JPH0435695B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、二重構造となつている容器の内側
容器に収納されている液体の液量を検出する装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造プロセスの一つである不純物
拡散では、拡散ソースとして液体ソースが用いら
れることがある。この液体ソースの収納容器は一
般に二重構造となつており、液体ソースとしてた
とえば３臭化硼素などが内側容器内に収納されて
いる。外側容器と内側容器との間は水で満たされ
ており、この水を介して外側容器の外周に設けら
れた温度調節手段によつて内側容器内の液体ソー
スの温度の調節が行われている。

液体ソースから作られた不純物ガスは適宜その
流量等が制御されて拡散炉に送り込まれるもので
あり、液体ソースの液量は不純物ガスの拡散炉へ
の導入量に応じて徐々に減少する。したがつて、
液体ソースが完全に無くなつてしまうことを防止
するために、その液量を常に監視しなければなら
ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この監視作業を人間に任せたのでは十
分な信頼性を得ることが困難であるため、その自
動化が強く望まれていた。つまり、液体ソースの
液面が所定レベル（検出レベル）以下になつたこ
とを自動的に検出する装置が求められていた。

内側容器内の液体ソースの液面が検出レベル以
下となつたことを検出する装置として、第４図に
示すようなものが考えられる。なお、同図ａは側
断面図であり、同図ｂは上面図である。この例で
は、外側容器１および内側容器２がいずれも透明
なガラスでできており、外側容器１の外側に発光
素子３、投光用レンズ４、スリツト６および受光
素子５が図示のごとく設けられている。内側容器
２内には液体ソース７が収められており、外側容
器１と内側容器２の間は水８で満たされている。
発光素子３から出射した光は投光用レンズ４を介
して内側容器２の検出レベルを照射し、液体ソー
ス７の液面が検出レベルよりも低い場合にはほぼ
全反射して受光素子５に至り（実線の矢印）、高
い場合には入射光の一部が液体ソース７中に侵入
し（破線の矢印）一部の光が受光素子５に至る。
これは液体ソース７と気体との屈折率の相違に基
づくものである。このような作用から、液体ソー
ス７の液面が検出レベル以下となれば、受光素子
５に入射する光強度がそれまでより増大する。す
なわち、受光素子５の出力から、液体ソース７の
液量が検出レベル以上であるか以下であるかを検
知することができる。

ところが、十分な検出力を得るためには、検出
レベル位置での液体ソース７の有無による反射光
強度の変化が最大になるように各要素を配置しな
ければならない。しかし、内側容器２での入射角
の設定誤差が反射側で２倍になるため、各要素の
位置決めを極めて厳格に行わなければ受光素子５
が内側容器２からの反射光を受けることができな
い。したがつて、その調整に長時間を要するとい
う問題があつた。

また内側容器２の屈折率n_cと液体ソース７の屈
折率n_eの関係は一般に、n_c＞n_eである（例えば、
n_c＝1.5，n_e＝1.3程度）。そのため、液体ソース７
が検出レベル以上に充填されていて全反射が起こ
らない時に受光素子５が受光する光の強度I₀と、
液体ソース７が検出レベル以下で全反射が起こつ
た時に受光素子５が受光する光強度I_eとの関係が
I_e＞I₀となるのだが、その比I_e／I₀は「２」以下
という小さい値としかとることができない。した
がつて、位置決めの調整を十分に行つても、その
検出力には限界がある。

さらに、内側容器２は外側容器１に対して浮い
た状態でその上端部を支持されているにすぎな
い。したがつて、内側容器２の外側容器１に対す
る水平方向の位置は、検出レベルの位置する下方
部において特に不安定である。内側容器２の位置
が僅かでもずれると内側容器２の表面での入射角
が変化してしまい、受光素子５での適正な検出が
不能となり、誤検知を引き起こす。

本発明の課題は、このような問題点を解消する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明の液量検出
装置は、二重構造容器の側面の外側に配置され内
側容器の検出レベルをほぼ水平に通過する光であ
つて内側容器内に充填された液体の液面が検出レ
ベル以上であるときに二重構造容器の反射側側面
の外側の適当な集束点に集束する光を照射する発
光手段と、集束点の近傍に配置され発光手段から
の集束光を受光する受光手段と、この受光手段の
前方に配置され集束光の光路部に開口を有する遮
光板とを備えている。

