JPH10161751A - 液体の流量制御方法、及び液体の流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 濃度等の調整を適正に行いつつ高精度の流量
制御を、二液以上の混合液についても達成でき、煩雑な
調整は不要で、液体の純度低下もない、液体の流量制御
方法、及び液体の流量制御装置を提供する。 【解決手段】 処理槽１内へ液体２，２′が供給され
る流路２３，２３′に超音波センサ５，５′を設け、供
給される液量を超音波センサにより検出し、この検出結
果と、予め記憶された供給量との関係を比較することに
より、処理槽内へ供給する液体の量を制御する液体の流
量制御方法。処理槽内へ供給される液体の供給量を検
出し、制御する液体の流量制御装置において、液体とは
非接触の超音波センサを設け、該センサにより処理槽内
の液体供給量を監視し、該センサのデータ出力に基づい
て、処理槽内液体の供給量を制御するコントローラー６
を備える液体の流量制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体の流量制御方
法、及び液体の流量制御装置に関する。本発明は、液体
の流量制御を必要とする各種の分野で用いることができ
る。たとえば、２以上の液体を高精度で混合する場合の
液体の流量制御について、好ましく用いることができ
る。具体的にはたとえば、半導体装置製造工程における
ウェーハ洗浄工程において、処理槽に洗浄処理液を供給
する場合の、処理液の流量制御について、用いることが
できる。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置製造プロセスにおけるウェー
ハ洗浄工程では、酸、アルカリの処理液や、純水等の液
体がそれぞれ処理槽内へ供給されており、被洗浄ウェー
ハをこの処理槽内へ順番に浸漬することで、ウェーハに
付着した不純物を除去している。

【０００３】半導体素子の高集積化に伴い、このような
半導体ウェーハの洗浄工程の重要性が増している。この
ため、洗浄工程に用いる液体の量や温度等の厳密な管理
が必要となっている。かつ、高純度な液体を使用する必
要がある。

【０００４】図４及び図５に、上記のような液体の管理
を行うための液体の流量制御装置の従来構成を模式的に
示す。

【０００５】図４に示すような液体の流量制御装置は、
主たる要素として、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
コントローラー６とから構成されている。

【０００６】処理槽１は、内槽１１と外槽１２とから成
り、液体供給源２２からの液体２が内槽１１内へ供給さ
れる。供給された液体２が内槽１１からあふれた場合、
外槽１２へ入るようになっている。また、外槽１２へ入
った液体２は、ポンプ１３及びフィルタ１４を介して再
び内槽１１内へ戻される。

【０００７】光電センサ５１は、内槽１１の側面で、検
出したい液面２１の高さの位置に数カ所と、外槽１２側
面とにそれぞれ取り付けられている。

【０００８】上記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、次のように行われる。まず、弁１５
を開放して、内槽１１内へ液体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２
１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
トローラー６が弁１５の開閉を制御する。

【０００９】以上によって、処理槽１内に供給する液体
供給源２２からの液体２の流量を制御する。

【００１０】また、図５に示すような液体の流量制御装
置は、液体２が直接供給される内槽１１と、この内槽１
１からあふれた液体２を受けるための外槽１２から成
り、外槽１２へ入った液体２は、ポンプ１３及びフィル
タ１４を介して再び内槽１１内へ戻される。

【００１１】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
通した状態で、圧力センサ５２が設けられている。

【００１２】コントローラー６は、圧力センサ５２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、電
源及び通信回路から成り、圧力センサ５２の出力信号か
ら液面２１のレベルを算出し、判定した液面のレベルと
比較して、液体２を補充するかどうかを判断する。

【００１３】コントローラー６の通信回路には、弁１５
を開閉させる設備コントローラー７が接続されており、
判定した結果に基づいてコントローラー６から出力され
た信号を受けて、液体供給源２２に接続された弁１５の
開閉を行う。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術に係る液体の流量制御技術には、次のような
問題点がある。

【００１５】すなわち、光電センサを用いた液体の流量
制御装置（図４）では、処理槽の材質や形状、及び液体
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。

【００１６】また、ノズルと圧力センサとを用いた液体
の流量制御装置（図５）においても、絶えず窒素をノズ
ルから供給する必要があると言う問題点がある。特に、
このノズルから供給する窒素、及び、ノズル自体は、常
に液体との接触があるため、液体内への不純物の混入が
顕著となり、液体の純度低下を招く。

