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WO2000052453A2 - Method for determining the characteristics of a medium - Google Patents

Method for determining the characteristics of a medium Download PDF

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WO2000052453A2
WO2000052453A2 PCT/EP2000/001659 EP0001659W WO0052453A2 WO 2000052453 A2 WO2000052453 A2 WO 2000052453A2 EP 0001659 W EP0001659 W EP 0001659W WO 0052453 A2 WO0052453 A2 WO 0052453A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
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medium
frequency
properties
coil
liquid
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/001659
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German (de)
French (fr)
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WO2000052453A3 (en
Inventor
Heinz Schade
Original Assignee
Steag Microtech Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Steag Microtech Gmbh filed Critical Steag Microtech Gmbh
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Publication of WO2000052453A2 publication Critical patent/WO2000052453A2/en
Publication of WO2000052453A3 publication Critical patent/WO2000052453A3/en

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/023Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance where the material is placed in the field of a coil

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for determining properties of a medium, e.g. B. liquids, gases and solids, in particular a medium for treating semiconductor substrates.
  • a medium e.g. B. liquids, gases and solids
  • the concentration of a cleaner in a cleaning solution is determined as a function of the electrical conductivity of the cleaning solution. This method is limited to measuring the concentration of cleaning solutions.
  • the electrical conductivity also depends on other parameters, such as the temperature or impurities in the cleaning solution. Contamination in particular can influence and falsify the conductivity measurement, so that an exact determination of the concentration is not guaranteed.
  • the present invention is based on the object of a method for determining properties of a medium, in particular a medium for treating semiconductor substances. straten, to create, which enables the determination of properties of a medium with high accuracy in a simple and inexpensive manner.
  • the object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by generating an electromagnetic high-frequency alternating field in the medium, measuring an energy loss caused by the medium in the alternating field and determining the properties of the medium as a function of the energy loss.
  • properties of the medium such as the composition, the concentration of certain ingredients, the degree of purity and similar properties
  • properties of the medium can be determined in a simple and inexpensive manner and with high accuracy.
  • Special, frequency-dependent properties of the medium can be determined in the high-frequency alternating field, since e.g. different components of the medium influence the alternating field differently at different frequencies. This allows a more precise statement about the properties of the medium. Certain parameters, such as the degree of contamination, can be hidden during the determination or specially examined.
  • the electromagnetic field is generated with a coil.
  • the electromagnetic alternating field is changed by the specific electrical and magnetic properties of the medium under investigation, which makes it possible to draw conclusions about its properties.
  • the energy absorption by the medium being examined is measured with a coil, and the properties of the medium are thereby inferred.
  • the voltage induced in a further coil is measured, which changes as a function of the medium properties.
  • At least one coil preferably surrounds the medium, so that the medium acts as a coil core.
  • the medium is arranged between the coils.
  • the medium to be examined is located between the circuit boards of a capacitor. During the measurement, the energy loss of the alternating electric field applied to the capacitor is preferably determined.
  • the measuring device is preferably calibrated with a reference sample.
  • the properties of the medium are determined by comparing the energy losses with measurement results of a method carried out in parallel on a reference sample.
  • the applied frequency is kept at a fixed constant value.
  • the frequency is chosen so that the interactions of the medium with the high-frequency alternating field at the selected frequency are primarily influenced by the one medium component.
  • the frequency is switched between at least two specific frequencies.
  • the frequency is preferably changed essentially continuously between two frequencies in order to make a frequency-dependent statement about different properties, such as, for example, the concentration of different medium components which influence the interactions of the medium with the high-frequency alternating field at different frequencies.
  • the frequency, an applied voltage and / or the geometry of the measuring device is preferably selected as a function of the properties of the medium to be determined.
  • the temperature of the medium is preferably determined. In order to ensure uniform measurement results, the temperature of the medium is brought to a predetermined temperature in one embodiment of the invention.
  • the present invention is particularly suitable for determining the properties of media for the treatment of semiconductor wafers, which requires high measurement accuracy.
  • the process is generally applicable to all media used in the chemical industry, e.g. B. liquids, gases and solids, applicable.
  • the method is also suitable for determining the properties of hydraulic fluids in brake systems or the like.
  • the properties determined by the method according to the invention can, for example, be displayed or used as control parameters within a control loop.
  • the introduction of certain components into the medium can be regulated in order to achieve a predetermined concentration of the medium.
  • the operating temperature, the degree of purity or other parameters could be regulated.
  • regulation of the pressure is also possible.
  • 1 shows a schematic representation of a device for determining properties of a medium according to the present invention
  • 2 shows a schematic illustration of an alternative embodiment of a device for determining properties of a medium according to the present invention
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of different embodiments of a device for determining properties of a medium.
  • FIG. 1 shows a device 1 for determining properties of a treatment liquid 2, which is contained in a treatment container 3.
  • the treatment container 3 has an inlet opening 6 at a lower area, through which treatment liquid 2 is introduced.
  • the opening 6 is connected via a line 8 to a schematically illustrated liquid supply device 10.
  • the liquid supply device 10 has suitable means, such as a pump, not shown, for conveying the liquid 2 into the treatment container 3.
  • the liquid 2 is, for example, a polishing acid which contains different components, such as sulfuric acid, phosphoric acid and water. Semiconductor wafers are immersed in the liquid for treatment.
  • the different components are present in a predetermined mixture in the liquid feed device 10 and can be introduced into the container 3. Alternatively, the different components can be separately be available and mixed in the liquid supply device 10 or individually introduced into the container 3 and mixed there.
  • the treatment container 3 has two openings 12, 13 which are connected to one another via a connecting tube, which is referred to below as a sample tube 15.
  • a pump 16 in the sample tube 15 circulates the treatment liquid 2 through the sample tube 15 to ensure that the treatment medium 2 in the container and in the sample tube are the same.
  • a first coil 18 is provided around the sample tube 15, which is referred to below as the primary coil.
  • a second coil 19 is provided at a defined distance from the primary coil 18, which is referred to below as the secondary coil.
  • the sample tube 15 with the liquid 2 contained therein form the core of the two coils 18, 19.
  • the primary coil 18 is connected to a high-frequency oscillator 21, which applies a high-frequency AC voltage to the coil 18. This generates a high-frequency alternating magnetic field in the area of the primary coil 18 and in particular in the liquid 2.
  • the secondary coil 19 is connected to an evaluation circuit 23, which measures and evaluates a voltage induced in the secondary coil by the high-frequency alternating magnetic field.
  • the evaluation circuit 23 knows the frequency and voltage applied to the primary coil 18. Interactions between the liquid 2 and the high-frequency alternating magnetic field, in particular the energy losses, can be determined on the basis of the voltage induced in the secondary coil 19. Depending on these energy losses, the evaluation circuit 23 determines the properties of the medium, such as the concentration of a medium component.
  • the oscillator 21 and the evaluation circuit 23 are part of a control unit 25.
  • the control unit 25 sends, for example, depending on the specific properties, a display signal to a display device 27.
  • the display device 27 is a warning display to an operator The device indicates that the treatment liquid 2 is contaminated or no longer has the required concentration of certain liquid components.
  • the control device 25 can also send a control signal to the liquid supply device 10 in order to introduce fresh treatment liquid 2, by means of which the old treatment liquid 2 is displaced from the treatment basin 3.
  • the treatment container 3 has an overflow line 30 which is connected to a suitable overflow container 32.
