(57)【要約】【課題】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する。【解決手段】混合前の複数の流体を流すための流路５，７，１１，１３と、混合後の流体を流すための流路１５，１７と、流体を流路で移動させるためのポンプ１９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１１ｂ，１３ｂと、混合後の流体の特性を光学的に測定するための測定部１５ａと、測定部１５ａの測定結果に基づいて混合後の流体が目標の特性になるように流量調整部１１ｂ，１３ｂを制御して混合前の流体の流量を調整する制御部２１と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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する請求項１に記載の流体制御方法。
【請求項３】
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又は２に記載の流体制御方法。
【請求項４】
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３に記載の流体制御方法。
【請求項５】
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４のいずれか一項に記載の流体制御方法。
【請求項６】
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５のいずれか一項に記載の流体制御方法。
【請求項７】
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５のいずれか一項に記載の流体制御方法。
【請求項８】
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７に記載の流体制御方法。
【請求項９】
前記流体が液体である請求項１から８のいずれか一項に記載の流体制御方法。
【請求項１０】
前記流体の特性が流体の温度である請求項１から９のいずれか一項に記載の流体制御方法。
【請求項１１】
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９のいずれか一項に記載の流体制御方法。
【請求項１２】
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１１に記載の流体制御方法。
【請求項１３】
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１１に記載の流体制御方法。
【請求項１４】
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１３に記載の流体制御方法。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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１３又は１５に記載の流体制御方法。
【請求項１７】
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１３又は１５に記載の流体制御方法。
【請求項１８】
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１６又は１７に記載の流体制御方法。
【請求項１９】
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１８に記載の流体制御方法。
【請求項２０】
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１５から１９のいずれか一項に記載の流体制御方法。
【請求項２１】
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２０に記載の流体制御方法。
【請求項２２】
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２０又は２１に記載の流体制御方法。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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請求項２３に記載の流体制御装置。
【請求項２５】
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２３又は２４に記載の流体制御装置。
【請求項２６】
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２５に記載の流体制御方法。
【請求項２７】
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２３から２６のいずれか一項に記載の流体制御装置。
【請求項２８】
前記流路はチューブによって形成されている請求項２３から２７のいずれか一項に記載の流体制御装置。
【請求項２９】
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２３から２７のいずれか一項に記載の流体制御装置。
【請求項３０】
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２９に記載の流体制御装置。
【請求項３１】
前記流体が液体である請求項２３から３０のいずれか一項に記載の流体制御装置。
【請求項３２】
前記流体の特性が流体の温度である請求項２３から３１のいずれか一項に記載の流体制御装置。
【請求項３３】
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２３から３１のいずれか一項に記載の流体制御装置。
