JPH05248917A - 液体の流量制御装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １個のセンサで高精度に液面レベルを検出す
る液体の流量制御装置とその制御方法を提供する。 【構成】 処理槽１内に設けたノズル３と、ノズル３に
連通して設けられた圧力センサ５とを有するもので、先
ず、ノズル３の排出口３２から気体４を排出し、この排
出口３２から排出される気体４の液中排出力を圧力セン
サ５にて検出し、次いで、この圧力センサ５の検出結果
と、予め記憶された液面レベルに対する液中排出力の関
係とを比較することにより、処理槽１内に供給する液体
２の量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、処理槽内に蓄積される
液体の液面レベルを検出し、供給する液体の流量を制御
する液体の流量制御装置とその制御方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程におけるウエハ洗
浄工程では、有機溶剤や純水等の液体がそれぞれ処理槽
内に供給されており、ウエハをこの処理槽内へ順番に浸
漬することでウエハに付着した不純物を除去している。
半導体素子の高集積化に伴い、このようなウエハ洗浄工
程の重要性が増しており、これに用いる液体の量や温度
等の厳密な管理が必要となるとともに、高純度の液体を
使用する必要が生じている。

【０００３】この液体の管理を行うための液体の流量制
御装置を図４（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。図４
（ａ）の模式図に示すような液体の流量制御装置は、お
もに液体２が供給される処理槽１と、液体２の液面レベ
ル２１を検出するための光電センサ５１と、光電センサ
５１の出力に基づいて弁１５を制御するコントローラ６
とから構成されている。処理槽１は内槽１１と外槽１２
とから成り、液体源２２からの液体２が内槽１１内に供
給される。供給された液体２がこの内槽１１からあふれ
た場合、外槽１２に入るようになっている。また、外槽
１２に入った液体２は、ポンプ１３およびフィルタ１４
を介して再び内槽１１内に戻される。光電センサ５１
は、内槽１１側面で、検出したい液面２１の高さに位置
に数箇所と、外槽１２側面とにそれぞれ取り付けられて
いる。

【０００４】このような液体の流量制御装置を用いた流
量の制御方法は、まず、弁１５を開放して内槽１１内に
液体２を供給する。そして、光電センサ５１が取り付け
られた位置に液体２の液面２１が達した場合、その光電
センサ５１が作動して信号（ＯＮまたはＯＦＦ）を出力
する。この出力信号の有無に基づいて液面２１のレベル
を段階的に検出し、コントローラ６が弁１５の開閉を制
御する。これにより、処理槽１内に供給する液体２の流
量を制御する。

【０００５】また、図４（ｂ）に示すような液体の流量
制御装置は、内槽１１および外槽１２から成る処理槽１
と、弁１５を制御するコントローラ６とを有し、内槽１
１内に先端の高さ位置が異なるノズル３を設置し、それ
ぞれのノズル３にダイアフラムスイッチ５２を設けたも
のである。また、外槽１２内にもノズル３およびダイア
フラムスイッチ５２が設けられている。このノズル３に
は図示しない気体が供給されており、ノズル３の先端か
らこの気体が排出されている。

【０００６】このような液体の流量制御装置を用いて流
量を制御するには、ダイアフラムスイッチ５２の出力信
号に基づいて行う。すなわち、ノズル３の先端に液面２
１が達する前と後の気体の排出力の差を利用して、ダイ
アフラムスイッチ５２を作動（ＯＮまたはＯＦＦ）させ
る。これにより、どのダイアフラムスイッチ５２が作動
したかにより、液面２１のレベルを段階的に検出する。
そして、ダイアフラムスイッチ５２の出力信号をコント
ローラ６に送り、コントローラ６が弁１５を開閉するこ
とで、液体２の流量を制御する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の液体の流量制御装置およびその制御方法には次のよう
な問題がある。すなわち、光電センサを用いた液体の流
量制御装置では、処理槽の材質や形状、および液体の種
類により光電センサの感度にばらつきが生じてしまうた
め、煩雑な調整を行わなければならない。また、設定す
る液面のレベルに対応した個数だけ、光電センサを取り
付ける必要がある。例えば、ウエハ洗浄装置において、
ウエハを処理槽内の液体に浸漬する場合、処理槽内の液
体の有無を検出する光電センサと、ウエハを浸漬するの
に必要な液体の液面レベルを検出する光電センサ、およ
び内槽からあふれた液体の有無を検出する光電センサの
最低３個が必要となる。

