(57)【要約】【課題】  ガス圧力センサ式の液面検知装置において、吐出した気泡の液面上での破裂によって起こる液体の飛散を防ぐ。【解決手段】  液体５の中にガス２を圧入するガス導入管１と、該ガス２の背圧の変化を電気信号に変換するガス圧力センサ１１０と、該ガス導入管１を外装する気泡誘導管３とを有し、該気泡誘導管３は、該ガス導入管１の下部開口１１から吐出して浮上する気泡２１を液面５１に誘導するものであって、液面５１近傍の上部側面に周設された液体流出孔４を有するように液面検知装置１００を構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の液面の変動を検知するものであって、該液体の中にガスを圧入するガス導入管と、該ガスの背圧の変化を電気信号に変換するガス圧力センサと、該ガス導入管を外装する気泡誘導管とを有し、
該気泡誘導管は、該ガス導入管の下部開口から吐出して浮上する気泡を液面に誘導するものであって、液面近傍の上部側面に周設された液体流出孔を有する
ことを特徴とする液面検知装置。
【請求項２】
該液体流出孔は、一つの開口面積が少なくとも該気泡が貫通不能な大きさになっている
ことを特徴とする請求項１記載の液面検知装置。
【請求項３】
該気泡誘導管の先端と該液体流出孔の上端との距離が、気泡の垂直方向の長さよりも大きい
ことを特徴とする請求項１記載の液面検知装置。
【請求項４】
請求項１記載の液面検知装置が薬液処理槽に付設されている
ことを特徴とする薬液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液面制御にエア圧力検知型液面センサを用いた際にガス導入管から吐出される気泡を誘導して液の飛散による目減りを防ぐことができる液面検知装置と、該液面検知装置を付設した薬液処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置を始めとして、特に薄膜生成やパターニングを要するいろいろな電子デバイスの製造工程においては、半導体ウエハやガラス、セラミック基板といった被処理物を薬液によって処理することが盛んに行われている。例えば、浸漬によるレジスト塗膜や現像、エッチングなどによるパターニング、液相からの結晶成長なども薬液と関わる処理である。しかし、何れの処理においても、欠かせないのが被処理物の表面を清浄にする洗浄工程であり、製造工程の中の最重要な工程となっている。
【０００３】
半導体デバイスなどの製造工程における洗浄工程には、気体を用いる乾式と、水も含む液体を用いる湿式とがある。
【０００４】
かつて、脱脂などの洗浄工程には、フロン化合物や塩素化炭化水素系などの有機溶剤が多用されていた。ところが、近年、大気や土壌の環境保全の見地から純水や薬液を用いる湿式洗浄が多用されるようになっている。
【０００５】
湿式洗浄では、薬液を満たした洗浄槽の中に被洗浄物を浸して行う。被洗浄物を所定の時間浸漬する浸漬洗浄、超音波を印加する超音波洗浄、薬液の中で被洗浄物を動かす揺動洗浄、薬液に液泡を発生させるバブリング洗浄などがある。何れの洗浄を行う場合にも、洗浄槽の中には薬液が所定の量、つまり所定の液面を保持するよう制御されるようになっている。
【０００６】
洗浄槽の液面制御には、槽を内槽と外槽の二槽構造にして、槽高の低い上縁から薬液を槽高の高い外槽に溢流させる、いわゆるオーバフローさせる方法がよく知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
ところが、溢流による液面制御では、洗浄槽内の薬液が蒸発、揮発などによって減少していくことに対しては制御できず、極端な場合には空焚きも起こり得る不具合がある。
【０００８】
それに対して、液面自体を検知する方法が提案されている。この方法は、エア圧力センサを介してガス導入管の先端部を液面下に沈める。ガス導入管に所定の流量がガスを流したときに、液面の高さに起因するガスの背圧の変化をエア圧力センサで電子的に検知し、液供給量を制御して液面を調整する方法である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
