JP2004230293A - 混合装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は機器からの供給要求信号が入力されてから貯留槽の流体を供給開始するまでの時間的な遅れを解消することを課題とする。
【解決手段】混合装置10では、半導体製造装置54から供給要求信号が入力される前に薬液を貯留槽22に所定量に供給し、且つ貯留槽22の上部空間に窒素ガスを所定圧力に加圧した状態に保つ。そのため、半導体製造装置54からの供給要求信号が入力された時点で直ちに貯留槽22の薬液を供給開始することが可能になり、供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。また、半導体製造装置54からの供給要求信号が停止されている間に、貯留槽22に所定量の薬液及び所定圧力の窒素ガスを充填して次回の供給要求信号に備える。これにより、次回の供給要求信号に備えて貯留槽22に対して薬液を直ちに供給し、次回の供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】混合装置10では、半導体製造装置54から供給要求信号が入力される前に薬液を貯留槽22に所定量に供給し、且つ貯留槽22の上部空間に窒素ガスを所定圧力に加圧した状態に保つ。そのため、半導体製造装置54からの供給要求信号が入力された時点で直ちに貯留槽22の薬液を供給開始することが可能になり、供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。また、半導体製造装置54からの供給要求信号が停止されている間に、貯留槽22に所定量の薬液及び所定圧力の窒素ガスを充填して次回の供給要求信号に備える。これにより、次回の供給要求信号に備えて貯留槽22に対して薬液を直ちに供給し、次回の供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。
【選択図】 図1
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(流体)を任意の割合で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、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たものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
また、上記混合装置では、貯留槽に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、流量計によって測定された流量値から薬液の消費量を算出している。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−74718号公報
【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混合装置では、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。
【0007】
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。
【0008】
このような問題を解消するため、純水の供給経路に所定流量の薬液を注入するインライン薬液混合装置の開発が進められている(例えば、特願2002−89310参照)。
【0009】
このインライン薬液混合装置では、薬液供給経路を介して供給された50%フッ化水素酸(薬液)と、純水供給経路を介して供給された純水とを混合ノズルで混合するように構成されている。また、エア供給回路により圧縮空気が空気管路を介して開閉弁に供給されるときは、流量安定部にも圧縮空気が供給される。また、エア供給回路により空気管路への圧縮空気の供給が停止されると、同時に流量安定部への圧縮空気の供給も停止される。このように、開閉弁と流量安定部とは、連動して動作するように圧縮空気の供給・停止が行われており、流量安定部は、開閉弁の閉弁動作に伴う流量変化を吸収して混合ノズルに供給される薬液の供給量を安定化させる。
【0010】
しかしながら、上記インライン薬液混合方式の混合装置では、混合された液が供給される下流の機器(例えば、半導体製造装置等)から供給要求信号があると、貯留槽に所定量の薬液を注入し、薬液の注入が終了すると貯留層に窒素ガスを供給して加圧状態にしてから混合ノズルへ薬液を供給するように構成されている。
【0011】
このように、下流の機器(例えば、半導体製造装置等)から供給要求信号があってから薬液を貯留槽に注入するため、供給要求信号が入力されてから薬液を供給開始するまでに時間がかかり、機器への薬液供給開始が遅れるという問題があった。
【0012】
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。
【0013】
【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。
上記請求項1の本発明は、異なる流体を個別に供給する複数の流体供給経路と、異なる流体のうち流量の少ない流体が一時的に貯留される貯留槽と、貯留槽を加圧する加圧手段と、貯留槽及び流体供給経路から供給された複数の流体を混合させる混合手段と、下流に配置された機器からの供給要求信号により混合手段によって混合された液を機器へ吐出する吐出経路と、機器からの供給要求信号が入力される前に、貯留槽の圧力を任意の所定圧力に保つように制御する制御手段と、を備えたものであり、機器からの供給要求信号が入力された時点で貯留槽の流体を供給開始することが可能になり、供給開始までの時間的な遅れを解消することが可能である。
【0014】
請求項2の本発明は、貯留槽の圧力を他の流体供給経路の圧力測定値以上となるように加圧手段による圧力を制御するものであり、混合手段で安定的に複数の流体を混合させて濃度ムラを防止することが可能になる。
