JP5340760B2 - 流体制御方法及び流体制御装置 - Google Patents
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Description
本発明の流体制御装置において、上記測定部は、上記混合前の複数の流体について特性をそれぞれ光学的に測定するようにしてもよい。
本発明の流体制御装置において、上記流量調整部は、上記流路内を流れる流体の温度を変化させることにより、上記流体の粘度を変化させ、上記流路内での上記流体の流量を調整する例を挙げることができる。
ただし、本発明の流体制御方法及び流体制御装置において、流体の流量の調整は、温度によるものに限定されるものではなく、他の方法、例えば弁の開閉又は開度によるものであってもよい。
本発明の流体制御方法及び流体制御装置において、上記流路はマイクロ流体システム内に形成されたものである例を挙げることができる。そのマイクロ流体システムの一例として、2枚の平面板で厚みの均一な間仕切り板を挟み込むことによって内部に流路が形成されたチップを挙げることができる。
例えば、流路がmm(ミリメートル)単位のチューブ配管である場合、比例制御弁で構成した配管系を用いることにより本発明の流体制御方法及び流体制御装置を実現できる。また、数mmから数μm(マイクロメートル)の基板内部にエッチング技術によって流路を作成したマイクロ流体システムで構成もできる。
流体の流量制御は、例えば比例弁により行なうことができるが、温度による液の粘度変化を積極的に利用した方法を用いれば、容易にマイクロ流体システム化できる。
上記混酸の成分の一例は、ヘキサフルオロ珪酸、フッ酸、硝酸、酢酸、リン酸、硫酸のうちいずれか2つ以上含む。
また、上記混酸の成分の他の例は、ヘキサフルオロ珪酸を含み、さらにフッ酸、硝酸、酢酸、リン酸、硫酸のうちいずれか1つ以上を含む。なお、本発明の流体制御方法及び流体制御装置において、混酸の成分はこれらに限定されるものではない。
本発明の流体制御装置では、混合前の複数の流体及びそれらの流体の混合後の流体を流すための流路と、流体を流路内で移動させるためのポンプと、混合前の複数の流体の流量をそれぞれ調整するための流量調整部と、測定部により流路内を流れる混合後の流体の特性を光学的に測定し、制御部により測定部の測定結果に基づいて流量調整部を制御して混合後の流体が目標の特性になるように混合前の流体の流量を調整するようにした。
これにより、本発明の流体制御方法及び流体制御装置によれば、流路内で複数の流体を正確かつ迅速に目標の特性になるように混合できる。
本発明の流体制御装置において、測定部は、混合前の複数の流体について特性をそれぞれ光学的に測定するようにしてもよい。
混合前の流体についてスペクトルを測定するようにすれば、混合前の流体の特性を監視することができる。例えば、特性が不明な流体を混合前の流体として用いることができる。また、混合前の流体が何かのトラブルでまったく異なった流体に置き換わっていたり、流体が揮発性の液である場合に溶媒が蒸発して設定濃度よりも高濃度の液になっていたりする場合に対応できるようになる。
図1は、流体制御装置の一実施例の全体構成を説明するための概略図である。
濃度が30%のメタノールの入った容器1と、水の入った容器3が設けられている。
メタノールの入った容器1にチューブ5の一端が接続されている。水の入った容器3にチューブ7の一端が接続されている。チューブ5,7の他端は調液部9に接続されている。
調液部9には流路15からの希釈メタノールを流すためのチューブ17も接続されている。チューブ17はポンプ19に接続されている。
図5に示すように、ガラス間仕切り板33は符号33a〜33eで示す5つのガラス板によって構成されている。各ガラス板33a〜33eの厚みは例えば0.2mmで均一である。
図6に示すように、ガラス平面板35,37は継ぎ手との接触部だけがテーパー形状になるように加工されている。ガラス平面板35,37の厚みは1mmである。
流路11,13にセンサー部11a−1,13a−1が設けられている。センサー部11a−1はメタノールの濃度監視用に用いられる小空間である。センサー部13a−1は水の濃度監視用に用いられる小空間であり、メタノール等不純物が含まれていないかどうかが監視される。