ところが、この方法を洗浄槽に適用すると、薬液の中にガス導入管からガスが吐出して薬液の中に放出されることになる。薬液の液面の検知の場合には、ガス導入管の先端部を液表面に近い部位に沈めてガスの放出を行う。ところが、洗浄槽の空焚きを防ぐなどのために洗浄槽の中の薬液の有無も検知する場合には、ガス導入管の先端部を薬液の底部位に沈めてガスの放出を行う。その結果、ガス導入管から放出したガスによって薬液がバブリングされて液面から気泡が放出される。
【００１０】
液体中に放出された気泡を脱気する方法としては、筒状容器の最上部に気体排出孔を設け、液体は筒状容器の途中の高さに液体流出孔を設けて溢流させる気液分離の方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１１】
ところが、この気液分離の方法は、洗浄槽のような容器では上部を煙突のように覆うことが難しい。しかも、放出された気泡が被処理物の表面に付着して洗浄不具合が起こったり、薬液の液温によって気泡が急激に膨張して薬液がバブリングされ、液面が乱れたり液面で気泡が破裂して薬液が飛散したりする不具合が生じる。
【００１２】
そこで、ガス導入管から放出したガスの気泡の薬液中での不具合な振舞いを制止するために、ガス導入管を外装する気泡誘導管を設けることを考えた。図５は気泡誘導管の要部の模式図である。
【００１３】
図５において、図示してないエア圧力センサを介してガス導入管１から液体５の中に液面検知用のガス２を吐出すると、ガス導入管１には液体５の液柱：Ｈによる背圧が掛かっている。従って、この背圧に抗しながらガス導入管１の下部開口１１から間欠的に気泡２１が放出される。この気泡２１は、ガス導入管１を外装する気泡誘導管３に導かれて液面５１に浮上し、液面５１から放出されるようになっている。こうして、気泡２１の液体５の中での振舞いを制御することができる。
【特許文献１】特開平１０−２８４４５６号公報（図１参照）
【特許文献２】特開平１１−３５１９４３号公報（図１参照）
【特許文献３】特開平６−２０１２３０号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図５に示したように、ガス導入管１の外側に気泡誘導管３を設けた二重管構造にすれば、ガス導入管１の下部開口１１から吐出された液面検知用のガス２の気泡２１を気泡誘導管３の中に誘導して液体５の中に拡散することが防止できる。
【００１５】
ところが、図６には気泡誘導管の上出口における気泡の振舞いの模式図を示したが、液体５が化学処理を行うための薬液で、温度が、例えば、１００度Ｃを超えるような高温の場合には、ガス導入管１に圧入された液面検知用のガス２がガス導入管１の下部開口１１から吐出して形成された気泡２１は、気泡誘導管３の中で急激に熱膨張して体積が大きくなる。そして、気泡誘導管３の中を液面５１に向かってた浮上する際に、気泡誘導管３の中の液体５は、上下に隣接する気泡２１の間に閉じ込められた液泡５２となった状態で気泡２１と一緒に浮上する。気泡２１は液面５１で気泡誘導管３の上部開口３１から放出された瞬間に破裂する。
【００１６】
そのために、気泡２１が液面５１で破裂すると同時に液泡５２が飛散する不具合が生じる。液体５が高温の場合には、気泡２１が加熱膨張するので特にその傾向が大きい。しかも、図示してないが、液面検知装置１００を、例えば、洗浄槽などの薬液処理槽に適用した場合には、槽を完全に蓋などによって覆うことが難しい。そのため、液泡５２が槽外に飛散して処理液の目減りにもなってしまう不具合となる。
【００１７】
そこで、本発明は、ガス導入管から吐出した気泡を気泡誘導管によって液面に導き、気泡誘導管に液体流出孔を設けて、液泡は液体に流出させ、気泡のみを気泡誘導管から放出させて液体の飛散を防ぐ液面検知装置と、該液面検知装置を付設した薬液処理装置提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上で述べた課題は、請求項１において、液体の液面の変動を検知するものであって、該液体の中に該ガスを圧入するガス導入管と、該ガスの背圧の変化を電気信号に変換するガス圧力センサと、該ガス導入管を外装する気泡誘導管とを有し、該気泡誘導管は、該ガス導入管の下部開口から吐出して浮上する気泡を液面に誘導するものであって、液面近傍の上部側面に液体流出孔を有するように構成された液面検知装置によって解決される。