【0015】
請求項3の本発明は、機器からの供給要求信号の入力が停止されたとき、貯留槽に流体を供給するものであり、次回の供給要求信号に備えて貯留槽に流体を直ちに供給して吐出されて減少した流体を補充することが可能になり、供給開始までの時間的な遅れを解消することが可能である。
【0016】
【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)を処理する半導体製造装置(請求項1記載の機器に相当)54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。
【0017】
薬液供給経路12には、薬液を一時的に貯留し、且つ貯留された薬液を窒素ガスの圧力(加圧手段)で供給する貯留槽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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。さらに、ガス抜き管路35には、貯留槽22に充填された窒素ガスの圧力を測定するための第1の圧力センサ29が取り付けられている。また、圧力センサ29は、貯留槽22に充填された窒素ガスの圧力を測定し、圧力測定値の信号を制御回路40に発信している。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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と、純水の供給圧力を測定するための第2の圧力センサ51とが配設されている。超音波式渦流量計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。また、圧力センサ51は、純水供給経路14の圧力測定値の信号を制御回路40に発信している。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
また、制御回路40のメモリには、機器からの供給要求信号が入力される前に、貯留槽の圧力を任意の所定圧力に保つように制御する制御プログラム(制御手段)と、機器からの供給要求信号の入力が停止されたとき、貯留槽22に流体を供給する制御プログラム(制御手段)が格納されている。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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れる。
【0037】
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。
【0038】
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を介して半導体製造装置54へ安定供給される。
【0039】
ここで、制御回路40が実行する制御処理について説明する。
図4は制御回路40が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【0040】
図4に示されるように、制御回路40は、ステップS11(以下「ステップ」を省略する)において、混合装置10の起動スイッチ(図示せず)がオンに操作されると、S12に進み、薬液供給管路18の開閉弁34を開弁させると共に、貯留槽22の逃がし弁37を開弁させる。これにより、貯留槽22の上部空間が減圧されると共に、薬液(原液)が薬液供給管路18を介して貯留槽22の底部から貯留槽22の内部に供給される。
【0041】
次のS13では、貯留槽22の上部に取り付けられた液面センサ38が液面を検出したかどうかをチェックする。S13において、液面センサ38がオンになって液面検出信号を出力すると、貯留槽22内に所定量の薬液が注入されたものと判断してS14に進み、薬液供給管路18の開閉弁34を閉弁させると共に、貯留槽22の逃がし弁37を閉弁させる。これにより、貯留槽22に対する薬液(原液)の供給が停止される。
【0042】
次のS15では、窒素ガス供給管路20の流量調整弁30を全開にして貯留槽22に窒素ガスを供給する。これにより、貯留槽22の上部空間に窒素ガスが充填され、貯留槽22内部に注入された薬液を加圧させる。
【0043】
続いて、S16に進み、貯留槽22の圧力を圧力センサ29が測定し、その測定値を読み込み、圧力測定値が予め設定された所定値に達したかどうかをチェックする。
【0044】
尚、上記所定値は、例えば、純水の供給圧力より高い圧力に設定されている。すなわち、貯留槽22から吐出される薬液の圧力は、純水の供給圧力以上であり、混合ユニット16において、薬液を吐出管路52から第1の混合室62へ安定的に吐出させて純水と混合させることが可能になり、混合ユニット16で純水と薬液とを安定的に混合させて濃度ムラの発生を防止することが可能になる。
【0045】
上記S16において、圧力センサ29の測定値が所定値に達したとき、S17に進み、窒素ガス供給管路20の流量調整弁30を全閉にして貯留槽22への窒素ガス供給を停止する。これにより、貯留槽22においては、半導体製造装置54から供給要求信号が入力される前に薬液が所定量に供給され、且つ窒素ガスが所定圧力に加圧された状態に保たれる。
【0046】
そのため、半導体製造装置54からの供給要求信号が入力された時点で直ちに貯留槽22の薬液を供給開始することが可能になり、供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。尚、本実施例の半導体製造装置54では、例えば、ウエハ(図示せず)の洗浄工程を行う間だけ薬液の供給要求信号を混合装置10に出力するように設定されている。
【0047】
次のS18では、準備完了信号を半導体製造装置54に出力する。そして、S19では、準備完了ランプ(図示せず)を点灯させて作業者に報知する。
【0048】
