JP2003229406A - 薬液調製装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】速やかに均一な混合液が得られる溶液（薬液）
の調製装置を提供する。 【解決手段】所定濃度の成分を含有する薬液を調製する
装置２を、薬液の有効成分含有溶液とその希釈用液とを
混合するための混合槽４２と、この混合槽４２内の液体
を混合槽４２から流出させ混合槽４２に返流させる循環
経路６２と、この循環経路６２の返流側に連結されて前
記混合槽４２内に配置され、返流すべき液体を前記混合
槽４２内の液面下において槽内壁の１箇所あるいは２箇
所以上を指向して吐出可能であって、かつ当該返流液体
の前記吐出指向部位を当該槽内壁の周回りに沿って一回
転方向であるいは交互に異なる回転方向で移動可能な吐
出部７１で構成するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の濃度の有効
成分を含有する薬液の調製装置に関し、特に、半導体製
造工程において使用するエッチング用液、洗浄液および
フォトリソグラフィ系で使用する現像液などの各種薬液
を効率的にかつ正確に調製することのできる装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】エッチング工程など、半導体の各種製造
工程においては、エッチング液などの各種薬液が使用さ
れるが、薬液の有効成分の濃度は、加工精度や歩留まり
に大きく影響する。このため、これらの薬液の有効成分
の濃度は、正確にかつ精度よく調整される必要がある。
従来、薬液の調製には、混合手段や外部循環経路を備え
る混合槽が用いられていた。しかしながら、混合槽内の
薬液濃度を完全に均一にするのは時間を要していた。ま
た、濃度調整するための濃度測定手段を必要とするが、
薬液によっては、攪拌流により生ずる渦に起因する気泡
センサーやセンサー近傍に発生する乱流などにより測定
誤差が無視できなくなる場合もあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
速やかに均一な混合液が得られる液体の調製装置あるい
は混合装置を提供することを目的とする。さらに、精密
正確な濃度調整を実施できる液体の調製装置あるいは混
合装置を提供することを、他の目的とする。さらに、各
種加工精度を容易に確保できる半導体を製造する薬液の
調製方法を提供することを、他の目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
課題を解決するために鋭意研究した結果、以下の発明を
完成した。すなわち、本発明によれば、以下の手段が提
供される。 （１）所定濃度の成分を含有する薬液を調製する装置で
あって、薬液の有効成分含有溶液と、その希釈用液とを
混合するための混合槽と、この混合槽内の液体を混合槽
から流出させ混合槽に返流させる循環経路と、この循環
経路の返流側に連結されて前記混合槽内に配置され、返
流すべき液体を前記混合槽内の液面下において吐出可能
な吐出口を有する吐出部、とを備え、この吐出口による
前記返流液体の指向性が以下の何れかである、薬液調製
装置。 （ａ）一または二以上の前記吐出口が、槽内壁の２箇所
以上を指向してほぼ水平から斜め下方に返流液体を吐出
可能である。 （ｂ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる
箇所を指向してほぼ水平に返流液体を吐出可能である。 （ｃ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる
箇所を指向して斜め上方に返流液体を吐出可能である。 （２）前記吐出部は、前記返流液体の前記吐出指向部位
を当該槽内壁の周回りに沿って一方向にあるいは異なる
方向に移動可能とする（１）記載の薬液調製装置。 （３）前記吐出部の回転により前記吐出指向部位は交互
に異なる方向に移動する、あるいは、二以上の前記吐出
部がそれぞれ異なる方向に回転することにより前記吐出
指向部位が同時に異なる方向に移動する、（１）または
（２）に記載の薬液調製装置。 （４）前記吐出部は、当該吐出部から槽内壁部位を指向
して突出され液体を吐出可能なノズルを有し、このノズ
ルは前記混合槽の内壁の周回りに一回転方向であるいは
交互に異なる回転方向で回転するようになっている、
（１）〜（３）のいずれかに記載の薬液調製装置。 （５）前記吐出部には、前記吐出指向部位の回転に伴っ
て回転する攪拌部材を備える、（1）〜（４）のいずれ
かに記載の薬液調製装置。 （６）前記循環経路に付随して、あるいは前記循環経路
とは独立に、濃度測定手段を備える濃度測定用循環経路
を備える、（１）〜（５）に記載の薬液調製装置。 （７）前記循環経路の前記濃度測定手段の上流側に気液
分離手段を備える、（６）に記載の薬液調製装置。 （８）前記気液分離手段は、前記混合槽内の液面位より
も高位に液面位を維持できる気液分離槽である、（７）
に記載の薬液調製装置。 （９）前記濃度測定手段の上流側の、前記気液分離手段
よりも遠位には、強制循環手段を備える、（７）または
（８）に記載の薬液調製装置。 （１０）前記混合槽には、前記有効成分含有溶液を供給
する第１の供給経路と、前記希釈用液を供給する第２の
供給経路とを備え、前記第１の供給経路及び前記第２の
供給経路は、いずれも、大量供給用配管と少量供給用配
管とを備える、（１（１）〜（９）のいずれかに記載の
薬液調製装置。 （１１）液体の混合装置であって、混合槽と、この混合
槽内の液体を混合槽から流出させ混合槽に返流させる循
環経路と、この循環経路の返流側に連結されて前記混合
槽内に配置され、返流すべき液体を前記混合槽内の液面
下において吐出可能な吐出口を有する吐出部、とを備
え、この吐出口による前記返流液体の指向性が以下の何
れかである、液体混合装置。 （ａ）一または二以上の前記吐出口が、槽内壁の２箇所
以上を指向してほぼ水平から斜め下方に返流液体を吐出
可能である。 （ｂ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる
箇所を指向してほぼ水平に返流液体を吐出可能である。 （ｃ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる
箇所を指向して斜め上方に返流液体を吐出可能である。 （１２）前記吐出部は、前記返流液体の前記吐出指向部
位を当該槽内壁の周回りに沿って一方向にあるいは異な
る方向に移動可能である、（１１）記載の液体混合装
置。 （１３）前記吐出部は、当該吐出部から槽内壁部位を指
向して突出され液体を吐出可能なノズルを有し、このノ
ズルは前記混合槽の内壁の周回りに一回転方向であるい
は交互に異なる回転方向で回転するようになっている、
（１２）記載の液体混合装置。 （１４）（１）〜（１０）のいずれかに記載の薬液調製
装置を用いて薬液を調製する工程、を備える、半導体製
造用の薬液調製方法。

