JPH0658794A - 液面レベル計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度でしかも耐腐食性の高い液面レベル計
を提供すること。 【構成】 超音波センサ等のトランスデューサ２のヘッ
ド部２１から信号２ａを照射し、その反射信号を検出し
て液面レベルを計測する液面レベル計１で、トランスデ
ューサ２の少なくともヘッド部２１を不活性ガス３にて
包囲する。また、トランスデューサ２をヘッド部２１側
が開口したケース５内に収納し不活性ガス３の導入管４
を取り付けたり、ケース５の開口面よりも内側にヘッド
部２１を配置しヘッド部２１と開口面との間の空間に不
活性ガス３を導入したり、ケース５内を開口側室と内側
室とに分けて内側室にトランスデューサ２を配置し、各
室に導入管４を取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液槽内に供給される薬
液の液面レベルを計測する液面レベル計に関するもので
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の
洗浄や各種の成膜、およびエッチング処理等においては
種々の薬液が使用されており、複数の薬液を混合したも
のが用いられる場合も多々ある。数種類の薬液を混合し
て使用する場合は、一旦各薬液を秤量のための液槽に供
給してこの液槽内で計測し、必要な量にしてから各液槽
内の薬液を本槽に移して混合している。

【０００３】このような各液槽には、供給される薬液の
液面レベルを計測するセンサが取り付けられており、一
般的には静電容量センサやＮ₂ 圧力センサ等が用いられ
ている。しかし、静電容量センサやＮ₂ 圧力センサを用
いて複数点の液面レベルを計測しようとする場合、その
点数に応じた個数だけセンサを取り付ける必要があり、
装置の複雑化を招くことになる。また、連続的な液面レ
ベルの計測ができないため、一槽で複数の混合比率を秤
量する場合や精密な秤量を行う場合には数多くのセンサ
を密に取り付ける必要がある。

【０００４】このような問題を解消するため、超音波セ
ンサや光電センサ等を用いた液面レベル計がある。これ
らの液面レベル計は、超音波センサや光電センサ等から
発信した信号を液面で反射させ、その反射信号を受信す
ることで液面レベルを計測するものであるが、揮発性の
高い薬液や腐食性の高い薬液の液面レベルを計測する場
合、センサの結露や耐腐食性が問題となる。このような
観点から特開昭６２−２２２１２４号で示された液面レ
ベル計を図６に示す。すなわち、この液面レベル計１
は、筒体５５の中にレンズ２７が配置されたもので、光
ファイバ２３を介してレンズ２７と方向性結合器２４と
が接続されている。また、方向性結合器２４には発光素
子２５と受光素子２６とがそれぞれ接続されている。

【０００５】この液面レベル計１を用いて液槽１０内の
液面レベルを計測するには、発光素子２５から光を出射
して光ファイバ２３を通してレンズ２７で収束し、これ
を薬液１１の液面１１ａに照射する。そして、その反射
光をレンズ２７にて収束し、再び光ファイバ２３を介し
て方向性結合器２４に導き、受光素子２６へ分岐する。
照射光や反射光はレンズ２７により所定の距離で結像す
るようになっており、この距離以外に液面１１ａがある
場合には、光ファイバ２３に入射する反射光の光量が低
下する。この反射光の光量変化に基づいて液面１１ａの
レベルを計測する。

【０００６】この液面レベル計１のレンズ２７は筒体５
５の中に配置されており、液面１１ａが上昇して筒体５
５の下端が液面１１ａと接触することで筒体５５内に密
閉空間が形成され、レンズ２７が薬液１１と接触するこ
とがない。