次のS20では、半導体製造装置54から供給要求信号が入力されたかどうかをチェックする。S20において、半導体製造装置54から供給要求信号が入力されたときは、S21に進み、純水供給経路14の流量調整弁50を開弁させると共に、薬液吐出管路24の開閉弁43を開弁させて混合ユニット16に純水及び薬液を供給して混合させる。
【0049】
これにより、混合ユニット16では、薬液と純水との混合比が例えば1:99となるよう流量制御されながら混合される。この場合、混合ユニット16で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。
【0050】
次のS22では、薬液の供給開始と共に、一定流量の薬液が貯留槽22から吐出されるように窒素ガス供給管路20の流量調整弁30の弁開度を調整する。続いて、S23に進み、半導体製造装置54から入力された供給要求信号が停止されたかどうかをチェックする。
【0051】
S23において、半導体製造装置54から入力された供給要求信号が出力されているときは、上記S22に戻り、一定流量の薬液が貯留槽22から吐出されるように窒素ガス供給管路20の流量調整弁30の弁開度を調整する。
【0052】
また、S23において、半導体製造装置54から入力された供給要求信号が停止されたときは、S24に進み、半導体製造装置54に出力していた準備完了信号を停止させる。続いて、S25では、準備完了ランプ(図示せず)を消灯させる。
【0053】
次のS26では、純水供給経路14の流量調整弁50を閉弁させると共に、薬液吐出管路24の開閉弁43を閉弁させて混合ユニット16に対する純水及び薬液の供給を停止させる。これにより、半導体製造装置54への薬液供給が停止する。
【0054】
次のS27では、貯留槽22の逃がし弁37を開弁させる。これにより、貯留槽22の上部空間に充填された窒素ガスが外部に排出される。そして、S28では、予め設定された所定時間が経過したことを確認する。これにより、貯留槽22の上部空間は、略大気圧に減圧され、薬液の供給がスムーズに行える。
【0055】
次のS29では、貯留槽22の逃がし弁37を開弁させる。その後は、前述したS12に戻り、S12〜S19の処理を実行する。従って、半導体製造装置54からの供給要求信号が停止されている間に、S12〜S19の処理を実行して貯留槽22に所定量の薬液及び所定圧力の窒素ガスを充填して次回の供給要求信号に備える。これにより、次回の供給要求信号に備えて貯留槽22に対して薬液を直ちに供給して吐出されて減少した薬液を補充することが可能になり、次回の供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。
【0056】
また、前述したS20において、半導体製造装置54から供給要求信号が入力されないときは、S30に進み、起動スイッチ(図示せず)がオフかどうかをチェックする。S30において、起動スイッチ(図示せず)がオンのときは、上記S20に戻り、S20,S30の処理を繰り返す。しかし、S30において、起動スイッチ(図示せず)がオフのときは、S31に進み、半導体製造装置54に出力していた準備完了信号を停止させる。続いて、S32では、準備完了ランプ(図示せず)を消灯させる。
【0057】
次のS33では、窒素ガス供給管路20の流量調整弁30を閉弁させて窒素ガスの供給を停止させる。続いて、S34に進み、貯留槽22の逃がし弁37を開弁させる。これにより、貯留槽22の上部空間に充填された窒素ガスが外部に排出される。その後は、S35において、予め設定された所定時間が経過したかどうかをチェックする。
【0058】
S35において、予め設定された所定時間が経過したときは、S36に進み、貯留槽22の逃がし弁37を閉弁させる。これで、一連の混合制御が終了する。
【0059】
尚、本実施の形態では、2種類の流体を上記のような混合ユニット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、他の構造とされたノズルなどで混合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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
【発明の効果】
上述の如く、請求項1の本発明によれば、異なる流体を個別に供給する複数の流体供給経路と、異なる流体のうち流量の少ない流体が一時的に貯留される貯留槽と、貯留槽を加圧する加圧手段と、貯留槽及び流体供給経路から供給された複数の流体を混合させる混合手段と、下流に配置された機器からの供給要求信号により混合手段によって混合された液を機器へ吐出する吐出経路と、機器からの供給要求信号が入力される前に、貯留槽の圧力を任意の所定圧力に保つように制御する制御手段と、を備えたため、機器からの供給要求信号が入力された時点で貯留槽の流体を供給開始することが可能になり、供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。
【0064】
請求項2の本発明によれば、貯留槽の圧力を他の流体供給経路の圧力測定値以上となるように加圧手段による圧力を制御するため、混合手段で安定的に複数の流体を混合させて濃度ムラを防止することができる。
【0065】
請求項3の本発明によれば、機器からの供給要求信号の入力が停止されたとき、貯留槽に流体を供給するため、次回の供給要求信号に備えて貯留槽に流体を直ちに供給して吐出されて減少した流体を補充することが可能になり、次回の供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。
【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】制御回路40が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【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
