(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアーまたはガスを供給する気体供給源と、この気体供給源に接続した液面検出器と、液面検出器が液体に浸ったり、液面から離れたりしたとき、気体供給源と液面検出器との接続経路に発生する背圧を検出する圧力検出器とを備えた液面検出装置において、上記液面検出器は平均穴径を１０〜１００μにするとともに、気孔率を２０〜８０％にした通気性を有する多孔質材で構成し、かつ、気体供給源と液面検出器とを接続する経路にオリフィスを設けるとともに、このオリフィスの下流側に圧力設定手段を設けた液面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば半導体の製造システムにおけるエッチング槽や洗浄槽などの特定の槽内の液面を検出するのに適した液面検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られている液面検出装置は、エアーやガス（以下「エアー等」という）を供給する気体供給源と、液面に直接浸る液面を検出する検出ノズルとを接続して、この検出ノズルからエアー等を常時流出させるようにしている。この状態で、例えば、検出ノズルが液面に接触すれば、気体供給源と検出ノズルとの接続経路の圧力が変化する。反対に、液体に浸っていた検出ノズルがその液体内から出たときにも、上記接続経路の圧力が変化する。
この圧力変化を圧力検出器で検出するとともに、それをコントローラなどに出力して、槽内の液面を検出するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにした従来の装置では、検出ノズルが液体に浸っている間は、気体供給源から常時気体が流出していることになる。現象的には、検出ノズルから泡が常時出ている状態になる。
上記のように液体内に泡が常時流出していると、もし、その気体にパーティクルが混入していれば、それが液体内に放出されてしまう。しかし、半導体の製造システムではわずかなパーティクルをも嫌うので、上記のように液面検出装置からそれが流出することは許されない。
また、現象的にも、液体内に泡が常時流出しているので、たとえパーティクルが流出していなくても、それが流出しているのではないかと誤解されることがある。
【０００４】
この発明の第１の目的は、気体供給源と液面検出器との間の背圧を検出しながら、液面検出器から気泡が放出されない液面検出装置を提供することである。
第２の目的は、液面検出装置へ供給する気体の圧力を安定させられる液面検出装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エアーまたはガスを供給する気体供給源と、この気体供給源に接続した液面検出器と、液面検出器が液体に浸ったり、液面から離れたりしたとき、気体供給源と液面検出器との接続経路に発生する背圧を検出する圧力検出器とを備えた液面検出装置を前提にする。
そして、上記液面検出器は平均穴径を１０〜１００μにするとともに、気孔率を２０〜８０％にした通気性を有する多孔質材で構成し、かつ、気体供給源と液面検出器とを接続する経路にオリフィスを設けるとともに、このオリフィスの下流側に圧力設定手段を設けた点に特徴を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に示した第１実施例は、エアー等を供給する気体供給源１にレギュレータ２を接続するとともに、このレギュレータ２の下流側に、流量を制御するオリフィス３を設けている。そして、このオリフィス３のさらに下流側には、液面検出器Ｓを接続している。
また、上記オリフィス３と液面検出器Ｓとの接続経路に圧力検出器４と圧力設定手段としてのチェック弁５を接続している。このチェック弁５は、そこを通過する気体の圧力損失を利用して、オリフィス３と液面検出器Ｓとの間の圧力を制御するものである。このようにチェック弁５を設けておけば、オリフィス３と液面検出器Ｓとの間の圧力を一定に保つことができる。
【０００９】
そして、上記液面検出器Ｓは、インポート６を形成する板状の支持部材７と、この支持部材７に固定した通気性を有する多孔質材８とからなる。
このようにした液面検出器Ｓを用いれば、図２に示すように、多孔質材８と液面Ｌとの相対位置が、（イ）〜（ハ）に変化するにつれて、多孔質材８から気体が流出するときの抵抗が異なってくる。このときの抵抗すなわち背圧を圧力検出器４で検出すれば、槽９内の液面Ｌの位置を検出することができる。
