JPH06117903A - 液面レベル検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液体内にゴミを混入させることなく液面レベ
ルを検出でき、しかも液体を収納するタンクが加圧タン
クであっても使用することのできる液面レベル測定装置
を提供する。 【構成】 半導体処理液１０を収納したタンク１２に、
検出棒２０，３０を設ける。検出棒２０，３０の下端部
にはヒータ付温度センサ２２，３２を設け、その上方に
は温度センサ２４，３４を設ける。そして、ヒータ付温
度センサ２２，３２のヒータを通電して、ヒータ付温度
センサ２２，３２を加熱することにより、検出棒２０，
３０の下端部の半導体処理液１０への接触時と非接触時
とで、ヒータ付温度センサ２２，３２による検出温度が
大きく異なるようにし、その検出温度を温度センサ２
４，３４による検出温度と比較することにより、半導体
処理液１０の液面が検出棒２０，３０の下端部より高い
か低いかを判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タンク内に収納された
液体の液面レベルを検出する液面レベル検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体製造行程において使用
されるレジスト液等の半導体処理液の量を検出する際に
は、例えば、図５に示す如く、半導体処理液６０を収納
したタンク６２の所定の高さ位置から高圧窒素を吹き出
すためのノズル７０と、このノズル７０にダイヤフラム
７２の一方のガス室７２ａを介して高圧窒素を供給する
配管７４と、同じく高圧窒素をダイヤフラム７２のもう
一方のガス室７２ｂを介して大気中に放出する配管７６
と、ダイヤフラム７２の各ガス室７２ａ，７２ｂの圧力
差によりダイヤフラム７２の隔壁７２ｃが変位したとき
オン状態となるマイクロスイッチ７８とにより構成され
た複数の液面レベル検出装置８０が使用されている。

【０００３】つまり、この種の液面レベル検出装置８０
においては、ノズル７０の先端に液面が近付くと、この
ノズル７０の先端の排圧が大きくなって、ダイヤフラム
７２のノズル側ガス室７２ａの圧力が高くなるため、隔
壁７２ｃが図中上方に変位してマイクロスイッチ７８の
接点を押し上げ、マイクロスイッチがオン状態となっ
て、液面がノズル７０の先端の高さ位置にあることを検
出することができるようになるのである。なお、図５に
おいて、符号６４は、タンク６２から半導体処理液６０
を汲み出して、半導体処理液６０を使用するレジスト工
程等の半導体処理工程に供給する汲出ポンプを表してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、こうしたガス
噴射方式の液面レベル検出装置においては、ダイヤフラ
ムや高圧窒素等の高圧ガスを発生する加圧ポンプ等の可
動部が存在するため、この可動部から微小なゴミが発生
し易く、そのゴミが、ノズルから液面に向けて吹き出さ
れる高圧窒素等の高圧ガス中に混入して、レジスト液等
の半導体処理液が汚染され、半導体の不良原因となるこ
とがあった。

【０００５】また、こうしたガス噴射方式の液面レベル
検出装置においては、ノズルからの高圧ガスの噴射圧の
変化から液面レベルを検出するため、液体の気化を防止
するために高圧に加圧された加圧タンク内では、液面レ
ベルを検出することができないといった問題もあった。

【０００６】また更に、こうしたガス噴射方式の液面レ
ベル検出装置においては、長期間使用を停止すると、ダ
イヤフラムが硬くなってしまい、その後使用を再開した
場合には、ダイヤフラムの動きが元に戻るまで、液面レ
ベルを正常に検出することができなくなるといった問題
もある。

【０００７】なお、こうしたガス噴射方式以外の液面レ
ベル検出装置としては、例えば大気と液体との光の反射
率の違いを利用して、プリズムを用いて液面レベルを光
学的に検出する方式のものや、タンクの静電容量を測定
することにより液面レベルを測定する方式のもの等も考
えられているが、光学式のものでは液面に接触させるプ
リズムが液体により変色して誤動作し、また静電容量式
のものでは実用化できる程度の精度が得られないといっ
たことがあり、いずれも実用化に至っていない。

