JP3853664B2 - Chemical solution preparation equipment - Google Patents

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【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、
前記吐出部は、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おり、
前記吐出口は、前記吐出部の下端部から前記混合槽内壁を指向するように突出し、且つ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、
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と、前記混合槽内の液体の重量を測定する重量測定手段とを備える(1)に記載の薬液調製装置。
(3)前記吐出口の位置は、前記混合槽の底面を0%位置とし且つ該混合槽の底面から適正混合容量に対応する液面の半分の高さ位置を50%位置とした場合に、25%位置から50%位置の範囲内に設定される、(1)又は(2)に記載の薬液調製装置。
【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、濃度測定手段と重量測定手段とを備えると、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、前記吐出部は、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おり、
前記吐出口は、前記吐出部の下端部から前記混合槽内壁を指向するように突出し、且つ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
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42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42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。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。
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50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。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40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34,38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
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an apparatus for preparing a chemical solution containing an active ingredient at a predetermined concentration, and in particular, efficiently and efficiently uses various chemical solutions such as an etching solution, a cleaning solution, and a developer used in a photolithography system used in a semiconductor manufacturing process. The present invention relates to an apparatus that can be accurately prepared.
[0002]
[Prior art]
  In various semiconductor manufacturing processes such as an etching process, various chemicals such as an etching solution are used. However, the concentration of the active ingredient in the chemical greatly affects the processing accuracy and the yield. For this reason, the concentration of the active ingredient in these chemical solutions needs to be adjusted accurately and accurately.
  Conventionally, mixing tanks equipped with mixing means and external circulation paths have been used for the preparation of chemicals. However, it took time to make the chemical concentration in the mixing tank completely uniform. In addition, concentration measuring means for adjusting the concentration is required, but depending on the chemical solution, measurement errors may not be negligible due to bubble sensors caused by vortices generated by the stirring flow or turbulent flow generated in the vicinity of the sensor. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid preparation apparatus or a mixing apparatus that can quickly obtain a uniform mixed liquid. It is another object of the present invention to provide a liquid preparation apparatus or a mixing apparatus that can perform precise and accurate concentration adjustment. Furthermore, it is another object to provide a method for preparing a chemical solution for manufacturing a semiconductor that can easily ensure various processing precisions.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
  As a result of intensive studies to solve the above-described problems, the present inventors have completed the following invention. That is, according to the present invention, the following means are provided.
(1) An apparatus for preparing a chemical solution containing a component at a predetermined concentration,
  A mixing tank for mixing the active ingredient-containing solution of the chemical and the dilution liquid;
  A circulation path for flowing the liquid in the mixing tank out of the mixing tank and returning it to the mixing tank;
  A discharge unit connected to the return side of the circulation path and disposed in the mixing tank, and having a discharge port capable of discharging the liquid to be returned under the liquid level in the mixing tank;
  The discharge section is configured to rotate in one rotation direction or alternately in different rotation directions around the inner wall of the mixing tank,
  The discharge port protrudes from the lower end of the discharge portion so as to face the inner wall of the mixing tank, andA chemical solution preparation apparatus, wherein the directivity of the return liquid by the discharge port is any of the following.
(A) One or two or more of the discharge ports can discharge the return liquid from substantially horizontal to obliquely downward, pointing at two or more locations on the inner wall of the tank.
(B) The two or more discharge ports can discharge the return liquid substantially horizontally while being directed to different portions of the inner wall of the tank.
(C) The two or more discharge ports can discharge the return liquid obliquely upward while being directed to different portions of the inner wall of the tank.
(2)The mixing tank includes a first supply path for supplying the active ingredient-containing solution, and a second supply path for supplying the dilution liquid, and the first supply path and the second supply path. Are equipped with a large-volume supply pipe and a small-volume supply pipe,
  In connection with the circulation path or independently of the circulation path, the concentration measurement circulation path including the concentration measurement means and the weight measurement means for measuring the weight of the liquid in the mixing tank are provided in (1). The chemical | medical solution preparation apparatus of description.
(3)The position of the discharge port is 25% when the bottom surface of the mixing tank is at the 0% position and the half height of the liquid level corresponding to the appropriate mixing capacity from the bottom surface of the mixing tank is at the 50% position. The chemical solution preparation device according to (1) or (2), which is set within a range of 50% from the first position.
