JP4863260B2 - 液面検出装置及びそれを備えた液処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、液面検出装置及びそれを備えた液処理装置に関するもので、更に詳細には、タンク内に貯留された例えば処理液等の液体の量の監視機能を有する液面検出装置及びそれを備えた液処理装置に関するものである。

一般に、例えば半導体ウエハ等の被処理体に洗浄液等の処理液を供給して処理を施す液処理技術において、タンク内に貯留された処理液の量を監視することは重要である。

そのため、従来では、タンク内に貯留された液体の量を液面センサによって検出している。例えば、液体を貯留する本体に一端が接続され、他端が本体内の液面より高い位置に設定された液面測定用パイプと、該液面測定用パイプによって導かれる本体からの洗浄液によって、本体に供給された洗浄液の液面の位置を検出する液面センサと、一端が本体内の液面よりも低い位置において液面測定用パイプと接続され、他端が本体内の液面よりも高い位置で開放されている、気泡抜きのための気泡抜き用パイプとを有する液面検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３３４９８６２号公報（特許請求の範囲、図１）

しかしながら、特許第３３４９８６２号公報に記載の技術では、液面測定用パイプと気泡抜き用パイプは、洗浄液を貯留する本体の側部に接続する水平部を介して接続されているため、本体内の洗浄液を排液する際に気泡が発生し、その気泡が液面測定用パイプと気泡抜き用パイプの接続部に残留し、排液後に本体内に新たに洗浄液を供給する際に、接続部に残留した気泡が液面測定用パイプ内に侵入して、液面センサを誤動作させる虞がある。

特に、洗浄液に界面活性剤を含有する過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）が使用されている場合には、大きな気泡が発生しやすいため、液面測定用パイプ内に大きな気泡が侵入する虞があり、本体内の液量が正確に検出できないという問題がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、液体中に発生する気泡の影響を受けることなくタンク内に貯留された液体の量を正確に検出し、監視する液面検出装置及びそれを備えた液処理装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の液面検出装置は、タンク内の液面位置と同一の液面位置となるように、タンク内の液体を導く鉛直状に配設される導液管と、 上記導液管から水平方向に分岐され、上記タンク内の液面位置と同一の液面位置を有する鉛直状に配設される液面検出用の分岐導液管と、 上記分岐導液管内の液体の液面を検出する位置センサと、 上記導液管と分岐導液管の接続部に配設されて、上記液体中に発生する気泡の分岐導液管内への侵入を阻止する多孔板状の気泡防止部材と、を具備し、 上記気泡防止部材の表面が上記導液管の内壁面と同一面上に位置している、ことを特徴とする。

このように構成することにより、液体中に発生する気泡を含む液体がタンクから導液管及び分岐導液管側に流れても気泡防止部材によって分岐導液管内への気泡の侵入を阻止することができ、分岐導液管内の液体の液面を液面センサによって検出することができる。

また、請求項４記載の液面検出装置を備えた液処理装置は、処理用の液体を貯留するタンクと、このタンク内の液体を用いて被処理体に処理を施す処理部とを具備する液処理装置において、 上記タンクは、該タンク内の液面位置と同一の液面位置となるように、タンク内の液体を導く鉛直状に配設される導液管と、 上記導液管から水平方向に分岐され、上記タンク内の液面位置と同一の液面位置を有する鉛直状に配設される液面検出用の分岐導液管と、 上記分岐導液管内の液体の液面を検出する位置センサと、 上記導液管と分岐導液管の接続部に配設されて、上記液体中に発生する気泡の分岐導液管内への侵入を阻止する多孔板状の気泡防止部材と、を具備し、 上記気泡防止部材の表面が上記導液管の内壁面と同一面上に位置している、ことを特徴とする。

このように構成することにより、処理に供される液体中に発生する気泡を含む液体がタンクから導液管及び分岐導液管側に流れても気泡防止部材によって分岐導液管内への気泡の侵入を阻止することができ、分岐導液管内の液体の液面を液面センサによって検出することができる。