【０００５】これらの発明によれば、循環して返流され
る液体が前記吐出部によって混合槽内の液体中に吐出さ
れる。返流液体の吐出指向部位は、混合槽の内壁の周回
りに対して異なる方向となる。あるいは、混合槽の内壁
の周回りに沿って異なる方向に移動する。これらの混合
装置によれば、外部循環経路から返流される液体が混合
槽内壁を指向する法線方向若しくは中心から放射状に拡
散する液流、および混合槽内を旋回するような旋回流を
形成する。これにより、返流される液体自体が混合槽内
に均一に行き渡るように拡散される。このため、気泡を
発生することなく、速やかに均一に混合された液体を得
ることができる。また、濃度測定手段を備えると、混合
槽内の液体の濃度を検出することができる。このため、
正確な濃度制御が可能となる。さらに、大量供給用配管
と少量供給用配管とを備えると、大量供給用配管によっ
て濃度の粗調合が可能であり、少量供給用配管によって
濃度の微調合が可能となっている。このため、正確で精
度の高い濃度調整が可能となっている。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。本発明の調製装置及び混合装置は、
混合槽と、この混合槽内の液体を混合槽から流出させ混
合槽に返流させる循環経路と、この循環経路の返流側に
連結されて前記混合槽内に配置され、返流すべき液体を
前記混合槽内の液面下において吐出可能な吐出口を有す
る吐出部、とを備え、この吐出口による前記返流液体の
指向性が以下（ａ）〜（ｃ）の何れかとなっている。 （ａ）一または二以上の前記吐出口が、槽内壁の２箇所
以上を指向してほぼ水平から斜め下方に返流液体を吐出
可能である。 （ｂ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる
箇所を指向してほぼ水平に返流液体を吐出可能である。 （ｃ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる
箇所を指向して斜め上方に返流液体を吐出可能である。 この混合槽は、最終的に均一な液体を調製するのに使用
するものであり、液体と液体（溶液を含む）の他、液体
と固体とを混合するのに用いることもできる。特に、薬
液の有効成分含有溶液とその希釈液とを混合して所定濃
度の有効成分を含む薬液を調製するのに適している。ま
た、これらの装置によれば、返流液体が、混合槽内の液
面より下方で吐出される場合には、液面が乱れるような
攪拌流が形成されるのを回避しながらも均一にかつ効率
良く混合することができる。したがって、気泡や脈流を
嫌う濃度測定系を備える場合や、気泡を嫌う加工工程に
用いる薬液等に好ましく用いることができる。さらに、
均一な液体を速やかに得ることができるので、所定濃度
の薬液を速やかに調製することができるし、濃度調整の
正確性や精度も高い。よって、本薬液調製装置あるいは
混合装置は、半導体製造におけるエッチング工程、研磨
工程、洗浄工程、メッキ工程、フォトリソグラフィ系の
工程等の各種工程において使用する各種薬液の調製や液
体の混合に好ましく用いることができる。

【０００７】以下、本発明に係る混合手段４０を備える
液体混合装置（薬液調製装置）２を例示して、本発明を
具体的に説明する。図１に例示される薬液調整装置２
は、エッチング工程で使用するエッチング液として、フ
ッ化水素（ＨＦ）の５０ｗｔ％水溶液と希釈用液である
純水とを混合して１ｗｔ％のＨＦ水溶液を調製する装置
である。本装置２には、混合手段４０と、混合材料の供
給系１０とを備えている。混合手段４０は、混合槽４２
と、循環手段６０と、均一化手段７０とを備えている。