【０００７】また、図７に示す液面レベル計１は特開平
１−１７６９１９号に示されたもので、超音波センサか
ら成るトランスデューサ２に管５６を取り付けて、この
管５６の先端をを液槽１０内の薬液１１に浸漬するもの
で、さらに、トランスデューサ２の周囲にはヒーター２
９が設けられている。この液面レベル計１を用いて液面
１１ａのレベルを計測するには、トランスデューサ２か
ら超音波を発信して管５６内を通し、この管５６内の液
面１１ａからの反射波を検知して計測器本体にて液面レ
ベルを算出する。したがって、トランスデューサ２が薬
液１１と直接接触することがなく液面レベルを計測する
ことができる。しかもヒーター用電源と接続されたヒー
ター２９によりトランスデューサ２が温められているの
で、管５６内に浮遊する薬液１１の蒸気がトランスデュ
ーサ２で結露することがない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の液面レベル計には次のような問題がある。すなわち、
特開昭６２−２２２１２４号に示すような液面レベル計
においては、筒体内に形成された密閉空間に薬液の蒸気
が浮遊している場合には、レンズにこの薬液が結露して
しまい、計測精度の低下を招くことになる。さらに、腐
食性の高い薬液の場合には、レンズ等の腐食によりトラ
ンスデューサの破損を招くことになる。また、特開平１
−１７６９１９号に示すような液面レベル計では、ヒー
ターの熱によりトランスデューサの精度が低下してしま
い、高精度に液面レベルを計測するには不十分である。
しかも、いずれの液面レベル計においても、筒体または
管が薬液と接触しているため薬液汚染の原因となり、高
純度の薬液の秤量を行うには不向きである。よって、本
発明は高精度でしかも耐腐食性の高い液面レベル計を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成された液面レベル計である。すな
わち、この液面レベル計は、トランスデューサのヘッド
部から液槽内の薬液液面に向けて所定の信号を照射し、
さらにこのヘッド部でその反射信号を検出して薬液の液
面レベルを計測するもので、トランスデューサの少なく
ともヘッド部を不活性ガスの雰囲気にて包囲するもので
ある。また、このトランスデューサを、ヘッド部側が開
口したケース内に収納し、このケースに不活性ガスをケ
ース内に導入する導入管を取り付けるものである。

【００１０】さらに、トランスデューサのヘッド部を少
なくともケースの開口面よりも内側に配置することでヘ
ッド部と開口面との間に空間を設け、この空間内に不活
性ガスを導入するものである。しかも、ケース内面に設
けた凸部により、ケース内を開口側室と内側室との連通
する２室に分け、内側室に凸部とヘッド部とが当接する
状態にトランスデューサを配置して、開口側室と内側室
との２室に不活性ガスを導入する導入管をそれぞれ取り
付けるものでもある。また、このトランスデューサとし
て、超音波センサや光電センサを用いるものでもある。

【００１１】

【作用】トランスデューサが薬液の液面から離れた位置
に配置されているため、トランスデューサのヘッド部が
直接薬液に触れることがない。しかも、トランスデュー
サの少なくともヘッド部が不活性ガスの雰囲気で包囲さ
れているため、液槽内に浮遊する薬液の蒸気が付着する
ことがない。また、トランスデューサをケース内に配置
し、取り付けられた導入管からケースの開口面とヘッド
部との間の空間に不活性ガスを導入することで、この空
間内を不活性ガスの雰囲気とすることができる。この導
入管から不活性ガスを静かに噴出することで、この空間
内がわずかな陽圧状態となり、液槽側からケース内へ薬
液の蒸気が侵入しなくなる。

【００１２】また、ケース内を２室に分けて、それぞれ
に導入管を設けることで、ヘッド部下方の開口側室の中
に供給される不活性ガスの対流が低減することになり、
トランスデューサから発信する信号への障害を低減でき
る。さらに、トランスデューサとして超音波センサや圧
電センサを用いれば、非接触で液面レベルを連続的に計
測できる。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の液面レベル計の実施例を図
に基づいて説明する。図１は、本発明の液面レベル計を
説明する断面図である。すなわち、この液面レベル計１
は、薬液１１が供給される液槽１０と、液槽１０の例え
ば上方に設けられたトランスデューサ２と、このトラン
スデューサ２の少なくともヘッド部２１を包囲する不活
性ガス３とから成るもので、トランスデューサ２のヘッ
ド部２１から液面１１ａに向けて信号２ａを照射し、そ
の反射信号を検知して液面１１ａのレベルを計測するも
のである。

【００１４】トランスデューサ２として、非接触式セン
サである超音波センサや光電センサ等が用いられてお
り、以下の説明ではこの超音波センサを用いるものとす
る。このトランスデューサ２は、例えば筒状のケース５
内に収納されており、ヘッド部２１側のケース５が開口
した状態となっている。また、このケース５の側面側か
らケース５内に向けて、ケース５内に不活性ガス３を導
入するための導入管４が挿入されている。この導入管４
から窒素やアルゴン、ヘリウムおよびフォーミングガス
等の不活性ガス３が供給され、ケース５内に充填され
る。これにより、ケース５内に配置されたトランスデュ
ーサ２の少なくともヘッド部２１周辺を不活性ガス３の
雰囲気にて包囲することができる。