【請求項３４】
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３３に記載の流体制御装置。
【請求項３５】
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３３に記載の流体制御装置。
【請求項３６】
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３５に記載の流体制御装置。
【請求項３７】
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３５に記載の流体制御装置。
【請求項３８】
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３５又は３７に記載の流体制御装置。
【請求項３９】
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３５又は３７のいずれか一項に記載の流体制御装置。
【請求項４０】
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３８又は３９に記載の流体制御装置。
【請求項４１】
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４０に記載の流体制御装置。
【請求項４２】
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３７から４１のいずれか一項に記載の流体制御装置。
【請求項４３】
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４２に記載の流体制御装置。
【請求項４４】
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４２又は４３に記載の流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路内を流れる流体の制御方法及び制御装置に関し、特に、複数の流体を混合して目標の特性をもつ流体にするための流体制御方法及び流体制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の液体を混ぜ合わせる装置において、一定時間あたりのポンプの吐出量や弁の開度により、流量を設定し、それぞれの一定時間あたりの流量の液体を混ぜ合わせて、目的の混合液を作成する技術がある（例えば特許文献１、特許文献２を参照。）。
【０００３】
また、複数の液体を混合した液体を用いる技術として、例えばシリコンウェハのエッチング技術がある。シリコンウェハのエッチング液には複数種類の酸を混合した混酸が用いられる（例えば特許文献３〜５を参照。）。エッチング液はその組成によりエッチング速度が変化するので、その組成維持は非常に重要なことである。
【０００４】
例えば、フッ酸、硝酸、ヘキサフルオロ珪酸を含む混酸の場合、シリコンウェハをエッチングしていく過程でフッ酸と硝酸は反応に使用されて減少していく。これに対し、ヘキサフルオロ珪酸と水は反応により生成され増加していく。エッチング処理に使用した後のエッチング液を再生する場合、減少したフッ酸及び硝酸については、フッ酸原液及び硝酸原液をエッチング液に追加すれば所望のフッ酸濃度及び硝酸濃度に戻すことができる。そして、フッ酸原液及び硝酸原液を追加することによって多少ともエッチング液中のヘキサフルオロ珪酸と水は減少する。しかし、フッ酸原液及び硝酸原液の追加によるエッチング液中のヘキサフルオロ珪酸と水の減少量には限界があるので、エッチング液の再生過程においてエッチング液を抜き取る操作が必要になる。例えば特許文献３では、抜き取ったエッチング液に対して処理を行ない、ヘキサフルオロ珪酸と水を減少させている。また、特許文献５では、エッチング槽に収容されたエッチング液の濃度測定を行ない、測定結果に基づいて、エッチング槽に酸溶液の原液を供給し、かつエッチング槽内のエッチング液を排出することによってエッチング液の再生を実現している。混酸の測定装置については例えば特許文献６に開示された技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００１−５０９２６０号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５４９４号公報
【特許文献３】特開２００５−２１０１４４号公報
【特許文献４】特開平１１−１９４１２０号公報
【特許文献５】特開２００５−１８７８４４号公報
【特許文献６】特許３５７８４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数の液体を混ぜ合わせる装置において、ポンプの吐出量は、液温変化や組成変化による液の粘度変化や、ポンプ自体の吐出誤差で、時間的に変化する。また、弁の開度は、時間とともに変化したり、液の粘度変化により変化したりするので、同一開度でも流量は時間的に変化する。
【０００７】
特許文献１では複数のマイクロポンプを使用しているが、それらのマイクロポンプがまったく同じ能力をもつということはありえない。そのため、混ぜ合わせた後の液には、所定の混合比からのずれが生じる。また、ポンプや弁の故障により、調合した液が目標値から大きく外れるという危険性がある。
【０００８】
また、混ぜ合わせる前の液が、何かのトラブルでまったく異なった液に置き換わっていたり、揮発性の液であるため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ことがある。これらの場合、予期していた濃度とはまったく異なる濃度の液が作成される。このような液は使用時に多くの不具合を招く。例えば、製造ラインに使用している液の場合には多くの欠陥品が作製されることが懸念される。また、エンジンへの燃料供給の場合にはエンジンストップになってしまう可能性がある。また、燃料電池の場合は、発電効率の劣化が発生するという不具合を招く。