【００１０】
なお、この装置では、液面検出器Ｓを液面Ｌから完全に埋没させておいて、槽９内の液体が空になったかどうかも検出できる。いずれにしても、この装置では、液面Ｌの上昇も検出できるし、その下降も検出できる。
ただし、上記多孔質材８の長さを短くすれば、液面Ｌの特定の位置だけを検出することも可能である。
【００１１】
上記のようにした装置において、液面検出器Ｓに通気性を有する多孔質材８を用いたのが、この実施例の最大の特徴である。つまり、液面検出器Ｓに通気性を有する多孔質材８を設けることによって、そこを通過する気体の抵抗を大きく保てるので、槽９内の液体の水圧に押さえられて気泡が流出しないし、また槽９内の液体も多孔質材８内に吸い込まれにくくなる。
【００１２】
上記のように多孔質材８を用いるだけで、従来の装置に比べて、気泡が流出しにくい装置を得ることができるが、さらに、多孔質材８が次のような条件を満足させることによって、よりいっそうの効果が見込める。
【００１３】
まず、この多孔質材８は、その平均穴径が１０〜１００μで、気孔率（空洞体積/全体積）が２０〜８０％ぐらいが最適であることが、実験で明らかになっている。その平均穴径が大きすぎれば、気泡が出やすくなってしまうであろうことはある程度推測できる。それとともに、この平均穴径が大きすぎれば、今度は液体が多孔質材８に吸い込まれてしまうことも予測できる。しかし、液体が多孔質材８に大量に吸い込まれると、目詰まりの状態になり、これも適切ではない。
【００１４】
また、この多孔質材８は、撥水性が高ければさらに効果が大きくなることも実験から明らかになっている。
なお、上記の撥水性をはかるものとして、例えば接触角を用いることができる。図３の（ａ）は、撥水性の高い固体１０に液体１１を滴下した状態を示したものである。このように固体１０の撥水性が高ければ高いほど、固体１０と液体１１側に形成される接触角αは大きくなる。
【００１５】
一方、図３の（ｂ）は、撥水性の低い固体１０に液体１１を滴下した状態を示したものである。このように固体１０の撥水性が低ければ、上記接触角αの大きさは小さくなる。
【００１６】
そして、上記したように多孔質材８として撥水性の高いものを用いた方が、気泡がでにくくなるということは、実験結果から明らかであるが、その原因を、次のように推論できると考えている。
つまり、図４の（ａ）に示すように、固体１０の撥水性が高ければ、固体１０の穴１３から流出する気体１２側に形成される接触角βが９０度よりも小さくなる。このことは、図３の（ａ）に示した原理から明らかである。したがって、気体１２側に形成される接触角βが９０度以内ということは、その表面張力が、気体１２を小さくする方向に作用するものと考えられる。このように気体１２を小さくする方向に表面張力が作用するので、穴１３から気体が出にくくなると推論できる。
【００１７】
一方、図４の（ｂ）に示すように、固体１０の撥水性が低ければ、固体１０の穴１３から流出する気体１２側に形成される接触角βが９０度よりも大きくなる。このことは、図３の（ｂ）に示した原理からも明らかである。したがって、気体１２側に形成される接触角βが９０度以上ということは、その表面張力が、気体１２を大きくする方向に作用するものと考えられる。このように気体１２を大きくする方向に表面張力が作用するので、穴１３から気体が出やすくなるものと推論できる。
一方、固体１０側の撥水性が高ければ、そこに形成した穴１３内に液体も入りにくくなることは明らかである。
【００１８】
以上の理由から、液面検出器は、平均穴径を１０〜１００μにするとともに、気孔率を２０〜８０％にした通気性を有する多孔質材を用いるのが適している。さらに、固体１０と液体１１側に形成される接触角αが９０度以上であることが、より望ましいことになる。
また、耐薬品性を考慮しながら、撥水性の高い材質ということになると、フッ素化合物が適している。
【００１９】
上記のようにした第１実施例においては、気体供給源１から供給された気体の圧力を、レギュレータ２で一定に保ちながら、オリフィス３を通過させる。このように気体の圧力が一定で、オリフィス３の開口面積が決まっていれば、そこを通過する気体の流量が一定に保たれる。
【００２０】
