JP4256999B2 - 液体流量制御機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば半導体プロセスで使われるフッ化水素酸(HF)などの薬液を含む液体の流量を制御する液体流量制御機器に関する。
【0002】
【先行の技術】
この種の液体流量制御機器として、本出願人は、図4に示すものを試作した。図4において、例えばテフロンなどの樹脂製の本体ブロック41内に、例えばフッ化水素酸などの液体が流れる液体流路42と圧力センサ43,43が設けられている。44は、本体ブロック41の上面側を覆う箱状のケースで、例えばテフロンなどの樹脂よりなる。そして、このケース44の内面には、ソレノイドバルブ45と空圧バルブ46とが液体流路42に対して並列的に配置されており、かつ、圧力センサ43,43の下流側に空圧バルブ46が位置している。なお、ソレノイドバルブ45は圧力センサ43,43の直上に縦置きされている。また、47は、液体入口側の接続部材で、上流には加圧用ガスで圧送される薬液(例えばHF)Eのタンクが設けられている。48は、液体出口側の接続部材で、流量調整されたフッ化水素酸が接続部材48の下流において例えば純水で希釈され、HF溶液としてウエハ洗浄やエッチング工程で広く使われる。なお、50は、空圧バルブ46を駆動する駆動用ガス(例えば空気)Aが外部からソレノイドバルブ45へ導入される駆動用ガス導入路である。また、51は、ソレノイドバルブ45を通った駆動用ガスの導出路である。なお、本体ブロック41は、センサブロック41a、弁ブロック41bおよび空圧バルブブロック41cより構成される。
【0003】
動作は以下の通りである。すなわち、駆動用ガスAを導入路50、ソレノイドバルブ45、導出路51を介して空圧バルブ46へ流し込む。そして、圧力センサ43,43からの液体流量測定信号(センサ出力)と液体流量設定信号とを比較し、この比較結果に基づいて空圧バルブ46の開度を制御する。この場合、空圧バルブ46を開く際はソレノイドバルブ45が開き、駆動用ガスAが空圧バルブ46に流れる一方、ソレノイドバルブ45が閉じ、空圧バルブ46内の駆動用ガスAが、ソレノイドバルブ45および空圧バルブ46間に設けた逃がし弁49からケース44内の空間Sに流れ出ることで空圧バルブ46が閉じたり、空圧バルブ46が閉じた状態でもソレノイドバルブ45に電圧をかけてわずかに開いた状態に保ちながら、逃がし弁49からケース44内に流れ出る駆動用ガスAによってケース44内部をバージしている。つまり、ケース44と本体ブロック41との隙間などからケース44内にHFガスなどが侵入するのを防止している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記液体流路42は樹脂製の本体ブロック41内に形成されているので、ステンレス製ブロック内に形成した液体流路に比して、液体として有機溶剤以外にステンレスを腐食するフッ化水素酸や硫酸といった薬液も流すことができるけれども、ケース内部バージを行うため、ソレノイドバルブ45は常時発熱しており、それが直下に位置する圧力センサ43,43に熱影響を与え、前記センサ出力に異常が生じ、正確な液体流量が測れないという問題がある。
【0005】
また、所定の設定流量および温度下で液体流量を測定しても、液体が流れだすと圧力センサ43,43の温度分布が変化し、前記センサ出力がドリフトするという問題がある。
【0006】
更に、空圧バルブ46の2次側においては、細径の液体流路54から大径の液体流路53が急激に広がり、しかも広がった部分は同一断面積を有するので、急激な圧力降下によって液体内に気泡が発生する現象が起こっていた(キャビテーションの発生)。
【0007】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、ソレノイドバルブからの発熱によるセンサ温度影響を回避するとともに、キャビテーションを軽減できる液体流量制御機器を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、内部に液体流路および液体の流量測定を行うセンサを有する樹脂製の本体ブロックと、この本体ブロックの上面側を覆う樹脂製で箱状のケースとを備え、このケースの内面に、駆動用ガスで液体の流量調整のための開度が制御される空圧バルブと、前記センサからの液体流量測定信号と液体流量設定信号との比較結果に基づいて前記空圧バルブへの駆動用ガス流入量を制御するソレノイドバルブとを設け、更に、前記ソレノイドバルブから前記空圧バルブに至る駆動用ガス用パイプに前記駆動用ガスを前記ケース内に流し込む逃がし弁を設けた液体流量制御機器において、前記ソレノイドバルブを前記空圧バルブよりも上位に設けるとともに、前記センサへの前記ソレノイドバルブからの熱影響を回避すべく前記ソレノイドバルブを隔離・収容するための断熱室を設け、更に、前記逃がし弁から分岐して前記断熱室に至る冷却用パイプを設け、しかも、前記空圧バルブの2次側における前記液体流路を末広がり状に構成している。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施形態を、図を参照しながら説明する。