  • the control signal from the control device 25 to the liquid supply device 10 to introduce a certain amount of a single one of the liquid components in order to obtain a predetermined concentration of the treatment liquid 2 in the basin 3.
  • the control device 25 also controls a heating device 34 located in the basin 3 and the pump 16. The pump regulates the flow of the treatment medium 2 within the sample tube 15.
  • the pump is used to constantly replace the liquid 2 inside the sample tube 15, so that it is ensured that the liquid in the sample tube corresponds to the liquid in the basin 3.
  • the measuring unit consisting of the primary and secondary coils on a sample tube
  • the coils are insulated from the liquid, especially in the case of highly corrosive liquids.
  • the treatment basin 3 is filled with treatment liquid 2.
  • the pump 16 circulates the treatment liquid 2 in the sample tube 15.
  • the oscillator 21 applies a high-frequency alternating voltage to the coil 18, so that the coil 18 generates a magnetic high-frequency alternating field in the treatment liquid 2.
  • a predetermined frequency is selected for the high-frequency alternating field, since different components of the liquid generate different interactions at different frequencies.
  • two or more different frequencies or a continuously changing frequency can also be used in order to determine the interactions between the liquid 2 and the field at different frequencies. This enables a comprehensive determination of the properties of the liquid.
  • a voltage induced in the secondary coil 19 is measured by the evaluation circuit 23.
  • the induced voltage depends on the properties of the liquid 2. If the liquid 2 has a good magnetic coupling, the induced voltage is higher than if it has a bad magnetic coupling. In particular in combination with the choice of frequency, good statements can be made about the properties of the liquid, since certain components in the liquid influence the magnetic coupling at certain frequencies more than other components.
  • the measured voltage at the secondary coil therefore allows conclusions to be drawn about the properties of the liquid.
  • the properties are displayed on the display device 27 and used to control the liquid supply device 10 or the heating device 34.
  • the evaluation circuit 23 compares the measured variables with previously determined reference variables, which, for. B.- Connect measured voltages at given frequencies with properties of the medium.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the present invention, which has all elements of the exemplary embodiment according to FIG. 1. To avoid repetition, reference is made to the description of FIG. 1.
  • the device according to FIG. 2 has a reference sample tube 40 which is filled with a reference liquid 41.
  • the reference sample tube 40 is surrounded by a reference primary coil 42, which has the same structure as the primary coil 18.
  • the reference sample tube 40 is also surrounded by a reference secondary coil 43, which has the same structure as the secondary coil 19.
  • the coils 42 and 43 are arranged at the same distance as the coils 18 and 19.
  • the reference sample tube 40 has the same cross section as the sample tube 15.
  • the reference primary coil 42 is connected to the oscillator 21, and the reference secondary coil 43 is connected to the evaluation circuit 23.
  • a high-frequency AC voltage is applied to the reference primary coil 42 and the primary coil 18 via the oscillator 21.
  • the reference primary coil 42 generates a magnetic high-frequency alternating field in the reference liquid 41
  • the primary coil 18 also generates a magnetic high-frequency alternating field in the treatment liquid 2.
  • voltages are induced which by depend on the properties of the reference liquid 41 or the treatment liquid 2.
  • the induced voltages are measured by the evaluation circuit 23 and compared with one another in order to be able to make a statement about the properties of the treatment liquid 2. In this case, it is not necessary to use a look-up table since the evaluation circuit 23 has reference measurement results available. If the measurements deviate too much from each other, a warning signal can be issued are, or the liquid supply device can be controlled in the manner described above.
  • FIG. 3 also shows a device 1 for determining properties of a liquid 2 located in a treatment basin 3.
  • the structure of the basin 3, the liquid supply device 10, the sample tube 15 and the overflow 30 essentially corresponds to the structure according to FIG
  • a sample valve 15 is additionally provided in order to selectively interrupt a flow within the sample tube 15.
  • a first of these devices 51 which is shown with solid lines, has a coil 53 which is connected to an oscillator 54.
  • the oscillator is part of a control unit 55, which is connected in a suitable manner to the liquid supply device 10, the heating unit 34 or a display unit, not shown.
  • a high-frequency AC voltage is applied to the coil 53 via the oscillator 54, so that the coil 53 generates a magnetic high-frequency AC field in the region of the coil.
  • a suitable sensor measures the energy consumption of the coil 53, which depends on the interactions of the medium with the field. The measured energy consumption is fed to an evaluation circuit which determines the properties of the liquid 2 on the basis of the energy consumption.
  • a second device 61 for measuring the properties of the liquid 2 which is represented by a dotted line, has a condenser 63 which is formed by two condenser plates arranged on opposite sides of the sample tube 15.
  • the capacitor is controlled via an oscillator 64 in order to generate an electrical high-frequency alternating field in the medium located between the capacitor plates.
  • a sensor not shown, measures the energy consumption of the capacitor, ,,.
  • a suitable evaluation circuit of the device 61 determines on the basis of the energy consumption and the property of the medium to be determined.
  • the interactions between the liquid and the field in turn depend on the frequency used, which can be selected specifically for the property to be determined.
  • a third device 71 for determining the properties of the treatment medium 2 has a primary coil 73, which can be controlled via an oscillator 74.
  • the primary coil 73 is arranged on one side of the sample tube 15 such that the coil extends substantially perpendicular to the sample tube 15.
  • a secondary coil 75 is provided, which also extends essentially perpendicular to the sample tube 15.
  • the secondary coil 75 is connected to a suitable evaluation circuit which senses a voltage induced in the secondary coil 75.
  • This device is essentially the same as the structure of the device according to FIG. 1, but the coils 73 and 75 do not surround the sample tube 15, but are arranged on opposite sides of the sample tube 15.
  • the measuring methods described above are at least partially temperature-dependent.
  • the temperature of the treatment liquid 2 is measured via a suitable temperature sensor and included in the determination of the properties.
  • the measuring method can also be used for a quick temperature determination.
  • An alternative embodiment of the invention provides that the treatment liquid 2 does not circulate continuously in the sample tube 15, but is kept stationary in the sample tube 15 during a measuring process.
  • the valve 50 is closed before a measuring process and the pump 16 is switched off.
  • the temperature of the liquid in the sample tube 15 becomes measured via a suitable temperature sensor, and when a predetermined temperature is reached, the measurement method described above is carried out. It is therefore possible that the liquid is always measured at the same temperature.
  • cooling and / or heating elements can be provided in the sample tube 15 or around the tube.
  • valve 50 is opened, the liquid is circulated through the pump 16 in the sample tube 15 and the above process is repeated.
  • the device according to the invention or the method according to the invention is not limited to treatment liquids for the treatment of semiconductor wafers. Rather, all types of media, such as hydraulic fluids in brake systems, can be examined.
  • the geometry of the respective measuring units which includes, for example, the coil diameter, the number of windings per coil, the distance between the coils or the distance between the capacitor plates, can be matched to the medium to be examined.
  • the applied voltage and frequency can also be matched to the medium or the property to be examined.
  • the coil or the capacitor can be immersed in the medium to be examined.

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Abstract

The aim of the invention is to provide a method for precisely determining the characteristics of a medium, e.g. a medium for treating semiconductor substrates, in a simple and cost-effective manner. To this end, a high-frequency alternating field is produced in the medium. The medium causes an energy loss in the alternating field. The energy loss is measured and the characteristics of the medium are determined according to said energy loss. Characteristics of the medium such as the composition, the concentration of certain ingredients, the degree of purity and similar characteristics can be precisely determined in a simple and cost-effective manner by producing a high-frequency alternating field and by measuring the energy loss. Special, frequency-dependent characteristics of the medium can be determined in the high-frequency alternating field because different components of the medium influence the alternating field at different frequencies and in a different manner.