上記のようにしてオリフィス３を通過した一定の流量の気体は、液面検出器Ｓに供給され、そこから流出する。このとき、液面検出器Ｓの多孔質材８が大気中にあれば、オリフィス３と液面検出器Ｓとの接続経路に発生する背圧がそれほど上昇しない。この低い圧力を圧力検出器４が検出し、それを図示していないコントローラに伝達して、液面が未だ検出器Ｓの位置まで到達していないことを検出する。
【００２１】
上記の状態から、液面が上昇して、液面検出器Ｓの一部でもその液面に接触すると、当然のこととして、液面検出器Ｓを通過する気体の圧力損失が大きくなる。したがって、オリフィス３と液面検出器Ｓとの接続経路の背圧が高くなる。この高くなった圧力を圧力検出器４が検出して上記コントローラに伝達する。コントローラは、その圧力に応じて、液体の液面を検出する。
なお、上記多孔質材８の長さを長くすれば、刻々変化する液面の位置を、アナログ的に検出できる。反対に、多孔質材８の長さを短くすれば、特定の液面の位置をデジタル的に検出できる。アナログ的にするか、あるいはデジタル的にするかは、その用途に応じて決まるもので、この発明は、そのいずれも含むものである。
【００２２】
また、この第１実施例の装置には、圧力設定手段としてチェック弁５を設けているので、オリフィス３と液面検出器Ｓとの間に発生する背圧を一定圧以上に上昇させないようにできる。したがって、供給圧に依存しなくても、背圧を制御でき、その分、レギュレータ２の性能も、それほど高くしなくてもよくなる。ただし、その最低圧は、供給圧に依存することになる。また、このチェック弁に代えて、リリーフ弁を用いてもよいこと当然である。
【００２３】
上記のようにチェック弁５あるいはリリーフ弁で、背圧が一定圧以上に上昇しないようにしているので、背圧が上昇しすぎて、液面検出器Ｓの多孔質材８から気泡が放出されたりしなくなる。
【００２４】
なお、上記第１実施例では、圧力設定手段としてチェック弁を用いたが、図５に示した第２実施例では、圧力設定手段として固定オリフィス１４を用いたものである。このように固定オリフィス１４を用いることによって、レギュレータ２の低圧設定能力を補っている。すなわち、レギュレータ２は、通常、その低圧設定がなかなか正確にできない。そこで、供給圧を少し高めに設定しながら、固定オリフィス１４から気体を流出させて、その背圧を低めに定めるようにしたものである。
このようにした第２実施例は、圧力設定手段として固定オリフィス１４を用いた以外は、第１実施例と全く同様である。
【００２５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、液面検出器に、通気性のある多孔質材を用いたので、液体内に流出する気泡を最小限に抑えられるか、あるいはそれをほぼ完璧に抑えることができる。
しかも、気体供給源と液面検出器とを接続する経路にオリフィスを設けるとともに、このオリフィスの下流側に圧力設定手段を設けたので、液面検出器に供給する気体の圧力を安定的に保つことができる。特に、液面検出器を液内に埋没したとき、液面検出器内の気体が液体内に流出せず、しかも、液体が液面検出器内に流入しないようにするためには、液面検出器内の圧力を安定的に保たなければならないが、この発明では、上記のようにオリフィスと圧力設定手段とが機能して、液面検出器内の圧力を安定的に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例を示す回路図である。
【図２】液面検出器と液面との相対関係を示した説明図である。
【図３】固体の撥水性と液体の表面張力との関係を接触角で示したもので、（ａ）は固体の撥水性が高い場合、（ｂ）は固体の撥水性が低い場合である。
【図４】固体に形成した穴から液体側に気体が流出するときの気体の成長具合を示したもので、（ａ）は固体の撥水性が高い場合、（ｂ）は固体の撥水性が低い場合である。
【図５】第２実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
１    気体供給源
Ｓ    液面検出器
４    圧力検出器
５    チェック弁
８    多孔質材
１４    固定オリフィス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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