また、タンク内の液体を排液する際に分岐導液管側の液体も排液され、分岐導液管側に液体が残留することがない。

また、上記気泡防止部材に設けられた各孔の孔径を０．５〜０．８ｍｍとする方が好ましい（請求項２，５）。ここで、気泡防止部材に設けられた各孔の孔径を０．５〜０．８ｍｍとした理由は、孔径が０．５ｍｍより小さいと表面張力によって液体が通過しなくなり、また、孔径が０．８より大きいと、気泡が詰まって液体が流れなくからである。

このように構成することにより、タンク側から分岐導液管側に流れる液体中の気泡を液体気泡防止部材によって通過させずに液体のみを通過させることができる。

また、上記導液管を、上記分岐導液管との接続部において下方に延在する連通路に連通し、その下端部に排液管を接続する方が好ましい（請求項３，６）。

このように構成することにより、導液管と分岐導液管との接続部の下方に排液管が位置するので、タンク内の液体を排液管から排液した後に、分岐導液管内に液体が残留するのを防止することができる。

加えて、請求項７記載の発明は、請求項４ないし６のいずれかに記載の液面検出装置を備えた液処理装置において、上記タンクは蓋体によって上端開口部が閉塞され、上記導液管及び分岐導液管の上端部は、上記タンク内に接続されている、ことを特徴とする。

このように構成することにより、処理に供されるタンク内の液体が外気に晒されるのを防止することができる。

この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような優れた効果が得られる。

（１）請求項１記載の発明によれば、液体中に発生する気泡を含む液体がタンクから導液管及び分岐導液管側に流れても気泡防止部材によって分岐導液管内への気泡の侵入を阻止することができ、分岐導液管内の液体の液面を液面センサによって検出することができるので、気泡の影響を受けることなくタンク内に貯留された液体の量を正確に検知することができる。

（２）請求項４記載の発明によれば、処理に供される液体中に発生する気泡を含む液体がタンクから導液管及び分岐導液管側に流れても気泡防止部材によって分岐導液管内への気泡の侵入を阻止することができ、分岐導液管内の液体の液面を液面センサによって検出することができるので、気泡の影響を受けることなくタンク内に貯留された液体の量を正確に検知することができると共に、処理用の液体の監視を確実にすることができる。

（３）請求項１，４記載の発明によれば、タンク内の液体を排液する際に分岐導液管側の液体も排液され、分岐導液管側に液体が残留することがないので、排液後にタンク内に供給される液体の量を正確に検知することができる。したがって、上記（１），（２）に加えて、更にタンク内の液体の検知を正確にすることができる。

（４）請求項２，５載の発明によれば、タンク側から分岐導液管側に流れる液体中の気泡を液体気泡防止部材によって通過させずに液体のみを通過させることができるので、上記（１）〜（３）に加えて、更にタンク内に貯留された液体の量を正確に検知することができる。

（５）請求項３，６記載の発明によれば、タンク内の液体を排液管から排液した後に、分岐導液管内に液体が残留するのを防止することができるので、上記（１）〜（４）に加えて、更に新たにタンク内に供給される液体の量を正確に検知することができる。

（６）請求項７記載の発明によれば、処理に供されるタンク内の液体が外気に晒されるのを防止することができるので、タンク内の液体によって外気の雰囲気が影響を受けることがなく、また、タンク内の液体が外気雰囲気によって化学変化して劣化する虞がない。したがって、上記（２）〜（５）に加えて、更に装置の安全性及び信頼性の向上が図れる。

以下に、この発明の最良の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る液面検出装置を適用した液処理装置の一例を示す概略断面図である。

上記液処理装置は、被処理体である半導体ウエハＷ（以下にウエハＷという）のエッチング処理後にレジスト層、エッチング残渣であるポリマー層、及びエッチングによりスパッタされて付着した金属付着物を除去する装置である。

上記液処理装置は、図示しないロータによって鉛直方向に回転される互いに平行な複数（図面では６本の場合を示す）の保持棒１によって支持される複数枚例えば２６枚のウエハＷを収容する処理部であるチャンバ２と、このチャンバ２内の上部に配設されて、ウエハＷに向かって処理液例えば過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）水を噴射する多数の噴射孔（図示せず）を有する２本の噴射ノズル３と、これら噴射ノズル３に供給管４を介して接続する処理液供給用のタンク５とを具備しており、タンク５にこの発明に係る液面検出装置１０が備えられている。