【０００８】混合材料の供給系１０は、各混合材料の貯
留部１２、１６とその供給経路２２、２６とから構成さ
れている。混合材料は、少なくとも２種類あるが、得よ
うとする薬液の組成に応じて3種類以上とすることもで
きる。本形態では、第１の混合材料が、５０ｗｔ％ＨＦ
水溶液であり、第２の混合材料が純水である。なお、本
形態では、液体あるいは流動体状の混合材料の供給系を
主体に説明しているが、固体状の混合材料は、別途供給
系を形成することもできる。しかしながら、固体状の混
合材料も、好ましくは、溶液状態で混合槽４２に供給す
る。

【０００９】各供給経路２２、２６は、それぞれ単一の
経路で構成することもできるが、それぞれ大量供給用配
管３２、３６と少量供給用配管３４、３８とに分岐する
ことができる。大量供給用配管３２、３６では、それぞ
れ各液体を粗い精度ではあるが、大量に混合槽４２に供
給することができる。また、少量供給用配管３４、３８
では、高精度に少量の液体を混合槽４２に供給すること
ができる。各配管３２、３４、３６，２８には制御装置
によって開閉が制御されるバルブを設けることができ
る。後述する液体重量測定手段５０や濃度測定手段９０
による測定結果に基づいて制御装置はこれらのバルブの
開閉状態を制御するようになっている。大量供給用配管
３２，２６による混合材料の供給は、混合の初期におけ
る供給に好ましく、少量供給用配管３４、３８による混
合材料の供給は、濃度の最終的な微調整に都合がよい。

【００１０】混合手段４０は、少なくとも混合槽４２
と、循環手段６０と、均一化手段７０とを備えており、
これらの他、濃度測定系８０や混合槽４２内の液体重量
測定手段５０も備えることができる。混合槽４２の形態
は特に限定しないで、従来、液体の混合に用いられてい
る各種形態の混合槽を用いることができる。本発明で
は、循環手段６０として外部循環経路６２を備えている
ことから、下方に向かって収束して横断面形状が小さく
なるような底部形状を備えていることが好ましい。具体
的には円錐状、角垂状、あるいは半球状等である。

【００１１】循環手段６０は、循環経路６２と、強制循
環手段６３とを備えている。強制循環手段６３として
は、従来公知の各種ポンプを使用することができる。循
環経路６２は、混合槽４２の底部近傍から内部液体を流
出させ、混合槽４２内に返流するように構成されてい
る。循環経路６２の返流側の端部には、循環させた液体
を混合槽４２内の液面下で液体内に吐出させて混合する
ための均一化手段７０を有している。

【００１２】均一化手段７０は、混合槽４２内の混合液
体の液面下に返流すべき液体を吐出可能に備える吐出部
７１を備えている。混合槽４２に対する設置形態は問わ
ない。図１に示すように、吐出部７１は、典型的には、
混合槽４２の上方から下方に向かって混合槽４２内に進
入するように設置することができる。吐出部７１の混合
槽４２への進入位置は特に限定しない。すなわち、混合
槽４２の鉛直中心近傍であってもよいし、鉛直中心から
偏心した位置であってもよい。後述するように、吐出部
７１の吐出口７２が指向する吐出指向部位が混合槽４２
の内壁の互いに対向する部位に設計される場合には、吐
出部７１は、混合槽４２の鉛直中心近傍に配置されてい
ることが好ましい。一方、吐出指向部位が、混合槽４２
の内壁において半周よりも近い範囲内の２箇所に設計さ
れる場合は、混合槽４２の鉛直中心からは離れた位置で
あると、吐出部７１からの吐出液による混合効率を上げ
ることができる。

【００１３】吐出部７１は、外方、すなわち、混合槽４
２の内壁の２箇所以上の部位（吐出指向部位）を指向し
て液体を吐出するように形成されている。このような吐
出部７１を備えることにより、混合槽４２内の内壁に沿
う旋回流を形成することができる。吐出部７１は２個以
上備えられていてもよい。各吐出部７１は、それぞれ１
個あるいは２個以上の液体吐出口７２を備えることがで
きる。なお、各吐出口７２は、吐出指向部位に対して、
ほぼ水平から斜め下方に液体を吐出可能に形成されてい
る。好ましくは、ほぼ水平に返流液体を吐出可能に形成
されている。吐出部７１が、混合槽４２の内壁の２箇所
以上を指向して返流液体を吐出可能とするには、各種形
態を採ることができる。例えば、図２に示すように、一
つの吐出部７１を備える場合、２つ以上の異なる吐出指
向部位に対応する２つ以上の吐出口７２を備えるように
することができる。この構成によれば、吐出部７１を固
定した状態で、返流液体を異なる吐出指向部位に同時に
あるいは交互に吐出することができる。また、図３に示
すように、枝分かれする吐出部７１を供える場合、それ
ぞれの支流部に異なる方向を指向する１つ以上の吐出口
７２を備えるようにすることができる。この形態によっ
ても、吐出部７１を固定した状態で、返流液体を異なる
吐出指向部位に同時にあるいは交互に吐出することがで
きる。なお、図３においては、分枝した吐出部７１のそ
れぞれにバルブを設けたが、分岐部において三方バルブ
を設けることもできる。なお、図示はしないが、２つの
吐出部７１のそれぞれに異なる方向を指向する１つ以上
の吐出口７２を備えるようにすることもできる。