【０００８】また、ノズルとダイアフラムスイッチとを
用いた液体の流量制御装置においても、設定する液面の
レベルに対応した個数のノズルおよびダイアフラムスイ
ッチが必要となる。特に、このノズルのようなセンサ部
分が何本も液体と接触する場合には、液体内への不純物
の混入が顕著となり、液体の純度の低下を招く。さら
に、設定する液面のレベルを変更する場合、ノズルの先
端の位置を付け換えて、高さを調整しなければならな
い。

【０００９】いずれの液体の流量制御装置を用いた制御
方法であっても、光電センサまたはダイアフラムスイッ
チの信号出力のＯＮ、ＯＦＦに基づいて弁を開閉してい
る。したがって、液面レベルを段階的にしか検出するこ
とができないため、高精度な検出を行うには、光電セン
サやノズルおよびダイアフラムスイッチ等のセンサを数
多く取り付けるが必要がある。よって、本発明は１個の
センサで高精度に液面レベルを検出する液体の流量制御
装置とその制御方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために成された液体の流量制御装置とその制御方
法である。すなわち、この液体の流量制御装置は、液体
が供給される処理槽内にノズルを設け、このノズルの供
給口から気体を供給し、処理槽内に設けられた排出口か
ら排出し、このノズルに連通して設けられた圧力センサ
で、気体の液中排出力を検出し、この圧力センサの出力
側に接続されたコントローラを介して液体の供給量を制
御するものである。

【００１１】また、この液体の流量制御方法は、液体が
供給される処理槽内に設けられたノズルの排出口から気
体を排出し、この排出口から排出される気体の液中排出
力を圧力センサにて検出し、次いで、この圧力センサの
検出結果と、予め記憶された液面レベルに対する液中排
出力の関係とを比較することにより、処理槽内に供給す
る液体の量を制御するものである。

【００１２】

【作用】処理槽内に設けられたノズルの排出口から気体
を排出し、この気体の液中排出力をノズルと連通した圧
力センサにて検出する。すなわち、処理槽内に供給され
る液体の深さに応じて、排出口から排出される気体の液
中排出力が変化する。この変化に対応して得られる圧力
センサの出力をコントローラに送り、弁を開閉すること
で、液体の流量を制御できる。

【００１３】また、圧力センサの検出結果と、予め記憶
された液中排出力と液面レベルの高さとの関係とを比較
することにより、１つのノズルから液面レベルの高さを
連続的に検出することができる。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の液体の流量制御装置とその
制御方法を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の
液体の流量制御装置を説明する模式図である。すなわ
ち、この液体の流量制御装置は、液体２が供給される処
理槽１と、この処理槽１内に取り付けられたノズル３
と、ノズル３と連通した状態に設けられた圧力センサ
５、および圧力センサ５の出力側に接続されたコントロ
ーラ６とから構成されている。

【００１５】処理槽１は液体２が直接供給される内槽１
１と、この内槽１１からあふれた液体２を受けるための
外槽１２とから成り、外槽１２に入った液体２は、ポン
プ１３およびフィルター１４を介して再び内槽１１内に
戻される。ノズル３の排出口３２は、内槽１１内の底部
近くに位置決めされており、供給口３１から供給された
窒素やクリーンエアー等の気体４を排出している。ま
た、ノズル３と連通した状態に、圧力センサ５が設けら
れている。この圧力センサ５として、例えば半導体を用
いた歪みゲージを用いることにより、排出口３２から排
出される気体４の排出力に応じた出力信号を連続的に得
ることができる。

【００１６】コントローラ６は、圧力センサ５から得た
出力信号を増幅するアンプや中央演算処理装置（ＣＰ
Ｕ）、電源および通信回路等から成るもので、圧力セン
サ５の出力信号から液面２１のレベルを算出し、設定し
た液面２１のレベルと比較して、液体２を補充するかど
うかを判定するものである。コントローラ６の通信回路
には、弁１５を開閉させる設備コントローラ７が接続さ
れており、判定結果に基づいてコントローラ６から出力
された信号を受けて、液体源２２に接続された弁１５の
開閉を行っている。また、設備コントローラ７からの異
常信号やメッセージ信号等がこの通信回路を介してコン
トローラ６に送信される。これらの信号がコントーラ６
にて解析され、その判定結果に基づいた制御信号が再び
設備コントローラ７に送信される。

