JP2004057873A - Mixing apparatus - Google Patents

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JP2004057873A
JP2004057873A JP2002216919A JP2002216919A JP2004057873A JP 2004057873 A JP2004057873 A JP 2004057873A JP 2002216919 A JP2002216919 A JP 2002216919A JP 2002216919 A JP2002216919 A JP 2002216919A JP 2004057873 A JP2004057873 A JP 2004057873A
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fluid
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Inventor
Yasuhiro Tsunokake
角掛 泰洋
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Tokico System Solutions Co Ltd
Original Assignee
Tokico Technology Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To mix a plurality of fluids having a largely different mixing ratio to a uniform concentration. <P>SOLUTION: A mixing apparatus mixes two pressurized fluids by a mixing unit 16. The mixing unit 16 is constituted of a unit body 60, a first mixing chamber 62, a second mixing chamber 64, a throttle hole 66, an inflow pipe 68, an outflow pipe 70 and a throttle pipe 25. The fluid accelerated by the throttle pipe 66 is decelerated in its flow velocity in the second mixing chamber 64 and, the flow thereof is changed by the end part of the outflow pipe 70. Therefore, the fluid passes through the inner space of the second mixing chamber 64 having a large flow channel area in a turbulent state to be discharged to a discharge pipeline 52 from a small-diameter outflow passage 70a. The chemical liquid and pure water mixed with each other in the first mixing chamber 62 are uniformly mixed so as to become a uniform and constant concentration in the process passed through the first mixing chamber 62, the throttle valve 66 and the second mixing chamber 64 to be stably supplied to the discharge pipeline 52. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば成分の異なる複数の薬液を混合することで半導体や液晶などフラットパネルディスプレイ製造プロセスに使用される混合液を供給する混合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
以下、2種類の液体を混合するための混合装置として純水と薬液とを混合する混合装置を例に挙げて説明する。
【0003】
従来、成分の異なる2種類の薬液を混合する混合装置としては、例えば、特開2000−74718号公報に記載された構成のものがある。この公報では、薬液の原液を計量槽で一定量にはかり採り、その後、計量した薬液を調合槽へ投下して混合した後、純水で所定濃度まで希釈し、その後調合・希釈した薬液を貯留槽へ投下し、所定の温度まで加熱して半導体製造装置へ供給されるように構成されている。
【0004】
この方式の混合装置では、薬液の計量及び純水での希釈量は、各槽内の液面高さを計測(検出)して管理している。
【0005】
また、薬液と純水とを夫々供給する供給管路に夫々の流量を測定する流量計を設け、流量計を用いて流量を計測しながら流量調整弁の弁開度を制御して薬液と純水との混合比を調節することも考えられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成とされた従来の混合装置では、計量槽や調合槽、供給タンク等のタンク数が多く、且つ各タンク容量も大きいので、装置の小型化を図ることが難しかった。
【0007】
また、薬液の秤量、及び希釈に用いる純水の秤量、及び貯留槽への薬液補給の要求の検出には、液面センサを用いるため、槽内で液が発泡したり液面が波立ったりすると、液面センサが誤作動して薬液が所定濃度の混合比で調合できなくなる。しかも、各槽に設けられる液面センサは、高価であるので、装置の製造コストを安価にすることが難しかった。
【0008】
また、前述した流量調整弁の弁開度を制御する装置では、薬液と純水との混合比が例えば1:99の場合、生成される混合液の液量が20L(リットル)とすると、薬液の供給量が200mL(ミリリットル)であるのに対し、純水の供給量が19800mLとなる。このように2液の混合比が大きく相違する場合には、例えば、流量計を用いて流量を計測しながら流量調整弁の弁開度を制御して薬液を微少流量で供給されるように流量調整することが難しく、一定の比率に混合された液の混合比が安定しなかった。
【0009】
また、薬液の流量を微少流量に調整しながら純水に混合する場合、濃厚な薬液(原液)を供給タンクへ投下すると、予め供給タンク内に貯溜されていた薬液と十分に混合せず、濃厚な原液が拡散しないまま供給タンク内の薬液へ落下してしまうため、できるだけ薬液を少量ずつ供給しなければならないが、純水の供給量に対して薬液の供給が早くなると、一定の濃度が得られず、高濃度の薬液が供給されてしまうおそれがある。