【００１４】これらの各種形態によって、吐出部７１に
より、返流液体がこのようにして異なる方向で混合槽４
２の内壁に向かって返流されることにより、混合槽４２
内に液流が形成されて、返流された液体が十分に拡散さ
れる。さらに、内壁を指向して吐出されるために、混合
槽４２の内壁近傍に返流液体が供給され内壁で反射され
ることにより、内壁に沿う旋回流が形成されて、混合槽
４２の全体に効率的に返流液体が拡散されるようになっ
ている。加えて、方向性の異なる旋回流を形成すること
による乱流化、およびこれらの旋回流が衝突することに
よる乱流化により混合しようとする成分の拡散を促進す
ることができる。すなわち、本発明の吐出部７１は、方
向性の異なる旋回流が混合槽４２内に発生するように返
流液体が吐出されるように構成されているということが
できる。さらに詳細に説明すれば、方向性の異なる旋回
流が衝突するように構成されているということができ
る。

【００１５】吐出部７１が２箇所以上を指向して返流液
体を吐出可能とするには、吐出部７１を移動させること
によっても実現することができる。移動の形態は特に限
定しないが、好ましくは、吐出指向部位が、吐出部７１
につき、混合槽４２の内壁の周回りに沿う一方向あるい
は交互に異なる方向とすることが好ましい。例えば、図
１および図４に示すように、異なる２方向を指向する吐
出口７２を備える吐出部７１の全体あるいは一部を、一
方向あるいは交互に異なる方向に吐出部７１の軸回りに
回転させることによって、このような吐出指向部位の移
動を達成し、これにより、２箇所以上の部位を指向する
返流液体の吐出を実現することができる。この場合、各
吐出口７２が移動することで、各吐出口７２が２箇所以
上の吐出指向部位に対して返流液体を吐出することとな
る。なお、液体は、吐出口７２から常時吐出されてもよ
いし、断続的に吐出されてもよい。また、図５に示すよ
うに、一つの吐出口７２を備える一つの吐出部７１を、
吐出部７１の軸回りに回転させることによって、吐出指
向部位を移動させて、２箇所以上を指向した吐出形態を
実現できる。なお、図５に示すように、この場合は、吐
出部７１を混合槽４２の中心から偏心した位置に配置
し、混合槽４２内の反偏心側を指向する円弧状の回転が
有効である。なお、各吐出部７１の回転方式は、一方向
に連続回転させる場合と、右回りと左回りとを交互に繰
り返すような反転を伴う交互回転させる場合、さらに、
これらを混在させて回転させる場合とがある。均一混合
の観点からは、好ましくは、交互回転を含めるようにす
る。交互回転によれば、回転による動きと反転によって
生ずる液流の予め生じた反対方向を指向する旋回流に対
向する旋回流が生じ、これらの旋回流の衝突により乱流
域が発生し、拡散が促進される。なお、同一方向に連続
回転させた場合であっても、同方向を指向する旋回流が
連続的に多数発生すること、および吐出口７２の移動に
より吐出流速が増大されて乱流化・拡散は促進される。
さらに、２個以上の吐出部７１を、それぞれ異なる回転
方向あるいは同一方向に連続回転させることもできる。
この場合においては、旋回方向がそれぞれ固定されてい
るが、２種類の旋回流が発生すること、および、各吐出
口７２の移動により、吐出流速が増加されていることか
ら、乱流化および拡散が促進される。以上のことから、
本発明の吐出部７１は、吐出源（吐出口）の吐出部７１
の移動（好ましくは吐出部７１の軸回りの回転）によ
り、多数の旋回流を連続的あるいは断続的に発生させる
構成を有しているということができる。なお、液体の混
合装置を含む各種混合装置に関連する分野の当業者によ
れば、このように回転可能な吐出部７１を得るために
は。可動継手などの各種態様を取り得ることが自明であ
る。したがって、当業者であれば、吐出部７１の構成
を、必要に応じて選択することができる。

