JP2004205386A - 液位及び液体使用量の表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液位及び液体使用量の計測・表示方法を提供する。
【解決手段】容器１０内の導電性槽璧又は内槽３０とキャパシタンスインダクター２０との間の静電容量が溶液の液位の変化に応じて変動する性質を利用し、静電容量値を探知し、一定時間間隔で或いは常時、槽内の溶液に対して静電容量の計測を行うことにより、多点、或いは連続的に残量を計測する。槽内の余剰溶液量を随時検査、随時調整補充可能であるため設備停止の回数を減らすことができる。また装置自体の構造設計に対応し、電極間の相対面積と相対距離の比値（Ａ／Ｌ）を調整し、効果的に静電容量を拡大することができる。内槽３０を設置することにより、静電容量値の変化を安定させ、静電容量の計測をいっそう正確にすることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一種の液位及び液体使用量の表示方法に関する。特に一種の半導体製造工程中の化学気相成長法或いは化学エッチング法に適用し、高純度の化学品を入れた容器の液位及び液体使用量の表示方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
半導体産業におけるシリコンウエハ上の回路、或いはエピタキシャルウエハ（ガリウム砒素チップ等）上の部品の製造工程では、化学気相成長及び化学エッチングプロセスを大規模に使用する。該プロセス中では高純度の化学溶液を使用し、ウエハの成長に必要な素子を形成させる。
製造時には素子製造に際して、液体の蒸気をキャリアガス注入器により注入し薄膜堆積プロセスを実行する。或いは、直接、液体噴射方式を用い、液体用噴射器により、システム中に噴射し、化学気相反応を進行する。
これらの製造工程による薄膜の厚さは数ナノから数百ナノ程度であるため、該素子の使用料は非常に微量である。そのため、該工程に使用する装置の化学素子容器、或いは発泡器の容量もおよそ数百ミリリットルから数十リットルの範囲内と非常に少ない。
【０００３】
現段階では、該容器中においては浮子、或いは光学的な液位センサーが探知装置として多く使用されている。これらにより特定の液位を表示するために、約２〜３個の警告点を刻み、低液位と空液位を表示するだけである。よって、使用量及び液位点を即時に示すことができず、しかも該警告点が失効すれば、液位を知ることは不可能で、製造工程の持続も不能となってしまう。
しかも、該探知装置はその感度においても一定の限度があり、誤差が大き過ぎるという問題もある。先ず、浮子方式の探知装置は発泡器中の揺れ動く液位、或いは粘度の高い液体中での使用は不可能である。一方、光学方式のセンサー装置は濃色或いは粘度の高い液体には不適である。
また別に、計量方式で化学溶液の残量を示す探知方式もある。しかし、該方式の機体は管の多くは固定式であるため、計量は不正確にならざるを得ない。さらに、容器本体の重量に対する化学溶液の量があまりにも少なく、重量比率が過小であるため、計量誤差も大きくなってしまう。よって、適用可能な状況は非常に限定される。
即ち、半導体製造プロセス中において、使用液体の計量はこれまで経験法則に頼って来たため、計量により機械を停止しての化学溶液を交換或いは添加する必要があった。このため、化学溶液の浪費或いは生産ライン稼働率の低下がしばしば起こり、延いては不良品率も上昇する結果となってしまっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公知構造の欠点を解決するため、本発明は液位及び液体使用量の表示方法の提供を課題とする。
それは、溶液に浸漬した電極間の静電容量が溶液の液位の変化に応じて変動する性質を利用し、静電容量値を探知し、時間間隔を固定或いは変動させた状態で、槽内の溶液に対して静電容量の計測を行うことにより、多点、或いは連続の探知が可能である。