この場合、上記供給管４には、タンク側から順に供給ポンプ６，フィルタＦ1及び開閉弁Ｖ1が介設されている。また、供給管４における開閉弁Ｖ1の一次側には、開閉弁Ｖ2を介設した循環管７の一端が分岐され、循環管７の他端がタンク５内に接続されている。このように循環管７を設けることにより、開閉弁Ｖ1を閉じ、開閉弁Ｖ2を開放した状態で、供給ポンプ６を駆動することで、タンク５内の処理液Ｌを循環させて待機させることができる。

また、チャンバ２の底部に設けられたドレイン口２ａにドレイン管８が接続されている。このドレイン管８にはフィルタＦ2と切換弁Ｖcが介設されると共に、切換弁Ｖcを介して戻り管９がタンク５内に接続されており、処理に供した処理液を戻り管９を介してタンク５内に貯留されるようになっている。

上記タンク５は、図２に示すように、例えばＰＦＡ等のフッ素樹脂にて形成され、底部中央が凹状をなす有底円筒状に形成されており、その上端開口部は、例えばＰＦＡ等のフッ素樹脂にて形成される蓋体１１によって閉塞されている。このタンク５内には処理液Ｌが貯留されている。また、このタンク５には、処理液供給源１２に接続する開閉弁Ｖ3を介設した処理液供給管１３と、上記戻り管９が、蓋体１１に設けられた貫通孔（図示せず）を介してそれぞれタンク５の内壁面側に向かって供給口を位置した状態で配設されている。ここで、処理液供給管１３及び戻り管９の供給口をタンク５の内壁面側に向けた理由は、処理液供給管１３又は戻り管９からタンク５内に供給される処理液をタンク内壁面に衝突させることで、気泡の発生を抑制するためである。

上記液面検出装置１０は、図２ないし図４に示すように、タンク５内に貯留された処理液Ｌの液面位置と同一の液面位置となるように、タンク５内の処理液Ｌを導く導液管１４と、この導液管１４から分岐され、タンク５内の処理液Ｌの液面位置と同一の液面位置を有する液面検出用の分岐導液管１５と、この分岐導液管１５内の洗浄液の液面を検出する位置センサ１６｛具体的には、複数例えば４個の位置センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ｝と、導液管１４と分岐導液管１５の接続部に配設されて、洗浄液中に発生する気泡の分岐導液管１５内への侵入を阻止する多孔板状の気泡防止部材１７とで主に構成されている。

また、タンク５の外周には図示しないコイル状ヒータが配設され、内方の下部にはコイル状の冷却管１８が配設されている。冷却管１８の両端はタンク５の上方に延在し、一端に冷媒供給口１８ａが形成され、他端に冷媒排出口１８ｂが形成されている。なお、タンク５の上部開口部には蓋体１１に設けられた排気口（図示せず）を介して排気管２４が接続されている。

一方、上記タンク５の底部には排液口５ａが設けられており、この排液口５ａに一端が接続する水平管１９の他端にブロック状の継手２０を介して鉛直状に配設された導液管１４の下端が接続されている。導液管１４の上端は、上部継手２１を介してタンク５の開口部に接続する上部水平管２２に接続されている。この場合、水平管１９，継手２０，導液管１４，上部継手２１及び上部水平管２２は、例えばＰＦＡ等のフッ素樹脂にて形成されている。

また、分岐導液管１５は、下端が継手２０に接続されて導液管１４から分岐し、導液管１４と平行に鉛直状に配設され、その上端は上部継手２１に接続されている。この分岐導液管１５もタンク５や導液管１４等と同様に、例えばＰＦＡ等のフッ素樹脂にて形成されている。