【0010】
図1は、この発明の一つの実施形態を示す。
図1において、1は、例えばテフロンなどの樹脂製の本体ブロックで、内部に、例えばフッ化水素酸(HF)などの液体Eが流れる液体流路2と圧力センサ3,3が設けられている。4は、本体ブロック1の上面側を覆う箱状のケースで、例えばテフロンなどの樹脂よりなる。樹脂製本体ブロック1は、センサブロック1a、弁ブロック1bおよび空圧バルブブロック1cよりなる。なお、樹脂製ケース4の大きさは図4に示した前記先行例のものと変わりはない。また、弁ブロック1bおよび空圧バルブブロック1cの大きさも図4に示した前記先行例のものと変わりはない。
【0011】
そして、このケース4の内面には、ソレノイドバルブ5と空圧バルブ6とが配置されている。このソレノイドバルブ5は、電磁力とばね力との平衡により弁体が図示しない制御手段で位置制御されるもので、ソレノイドバルブ5は空圧バルブ6の制御を行っている。すなわち、空圧バルブ駆動用ガス(例えば空気)Bがソレノイドバルブ5を介して空圧バルブ6に流し込まれる。一方、液体の流量制御を空圧バルブ6で行っている。この流量制御の手法も前記先行例のものと変わりはない。10aは、駆動用ガスBが外部からソレノイドバルブ5に導入される駆動用ガス導入路、10bは、駆動用ガスBをソレノイドバルブ5から空圧バルブ6に流し込むための駆動用ガス導出路である。なお、ソレノイドバルブ5と空圧バルブ6の大きさおよび機能は前記先行例のものと変わりはないが、後述するように、ソレノイドバルブ5の樹脂製ケース4への取り付け位置を空圧バルブ6の上方にするため、ソレノイドバルブ5を前記先行例の縦置きから横置きに変更している。
【0012】
また、空圧バルブ6は、液体流路2における圧力センサ3,3の下流側に位置している。前記液体流路2は、空圧バルブ6の上流側(1次側)における液体流路2aと空圧バルブ46の下流側(2次側)における液体流路2bとより構成されている。2cは液体流路2aにおける絞り部分、2dは細径部分で、これら絞り部分2c、細径部分2d以外の液体流路2aを構成するパイプの内径は同一である。一方、液体流路2bは、細径のL型液体流路37とこれより大径の液体流路36で構成されている。
【0013】
更に、ソレノイドバルブ5は空圧バルブ6の直上に横置き状態で位置している。すなわち、ソレノイドバルブ5と圧力センサ3,3との距離を前記先行例のものに比してあけている。しかも、圧力センサ3,3へのソレノイドバルブ5からの熱影響を回避すべく例えばテフロンなどの樹脂よりなる隔壁7a,7bで隔離された断熱室8内に収容されている。
【0014】
この断熱室8の隔壁7bには、駆動用ガスBでソレノイドバルブ5を冷却するための駆動用ガス入口9が設けられている。また、隔壁7bに対向する位置にある壁部分7cには断熱室8に流し込まれた逃がしガスを放出するための放出口22が形成されている。
【0015】
11は逃がし弁で、前記先行例のものと同様、ガス雰囲気の外部からケース4内にHFガスなどが侵入するのを防止すべく駆動用ガスBをケース4内に逃がすためのものである。すなわち、空圧バルブ6が閉じるときに空圧バルブ6内の駆動用ガスBを逃がし弁本体11bに設けた出口12から逃がしたり、空圧バルブ6が閉じた状態でもソレノイドバルブ5に電圧をかけてわずかに開いた状態に保ちながら、駆動用ガスBを出口12からケース4内に逃がしたりする。33は、駆動用ガスBが空圧バルブ6内へ出入りするための出入口である。
【0016】
また、逃がし弁11のノズル部分11cには、断熱室8の隔壁7bに設けた駆動用ガス入口9に駆動用ガスBを供給する供給口13が設けられている。20は、この供給口13および駆動用ガス入口9を接続するソレノイドバルブ冷却用パイプ、21は、駆動用ガス導出路10bと逃がし弁11の導入口11aを繋ぐパイプである。なお、前記出口12の位置を二点鎖線で示すように逃がし弁本体11bからノズル部分11cに変更してもよい。
【0017】
一方、前記液体流路36は下流へ行くほど断面積が大となる構造を有している。この実施形態では液体流路36を上流側から、細径のL型液体流路37と、これよりごくわずか大径の流路部分36a、この流路部分36aよりごくわずか大径の流路部分36bおよびこの流路部分36bよりごくわずか大径の流路部分36cを有する形で構成している。すなわち、液体流路36を、下流へ行くほど階段状に太くしている。前記流路部分36cを構成するパイプの内径と液体流路2aを構成するパイプの内径とは同一である。なお、細径のL型液体流路37に続く流路を形成するパイプの内面を末広がり状のテーパ面に形成してもよい。
【0018】
而して、ケース4の上部に設けた駆動用ガス導入路10aよりソレノイドバルブ5を介して空圧バルブ6に空圧バルブ駆動用ガスBを流し込む。そして、2つの圧力センサ3,3の差圧に基づく液体流量測定信号からのフィードバックにより、ソレノイドバルブ5で空圧バルブ6へのガス流入量がコントロールされる。
