例如吸光度检测仪（景颐光电），本实施例中选购上海复享光学股份有限公司FX2000光谱仪、搭配iDH2000-BSC氘卤二合一光源以及FVA-UV光纤可调衰减器控制波长于400nm及R4比色皿光谱测量支架、200ul光程10mm两通光螺纹接口比色杯，比色皿光谱支架用于固定比色杯，比色杯作为比色管道用于盛装样本液，这样显色样品通过分光比色单元中比色管道，其中光源经由衰减器控制于400nm波长，显色样品通过光源后，其400nm吸光值经由光谱仪检测出来，这样就可以通过吸光值依照线性回归换算过氧化氢浓度。过氧化氢线性回归检量线制作以及换算方式如下:将过氧化氢标准品稀释至1、5、10、25、50mg/L共五个浓度，并取50ml标准品加入浓硫酸10g/L，并以0.1N高锰酸钾溶液滴定，滴定终点为粉色，滴定体积为A，同时取去离子水作为背景值，以0.1N高锰酸钾溶液滴定，滴定终点为粉色，滴定体积为B，双氧水浓度计算为(A-B)*0.1*340mg/L。后将五个标定浓度后的过氧化氢逐一抽入检测装置中，并依据上述程序进行显色反应分析吸光值，并依照吸光值对应之浓度做吸光值-过氧化氢浓度标准曲线，作为本检测装置过氧化氢浓度检测标准，检测样品通过本装置测得吸光值后对比该曲线得到浓度。显色样品经过分光比色单元A或B后，由废液口排出。

废酸性清洗液于废液收集槽中，由样品蠕动泵B以10mL/min的流量经过样品进口抽入检测装置内，样品经过样品输送泵将待检测样品输送至密度计进口，密度计以压差检测转换计算样品密度，并且以温度校正。

样品过氧化氢浓度(mg/L)以及密度检测出后依据以下公式换算过氧化氢浓度(wt%)=(过氧化氢浓度(mg/L)/样品密度(kg/m³)/10000)，进一步的硫酸浓度可以通过如下公式换算得到：硫酸浓度(wt%):{3.46017E-15*(样品密度-(0.0104028039*(过氧化氢浓度(wt%))²+3.4280969473*(过氧化氢浓度(wt%))-0.448534027))⁶-2.84075E-11*(样品密度-(0.0104028039*(过氧化氢浓度(wt%))²+3.4280969473*(过氧化氢浓度(wt%))-0.448534027))⁵+9.64889E-08*(样品密度-(0.0104028039*(过氧化氢浓度(wt%))²+3.4280969473*(过氧化氢浓度(wt%))-0.448534027))⁴-1.73514E-04*(样品密度-(0.0104028039*(过氧化氢浓度(wt%))²+3.4280969473*(过氧化氢浓度(wt%))-0.448534027))³+1.74141E-01*(样品密度-(0.0104028039*(过氧化氢浓度(wt%))²+3.4280969473*(过氧化氢浓度(wt%))-0.448534027))²-9.22979E+01*(样品密度-(0.0104028039*(过氧化氢浓度(wt%))²+3.4280969473*(过氧化氢浓度(wt%))/10000)-0.448534027))+2.01298E+04}。

需要洗涤时，纯水于纯水槽中，由洗涤输送泵6以3mL/min的流量经过洗涤进口抽入检测装置内，纯水经过洗涤输送泵6将纯水输送至三通口，并由三通口进入待机清洗中的分光比色单元，纯水洗涤15分钟后改为洗涤剂清洗。洗涤剂于洗涤药剂槽中，由洗涤输送泵6以1mL/min的流量经过洗涤剂进口抽入检测装置内，洗涤剂经过洗涤输送泵6将洗涤剂输送至三通口，并由三通口进入待机清洗中的分光比色单元，洗涤剂洗涤5分钟后再使用纯水清洗15分钟。洗涤剂可将黄色络合物洗净，避免比色通道管壁上累积污染，导致分析误差。洗涤剂制作方法如下:将100mL、25~32wt%浓硫酸缓慢加入500~1000ml去离子水，加入10~30g柠檬酸钠，搅拌1~3小时使其完全溶解，并静置24小时，后使用0.45μmPTFE材质滤网、滤纸过滤洗涤剂，最终得到无色澄清洗涤剂。