導液管１４と分岐導液管１５を接続する継手２０は、図２ないし図４に示すように、一側部に、水平管１９を接続する第１の連通口２０ａが設けられ、上面部には導液管１４を接続する第２の連通口２０ｂが設けられ、これら第１の連通口２０ａと第２の連通口２０ｂは連通路２３ａを介して連通されている。また、継手２０の他側部には、導液管１４に連通する連通路２３ａから分岐する連通路２３ｂを介して第３の連通口２０ｃが設けられており、この第３の連通口２０ｃに分岐導液管１５の下端部が接続されている。この場合、分岐導液管１５の下端部には、例えばＰＦＡ等のフッ素樹脂にて形成される有底円筒状の気泡防止部材１７が溶着等の固着手段によって連結されており、この気泡防止部材１７が第３の連通口２０ｃ内に嵌挿され、気泡防止部材１７の表面を形成する底板部１７ａが導液管１４の内壁面と同一面上に位置する状態で溶接等の固着手段によって連結されている。

上記気泡防止部材１７の気泡防止部は、底板部１７ａと、この底板部１７ａのほぼ全面に均一に穿設された多数の孔部１７ｂとで形成されている（図３ないし図５参照）。この場合、底板部１７ａの厚さは、１〜２ｍｍであり、各孔部１７ｂの孔径ｄは、０．５〜０．８ｍｍの範囲に設定されている。このように、気泡防止部材１７の各孔部１７ｂの孔径ｄを０．５〜０．８ｍｍとした理由は、孔径が０．５ｍｍより小さいと表面張力によって液体が通過しなくなり、また、孔径が０．８より大きいと、気泡が詰まって液体が流れなくからである。

また、継手２０には、導液管１４の下端部が下方に延在するように導液管１４に連通する下部連通路２３ｃが設けられており、この下部連通路２３ｃの下端部に、開閉弁Ｖ4を介設する例えばＰＦＡ等のフッ素樹脂にて形成される排液管２５が溶接等の固着手段によって固定（接続）されている（図４参照）。このように、導液管１４と分岐導液管１５との接続部の下方に排液管２５を位置させることにより、タンク５内の処理液Ｌを排液管２５から排液した後に、分岐導液管１５内に処理液Ｌが残留するのを防止することができる。

なお、分岐導液管１５の外周壁には、上方から順に、上限センサ１６ａ，適量センサ１６ｂ，補充センサ１６ｃ及び下限センサ１６ｄ等の４個の位置センサ１６が取り付けられている。これら位置センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ及び１６ｄは、例えば静電容量型センサによって形成されており、気泡防止部材１７を通過する処理液中に存在する微細な気泡による影響を受けることなく分岐導液管１５内の処理液Ｌの液面を高精度に検出することができる。また、これら位置センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ及び１６ｄは、制御手段例えばＣＰＵ等のコントローラ３０に電気的に接続されており、位置センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ及び１６ｄによって検出された検知信号がコントローラ３０に伝達され、コントローラからの信号に基づいて処理液供給管１３に介設された開閉弁Ｖが開閉制御されるように形成されている。また、コントローラ３０は、ヒータ（図示せず）の電源駆動部に電気的に接続されると共に、図示しないモニタやアラーム等の表示手段に電気的に接続されている。

上記のように分岐導液管１５に位置センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ及び１６ｄを取り付けることにより、タンク５内の処理液Ｌが所定の位置に対してどの位置にあるかを確実に検知することができる。

なお、検出の開始は、最初にタンク５内に処理液Ｌが供給された時点で開始され、まず、下限センサ１６ｄが液面を検出した時点で補充が開始され、適量センサ１６ｂによって液面を検出した時点で、コントローラ３０からの制御信号に基づいて開閉弁Ｖ3が閉じて処理液Ｌの供給が停止する。なお、補充の方法は、例えば、（ａ）補充センサ１６ｃが液面を検出したら適量センサ１６ｂが液面を検出するまで補充するか、あるいは、（ｂ）１回の処理終了後に適量センサ１６ｂが液面を検出するまで処理液Ｌを補充するなどの方法を採ることができる。