〔作用〕

内側容器内に充填された液体の液面が検出レベ
ル以上であるときには、発光手段からの光が所定
の集束点に集束するので、その光のほとんどが遮
光板の開口を通つて受光手段へ到達する。一方、
内側容器内に充填された液体の液面が検出レベル
以下となると、内側容器内の屈折率が低下するた
め、発光手段からの光が集光点に集まらず発散す
る。したがつて、集束点を通るわずかな光だけが
受光手段に到達する。すなわち、液面が検出レベ
ル以上か否かで受光手段に到達する光の強度が大
幅に変化する。

〔実施例〕

第１図は、本発明に先だつて発明者によつて考
えられた参考例である。第２図および第３図は、
それぞれ本発明の一実施例を示す側断面図および
概略平面図である。

まず、第２図および第３図を用いて、本発明の
一実施例を説明する。この実施例は、第４図と同
様に、拡散炉に供給するための不純物ガスの液体
ソースを収納する二重容器に本発明を適用したも
のである。外側容器１は直径が120mmの有底円筒
形状を有し、金属、例えばステンレススチールで
形成されている。外側容器１の側面下方部には、
ガラス製の窓１７，１８が互いに対向する位置に
設けられている。外側容器１の内部には直径60mm
の有底円筒形状のガラス製内側容器２が外側容器
１と接することなく配置されており、内側容器２
と外側容器１との間には水８が充填されている。
内側容器２には、例えば３臭化硼素などの液体ソ
ース７が充填されており、その上部は蓋１６で覆
われている。蓋１６には２本のパイプ１４，１５
が嵌入されており、パイプ１４の端部は内側容器
２の底面近傍まで延び、パイプ１５の端部は上部
に止どめられている。パイプ１４にはキヤリアガ
スが送り込まれ、このガスが液体ソース７中を気
泡となつて通過することにより液体ソース７を気
化させる。このようにして液体ソース７の蒸気を
含んだキヤリアガスは、パイプ１５を介して拡散
炉に送り込まれる。なお、内側容器２は図示省略
した係合部材により、直接的にまたは蓋１６を介
してその上部が支持されている。

窓１７の外側には発光素子３および投光用レン
ズ４が、また、窓１８の外側には中央に開口を有
する遮光板２０および受光素子５がそれぞれ設け
られており、これらが検出レベルにおいて一直線
上に配列されている。発光素子３は、例えば発光
ダイオードあるいは半導体レーザなどで構成され
ている。

外側容器１の外周には、ペルチエ素子を利用し
た温度制御手段１２が設けられており、この温度
制御手段１２は温度センサ１３の出力に基づいて
液体ソース７の温度を所定の値に保持するように
動作する。

つぎに、本実施例の動作を説明する。

まず、予め投光用レンズ４の位置を調整して、
発光素子３から出射される光の集束点を決める。
すなわち、液体ソース７が内側容器２内に十分に
充填されその液面が検出レベルより上方にある状
態で発光素子３から出射された光が遮光板２０の
開口を通つて受光素子５の受光面に集束するよう
に、予め投光用レンズ４の位置を調整しておく。
かかる調整により、液体ソースが十分に充填され
ているときには、受光素子５に強い光が入射す
る。

この状態でキヤリアガスをパイプ１４を介して
送り込むと液体ソース７中にキヤリアガスの気泡
が発生し、液体ソース７の一部が気化する。気化
した液体ソース７を含むキヤリアガスはパイプ１
５を介して送り出され、液体ソース７の液面が次
第に下降して検出レベル以下となる。このとき、
発光素子３から出射された光束は、第３図の破線
による矢印で示すように発散し、ほとんどの光は
遮光板２０で遮られる。遮光板２０の開口を通過
する極一部の光以外はすべて遮光され、受光素子
５には到達しない。これは、光路中に液体ソース
７が存在するか否かで二重容器のレンズ作用が変
化するからである。液体ソース７の屈折率ｎは
1.3程度であり、水８とほぼ同様の屈折率である。
したがつて、液体ソース７の液面が検出レベル以
上であれば、受光素子３から出射された光束は、
光学的にほぼ均一の媒体中を通過することにな
り、この二重容器は外側容器１の形状から１枚の
凸レンズのように作用する。ところが、液体ソー
ス７の液面が検出レベル以下となると、内側容器
２内の屈折率が1.0近くまで低下し、発光素子３
から出射された光束は、あたかも水８からなる２
枚の凹レンズを通過するようになり、破線矢印の
ように発散する。