【0010】
そこで、本発明は上記課題を解決した混合装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
本発明は、異なる種類の流体を個別に供給する複数の流体供給経路と、複数の流体供給経路を流れる流体を所定圧力に加圧して供給する流体供給手段と、流体供給手段により加圧された複数の流体を混合させる混合手段と、を備えてなる混合装置において、混合手段は、複数の流体供給経路から供給された複数の流体が混合される第1の混合室と、第1の混合室よりも小径に形成され、第1の混合室で混合された流体の流速を高める絞りと、絞りよりも大径に形成され、絞りから吐出された流体の流速を減速して乱流に変化させる第2の混合室と、からなり、複数の流体を流れの過程で乱流によって均一に混合させることが可能になり、混合された一定濃度の流体を安定供給することが可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明になる混合装置の一実施例の概略構成を示す構成図である。
図1に示されるように、混合装置10は、例えば、薬液供給経路12を介して供給された50%フッ化水素酸(薬液)と、純水供給経路14を介して供給された純水とを混合ユニット(混合手段)16で混合して半導体製造ラインのウエハ(図示せず)に供給するように構成されている。尚、フッ化水素酸は、フッ化水素(hydrogen fluoride)の水溶液であり、以下「薬液(HF液)」と記す。
【0013】
薬液供給経路12には、貯留された薬液を窒素ガスの圧力で供給するポンプ手段(流体供給手段)としての貯留槽22が設けられている。この貯留槽22には、薬液供給管路18と、窒素ガス供給管路20とが連通されている。貯留槽22の底部より引き出された薬液吐出管路24は、薬液の流量を微小流量に絞る絞り管25を介して混合ユニット16に連通されている。また、薬液吐出管路24には、エア駆動式の開閉弁43と、開閉弁43の上流に設けられたチェック弁(逆流防止弁)44が配設されている。
【0014】
また、窒素ガス供給管路20には、薬液供給圧力を所定圧力に減圧する減圧弁26、窒素ガスの質量流量を計測する質量流量計27、窒素ガス中の微粒子を除去するガスフィルタ28、窒素ガスの流量を調整するエア駆動式の流量調整弁30が配設されている。また、薬液供給管路18には、薬液の流量を計測する超音波式渦流量計32、チェック弁(逆流防止弁)33、薬液の供給量を制御するエア駆動式の開閉弁34が配設されている。
【0015】
超音波式渦流量計32は、薬液供給管路18から供給された薬液(HF液)の流量を計測しており、流量に比例したアナログ信号を発信器32aから制御回路40に発信している。そして、制御回路40は、このアナログ信号から得られた流量計測値に基づいて開閉弁34を開閉制御する。
【0016】
質量流量計27は、窒素ガス供給管路20から供給された窒素ガスの流量を計測しており、流量に比例した周期のアナログ信号を制御回路40に発信している。そして、制御回路40は、このアナログ信号が設定された値で安定するように流量調整弁30の弁開度を制御する。
【0017】
貯留槽22は、薬液供給管路18から供給された薬液(HF液)を一時的に貯留することで薬液(HF液)を安定供給するものである。また、貯留槽22の上部には、ガス抜き管路35と、圧力を測定する液面センサ38とが設けられている。そして、ガス抜き管路35には、チェック弁(逆流防止弁)36と、エア駆動式の逃がし弁37とが設けられている。尚、逃がし弁37は、薬液の注入時に開弁されて貯留槽22の内部に残留した窒素ガスを外部へ排気することで薬液注入時の負荷を軽減する。
【0018】
液面センサ38からの検出信号は、制御回路40に入力されており、制御回路40によって貯留槽22の液位(液面高さ)が管理されている。
【0019】
また、純水供給経路14は、純水供給管路45に純水を送液するポンプ(流体供給手段)46と、純水の流量を計測する超音波式渦流量計48と、純水の供給量を調整する流量調整弁50が配設されている。超音波式流量計48は、純水供給経路14から供給された純水の流量を計測しており、流量に比例した周期のアナログ信号を発信器48aから制御回路40に発信している。
【0020】
そして、制御回路40は、このアナログ信号から得られた流量計測値に基づいて電空レギュレータ49に制御信号を出力する。電空レギュレータ49は、流量調整弁50のアクチュエータ部50aに連通された空気圧供給管路49aに設けられており、制御回路40からの制御信号に基づいて流量調整弁50のアクチュエータ部50aに供給される空気圧を調整する。これにより、流量調整弁50は、電空レギュレータ49から供給された空気圧によってアクチュエータ部50aが駆動され、アクチュエータ部50aの駆動により弁開度を制御して流量を調整する。
【0021】
上記開閉弁34,43及び逃がし弁37は、エア駆動式のノーマルクローズ弁構造で構成されており、エア供給回路39から供給されるエア(圧縮空気)により開弁動作する。また、エア供給回路39は、流量調整弁30、開閉弁34,43、逃がし弁37に連通された空気管路30a,34a,43a,37aに対して空気源(コンプレッサ等)41からの圧縮空気を選択的に供給する電磁弁(図示せず)が設けられている。
【0022】
そのため、エア供給回路39では、制御回路40からの制御信号に基づいて空気管路30a,34a,43a,37aへ供給する圧縮空気をオンまたはオフにして流量調整弁30の弁開度を調整し、開閉弁34,43または逃がし弁37を開弁または閉弁させる。
【0023】
また、上記薬液供給管路18及び純水供給管路45は、パーフロロアルコキシ共重合体(PFA樹脂)、あるいはポリフッ化ビニリデン(PVDF樹脂)などの不純物の溶出や微粒子の発生が極めて少ない材質により形成されている。
【0024】
また、制御回路40のメモリには、流体供給開始時、薬液吐出管路24に配された開閉弁43及び窒素ガス供給管路20に配された流量調整弁30及び開閉弁43及び、純水供給管路45に配された流量調整弁50を開弁させる制御プログラム(制御手段)が格納されている。
【0025】
また、制御回路40のメモリには、流体供給停止時、薬液吐出管路24に配された開閉弁43及び窒素ガス供給管路20に配された流量調整弁30、純水供給管路45に配された流量調整弁50を閉弁させる制御プログラム(制御手段)が格納されている。
【0026】
図2は混合ユニット16の構成を拡大して示す縦断面図である。図3は図2中A−A線に沿う縦断面図である。