29 第1の圧力センサ
30 第1の流量調整弁
34,37,43 開閉弁
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 第2の流量調整弁
51 第2の圧力センサ
52 吐出管路
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
【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(流体)を任意の割合で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、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たものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
また、上記混合装置では、貯留槽に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、流量計によって測定された流量値から薬液の消費量を算出している。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−74718号公報
【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混合装置では、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。
【0007】
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。
【0008】
このような問題を解消するため、純水の供給経路に所定流量の薬液を注入するインライン薬液混合装置の開発が進められている(例えば、特願2002−89310参照)。
【0009】
このインライン薬液混合装置では、薬液供給経路を介して供給された50%フッ化水素酸(薬液)と、純水供給経路を介して供給された純水とを混合ノズルで混合するように構成されている。また、エア供給回路により圧縮空気が空気管路を介して開閉弁に供給されるときは、流量安定部にも圧縮空気が供給される。また、エア供給回路により空気管路への圧縮空気の供給が停止されると、同時に流量安定部への圧縮空気の供給も停止される。このように、開閉弁と流量安定部とは、連動して動作するように圧縮空気の供給・停止が行われており、流量安定部は、開閉弁の閉弁動作に伴う流量変化を吸収して混合ノズルに供給される薬液の供給量を安定化させる。
【0010】
しかしながら、上記インライン薬液混合方式の混合装置では、混合された液が供給される下流の機器(例えば、半導体製造装置等)から供給要求信号があると、貯留槽に所定量の薬液を注入し、薬液の注入が終了すると貯留層に窒素ガスを供給して加圧状態にしてから混合ノズルへ薬液を供給するように構成されている。
【0011】
このように、下流の機器(例えば、半導体製造装置等)から供給要求信号があってから薬液を貯留槽に注入するため、供給要求信号が入力されてから薬液を供給開始するまでに時間がかかり、機器への薬液供給開始が遅れるという問題があった。
【0012】
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。
【0013】
【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。
上記請求項1の本発明は、異なる流体を個別に供給する複数の流体供給経路と、異なる流体のうち流量の少ない流体が一時的に貯留される貯留槽と、貯留槽を加圧する加圧手段と、貯留槽及び流体供給経路から供給された複数の流体を混合させる混合手段と、下流に配置された機器からの供給要求信号により混合手段によって混合された液を機器へ吐出する吐出経路と、機器からの供給要求信号が入力される前に、貯留槽の圧力を任意の所定圧力に保つように制御する制御手段と、を備えたものであり、機器からの供給要求信号が入力された時点で貯留槽の流体を供給開始することが可能になり、供給開始までの時間的な遅れを解消することが可能である。
【0014】
請求項2の本発明は、貯留槽の圧力を他の流体供給経路の圧力測定値以上となるように加圧手段による圧力を制御するものであり、混合手段で安定的に複数の流体を混合させて濃度ムラを防止することが可能になる。
【0015】
請求項3の本発明は、機器からの供給要求信号の入力が停止されたとき、貯留槽に流体を供給するものであり、次回の供給要求信号に備えて貯留槽に流体を直ちに供給して吐出されて減少した流体を補充することが可能になり、供給開始までの時間的な遅れを解消することが可能である。
【0016】
【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)を処理する半導体製造装置(請求項1記載の機器に相当)54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。
【0017】
薬液供給経路12には、薬液を一時的に貯留し、且つ貯留された薬液を窒素ガスの圧力(加圧手段)で供給する貯留槽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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。さらに、ガス抜き管路35には、貯留槽22に充填された窒素ガスの圧力を測定するための第1の圧力センサ29が取り付けられている。また、圧力センサ29は、貯留槽22に充填された窒素ガスの圧力を測定し、圧力測定値の信号を制御回路40に発信している。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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と、純水の供給圧力を測定するための第2の圧力センサ51とが配設されている。超音波式渦流量計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。また、圧力センサ51は、純水供給経路14の圧力測定値の信号を制御回路40に発信している。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