流路11と流路13は、流量制御部11b−1,13b−1よりも下流側で合流されて流路15に接続されている。
流路15には、ミキシング部15bよりも下流側にセンサー部15a−1も設けられている。センサー部15a−1は、混合後のメタノール濃度の測定に用いられる小空間である。
ミキシング部15bは2つの広い箇所15b−1,15b−2を備えている。上流側の広い箇所15b−1と下流側の広い箇所15b−2は2本の流路15b−3,15b−4で接続されている。
図7に示すように、ミキシング部15bは2段に設けられているので、図8に示した混合パターンを2段繰り返すことにより、液体は完全に混合される。
チップ23の上面に2つのペルチェ素子11b−2,13b−2が貼り付けられている。ペルチェ素子11b−2はメタノールが流される流量制御部11b−1の上に配置されている。ペルチェ素子13b−2は水が流される流量制御部11b−1の上に配置されている。
また、流量制御部11b−1、ペルチェ素子11b−2及び測温体11b−3は流量調整部11bを構成し、流量制御部13b−1、ペルチェ素子13b−2及び測温体13b−3は流量調整部13bを構成する。
ポンプ19を作動させると、容器1内のメタノールがチューブ5内に吸引され、容器3内の水がチューブ7内に吸引される。チューブ5内に吸引されたメタノール、及びチューブ7内に吸引された水は、調液部9に導かれる。調液部9に導かれたメタノール及び水は、チップ23内の流路11,13に導かれ、センサー部11a−1,13a−1及び流量制御部11b−1,13b−1を通過した後に流路15で合流し、ミキシング部15bに導かれて混合されて希釈メタノールとなる。希釈メタノールはセンサー部15a−1を通過した後、流路15からチップ23外のチューブ17に導かれ、ポンプ19を介して吐出される。
制御部21により、流量調整部11b,13bのペルチェ素子11b−2,13b−2の温度が制御され、流量制御部11b−1,13b−1の温度が調整される。メタノール及び水は温度に起因して粘度が変化する。粘度が変化すれば流路11,13内におけるメタノール及び水の流量も変化する。したがって、流路11,13内を流れるメタノール及び水の流量は、流量制御部11b−1,13b−1の温度によって流量が調整される。
図1に示す制御部21は、光センサー11a−2,13a−2,15a−2からの信号に基づいて、センサー部11a−1,13a−1,15a−1を透過した光の減衰量から、メタノール濃度を測定する。
光センサー13a−2からの信号は、センサー部13a−1における液体が水であることを確認するために用いる。そうでないならば、水でない液を供給したことになるため、制御部21は警報信号を出す。
センサー部15a−1における希釈メタノールのメタノール濃度の測定は、例えば1秒間に20回行なう。そのたびに、制御部21により流量制御を行ない、ほぼリアルタイムに連続的に、メタノール濃度を一定になるように制御する。
この方法により得られる、メタノール温度と水温度とメタノール濃度の関係を表1に示す。
これにより、水側ペルチェ素子13b−2と、メタノール側ペルチェ素子11b−2の各温度を調整することにより、メタノール濃度を4%に制御することができる。
上記では、メタノールの水による希釈例を説明したが、他の液体でも同様にして濃度調整を行なうことができる。
図12、図13及び図14において横軸は波長(nm)、縦軸は吸光度(abs)を示す。図12、図13及び図14では、各溶液の濃度が1mol/L、0.5mol/L、0.25mol/Lのものを示す。
また、本発明の流体制御方法及び流体制御装置は、希釈のみならず、複数種類の液体の混合にも用いることができる。この場合、化学反応を伴うものであってもよい。
図15は、流体制御装置の他の実施例の全体の構成を概略的に示す図である。図16は、この実施例の調液部119を説明するための概略的な構成図である。図17は、この実施例の測定部109の構造を説明するための正面図、側面図及び上面図である。図18は、この実施例の光学系を説明するための概略的な構成図である。図15〜図18を参照してこの実施例を説明する。
測定部109からの信号に基づいて調液部119及び除去部139の動作を制御するための制御部143が設けられている。