【0019】
この場合、駆動用ガスは、出入口33を介して空圧バルブ6を出入りする一方、その逃がしガスは、ケース4内への出口12を介してケース4内へ流れ出ることによって、ガス雰囲気の外部からケース4内にHFガスなどが侵入するのを防止するとともに、駆動用ガス入口9から断熱室8に流れ込み、ソレノイドバルブ5を冷却できる。断熱室8に流れ込んだ逃がしガスは、その後、外部へ放出される。また、ソレノイドバルブ5は空圧バルブ6が流量を制御していない状態であっても、空圧バルブ6が開かない程度の駆動用ガスを流すだけの開度をとることができるので、常時ソレノイドバルブ5の冷却およびケース内部パージを行える。
【0020】
また、前記先行例のものでは、空圧バルブ46の2次側における液体流路が急激に広がっている箇所でキャビテーションが発生していたのを、この発明では、空圧バルブ6の2次側の液体流路36を階段状に太くして最終的に大径の流路部分36cになるよう構成したので、空圧バルブ6の2次側の液体流路36においてキャビテーションが発生するのを防止できる。
【0021】
図2は、この発明と前記先行例のものにおける流量変化を示し、図3は、この発明と前記先行例のものにおけるセンサ周辺温度の変化を示す。なお、このデータは設定流量を100CCMとし、25℃の条件下で流量測定して得たものである。
【0022】
図2に示す前記先行例のデータaおよび図3に示す前記先行例のデータbとから、それぞれ流量のドリフトおよびセンサ周辺温度のドリフトがあることが分かる。これは、ソレノイドバルブ45の熱が圧力センサ43,43に影響を与えているからである。
【0023】
一方、図2に示すこの発明のデータcから、流量に関してはドリフトもなく安定していることが分かり、また、図3に示すこの発明のデータdから、センサ周辺温度のドリフトが前記先行例のものに比して軽減していることが分かる。これは、ソレノイドバルブ5の位置を圧力センサ3,3から遠ざけるとともに、ソレノイドバルブ5を断熱室8内に隔離・収容したからである。
【0024】
なお、図3において、時間の経過とともに前記先行例のデータbおよびこの発明のデータdにおける温度が下降しているのは、それぞれ液体流路42および液体流路2を流れる液体によって圧力センサ43,43および圧力センサ3,3周辺が冷やされるからであり、前記先行例ではセンサ周辺温度のドリフトが大であることから、温度の下降変化がこの発明のデータdよりも顕著に現れている。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明は、内部に液体流路および液体の流量測定を行うセンサを有する樹脂製の本体ブロックの上面側を覆う樹脂製で箱状のケース内部にソレノイドバルブを隔離する断熱室を設け、ソレノイドバルブ下位に設けた空圧バルブからの逃げガスをソレノイドバルブの冷却に用いたので、ソレノイドバルブからの発熱によるセンサ温度影響を回避できる。
【0026】
また、空圧バルブの2次側における前記液体流路を末広がり状に構成したので、急激な圧力降下によって液体内に気泡が発生する現象を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態を示す全体構成説明図である。
【図2】この発明と先行例における流量変化を示す図である。
【図3】この発明と先行例におけるセンサ周辺温度の変化を示す図である。
【図4】先行例を示す全体構成説明図である。
【符号の説明】
1…樹脂製本体ブロック、2…液体流路、3,3…圧力センサ、4…樹脂製ケース、5…ソレノイドバルブ、6…空圧バルブ、7a,7b…隔壁、8…断熱室、9…駆動用ガス入口、11…逃がし弁、12…駆動用ガス出口、13…駆動用ガス供給口、20…冷却用パイプ、36…階段状の液体流路、37…細径のL型液体流路、B…駆動用ガス。
Claims (1)
- 内部に液体流路および液体の流量測定を行うセンサを有する樹脂製の本体ブロックと、この本体ブロックの上面側を覆う樹脂製で箱状のケースとを備え、このケースの内面に、駆動用ガスで液体の流量調整のための開度が制御される空圧バルブと、前記センサからの液体流量測定信号と液体流量設定信号との比較結果に基づいて前記空圧バルブへの駆動用ガス流入量を制御するソレノイドバルブとを設け、更に、前記ソレノイドバルブから前記空圧バルブに至る駆動用ガス用パイプに前記駆動用ガスを前記ケース内に流し込む逃がし弁を設けた液体流量制御機器において、前記ソレノイドバルブを前記空圧バルブよりも上位に設けるとともに、前記センサへの前記ソレノイドバルブからの熱影響を回避すべく前記ソレノイドバルブを隔離・収容するための断熱室を設け、更に、前記逃がし弁から分岐して前記断熱室に至る冷却用パイプを設け、しかも、前記空圧バルブの2次側における前記液体流路を末広がり状に構成したことを特徴とするとする液体流量制御機器。
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