また、例えば適量センサ１６ｂまでが液面を検出している場合には、タンク５内の処理液Ｌの液面が適量センサ１６ｂに対応する所定の位置より高く、上限センサ１６ａに対応する所定の位置より低い位置にあると判断することができる。すなわち、液面は正常であると判断することができる。また、上限センサ１６ａが液面を検出した時点で、オバーフローの危険があると判断することができる。このとき、コントローラ３０からの制御信号によって開閉弁Ｖ3を閉じて処理液供給源１２からの処理液Ｌの供給を停止するように制御すると共に、アラームを出すように制御される。更に、下限センサ１６ｄにより液面の検出ができなくなった時点で、液面が許容位置より低くなったと判断することができる。また、補充センサ１６ｃにより液面の検出ができなくなった時点で、補給が必要になったと判断することができ、この信号に基づいてタンク５内に処理液Ｌが供給されることになる。このとき、コントローラ３０からの制御信号によってヒータの加熱を停止するように制御される。この処理液Ｌの供給は適量センサ１６ｂによって液面を検出するまで行われる。

上記のように構成される液面検出装置１０を備える液処理装置において、ウエハＷの処理を行うには、まず、図示しない搬送手段によって搬送された複数枚例えば２６枚のウエハＷを保持棒１によって受け取ってチャンバ２内に収容する。次に、ロータ及びウエハＷを回転させながら、供給ポンプ６を駆動すると共に、開閉弁Ｖ1を開放して噴射ノズル３から処理液（過酸化水素水）をスプレー状に噴射する。これにより処理液がウエハＷに供給される。処理液が供給されることにより、レジスト膜及びポリマー層の膜質が変化し、ひび割れ等を形成して処理液の侵入が容易化され、かつスパッタされたＣｕ付着物が酸化される。また、処理液によりレジスト膜の表層及びポリマー層の表層を疎水性から親水性に変化する。この際に、スパッタされたＣｕ付着物は不純物等の影響により反応性が高いため、下地のＣｕ配線層は酸化されずにＣｕ付着物のみ選択的に酸化される。

この処理液での処理においては、処理液を噴射しながら、最初は数十秒間ロータの回転速度を１〜５００ｒｐｍの低速で回転させることにより処理液をウエハＷの表面に拡散させる。この場合のロータの回転速度は、処理液の粘性等に応じて処理液がより均一に拡散されるように制御する。処理液が拡散した後は、ロータの回転速度を上げて、例えば１００〜３０００ｒｐｍになるようにして反応性を高める。より反応性を高める観点からは低速回転と高速回転とを交互に繰り返し行うことが好ましい。

この処理液による処理の際の雰囲気は、大気雰囲気でも十分であるが、Ｃｕ配線層の酸化をほぼ完全に防止する観点からは、図示しないＮ２ガス供給源から不活性ガスであるＮ２ガスをチャンバ２内に供給して、チャンバ２内を不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。

処理に供された処理液は、ドレイン口５ａからドレイン管８を通って排液され、この際、切換弁Ｖcを切り換えて戻り管９を介してタンク５内に回収される。必要に応じて処理液による処理が終了した後、次の処理が開始されるまでの間に、タンク５内に処理液供給源１２から処理液供給管１３を介しての新液を供給する。

上記のように処理を行っている間、タンク５内の処理液Ｌは液面検出装置１０によって監視されている。すなわち、上述したように、タンク５内に貯留された処理液Ｌの液面と同一の液面位置を有する分岐導液管１５内の処理液Ｌの液面を位置センサ１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）によって検出して、タンク５内の処理液Ｌを適量に維持する。

処理が終了した後、開閉弁Ｖ4が開放してタンク５内の処理液Ｌは排液管２５から排液される。この際、気泡防止部材１７の表面すなわち底板部１７ａが導液管１４の内壁面と同一面上に位置しているので、分岐部における分岐導液管１５に気泡を含む処理液Ｌが残留するのを防止することができる。したがって、新たにタンク５内に処理液を供給した際に、タンク５側から導液管１４及び分岐導液管１５内に流入する処理液中に発生する位置センサ１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）の検出に影響を与える気泡は気泡防止部材１７によって分岐導液管１５内への侵入は阻止され、導液管１４側へ流れる（図３参照）。これにより、分岐導液管１５内に流入した処理液Ｌ中には、位置センサ１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）の検出に影響を与える気泡は存在しないので、位置センサ１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）によってタンク５内の処理液Ｌの量を正確に検出することができる。