図2及び図3に示されるように、混合ユニット16は、耐薬品性に優れた四フッ化エチレン樹脂(PTFE樹脂)からなるユニット本体60と、ユニット本体60の一端に開口する第1の混合室62と、ユニット本体60の他端に開口する第2の混合室64と、第1の混合室62と第2の混合室64との間を連通する小径な絞り孔66と、第1の混合室62の開口に圧入(または接着)された流入管68と、第2の混合室64の開口に圧入(または接着)された流出管70と、第1の混合室62に上方から挿入された絞り管25とより構成されている。
【0027】
第1の混合室62、第2の混合室64、絞り孔66は、同一軸線上に直列に配置されており、流入管68の流入路68a,絞り孔66,流出管70の流出路70aもユニット本体60の中心線上に配置されている。
【0028】
本実施例では、流入路68aの内径d1、第1の混合室62の内径d2、絞り孔66の内径d3、第2の混合室64の内径d4、流出路70aの内径d5とすると、各内径の大きさは、d2(=d4)>d1(=d5)>d3に設定されている。
【0029】
流入路68aは、純水供給管路45が連通され、流出路70aには混合ユニット16の下流に連通された吐出管路52が連通されている。また、絞り管25は、針のように小径な孔25aが貫通しており、薬液吐出管路24から供給された薬液を第1の混合室62に供給する。
【0030】
さらに、絞り管25の先端は、第1の混合室62の中心まで突出しており、孔25aから吐出された微小流量の薬液は、貯留槽22内の窒素ガス圧によって所定圧力に加圧されており、流入路68aから流入された純水の流れの中心(流速の高い領域)に窒素ガス圧で押し出されて混合される。
【0031】
そのため、流入路68aから第1の混合室62の中心に吐出された純水の流れは、ポンプ46によって所定圧力に加圧されており、高流速で絞り管25の先端に衝突して乱流状態になりながら絞り管25から吐出された薬液と混合される。
【0032】
絞り孔66の入口及び出口には、円錐状に傾斜したテーパ部72,74が形成されている。従って、第1の混合室62で混合された流体は、テーパ部72にガイドされて小径な絞り孔66に流入し、流速を加速される。
【0033】
また、絞り孔66を通過した流体は、テーパ部74にガイドされて第2の混合室64に拡散して薬液と純水を均一の混合比となるように混合させる。従って、絞り孔66の入口及び出口に設けられたテーパ部72,74によって、流体が滞留することが無くなり、第1の混合室62及び第2の混合室64において部分的に高濃度の領域が形成されることが防止される。
【0034】
このように、絞り孔66で加速された流体は、第2の混合室64において流速が減速されて流出管70の端部によって流れが変化するため、流路面積の大きい第2の混合室64の内部空間内を乱流状態で通過して小径な流出路70aから吐出管路52へ吐出される。
【0035】
従って、第1の混合室62で混合された薬液と純水は、第1の混合室62、絞り孔66、第2の混合室64を通過する過程で均一な一定の濃度に混合されて吐出管路52へ安定供給される。特に、微小流量の薬液と大流量の入水との混合比率が1:99のように大きく異なる場合でも、第1の混合室62で混合された2液を、第1の混合室62、絞り孔66、第2の混合室64を通過する過程で均一な濃度に混合することが可能になる。
【0036】
また、混合ユニット16は、第1の混合室62、第2の混合室64、絞り孔66は、同一軸線上に直列に配置されているので、加工がしやすい構成であり、ユニット本体60の一端からドリルにより第1の混合室62を切削加工し、ユニット本体60の他端からセンタドリルにより第1の混合室62を切削加工すると共に、絞り孔66を切削加工することで、比較的少ない工数でユニット本体60を製作することが可能である。そのため、混合ユニット16の製造コストを安価に抑えることができる。
【0037】
また、ユニット本体60は、上記のようなドリルによる切削加工で加工しても良いし、あるいは金型を使用して一体成型することも可能である。この場合、量産効果によるコストダウンを図ることが可能になる。
【0038】
ここで、変形例について説明する。
図4は混合ユニット16の変形例1の構成を拡大して示す縦断面図である。図5は図4中B−B線に沿う縦断面図である。図4及び図5において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図4及び図5に示されるように、混合ユニット16は、第2の混合室64に渦発生体80が横架されている。この渦発生体80は、絞り孔66と流出路70aとの間に位置するように設けられている。
【0039】
そのため、絞り孔66から吐出された流体は、絞り孔66を通過する過程で加速されており、第2の混合室64において、渦発生体80に衝突して渦発生体80の下流側に迂回するような流れになる。このような、流れの方向の変化により渦発生体80の下流では、乱流状態になり、さらにその下流にカルマン渦が発生する。これにより、第1の混合室62で混合された薬液と純水は、第1の混合室62、絞り孔66、第2の混合室64を通過する過程で均一な一定の濃度に混合されて吐出管路52へ安定供給される。
【0040】
図6は混合ユニット16の変形例2の構成を拡大して示す縦断面図である。尚、図6において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図6に示されるように、混合ユニット16は、上記絞り孔66の入口及び出口にテーパ部72,74を設ける代わりに垂直な壁部82,84を設ける構成とすることも可能である。
【0041】
この変形例2では、流入路68aから第1の混合室62の中心に吐出された純水の流れは、高流速で絞り管25の先端に衝突して乱流状態になりながら絞り管25から吐出された薬液と混合された後、壁部82に衝突して複雑な流れ(渦)を発生させて2液を均一な濃度に混合させる。
【0042】
さらに、絞り孔66で加速された流体は、第2の混合室64において流速が減速されて流出管70の端部によって流れが変化するため、流路面積の大きい第2の混合室64の内部空間内を乱流状態で通過して小径な流出路70aから吐出管路52へ吐出される。
【0043】
このように、2種類の流体は、第1の混合室62で混合され、さらに第2の混合室64でも混合されるため、第1の混合室62、絞り孔66、第2の混合室64を通過する過程で段階的に均一な一定の濃度に混合されて吐出管路52へ安定供給される。
【0044】
図7は混合ユニット16の変形例3の構成を拡大して示す縦断面図である。尚、図7において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図7に示されるように、混合ユニット16は、ユニット本体60の一端に第1の混合室62を形成し、ユニット本体60の他端に円筒状の絞り部材90を挿入するための挿入孔60aが形成されている。絞り部材90は、一端の壁部90aに絞り孔66が貫通し、他端に第2の混合室64が形成されている。また、絞り部材90の外周には、ユニット本体60の挿入孔60aとの間をシールするシール部材(Oリング)92が装着されている。