【００１９】
つまり、ガス導入管を気泡誘導管で外装し、ガス導入管の下部開口から吐出した気泡を気泡誘導管で液面まで誘導するようにしている。ところが、気泡誘導管の中を浮上する気泡と気泡の間には、液体が挟まれた液泡の状態で一緒に浮上してくる。
【００２０】
そこで、気泡誘導管の液面近傍の管上部側面に液体流出孔を設け、気泡は気泡誘導管から放出するが、気泡と一緒に気泡誘導管の中を浮上してきた液泡は液体流出孔から流出して気泡誘導管の上部開口まで到達する前に管外へ逃げてしまうようにしている。
【００２１】
その結果、気泡誘導管の上部から放出されるのは気泡のみとなるので、気泡誘導管の中を浮上してきた気泡が上部開口から放出する際に破裂しても、液体が飛散することがなくなる。
【００２２】
次いで、請求項２において、液体流出孔は、一つの開口面積が少なくとも気泡が貫通不能な大きさになっているように構成された請求項１記載の液面検知装置によって解決される。
【００２３】
つまり、気泡誘導管の上部側面に設ける液体流出孔は、気泡誘導管に導かれて浮上してきた気泡が貫通できない大きさになるようにしている。
【００２４】
その結果、液体流出孔からは液体のみが流出し、気泡は液体流出孔を貫通せずに気泡誘導管の上部開口から管外に出て液面の外で破裂する。従って、液体が飛散することを防ぐことができる。
【００２５】
次いで、請求項３において、気泡誘導管の先端と液体流出孔の上端との距離が、気泡の垂直方向の長さよりも大きいように構成された請求項１記載の液面検知装置によって解決される。
【００２６】
つまり、気泡誘導管の中には常に液体が満ちている一方、ガス導入管からはガスが液圧に抗して気泡誘導管の中に間欠的に吐出して気泡となる。液温が高いなどによってガスが膨張し気泡誘導管の中で垂直方向に伸びる際に、気泡が液体流出孔を通り過ぎていると、気泡が気泡誘導管の中の液体、すなわち、液泡を液面に運び上げてしまう。その結果、液面で気泡が破裂すると液泡が飛び散る不具合が起きてしまう。
【００２７】
そこで、気泡誘導管の先端から液体流出孔の上端までの長さを気泡の長さ以上にし、液体流出孔が気泡は逃げ出さずに液体のみが流出する機能が有効に働くようにしている。
【００２８】
次いで、請求項４において、請求項１記載の液面検知装置を薬液処理槽に付設した薬液処理装置によって解決される。
【００２９】
つまり、本発明になる液面検知装置を、例えば、洗浄槽のような被処理物を洗浄する薬液処理装置に取り付ければ、薬液処理装置内の薬液の液面を検知することができる。しかも、装置内の、例えば、高温の強酸化剤といった薬液が飛散したり、目減したりすることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、気泡誘導管に液体流出孔を設けることによって、ガス導入管から吐出した気泡が液面上で破裂して液体が飛散することを防ぐことができる。従って、特に、液体の温度が高くて気泡の膨張が大きい薬液処理装置に適用すれば、薬液の飛散による目減りを大幅に削減できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
液体の中に液面検知用のガスを圧入するガス導入管を外装する気泡誘導管を設け、気泡誘導管の液面近傍の管上部側面に液体流出孔を設ける。ガス導入管の下開口から吐出したガスの気泡を気泡誘導管によって液面に誘導浮上させ、気泡に上下を挟まれて同時に浮上した液泡を液体流出孔から液体内に逃がし、気泡のみを気泡誘導管から放出させる。
〔第一の実施の形態〕
図１は本発明の第一の発明の要部の拡大断面図、図２は好ましくない液体流出孔を例示する斜視図、図３は液体流出孔を例示する斜視図である。
【００３２】