【０００９】
また、特許文献２は、混合した液を一時貯めておく容器を設置して、オイル及び燃料の粘度変化にともなうポンプ背圧変化による吐出変化をなくそうとしている。この方法は、容器に液を一時貯蔵するために、容器内で不必要に液が貯留されることがあり、時間とともに液が変性することがある。また、容器内では、常に過去に作成した液が押し出されずに貯留して変成し、それが少しずつ供給側に混じり、トラブルを発生する可能性がある。さらに、混合した液の混合比率をダイナミックに変化させる制御が構造的に不可能である。また、容器のサイズが、小型化、マイクロ化を阻むという致命的な短所がある。
【００１０】
また、混酸からなるエッチング液を再生する場合、特許文献６の測定技術を用いるとエッチング液中の酸濃度を迅速に正確に測定できる。しかし、エッチング液中の酸濃度はいろいろな条件で変化しやすいので、エッチング条件によって、エッチング液中の酸濃度は様々に変化する。エッチング処理前後でエッチング液中の酸濃度を高速に正確に測定することができ、その値でもって原液を追加すればプロセスが安定化するのは当然であるが、それが従来技術ではできなかった。
【００１１】
また、エッチング処理に用いることによってエッチング液中で増加する成分、例えば水やヘキサフルオロ珪酸に関しては、処理が複雑になる。１５０℃近辺の高温条件では、水もヘキサフルオロ珪酸も、他の酸成分に比べて揮発性が高いので、減少していくが、それらの減少量を高速に正確に測定する手段がないために、処理の進行の調整ができないという問題があった。
【００１２】
現状では、エッチング液を抜き取り、ある程度の量が溜まった段階で、高温及び減圧の処理を行ない、水とヘキサフルオロ珪酸をできるかぎり減少させる。その後、その液についてバッチ処理で各成分濃度の測定し、又はその液について水及びヘキサフルオロ珪酸の減少量を予測し、その液とエッチング処理に使用される前のエッチング液を所定の混合比で混ぜ合わせて、トータルでのエッチング液の量を節約している。
【００１３】
また、特許文献５は、分光測定によってエッチング液中の酸濃度をリアルタイムで測定する方法を採用している。そして、酸濃度の調整は、エッチング槽内のエッチング液に対する、所定酸濃度の増減に対しての制御によって行なっている。そのため、酸溶液の原液容器も、エッチング液中の溶出物質除去装置も大がかりなものとなり、そこで貯蔵、滞留する薬液量は多く、薬液の回転率が悪い。
【００１４】
本発明は、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流体制御方法及び流体制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る流体制御方法は、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上記混合後の流体が目標の特性になるように上記混合前の流体の流量を調整するものである。
【００１６】
本発明に係る流体制御装置は、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、上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、上記流路内を流れる混合後の流体の特性を光学的に測定ための測定部と、上記測定部の測定結果に基づいて上記混合後の流体が目標の特性になるように上記流量調整部を制御して上記混合前の流体の流量を調整する制御部と、を備えたものである。
【００１７】
特性、例えば濃度が既知である混合前の流体を混合する際、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所定の目標値から混合後の流体の特性がどの程度ずれているかを求め、それを補正するように、混合前の流体の流量を制御して、混合後の流体が目標の混合比率に近づくようにする。混合後の流体の光学的測定は数秒以下の高速で行なうことができる。混合前の流体の流量調整も数秒以下の速い操作により行なうことができる。これにより、所定の特性をもつ流体を迅速に調合できる。
【００１８】
本発明の流体制御方法において、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。
【００１９】
本発明の流体制御方法及び流体制御装置において、上記光学的測定は、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例を挙げることができる。例えば、上記スペクトル測定の波長範囲は、８００〜２６００ｎｍ（ナノメートル）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。
【００２０】
本発明の流体制御方法において、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。
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。
【００２１】
本発明の流体制御方法及び流体制御装置において、上記流路はチューブによって形成されている例を挙げることができる。
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。
【００２２】
光学的測定は、流路が通常サイズならば、例えばガラスにより作られた光透過のセル部に流体を輸送して、そこに光を照射し、流体を透過した光を受光することによって行なう。マイクロ流体システムを用いる場合は、マイクロ流体システム内の流路に流体を輸送し、例えば光ファイバーにより所定のセル部分に対して投光及び受光を行なって測定する。これにより、複数の測定点の光学的測定が容易にできる。さらに、純水などを校正液として複数のセルのひとつに割り当てれば、純水を収容したセル箇所を測定することにより、光ファイバー系も含めた分光器の校正が容易になり、長期間の信頼性及び測定値の安定性を確保できる。