【０００８】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
ので、上記のように半導体処理液等の液体内にゴミを混
入させることなく液面レベルを検出でき、しかも液体を
収納するタンクが加圧タンクであっても使用することの
できる液面レベル測定装置を提供することを目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１に記載の液面レベル検出装置は、
液体を収納するタンク内に、液体の液面に直交する方向
に配設される長尺状の検出棒と、該検出棒の下端部及び
該下端部より上方の位置に夫々配設された一対の温度セ
ンサと、該一対の温度センサからの検出信号に基づき、
上記検出棒の下端部が液体に接触して液体の熱伝導によ
り冷却されているか否かを判定する判定回路と、を備え
たことを特徴としている。

【００１０】次に、請求項２に記載の液面レベル検出装
置は、液体を収納するタンク内に、液体の液面に直交す
る方向に配設される長尺状の検出棒と、該検出棒の下端
部に設けられ、加熱用のヒータを備えた温度センサと、
上記検出棒の下端部を含む任意の位置に設けられた温度
センサと、上記各温度センサからの検出信号に基づき、
上記検出棒の下端部が液体に接触して液体の熱伝導によ
り冷却されているか否かを判定する判定回路と、を備え
たことを特徴としている。

【００１１】また次に、請求項３に記載の液面レベル検
出装置は、この請求項２に記載の液面レベル検出装置に
おいて、ヒータを備えた温度センサが、セラミック基板
上に、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗パターンを形
成し、更に該抵抗パターンの間に、通電により発熱する
発熱パターンを形成することにより作製されていること
を特徴としている。

【００１２】また、請求項４に記載の液面レベル測定装
置は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の液面
レベル検出装置において、検出棒が、液体に対する耐食
性を有する材料からなる長尺の管状部材と、同じく耐食
性を有する材料からなり、該管状部材の下端部を密閉し
て管状部材内部への液体の侵入を防止するシール部材
と、を備え、上記一対の温度センサを、上記シール部材
により密閉された上記管状部材の内部に配設してなるこ
とを特徴としている。

【００１３】また更に、請求項５に記載の液面レベル検
出装置は、この請求項４に記載の液面レベル検出装置に
おいて、検出棒の下端部に配設される温度センサを、シ
ール部材に接合してなることを特徴としている。

【００１４】

【作用】上記のように構成された請求項１に記載の液面
レベル検出装置においては、判定回路が、検出棒の下端
部及び該下端部より上方の位置に配設された一対の温度
センサからの検出信号に基づき、検出棒の下端部が液体
に接触して液体の熱伝導により冷却されているか否かを
判定することにより、液面レベルを検出する。

【００１５】つまり、液体の温度は、通常、液体の蒸発
等により外気に比べて低く、検出棒の下端部が液体に接
触すると、その下端部の温度が液体の熱伝導により外気
より低くなるため、請求項１に記載の液面レベル検出装
置では、その下端部の温度低下を、検出棒の下端部に設
けた温度センサと下端部より上方に設けた温度センサと
からの検出信号に基づき判定することにより、液面レベ
ルが検出棒の下端部の位置より低いか否かを判断するよ
うにしているのである。

【００１６】従って、請求項１に記載の液面レベル検出
装置によれば、液体内にゴミを混入させることなく液面
レベルを検出でき、しかも液体を収納するタンクが加圧
タンクであっても使用することができる。次に、請求項
２に記載の液面レベル検出装置においては、検出棒の下
端部に加熱用のヒータを備えた温度センサを設けると共
に、検出棒の下端部を含む任意の位置に温度センサを設
け、判定回路により、これら各温度センサからの検出信
号に基づき、検出棒の下端部が液体に接触して液体の熱
伝導により冷却されているか否かを判定して、液面レベ
ルを検出するようにされている。