[0005]
  According to these inventions, the circulating and returned liquid is mixed into the mixing tank by the discharge unit.
It is discharged into the liquid inside. The discharge directing portion of the return liquid is in a different direction with respect to the circumference of the inner wall of the mixing tank. Or it moves in a different direction along the circumference of the inner wall of the mixing vessel. According to these mixing devices, a liquid flow in which the liquid returned from the external circulation path diffuses radially from the normal direction or the center directed to the inner wall of the mixing tank and a swirling flow that swirls in the mixing tank is formed. To do. As a result, the returned liquid itself is diffused so as to be uniformly distributed in the mixing tank. For this reason, the liquid mixed uniformly can be obtained rapidly, without generating a bubble.
  Concentration measuring means andWith weight measuring meansThe concentration of the liquid in the mixing tank can be detected. For this reason, accurate density control becomes possible.
  Further, when a large-volume supply pipe and a small-volume supply pipe are provided, the concentration can be roughly prepared by the large-volume supply pipe, and the concentration can be finely prepared by the small-volume supply pipe. For this reason, accurate and highly accurate density adjustment is possible.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
  The preparation apparatus and the mixing apparatus of the present invention include a mixing tank, a circulation path for flowing out the liquid in the mixing tank from the mixing tank and returning it to the mixing tank, and the mixing tank connected to the return side of the circulation path. A discharge portion that is disposed within and has a discharge port capable of discharging the liquid to be returned under the liquid level in the mixing tank, andThe discharge section is configured to rotate in one rotation direction or alternately in different rotation directions around the inner wall of the mixing tank,
  The discharge port protrudes from the lower end of the discharge portion so as to face the inner wall of the mixing tank, andThe directivity of the return liquid by the discharge port is any of the following.
(A) One or two or more of the discharge ports can discharge the return liquid from substantially horizontal to obliquely downward, pointing at two or more locations on the inner wall of the tank.
(B) The two or more discharge ports can discharge the return liquid substantially horizontally while being directed to different portions of the inner wall of the tank.
(C) The two or more discharge ports can discharge the return liquid obliquely upward while being directed to different portions of the inner wall of the tank.
  This mixing vessel is used to finally prepare a uniform liquid, and can be used to mix a liquid and a solid in addition to a liquid and a liquid (including a solution). Particularly, it is suitable for preparing a chemical solution containing an active ingredient having a predetermined concentration by mixing an active ingredient-containing solution of a chemical solution and a diluted solution thereof.
  In addition, according to these apparatuses, when the return liquid is discharged below the liquid level in the mixing tank, it is uniform while avoiding the formation of a stirring flow that disturbs the liquid level. And can be mixed efficiently. Therefore, it can be preferably used in a case where a concentration measurement system that dislikes bubbles and pulsating flow is provided, or a chemical solution used in a processing step that dislikes bubbles. Furthermore, since a uniform liquid can be obtained quickly, a chemical solution with a predetermined concentration can be quickly prepared, and the accuracy and precision of concentration adjustment are high.
  Therefore, this chemical solution preparation device or mixing device is preferably used for preparing various chemical solutions and mixing liquids used in various processes such as etching process, polishing process, cleaning process, plating process, photolithographic process in semiconductor manufacturing. Can do.
[0007]
  Hereinafter, the present invention will be described in detail by exemplifying a liquid mixing apparatus (chemical solution preparation apparatus) 2 including the mixing means 40 according to the present invention.
  The chemical solution adjusting apparatus 2 illustrated in FIG. 1 mixes a 50 wt% aqueous solution of hydrogen fluoride (HF) and pure water as a diluting solution as an etching solution used in the etching process, to produce a 1 wt% HF aqueous solution. It is a device to prepare.
  The apparatus 2 includes a mixing unit 40 and a mixed material supply system 10. The mixing unit 40 includes a mixing tank 42, a circulation unit 60, and a uniformizing unit 70.