【0045】
絞り部材90は、ユニット本体60に対して組み立て方式であるので、例えば、絞り孔66の内径の異なる絞り部材90を複数用意することで、絞り孔66の内径を簡単に変えることが可能になる。
【0046】
また、絞り部材90をユニット本体60から外すことにより、壁部90aに複数の小孔を形成することも可能になる。
【0047】
尚、本実施の形態では、2種類の流体を混合ノズル16で混合するよう構成された装置を一例として挙げたが、これに限らず、例えば、2種類の流体をタンク内で混合し、撹拌して供給するように構成された混合装置にも本発明が適用できるのは勿論である。
【0048】
また、本実施の形態では、フッ化水素酸と純水とを所定の割合で混合させる場合を一例として挙げたが、他の薬液を混合する場合にも本発明が適用できるのは勿論である。
【0049】
また、本実施の形態では、フッ化水素酸と純水との2種類の液体を混合する場合を一例として説明したが、成分が異なる2種以上の流体を混合させる場合にも本発明が適用できるのは勿論である。
【0050】
また、本実施例において、純水の供給手段としてポンプを用いたが、これに限らず、例えば、高低差を利用した方法を流体供給手段として用いる方法を用いても良い。
【0051】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、異なる種類の流体を個別に供給する複数の流体供給経路と、複数の流体供給経路を流れる流体を所定圧力に加圧して供給する液体供給手段と、液体供給手段により加圧された複数の流体を混合させる混合手段と、を備えてなる混合装置において、混合手段は、複数の流体供給経路から供給された複数の流体が混合される第1の混合室と、第1の混合室よりも小径に形成され、第1の混合室で混合された流体の流速を高める絞りと、絞りよりも大径に形成され、絞りから吐出された流体の流速を減速して乱流に変化させる第2の混合室と、からなるため、複数の流体を流れの過程で乱流によって均一に混合させることが可能になり、混合された一定濃度の流体を安定供給することが可能になる。例えば、混合比率が1:99のように混合比が大きく異なる場合には、第1の混合室で混合された2液を、第1の混合室、絞り、第2の混合室を通過する過程で均一な一定の濃度に混合して安定供給することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる混合装置の一実施例の概略構成を示す構成図である。
【図2】混合ユニット16の構成を拡大して示す縦断面図である。
【図3】図2中A−A線に沿う縦断面図である。
【図4】混合ユニット16の変形例1の構成を拡大して示す縦断面図である。
【図5】図4中B−B線に沿う縦断面図である。
【図6】混合ユニット16の変形例2の構成を拡大して示す縦断面図である。
【図7】混合ユニット16の変形例3の構成を拡大して示す縦断面図である。
【符号の説明】
10 混合装置
12 薬液供給経路
14 純水供給経路
16 混合ユニット
18 薬液供給管路
20 窒素ガス供給管路
22 貯留槽
24 薬液吐出管路
27 質量流量計
30 流量調整弁
34,37,43 開閉弁
30a,34a,37a,34a 空気管路
32,48 超音波式渦流量計
37 逃がし弁
38 液面センサ
39 エア供給回路
40 制御回路
41 空気源
44 流量安定部
45 純水供給管路
46 ポンプ
50 流量調整弁
60 ユニット本体
62 第1の混合室
64 第2の混合室
66 絞り孔
68 流入管
70 流出管
72,74 テーパ部
80 渦発生体
82,84 壁部
90 絞り部材
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mixing apparatus that supplies a mixed liquid used in a flat panel display manufacturing process such as a semiconductor or a liquid crystal by mixing a plurality of chemical solutions having different components, for example.
[0002]
[Prior art]
Hereinafter, a mixing device for mixing pure water and a chemical solution will be described as an example of a mixing device for mixing two types of liquids.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a mixing device for mixing two kinds of chemical solutions having different components, for example, there is a mixing device described in JP-A-2000-74718. In this gazette, an undiluted chemical solution is weighed and measured in a measuring tank, then the measured chemical solution is dropped into a mixing tank, mixed, diluted with pure water to a predetermined concentration, and then the mixed and diluted chemical liquid is stored. It is configured to be dropped into a tank, heated to a predetermined temperature, and supplied to a semiconductor manufacturing apparatus.
[0004]
In this type of mixing apparatus, the measurement of the chemical solution and the amount of dilution with pure water are managed by measuring (detecting) the liquid level in each tank.