【００１６】なお、これらの形態において、全体として
２個以上の吐出口７２を備える場合、好ましくは、吐出
口７２の個数に応じて内壁の異なる部位を指向するよう
に設けられている。異なる部位を指向することにより、
返流液体を一時期に一挙に異なる方向に拡散させること
ができる。例えば、内壁周回りに沿って均等に間隔を置
いた部位を指向するように設けることができる。具体的
には、吐出口７２が２個の場合には、互いに１８０°異
なる位置を指向し、３個の場合には、互いに１２０°異
なる位置を指向するように、設けることができる。ま
た、指向する高さ位置は特に限定しないが、同じ高さ位
置でもよいし、異なる高さ位置を指向するように組み合
わせることもできる。旋回流の衝突による乱流化の促進
を考慮すれば、同じ高さ位置とすることが好ましい。か
つ同じ方向性で内壁に向かって指向させることが好まし
い。また、吐出口７２の位置は、特に限定しないが、好
ましくは、混合槽４２の底面（０％位置とする）から適
正混合容量に対応する液面（あるいは混合槽）の半分の
高さ位置（５０％位置とする）の範囲内に設定されてい
ることが好ましい。５０％位置より高い場合には、拡散
促進の効果が不充分になりがちであるからである。さら
に好ましくは、２５％位置から５０％位置の範囲内に設
定するものとする。この範囲内であれば、もっとも効率
的な拡散混合が可能であるからである。２５％位置より
下方位置の場合には、旋回流を形成しにくくなる恐れが
あるからである。

【００１７】また、各吐出口７２は、吐出指向部位に対
して、ほぼ水平から斜め下方（好ましくはほぼ水平であ
る。）に液体を吐出可能に形成されている。このように
形成することにより、混合槽４２の内壁を利用して容易
に旋回流を形成することができるとともに、衝突するよ
うな方向性の旋回流も容易に形成することができる。特
に、二以上の吐出口７２を供える場合、より好ましく
は、ほぼ水平に同じ高さ位置を指向するように吐出させ
る。特に限定しないが、斜め下方という場合には、水平
から約３０°までの角度とすることが好ましい。また、
二以上の吐出口を返流液体をそれぞれ斜め上方を指向す
る吐出するように構成することもできる。この場合、好
ましくは、同じ角度同じ高さ位置を指向するようにす
る。斜め上方を指向させることにより、旋回流を混合槽
の全体に形成することができる。このような吐出口７２
は、吐出部７１に対してノズル状に形成されていてもよ
いし、また、単なる開口に形成されていてもよい。好ま
しくは、拡散を促す旋回流の形成及び拡散のために必要
な程度の吐出圧力と指向性を得られるようになってい
る。吐出口７２は、混合槽４２の中央部あるいは偏心位
置から対向する槽内壁側を指向して液体を吐出するよう
に形成されていることが好ましい。偏心部位から槽内壁
を指向する場合には、対向する間隔がより遠い内壁側
（反偏心側）を指向していることが好ましい。例えば、
吐出口７２は、このような液体の吐出指向性を備えたノ
ズル状とすることができる。具体的には、吐出部７１の
一部あるいはその下端部から槽内壁を指向して突出形成
された細管の先端に開口を備えるようにすることができ
る。ノズルは液流の指向性が良好であるとともに、ノズ
ル先端形状によって吐出圧力を強くすることもできる。
加えて、ノズルは吐出部７１から内壁側に突出形成され
ているため、回転に伴って、混合槽４２内を攪拌する作
用が生じる。ノズル方向は、返流液体の指向部位と同方
向であるため、ノズルから吐出された返流液体の拡散を
ノズル自体が促進することができる。なお、ノズルの外
形形態は、攪拌効果を考慮すれば、回転時に液体の抵抗
が大きいことが好ましく、例えば、進行（回転）方向に
対して扁平な形状を採用することができる。

【００１８】なお、別に、混合槽内壁を指向する攪拌部
材を吐出部７１に備えることもできる。この場合、吐出
部７１の回転に伴って攪拌部材を回転可能にすることに
より、ノズルを設けたのと同等あるいはそれ以上の効果
を得ることができる。攪拌部材を付与する場合には、２
個以上を対称状に備えることが好ましい。形態的には、
攪拌効果の高い翼状などの各種形状を採用することがで
きる。また、異なる高さ部位に備えることもできる。

【００１９】混合槽４２には、混合槽４２に供給された
混合材料の重量を測定することができる重量測定手段５
０を備えている。重量測定手段５０は、各種公知の手段
を用いることができるが、ロードセル等の重量センサを
用いるのが一般的である。重量測定手段５０は、図示し
ない制御装置に接続されており、混合槽４２への混合材
料の供給による重量増加を検知して、供給量を認識し、
制御装置を介して所定の供給量になるように各種供給用
配管のバルブの開閉調整が実施されるようになってい
る。重量測定手段５０を備えることにより、混合槽４２
に導入した混合材料の重量を正確に把握し、あるいは供
給量の制御が可能となるので、効率的でかつ的確な濃度
制御が可能となっている。特に、供給系１０が大量供給
系と少量供給系とを備えている場合には、より効果的に
供給量制御および濃度制御が可能となる。