[0008]
  The mixed material supply system 10 includes storage portions 12 and 16 for each mixed material and supply paths 22 and 26 thereof. There are at least two types of mixed materials, but three or more types may be used depending on the composition of the chemical solution to be obtained. In this embodiment, the first mixed material is a 50 wt% HF aqueous solution, and the second mixed material is pure water. In this embodiment, the supply system for the liquid or fluid mixed material is mainly described. However, the solid mixed material may form a separate supply system. However, the solid mixed material is also preferably supplied to the mixing tank 42 in a solution state.
[0009]
  Each of the supply paths 22 and 26 can be configured as a single path, but can be branched into a large amount supply pipes 32 and 36 and a small amount supply pipes 34 and 38, respectively. In the large-volume supply pipes 32 and 36, each liquid can be supplied to the mixing tank 42 in large quantities, although each liquid has rough accuracy. The small amount supply pipes 34 and 38 can supply a small amount of liquid to the mixing tank 42 with high accuracy. Each pipe 32, 34, 36, 28 can be provided with a valve whose opening and closing is controlled by a control device. The control device controls the open / closed state of these valves based on the measurement results by the liquid weight measuring means 50 and the concentration measuring means 90 described later.
  Supply of the mixed material through the large-volume supply pipes 32 and 26 is preferable for supply at the initial stage of mixing, and supply of the mixed material through the low-volume supply pipes 34 and 38 is convenient for final fine adjustment of the concentration.
[0010]
  The mixing unit 40 includes at least a mixing tank 42, a circulation unit 60, and a uniformizing unit 70, and also includes a concentration measuring system 80 and a liquid weight measuring unit 50 in the mixing tank 42..
  The form of the mixing tank 42 is not particularly limited, and various types of mixing tanks conventionally used for mixing liquids can be used. In the present invention, since the external circulation path 62 is provided as the circulation means 60, it is preferable to have a bottom shape that converges downward and the cross-sectional shape becomes small. Specifically, it is conical, angular, hemispherical or the like.
[0011]
  The circulation means 60 includes a circulation path 62 and a forced circulation means 63. As the forced circulation means 63, conventionally known various pumps can be used. The circulation path 62 is configured so that the internal liquid flows out from the vicinity of the bottom of the mixing tank 42 and returns to the mixing tank 42. An end portion on the return side of the circulation path 62 has a uniformizing means 70 for discharging and mixing the circulated liquid into the liquid below the liquid surface in the mixing tank 42.
[0012]
  The homogenizing means 70 includes a discharge unit 71 that is capable of discharging a liquid to be returned below the liquid level of the mixed liquid in the mixing tank 42. The installation form with respect to the mixing tank 42 is not ask | required. As shown in FIG. 1, the discharge unit 71 can typically be installed so as to enter the mixing tank 42 from the upper side to the lower side of the mixing tank 42. The entry position of the discharge unit 71 into the mixing tank 42 is not particularly limited. That is, it may be near the vertical center of the mixing tank 42 or may be a position eccentric from the vertical center. As will be described later, when the discharge directing part to which the discharge port 72 of the discharge part 71 is directed is designed to be a part of the inner wall of the mixing tank 42 facing each other, the discharge part 71 is located near the vertical center of the mixing tank 42. It is preferable that they are arranged. On the other hand, when the discharge directing portions are designed at two locations in the range closer to the half circumference on the inner wall of the mixing tank 42, the discharge from the discharge unit 71 is a position away from the vertical center of the mixing tank 42. The mixing efficiency by the liquid can be increased.
[0013]
  The discharge part 71 is formed to discharge liquid toward the outside, that is, at two or more parts (discharge directing parts) of the inner wall of the mixing tank 42. By providing such a discharge part 71, the swirl | vortex flow along the inner wall in the mixing tank 42 can be formed. Two or more discharge units 71 may be provided.
  Each ejection part 71 can include one or more liquid ejection ports 72, respectively. Each discharge port 72 is formed so as to be able to discharge liquid from a substantially horizontal direction to an obliquely downward direction with respect to the discharge directing portion. Preferably, it is formed so that the return liquid can be discharged almost horizontally.
  In order for the discharge part 71 to be able to discharge the return liquid toward two or more locations on the inner wall of the mixing tank 42, various forms can be employed.