請求項１および請求項２に関わるもので、図１において、液面検知装置１００は、例えば、窒素ガスなどの化学的に安定なガス２を圧力センサ１１０を介してガス導入管１で液体５の中に吐出し、圧入するガス２に掛かる液柱：Ｈ１に見合った背圧（バックプレッシャ）を圧力センサ１１０で検知して電気信号に変換し、液柱：Ｈ１の高さに換算して液面の高さを知るものである。
【００３３】
圧力センサ１１０には、例えば、液柱：Ｈ１が高々数十ｃｍだとすると背圧は数千Ｐａの微小な圧力差なので、微圧計と呼ばれるものが用いられている。電気信号に変換するのでダイヤフラムもベローズなどの弾性式差圧計が便利である。
【００３４】
ところで、ガス導入管１に圧入したガス２は、下部開口１１２ら液体５の中に気泡２１として放出される。この気泡２１の液体５の中における振舞いを気泡誘導管３によって制御する。気泡誘導管３の上部開口３１に近傍には、気泡２１は貫通できない大きさの液体流出孔４を設けている。
【００３５】
ガス導入管１も気泡誘導管３も、例えば、薬液などの液体５に対して耐薬品性、耐熱性などを考慮して弗素樹脂製の管を用いる。ガス導入管１は内径が数ｍｍΦ程度、気泡誘導管３は内径が１０ｍｍΦ程度で、ガス導入管１の下部開口１１から吐出した気泡２１は気泡誘導管３の中で液面５１まで誘導されて浮上していく。
【００３６】
ところが、液体５が、例えば、１３０度Ｃに加熱した燐酸水溶液のような高温の場合には、ガス導入管１の下部開口１１から吐出した気泡２１は、当初数ｍｍΦの小さな泡が浮上している間に熱膨張して大きくなる。図１はその様子を模式的に示している。
【００３７】
気泡２１が膨張すると、気泡誘導管３の中では気泡２１と気泡２１の間に液体５が閉じ込められた液泡５２の状態で気泡２１とともに浮上する。気泡２１は液体流出孔４を通り抜けられないのでそのまま上昇し、気泡誘導管３の上部開口３１で破裂して消滅する。
【００３８】
一方、気泡２１と気泡２１の間に挟まれて浮上してきた液泡５２は、液体流出孔４で浮上する気泡２１に下方から押圧され、陰影矢印で示したように液体流出孔４から気泡誘導管３の外の液体５の中に流れ出す。つまり、気泡誘導管３の上部開口３１からは気泡２１のみが放出するので、破裂しても液体５を飛散させることは起こらない。
【００３９】
ところで、気泡２１が液体流出孔４から抜け出さないようにするためには、気泡２１が液体流出孔４に到達した際に安定して保たれている必要がある。ここで生じる気泡２１は液体の中にガス２が吐出されて生じるもので、気泡ゾルのような浮遊系の微気泡ではなく可視的な大きいものである。このような気泡の安定性を決める要因は幾つかあるが、液体５の性質に負うところが大きい。
【００４０】
つまり、液体に界面活性剤が含まれていたり、液体が高粘度で適度な弾性を持っていたりすれば安定しているが、液体５の中にガス２を吐出した気泡２１は、気泡２１の膜が流動性に富む液体５の中で完全に独立し孤立しているので安定している。
【００４１】
従って、気泡誘導管３に誘導されて浮上する気泡２１は、液体流出孔４の孔径が気泡２１を包含してしまうほどな大きな開口でなければ、気泡２１を保ったままで気泡誘導管３の上部開口３１まで到達して放出されることが確認できている。
【００４２】
図２において、液面検知装置１００における液体流出孔４は、気泡誘導管３の上部開口３１の近傍で、液面より下に開口している。つまり、図２（Ａ）に示したように、液体流出孔４が液面５１から露呈している気泡誘導管３の上部を切り欠いた構成になっている場合には、液体流出孔４が存在しない場合と同様に、図示してないが気泡が破裂した際に液泡が飛び散ってしまう。
【００４３】
また、図２（Ｂ）に示したように、液体流出孔４が液面５１から深い部位に開口していると、図示してない気泡と気泡に挟まれて浮上してきた液泡が液体５の圧力で液体流出孔４から流出することができず、液体流出孔４としての機能が損なわれる。
【００４４】