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。
【００２３】
本発明の流体制御方法及び流体制御装置において、上記流体が液体であ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ける上記流体は液体に限定されるものではなく、流体は気体であってもよい。
【００２４】
本発明の流体制御方法及び流体制御装置において、上記流体の特性として、流体の温度や、流体を構成している組成の濃度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ける上記流体の特性はこれに限定されるものではない。
【００２５】
本発明の流体制御方法及び流体制御装置において、上記流体が液体であり、上記流体の特性が液体を構成している組成の濃度である場合、上記混合前の流体がアルコール溶液と水であり、上記混合後の流体が希釈アルコール溶液である例を挙げることができる。
【００２６】
また、本発明の流体制御方法及び流体制御装置において、上記流体が液体であり、上記流体の特性が液体を構成している組成の濃度である場合、上記混合前の上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、上記混合後の流体が濃度調整後の混酸である例を挙げることができる。
【００２７】
混合前の流体に濃度調整前の混酸が含まれる場合、本発明の流体制御方法において加熱処理もしくは減圧処理又はそれらの両方によって上記濃度調整前の混酸の水分量を減少させるようにし、また、本発明の流体制御装置において加熱処理もしくは減圧処理又はそれらの両方によって上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ようにしてもよい。
【００２８】
上記濃度調整前の混酸の一例として、上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を挙げることができる。
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。
【００２９】
混合前の流体にヘキサフルオロ珪酸を含む混酸が含まれる場合、本発明の流体制御方法において上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ようにし、さらに同時に上記濃度調整前の混酸の水分量を減少させるようにしてもよい。また、本発明の流体制御装置において上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ようにしてもよい。除去部はヘキサフルオロ珪酸成分量を減少させるのと同時に濃度調整前の混酸の水分量を減少させるものであってもよい。
【００３０】
本発明の流体制御方法及び流体制御装置において、混合する流体のうちの１つである濃度調整前の混酸が、所定の処理に使用された後の濃度調整後の混酸である場合、上記所定の処理の例として、シリコンウェハのエッチング処理を挙げることができる。さらに、上記濃度調整前の混酸は、上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例を挙げることができる。上記エッチング処理の一例はスピンエッチング処理である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の流体制御方法では、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。
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。
【００３２】
本発明の流体制御方法において、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、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。
【００３３】
本発明の流体制御方法及び流体制御装置において、流体が液体であり、流体の特性が液体を構成している組成の濃度であり、混合前の流体がアルコール溶液と水であり、混合後の流体が希釈アルコール溶液であれば、本発明の流体制御方法及び流体制御装置を例えば燃料電池に適用することができる。
【００３４】
また、流体が液体であり、液体の特性が液体を構成している組成の濃度であり、混合前の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、混合後の流体が濃度調整後の混酸であって、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場合、本発明の流体制御方法及び流体制御装置を混酸のリサイクルに適用することができる。
【００３５】
所定の処理が例えばシリコンウェハに対するスピンエッチング処理である場合、エッチング液としてフッ酸、硝酸、ヘキサフルオロ珪酸を含む混酸が用いられる。エッチング液について、エッチング処理に用いる前後で酸濃度を測定する。そうすれば、各酸成分の濃度の増減が正確に判明する。減少した酸成分に対しては濃度の高い原液を追加することにより、エッチング処理に用いる前の液組成に復帰させることができる。
【００３６】
フッ酸原液及び硝酸原液を追加することによって多少ともエッチング液中のヘキサフルオロ珪酸と水は減少する。しかし、増加した水とヘキサフルオロ珪酸は、ある程度は減少するが、完全にもとには戻らない。戻そうとすれば、追加するフッ酸原液及び硝酸原液の量がどんどん増加して、リサイクルによる薬品使用量の減少という主旨に反することになる。そのため、増加した水とヘキサフルオロ珪酸を減少させる処理が必要になる。
【００３７】