【００２０】混合槽４２の底部近傍から、循環手段６０
や濃度測定系などの外部循環経路８２へ液体が流出する
ようになっているが、特に、濃度測定系の循環経路８２
や薬液などの供給側への流出側配管の接続部位近傍に
は、流出する液体に渦流や脈動等が発生しないように整
流板８１を備えることができる。整流板８１の形状は特
に限定しないで、従来公知の形態から適宜採用して使用
することができる。整流板を備えることにより、正確な
濃度測定の他、半導体装置の製造工程における加工精度
を確保することができる。

【００２１】混合手段４０には、濃度測定系を備えるこ
とができる。濃度測定系は、濃度測定手段を備えてい
る。濃度測定手段９０としては、特に限定しないで、液
体中の所定成分の濃度測定が可能であれば採用すること
ができる。半導体装置の製造工程における多くの溶液に
好ましく適用できるのは、超音波濃度測定手段である。
濃度測定系は、好ましくは、混合槽４２の外部循環経路
の一部に設ける。混合槽４２から濃度測定系への液体の
導入は、濃度測定系のための専用の外部循環経路を混合
槽４２に備えるようにしてもよいが、循環手段６０の循
環経路６２に付随して設けることもできる。すなわち、
後者の場合には、循環経路６２の一部から濃度測定手段
に至る経路を分枝させる。濃度測定手段から混合槽４２
への返流は、循環経路６２を介してもよいし、循環経路
６２を介することなく混合槽４２へ返流するように設け
ることもできる。

【００２２】循環手段６０と独立して濃度測定系８０を
備える形態が図１に示されている。この場合には、濃度
測定系８０の循環経路８２には、液体を循環させるため
の強制循環手段（ポンプ）８３を備えるようにする。乱
流を抑制することによる濃度測定精度の確保の観点から
は、レイノルズ数が６０以下のポンプを使用することが
好ましい。

【００２３】濃度測定用の循環経路８２上の濃度測定手
段９０に至る経路においては、液体中の気泡を分離する
気液分離手段８４を備えるようにすることが好ましい。
測定手段では、気泡の存在により測定精度が低下するか
らである。特に、超音波濃度測定手段を採用する場合に
は、その危険性が高い。当該気液分離手段８４として
は、各種手段を採用できるが、構成が簡易である点にお
いて、気液分離槽を採用することが好ましい。

【００２４】気液分離槽を採用する場合、当該槽の液面
が混合槽４２の液面より高位になるように気液分離槽を
設置することが好ましい。これらの液面位の差により、
気液分離槽から濃度測定手段９０への液体の移送が容易
となる。図１に示す形態では、配管８６によって液体を
移送するようになっている。特に、超音波濃度測定手段
を採用する場合には、当該手段の濃度検出セル部位にお
いて、上昇する層流を形成できるように、気液分離槽に
対する超音波濃度測定手段の位置を設定することが好ま
しい。このように落差による上昇流に対して濃度測定を
実施すると、精度の良い実施が可能となる。また、液面
位の差によって濃度測定手段から混合槽４２へと液体が
移送されるように、気液分離槽や混合槽４２に対する濃
度測定手段の位置設定をすることが好ましい。また、薬
液周囲の雰囲気を調和させる観点から、前記気液分離槽
と混合槽４２とは、通気管により連通させることが好ま
しい。

【００２５】濃度測定手段から混合槽４２へ至る経路に
おいては、濃度測定に好ましい流量を設定するためのバ
ルブや流量調整手段１００などを備えることができる。

【００２６】このような調製装置２あるいは混合手段４
０には、さらに、混合槽４２内で調製された溶液を、そ
の使用部位に供給するための配管が接続されるのが通常
である。このような配管は、上記した循環手段６０から
分枝されてもよいし、独立に形成してもよい。

【００２７】次に、このような混合手段４０を備える調
製装置２を用いて、薬液を調製する工程について説明す
る。まず、供給系１０を介して、例えば、５０％フッ化
水素水溶液と純水のそれぞれ所定量を、大量供給用配管
３２，３６を介して混合槽４２に供給する。混合槽４２
に付随する循環手段６０の強制循環手段６３などを駆動
させて、両液を循環させる。返流液体による材料の均一
化あるいは混合工程では、吐出部７１によって形成され
る旋回流の上記した作用、すなわち、旋回流の衝突およ
び／または乱流化による拡散の促進作用により、混合槽
４２内での混合および均一化が効率よく進行する。

【００２８】混合槽４２内の混合液は、同時に、濃度測
定手段９０によって有効成分濃度が測定される。測定さ
れた濃度に関する信号を図示しない制御装置に入力され
れば、最終的に希望する濃度にするために必要な５０％
フッ化水素水溶液と水との量が算出される。また、濃度
測定手段９０による濃度測定によって、混合が十分に達
成されたか否かを確認することができる。例えば、濃度
測定手段９０による濃度測定結果をモニタリングすれ
ば、制御装置によって、モニタリングによって得られた
濃度変動に関するデータから混合槽４２内の液体の均一
化工程を終了するべきか否かを判定することができる。
制御装置による当該判断に基づいて、循環手段６０の作
動停止および／または追加の混合材料の供給操作の開始
を制御することができる。