Description

Verfahren zum Bestimmen von Eigenschaften eines Mediums Method for determining properties of a medium
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen von Eigenschaften eines Mediums, z. B. Flüssigkeiten, Gasen und Feststoffen, insbesondere eines Mediums zum Behandeln von Halbleitersubstraten.The present invention relates to an apparatus and a method for determining properties of a medium, e.g. B. liquids, gases and solids, in particular a medium for treating semiconductor substrates.
Bei der Behandlung von Halbleitersubstraten, wie beispielsweise einer chemischen Beschichtung, einer Ätzbehandlung oder einer Reinigung, werden Medien verwendet, deren Eigenschaften, wie beispielsweise die Konzentration oder der Reinheitsgrad, sich über die Zeit hinweg verändern. Für eine optimale Prozeßsteuerung und gleichbleibende Behandlungserfolge ist es not- wendig, die Eigenschaften innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen zu halten. Hierzu wurden in der Vergangenheit unterschiedliche Analyseverfahren eingesetzt, die jedoch zum Teil sehr, zeitaufwendig und mit einem hohen Kosten und Zeitaufwand verbunden waren.In the treatment of semiconductor substrates, such as, for example, a chemical coating, an etching treatment or cleaning, media are used whose properties, such as, for example, the concentration or the degree of purity, change over time. For optimal process control and constant treatment success, it is necessary to keep the properties within specified tolerance limits. In the past, different analytical methods were used for this, but some of them were very, time-consuming and associated with high costs and time expenditure.
Bei einem aus dem US-Patent Nr. 5,370,743 bekannten Verfahren wird die Konzentration eines Reinigers in einer Reinigungslösung in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit der Reinigungslösung bestimmt. Dieses Verfahren ist auf die Messung der Konzentration von Reinigungslösungen beschränkt. Ferner hängt die elektrische Leitfähigkeit neben der Konzentration des Reinigers noch von anderen Parametern, wie beispielsweise der Temperatur oder Verunreinigungen in der Reinigungslösung ab. Insbesondere Verunreinigungen können die Leitfähigkeitsmessung beeinflussen und verfälschen, so daß eine genaue Bestimmung der Konzentration nicht gewährleistet ist.In a method known from US Pat. No. 5,370,743, the concentration of a cleaner in a cleaning solution is determined as a function of the electrical conductivity of the cleaning solution. This method is limited to measuring the concentration of cleaning solutions. In addition to the concentration of the cleaner, the electrical conductivity also depends on other parameters, such as the temperature or impurities in the cleaning solution. Contamination in particular can influence and falsify the conductivity measurement, so that an exact determination of the concentration is not guaranteed.
Ausgehend von dem bekannten Verfahren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Bestimmen von Eigenschaften eines Mediums, insbesondere eines Mediums zum Behandeln von Halbleitersub- straten, zu schaffen, das auf einfache und kostengünstige Art und Weise eine Bestimmung von Eigenschaften eines Mediums mit hoher Genauigkeit ermöglicht.Starting from the known method, the present invention is based on the object of a method for determining properties of a medium, in particular a medium for treating semiconductor substances. straten, to create, which enables the determination of properties of a medium with high accuracy in a simple and inexpensive manner.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch Erzeugen eines elektromagnetischen Hochfrequenz- Wechselfeldes in dem Medium, Messen eines durch das Medium bewirkten Energieverlustes im Wechselfeld und Bestimmen der Eigenschaften des Mediums in Abhängigkeit vom Energieverlust gelöst. Durch die Verwendung ei- nes Hochfrequenz-Wechselfeldes und Messen des Energieverlustes lassen sich auf einfache und kostengünstige Weise und mit hoher Genauigkeit Eigenschaften des Mediums, wie beispielsweise die Zusammensetzung, die Konzentration bestimmter Inhaltsstoffe, der Reinheitsgrad und ähnliche Eigenschaften, bestimmen. In dem Hochfrequenz-Wechselfeld können speziel- le, frequenzabhängige Eigenschaften des Mediums bestimmt werden, da z.B. unterschiedliche Komponenten des Mediums das Wechselfeld bei unterschiedlichen Frequenzen unterschiedlich beeinflussen. Dies läßt eine genauere Aussage über die Eigenschaften des Mediums zu. Bestimmte Parameter, wie beispielsweise der Verunreinigungsgrad können bei der Bestimmung aus- geblendet oder speziell untersucht werden.According to the invention, the object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by generating an electromagnetic high-frequency alternating field in the medium, measuring an energy loss caused by the medium in the alternating field and determining the properties of the medium as a function of the energy loss. By using a high-frequency alternating field and measuring the energy loss, properties of the medium, such as the composition, the concentration of certain ingredients, the degree of purity and similar properties, can be determined in a simple and inexpensive manner and with high accuracy. Special, frequency-dependent properties of the medium can be determined in the high-frequency alternating field, since e.g. different components of the medium influence the alternating field differently at different frequencies. This allows a more precise statement about the properties of the medium. Certain parameters, such as the degree of contamination, can be hidden during the determination or specially examined.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das elektromagnetische Feld mit einer Spule erzeugt. Das elektromagnetische Wechselfeld wird durch die spezifischen elektrischen und magnetischen Ei- genschaften des untersuchten Mediums verändert, wodurch Rückschlüsse auf dessen Eigenschaften möglich werden. Beispielsweise wird mit einer Spule die Enerigieaufnahme durch das untersuchte Medium gemessen und dadurch auf die Eigenschaften des Mediums geschlossen. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die in einer weiteren Spule induzierte Spannung gemessen, die sich in Abhängigkeit von den Mediumeigenschaften verändert. Vorzugsweise umgibt wenigstens eine Spule das Medium, so daß das Medium als Spulenkern wirkt. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Medium zwischen den Spulen angeordnet.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the electromagnetic field is generated with a coil. The electromagnetic alternating field is changed by the specific electrical and magnetic properties of the medium under investigation, which makes it possible to draw conclusions about its properties. For example, the energy absorption by the medium being examined is measured with a coil, and the properties of the medium are thereby inferred. In an alternative embodiment, the voltage induced in a further coil is measured, which changes as a function of the medium properties. At least one coil preferably surrounds the medium, so that the medium acts as a coil core. In a further embodiment, the medium is arranged between the coils.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung befindet sich das zu untersuchende Medium zwischen den Leiterplatten eines Kondensators. Bei der Messung wird vorzugsweise der Energieverlust des an den Kondensator angelegten elektrischen Wechselfeldes bestimmt.In an alternative embodiment of the invention, the medium to be examined is located between the circuit boards of a capacitor. During the measurement, the energy loss of the alternating electric field applied to the capacitor is preferably determined.
Für eine gute und gleichmäßige Bestimmung der Eigenschaften des Mediums wird die Meßeinrichtung vorzugsweise mit einer Referenzprobe kalibriert.For a good and uniform determination of the properties of the medium, the measuring device is preferably calibrated with a reference sample.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Eigenschaften des Mediums durch einen Vergleich der Energieverluste mit Meßergebnissen eines parallel durchgeführten Verfahrens an einer Referenzprobe.In a preferred embodiment of the invention, the properties of the medium are determined by comparing the energy losses with measurement results of a method carried out in parallel on a reference sample.