さらにそれは、槽内の余剰溶液量を随時検査、随時調整補充可能で、設備停止の回数を減らすことができる。
またそれは、装置自体の構造設計に対応し、電極間の相対面積と相対距離の比値（Ａ／Ｌ）を調整し、効果的に静電容量を拡大することができる。
加えてそれは、内槽を設置することにより、静電容量値の変化を安定させ、静電容量の計測をいっそう正確にすることができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は下記の液位及び液体使用量の表示方法を提供する。
それは主に以下のステップを含む。
1.計測対象となる溶液に浸漬した電極間の静電容量を所要時間間隔で検出し、該電極の相対面積と相対距離を調整することにより検出される静電容量値を適切な値に調整する。 溶液中に気体を導入する際などの波立ちにより計測困難な場合には、検出域を波立ちのある領域から遮蔽して隔離することにより安定した状態で計測できる。
2.静電容量を読み取り、数値データに転換する。
3.数値データをアナログに校正し、実際の液位を得、同時に体積と重量を校正後、出力、表示する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は以下のステップを含む。
1.計測対象となる溶液に浸漬した電極間の静電容量を所要時間間隔で検出し、該電極の相対面積と相対距離を調整することにより検出される静電容量値を適切な値に調整する。
2.静電容量を読み取り、数値データに転換する。
3.数値データをアナログに校正し、実際の液位を得る。
【０００７】
ステップ１では、先ず溶液に浸漬される両端に電極を具えた液位センサーを利用し、容器内部の高純度化学溶液に浸漬された両電極間の静電容量を検出する。該電極は導電実芯管、板、ブロック等で、材質はステンレス、アルミニウム、チタン、金、白金、等の金属、或いは導電特殊ガラス、セラミック、或いは高分子材質である。
該両電極間の有効探知相対面積の変化を利用し、計算する静電容量の公式は以下の通りである。
ＰＦ＝Ｋ×Ａ／Ｌ
ＰＦ：ピコファラド
Ｋ：静電容量
Ａ：相対面積
Ｌ：相対距離
相対面積は第一電極及び第二電極と液面の接触面積の内、最小の数値を選択する。相対距離は第一電極と第二電極間の距離を用いる。
【０００８】
上記公式により明らかなように、第一電極及び第二電極と液面の接触面積は、液面の高さの変化に伴って変化し、しかも、相対距離は液面の高さの変化に対して変化しない。そのため、液体静電容量値の変化を探知することにより液面の高さを推測することができるのである。また、相対面積と相対距離の比較値（Ａ／Ｌ値）を調整して大きくすれば、液体の静電容量値をより高い静電容量値に拡大することができる。こうして、もともとは微量であった静電容量値を増大して静電容量の変化を読み取ることができるようになり、即ち液位の高低を判断可能となる。
また、容器内部にキャリアガスが充填される状態において、液体が動揺する場合には、正確な静電容量値を計測するため、安定させるため、液位センサーと液体間を隔離する必要がある。こうして、信号の安定性を確保する。
読み取った静電容量値は、コンバーターを経て数値データに転化し、ディスプレーへと伝送される。該静電容量値はコンバーターを用い校正処理され、実際の液位を算出し、ディスプレーにおいて表示する。
また、静電容量値の計測時に、同時に体積、比重の計測も行い、二重或いは多重の確認を行うこともできる。これら数値も同様に、ディスプレーにより出力し、使用者の参考に供する。即ち、化学溶液の減少或いは増加を表示すると同時に、その重量、体積と液位の増減も表示可能である。
【０００９】
続いて図１、２が示すように、本発明装置は主に密封状態の外槽１０、該外槽１０中央に設置するキャパシタンスインダクター２０を含む。
該外槽１０は密封状の中空円柱体で、その容量は約２０ｃｃ〜４０Ｌである。該外槽１０の材質は導電材料で、第一電極として該キャパシタンスインダクター２０に対応し、その静電容量を計測する。