【００１７】次に、このような液体の流量制御装置を用
いた制御方法について説明する。先ず、内槽１１内に設
けられたノズル３の供給口３１から気体４を供給し、ノ
ズル３の排出口３２から排出する。そして、内槽内１１
内に液体２を供給し、排出口３２から排出される気体４
の液中排出力を圧力センサ５にて検出する。なお、液面
２１のレベルが高くなればなるほど液中排出力が高くな
り、圧力センサ５の出力信号が増加する。次いで、この
出力信号をコントローラ６に送り、予め記憶された、液
面２１のレベルに対する液中排出力の関係と比較する。
そして、この比較結果に基づいて、液面２１のレベルが
設定値より低い場合には弁１５を開ける命令を、また反
対に高い場合には弁１５を閉める命令を設備コントロー
ラ７に送信する。そして、設備コントローラ７が弁１５
に開閉の信号を送信することにより、液体源２２から内
槽１２に供給される液体２の流量を制御することができ
る。

【００１８】次に、本発明の液体の流量制御方法におけ
る、液面レベルの検出方法について説明する。図２は液
面レベルの検出方法を説明する模式図で、（ａ）は開放
状態、（ｂ）は液面レベルｈ₁ の状態、（ｃ）は液面レ
ベルｈ₂ の状態である。先ず、図２（ａ）に示すよう
に、処理槽１内に液体２が無い場合、または液面２１が
ノズル３の排出口３２の高さｈ₀ より低い場合、すなわ
ち開放状態において、排出口３２から気体４を排出力ｐ
₀ で排出している。

【００１９】図２（ｂ）に示すように、処理槽１内に液
体２が供給されて、液面２１のレベルが排出口３２の高
さ（ｈ₀ ）より高いｈ₁ となった場合、気体４の液中排
出力ｐ₁ はｐ₀ より大きくなる。そして、図２（ｃ）に
示しように、処理槽１内に液体２がさらに供給され、液
面２１のレベルがｈ₂ となった場合、気体４の液中排出
力ｐ₂ はｐ₁ よりも大きくなる。

【００２０】この液面レベルと液中排出力との関係を図
３に示す。図３の横軸は液面レベルＨを、縦軸は液中排
出力Ｐを表している。すなわち、図２（ａ）に示すよう
な開放状態は、図３の液面レベルＨが０〜ｈ₀ の場合で
あり、これに対応する液中排出力Ｐはｐ₀ で一定とな
る。液面レベルＨがｈ₀ より高い場合には、液中排出力
Ｐが比例増加しており、図２（ｂ）に示すような液面レ
ベルｈ₁ の状態で液中排出力ｐ₁ に、また、図２（ｃ）
に示すような液面レベルｈ₂ の状態で液中排出力ｐ₂ に
対応している。なお、図３に示す液面レベルＨと液中排
出力Ｐとの関係は、液体２の温度ｔ、比重ｄの場合であ
る。したがって、この関係は温度ｔおよび比重ｄ等の諸
条件の違いによって変わるものである。

【００２１】この液面レベルＨと液中排出力Ｐとの関係
を予め求めておき、コントローラ６内に記憶しておく。
そして、圧力センサ５の出力信号による液中排出力Ｐ
と、この関係とを対応させることで、液面２１のレベル
を連続的に検出することができる。

【００２２】具体的な一例として、ウエハ洗浄装置に本
発明の液体の流量制御方法を適応した場合について説明
する。なお、液体２が供給された処理槽１内にウエハ
（図示せず）を完全に浸漬するには、液面レベルｈ₂ が
必要であるとする。先ず、弁１５を開放して液体２を処
理槽１内に供給するとともに、圧力センサ５にて気体４
の液中排出力Ｐを検出する。そして、コントローラ６内
に予め記憶された図３に示すような関係から、この液中
排出力Ｐに対応する液面レベルＨを算出する。例えば、
圧力センサ５で検出された液中排出力Ｐがｐ₁ であった
場合、図３に示す関係から液面レベルＨがｈ₁ であるこ
とが算出される。この結果に基づいて、コントローラ６
が設備コントローラ７に信号を送信し、弁１５を開放し
たままにする。