【００１５】この液面レベル計１を用いて薬液１１の液
面１１ａのレベルを計測するには、超音波センサから成
るトランスデューサ２のヘッド部２１から液面１１ａに
向けて超音波の信号２ａを発信し、液面１１ａからの反
射波をヘッド部２１にて受信して電気信号に変換し、こ
れを出力２２から取り出す。この電気信号に応じて液面
１１ａのレベルを計測する。なお、トランスデューサ２
の周囲は不活性ガス３の雰囲気により包囲されている
が、激しい対流で導入されていなければ信号２２ａの障
害を起こすことはない。

【００１６】また、図２の拡大断面図に示すように、ト
ランスデューサ２のヘッド部２１を少なくともケース５
の開口部５１の開口面より内側に配置して、ヘッド部２
１と開口面との間に空間５ａを形成したものがある。こ
の空間５ａ内に導入管４から不活性ガス３を導入すれ
ば、空間５内にわずかな陽圧の雰囲気が形成される。こ
の陽圧状態の雰囲気を保持するために、導入管４から少
しずつ不活性ガス３を噴出しておく。これにより、液槽
１０側からケース５内に薬液の蒸気が侵入することがで
きなくなり、トランスデューサ２のヘッド部２１を結露
や腐食等から積極的に保護することができる。

【００１７】また、図３の拡大断面図に示すような液面
レベル計１は、ケース５内面の略中央部に凸部５２が設
けられており、これを境にして開口側室６と内側室７と
の連通した２室に分けられたものである。この内側室７
にはトランスデューサ２が配置され、そのヘッド部２１
と凸部５２とが当接する状態になっている。これらの開
口側室６と内側室７との両方に不活性ガス３の導入管４
がそれぞれ設けられており、別系統で不活性ガス３を導
入できるようになっている。このような構造により、開
口側室６内に導入される不活性ガス３が内側室７の方に
回り込むことがないため、開口側室６内に不活性ガス３
の対流が発生しにくくなり、ヘッド部２１から発信され
る信号２ａに障害を与えることがなくなる。

【００１８】また、液面レベル計１のトランスデューサ
２として超音波センサの代わりに光電センサを用いたも
のでもよい。この液面レベル計１を図４の拡大断面図を
用いて説明する。すなわち、この液面レベル計１は、ケ
ース５内の凸部５２に光学用のレンズ２７が搭載された
もので、レンズ２７には受光素子２６と発光素子２５と
が取り付けられている。また、これらのレンズ２７、受
光素子２６および発光素子２５の周囲は、導入管４から
導入される不活性ガス３にて包囲された状態となってい
る。

【００１９】この液面レベル計１を用いた液面レベルの
計測は、先ず、半導体レーザ等の発光素子２５から発信
した光をレンズ２７にて収束して、光の信号２ａとして
液面に照射する。そして、液面からの反射光をレンズ２
７にて収束し、フォトダイオード等から成る受光素子２
６にて受光する。この受光素子２６により変換された光
信号に基づいて液面のレベルを計測する。

【００２０】一般に、レンズ２７はガラスやプラスチッ
クから成るものであり、これらの材質に対して腐食性の
強い薬液の液面レベルを計測する場合には、この薬液の
蒸気がレンズ２７に付着することが計測精度の低下や、
レンズ２７の腐食、破損につながる。本実施例の液面レ
ベル計１では、レンズ２７の液槽１０側が不活性ガス３
の雰囲気にて包囲されているため、薬液の蒸気がレンズ
２７に付着することがない。このため、レンズ２７とし
てどのような材質のものを使用しても計測精度の低下や
レンズ２７の腐食、破損を招くことがない。

【００２１】半導体装置の製造工程において、このよう
な腐食性の強い薬液１１や、揮発性の高い薬液１１を使
用する工程が多数ある。本発明の液面レベル計１は、こ
のような薬液１１の液面レベルを計測するのに特に適し
ている。例えば、ウエハの洗浄工程において使用するア
セトン、トリクロロエチレン、エタノール、イソプロピ
ルアルコール等の有機溶剤や硫酸、過酸化水素、アンモ
ニア、塩酸およびこれらの混合薬液等の秤量に適応され
る。また、現像工程におけるテトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド（ＴＭＡＨ）等の塩基性溶液や、ウェット
エッチング工程のエッチャントとして使用されるフッ化
水素酸、硝酸、酢酸、リン酸等の酸性溶剤およびこれら
の混合薬液等の秤量に適応される。