【００１７】つまり、ヒータ付温度センサは、ヒータに
より加熱されるため、その検出温度は、もう一方のヒー
タを備えていない温度センサより高くなる。また、ヒー
タ付温度センサによる検出温度は、検出棒の下端部が液
体に接触していない状態から液体に接触した状態に変化
すると、ヒータによる加熱温度が液体を介して放熱され
るため、大きく低下する。そこで、請求項２に記載の液
面レベル検出装置では、この温度変化を、ヒータを備え
ていない温度センサからの検出信号を基準に判定するこ
とにより、検出棒の下端部が液体に接触しているか否か
を検出するようにしているのである。

【００１８】従って、請求項２に記載の液面レベル検出
装置によれば、請求項１に記載の装置と同様、液体内に
ゴミを混入させることなく液面レベルを検出でき、しか
も液体を収納するタンクが加圧タンクであっても使用す
ることができる。なお、この請求項２に記載の液面レベ
ル検出装置において、ヒータを備えていない温度センサ
は、ヒータ付温度センサと同様に検出棒の下端部に設け
てもよく、また検出棒の下端部より上方の位置に設けて
もよい。

【００１９】これは、このヒータを備えていない温度セ
ンサを、ヒータ付温度センサと同様に検出棒の下端部に
設けたとしても、検出棒の下端部が液体に接触すること
によって生じる検出温度の変化は、ヒータ付温度センサ
に比べて極めて小さく、この温度センサからの検出信号
を基準として、ヒータ付温度センサによる検出温度の変
化を正確に判定することができるからである。

【００２０】また次に、請求項３に記載の液面レベル検
出装置においては、検出棒の下端部に配設されるヒータ
付温度センサを、セラミック基板上に、温度に応じて抵
抗値が変化する抵抗パターンを形成し、更に該抵抗パタ
ーンの間に、通電により発熱する発熱パターンを形成す
ることにより構成している。

【００２１】このため、検出棒の下端部の温度変化を抵
抗値変化として検出することができ、温度検出のための
回路構成を簡単にすることができると共に、発熱パター
ンを通電することにより温度センサとしての抵抗パター
ンを確実且つ効率良く加熱することができる。

【００２２】また、請求項４に記載の液面レベル測定装
置においては、検出棒を、管状部材とその下端部を密閉
するシール部材とにより構成し、一対の温度センサを、
シール部材により密閉された管状部材の内部に配設する
ようにされている。このため、温度センサ及びその信号
線を液体から保護するための特別な部材を設ける必要は
なく、その構成を簡素化することができる。

【００２３】また更に、請求項５に記載の液面レベル検
出装置においては、検出棒の下端部に配設される温度セ
ンサをシール部材に接合するようにされている。このた
め、温度センサを単に検出棒の内部に設けた場合に比べ
て、温度センサによる検出棒の下端部の温度の検出感度
を向上でき、温度センサにより、液体に接触している場
合と接触していない場合とで生じる温度変化を正確に検
出することが可能になる。

【００２４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。まず図１は半導体処理液１０を収納したタンク１２
に本実施例の液面レベル検出装置を取り付けた状態を表
す説明図である。

【００２５】図１に示す如く、タンク１２には、その開
口部近傍の壁面に固定された取付け部材１４を介して、
２本の検出棒２０，３０が取り付けられている。これら
２本の検出棒２０，３０の内、一方の検出棒２０は、タ
ンク１２内の半導体処理液１０の液面レベルが、半導体
処理液１０を所定の半導体処理工程に供給する汲出ポン
プ１６により汲み出し可能な下限値近傍になったとき
に、その下端部が半導体処理液１０に接触しなくなるよ
うに長く形成され、他方の検出棒３０は、タンク１２内
の半導体処理液１０の液面レベルが、所定の上限値近傍
になったときに、その下端部が半導体処理液１０に接触
するように短く形成されている。