なお、上記実施形態では、ウエハＷに付着した金属付着物を除去する液処理装置について説明したが、この発明に係る液面検出装置を備える液処理装置は、ウエハＷ以外の例えばＬＣＤ基板やＣＤ等の被処理体についても適用することができる。また、液面検出装置単独としては、上記以外の液体を貯留するタンクについても適用できることは勿論である。

この発明に係る液処理装置の一例を示す概略断面図である。 この発明に係る液面検出装置の一例を示す概略断面図である。 この発明の要部を示す断面図である。 図３のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。 この発明における気泡防止部材の要部拡大図である。

符号の説明

２ チャンバ（処理部）
３ 噴射ノズル
４ 供給管
５ タンク
１０ 液面検出装置
１２ 処理液供給源
１３ 処理液供給管
１４ 導液管
１５ 分岐導液管
１６，１６ａ〜１６ｄ 位置センサ
１７ 気泡防止部材
１７ａ 底板部
１７ｂ 孔部
２０ 継手
２３ｃ 下部連通路
２５ 排液管
３０ コントローラ（制御手段）

Claims (7)

1. タンク内の液面位置と同一の液面位置となるように、タンク内の液体を導く鉛直状に配設される導液管と、
   上記導液管から水平方向に分岐され、上記タンク内の液面位置と同一の液面位置を有する鉛直状に配設される液面検出用の分岐導液管と、
   上記分岐導液管内の液体の液面を検出する位置センサと、
   上記導液管と分岐導液管の接続部に配設されて、上記液体中に発生する気泡の分岐導液管内への侵入を阻止する多孔板状の気泡防止部材と、を具備し、
   上記気泡防止部材の表面が上記導液管の内壁面と同一面上に位置している、
   ことを特徴とする液面検出装置。
2. 請求項１記載の液面検出装置において、
   上記気泡防止部材に設けられた各孔の孔径が０．５〜０．８ｍｍである、ことを特徴とする液面検出装置。
3. 請求項１又は２記載の液面検出装置において、
   上記導液管は、上記分岐導液管との接続部において下方に延在される連通路に連通し、その下端部に排液管が接続されている、ことを特徴とする液面検出装置。
4. 処理用の液体を貯留するタンクと、このタンク内の液体を用いて被処理体に処理を施す処理部とを具備する液処理装置において、
   上記タンクは、
   該タンク内の液面位置と同一の液面位置となるように、タンク内の液体を導く鉛直状に配設される導液管と、
   上記導液管から水平方向に分岐され、上記タンク内の液面位置と同一の液面位置を有する鉛直状に配設される液面検出用の分岐導液管と、
   上記分岐導液管内の液体の液面を検出する位置センサと、
   上記導液管と分岐導液管の接続部に配設されて、上記液体中に発生する気泡の分岐導液管内への侵入を阻止する多孔板状の気泡防止部材と、を具備し、
   上記気泡防止部材の表面が上記導液管の内壁面と同一面上に位置している、
   ことを特徴とする液面検出装置を備えた液処理装置。
5. 請求項４記載の液面検出装置を備えた液処理装置において、
   上記気泡防止部材に設けられた各孔の孔径が０．５〜０．８ｍｍである、ことを特徴とする液面検出装置を備えた液処理装置。
6. 請求項４又は５記載の液面検出装置を備えた液処理装置において、
   上記導液管は、上記分岐導液管との接続部において下方に延在される連通路に連通し、その下端部に排液管が接続されている、ことを特徴とする液面検出装置を備えた液処理装置。
7. 請求項４ないし６のいずれかに記載の液面検出装置を備えた液処理装置において、
   上記タンクは蓋体によって上端開口部が閉塞され、上記導液管及び分岐導液管の上端部は、上記タンク内に接続されている、ことを特徴とする液面検出装置を備えた液処理装置。

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