キャリアガス設備に応用する時には、気体導入管１２は該外槽１０に通じ、該外槽１０槽底にまで延伸させる必要がある。これにより、キャリアガスを導入し、該外槽１０内の液体と混合して反応を行う。
【００１０】
該キャパシタンスインダクター２０は第二電極で、該外槽１０との間の化学溶液の静電容量値を計測し、分析計算システムへと伝送する。
キャリアガス設備に応用する時には、該密封状外槽１０内では真空状態で操作するため、導入した気体は激しい膨張を起こす。これにより、該外槽１０内の溶液は波立ち、安定し静電容量値を計測不能となる。そのため、該外槽１０と該キャパシタンスインダクター２０間には内槽３０を設置し、激しい波立ちを隔離する。該内槽３０は同様に導電材質で製造した中空の円柱体で、該第一電極の外槽１０の代わりに計測を行うことができる。該内槽３０の槽体上方には通気孔３２を設置し、該外槽１０気体部分と相互に通じる。該内槽３０槽体の下方には連通孔３４を設置し、該外槽１０の液体部分と相互に通じ、内外の圧力差を均衡させ、内、外槽の液面高度と一致させる。同時にこれは、液体の波立ちを防止する効果も具え、こうして正確で安定した静電容量値を計測可能となる。
【００１１】
さらに図３が示すために、キャリアガスシステム操作時には、先ずキャリアガススチールボトル４０の内容物を輸送管４２を通じて該外槽１０中に送り込み、該外槽１０中の化学溶液と十分に混合し、反応させる。続いて、送出管４４により反応後の気体を他の反応室へと送り反応させる。
該操作の過程において消費される液体は、該キャパシタンスインダクター２０によりＰＣ処理システム５０に送られ、計算、整理後、重量と体積などの数値データと合わせ、ディスプレー上に即時表示される。
さらに、探知された静電容量が最大であるようにするため、第一電極と第二電極間の相対面積と相対距離の比値（Ａ／Ｌ）は最大に調整する必要がある。これにより、最大の静電容量値を求めることができる。
【００１２】
【発明の効果】
上記のように本発明は、静電容量が溶液の液位の変化に応じて変動する性質を利用し、静電容量値を探知し、時間間隔を固定或いは変動させた状態で、槽内の溶液に対して静電容量の計測を行うことにより、多点、或いは連続の探知が可能である。さらに、槽内の余剰溶液量を随時検査、随時調整補充可能で、機械停止の回数を減らすことができる。また、装置自体の構造設計に対応し、電極間の相対面積と相対距離の比値（Ａ／Ｌ）を調整し、効果的に静電容量を拡大することができ、内槽を設置することにより、静電容量値の変化を安定させ、静電容量の計測をいっそう正確にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液位及び液体使用量指示装置の側面断面指示図である。
【図２】本発明の液位及び液体使用量指示装置の俯瞰図である。
【図３】本発明の液位及び液体使用量指示装置の実施指示図である。
【符号の説明】
１０ 外槽
１２ 気体導入管
２０ キャパシタンスインダクター
３０ 内槽
３２ 通気孔
３４ 連通孔
４０ キャリアガススチールボトル
４２ 輸送管
４４ 送出管
５０ ＰＣ処理システム

Claims (3)

1. 計測対象となる溶液に浸漬した電極間の静電容量を所要時間間隔で検出し、
   該電極の相対面積と相対距離を調整することにより検出される静電容量値を適切な値に調整する。
   主に以下のステップを含み、
   静電容量を読み取り、数値データに転換し、
   数値データをアナログに校正し、実際の液位を得ること
   を特徴とする液位及び液体使用量の表示方法。
2. 溶液中に気体を導入する際などの波立ちにより計測困難な場合には、検出域を波立ちのある領域から遮蔽・隔離することにより、安定した状態で計測することを特徴とする請求項1記載の液位及び液体使用量の表示方法。
3. 前記数値データをアナログに校正し、実際の液位を得る時、同時に体積と重量を校正後、出力、表示することを特徴とする請求項1記載の液位及び液体使用量の表示方法。

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