  For example, as shown in FIG. 2, when one discharge unit 71 is provided, two or more discharge ports 72 corresponding to two or more different discharge directing portions can be provided. According to this configuration, the return liquid can be discharged simultaneously or alternately to different discharge directing portions while the discharge portion 71 is fixed.
  Moreover, as shown in FIG. 3, when providing the branched discharge part 71, it can be made to equip each branch part with the 1 or more discharge port 72 which orients a different direction. Also in this form, the return liquid can be discharged simultaneously or alternately to different discharge directing portions with the discharge portion 71 fixed. In FIG. 3, a valve is provided for each of the branched discharge portions 71, but a three-way valve may be provided at the branch portion.
  Although not shown in the drawing, each of the two discharge portions 71 may be provided with one or more discharge ports 72 that are directed in different directions.
[0014]
  According to these various forms, the return liquid is returned to the inner wall of the mixing tank 42 in different directions by the discharge unit 71, thereby forming a liquid flow in the mixing tank 42 and returning the liquid. The flowed liquid is sufficiently diffused. Further, since the discharge liquid is directed toward the inner wall, the return liquid is supplied to the vicinity of the inner wall of the mixing tank 42 and reflected by the inner wall, so that a swirl flow along the inner wall is formed, and the entire mixing tank 42 is formed. The return liquid is efficiently diffused. In addition, it is possible to promote diffusion of components to be mixed by turbulence by forming swirl flows having different directions and by turbulence by collision of these swirl flows.
  That is, it can be said that the discharge part 71 of this invention is comprised so that a return liquid may be discharged so that the swirling flow from which directionality differs may generate | occur | produce in the mixing tank 42. FIG. If it demonstrates in detail, it can be said that it is comprised so that the swirl flow from which directionality differs may collide.
[0015]
  In order to enable the discharge unit 71 to discharge the return liquid in two or more places, the discharge unit 71 is moved.TheThe discharge directing portion is one direction along the circumference of the inner wall of the mixing tank 42 or different directions with respect to the discharge portion 71.The
  For example, as shown in FIGS. 1 and 4, the whole or a part of the discharge unit 71 including the discharge ports 72 oriented in two different directions is rotated around the axis of the discharge unit 71 in one direction or alternately different directions. Thus, such movement of the discharge directing portion can be achieved, and thereby the discharge of the return liquid directed to two or more portions can be realized. In this case, each discharge port 72 moves, so that each discharge port 72 discharges the return liquid to two or more discharge directing portions. Note that the liquid may be constantly discharged from the discharge port 72 or may be discharged intermittently.
  In addition, as shown in FIG. 5, by rotating one discharge portion 71 having one discharge port 72 around the axis of the discharge portion 71, the discharge directing portion is moved and discharge directed at two or more locations. Form can be realized. In this case, as shown in FIG. 5, it is effective to arrange the discharge portion 71 at a position eccentric from the center of the mixing tank 42 and to rotate in an arc shape directed toward the anti-eccentric side in the mixing tank 42.
  In addition, the rotation method of each discharge part 71 is when rotating continuously in one direction, when rotating alternately with reversal that repeats clockwise and counterclockwise alternately, and when rotating these together There is. From the viewpoint of uniform mixing, it is preferable to include alternate rotation. By alternating rotation, a swirl flow that opposes the swirl flow directed in the opposite direction of the liquid flow generated by the movement and reversal of the rotation is generated, and a turbulent flow region is generated by the collision of these swirl flows, thereby promoting diffusion. Is done. Even in the case of continuous rotation in the same direction, a large number of swirling flows directed in the same direction are continuously generated, and the discharge flow velocity is increased by the movement of the discharge port 72, so that turbulence / diffusion is Promoted.
  Furthermore, the two or more ejection units 71 can be continuously rotated in different rotational directions or in the same direction. In this case, the swirl directions are fixed, but since two types of swirl flows are generated and the discharge flow velocity is increased by the movement of each discharge port 72, turbulence and diffusion are achieved. Is promoted.
  From the above, the discharge unit 71 of the present invention generates a large number of swirling flows continuously or intermittently by movement of the discharge unit 71 of the discharge source (discharge port) (preferably rotation around the axis of the discharge unit 71). It can be said that it has the structure to generate.