[0005]
In addition, a flow meter for measuring the respective flow rates is provided in a supply pipe for supplying the chemical solution and the pure water, and the flow rate is measured using the flow meter while controlling the valve opening of the flow control valve to control the chemical solution and the pure water. It is also considered to adjust the mixing ratio with water.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional mixing apparatus configured as described above, the number of tanks such as a measuring tank, a mixing tank, and a supply tank is large, and the capacity of each tank is large. Therefore, it is difficult to reduce the size of the apparatus.
[0007]
In addition, since a liquid level sensor is used for weighing the chemical solution, weighing the pure water used for dilution, and detecting a request for replenishing the storage tank with the chemical solution, the liquid may foam in the tank or the liquid surface may undulate. Then, the liquid level sensor malfunctions, and it becomes impossible to mix the chemical liquid at a mixing ratio of a predetermined concentration. In addition, since the liquid level sensors provided in each tank are expensive, it has been difficult to reduce the manufacturing cost of the apparatus.
[0008]
Further, in the device for controlling the opening degree of the flow control valve described above, when the mixing ratio of the chemical liquid and the pure water is, for example, 1:99, and the liquid volume of the generated mixed liquid is 20 L (liter), Is 200 mL (milliliter), whereas the supply of pure water is 19800 mL. In the case where the mixing ratio of the two liquids is greatly different, for example, the flow rate is controlled so that the chemical liquid is supplied at a very small flow rate by controlling the valve opening of the flow control valve while measuring the flow rate using a flow meter. It was difficult to adjust, and the mixing ratio of the liquid mixed at a constant ratio was not stable.
[0009]
In addition, when mixing with pure water while adjusting the flow rate of the chemical solution to a very small flow rate, if a concentrated chemical solution (raw solution) is dropped into the supply tank, it does not mix sufficiently with the chemical solution previously stored in the supply tank, and The chemical solution must be supplied in small increments as much as possible because the undiluted solution falls into the chemical solution in the supply tank without being diffused. Therefore, there is a possibility that a high-concentration chemical solution is supplied.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to provide a mixing device that solves the above problems.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
According to the present invention, a plurality of fluid supply paths that individually supply different types of fluids, a fluid supply unit that supplies a fluid flowing through the plurality of fluid supply paths by pressurizing the fluid to a predetermined pressure, and a fluid supply unit that is pressurized. A mixing device for mixing a plurality of fluids, the mixing device comprising: a first mixing chamber in which the plurality of fluids supplied from the plurality of fluid supply paths are mixed; and a first mixing chamber. A throttle formed to have a smaller diameter than that of the first mixing chamber to increase the flow velocity of the fluid mixed in the first mixing chamber; and a throttle formed to have a larger diameter than the throttle to reduce the flow velocity of the fluid discharged from the throttle to change to a turbulent flow. And a second mixing chamber, whereby a plurality of fluids can be uniformly mixed by a turbulent flow in the course of flow, and a mixed fluid having a constant concentration can be stably supplied.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the mixing apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 1, for example, the mixing device 10 includes a 50% hydrofluoric acid (chemical solution) supplied via a chemical solution supply path 12 and pure water supplied via a pure water supply path 14. Are mixed by a mixing unit (mixing means) 16 and supplied to a wafer (not shown) in a semiconductor manufacturing line. In addition, hydrofluoric acid is an aqueous solution of hydrogen fluoride (hydrogen fluoride), and is hereinafter referred to as “chemical solution (HF solution)”.
[0013]
The chemical supply path 12 is provided with a storage tank 22 as pump means (fluid supply means) for supplying the stored chemical at the pressure of nitrogen gas. The storage tank 22 is in communication with the chemical supply pipe 18 and the nitrogen gas supply pipe 20. The chemical solution discharge pipe 24 drawn from the bottom of the storage tank 22 is connected to the mixing unit 16 via a throttle pipe 25 for reducing the flow rate of the chemical solution to a very small flow rate. An air-driven open / close valve 43 and a check valve (backflow prevention valve) 44 provided upstream of the open / close valve 43 are disposed in the chemical solution discharge pipe 24.
[0014]
The nitrogen gas supply pipe 20 has a pressure reducing valve 26 for reducing the chemical solution supply pressure to a predetermined pressure, a mass flow meter 27 for measuring a mass flow rate of the nitrogen gas, a gas filter 28 for removing fine particles in the nitrogen gas, and a nitrogen gas. An air-driven flow control valve 30 for controlling the flow rate of gas is provided. The chemical supply pipe 18 is provided with an ultrasonic vortex flowmeter 32 for measuring the flow rate of the chemical, a check valve (backflow prevention valve) 33, and an air-driven open / close valve 34 for controlling the supply of the chemical. Have been.
[0015]
The ultrasonic vortex flow meter 32 measures the flow rate of the chemical liquid (HF liquid) supplied from the chemical liquid supply pipe 18 and transmits an analog signal proportional to the flow rate from the transmitter 32a to the control circuit 40. . Then, the control circuit 40 controls the opening and closing of the on-off valve 34 based on the flow rate measurement value obtained from the analog signal.
[0016]
The mass flow meter 27 measures the flow rate of the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply pipe 20, and transmits an analog signal having a cycle proportional to the flow rate to the control circuit 40. Then, the control circuit 40 controls the valve opening of the flow control valve 30 so that the analog signal is stabilized at the set value.