調液部119には、チューブ111,121を合流するためのチューブ145と、チューブ113,145を合流するためのチューブ147と、チューブ115,147を合流するためのチューブ149が設けられている。チューブ117,149は合流されてチューブ123に接続されている。
測定部109には、図15に示すように、チューブ111,113,115,117,121,123,129,137が導かれている。符号A〜Pで示すように、チューブ111,113,115,117,121,123,129,137には光学測定用のセル111b,113b,115b,117b,121b,123b,129b,137bが接続されている。例えば、フッ酸又はヘキサフルオロ珪酸を含有する液が流されるセル111b,115b,117b,121b,123b,129b,137bはサファイア製であり、それ以外のセル113b,117bは石英製である。これらのセルにおいて、液体は、符号A〜Pの近傍に示す矢印の方向へ流れる。
分光部161が設けられている。分光部161は、光源であるタングステンランプ163と、凸レンズ165と、8個の干渉フィルタ167を備えた回転円板169と、凸レンズ171と、受光側の凸レンズ173と、受光素子179と、回転円板169を回転させるためのモータ181とを備えている。タングステンランプ163から放射された光は、凸レンズ165によって集光され、干渉フィルタ167を通過する。ここで、回転円板169に保持された干渉フィルタ167は、光を、800〜1400nmの範囲内の所定の波長の光に分光する。
干渉フィルタ167によって分光された光は、凸レンズ171によって集光され、図17に示した投光側光ファイバー151の入射側端面151aに照射される。投光側光ファイバー151は測定部109につながっている。
受光側光ファイバー153の射出側端面153aは分光部161に設置されている。測定部109で受光側光ファイバー153の入射側端面に入射した光は、分光部161で、受光側光ファイバー153の射出側端面153aから凸レンズ173に入射して、集光して、受光素子179に入射される。受光素子179は、入射された光を、その強度に対応する光電流に変換する。受光素子179からの電気信号は、図15にも示した制御部143に送られる。
ポンプ131を用いて、エッチング液容器127に保存されている濃度調整後のエッチング液をチューブ129によりエッチング装置135へと送液する。その途中で、チューブ129内を流れるエッチング液は符号A,Bの箇所で測定部109に導かれる。測定部109で、エッチング液はセル129bに到達する。制御部143により、スライダー159を動作させてセル129bの光透過面に光ファイバー151,153を移動させて、チューブ129内を流れるエッチング液の濃度を測定する。これにより、エッチング装置135で処理に用いられる前のエッチング液中におけるフッ酸濃度と、硝酸濃度と、水濃度と、ヘキサフルオロ珪酸濃度を求める。エッチング液の濃度の測定方法は、例えば特許文献6に開示されている方法で行なうことができる。
測定部109で濃度測定されたエッチング液は、エッチング装置135に送液され、そこでシリコンウェハのエッチングに使用される。
チューブ121内を流れる濃度調整前のエッチング液は、電磁比例弁121aを通過した後、チューブ111から供給されるフッ酸原液とチューブ145で合流する。フッ酸原液は、電磁比例弁111aの開度が調整されることによって不足しているフッ酸成分量だけ供給される。フッ酸原液の供給量は、チューブ121で測定した濃度調整前のエッチング液中のフッ酸濃度に基づいて決定される。チューブ145で合流したエッチング液とフッ酸原液は混合器145aで混合される。
[f−0]=(a×[f−1]+b×[f−2])/(a+b+c+d+e)
[n−0]=(a×[n−1]+c×[n−2])/(a+b+c+d+e)
[s−0]=(a×[s−1]+d×[s−2])/(a+b+c+d+e)
[w−0]=(a×[w−1]+e)/(a+b+c+d+e)
ここで、a,b,c,d,eは、電磁比例弁121a,111a,113a,115a,117aを通過する流量に、その液体の密度を掛け合わせた値である。