  In addition, according to those skilled in the field related to various mixing devices including a liquid mixing device, in order to obtain such a rotatable discharge portion 71. It is obvious that various modes such as a movable joint can be taken. Therefore, those skilled in the art can select the configuration of the ejection unit 71 as necessary.
[0016]
  In addition, in these forms, when two or more discharge ports 72 are provided as a whole, it is preferably provided so as to be directed to different portions of the inner wall according to the number of discharge ports 72. By directing to different parts, the return liquid can be diffused in different directions at once. For example, it can be provided so as to be directed to portions that are evenly spaced along the circumference of the inner wall. Specifically, when there are two ejection ports 72, they can be provided so that they are directed at positions different from each other by 180 °, and when there are three, the outlets 72 can be directed at positions different from each other by 120 °.
  Moreover, although the height position to which it points is not specifically limited, the same height position may be sufficient and it can also combine so that different height positions may be pointed. Considering the promotion of turbulence due to the collision of the swirling flow, it is preferable to set the same height position. And it is preferable to direct toward the inner wall with the same directionality.
  The position of the discharge port 72 is,It is preferably set within the range of the half height position (50% position) of the liquid surface (or mixing tank) corresponding to the appropriate mixing volume from the bottom surface (0% position) of the mixing tank 42. . This is because if it is higher than the 50% position, the effect of promoting diffusion tends to be insufficient. More preferably, it is set within the range from the 25% position to the 50% position. This is because the most efficient diffusion mixing is possible within this range. This is because if the position is lower than the 25% position, it may be difficult to form a swirl flow.
[0017]
  Further, each discharge port 72 is formed so as to be able to discharge liquid from substantially horizontal to obliquely downward (preferably substantially horizontal) with respect to the discharge directing portion. By forming in this way, a swirling flow can be easily formed using the inner wall of the mixing tank 42, and a directional swirling flow that collides can be easily formed. In particular, when two or more discharge ports 72 are provided, the discharge is preferably performed so that the same height position is directed substantially horizontally.
Although not particularly limited, in the case of the diagonally downward direction, it is preferable to set the angle to about 30 ° from the horizontal.
  Further, the two or more discharge ports may be configured to discharge the return liquid in an obliquely upward direction. In this case, preferably, the same angle and the same height position are directed. A swirling flow can be formed in the entire mixing tank by directing obliquely upward.
  Such a discharge port 72 may be formed in a nozzle shape with respect to the discharge unit 71 or may be formed in a simple opening. Preferably, it is possible to obtain a discharge pressure and directivity that are necessary for the formation and diffusion of a swirling flow that promotes diffusion.
  The discharge port 72 is preferably formed so as to discharge liquid toward the central portion of the mixing tank 42 or the tank inner wall facing the eccentric position. When directing from the eccentric part toward the inner wall of the tank, it is preferable to direct the inner wall side (opposite side) farther away from each other.
  For example, the discharge port 72 can be a nozzle having such a liquid discharge directivity. Specifically, the discharge unit 71ofAn opening can be provided at the tip of a thin tube that is formed to project from the lower end toward the inner wall of the tank. The nozzle has good directivity of the liquid flow, and the discharge pressure can be increased by the shape of the nozzle tip. In addition, since the nozzle is formed so as to protrude from the discharge portion 71 toward the inner wall side, an action of stirring the inside of the mixing tank 42 occurs with rotation. Since the nozzle direction is the same as the directing portion of the return liquid, the nozzle itself can promote the diffusion of the return liquid discharged from the nozzle. In consideration of the stirring effect, the outer shape of the nozzle preferably has a large liquid resistance during rotation. For example, a flat shape with respect to the traveling (rotating) direction can be adopted.
[0018]
  In addition, the discharge part 71 can also be separately equipped with the stirring member which faces the mixing tank inner wall. In this case, by making the stirring member rotatable with the rotation of the discharge section 71, an effect equivalent to or more than that provided with the nozzle can be obtained. When providing a stirring member, it is preferable to provide two or more symmetrically. In terms of form, various shapes such as a wing shape having a high stirring effect can be employed. It can also be provided at different heights.