この処理は複雑であるが、もっとも小型化できるものとして、エッチング液を高温減圧させて、水を水蒸気にし、ヘキサフルオロ珪酸を四フッ化珪素にしてガスとして分離させる方法である。従来は、バッチ式に大規模な装置で行なっていたが、エッチング処理に使用した後のエッチング液の分だけを処理するようにすれば装置の小型化が可能となる。本発明の流体制御方法及び流体制御装置では、水とヘキサフルオロ珪酸の減少量を正確にリアルタイムに測定できるので、適切な処理時間の設定が可能である。これにより、エッチング液の再生処理にかかる時間とエネルギーとを節約できる。
【００３８】
さらに、エッチング液を貯蔵するための槽を用いることなく、リアルタイムで使用後のエッチング液の酸濃度を測定し、その測定結果に応じて水及びヘキサフルオロ珪酸を減少させ、フッ酸原液及び硝酸原液を追加してエッチング液を再生できるので、再生したエッチング液をすぐに使用することができ、また、薬品の回転率が向上する。これにより、プロセスで滞留している薬品の総量を減少させることができる。このように、本発明の流体制御方法及び流体制御装置は、例えばエッチング液を再生でき、地球環境維持に貢献できる。
【００３９】
また、流路としてマイクロ流体システム内に形成されたものを用い、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ようにすれば、チップにおける流路の深さ寸法、すなわち光路長を均一にすることができ、チップの流路内の流体の物性、例えば吸光度や濃度の測定を精度よく、かつ安定して行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】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。
【図２】同実施例の調液部を説明するための平面図と側面図である。
【図３】調液部の一部分を構成するチップを示す側面図である。
【図４】チップを構成する、接合前のガラス間仕切り板及び２枚のガラス板を示す側面図である。
【図５】チップのガラス間仕切り板を示す平面図である。
【図６】チップのガラス板を示す側面図である。
【図７】調液部を構成するチップの流路パターンを説明するための平面図である。
【図８】チップ内のミキシング部内における液体の流れを矢印で示す平面図である。
【図９】接合前のガラス間仕切り板及び２枚のガラス板を示す側面図である。
【図１０】チップに配置するセンサー、ペルチェ素子及び測温体の配置を説明するための平面図と側面図を示す図である。
【図１１】メタノールの水スペクトルとの差スペクトルを表す図である。
【図１２】塩酸、酢酸、エタノール、グルコース、サッカロースについて、波長１７００ｎｍ〜２６００ｎｍでの水スペクトルとの差スペクトルを表す図である。
【図１３】塩酸、酢酸、エタノール、グルコース、サッカロース、メタノールについて、波長８００ｎｍ〜１４００ｎｍでの水スペクトルとの差スペクトルを表す図である。
【図１４】塩酸、酢酸、エタノール、グルコース、サッカロース、メタノールについて、波長１２００ｎｍ〜１９００ｎｍでの水スペクトルとの差スペクトルを表す図である。
【図１５】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】同実施例の調液部を説明するための概略的な構成図である。
【図１７】同実施例の測定部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】同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。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
燃料電池で、携帯機器向けの小型のものとして、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）が注目されている。ＤＭＦＣ型燃料電池の燃料供給には、メタノール濃度３〜５％の濃度のメタノール水溶液が用いられる。メタノール濃度が高いと、メタノールが燃料極で未反応なものが、電解質膜を透過して空気極へ到達するクロスオーバー現象が発生して、発電効率が低下するという問題が発生する。メタノール濃度が低くても、発電効率が落ちる。したがって、常に最適なメタノール濃度を供給することが望まれる。また、濃度の濃いメタノールを、水で最適な濃度に希釈して使用することができれば、ＤＭＦＣ型燃料電池内に収容しておくメタノール燃料の体積を減少することができ、ＤＭＦＣ型燃料電池をより小型にすることができる。希釈に必要な水は、空気極側で発生する水を用いてもよいし、空気中の湿度分を捕集してもよい。
【００４２】
［実施例１］
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。
【００４３】
調液部９には、チューブ５が接続された流路１１と、チューブ７が接続された流路１３が設けられている。チューブ５，７とは反対側の流路１１，１３の端部は合流されて流路１５に接続されている。
【００４４】
流路１１にはチューブ５側から順に測定部１１ａと流量調整部１１ｂが設けられている。流路１３にはチューブ７側から順に測定部１３ａと流量調整部１３ｂが設けられている。流路１５には測定部１５ａが設けられている。
【００４５】
測定部１１ａ，１３ａ，１５ａは、流路１１，１３，１５内の液体のスペクトルを光学的に測定するためのものである。流量調整部１１ｂ，１３ｂは、流路１１，１３内の液体の流量を調整するためのものである。
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。
【００４６】
流量調整部１１ｂ，１３ｂを制御するための制御部２１が設けられている。制御部２１は、測定部１１ａ，１３ａ，１５ａの測定結果に基づいて、流路１５内の希釈メタノールが目標の濃度になるように、流量調整部１１ｂ，１３ｂを制御して流路１１,１３内を流れるメタノールと水の流量を調整する。
【００４７】