采用上述装置和方法后具有如下优点：一、与一般硫酸及过氧化氢检测装置分析时间长达30~60分钟相比，本装置可连续分析，分析结果与取样槽内样品时间差为5分钟内，检测时间比一般检测装置快6至12倍。

二、紫外光学检测法对于浓度变化大或含有杂质污染物之废酸会导致检测误差大于50%以上，相较于紫外光学法，本装置所采用络合显色反应搭配密度计经过公式换算后，可适用于不同浓度的制程酸或废酸，可避免杂质干扰以及硫酸&双氧水浓度波动所导致之误差。

三、检测装置中，反应单元所采用自有稀释***，可针对检测浓度实时调整稀释水流量，以保证分光检测时，吸光值保持于最佳检测范围，同时依据稀释水流量计算实际浓度。此设计还可补足络合显色反应中，检测范围狭小之问题，可适用于1mg/L至100000mg/L或更高浓度的过氧化氢浓度分析。

四、检测装置中，硫酸检测所采用密度计检测法可直接连续检测密度后，转换计算硫酸浓度。相较于一般所采用之酸碱滴定法，分析时间减少99%以上，同时酸碱滴定所用之电极制造成本高，且容易损坏，并且需要使用液碱作为滴定药剂，密度计检测法可避免以上问题。分析偏差在±0.5%以内。

五、本申请中检测设备内部单元采用模块单元化设计，内部若单项设备故障或损坏，可快速更换，并可依据检测需求增减检测单元、输送单元、反应单元，以满足不同水质状况，以及选择适用材料做为各单元接液材质，避免发生设备腐蚀状况。

六、本申请中使用之反应显色单元采用内插管快速混和搅拌设计，搭配顶部溢流设计，可确保反应过程彻底，避免产生短流导致反应或稀释未完全，使得检测产生误差。

七、本申请中采用之洗涤剂可将显色络合物清洗，防止络合物沉淀累积于比色通道壁上产生检测正干扰。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置，其包括用于输送样品的样品输送泵，其特征在于：其还包括显色剂输送泵、反应显色单元、显色样品输送泵、分光比色单元A、分光比色单元B、密度计；所述样品输送泵与反应显色单元的样品进口连接，所述显色剂输送泵与所述反应显色单元的显色剂进口连接，所述反应显色单元的出口与所述显色样品输送泵连接，所述显色样品输送泵通过三通阀一分别与所述分光比色单元A的进口、所述分光比色单元B的进口连接；所述密度计连接有样品输送泵。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置，其特征在于：其还包括稀释水输送泵，所述稀释水输送泵与所述反应显色单元的稀释水进口连接。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置，其特征在于：其还包括洗涤剂输送泵，所述洗涤剂输送泵通过三通阀二分别与所述分光比色单元A的进口、所述分光比色单元B的进口连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置，其特征在于：所述反应显色单元包括呈杯状的反应容器，其内分别***有样品插管、稀释水插管和显色剂插管，所述样品输送泵与所述样品插管连接，所述稀释水输送泵与所述稀释水插管连接，所述显色剂输送泵与所述显色剂插管连接。

5.根据权利要求4任一所述的一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置，其特征在于：所述反应显色单元内部设有搅拌装置。

6.根据权利要求5所述的一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置，其特征在于：所述搅拌装置为设置在所述反应显色单元底部的磁力搅拌子，所述显色样品输送泵与所述反应显色单元顶部的溢流口连接。

7.根据权利要求3所述的一种晶圆酸性清洗液中过氧化氢浓度连续检测装置，其特征在于：所述样品输送泵、所述显色剂输送泵、所述显色样品输送泵、所述稀释水输送泵、所述洗涤剂输送泵为蠕动泵。