【００１７】さらに、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、一液のみの流量制御がなされ
るだけで、たとえば通常使われるウェーハ洗浄工程のよ
うに、二液混合、あるいは三液以上の混合液を用いる場
合は、その流量制御は難しいと言う問題点がある。すな
わち、混合液は、液体自体の比重や、混合のし易さとい
う点で、直接処理槽に供給して、望みどおりの処理濃度
を調整するのは、非常に難しい。

【００１８】本発明は、上記従来技術の問題点を解決し
て、濃度等の調整を適正に行いつつ高精度の流量制御を
達成でき、たとえば二液以上の混合液についても、その
濃度等の調整を適正に行いつつ高精度の流量制御を達成
でき、かつ、煩雑な調整は不要で、液体の純度低下を招
来することもない、液体の流量制御方法、及び液体の流
量制御装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る液体の流量
制御方法は、処理槽内へ液体が供給される流路（たとえ
ば配管）に超音波センサを設け、これにより、該液体の
供給量を検出する液体の流量制御方法であって、供給さ
れる液量を前記超音波センサにより検出し、次いで該超
音波センサの検出結果と、予め記憶された供給量との関
係を比較することにより、処理槽内へ供給する液体の量
を制御することを特徴とするものである。

【００２０】本発明に係る液体の流量制御装置は、処理
槽内へ供給される液体の供給量を検出し、制御する液体
の流量制御装置において、液体とは非接触の超音波セン
サを設け、該超音波センサにより処理槽内の液体供給量
を監視するとともに、該超音波センサのデータ出力に基
づいて、処理槽内液体の供給量を制御するコントローラ
ーを備えることを特徴とするものである。

【００２１】本発明に係る液体の流量制御方法、及び流
量制御装置によれば、液体の供給量をあらかじめ決定で
きる。よって、二液以上の混合についても、これを任意
に設定することが可能になって、混合液の流量制御を高
精度に調整することが可能ならしめられる。

【００２２】また、超音波センサを用いるので、光電セ
ンサのように煩雑な調整は不要である。複数の液面レベ
ルの設定ということも不要である。さらに、ノズルを用
いる場合のような、液体の純度低下という問題を避ける
ことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施の形
態について、具体的な実施の形態例を図にしたがって述
べることにより、説明する。

【００２４】実施の形態例１ 図１に、本実施の形態例に係る液体の流量制御装置の構
成を示す。この例は、半導体ウェーハの洗浄工程におい
て、洗浄処理液の流量制御を行う場合に利用することが
できるものである。図１に模式的に示すように、この液
体の流量制御装置は、液体２が供給されるべき処理槽１
と液体供給源２２との配管２３（流路）に設けた超音波
センサ５、及び超音波センサ５の出力側に接続されたコ
ントローラー６とを備えている。

【００２５】処理槽１は、液体２が直接供給される内槽
１１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から成り、外槽１２へ入った液体２は、ポン
プ１３及びフィルタ１４を介して再び内槽１１内へ戻さ
れる。超音波センサ５は、液体供給源２２の配管２３
（流路）に設けられている。

【００２６】コントローラー６は、超音波センサ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、電
源及び通信回路等から成り、超音波センサ５の出力信号
から液体供給源２２の供給量を算出し、設定した液面２
１のレベルの液体を供給する。

【００２７】コントローラー６の通信回路には、弁１５
を開閉させる設備コントローラー７が接続されており、
任意に設定した供給量に基づいてコントローラー６から
出力された信号を受けて、液体供給源２２に接続した弁
１５の開閉を行う。

【００２８】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に液
体２を供給する。この時、超音波センサ５の出力信号が
コントローラー６に送られ、供給量を算出して行く。あ
らかじめ記憶された供給量を認知すると、これを設備コ
ントローラー７に送信して、設備コントローラー７は弁
１５を閉じる命令を出す。