[0019]
  The mixing tank 42 is provided with weight measuring means 50 that can measure the weight of the mixed material supplied to the mixing tank 42. Various known means can be used as the weight measuring means 50, but a weight sensor such as a load cell is generally used. The weight measuring means 50 is connected to a control device (not shown), detects an increase in weight due to the supply of the mixed material to the mixing tank 42, recognizes the supply amount, and reaches a predetermined supply amount via the control device. As described above, opening and closing adjustment of valves of various supply pipes is performed. By providing the weight measuring means 50, the weight of the mixed material introduced into the mixing tank 42 can be accurately grasped or the supply amount can be controlled, so that efficient and accurate concentration control is possible. . In particular, when the supply system 10 includes a large amount supply system and a small amount supply system, the supply amount control and concentration control can be performed more effectively.
[0020]
  The liquid flows out from the vicinity of the bottom of the mixing tank 42 to the external circulation path 82 such as the circulation means 60 and the concentration measurement system. A rectifying plate 81 can be provided in the vicinity of the connection site of the outflow side piping so that vortex or pulsation does not occur in the outflowing liquid. The shape of the rectifying plate 81 is not particularly limited, and can be used by appropriately adopting conventionally known forms. By providing the current plate, in addition to accurate concentration measurement, processing accuracy in the manufacturing process of the semiconductor device can be ensured.
[0021]
  The mixing means 40 includes a concentration measurement system.TheThe concentration measuring system includes a concentration measuring unit. The concentration measuring means 90 is not particularly limited and may be employed as long as the concentration of a predetermined component in the liquid can be measured. Ultrasonic concentration measuring means can be preferably applied to many solutions in the manufacturing process of a semiconductor device.
  The concentration measurement system is preferably provided in a part of the external circulation path of the mixing tank 42. The introduction of the liquid from the mixing tank 42 to the concentration measuring system may be provided in the mixing tank 42 with a dedicated external circulation path for the concentration measuring system, but is provided along with the circulation path 62 of the circulating means 60. You can also. That is, in the latter case, a path from a part of the circulation path 62 to the concentration measuring means is branched. The return flow from the concentration measuring means to the mixing tank 42 may be provided through the circulation path 62 or may be provided so as to return to the mixing tank 42 without passing through the circulation path 62.
[0022]
  A mode in which a concentration measuring system 80 is provided independently of the circulating means 60 is shown in FIG. In this case, the circulation path 82 of the concentration measurement system 80 is provided with a forced circulation means (pump) 83 for circulating the liquid. From the viewpoint of ensuring concentration measurement accuracy by suppressing turbulent flow, it is preferable to use a pump having a Reynolds number of 60 or less.
[0023]
  In the path leading to the concentration measuring means 90 on the concentration measuring circulation path 82, it is preferable to provide a gas-liquid separating means 84 for separating bubbles in the liquid. This is because the measurement means decreases measurement accuracy due to the presence of bubbles. In particular, when the ultrasonic concentration measuring means is employed, the risk is high. Although various means can be adopted as the gas-liquid separation means 84, it is preferable to adopt a gas-liquid separation tank in that the configuration is simple.
[0024]
  When employing a gas-liquid separation tank, it is preferable to install the gas-liquid separation tank so that the liquid level of the tank is higher than the liquid level of the mixing tank 42. Due to the difference in the liquid level, the liquid can be easily transferred from the gas-liquid separation tank to the concentration measuring means 90. In the form shown in FIG. 1, the liquid is transferred by the pipe 86.
  In particular, when an ultrasonic concentration measuring means is employed, the position of the ultrasonic concentration measuring means with respect to the gas-liquid separation tank can be set so that an ascending laminar flow can be formed at the concentration detection cell portion of the means. preferable. As described above, when the concentration measurement is performed on the upward flow caused by the head, it is possible to perform the measurement with high accuracy. Further, it is preferable to set the position of the concentration measuring means with respect to the gas-liquid separation tank or the mixing tank 42 so that the liquid is transferred from the concentration measuring means to the mixing tank 42 due to the difference in liquid level. Further, from the viewpoint of harmonizing the atmosphere around the chemical solution, the gas-liquid separation tank and the mixing tank 42 are preferably communicated with each other through a vent pipe.
[0025]
  In the path from the concentration measuring means to the mixing tank 42, a valve for setting a flow rate preferable for concentration measurement, the flow rate adjusting means 100, and the like can be provided.