Für die Bestimmung spezieller Eigenschaften, wie z. B. der Konzentration einer Mediumkomponente, wird die angelegte Frequenz auf einem festgelegten konstanten Wert gehalten. Dabei ist die Frequenz so gewählt, daß die Wechselwirkungen des Mediums mit dem Hochfrequenz-Wechselfeld bei der ausgewählten Frequenz primär durch die eine Mediumkomponente beeinflusst werden. Für die Bestimmung mehrerer spezieller Eigenschaften, wie z.B. die Konzentration mehrerer Mediumkomponenten oder des Verunreinigungsgra- des wird die Frequenz zwischen wenigstens zwei bestimmten Frequenzen umgeschaltet. Vorzugsweise wird die Frequenz jedoch im wesentlichen kontinuierlich zwischen zwei Frequenzen verändert, um eine frequenzabhängige Aussage über unterschiedliche Eigenschaften, wie beispielsweise die Konzentration unterschiedlicher Mediumkomponenten, die die Wechselwirkungen des Mediums mit dem Hochfrequenz-Wechselfeld bei unterschiedlichen Frequenzen beeinflussen, zu treffen. Vorzugsweise wird die Frequenz, eine angelegte Spannung und/oder die Geometrie der Meßeinrichtung in Abhängigkeit von den zu bestimmenden Eigenschaften des Mediums gewählt.For the determination of special properties such. B. the concentration of a medium component, the applied frequency is kept at a fixed constant value. The frequency is chosen so that the interactions of the medium with the high-frequency alternating field at the selected frequency are primarily influenced by the one medium component. To determine several special properties, such as the concentration of several medium components or the degree of contamination, the frequency is switched between at least two specific frequencies. However, the frequency is preferably changed essentially continuously between two frequencies in order to make a frequency-dependent statement about different properties, such as, for example, the concentration of different medium components which influence the interactions of the medium with the high-frequency alternating field at different frequencies. The frequency, an applied voltage and / or the geometry of the measuring device is preferably selected as a function of the properties of the medium to be determined.
Um temperaturabhängige Änderungen der Meßergebnisse zu kompensieren, wird vorzugsweise die Temperatur des Mediums bestimmt. Um gleichmäßige Meßergebnisse zu gewährleisten, wird bei einer Ausführungsform der Erfindung die Temperatur des Mediums auf eine vorgegebene Temperatur gebracht.In order to compensate for temperature-dependent changes in the measurement results, the temperature of the medium is preferably determined. In order to ensure uniform measurement results, the temperature of the medium is brought to a predetermined temperature in one embodiment of the invention.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für die Bestimmung der Eigenschaften von Medien für die Behandlung von Halbleiterwafern, die der eine hohe Meßgenauigkeit erforderlich ist, geeignet. Das Verfahren ist allgemein auf alle in der chemischen Industrie verwendete Medien, wie z. B. Flüssigkei- ten, Gase und Feststoffe, anwendbar. Beispielsweise ist das Verfahren auch für die Bestimmung der Eigenschaften von Hydraulikflüssigkeiten in Bremsanlagen oder dergleichen geeignet.The present invention is particularly suitable for determining the properties of media for the treatment of semiconductor wafers, which requires high measurement accuracy. The process is generally applicable to all media used in the chemical industry, e.g. B. liquids, gases and solids, applicable. For example, the method is also suitable for determining the properties of hydraulic fluids in brake systems or the like.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmten Eigenschaften kön- nen beispielsweise angezeigt oder als Regelparameter innerhalb eines Regelkreises verwendet werden. Beispielsweise kann das Einleiten bestimmter Komponenten in das Medium geregelt werden, um eine vorgegebene Konzentration des Mediums zu erreichen. Ferner könnte die Betriebstemperatur, der Reinheitsgrad oder sonstige Parameter geregelt werden. Insbesondere bei gasförmigen Gemischen ist auch eine Regelung des Drucks möglich.The properties determined by the method according to the invention can, for example, be displayed or used as control parameters within a control loop. For example, the introduction of certain components into the medium can be regulated in order to achieve a predetermined concentration of the medium. Furthermore, the operating temperature, the degree of purity or other parameters could be regulated. In the case of gaseous mixtures in particular, regulation of the pressure is also possible.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren; in den Figuren zeigt:Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description with reference to the figures; in the figures shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen von Eigenschaften eines Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen von Eigenschaften eines Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung;1 shows a schematic representation of a device for determining properties of a medium according to the present invention; 2 shows a schematic illustration of an alternative embodiment of a device for determining properties of a medium according to the present invention;
Fig. 3 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Ausführungs- formen einer Vorrichtung zum Bestimmen von Eigenschaften eines Mediums.3 shows a schematic illustration of different embodiments of a device for determining properties of a medium.
Für die folgende Beschreibung wird darauf hingewiesen, daß die in den Figuren einzeln dargestellten Blöcke lediglich zum besseren Verständnis der Er- findung dargestellt sind. Üblicherweise sind einzelne oder mehrere dieser Blöcke zu Einheiten zusammengefaßt. Diese können in integrierter oder Hybridtechnik oder als programmgesteuerter Mikrorechner bzw. als Teil eines zu seiner Steuerung geeigneten Programms realisiert sein.For the following description it is pointed out that the blocks shown individually in the figures are only shown for a better understanding of the invention. Usually, one or more of these blocks are combined into units. These can be implemented using integrated or hybrid technology or as a program-controlled microcomputer or as part of a program suitable for its control.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Elemente die selben Bezugszeichen verwendet. Wenn die Elemente einmal beschrieben wurden, wird auf sie in der weiteren Beschreibung nur insoweit eingegangen, wie es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist.The same reference numerals are used in the figures for the same or similar elements. Once the elements have been described, they will be discussed in the further description only to the extent necessary for the understanding of the present invention.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Bestimmen von Eigenschaften einer Behandlungsflüssigkeit 2, die in einem Behandlungsbehälter 3 enthalten ist. Der Behandlungsbehälter 3 weist an einem unteren Bereich eine Einlaßöffnung 6 auf, über die Behandlungsflüssigkeit 2 eingeleitet wird. Die Öffnung 6 steht über einer Leitung 8 mit einer schematischen dargestellten Flüssigkeits- Zuführeinrichtung 10 in Verbindung. Die Flüssigkeits-Zuführeinrichtung 10 weist geeignete Mittel, wie beispielsweise eine nicht dargestellte Pumpe, auf, um die Flüssigkeit 2 in den Behandlungsbehälter 3 zu fördern. Die Flüssigkeit 2 ist beispielsweise eine Poliersäure die unterschiedliche Komponenten, wie beispielsweise Schwefelsäure, Phosphorsäure und Wasser, enthält. Halblei- terwafer werden zur Behandlung in die Flüssigkeit eingetaucht. In der Flüssigkeits-Zuführeinrichtung 10 sind die unterschiedlichen Komponenten in einer vorgegebenen Mischung vorhanden und können in den Behälter 3 eingeleitet werden. Alternativ können die unterschiedlichen Komponenten separat vor- handen sein und in der Flüssigkeits-Zuführeinrichtung 10 gemischt oder einzeln in den Behälter 3 eingeleitet und dort gemischt werden.FIG. 1 shows a device 1 for determining properties of a treatment liquid 2, which is contained in a treatment container 3. The treatment container 3 has an inlet opening 6 at a lower area, through which treatment liquid 2 is introduced. The opening 6 is connected via a line 8 to a schematically illustrated liquid supply device 10. The liquid supply device 10 has suitable means, such as a pump, not shown, for conveying the liquid 2 into the treatment container 3. The liquid 2 is, for example, a polishing acid which contains different components, such as sulfuric acid, phosphoric acid and water. Semiconductor wafers are immersed in the liquid for treatment. The different components are present in a predetermined mixture in the liquid feed device 10 and can be introduced into the container 3. Alternatively, the different components can be separately be available and mixed in the liquid supply device 10 or individually introduced into the container 3 and mixed there.