【００２９】このように、設備コントローラー７が弁１
５に開閉の信号を送信することによって、液体供給源２
２から内槽１１に供給される液体２の流量を制御でき
る。

【００３０】次に、本実施の形態例に係る流量制御にお
ける、液体供給方法について説明する。図２は、液体の
供給方法を説明する模式図であり、図２の（ａ）はクロ
ーズ状態、図２の（ｂ）は弁開にて時間ｔ１の液面レベ
ルｈ１の状態、図２の（ｃ）は弁開にて時間ｔ２の液面
レベルｈ２の状態を示し、かつ二液混合の場合は、追加
液面レベルｈ３（供給量）を追加した場合を示す。

【００３１】先ず、図２の（ａ）に示すように、処理槽
１（内槽１１）内に液体がない場合は、弁１５が閉で、
かつ液体を供給して時間０秒の状態である。したがっ
て、液面レベルｈ０＝０を示す。

【００３２】図２の（ｂ）に示すように、処理槽１（内
槽１１）内に液体２が供給されて、液面レベルがｈ１と
なった場合、弁１５が開して、液体を供給して時間ｔ１
秒の状態である。

【００３３】そして、図２の（ｃ）に示すように、処理
槽１（内槽１１）内に液体２がさらに供給されて、液面
レベルがｈ２となった場合、弁１５が開して液体を供給
した時間ｔ２（＞ｔ１）になる。

【００３４】この液面レベルと、液体供給時間との関係
を図３に示す。図３の縦軸は液面レベルＨを表し、横軸
は液体供給時間Ｔを表している。

【００３５】すなわち、図２の（ａ）のクローズ状態
は、図３の液面レベルｈ０＝０で、かつ液体供給時間ｔ
０＝０である。液面レベルＨがｈ０より高い場合は、液
体供給時間Ｔが比例増加しており、図２の（ｂ）に示す
ような液面レベルがｈ１の状態で、液体供給時間ｔ１
に、また、図２の（ｃ）に示すような液面レベルがｈ２
の状態で、液体供給時間ｔ２に対応している。

【００３６】なお、図３に示す液面レベルＨと液体供給
時間Ｔとの関係は、液体２の、温度ｔ、比重ｄ、及び配
管径Ｄの場合である。したがって、この関係は、温度
ｔ、比重ｄ、及び配管径Ｄ等の諸条件の違いにより、変
化するものである。

【００３７】この液面レベルＨと液体供給時間Ｔとの関
係をあらかじめ求めておき、コントローラー６内に記憶
しておく。そして、超音波センサ５の出力信号による液
体供給時間Ｔと、この関係を対応させることで、液面の
レベルを、任意の供給量に設定することができる。

【００３８】具体的な適用の例として、上記流量制御
を、ウェーハ洗浄装置に適応した場合について説明す
る。

【００３９】ここで、液体２が供給された処理槽１内
に、ウェーハを完全に浸漬するためには、液面レベルｈ
２＋ｈ３が必要であるとする。通常、ウェーハ処理液
は、二液混合の溶液を使用するため、追加の液体供給と
して、液面レベルｈ３を混合液体とする。図１中、追加
する液体２′の供給源を符号２２′、その流路（配管）
２３′に設けた超音波センサを符号５′で示す。符号１
５′はこの液体２′供給についての弁である。

【００４０】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、超音波センサ５は、液体２の
供給量を検出する。そして、コントローラー６内にあら
かじめ記憶された、図３に示したような液面レベルＨと
液体供給時間Ｔとの関係から、この液体供給時間に対応
する液面レベルＨを算出する。

【００４１】この関係に基づいて、コントローラー６が
設備コントローラー７に信号を送信し、弁１５を開放し
た状態にする。

【００４２】さらに液体２が処理槽１内に供給されて、
超音波センサ５の出力信号による液体供給時間Ｔがｔ２
になった場合、図３の関係から、液面レベルＨがｈ２に
なったことが算出される。また、追加液体として、液体
２′が同様に処理槽１内に供給され、この液体２′につ
いての超音波センサ５′の出力信号による液体供給時間
Ｔがｔ３になった時に、液面レベル（または供給量）ｈ
３になったことが算出される。なお追加液体２′の供給
方法は、液体２を供給している時と同時に行ってもよ
い。