[0026]
  In general, a pipe for supplying the solution prepared in the mixing tank 42 to the use site is connected to the preparation device 2 or the mixing means 40. Such a pipe may be branched from the circulation means 60 described above or may be formed independently.
[0027]
  Next, a process of preparing a chemical solution using the preparation apparatus 2 including such a mixing unit 40 will be described.
  First, for example, a predetermined amount of 50% hydrogen fluoride aqueous solution and pure water are supplied to the mixing tank 42 via the supply system 10 via the large-volume supply pipes 32 and 36, respectively. Both liquids are circulated by driving the forced circulation means 63 of the circulation means 60 attached to the mixing tank 42. In the step of homogenizing or mixing the material with the return flow liquid, the above-described action of the swirling flow formed by the discharge portion 71, that is, the action of promoting the diffusion due to the collision and / or turbulent flow of the swirling flow, Mixing and homogenization in the process proceeds efficiently.
[0028]
  At the same time, the concentration of the active ingredient in the mixed solution in the mixing tank 42 is measured by the concentration measuring means 90. If a signal relating to the measured concentration is input to a control device (not shown), the amounts of 50% aqueous hydrogen fluoride solution and water necessary to finally obtain the desired concentration are calculated.
  Further, it is possible to confirm whether or not mixing has been sufficiently achieved by measuring the concentration with the concentration measuring means 90. For example, if the concentration measurement result by the concentration measuring means 90 is monitored, it is determined by the control device whether or not the process of homogenizing the liquid in the mixing tank 42 should be terminated from the data regarding the concentration fluctuation obtained by the monitoring. Can do. Based on the determination by the control device, it is possible to control the operation stop of the circulation means 60 and / or the start of the supply operation of the additional mixed material.
[0029]
  When it is necessary to supply an additional mixed material, it is preferable to supply by using small amount supply pipes 34 and 38 in order to secure an accurate supply amount. At the same time, it is preferable to detect the supply amount by the weight measuring means 50.
  After the additional supply of the mixed material, it is preferable to operate the circulation means 60 and detect the concentration by the concentration measuring means 90, as in the case of the first supply of the mixed material. A chemical solution having a desired concentration can be obtained by repeating the mixed material supply step and the mixing step.
[0030]
  Although the chemical liquid preparation process has been described above, the application target of the present invention is not limited to a solution such as a chemical liquid, and the present invention can be applied as long as the liquid is prepared through mixing.
[0031]
  FIG. 7 shows the change over time in the mixing state when pure water and an alkaline chemical are mixed using the liquid mixing apparatus of the present invention. In this mixed system, pH was used as an item for grasping the mixed state together with or instead of the concentration measurement.
  This mixed system was tested using the apparatus shown in FIG. This device has a circulation path in which the mixing tank is about 10 L, and the chemical liquid is forcibly circulated by a pump. And the discharge part which discharges a liquid via a movable joint is provided in the end by the side of the return of a circulation path. This discharge part infiltrates into the chemical | medical solution in a mixing tank in the position eccentric from the center of the mixing tank. The mixing condition by this discharge part is about 5L / min of circulation rate, discharge flow rateTheMix at about 2.2 m / s, changing the discharge direction every 30 seconds.As a control, mixing was performed using the same apparatus with the discharge direction fixed in one direction. The results are also shown in FIG.
  As shown in FIG. 7, according to the apparatus of the present invention, the pH could be stabilized in about 60% of the time compared with the conventional method.
[0032]
  FIG. 8 shows the monitoring results over 45 consecutive days of the blending process in which a 50 wt% hydrogen fluoride (HF) solution is diluted to 1 wt%. In this mixed system, concentration measurement was performed with an ultrasonic densitometer and also by a neutralization titration method, and the accuracy by ultrasonic concentration measurement was confirmed. Sampling was performed at a rate of once every 1-2 days.
  In this blending step, an apparatus similar to that shown in FIG. 1 was used, except that the ejection unit having two different ejection directing portions was provided. The mixing conditions were approximately 250 liters of chemical solution, 50 to 55 L / min of circulating fluid, a discharge flow rate of 2.2 m / sec (preferably 1.5 to 2.2 m / sec), and 2 every 3 minutes. The discharge direction was switched by alternately discharging the chemical solution from the two discharge portions. SwitchTimeIn this case, the impact on the circulation path system parts due to a water hammer or the like is reduced by simultaneously discharging for a few seconds (about 3 seconds in this embodiment).