【００２６】また、各検出棒２０，３０の下端部には、
夫々、ヒータ付温度センサ２２，３２が配設され、各検
出棒２０，３０の取付け部材１４近傍には、夫々、温度
センサ２４，３４が配設されている。そして、検出棒２
０に設けられた温度センサ２２，２４は、信号線２６を
介して、検出回路２８に接続され、検出棒３０に設けら
れた温度センサ３２，３４は、信号線３６を介して、検
出回路３８に接続されている。

【００２７】なお、検出回路２８，３８は、タンク１２
内への半導体処理液１０の供給を制御するコントローラ
４０に設けられており、コントローラ４０側で、タンク
１２内の半導体処理液１０の液面レベルが下限値を下回
ったとき、図示しない半導体処理液供給ポンプの駆動を
開始し、タンク１２内の半導体処理液１０の液面レベル
が所定の上限値に達したときに、そのポンプの駆動を停
止して、タンク１２内での半導体処理液１０の量を、汲
出ポンプ１６により汲み出し可能な量に制御するのに使
用される。

【００２８】次に、各検出棒２０，３０の下端部に設け
られたヒータ付温度センサ２２，３２は、図２（ａ）に
示す如く、白金又はニッケルの真空蒸着によって、セラ
ミック基板４１の表面に、温度に応じて抵抗値が変化す
る抵抗パターンＰRS、通電により発熱する発熱パターン
ＰRH、及びこれら各抵抗パターンＰRS，ＰRHの両端に接
続された電極パターンＰT1〜ＰT4を形成することにより
作製されている。そして、抵抗パターンＰRSは、図２
（ｂ）に示す如く、１０μｍ程度の細い直線パターンを
交互に接続することにより形成されており、発熱パター
ンＰRHは、図２（ａ）に示す如く、その抵抗パターンＰ
RSを３つに分割する２箇所に、抵抗パターンＰRSの間に
食い込むように形成されている。

【００２９】また、各検出棒２０，３０の取付け部材１
４近傍に設けられた温度センサ２４，３４は、ヒータ付
温度センサ２２，３２と同様に、白金又はニッケルの真
空蒸着によって、セラミック基板４１の表面に、温度に
応じて抵抗値が変化する抵抗パターンＰRSと、その両端
に接続された電極パターンＰT1，ＰT2を形成することに
より作製されている。つまり、温度センサ２４，３４
は、ヒータ付温度センサ２２，３２のセラミック基板４
１上から、発熱パターンＰRHと、この両端に接続された
電極パターンＰT3，ＰT4を取り除くことにより作製され
ている。

【００３０】一方、検出棒２０，３０は、図３（ａ）に
示す如く、ガラス管４３と、その下端部を密閉するため
にガラス管４３内に圧入されたゴム等の弾性材からなる
圧入シール４５及びその周囲を被覆するガラスシール４
７とから構成されており、上記各温度センサ２２及び２
４，３２及び３４は、そのシールされたガラス管４３内
に設けられている。

【００３１】そして、検出棒２０，３０の下端部に設け
られるヒータ付温度センサ２２，３２は、圧入シール４
５の中心に穿設された孔から突出して設けられており、
その表面が直接ガラスシール４７により被覆されてい
る。このため、ヒータ付温度センサ２２，３２は、検出
棒２０，３０の下端部が半導体処理液１０に接触する
と、その温度に応じて抵抗値が速やかに変化することと
なる。

【００３２】なお、検出棒２０，３０をガラス管４３に
より形成し、その下端部をガラスシール４７にて被覆す
るようにしたのは、検出棒２０，３０自体が強酸である
半導体処理液１０に接触して腐食するのを防止すると共
に、ヒータ付温度センサ２２，３２やその信号線を半導
体処理液１０から保護するためである。