【００２９】追加の混合材料の供給が必要な場合には、
正確な供給量を確保するには、少量供給用配管３４，３
８を用いて供給することが好ましい。また、同時に、重
量測定手段５０による供給量の検出を実施することが好
ましい。混合材料の追加供給後、初回の混合材料供給時
と同様に、循環手段６０を作動させ、濃度測定手段９０
による濃度検出を行うことが好ましい。このような混合
材料の供給工程と混合工程とを繰り返して、所望の濃度
の薬液を得ることができる。

【００３０】以上、薬液の調製工程について説明した
が、本発明の適用対象を薬液などの溶液に限定するもの
ではなく、混合を経て液体を調製する工程であれば、本
発明を適用することができる。

【００３１】図７には、本発明の液体混合装置を用い
て、純水とアルカリ系の薬液とを混合した場合の混合状
態の経時変化について示す。この混合系においては、濃
度測定とともにあるいは濃度測定に替えて、ｐＨを混合
状態を把握するための項目として用いた。なお、この混
合系においては、図６に示す装置を用いて試験を行っ
た。この装置は、混合槽が約１０Ｌ対応であり、ポンプ
によって薬液を強制循環させる循環経路を備えている。
そして、循環経路の返流側の末端には、可動継手を介し
て液体を吐出する吐出部を備えている。この吐出部は、
混合槽の中心から偏心した位置において混合槽内の薬液
中に浸入している。この吐出部による混合条件は、循環
量を約５Ｌ／ｍｉｎ、吐出流速をを約２．２ｍ／ｓと
し、３０秒ごとに吐出方向を変更するようにして混合し
た。。なお、対照として、同じ装置を用いて、吐出方向
を一方向に固定して混合を行った。この結果も合わせて
図２に示す。図７に示すように、本発明の装置によれ
ば、従来法と比較して、約６０％の時間でｐＨを安定化
することができた。

【００３２】図８には、フッ化水素（ＨＦ）５０wt%溶
液を、１wt%に希釈調合する調合工程の連続４５日間に
わたるモニタリング結果を示す。この混合系において
は、濃度測定を超音波濃度計で実施するとともに、中和
滴定法によっても行い、超音波濃度測定による精度を確
認した。なお、サンプリングは、１〜２日に１回の割合
で行った。なお、この調合工程では、2個のそれぞれ異
なる吐出指向部位を有する吐出部を備える以外は、図１
に示すのと同様の装置を用いた。混合条件は、薬液量を
約２５０ｌとし、循環液量を５０〜５５Ｌ／ｍｉｎと
し、吐出流速を２．２ｍ／ｓｅｃ（１．５〜２．２ｍ／
ｓｅｃが好ましい）とし、３分毎に２つの吐出部から交
互に薬液を吐出することによって、吐出方向を切り替え
た。なお、切替字には、数秒間程度（本形態では約３秒
間）の短時間同時吐出することで、ウォーターハンマー
等による循環経路系部品への衝撃を軽減するようにし
た。図８に示すように、本装置による混合（調合）と、
超音波濃度計による濃度測定によれば、基準値（１ｗｔ
％）に対して十分に許容範囲内の濃度安定性を確保でき
た。また、超音波濃度計による濃度と中和滴定による濃
度との差は、小さく、超音波濃度計によって十分に精度
よく測定できることがわかった。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、速やかに均一な混合液
が得られる液体の調製装置あるいは液体の混合装置を提
供することができる。加えて、本発明によれば、精度の
高い濃度計測を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る混合装置の一形態を示す図であ
る。

【図２】本発明の吐出部の一形態を示す図である。

【図３】本発明の吐出部の他の一形態を示す図である。

【図４】本発明の吐出部の他の一形態を示す図である。

【図５】本発明の吐出部の他の一形態を示す図である。

【図６】純水とアルカリ系薬液との混合試験に用いた装
置の概略を示す図である。

【図７】図６に示す装置によって行った純水とアルカリ
系薬液とを混合した場合の混合状態の経時変化を示すグ
ラフ図である。

【図８】フッ化水素の希釈調合工程のモニタリング結果
を示す図である。

【符号の説明】

２ 混合装置 １０ 供給系 ４０ 混合手段 ４２ 混合槽 ６０ 循環手段 ６２ 循環経路 ７０ 均一化手段 ７１ 吐出部 ７２ 吐出口 ８０ 濃度測定系 ８２ 循環経路 ８４ 気液分離手段 ９０ 濃度測定手段 １００ 流量調整手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 軌雄 石川県能美郡川北町字山田先出25 松下環 境空調エンジニアリング株式会社石川セク ション内 (72)発明者 井上 恭 石川県能美郡川北町字山田先出25 松下環 境空調エンジニアリング株式会社石川セク ション内 (72)発明者 山田 明典 新潟県新井市大字栗原字杉明696−１ 松 下環境空調エンジニアリング株式会社新井 セクション内 Ｆターム(参考） 2H096 AA25 GA08 GA17 LA03 5F043 EE31 5F046 LA19