Der Behandlungsbehälter 3 weist zwei Öffnungen 12, 13 auf, die über ein Verbindungsrohr, das nachfolgend als Probenrohr 15 bezeichnet wird, miteinander verbunden sind. Eine Pumpe 16 in dem Probenrohr 15 zirkuliert die Behandlungsflüssigkeit 2 durch das Probenrohr 15, um sicherzustellen, daß das BehandlungsMedium 2 in dem Behälter und in dem Probenrohr gleich sind.The treatment container 3 has two openings 12, 13 which are connected to one another via a connecting tube, which is referred to below as a sample tube 15. A pump 16 in the sample tube 15 circulates the treatment liquid 2 through the sample tube 15 to ensure that the treatment medium 2 in the container and in the sample tube are the same.
Um das Probenrohr 15 herum ist eine erste Spule 18 vorgesehen, die nachfolgend als Primärspule bezeichnet wird. In definiertem Abstand zur Primärspule 18 ist eine zweite Spule 19 vorgesehen, die nachfolgend als Sekundärspule bezeichnet wird. Das Probenrohr 15 mit der darin enthaltenen Flüssigkeit 2 bilden den Kern der beiden Spulen 18, 19. Die Primärspule 18 ist mit einem Hochfrequenz-Oszillator 21 verbunden, der eine Hochfrequenz- Wechselspannung an die Spule 18 anlegt. Hierdurch wird ein Hochfrequenz- Wechselmagnetfeld im Bereich der Primärspule 18 und insbesondere in der Flüssigkeit 2 erzeugt.A first coil 18 is provided around the sample tube 15, which is referred to below as the primary coil. A second coil 19 is provided at a defined distance from the primary coil 18, which is referred to below as the secondary coil. The sample tube 15 with the liquid 2 contained therein form the core of the two coils 18, 19. The primary coil 18 is connected to a high-frequency oscillator 21, which applies a high-frequency AC voltage to the coil 18. This generates a high-frequency alternating magnetic field in the area of the primary coil 18 and in particular in the liquid 2.
Die Sekundärspule 19 ist mit einer Auswerteschaltung 23 verbunden, die eine durch das Hochfrequenz-Wechselmagnetfeld induzierte Spannung in der Sekundärspule misst und auswertet. Die Auswerteschaltung 23 kennt die an die Primärspule 18 angelegte Frequenz und Spannung. Anhand der in der Sekundärspule 19 induzierten Spannung lassen sich Wechselwirkungen zwi- sehen der Flüssigkeit 2 und dem Hochfrequenz-Wechselmagnetfelds, insbesondere die Energieverluste, ermitteln. In Abhängigkeit von diesen Energieverlusten bestimmt die Auswerteschaltung 23 die Eigenschaften des Mediums, wie beispielsweise die Konzentration einer Mediumkomponente.The secondary coil 19 is connected to an evaluation circuit 23, which measures and evaluates a voltage induced in the secondary coil by the high-frequency alternating magnetic field. The evaluation circuit 23 knows the frequency and voltage applied to the primary coil 18. Interactions between the liquid 2 and the high-frequency alternating magnetic field, in particular the energy losses, can be determined on the basis of the voltage induced in the secondary coil 19. Depending on these energy losses, the evaluation circuit 23 determines the properties of the medium, such as the concentration of a medium component.
Der Oszillator 21 und die Auswerteschaltung 23 sind Teil einer Steuereinheit 25. Die Steuereinheit 25 sendet beispielsweise in Abhängigkeit von den bestimmten Eigenschaften ein Anzeigesignal an eine Anzeigevorrichtung 27. Die Anzeigevorrichtung 27 ist eine Warnanzeige sein, die einem Bediener der Vorrichtung anzeigt, daß die Behandlungsflüssigkeit 2 verunreinigt ist, oder nicht mehr die erforderliche Konzentration bestimmter Flüssigkeitskomponenten aufweist.The oscillator 21 and the evaluation circuit 23 are part of a control unit 25. The control unit 25 sends, for example, depending on the specific properties, a display signal to a display device 27. The display device 27 is a warning display to an operator The device indicates that the treatment liquid 2 is contaminated or no longer has the required concentration of certain liquid components.
Die Steuereinrichtung 25 kann ferner ein Steuersignal an die Flüssigkeits- Zuführeinrichtung 10 senden, um frische Behandlungsflüssigkeit 2, durch die die alte Behandlungsflüssigkeit 2 aus dem Behandlungsbecken 3 verdrängt wird, einzuleiten. Um ein Ablaufen der alten Behandlungsflüssigkeit 2 zu ermöglichen, weist der Behandlungsbehälter 3 eine Überlaufleitung 30 auf, die mit einem geeigneten Überlaufbehälter 32 in Verbindung steht. Hierdurch kann die Behandlungsflüssigkeit 2 vollständig ausgetauscht werden. Alternativ ist es auch möglich, daß das Steuersignal von der Steuereinrichtung 25 an die Flüssigkeits-Zuführeinrichtung 10 das Einleiten einer bestimmten Menge einer einzelnen der Flüssigkeitskomponenten bewirkt, um eine vorgegebene Kon- zentration der Behandlungsflüssigkeit 2 in dem Becken 3 zu erhalten. Die Steuervorrichtung 25 steuert ferner einer in dem Becken 3 befindlichen Heizvorrichtung 34 sowie die Pumpe 16 an. Die Pumpe regelt die Strömung des BehandlungsMediums 2 innerhalb des Probenrohrs 15. Beispielsweise kann es nach dem Einleiten einer frischen Behandlungsflüssigkeit bzw. nach dem Einleiten einer einzelnen Flüssigkeitskomponente notwendig sein, die Flüssigkeit 2 in dem Becken 3 umzuwälzen, um eine gleichmäßige Mischung innerhalb des Beckens zu erreichen. Ferner wird die Pumpe dazu eingesetzt, die Flüssigkeit 2 innerhalb des Probenrohrs 15 ständig zu erneuern, so daß sichergestellt wird, daß die in dem Probenrohr befindliche Flüssigkeit der in dem Becken 3 befindlichen Flüssigkeit entspricht.The control device 25 can also send a control signal to the liquid supply device 10 in order to introduce fresh treatment liquid 2, by means of which the old treatment liquid 2 is displaced from the treatment basin 3. In order to allow the old treatment liquid 2 to drain off, the treatment container 3 has an overflow line 30 which is connected to a suitable overflow container 32. As a result, the treatment liquid 2 can be exchanged completely. Alternatively, it is also possible for the control signal from the control device 25 to the liquid supply device 10 to introduce a certain amount of a single one of the liquid components in order to obtain a predetermined concentration of the treatment liquid 2 in the basin 3. The control device 25 also controls a heating device 34 located in the basin 3 and the pump 16. The pump regulates the flow of the treatment medium 2 within the sample tube 15. For example, after introducing a fresh treatment liquid or after introducing a single liquid component, it may be necessary to circulate the liquid 2 in the basin 3 in order to ensure a uniform mixture within the basin to reach. Furthermore, the pump is used to constantly replace the liquid 2 inside the sample tube 15, so that it is ensured that the liquid in the sample tube corresponds to the liquid in the basin 3.