[0017]
The storage tank 22 is for stably supplying a chemical solution (HF solution) by temporarily storing the chemical solution (HF solution) supplied from the chemical solution supply pipe 18. Above the storage tank 22, a gas vent pipe 35 and a liquid level sensor 38 for measuring pressure are provided. The gas vent line 35 is provided with a check valve (backflow prevention valve) 36 and an air-driven relief valve 37. In addition, the relief valve 37 is opened at the time of injecting the chemical, and exhausts the nitrogen gas remaining in the storage tank 22 to the outside to reduce the load at the time of injecting the chemical.
[0018]
The detection signal from the liquid level sensor 38 is input to the control circuit 40, and the control circuit 40 manages the liquid level (liquid level) of the storage tank 22.
[0019]
The pure water supply path 14 includes a pump (fluid supply means) 46 for supplying pure water to a pure water supply pipe 45, an ultrasonic vortex flow meter 48 for measuring the flow rate of pure water, A flow control valve 50 for adjusting the supply amount is provided. The ultrasonic flowmeter 48 measures the flow rate of pure water supplied from the pure water supply path 14 and transmits an analog signal having a cycle proportional to the flow rate from the transmitter 48a to the control circuit 40.
[0020]
Then, the control circuit 40 outputs a control signal to the electropneumatic regulator 49 based on the flow rate measurement value obtained from the analog signal. The electropneumatic regulator 49 is provided in an air pressure supply pipe 49a connected to the actuator section 50a of the flow control valve 50, and is supplied to the actuator section 50a of the flow control valve 50 based on a control signal from the control circuit 40. Adjust air pressure. As a result, the flow control valve 50 drives the actuator section 50a by the air pressure supplied from the electropneumatic regulator 49, and controls the valve opening by driving the actuator section 50a to adjust the flow rate.
[0021]
The open / close valves 34 and 43 and the relief valve 37 are configured with an air-driven normally closed valve structure, and open with air (compressed air) supplied from an air supply circuit 39. Further, the air supply circuit 39 supplies compressed air from an air source (compressor or the like) 41 to the air pipes 30 a, 34 a, 43 a, and 37 a communicating with the flow control valve 30, the on-off valves 34 and 43, and the relief valve 37. (Not shown) is provided to selectively supply the pressure.
[0022]
Therefore, the air supply circuit 39 turns on or off the compressed air to be supplied to the air pipelines 30a, 34a, 43a, and 37a based on a control signal from the control circuit 40, and adjusts the valve opening of the flow control valve 30. Then, the on / off valves 34 and 43 or the relief valve 37 are opened or closed.
[0023]
The chemical solution supply line 18 and the pure water supply line 45 are made of a material such as perfluoroalkoxy copolymer (PFA resin) or polyvinylidene fluoride (PVDF resin), which has very little elution of impurities and generation of fine particles. Is formed.
[0024]
At the start of the fluid supply, the memory of the control circuit 40 includes an on-off valve 43 disposed on the chemical solution discharge line 24 and a flow control valve 30 and an on-off valve 43 disposed on the nitrogen gas supply line 20, and pure water. A control program (control means) for opening the flow control valve 50 arranged in the supply line 45 is stored.
[0025]
In addition, when the fluid supply is stopped, the memory of the control circuit 40 includes an on-off valve 43 disposed on the chemical solution discharge pipe 24, a flow control valve 30 disposed on the nitrogen gas supply pipe 20, and a pure water supply pipe 45. A control program (control means) for closing the arranged flow regulating valve 50 is stored.
[0026]
FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing the configuration of the mixing unit 16. FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG.
As shown in FIGS. 2 and 3, the mixing unit 16 includes a unit main body 60 made of tetrafluoroethylene resin (PTFE resin) having excellent chemical resistance, and a first mixing unit opened at one end of the unit main body 60. A second mixing chamber 64 opening at the other end of the unit main body 60, a small-diameter throttle hole 66 communicating between the first mixing chamber 62 and the second mixing chamber 64, An inflow pipe 68 press-fitted (or bonded) into the opening of the mixing chamber 62, an outflow pipe 70 press-fitted (or bonded) into the opening of the second mixing chamber 64, and inserted into the first mixing chamber 62 from above. And a constriction tube 25.
[0027]
The first mixing chamber 62, the second mixing chamber 64, and the throttle hole 66 are arranged in series on the same axis, and the inflow path 68a of the inflow pipe 68, the throttling hole 66, and the outflow path 70a of the outflow pipe 70 are also provided. It is arranged on the center line of the unit main body 60.
[0028]
In this embodiment, assuming that the inside diameter d1 of the inflow passage 68a, the inside diameter d2 of the first mixing chamber 62, the inside diameter d3 of the throttle hole 66, the inside diameter d4 of the second mixing chamber 64, and the inside diameter d5 of the outflow passage 70a, Is set such that d2 (= d4)> d1 (= d5)> d3.
[0029]
The inflow passage 68a communicates with the pure water supply pipeline 45, and the outflow passage 70a communicates with the discharge pipeline 52 communicated downstream of the mixing unit 16. The throttle pipe 25 has a small-diameter hole 25a penetrating like a needle, and supplies the chemical supplied from the chemical discharge pipe 24 to the first mixing chamber 62.
[0030]
Further, the tip of the throttle pipe 25 projects to the center of the first mixing chamber 62, and the chemical at a small flow rate discharged from the hole 25 a is pressurized to a predetermined pressure by the nitrogen gas pressure in the storage tank 22. The water is pushed out and mixed with the nitrogen gas pressure at the center of the pure water flowing from the inflow passage 68a (in a region where the flow velocity is high).