また、制御回路40のメモリには、機器からの供給要求信号が入力される前に、貯留槽の圧力を任意の所定圧力に保つように制御する制御プログラム(制御手段)と、機器からの供給要求信号の入力が停止されたとき、貯留槽22に流体を供給する制御プログラム(制御手段)が格納されている。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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れる。
【0037】
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。
【0038】
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を介して半導体製造装置54へ安定供給される。
【0039】
ここで、制御回路40が実行する制御処理について説明する。
図4は制御回路40が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【0040】
図4に示されるように、制御回路40は、ステップS11(以下「ステップ」を省略する)において、混合装置10の起動スイッチ(図示せず)がオンに操作されると、S12に進み、薬液供給管路18の開閉弁34を開弁させると共に、貯留槽22の逃がし弁37を開弁させる。これにより、貯留槽22の上部空間が減圧されると共に、薬液(原液)が薬液供給管路18を介して貯留槽22の底部から貯留槽22の内部に供給される。
【0041】
次のS13では、貯留槽22の上部に取り付けられた液面センサ38が液面を検出したかどうかをチェックする。S13において、液面センサ38がオンになって液面検出信号を出力すると、貯留槽22内に所定量の薬液が注入されたものと判断してS14に進み、薬液供給管路18の開閉弁34を閉弁させると共に、貯留槽22の逃がし弁37を閉弁させる。これにより、貯留槽22に対する薬液(原液)の供給が停止される。
【0042】
次のS15では、窒素ガス供給管路20の流量調整弁30を全開にして貯留槽22に窒素ガスを供給する。これにより、貯留槽22の上部空間に窒素ガスが充填され、貯留槽22内部に注入された薬液を加圧させる。
【0043】
続いて、S16に進み、貯留槽22の圧力を圧力センサ29が測定し、その測定値を読み込み、圧力測定値が予め設定された所定値に達したかどうかをチェックする。
【0044】
尚、上記所定値は、例えば、純水の供給圧力より高い圧力に設定されている。すなわち、貯留槽22から吐出される薬液の圧力は、純水の供給圧力以上であり、混合ユニット16において、薬液を吐出管路52から第1の混合室62へ安定的に吐出させて純水と混合させることが可能になり、混合ユニット16で純水と薬液とを安定的に混合させて濃度ムラの発生を防止することが可能になる。
【0045】
上記S16において、圧力センサ29の測定値が所定値に達したとき、S17に進み、窒素ガス供給管路20の流量調整弁30を全閉にして貯留槽22への窒素ガス供給を停止する。これにより、貯留槽22においては、半導体製造装置54から供給要求信号が入力される前に薬液が所定量に供給され、且つ窒素ガスが所定圧力に加圧された状態に保たれる。
【0046】
そのため、半導体製造装置54からの供給要求信号が入力された時点で直ちに貯留槽22の薬液を供給開始することが可能になり、供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。尚、本実施例の半導体製造装置54では、例えば、ウエハ(図示せず)の洗浄工程を行う間だけ薬液の供給要求信号を混合装置10に出力するように設定されている。
【0047】
次のS18では、準備完了信号を半導体製造装置54に出力する。そして、S19では、準備完了ランプ(図示せず)を点灯させて作業者に報知する。
【0048】
次のS20では、半導体製造装置54から供給要求信号が入力されたかどうかをチェックする。S20において、半導体製造装置54から供給要求信号が入力されたときは、S21に進み、純水供給経路14の流量調整弁50を開弁させると共に、薬液吐出管路24の開閉弁43を開弁させて混合ユニット16に純水及び薬液を供給して混合させる。
【0049】
これにより、混合ユニット16では、薬液と純水との混合比が例えば1:99となるよう流量制御されながら混合される。この場合、混合ユニット16で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。
【0050】
次のS22では、薬液の供給開始と共に、一定流量の薬液が貯留槽22から吐出されるように窒素ガス供給管路20の流量調整弁30の弁開度を調整する。続いて、S23に進み、半導体製造装置54から入力された供給要求信号が停止されたかどうかをチェックする。
【0051】
S23において、半導体製造装置54から入力された供給要求信号が出力されているときは、上記S22に戻り、一定流量の薬液が貯留槽22から吐出されるように窒素ガス供給管路20の流量調整弁30の弁開度を調整する。
【0052】
また、S23において、半導体製造装置54から入力された供給要求信号が停止されたときは、S24に進み、半導体製造装置54に出力していた準備完了信号を停止させる。続いて、S25では、準備完了ランプ(図示せず)を消灯させる。
【0053】