図３において、液面検知装置１００における液体流出孔４は気泡誘導管３にいろいろな形状で構成できる。つまり、図３（Ａ）は液体流出孔４が方形の場合であり、図（Ｂ）は液体流出孔４が円形の場合である。液体が界面活性剤を含んでいたり、液体の粘度が高くて気泡が安定している場合などには、気泡の通過断面積を越えない範囲の大きな開口を一つ設けるだけでよい。
【００４５】
図３（Ｃ）は複数の円形の液体流出孔４を気泡誘導管３の周りに設けたものであり、図３（Ｄ）は方形の液体流出孔４をすだれ状に気泡誘導管３に周りに設けたものである。液体流出孔４としての液泡の流出量は孔の数で補い、しかも、気泡が小さく分裂した場合にも気泡は通おさずに液泡のみを流出させることができ、液体流出孔４としての機能を損なうことはない。
【００４６】
請求項３に関わるもので、気泡誘導管３の中には常に液体５が満ちている。そして、ガス導入管１からはガス２が液柱：Ｈ１に見合った液圧に抗して気泡誘導管３の中に間欠的に吐出して気泡２１となって浮上する。液温が高いなどの理由によってガス２が膨張し気泡誘導管３の中で垂直方向に伸びる際に、気泡２１の頭部が液体流出孔４を通り過ぎていると、気泡２１が気泡誘導管３の中の液体５、すなわち、液泡５２を液面５１に運び上げてしまう。その結果、液面５１で気泡２１が破裂すると液泡５２が飛び散る不具合が起きてしまう。
【００４７】
そこで、図１において、気泡誘導管３の先端と液体流出孔４の上端の距離：Ｈ２と、気泡２１の垂直方向の長さ：Ｈ３との関係を、Ｈ２＞Ｈ３にする。そうすると、液体流出孔４が気泡２１は逃げ出さずに液泡５２のみが流出し、液体流出孔４の本来の機能が有効に働くようになる。
〔第二の実施の形態〕
請求項４に関わるもので、図４は本発明の第二の発明の構成を示す模式図である。同図において、薬液処理装置２００は、薬液槽２０１の中に薬液２０２が満たされ、例えば、薬液２０２が洗浄剤であれば洗浄槽であり、エッチング液であればエッチング槽であり、めっき液であればめっき槽などである。薬液槽２０１の中には被処理物２１０として、例えば、半導体ウエハであれば、ガイド２１１に保持されて薬液２０２の中に浸漬されて処理される。
【００４８】
薬液槽２０１には液面検知装置１００を設置する。この液面検知装置１００は、例えば、窒素ガスなどを送気するガス供給管１１１を二つのガス圧力センサ１１０に分岐させ、一方は薬液槽２０１の中の薬液２０２の液面５１を検知する液上限検知装置１０１と、他方は薬液２０２の存在を検知して空焚きが起こらないように液下限検知装置１０２とに分けている。液上限検知装置１０１は、ガス導入管１と気泡誘導管３とを液面５１近傍に沈め、液下限検知装置１０２はガス導入管１と気泡誘導管３とを薬液槽２０１の底に到達する深さに沈めている。
【００４９】
液上限検知装置１０１によって所定の位置に保たれている液面５１は、被処理物２１０が浸漬されると薬液２０２が溢流するので、薬液外槽２０４で受けるようになっており、薬液外槽２０４に溜まった薬液２０２は、例えば、ポンプ２０５とフィルタ２０６とヒータ２０７を介して薬液槽２０１に戻される。ここには図示してないが、薬液外槽２０４にも液面検知装置１００を設置する場合もある。
【００５０】
薬液槽２０１の液面５１は液上限検知装置１０１によって制御され、薬液供給管２０３によって適宜供給できるようになっている。薬液２０２を交換する場合には、排液口２０８によって排出する。密閉にすることは難しいが、薬液処理中は適宜蓋２２０をすることもできるようになっている。
【００５１】
こうして、本発明になる液面検知装置１００を薬液処理装置２００に適用すれば、気泡誘導管３と該気泡誘導管３に設けた液体流出孔４との働きによって、ガス導入管１から吐出した気泡２１が破裂して薬液２０２が飛び散る不具合を抑えることができる。
【００５２】
ガス導入管や気泡誘導管は、耐薬品性とか耐熱性を考慮して弗素樹脂製の管が好ましいが、限定するものではなく、薬液の種類や処理の仕様によって他の高分子材料や金属なども用いることができ種々の変形が可能である。
【００５３】
また、液面検知装置に用いるガスは、不活性であることから窒素ガスが一般的であるが、ガス導入管や気泡誘導管の太さは、ガスの種類、処理装置の深さ、液体（薬液）の比重や粘性、表面自由エネルギなどに依存する背圧の大きさなどによって種々の変形が可能である。