これにより、各成分濃度が目標値に近いエッチング液をチューブ123から排出される。この場合、水分とヘキサフルオロ珪酸を加えるd,eパラメータが大きい値の場合は、除去部139の能力が高いことを意味するので、低く抑えるように制御する。また、d,eパラメータがマイナスになる場合は、除去部139の能力が低いことを意味するので、高くなるように制御する。
例えば、上記実施例では、混合する流体として液体を用いているが、本発明の流体制御方法及び流体制御装置は気体の混合にも適用することができる。ここで、混合する複数の気体が化学反応を伴うものであってもよい。
11a,13a,15a 測定部
11b,13b 流量調整部
19 ポンプ
21 制御部
109 測定部
111,113,115,117,121,123 チューブ(流路)
145,147,149 チューブ(流路)
111a,113a,115a,117a,121a 電磁比例弁(流量調整部)
125 ポンプ
143 制御部
Claims (42)
- 流路内を流れる混合前の複数の流体をそれぞれ流量調整しつつ混合し、流路内を流れる混合後の流体の特性を光学的に測定し、その測定結果に基づいて前記混合後の流体が目標の特性になるように前記混合前の流体の流量を調整する流体制御方法において、
前記混合前の複数の流体について特性をそれぞれ光学的に測定し、それぞれの流体の測定結果を前記混合前の流体の流量の調整に反映させるか、又はそれぞれの流体の測定結果に基づいてそれぞれの流体の特性が所定のものでない場合に警報を発することを特徴とする流体制御方法。 - 前記光学的測定は、スペクトル測定、又は所定波長における透過率測定もしくは吸光度測定である請求項1に記載の流体制御方法。
- 前記スペクトル測定の波長範囲は、800〜2600nmの近赤外線スペクトル、400〜800nmの可視光スペクトルもしくは150〜400nmの紫外線スペクトル又はそれらの組合せである請求項2に記載の流体制御方法。
- 前記流路内を流れる流体の温度を変化させることにより、前記流体の粘度を変化させ、前記流路内での前記流体の流量を調整する請求項1から3のいずれか一項に記載の流体制御方法。
- 前記流路はチューブによって形成されている請求項1から4のいずれか一項に記載の流体制御方法。
- 前記流路はマイクロ流体システム内に形成されたものである請求項1から4のいずれか一項に記載の流体制御方法。
- 前記マイクロ流体システムは、2枚の平面板で厚みの均一な間仕切り板を挟み込むことによって内部に流路が形成されたチップである請求項6に記載の流体制御方法。
- 前記流体が液体である請求項1から7のいずれか一項に記載の流体制御方法。
- 前記流体の特性が流体の温度である請求項1から8のいずれか一項に記載の流体制御方法。
- 前記流体の特性が流体を構成している組成の濃度である請求項1から8のいずれか一項に記載の流体制御方法。
- 前記混合前の流体がアルコール溶液と水であり、前記混合後の流体が希釈アルコール溶液である請求項10に記載の流体制御方法。
- 前記混合前の前記流体が濃度調整前の混酸とその混酸の成分の酸溶液と水であり、前記混合後の流体が濃度調整後の混酸である請求項10に記載の流体制御方法。
- 加熱処理もしくは減圧処理又はそれらの両方によって前記濃度調整前の混酸の水分量を減少させる請求項12に記載の流体制御方法。
- 前記濃度調整前の混酸は、前記濃度調整後の混酸が所定の処理に使用された後の溶液である請求項13に記載の流体制御方法。
- 前記混酸の成分は、ヘキサフルオロ珪酸、フッ酸、硝酸、酢酸、リン酸、硫酸のうちいずれか2つ以上含む請求項12又は14に記載の流体制御方法。
- 前記混酸の成分はヘキサフルオロ珪酸を含み、さらにフッ酸、硝酸、酢酸、リン酸、硫酸のうちいずれか1つ以上を含む請求項12又は14に記載の流体制御方法。
- 前記濃度調整前の混酸のヘキサフルオロ珪酸成分量を加熱処理もしくは減圧処理又はそれらの両方によって減少させる請求項15又は16に記載の流体制御方法。
- 同時に前記濃度調整前の混酸の水分量を減少させる請求項17に記載の流体制御方法。
- 前記所定の処理がシリコンウェハのエッチング処理である請求項14から18のいずれか一項に記載の流体制御方法。
- 前記濃度調整前の混酸は、前記濃度調整後の混酸が単位枚数のシリコンウェハのエッチング処理に用いられたものである請求項19に記載の流体制御方法。