    As shown in FIG. 8, according to mixing (preparation) using this apparatus and concentration measurement using an ultrasonic densitometer, it was possible to secure concentration stability sufficiently within an allowable range with respect to the reference value (1 wt%). Further, it was found that the difference between the concentration obtained by the ultrasonic densitometer and the concentration obtained by neutralization titration was small, and the ultrasonic densitometer could be measured with sufficient accuracy.
[0033]
【The invention's effect】
  ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the liquid preparation apparatus or the liquid mixing apparatus which can obtain a uniform liquid mixture rapidly can be provided. In addition, according to the present invention, highly accurate concentration measurement can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a mixing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a discharge unit according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing another embodiment of the discharge unit of the present invention.
FIG. 4 is a view showing another embodiment of the discharge unit of the present invention.
FIG. 5 is a view showing another embodiment of the discharge section of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an outline of an apparatus used for a mixing test of pure water and an alkaline chemical solution.
7 is a graph showing a change over time in a mixed state when pure water and an alkaline chemical solution are mixed by the apparatus shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a monitoring result of a dilute preparation step of hydrogen fluoride.
[Explanation of symbols]
  2 Mixing device
  10 Supply system
  40 Mixing means
  42 Mixing tank
  60 Circulation means
  62 Circulation route
  70 Uniform means
  71 Discharge part
  72 Discharge port
  80 Concentration measurement system
  82 Circulation Route
  84 Gas-liquid separation means
  90 Concentration measuring means
  100 Flow rate adjusting means

Claims (3)

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、
前記吐出部は、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おり、
前記吐出口は、前記吐出部の下端部から前記混合槽内壁を指向するように突出し、且つ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。
An apparatus for preparing a chemical solution containing a component of a predetermined concentration,
A mixing tank for mixing the active ingredient-containing solution of the chemical and the dilution liquid;
A circulation path for flowing the liquid in the mixing tank out of the mixing tank and returning it to the mixing tank;
A discharge unit connected to the return side of the circulation path and disposed in the mixing tank, and having a discharge port capable of discharging the liquid to be returned under the liquid level in the mixing tank;
The discharge section is configured to rotate in one rotation direction or alternately in different rotation directions around the inner wall of the mixing tank,
The discharge port projects from the lower end of the discharge unit so as to face the inner wall of the mixing tank, and the directivity of the return liquid by the discharge port is any of the following.
(A) One or two or more of the discharge ports can discharge the return liquid from substantially horizontal to obliquely downward with two or more locations on the inner wall of the tank.
(B) The two or more discharge ports can discharge the return liquid substantially horizontally while being directed to different locations on the inner wall of the tank.
(C) The two or more discharge ports can discharge the return liquid obliquely upward while being directed to different portions of the inner wall of the tank.
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、The mixing tank includes a first supply path for supplying the active ingredient-containing solution, and a second supply path for supplying the dilution liquid, and the first supply path and the second supply path. Are equipped with a large-volume supply pipe and a small-volume supply pipe,
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と、前記混合槽内の液体の重量を測定する液体重量測定手段とを備える請求項1に記載の薬液調製装置。2. A concentration measurement circulation path including a concentration measurement means and a liquid weight measurement means for measuring the weight of the liquid in the mixing tank, in association with the circulation path or independently of the circulation path. The chemical | medical solution preparation apparatus of description.
前記吐出口の位置は、前記混合槽の底面を0%位置とし且つ該混合槽の底面から適正混合容量に対応する液面の半分の高さ位置を50%位置とした場合に、25%位置から50%位置の範囲内に設定される、請求項1又は2に記載の薬液調製装置。The position of the discharge port is 25% when the bottom surface of the mixing tank is at the 0% position and the half height of the liquid level corresponding to the appropriate mixing capacity is 50% from the bottom surface of the mixing tank. The chemical solution preparation device according to claim 1, wherein the chemical solution preparation device is set within a range of 50% from the first position.
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