[0031]
Therefore, the flow of the pure water discharged from the inflow passage 68a to the center of the first mixing chamber 62 is pressurized to a predetermined pressure by the pump 46, and collides with the tip of the throttle pipe 25 at a high flow velocity to generate a turbulent flow. While being in a state, it is mixed with the chemical solution discharged from the throttle tube 25.
[0032]
Conically inclined tapered portions 72 and 74 are formed at the entrance and exit of the throttle hole 66. Accordingly, the fluid mixed in the first mixing chamber 62 is guided by the tapered portion 72 and flows into the small-diameter throttle hole 66 to accelerate the flow velocity.
[0033]
Further, the fluid that has passed through the throttle hole 66 is guided by the tapered portion 74 and diffuses into the second mixing chamber 64 to mix the chemical solution and pure water so as to have a uniform mixing ratio. Therefore, the fluid does not stay due to the tapered portions 72 and 74 provided at the inlet and the outlet of the throttle hole 66, and the high-concentration regions are partially formed in the first mixing chamber 62 and the second mixing chamber 64. Formation is prevented.
[0034]
As described above, the fluid accelerated by the throttle hole 66 has its flow velocity reduced in the second mixing chamber 64 and the flow changes at the end of the outflow pipe 70, so that the second mixing chamber 64 having a large channel area is used. Is discharged in a turbulent state through the small outflow passage 70 a to the discharge pipe 52.
[0035]
Therefore, the chemical and pure water mixed in the first mixing chamber 62 are mixed and discharged to a uniform and uniform concentration while passing through the first mixing chamber 62, the throttle hole 66, and the second mixing chamber 64. It is supplied stably to the pipeline 52. In particular, even when the mixing ratio between the small flow rate chemical solution and the large flow rate water input is very different, such as 1:99, the two liquids mixed in the first mixing chamber 62 are mixed in the first mixing chamber 62 and the throttle hole. 66, it becomes possible to mix to a uniform concentration in the process of passing through the second mixing chamber 64.
[0036]
Further, the mixing unit 16 has a configuration in which the first mixing chamber 62, the second mixing chamber 64, and the throttle hole 66 are arranged in series on the same axis, so that processing is easy. The first mixing chamber 62 is cut by a drill from one end, the first mixing chamber 62 is cut by a center drill from the other end of the unit body 60, and the drawing hole 66 is cut by a relatively small amount. The unit main body 60 can be manufactured with man-hours. Therefore, the manufacturing cost of the mixing unit 16 can be reduced.
[0037]
Further, the unit main body 60 may be processed by a cutting process using a drill as described above, or may be integrally formed using a mold. In this case, it is possible to reduce costs due to mass production effects.
[0038]
Here, a modified example will be described.
FIG. 4 is an enlarged longitudinal sectional view illustrating the configuration of Modification Example 1 of the mixing unit 16. FIG. 5 is a longitudinal sectional view taken along line BB in FIG. 4 and 5, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
As shown in FIGS. 4 and 5, in the mixing unit 16, a vortex generator 80 is suspended in a second mixing chamber 64. The vortex generator 80 is provided so as to be located between the throttle hole 66 and the outflow passage 70a.
[0039]
Therefore, the fluid discharged from the throttle hole 66 is accelerated in the process of passing through the throttle hole 66, and collides with the vortex generator 80 in the second mixing chamber 64 and bypasses to the downstream side of the vortex generator 80. It becomes a flow that does. Due to such a change in the direction of the flow, a turbulent state is created downstream of the vortex generator 80, and a Karman vortex is generated further downstream. As a result, the chemical solution and pure water mixed in the first mixing chamber 62 are mixed to a uniform and uniform concentration while passing through the first mixing chamber 62, the throttle hole 66, and the second mixing chamber 64. It is stably supplied to the discharge pipeline 52.
[0040]
FIG. 6 is an enlarged longitudinal sectional view showing the configuration of Modification 2 of the mixing unit 16. In FIG. 6, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 6, the mixing unit 16 may have a configuration in which vertical walls 82 and 84 are provided instead of the tapered portions 72 and 74 at the entrance and the exit of the throttle hole 66.
[0041]
In the second modification, the flow of the pure water discharged from the inflow passage 68a to the center of the first mixing chamber 62 collides with the tip of the throttle pipe 25 at a high flow rate, and forms a turbulent flow from the throttle pipe 25. After being mixed with the discharged chemical, the liquid collides with the wall portion 82 to generate a complicated flow (vortex) to mix the two liquids at a uniform concentration.
[0042]
Further, the flow rate of the fluid accelerated by the throttle hole 66 is reduced in the second mixing chamber 64 and the flow is changed by the end of the outflow pipe 70. The gas passes through the space in a turbulent state and is discharged from the small-diameter outflow passage 70a to the discharge pipe 52.
[0043]
As described above, the two types of fluids are mixed in the first mixing chamber 62 and further mixed in the second mixing chamber 64, so that the first mixing chamber 62, the throttle hole 66, and the second mixing chamber 64 Are mixed stepwise into a uniform and uniform concentration and are stably supplied to the discharge pipeline 52.