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定濃度の成分を含有する薬液を調製する
   装置であって、 薬液の有効成分含有溶液と、その希釈用液とを混合する
   ための混合槽と、 この混合槽内の液体を混合槽から流出させ混合槽に返流
   させる循環経路と、 この循環経路の返流側に連結されて前記混合槽内に配置
   され、返流すべき液体を前記混合槽内の液面下において
   吐出可能な吐出口を有する吐出部、とを備え、 この吐出口による前記返流液体の指向性が以下の何れか
   である、薬液調製装置。 （ａ）一または二以上の前記吐出口が、槽内壁の２箇所
   以上を指向してほぼ水平から斜め下方に返流液体を吐出
   可能である。 （ｂ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる
   箇所を指向してほぼ水平に返流液体を吐出可能である。 （ｃ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる
   箇所を指向して斜め上方に返流液体を吐出可能である。
2. 【請求項２】前記吐出部は、前記返流液体の前記吐出指
   向部位を当該槽内壁の周回りに沿って一方向にあるいは
   異なる方向に移動可能とする、請求項１記載の薬液調製
   装置。
3. 【請求項３】前記吐出部の回転により前記吐出指向部位
   は交互に異なる方向に移動する、あるいは、二以上の前
   記吐出部がそれぞれ異なる方向に回転することにより前
   記吐出指向部位が同時に異なる方向に移動する、請求項
   １または２に記載の薬液調製装置。
4. 【請求項４】前記吐出部は、当該吐出部から槽内壁部位
   を指向して突出され液体を吐出可能なノズルを有し、こ
   のノズルは前記混合槽の内壁の周回りに一回転方向であ
   るいは交互に異なる回転方向で回転するようになってい
   る、請求項１〜３のいずれかに記載の薬液調製装置。
5. 【請求項５】前記吐出部には、前記吐出指向部位の回転
   に伴って回転する攪拌部材を備える、請求項1〜４のい
   ずれかに記載の薬液調製装置。
6. 【請求項６】前記循環経路に付随して、あるいは前記循
   環経路とは独立に、濃度測定手段を備える濃度測定用循
   環経路を備える、請求項１〜５のいずれかに記載の薬液
   調製装置。
7. 【請求項７】前記循環経路の前記濃度測定手段の上流側
   に気液分離手段を備える、請求項６に記載の薬液調製装
   置。
8. 【請求項８】前記気液分離手段は、前記混合槽内の液面
   位よりも高位に液面位を維持できる気液分離槽を備え
   る、請求項７に記載の薬液調製装置。
9. 【請求項９】前記濃度測定手段の上流側の、前記気液分
   離手段よりも遠位には、強制循環手段を備える、請求項
   ７または８記載の薬液調製装置。
10. 【請求項１０】前記混合槽には、前記有効成分含有溶液
    を供給する第１の供給経路と、前記希釈用液を供給する
    第２の供給経路とを備え、前記第１の供給経路及び前記
    第２の供給経路は、いずれも、大量供給用配管と少量供
    給用配管とを備える、請求項１〜９のいずれかに記載の
    薬液調製装置。
11. 【請求項１１】液体の混合装置であって、 混合槽と、 この混合槽内の液体を混合槽から流出させ混合槽に返流
    させる循環経路と、 この循環経路の返流側に連結されて前記混合槽内に配置
    され、返流すべき液体を前記混合槽内の液面下において
    槽内壁の２箇所以上を指向してほぼ水平から斜を前記混
    合槽内の液面下において吐出可能な吐出口を有する吐出
    部、とを備え、この吐出口による前記返流液体の指向性
    が以下の何れかである、液体混合装置。 （ａ）一または二以上の前記吐出口が、槽内壁の２箇所
    以上を指向してほぼ水平から斜め下方に返流液体を吐出
    可能である。 （ｂ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる
    箇所を指向してほぼ水平に返流液体を吐出可能である。 （ｃ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる
    箇所を指向して斜め上方に返流液体を吐出可能である。
12. 【請求項１２】前記吐出部は、前記返流液体の前記吐出
    指向部位を当該槽内壁の周回りに沿って一方向にあるい
    は異なる方向に移動可能である、請求項１１記載の液体
    混合装置。
13. 【請求項１３】前記吐出部は、当該吐出部から槽内壁部
    位を指向して突出され液体を吐出可能なノズルを有し、
    このノズルは前記混合槽の内壁の周回りに一回転方向で
    あるいは交互に異なる回転方向で回転するようになって
    いる、請求項１２記載の液体混合装置。
14. 【請求項１４】請求項１〜１０のいずれかに記載の薬液
    調製装置を用いて薬液を調製する工程、を備える、半導
    体製造用の薬液調製方法。