Statt die Meßeinheit bestehend aus Primär- und Sekundärspule an einem Probenrohr vorzusehen, ist es auch möglich, sie an einem Steigrohr an der Außenseite des Beckens 3 oder direkt innerhalb des Beckens 3 anzuordnen. Dabei ist je nach Behandlungsflüssigkeit 2 zu beachten, daß die Spulen gegenüber der Flüssigkeit isoliert sind, und zwar insbesondere bei stark korrodierenden Flüssigkeiten. Im Nachfolgenden wird anhand der Figur 1 kurz ein Meßverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.Instead of providing the measuring unit consisting of the primary and secondary coils on a sample tube, it is also possible to arrange them on a riser tube on the outside of the basin 3 or directly inside the basin 3. Depending on the treatment liquid 2, it should be noted that the coils are insulated from the liquid, especially in the case of highly corrosive liquids. A measuring method according to the present invention is briefly described below with reference to FIG.
Das Behandlungsbecken 3 ist mit Behandlungsflüssigkeit 2 gefüllt. Die Pumpe 16 lässt die Behandlungsflüssigkeit 2 in dem Probenrohr 15 zirkulieren. Der Oszillator 21 legt eine Hochfrequenz-Wechselspannung an die Spule 18 an, sodaß die Spule 18 ein magnetisches Hochfrequenz-Wechselfeld in der Behandlungsflüssigkeit 2 erzeugt. Dabei wird in Abhängigkeit von der zu bestimmenden Eigenschaft der Behandlungsflüssigkeit 2 eine vorgegebene Fre- quenz für das Hochfrequenz-Wechselfeld ausgewählt, da unterschiedliche Komponenten der Flüssigkeit bei unterschiedlichen Frequenzen unterschiedliche Wechselwirkungen erzeugen. Statt einer festgelegten Frequenz können jedoch auch zwei oder Mehr unterschiedliche Frequenzen bzw. eine sich kontinuierlich verändernde Frequenz verwendet werden, um die Wechselwirkun- gen zwischen der Flüssigkeit 2 und dem Feld bei unterschiedlichen Frequenzen zu ermitteln. Dies ermöglicht eine umfassende Bestimmung der Eigenschaften der Flüssigkeit.The treatment basin 3 is filled with treatment liquid 2. The pump 16 circulates the treatment liquid 2 in the sample tube 15. The oscillator 21 applies a high-frequency alternating voltage to the coil 18, so that the coil 18 generates a magnetic high-frequency alternating field in the treatment liquid 2. Depending on the property of the treatment liquid 2 to be determined, a predetermined frequency is selected for the high-frequency alternating field, since different components of the liquid generate different interactions at different frequencies. Instead of a fixed frequency, however, two or more different frequencies or a continuously changing frequency can also be used in order to determine the interactions between the liquid 2 and the field at different frequencies. This enables a comprehensive determination of the properties of the liquid.
Eine in der Sekundärspule 19 induzierte Spannung wird durch die Auswerte- Schaltung 23 gemessen. Dabei hängt die induzierte Spannung von den Eigenschaften der Flüssigkeit 2 ab. Wenn die Flüssigkeit 2 eine gute magnetische Kopplung besitzt, ist die induzierte Spannung höher als wenn sie eine schlechte magnetische Kopplung besitzt. Insbesondere in Kombination mit der Wahl der Frequenz lassen sich gute Aussagen über die Eigenschaften der Flüssigkeit treffen, da bestimmte Komponenten in der Flüssigkeit die magnetische Kopplung bei bestimmten Frequenzen stärker beeinflussen als andere Komponenten. Die gemessene Spannung an der Sekundärspule läßt daher einen Rückschluß auf die Eigenschaften der Flüssigkeit zu. Die Eigenschaften werden über die Anzeigevorrichtung 27 angezeigt und zur Regelung der Flüs- sigkeits-Zuführeinrichtung 10 oder der Heizvorrichtung 34 verwendet.A voltage induced in the secondary coil 19 is measured by the evaluation circuit 23. The induced voltage depends on the properties of the liquid 2. If the liquid 2 has a good magnetic coupling, the induced voltage is higher than if it has a bad magnetic coupling. In particular in combination with the choice of frequency, good statements can be made about the properties of the liquid, since certain components in the liquid influence the magnetic coupling at certain frequencies more than other components. The measured voltage at the secondary coil therefore allows conclusions to be drawn about the properties of the liquid. The properties are displayed on the display device 27 and used to control the liquid supply device 10 or the heating device 34.
Für die Eigenschaftsbestimmung vergleicht die Auswerteschaltung 23 die gemessenen Größen mit zuvor zu ermittelnden Referenzgrößen, die z. B. ge- messene Spannungen bei vorgegebenen Frequenzen mit Eigenschaften des Mediums in Verbindung setzen.For the property determination, the evaluation circuit 23 compares the measured variables with previously determined reference variables, which, for. B.- Connect measured voltages at given frequencies with properties of the medium.
Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die alle Elemente des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 aufweist. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird insofern auf die Beschreibung der Figur 1 verwiesen. Zusätzlich weist die Vorrichtung gemäß Figur 2 jedoch ein Referenz- Probenrohr 40 auf, das mit einer Referenz-Flüssigkeit 41 gefüllt ist. Das Referenz-Probenrohr 40 ist von einer Referenz-Primärspule 42 umgeben, die den- selben Aufbau wie die Primärspule 18 besitzt. Das Referenz-Probenrohr 40 ist ebenfalls von einer Referenz-Sekundärspule 43 umgeben, die denselben Aufbau wie die Sekundärspule 19 besitzt. Die Spulen 42 und 43 sind mit demselben Abstand wie die Spulen 18 und 19 angeordnet. Das Referenz-Probenrohr 40 besitzt denselben Querschnitt wie das Probenrohr 15.FIG. 2 shows an alternative embodiment of the present invention, which has all elements of the exemplary embodiment according to FIG. 1. To avoid repetition, reference is made to the description of FIG. 1. In addition, however, the device according to FIG. 2 has a reference sample tube 40 which is filled with a reference liquid 41. The reference sample tube 40 is surrounded by a reference primary coil 42, which has the same structure as the primary coil 18. The reference sample tube 40 is also surrounded by a reference secondary coil 43, which has the same structure as the secondary coil 19. The coils 42 and 43 are arranged at the same distance as the coils 18 and 19. The reference sample tube 40 has the same cross section as the sample tube 15.
Die Referenz-Primärspule 42 steht mit dem Oszillator 21 in Verbindung, und die Referenz-Sekundärspule 43 steht mit der Auswerteschaltung 23 in Verbindung.The reference primary coil 42 is connected to the oscillator 21, and the reference secondary coil 43 is connected to the evaluation circuit 23.