さらに、内側容器２内が液体から気体に変化す
ると、内側容器２の内揚での反射率が高くなり、
ここを透過する光量が大幅に減る。したがつて、
遮光板２０の開口を通過する光は、レンズ作用に
より発散と、鏡面作用による光量減衰により、ほ
とんど無くなり、受光素子５に至る光は極僅かと
なる。

なお、液体ソース７の液面が検出レベル以上の
ときに、パイプ１４の先端から出るキヤリアガス
の気泡が光に作用して光束が拡散し誤検知を引き
起こすのではないかという懸念があつたが、実験
の結果、気泡は光束の拡散にほとんど作用しない
ことが明らかとなつた。

ところで、第１図に示す参考例は、上記実施例
の開口付き遮光板２０に代えて、レンズ１０およ
び遮光板１１を設け、液体ソース７が検出レベル
以上となつて発光素子５からの光が集束するとき
に遮光し、検出レベル以下となつて発散するとき
にその発散光をレンズ１０を用いて受光素子５に
集光させるものである。この装置でも、液量検出
は可能であるが、検出力を上げるためには、レン
ズ１０としてかなり大きなものを必要とし、高価
な装置となつてしまうという問題が残つてしまつ
た。そこで、考えられたのが上述した実施例の装
置であり、検出力も十分にあり、この参考例に比
べてはるかに低価格で装置を構成することができ
る。

なお、上記実施例では、外側容器１として金属
製のものを用いているが、ガラスのような透明体
で構成すれば、窓１７，１８は不要となる。

また、上記実施例では検出レベルの数を１とし
ているが、複数の検出レベルを設定し、各レベル
での液体の有無を検出すれば、液量の変化を連続
的に知ることができる。

上記実施例は、半導体装置の不純物拡散用液体
ソースを収納する二重構造容器に本発明を適用し
たものであるが、その他の液体を収納する二重構
造容器にも適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の液量検出装置によ
れば、二重構造容器に挟むように発光手段と受光
手段を設け、さらに、集束点に集束する光を透過
する開口を備えた遮光板を受光手段の前方に設け
るという簡単な構成で、液面が検出レベル以上の
場合と以下の場合とで受光手段に到達する光の強
度を大幅に変化させることができる。したがつ
て、受光手段の出力を監視すれば、液面が検出レ
ベル以下となつたことを自動的に検出することが
できる。しかも、内側容器内を透過する光の強度
変化を監視するものであるので、反射型のものと
異なり内側容器の位置が左右に多少ずれても、受
光手段の受光量にほとんど影響を与えないため、
各要素の位置決め調整が簡単であり、その上、長
期的に安定した検出精度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に先だつて考えられた参考例を
示す図、第２図は本発明の一実施例を示す側断面
図、第３図はその概略平面図、第４図は従来技術
を示す図である。 １…外側容器、２…内側容器、３…発光素子、
４…投光用レンズ、５…受光素子、１０…集光用
レンズ、２０…遮光板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二重構造容器の内側容器に充填された液体の
   液面が検出レベル以下か否かを検出する液量検出
   装置において、 二重構造容器の側面の外側に配置され前記内側
   容器の検出レベルをほぼ水平に通過する光であつ
   て前記内側容器内に充填された液体の液面が検出
   レベル以上であるときに前記二重構造容器の反対
   側側面の外側の適当な集束点に集束する光を照射
   する発光手段と、 前記集束点の近傍に配置され前記発光手段から
   の集束光を受光する受光手段と、 この受光手段の前方に配置され前記集束光の光
   路部に開口を有する遮光板と を備えた液量検出装置。