次のS26では、純水供給経路14の流量調整弁50を閉弁させると共に、薬液吐出管路24の開閉弁43を閉弁させて混合ユニット16に対する純水及び薬液の供給を停止させる。これにより、半導体製造装置54への薬液供給が停止する。
【0054】
次のS27では、貯留槽22の逃がし弁37を開弁させる。これにより、貯留槽22の上部空間に充填された窒素ガスが外部に排出される。そして、S28では、予め設定された所定時間が経過したことを確認する。これにより、貯留槽22の上部空間は、略大気圧に減圧され、薬液の供給がスムーズに行える。
【0055】
次のS29では、貯留槽22の逃がし弁37を開弁させる。その後は、前述したS12に戻り、S12〜S19の処理を実行する。従って、半導体製造装置54からの供給要求信号が停止されている間に、S12〜S19の処理を実行して貯留槽22に所定量の薬液及び所定圧力の窒素ガスを充填して次回の供給要求信号に備える。これにより、次回の供給要求信号に備えて貯留槽22に対して薬液を直ちに供給して吐出されて減少した薬液を補充することが可能になり、次回の供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。
【0056】
また、前述したS20において、半導体製造装置54から供給要求信号が入力されないときは、S30に進み、起動スイッチ(図示せず)がオフかどうかをチェックする。S30において、起動スイッチ(図示せず)がオンのときは、上記S20に戻り、S20,S30の処理を繰り返す。しかし、S30において、起動スイッチ(図示せず)がオフのときは、S31に進み、半導体製造装置54に出力していた準備完了信号を停止させる。続いて、S32では、準備完了ランプ(図示せず)を消灯させる。
【0057】
次のS33では、窒素ガス供給管路20の流量調整弁30を閉弁させて窒素ガスの供給を停止させる。続いて、S34に進み、貯留槽22の逃がし弁37を開弁させる。これにより、貯留槽22の上部空間に充填された窒素ガスが外部に排出される。その後は、S35において、予め設定された所定時間が経過したかどうかをチェックする。
【0058】
S35において、予め設定された所定時間が経過したときは、S36に進み、貯留槽22の逃がし弁37を閉弁させる。これで、一連の混合制御が終了する。
【0059】
尚、本実施の形態では、2種類の流体を上記のような混合ユニット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、他の構造とされたノズルなどで混合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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
【発明の効果】
上述の如く、請求項1の本発明によれば、異なる流体を個別に供給する複数の流体供給経路と、異なる流体のうち流量の少ない流体が一時的に貯留される貯留槽と、貯留槽を加圧する加圧手段と、貯留槽及び流体供給経路から供給された複数の流体を混合させる混合手段と、下流に配置された機器からの供給要求信号により混合手段によって混合された液を機器へ吐出する吐出経路と、機器からの供給要求信号が入力される前に、貯留槽の圧力を任意の所定圧力に保つように制御する制御手段と、を備えたため、機器からの供給要求信号が入力された時点で貯留槽の流体を供給開始することが可能になり、供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。
【0064】
請求項2の本発明によれば、貯留槽の圧力を他の流体供給経路の圧力測定値以上となるように加圧手段による圧力を制御するため、混合手段で安定的に複数の流体を混合させて濃度ムラを防止することができる。
【0065】
請求項3の本発明によれば、機器からの供給要求信号の入力が停止されたとき、貯留槽に流体を供給するため、次回の供給要求信号に備えて貯留槽に流体を直ちに供給して吐出されて減少した流体を補充することが可能になり、次回の供給開始までの時間的な遅れを解消することができる。
【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】制御回路40が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【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
29 第1の圧力センサ
30 第1の流量調整弁
34,37,43 開閉弁
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 第2の流量調整弁
51 第2の圧力センサ
52 吐出管路
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
Claims (3)
- 異なる流体を個別に供給する複数の流体供給経路と、
前記異なる流体のうち流量の少ない流体が一時的に貯留される貯留槽と、
該貯留槽を加圧する加圧手段と、
該貯留槽及び前記流体供給経路から供給された複数の流体を混合させる混合手段と、
下流に配置された機器からの供給要求信号により前記混合手段によって混合された液を前記機器へ吐出する吐出経路と、
前記機器からの供給要求信号が入力される前に、前記貯留槽の圧力を任意の所定圧力に保つように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする混合装置。 - 前記制御手段は、前記貯留槽の圧力を他の流体供給経路の圧力測定値以上となるように前記加圧手段による圧力を制御することを特徴とする請求項1記載の混合装置。
- 前記制御手段は、前記機器からの供給要求信号の入力が停止されたとき、前記貯留槽に流体を供給することを特徴とする請求項1記載の混合装置。
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