Während des Betriebs der Vorrichtung gemäß Figur 2 wird über den Oszillator 21 eine Hochfrequenz-Wechselspannung an die Referenz-Primärspule 42 sowie die Primärspule 18 angelegt. Die Referenz-Primärspule 42 erzeugt ein magnetisches Hochfrequenz-Wechselfeld in der Referenz-Flüssigkeit 41 , und die Primärspule 18 erzeugt ebenfalls ein magnetisches Hochfrequenz- Wechselfeld in der Behandlungsflüssigkeit 2. In der Referenz-Sekundärspule 43 sowie der Sekundärspule 19 werden Spannungen induziert, die von den Eigenschaften der Referenz-Flüssigkeit 41 bzw. der Behandlungsflüssigkeit 2 abhängen. Die induzierten Spannungen werden durch die Auswerteschaltung 23 gemessen und miteinander verglichen, um eine Aussage über die Eigen- Schäften der Behandlungsflüssigkeit 2 treffen zu können. Ein Rückgriff auf eine Nachschautabelle ist in diesem Fall nicht notwendig, da der Auswerteschaltung 23 Referenz-Meßergebnisse zur Verfügung stehen. Wenn die Messungen zu stark voneinander Abweichen kann ein Warnsignal ausgegeben werden, oder die Flüssigkeits-Zuführeinrichtung in der zuvor beschriebenen Art und Weise angesteuert werden.2, a high-frequency AC voltage is applied to the reference primary coil 42 and the primary coil 18 via the oscillator 21. The reference primary coil 42 generates a magnetic high-frequency alternating field in the reference liquid 41, and the primary coil 18 also generates a magnetic high-frequency alternating field in the treatment liquid 2. In the reference secondary coil 43 and the secondary coil 19, voltages are induced which by depend on the properties of the reference liquid 41 or the treatment liquid 2. The induced voltages are measured by the evaluation circuit 23 and compared with one another in order to be able to make a statement about the properties of the treatment liquid 2. In this case, it is not necessary to use a look-up table since the evaluation circuit 23 has reference measurement results available. If the measurements deviate too much from each other, a warning signal can be issued are, or the liquid supply device can be controlled in the manner described above.
Figur 3 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung 1 zum Bestimmen von Eigenschaften einer in einem Behandlungsbecken 3 befindlichen Flüssigkeit 2. Der Aufbau des Beckens 3, der Flüssigkeits-Zuführeinrichtung 10, des Probenrohrs 15 und des Überlaufs 30 entspricht im wesentlichen dem Aufbau gemäß Figur 1. Innerhalb des Probenrohrs 15 ist jedoch zusätzlich ein Ventil 50 vorgesehen, um wahlweise eine Strömung innerhalb des Probenrohrs 15 zu unterbrechen.FIG. 3 also shows a device 1 for determining properties of a liquid 2 located in a treatment basin 3. The structure of the basin 3, the liquid supply device 10, the sample tube 15 and the overflow 30 essentially corresponds to the structure according to FIG However, a sample valve 15 is additionally provided in order to selectively interrupt a flow within the sample tube 15.
Im Bereich des Probenrohrs 15 sind drei unterschiedliche Anordnungen zum Messen von Wechselwirkungen der Behandlungsflüssigkeit 2 mit einem Hochfrequenz-Wechselfeld vorgesehen.In the area of the sample tube 15, three different arrangements for measuring interactions of the treatment liquid 2 with a high-frequency alternating field are provided.
Eine erste dieser Vorrichtungen 51 , die mit durchgezogenen Linien dargestellt ist, weist eine Spule 53 auf, die mit einem Oszillator 54 verbunden ist. Der Oszillator ist Teil einer Steuereinheit 55, die in geeigneter Weise mit der Flüssigkeits-Zuführeinrichtung 10, der Heizeinheit 34 oder einer nicht dargestellten Anzeigeeinheit in Verbindung steht. Über den Oszillator 54 wird eine Hochfrequenz-Wechselspannung an die Spule 53 angelegt, so daß die Spule 53 ein magnetisches Hochfrequenz-Wechselfeld im Bereich der Spule erzeugt. Ein geeigneter Sensor mißt den Energieverbrauch der Spule 53, der von den Wechselwirkungen des Mediums mit dem Feld abhängt. Der gemessene Energieverbrauch wird einer Auswerteschaltung zugeführt, die anhand des Energieverbrauchs Eigenschaften der Flüssigkeit 2 bestimmt.A first of these devices 51, which is shown with solid lines, has a coil 53 which is connected to an oscillator 54. The oscillator is part of a control unit 55, which is connected in a suitable manner to the liquid supply device 10, the heating unit 34 or a display unit, not shown. A high-frequency AC voltage is applied to the coil 53 via the oscillator 54, so that the coil 53 generates a magnetic high-frequency AC field in the region of the coil. A suitable sensor measures the energy consumption of the coil 53, which depends on the interactions of the medium with the field. The measured energy consumption is fed to an evaluation circuit which determines the properties of the liquid 2 on the basis of the energy consumption.
Eine zweite Vorrichtung 61 zum Messen der Eigenschaften der Flüssigkeit 2, die mit einer punktierten Linie dargestellt ist, weist einen Kondensator 63 auf, der durch zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Probenrohrs 15 angeord- nete Kondensatorplatten gebildeten wird. Der Kondensator wird über einen Oszillator 64 angesteuert, um in dem zwischen den Kondensatorplatten befindlichen Medium ein elektrischen Hochfrequenz-Wechselfeld zu erzeugen. Ein nicht dargestellter Sensor mißt den Energieverbrauch des Kondensators, , ,.A second device 61 for measuring the properties of the liquid 2, which is represented by a dotted line, has a condenser 63 which is formed by two condenser plates arranged on opposite sides of the sample tube 15. The capacitor is controlled via an oscillator 64 in order to generate an electrical high-frequency alternating field in the medium located between the capacitor plates. A sensor, not shown, measures the energy consumption of the capacitor, ,,.
der einen Rückschluß auf die Wechselwirkungen der Flüssigkeit 2 mit dem Feld und somit auf die Eigenschaften der Flüssigkeit zuläßt. Eine geeignete Auswerteschaltung der Vorrichtung 61 bestimmt anhand des Energieverbrauchs und die zu bestimmende Eigenschaft des Mediums. Dabei hängen die Wechselwirkungen zwischen der Flüssigkeit und dem Feld wiederum von der verwendeten Frequenz ab, die speziell für die zu bestimmende Eigenschaft ausgewählt werden kann.which allows a conclusion on the interactions of the liquid 2 with the field and thus on the properties of the liquid. A suitable evaluation circuit of the device 61 determines on the basis of the energy consumption and the property of the medium to be determined. The interactions between the liquid and the field in turn depend on the frequency used, which can be selected specifically for the property to be determined.
Eine dritte Vorrichtung 71 zum Bestimmen der Eigenschaften des Behand- lungsMediums 2 weist ein Primärspule 73 auf, die über einen Oszillator 74 ansteuerbar ist. Die Primärspule 73 ist auf einer Seite des Probenrohrs 15 derart angeordnet, daß sich die Spule im wesentlichen senkrecht zum Probenrohr 15 erstreckt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Probenrohrs 15 ist eine Sekundärspule 75 vorgesehen, die sich ebenfalls im wesentlichen senkrecht zum Probenrohr 15 erstreckt. Die Sekundärspule 75 ist mit einer geeigneten Auswerteschaltung verbunden, die eine in der Sekundärspule 75 induzierte Spannung abfühlt. Diese Vorrichtung gleicht im wesentlichen dem Aufbau der Vorrichtung gemäß Figur 1 , wobei jedoch die Spulen 73 und 75 nicht das Probenrohr 15 umgeben, sondern auf gegenüberliegenden Seiten des Probenrohrs 15 angeordnet sind.A third device 71 for determining the properties of the treatment medium 2 has a primary coil 73, which can be controlled via an oscillator 74. The primary coil 73 is arranged on one side of the sample tube 15 such that the coil extends substantially perpendicular to the sample tube 15. On the opposite side of the sample tube 15, a secondary coil 75 is provided, which also extends essentially perpendicular to the sample tube 15. The secondary coil 75 is connected to a suitable evaluation circuit which senses a voltage induced in the secondary coil 75. This device is essentially the same as the structure of the device according to FIG. 1, but the coils 73 and 75 do not surround the sample tube 15, but are arranged on opposite sides of the sample tube 15.