[0044]
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the configuration of Modification 3 of the mixing unit 16 in an enlarged manner. In FIG. 7, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 7, the mixing unit 16 has a first mixing chamber 62 formed at one end of the unit main body 60, and an insertion hole 60a for inserting a cylindrical throttle member 90 at the other end of the unit main body 60. Is formed. The restricting member 90 has a restrictor hole 66 penetrating through a wall portion 90a at one end, and a second mixing chamber 64 formed at the other end. A seal member (O-ring) 92 for sealing the space between the aperture member 90 and the insertion hole 60a of the unit main body 60 is mounted on the outer periphery of the aperture member 90.
[0045]
Since the aperture member 90 is assembled to the unit main body 60, for example, by preparing a plurality of aperture members 90 having different inner diameters of the aperture holes 66, the inner diameter of the aperture holes 66 can be easily changed. .
[0046]
Further, by removing the aperture member 90 from the unit main body 60, it becomes possible to form a plurality of small holes in the wall portion 90a.
[0047]
In the present embodiment, an apparatus configured to mix two kinds of fluids by the mixing nozzle 16 is described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, two kinds of fluids are mixed in a tank and stirred. Needless to say, the present invention can also be applied to a mixing device configured to supply the mixture.
[0048]
Further, in the present embodiment, the case where hydrofluoric acid and pure water are mixed at a predetermined ratio has been described as an example, but the present invention can of course be applied to the case where other chemicals are mixed. .
[0049]
Further, in the present embodiment, a case where two kinds of liquids of hydrofluoric acid and pure water are mixed is described as an example, but the present invention is also applied to a case where two or more kinds of fluids having different components are mixed. Of course you can.
[0050]
In the present embodiment, a pump is used as the pure water supply means. However, the present invention is not limited to this. For example, a method using a height difference as the fluid supply means may be used.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of fluid supply paths for individually supplying different types of fluids, a liquid supply means for supplying a fluid flowing through the plurality of fluid supply paths to a predetermined pressure, and a liquid supply path Mixing means for mixing the plurality of fluids pressurized by the means, wherein the mixing means comprises: a first mixing chamber in which the plurality of fluids supplied from the plurality of fluid supply paths are mixed. A throttle formed to have a smaller diameter than the first mixing chamber and increasing the flow velocity of the fluid mixed in the first mixing chamber; and a throttle formed to have a larger diameter than the throttle and reducing the flow velocity of the fluid discharged from the throttle. And a second mixing chamber that changes the fluid into a turbulent flow, so that a plurality of fluids can be uniformly mixed by the turbulent flow in the process of flowing, and the mixed fluid having a constant concentration can be stably supplied. Becomes possible. For example, when the mixing ratio is greatly different, such as 1:99, the process of passing the two liquids mixed in the first mixing chamber through the first mixing chamber, the throttle, and the second mixing chamber. It is possible to stably supply the mixture at a uniform and uniform concentration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a mixing device according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a configuration of a mixing unit 16;
FIG. 3 is a vertical sectional view taken along line AA in FIG. 2;
FIG. 4 is an enlarged longitudinal sectional view illustrating a configuration of Modification Example 1 of a mixing unit 16;
FIG. 5 is a longitudinal sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 6 is an enlarged longitudinal sectional view illustrating a configuration of a modification 2 of the mixing unit 16;
FIG. 7 is an enlarged longitudinal sectional view illustrating a configuration of a modification 3 of the mixing unit 16.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mixing device 12 Chemical supply path 14 Pure water supply path 16 Mixing unit 18 Chemical supply line 20 Nitrogen gas supply line 22 Storage tank 24 Chemical discharge line 27 Mass flow meter 30 Flow control valves 34, 37, 43 Open / close valve 30a , 34a, 37a, 34a Air lines 32, 48 Ultrasonic vortex flow meter 37 Relief valve 38 Liquid level sensor 39 Air supply circuit 40 Control circuit 41 Air source 44 Flow rate stabilizing unit 45 Pure water supply line 46 Pump 50 Flow rate adjustment Valve 60 Unit main body 62 First mixing chamber 64 Second mixing chamber 66 Throttle hole 68 Inflow pipe 70 Outflow pipe 72, 74 Taper section 80 Vortex generator 82, 84 Wall section 90 Throttle member

Claims (1)

異なる種類の流体を個別に供給する複数の流体供給経路と、
該複数の流体供給経路を流れる流体を所定圧力に加圧して供給する流体供給手段と、
該流体供給手段により加圧された複数の流体を混合させる混合手段と、
を備えてなる混合装置において、
前記混合手段は、
前記複数の流体供給経路から供給された複数の流体が混合される第1の混合室と、
該第1の混合室よりも小径に形成され、前記第1の混合室で混合された流体の流速を高める絞りと、
該絞りよりも大径に形成され、前記絞りから吐出された流体の流速を減速して乱流に変化させる第2の混合室と、
からなることを特徴とする混合装置。
A plurality of fluid supply paths for individually supplying different types of fluids,
Fluid supply means for supplying the fluid flowing through the plurality of fluid supply paths by pressurizing the fluid to a predetermined pressure,
Mixing means for mixing a plurality of fluids pressurized by the fluid supply means,
In a mixing device comprising:
The mixing means,
A first mixing chamber in which a plurality of fluids supplied from the plurality of fluid supply paths are mixed;
A throttle formed to have a smaller diameter than the first mixing chamber and increasing the flow velocity of the fluid mixed in the first mixing chamber;
A second mixing chamber formed to be larger in diameter than the throttle and for reducing the flow velocity of the fluid discharged from the throttle to change it into turbulent flow;
A mixing device comprising:
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