【００３３】そして、このように検出棒２０，３０自体
やヒータ付温度センサ２２，３２等の半導体処理液１０
による腐食を防止するには、ガラスの他、強酸に対する
耐食性を有するテフロンを用いることもできる。つま
り、例えば、図３（ｂ）に示す如く、ガラス管４３の下
端部にテフロン膜４９を貼り付け、これをテフロンから
なる固定部材５１でガラス管４３の下端部に固定するよ
うにしても、検出棒２０，３０自体の腐食を防止して、
ヒータ付温度センサ２２，３２やその信号線を半導体処
理液１０から保護することができる。なお、この場合、
ヒータ付温度センサ２２，３２は、温度検出精度を確保
するために、テフロン膜４９に固定することが望まし
い。

【００３４】次に、検出回路２８，３８には、図４に示
す如く、ヒータ付温度センサ２２，３２の発熱パターン
ＰRHからなるヒータ素子ＲＨに直流電源Ｂを接続して、
このヒータ素子ＲＨに定電流を流し、ヒータ素子ＲＨを
発熱させる定電流回路５５が備えられている。

【００３５】また、検出回路２８，３８には、ヒータ付
温度センサ２２，３２の抵抗パターンＰRSからなるセン
サ素子ＲＳ１に抵抗器Ｒ１を接続すると共に、温度セン
サ２４，３４の抵抗パターンＰRSからなるセンサ素子Ｒ
Ｓ２に抵抗器Ｒ２を接続し、更にその両端を互いに接続
することにより、ブリッジ回路を構成し、このブリッジ
回路の両端に電源電圧Ｖｃｃを印加して、センサ素子Ｒ
Ｓ１と抵抗器Ｒ１との接続点電圧Ｖ１及びセンサ素子Ｒ
Ｓ２と抵抗器Ｒ２との接続点電圧Ｖ２をコンパレータＣ
Ｐ１にて比較することにより、検出棒の下端部が半導体
処理液１０に接触しているときにのみ、コンパレータＣ
Ｐ１からHighレベルの判定信号が出力されて、スイッチ
ングトランジスタＴＲ１が導通し、この導通により、抵
抗器Ｒ３を介して発光ダイオードＤ１に電流が流れて、
発光ダイオードＤ１が発光するように構成された判定回
路５７が備えられている。またこの判定回路５７には、
スイッチングトランジスタＴＲ１の導通状態を表す検出
信号ＶＳをコントローラ４０内の制御回路に出力する出
力端子も設けられている。

【００３６】すなわち、本実施例の液面レベル検出装置
は、検出棒２０，３０の下端部に設けたヒータ付温度セ
ンサ２２，３２のヒータ素子ＲＨを通電して、ヒータ付
温度センサ２２，３２のセンサ素子ＲＳ１を加熱するこ
とにより、検出棒２０，３０の下端部が半導体処理液１
０に接触していないときのセンサ素子ＲＳ１の抵抗値
が、温度センサ２４，３４のセンサ素子ＲＳ２の抵抗値
に比べて大きくなるようにすると共に、検出棒２０，３
０の下端部が半導体処理液１０に接触した場合に、下端
部が半導体処理液１０の熱伝導により冷却されることに
より、センサ素子ＲＳ１の抵抗値が、センサ素子ＲＳ２
の抵抗値近傍まで大きく減少するようにし、その抵抗変
化をコンパレータＣＰ１により判定することにより、半
導体処理液１０の液面レベルが、検出棒２０，３０の下
端部より高いか否かを検出するようにされている。