【００２３】そして、さらに液体２が処理槽１内に供給
され、圧力センサ５による液中排出力Ｐがｐ₂ となった
場合、図３に示す関係から液面レベルＨがｈ₂ であるこ
とが算出される。コントローラ６はこの算出結果から、
ウエハが完全に浸漬するのに必要な液面レベルｈ₂ に達
したことを判定し、設備コントローラ７に信号を送信す
る。この信号に基づいて、設備コントローラ７が弁１５
を閉める命令を送信する。なお、弁１５を閉めた後も、
圧力センサ５にて常に液中排出力Ｐを検出しており、液
面レベルＨがｈ₂ より下がった場合、液体２を補充する
ように弁１５を制御する。

【００２４】このように、予め記憶した液面レベルＨと
液中排出力Ｐとの関係を用いることで、液面２１のレベ
ルを連続的に算出することができるため、高精度に液体
２の流量を制御することができる。なお、この関係を液
体２の種類や温度ｔおよび比重ｄ等が異なる場合につい
て予め求めておき、複数種類の関係をコントローラ６内
に記憶しておけば、各条件を変更した場合であっても、
必要な関係を読み出すことで容易に対処することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液体の流
量制御装置とその制御方法によれば次のような効果があ
る。すなわち、この液体の流量制御装置を用いれば、１
個のノズルおよび圧力センサのみで液面レベルを検出で
きるため、液体内への不純物の混入を低減することが可
能となり、高純度の液体を使用する場合にとくに有効で
ある。また、この液体の流量制御方法の用いれば、１個
のノズルおよび圧力センサであっても連続的に液面レベ
ルを検出することができるため、高精度に液体の流量を
制御することが可能となる。さらに、液面レベルの連続
的な検出が可能であるため、設定した液面レベルを変更
する場合においても、ノズルの先端を付け換えて高さを
調整する必要がなくなる。したがって、設備の変更にお
いて、柔軟な対応が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体の流量制御装置を説明する模式図
である。

【図２】液面レベルの検出方法を説明する模式図で、
（ａ）は開放状態、（ｂ）は液面レベルｈ₁ の状態、
（ｃ）は液面レベルｈ₂ の状態である。

【図３】液面レベルＨと液中排出力Ｐとの関係を説明す
る図である。

【図４】従来の液体の流量制御装置を説明する模式図
で、（ａ）は光電センサを用いた例、（ｂ）はダイアフ
ラムスイッチを用いた例である。

【符号の説明】

１ 処理槽 ２ 液体 ３ ノズル ４ 気体 ５ 圧力センサ ６ コントローラ ７ 設備コントローラ １１ 内槽 １２ 外槽 １３ ポンプ １４ フィルター １５ 弁 ２１ 液面 ２２ 液体源 ３１ 供給口 ３２ 排出口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理槽内に供給される液体の液面レベル
   を検出し、前記液体の供給量を制御する液体の流量制御
   装置において、 供給口から供給された気体を前記処理槽内に設けられた
   排出口から排出するノズルと、 前記ノズルに連通して設けられ、前記気体の液中排出力
   を検出するための圧力センサと、 前記圧力センサの出力側に接続され、前記圧力センサの
   出力に基づいて前記液体の供給量を制御するコントロー
   ラとから成ることを特徴とする液体の流量制御装置。
2. 【請求項２】 液体が供給される処理槽内に設けられた
   ノズルの排出口から気体を排出することにより、前記液
   体の液面レベルを検出する液体の流量制御方法におい
   て、 前記ノズルの排出口から排出される前記気体の液中排出
   力を圧力センサにて検出し、 次いで、前記圧力センサの検出結果と、予め記憶された
   前記液面レベルに対する前記液中排出力の関係とを比較
   することにより、前記処理槽内に供給する前記液体の量
   を制御するようにしたことを特徴とする液体の流量制御
   方法。