- 前記エッチング処理がスピンエッチング処理である請求項19又は20に記載の流体制御方法。
- 混合前の複数の流体及びそれらの流体の混合後の流体を流すための流路と、
前記混合前の複数の流体の流量をそれぞれ調整するための流量調整部と、
前記流路内を流れる前記混合後の流体の特性を光学的に測定するための測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて前記混合後の流体が目標の特性になるように前記流量調整部を制御して前記混合前の流体の流量を調整する制御部と、を備えた流体制御装置において、
前記測定部は、前記混合前の複数の流体についても特性をそれぞれ光学的に測定するものであり、
前記制御部は、前記混合前の複数のそれぞれの流体の測定結果を前記混合前の流体の流量の調整に反映させるか、又は前記混合前の複数のそれぞれの流体の測定結果に基づいてそれぞれの流体の特性が所定のものでない場合は警報を発するものであることを特徴とする流体制御装置。 - 前記測定部が行なう測定は、スペクトル測定、又は所定波長における透過率測定もしくは吸光度測定である請求項22に記載の流体制御装置。
- 前記スペクトル測定の波長範囲は、800〜2600nmの近赤外線スペクトル、400〜800nmの可視光スペクトルもしくは150〜400nmの紫外線スペクトル又はそれらの組合せである請求項23に記載の流体制御装置。
- 前記流量調整部は、前記流路内を流れる流体の温度を変化させることにより、前記流体の粘度を変化させ、前記流路内での前記流体の流量を調整するものである請求項21から24のいずれか一項に記載の流体制御装置。
- 前記流路はチューブによって形成されている請求項21から25のいずれか一項に記載の流体制御装置。
- 前記流路はマイクロ流体システム内に形成されたものである請求項21から25のいずれか一項に記載の流体制御装置。
- 前記マイクロ流体システムは、2枚の平面板で厚みの均一な間仕切り板を挟み込むことによって内部に流路が形成されたチップである請求項27に記載の流体制御装置。
- 前記流体が液体である請求項21から28のいずれか一項に記載の流体制御装置。
- 前記流体の特性が流体の温度である請求項21から29のいずれか一項に記載の流体制御装置。
- 前記流体の特性が流体を構成している組成の濃度である請求項21から29のいずれか一項に記載の流体制御装置。
- 前記混合前の流体がアルコール溶液と水であり、前記混合後の流体が希釈アルコール溶液である請求項31に記載の流体制御装置。
- 前記混合前の前記流体が濃度調整前の混酸とその混酸の成分の酸溶液と水であり、前記混合後の流体が濃度調整後の混酸である請求項31に記載の流体制御装置。
- 加熱処理もしくは減圧処理又はそれらの両方によって前記濃度調整前の混酸の水分量を減少させるための除去部をさらに備えている請求項33に記載の流体制御装置。
- 前記濃度調整前の混酸は、前記濃度調整後の混酸が所定の処理に使用された後の溶液である請求項33に記載の流体制御装置。
- 前記混酸の成分は、ヘキサフルオロ珪酸、フッ酸、硝酸、酢酸、リン酸、硫酸のうちいずれか2つ以上含む請求項33又は35に記載の流体制御装置。
- 前記混酸の成分はヘキサフルオロ珪酸を含み、さらにフッ酸、硝酸、酢酸、リン酸、硫酸のうちいずれか1つ以上を含む請求項33又は35のいずれか一項に記載の流体制御装置。
- 前記濃度調整後の混酸のヘキサフルオロ珪酸成分量を加熱処理もしくは減圧処理又はそれらの両方によって減少させるための除去部をさらに備えている請求項36又は37に記載の流体制御装置。
- 前記除去部は、同時に前記濃度調整後の混酸の水分量を減少させる請求項38に記載の流体制御装置。
- 前記所定の処理がシリコンウェハのエッチング処理である請求項35又は39のいずれか一項に記載の流体制御装置。
- 前記濃度調整前の混酸は、前記濃度調整後の混酸が単位枚数のシリコンウェハのエッチング処理に用いられたものである請求項40に記載の流体制御装置。
- 前記エッチング処理がスピンエッチング処理である請求項40又は41に記載の流体制御装置。
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