Die zuvor beschriebenen Meßverfahren sind zumindest teilweise temperaturabhängig. Um eine Temperaturkompensation vorzusehen, wird die Temperatur der Behandlungsflüssigkeit 2 über einen geeigneten Temperatursensor gemessen und in die Bestimmung der Eigenschaften einbezogen. Natürlich kann das Meßverfahren auch für eine schnelle Temperaturbestimmung verwendet werden.The measuring methods described above are at least partially temperature-dependent. In order to provide temperature compensation, the temperature of the treatment liquid 2 is measured via a suitable temperature sensor and included in the determination of the properties. Of course, the measuring method can also be used for a quick temperature determination.
Eine alternative Ausführung der Erfindung sieht vor, daß die Behandlungs- flüssigkeit 2 in dem Probenrohr 15 nicht ständig zirkuliert, sondern während eines Meßvorgangs in dem Probenrohr 15 stationär gehalten wird. Zu diesem Zweck wird das Ventil 50 vor einem Meßvorgang geschlossen und die Pumpe 16 abgeschaltet. Die Temperatur der Flüssigkeit in dem Probenrohr 15 wird über einen geeigneten Temperatursensor gemessen, und beim Erreichen einer vorgegebenen Temperatur wird das oben beschriebene Meßverfahren durchgeführt. Somit es möglich, daß die Flüssigkeit immer bei gleichen Temperaturen gemessen wird. Um die vorgegebene Temperatur zu erreichen, können Kühl- und/oder Heizelemente in dem Probenrohr 15 bzw. um das Rohr herum vorgesehen sein.An alternative embodiment of the invention provides that the treatment liquid 2 does not circulate continuously in the sample tube 15, but is kept stationary in the sample tube 15 during a measuring process. For this purpose, the valve 50 is closed before a measuring process and the pump 16 is switched off. The temperature of the liquid in the sample tube 15 becomes measured via a suitable temperature sensor, and when a predetermined temperature is reached, the measurement method described above is carried out. It is therefore possible that the liquid is always measured at the same temperature. In order to achieve the predetermined temperature, cooling and / or heating elements can be provided in the sample tube 15 or around the tube.
Nach der Messung wird das Ventil 50 geöffnet, die Flüssigkeit über die Pumpe 16 in dem Probenrohr 15 zirkuliert und der obige Vorgang wiederholt.After the measurement, the valve 50 is opened, the liquid is circulated through the pump 16 in the sample tube 15 and the above process is repeated.
Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, ohne jedoch auf die speziell dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein.The invention has been described above on the basis of preferred exemplary embodiments, but without being restricted to the specifically illustrated exemplary embodiments.
Beispielsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf Behandlungsflüssigkeiten für die Behandlung von Halbleiterwafern beschränkt. Vielmehr können alle Arten von Medien, wie beispielsweise Hydraulikflüssigkeiten in Bremssystemen, untersucht werden. Die Geometrie der jeweiligen Messeinheiten, die zum Beispiel die Spulendurch- messer, die Anzahl der Wicklungen pro Spule, den Abstand zwischen den Spulen oder den Abstand zwischen den Kondensatorplatten umfaßt, kann auf das zu untersuchende Medium abgestimmt werden. Ferner kann auch die angelegte Spannung und die Frequenz auf das Medium bzw. die zu untersuchende Eigenschaft abgestimmt werden. Die Spule oder der Kondensator kann in das zu untersuchende Medium eingetaucht sein. For example, the device according to the invention or the method according to the invention is not limited to treatment liquids for the treatment of semiconductor wafers. Rather, all types of media, such as hydraulic fluids in brake systems, can be examined. The geometry of the respective measuring units, which includes, for example, the coil diameter, the number of windings per coil, the distance between the coils or the distance between the capacitor plates, can be matched to the medium to be examined. Furthermore, the applied voltage and frequency can also be matched to the medium or the property to be examined. The coil or the capacitor can be immersed in the medium to be examined.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Bestimmen von Eigenschaften eines Mediums, z. B. eines Mediums zur Behandlung von Halbleitersubstraten, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:1. Method for determining properties of a medium, e.g. B. a medium for the treatment of semiconductor substrates, characterized by the following process steps:
- Erzeugen eines Hochfrequenz-Wechselfeldes in dem Medium;Generating a high-frequency alternating field in the medium;
- Messen eines durch das Medium bewirkten Energieverlustes im Wechselfeld; und- Measuring an energy loss caused by the medium in the alternating field; and
- Bestimmen der Eigenschaften des Mediums in Abhängigkeit vom Ener- gieverlust.- Determination of the properties of the medium depending on the loss of energy.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Hochfrequenz-Wechselfeld mit einer Spule erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the high-frequency alternating field is generated with a coil.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieverbrauch der Spule gemessen wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the energy consumption of the coil is measured.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer weiteren Spule induzierte Spannung gemessen wird.4. The method according to claim 2, characterized in that the voltage induced in a further coil is measured.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Spule das Medium umgibt.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that at least one coil surrounds the medium.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium zwischen den Spulen oder um die Spulen angeordnet ist.6. The method according to claim 4, characterized in that the medium is arranged between the coils or around the coils.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Hochfrequenz-Wechselfeld in einem Kondensator erzeugt wird, wobei sich das zu untersuchende Medium zwischen diesen Leiterplatten befindet.7. The method according to claim 1, characterized in that the high-frequency alternating field is generated in a capacitor, wherein the medium to be examined is located between these circuit boards.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieverbrauch des Kondensators gemessen wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that the energy consumption of the capacitor is measured.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtung anhand einer Referenzprobe kalibriert wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the measuring device is calibrated using a reference sample.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieverluste mit Messergebnissen eines parallel durchgeführten Verfahrens an einer Referenzprobe verglichen werden.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the energy losses are compared with measurement results of a method carried out in parallel on a reference sample.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß die angelegte Frequenz auf einem bestimmten konstanten11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the applied frequency at a certain constant
Wert gehalten wird.Value is held.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz zwischen wenigstens zwei bestimmten Frequenzen ge- schaltet wird.12. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the frequency is switched between at least two specific frequencies.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz im wesentlichen kontinuierlich zwischen zwei Frequenzen verändert wird.13. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the frequency is changed substantially continuously between two frequencies.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz(en) in einem Bereich von 1 bis 100 MHz, insbesondere von 1 bis 20 MHz liegt(en).14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the frequency (s) is in a range from 1 to 100 MHz, in particular from 1 to 20 MHz.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz, eine angelegte Spannung und/oder die Geometrie der Messeinrichtung in Abhängigkeit von den zu bestimmenden Eigenschaften des Mediums gewählt wird.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the frequency, an applied voltage and / or the geometry of the measuring device is selected depending on the properties of the medium to be determined.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Mediums bestimmt wird. 16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the medium is determined.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Mediums auf eine vorgegeben Temperatur gebracht wird.17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the medium is brought to a predetermined temperature.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Mediums gemessen wird. 18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the medium is measured.
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