【００４３】コントローラー６は算出結果から、ウェー
ハが完全に浸漬するのに必要な液面レベル（または供給
量）ｈ２に達したことを判定し、設備コントローラー７
に信号を送信する。この信号に基づいて、設備コントロ
ーラー７が弁１５を閉める命令を送信する。また、追加
供給液体も、同様に、液面レベルｈ２＋ｈ３（追加の液
体２′の分はｈ３の供給量）に達したことを判定し、設
備コントローラー７に信号を送信する。この信号から、
設備コントローラー７が弁１５′を閉める命令を送信す
る。

【００４４】上記のように、あらかじめ記憶した液面レ
ベル（または供給量）Ｈと、液体供給時間Ｔとの関係を
用いることで、液面２１のレベルを任意に設定でき、か
つ、二液混合においても、あらかじめ決めた供給量を設
定できるため、高精度な濃度で、溶液を調整することが
可能となる。

【００４５】この関係を、液体２及び液体２′の種類
や、温度ｔ、比重ｄ、供給配管径Ｄ等が異なる場合につ
いてあらかじめ求めておき、複数種類の関係をコントロ
ーラー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ができ、条件変更
に対して、容易に直ちに対処することができる。

【００４６】以上説明したように、本実施の形態例の液
体の流量制御方法、及びその装置によれば、次のごとき
具体的な効果がもたらされる。

【００４７】まず、上記構成によれば、液体と非接触で
液体供給量を検出できるため、液体内への不純物の混入
がなくなる。よって、純度低下のおそれがない。これ
は、高純度の液体を使用することを要する場合、特に有
効である。

【００４８】また、上記構成の流量制御によれば、任意
で、かつ連続的な液体供給量を設定でき、高精度な液体
の供給量制御を達成することができる。

【００４９】次に、上記構成では、２種以上の処理液を
用いた組み合わせの場合でも、２種以上の処理液の混合
使用の場合でも、高精度な濃度設定が可能である。さら
に、処理槽に複数の処理液を直接供給する構成にするこ
とができる。かつ、この場合にも、高精度な濃度設定
（たとえば高精度な混合比）が可能である。

【００５０】

【発明の効果】本発明の液体の流量制御方法、及び液体
の流量制御装置によれば、濃度等の調整を適正に行いつ
つ高精度の流量制御を達成でき、たとえば二液以上の混
合液についても、その濃度等の調整を適正に行いつつ高
精度の流量制御を達成でき、かつ、煩雑な調整は不要
で、液体の純度低下を招来することもないと言う効果が
もたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態例１に係る液体の流量制
御装置の構成を示す図である。

【図２】 液面レベル（液体供給量）の状態を説明する
模式図である。

【図３】 液面レベル（液体供給量）Ｈと液体供給時間
Ｔの関係を説明する図である。

【図４】 従来技術の構成を示す図である。

【図５】 従来技術の構成を示す図である。

【符号の説明】

１・・・処理槽、２・・・液体（液体（１））、５・・
・超音波センサ、６・・・コントローラー、７・・・設
備コントローラー、１１・・・内槽、１２・・・外槽、
１３・・・ポンプ、１４・・・フィルタ、１５・・・
弁、２１・・・液面、２２・・・液体供給源、２′・・
・追加する液体（液体（２））、５′・・・超音波セン
サ（２）、１５′・・・弁（２）、２２′・・・液体供
給源（２）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｄ 21/00 Ｇ０５Ｄ 21/00 Ａ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理槽内へ液体が供給される流路に超音波
   センサを設け、これにより、該液体の供給量を検出する
   液体の流量制御方法であって、 供給される液量を前記超音波センサにより検出し、次い
   で該超音波センサの検出結果と、予め記憶された供給量
   との関係を比較することにより、処理槽内へ供給する液
   体の量を制御することを特徴とする液体の流量制御方
   法。
2. 【請求項２】二液以上の混合液について、流量が制御さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の液体の流量制御
   方法。
3. 【請求項３】処理槽内へ供給される液体の供給量を検出
   し、制御する液体の流量制御装置において、 液体とは非接触の超音波センサを設け、該超音波センサ
   により処理槽内の液体供給量を監視するとともに、該超
   音波センサのデータ出力に基づいて、処理槽内液体の供
   給量を制御するコントローラーを備えることを特徴とす
   る液体の流量制御装置。
4. 【請求項４】二液以上の混合液について、流量が制御さ
   れることを特徴とする請求項４に記載の液体の流量制御
   装置。