【００２２】このような半導体装置の製造工程における
使用例を図５の断面図に基づいて説明する。これは、有
機金属気相成長法や有機金属気相エピタキシャル成長法
等の半導体製造装置に使用される原料薬液のバブラー１
０ａに液面レベル計１を設けたものである。バブラー１
０ａ内の薬液１１は、トリメチルアルミニウムやトリエ
チルアルミニウム、またはトリメチルガリウム等の有機
金属化合物が用いられ、バブラー１０ａ内の薬液１１を
気体導入管１２から導入する水素等の気体で泡立たせて
気化し、供給管１３から反応室へ送り込んでいる。

【００２３】このバブラー１０ａの上方にケース５が取
り付けられており、ケース５内に例えば超音波センサか
ら成るトランスデューサ２が配置されている。このケー
ス５内には導入管４から不活性ガス３が導入されている
ため、トランスデューサ２の周囲が不活性ガス３の雰囲
気で包囲された状態となっている。

【００２４】このようなバブラー１０ａ内では、泡立て
られた薬液１１が気化した状態となっているが、トラン
スデューサ２の周囲が不活性ガス３により包囲されてい
るため、ヘッド部２１に薬液１１が付着することがな
い。したがって、薬液１１の気化が激しい状態であって
も液面１１ａのレベルを計測することができる。なお、
本発明の液面レベル計１は半導体製造装置への適応に限
定されず、また、上記に説明した薬液１１以外にも適応
できる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液面レベ
ル計を用いれば次のような効果がある。すなわち、液面
のレベルを計測するトランスデューサとして超音波セン
サや光電センサを用いており、しかも完全に非接触で液
面レベルの計測を行うことができるため、高純度が要求
される薬液の液面レベルを連続的に計測することが可能
となる。さらに、トランスデューサのヘッド部が不活性
ガスの雰囲気で包囲されているため、ヘッド部に薬液が
付着したり、薬液の蒸気がヘッド部で結露したりするこ
とがない。したがって、腐食性の高い薬液の液面レベル
を計測する場合であっても、ヘッド部等が腐食せず、計
測精度の低下を抑制することが可能となる。このこと
は、長期に渡りトランスデューサやヘッド部等の保守が
不要となるため、これによる半導体装置の製造コスト低
減が見込まれることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液面レベル計を説明する断面図であ
る。

【図２】他の液面レベル計を説明する拡大断面図（その
１）である。

【図３】他の液面レベル計を説明する拡大断面図（その
２）である。

【図４】他の液面レベル計を説明する拡大断面図（その
３）である。

【図５】液面レベル計の適応例を説明する断面図であ
る。

【図６】従来例を説明する図（その１）である。

【図７】従来例を説明する図（その２）である。

【符号の説明】

１ 液面レベル計 ２ トランスデューサ ２ａ 信号 ３ 不活性ガス ４ 導入管 ５ ケース １０ 液槽 １１ 薬液 １１ａ 液面 ２１ ヘッド部 ２２ 出力

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘッド部から液槽内の薬液液面に向けて
   所定の信号を照射し、かつ該ヘッド部にて前記信号の反
   射信号を検出して前記薬液の液面レベルを計測するトラ
   ンスデューサが設けられた液面レベル計において、 前記トランスデューサの少なくとも前記ヘッド部を包囲
   する状態に不活性ガスの雰囲気が形成されていることを
   特徴とする液面レベル計。
2. 【請求項２】 前記トランスデューサは、前記ヘッド部
   側が開口されたケース内に収納されているとともに、該
   ケースには前記不活性ガスを該ケース内に導入するため
   の導入管が取り付けられていることを特徴とする請求項
   １記載の液面レベル計。
3. 【請求項３】 少なくとも前記ケースの開口面よりも内
   側に前記ヘッド部を配置して該ヘッド部と前記開口面と
   の間に空間を設け、該空間内に前記不活性ガスを導入し
   たことを特徴とする請求項２記載の液面レベル計。
4. 【請求項４】 前記ケース内は、該ケース内面に設けら
   れた凸部により、開口側室と内側室との連通する２室に
   分けられており、前記内側室には前記凸部と前記ヘッド
   部とが当接する状態に前記トランスデューサが配置され
   ているとともに、前記開口側室と前記内側室との２室に
   前記不活性ガスを導入する導入管がそれぞれ取り付けら
   れていることを特徴とする請求項２記載の液面レベル
   計。
5. 【請求項５】 前記トランスデューサとして、超音波セ
   ンサが用いられていることを特徴とする請求項１記載の
   液面レベル計。
6. 【請求項６】 前記トランスデューサとして、光電セン
   サが用いられていることを特徴とする請求項１記載の液
   面レベル計。