【００５４】
さらに、液体流出孔の形状や数、開口面積、気泡誘導管に設ける位置などは、ガス導入管から吐出する気泡の大きさや液体（薬液）の諸元などによって一義的に決まるものではなく、種々の変形が可能である。
【００５５】
（付記１）  液体の液面の変動を検知するものであって、該液体の中にガスを圧入するガス導入管と、該ガスの背圧の変化を電気信号に変換するガス圧センサと、該ガス導入管を外装する気泡誘導管とを有し、
該気泡誘導管は、該ガス導入管の下開口から吐出して浮上する気泡を液面に誘導するものであって、液面近傍の管上部側面に周設された薬液流出孔を有する
ことを特徴とする液面検知装置（請求項１）。
【００５６】
（付記２）  該薬液流出孔は、一つの開口面積が少なくとも該気泡が貫通不能な大きさになっている
ことを特徴とする付記１記載の液面検知装置（請求項２）。
【００５７】
（付記３）  該薬液流出孔は、形状が円形または方形である
ことを特徴とする付記１記載の液面検知装置。
【００５８】
（付記４）  該気泡誘導管の先端と該液体流出孔の上端との距離が、気泡の垂直方向の長さよりも大きい
ことを特徴とする請求項１記載の液面検知装置（請求項３）。
【００５９】
（付記５）  請求項１記載の液面検知装置が薬液処理槽に付設されている
ことを特徴とする薬液処理装置（請求項４）。
【００６０】
（付記６）  該液面検知装置を２組有し、
少なくとも一方は、該ガス導入管の下開口が該薬液処理槽の底面に最近接している
ことを特徴とする付記４記載の薬液処理装置。
【００６１】
（付記７）  該薬液処理槽が洗浄槽である
ことを特徴とする付記４記載の薬液処理装置。
【産業上の利用の可能性】
【００６２】
本発明の液面検知装置は、例えば、電子デバイスの製造工程におけるいろいろな薬液処理のために用いる薬液処理装置において、気泡の破裂による薬液の飛散を抑止することに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第一の発明の要部の拡大断面図である。
【図２】好ましくない液体流出孔を例示する斜視図である。
【図３】液体流出孔を例示する斜視図である。
【図４】本発明の第二の発明の構成を示す模式図である。
【図５】気泡誘導管の要部の模式図である。
【図６】気泡誘導管の上出口における気泡の振舞いの模式図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  ガス導入管                        １１  下部開口
２  ガス                              ２１  気泡
３  気泡誘導管                        ３１  上部開口
４  液体流出孔
５  液体                              ５１  液面    
５２  液泡
１００  液面検知装置
１０１  液上限検知装置                １０２  液下限検知装置
１１０  ガス圧力センサ                １１１  ガス供給管
２００  薬液処理装置
２０１  薬液槽                        ２０２  薬液        
２０３  薬液供給管                    ２０４  薬液外槽        
２０５  ポンプ                        ２０６  フィルタ
２０７  ヒータ                        ２０８  排液口
２１０  被処理物                      ２１１  ガイド
２２０  蓋
【図１】
2005274147.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005274147.tif 000005
【図４】
2005274147.tif 000006
【図５】
2005274147.tif 000007
【図６】
2005274147.tif 000008