【００３７】以上説明したように、本実施例の液面レベ
ル検出装置においては、検出棒２０，３０の下端部の温
度変化から半導体処理液１０の液面レベルを検出するた
め、従来のガス噴射方式の液面レベル検出装置のよう
に、半導体処理液１０内に微小なゴミが混入することは
なく、半導体の不良率を低減することができる。また、
外気の圧力に影響されることなく液面レベルを検出する
ことができるため、半導体処理液１０を収納するタンク
１２が加圧タンクであっても、その液面レベルを正確に
検出することが可能である。また更に、本実施例の液面
レベル検出装置には、機械的な可動部がないため、可動
部の経時変化によって検出精度が変化するといったこと
はなく、装置の信頼性を向上できる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の液面レベ
ル検出装置においては、検出棒の下端部が液体に接触し
ている場合と液体に接触していない場合とで生じる温度
変化から液面レベルを検出するようにしている。このた
め従来のガス噴射方式の装置のように、検出時に、液体
内にゴミが混入することはなく、上記実施例のように半
導体処理液の液面レベルの検出に使用すれば、半導体の
不良率を低減することができるようになる。また、外気
の圧力変化に影響されることなく液面レベルを検出する
ことができるため、加圧タンク内に収納された液体であ
っても液面レベルを正確に検出することが可能になる。
また更に、本発明の液面レベル検出装置においては、機
械的な可動部がないため、可動部の経時変化によって検
出精度が変化するといったことはなく、装置の信頼性を
向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 半導体処理液を収納したタンクに実施例の液
面レベル検出装置を取り付けた状態を表す説明図であ
る。

【図２】 実施例のヒータ付温度センサの構成を表す説
明図である。

【図３】 実施例の検出棒の下端部付近の構成を表す断
面図である。

【図４】 実施例の検出回路の構成を表す電気回路図で
ある。

【図５】 従来の液面レベル検出装置の構成及びその検
出方法を説明する説明図である。

【符号の説明】

１０…半導体処理液 １２…タンク ２０，３０…
検出棒 ２２，３２…ヒータ付温度センサ（ＲＳ１…センサ素
子，ＲＨ…ヒータ素子） ２４，３４…温度センサ（ＲＳ２…センサ素子） ２
８，３８…検出回路 ４１…セラミック基板 ＰRS…抵抗パターン ＰRH
…発熱パターン ４３…ガラス管 ４５…圧入シール ４７…ガラス
シール ４９…テフロン膜 ５１…固定部材 ５５…定電流回路 ５７…判定回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 太四郎 東京都品川区西五反田５丁目20番２号 日 本空圧システム株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を収納するタンク内に、液体の液面
   に直交する方向に配設される長尺状の検出棒と、 該検出棒の下端部及び該下端部より上方の位置に夫々配
   設された一対の温度センサと、 該一対の温度センサからの検出信号に基づき、上記検出
   棒の下端部が液体に接触して液体の熱伝導により冷却さ
   れているか否かを判定する判定回路と、 を備えたことを特徴とする液面レベル検出装置。
2. 【請求項２】 液体を収納するタンク内に、液体の液面
   に直交する方向に配設される長尺状の検出棒と、 該検出棒の下端部に設けられ、加熱用のヒータを備えた
   温度センサと、 上記検出棒の下端部を含む任意の位置に設けられた温度
   センサと、 上記各温度センサからの検出信号に基づき、上記検出棒
   の下端部が液体に接触して液体の熱伝導により冷却され
   ているか否かを判定する判定回路と、 を備えたことを特徴とする液面レベル検出装置。
3. 【請求項３】 上記ヒータを備えた温度センサが、セラ
   ミック基板上に、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗パ
   ターンを形成し、更に該抵抗パターンの間に、通電によ
   り発熱する発熱パターンを形成することにより作製され
   ていることを特徴とする請求項２に記載の液面レベル検
   出装置。
4. 【請求項４】 上記検出棒が、 液体に対する耐食性を有する材料からなる長尺の管状部
   材と、 同じく耐食性を有する材料からなり、該管状部材の下端
   部を密閉して管状部材内部への液体の侵入を防止するシ
   ール部材と、 を備え、上記一対の温度センサを、上記シール部材によ
   り密閉された上記管状部材の内部に配設してなることを
   特徴とする請求項１〜請求項３いずれか記載の液面レベ
   ル検出装置。
5. 【請求項５】 上記検出棒の下端部に配設される温度セ
   ンサを、上記シール部材に接合してなることを特徴とす
   る請求項４に記載の液面レベル検出装置。