図２は、調液部９を説明するための平面図と側面図である。図３は、調液部９の一部分を構成するチップ２３を示す側面図である。図４は、チップ２３を構成する、接合前のガラス間仕切り板３３及び２枚のガラス板３５，３７を示す側面図である。図５は、チップ２３のガラス間仕切り板３３を示す平面図である。図６は、チップ２３のガラス板３５，３７を示す側面図である。図７は、調液部９を構成するチップ２３の流路パターンを説明するための平面図である。図８は、チップ２３内のミキシング部１５ｂ内における液体の流れを矢印で示す平面図である。図９は、チップ２３に配置するセンサー、ペルチェ素子及び測温体の配置を説明するための平面図と側面図を示す図である。図１０は、チップ２３に配置する光センサーを分解して示す平面図である。
【００４８】
図２に示すように、調液部１３は、内部に流路が形成されたチップ２３と、チップ２３を支持するための金属製の枠部２５と、チューブ５，７，１７をチップ２３に接続するための継ぎ手２７，２９，３１を備えている。チップ２３はマイクロ流体デバイスである。
【００４９】
チップ２３の平面サイズは１２.５ｍｍ×３９ｍｍ、厚みは２.２ｍｍである。枠部２５の外周平面サイズは１９ｍｍ×４６ｍｍ、内周平面サイズは１３ｍｍ×４０ｍｍ、厚みは４.２ｍｍである。枠部２５には、ネジで継手２７，２９，３１が差し込まれている。枠部２５の内側に配置されたチップ２３は継手２７，２９，３１によって押さえ込まれることによって固定されている。チップ２３は、側面に継手２７，２９，３１に対応する位置に、チップ２３内部の流路につながるテーパー形状の凹部を備えている。継手２７，２９，３１の先端がチップ２３側面の凹部に差し込まれることによって流路がシールされて液漏れを防止している。
【００５０】
図３及び図４に示すように、チップ２３は、流路を形成するための厚みの均一なガラス間仕切り板３３を２枚のガラス平面板３５，３７で挟み込んだ３層構造になっている。
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。
【００５１】
ガラス間仕切り板３３及びガラス平面板３５，３７の接合面は平坦に研磨されている。図４に示すように、ガラス平面板３５，３７の間にガラス間仕切り板３３を配置する。具体的には、ガラス平面板３７の上にガラス間仕切り板３３を構成するガラス板３３ａ〜３３ｅを配置し、その上にガラス平面板３５を配置する。ガラス間仕切り板３３及びガラス平面板３５，３７を重ねて配置した状態で熱をかけ、オプティカルコンタクトさせると、接着剤を用いなくても、ガラス間仕切り板３３及びガラス平面板３５，３７は接着する。そして、図３に示すようにチップ２３が形成される。
【００５２】
図７に示すように、チップ２３内部には、チューブ５，７が接続される２つの流路１１，１３が設けられている。
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。
【００５３】
流路１１，１３には、センサー部１１ａ−１，１３ａ−１よりも下流側に流量制御部１１ｂ−１，１３ｂ−１も設けられている。流量制御部１１ｂ−１，１３ｂ−１は直列に接続された４つの渦巻状の流路を備えている。流量制御部１１ｂ−１，１３ｂ−１の流路幅、すなわち断面積は、チップ２３の他の流路部分に比べて小さく形成されている。
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。
【００５４】
流路１５に２つのミキシング部１５ｂが設けられている。
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。
【００５５】
図８を参照して、ミキシング部１５ｂ内における液体の流れを説明する。
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。
【００５６】
上流側の広い箇所１５ｂ−１には、ミキシング部１５ｂに対して上流側の流路１５が接続されている。広い箇所１５ｂ−１の近傍で流路１５に流路の細い箇所１５ｂ−５が設けられている。広い箇所１５ｂ−１，１５ｂ−２の間を接続する２本の流路１５ｂ−３，１５ｂ−４の上流側の端部は、細い箇所１５ｂ−５の両隣の箇所で広い箇所１５ｂ−１に接続されている。
【００５７】
下流側の広い箇所１５ｂ−２には、ミキシング部１５ｂに対して下流側の流路１５が接続されている。広い箇所１５ｂ−１，１５ｂ−２の間を接続する２本の流路１５ｂ−３，１５ｂ−４の下流側の端部は、広い箇所１５ｂ−２に接続された流路１５の両隣の箇所で広い箇所１５ｂ−２に接続されている。広い箇所１５ｂ−２の近傍で、流路１５ｂ−３，１５ｂ−４に流路の細い箇所１５ｂ−６，１５ｂ−７が設けられている。
【００５８】
ミキシング部１５ｂに対して上流側の流路１５から細い箇所１５ｂ−５を介して広い箇所１５ｂ−１に液体が流れ込む。液体は、細い箇所１５ｂ−５を通過する際に流速が速くなるので、広い箇所１５ｂ−１内で渦を発生する（図８の箇所１５ｂ−１内の矢印を参照）。箇所１５ｂ−１内の液体は２本の流路１５ｂ−３，１５ｂ−４に流れ込む。流路１５ｂ−３，１５ｂ−４に流れ込んだ液体は、流路の細い箇所１５ｂ−６，１５ｂ−７を介して広い箇所１５ｂ−２に流れ込む。液体は、細い箇所１５ｂ−６，１５ｂ−７を通過する際に流速が速くなるので、広い箇所１５ｂ−２内で渦を発生する（図８の箇所１５ｂ−２内の矢印を参照）。これらの渦により、液体の混合が促進される。
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。
【００５９】
図９を参照して、チップ２３に配置するセンサー、ペルチェ素子及び測温体の配置を説明する。図２では、これらのセンサー、ペルチェ素子及び測温体の図示を省略している。
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。
【００６０】
チップ２３の下面に２つの測温体１１ｂ−３，１３ｂ−３が貼り付けられている。測温体１１ｂ−３，１３ｂ−３は例えば白金からなる。測温体１１ｂ−３はメタノールが流される流量制御部１１ｂ−１の下に配置されている。測温体１３ｂ−３は水が流される流量制御部１１ｂ−１の下に配置されている。
【００６１】
チップ２３の下面には、３つの光センサー１１ａ−２，１３ａ−２，１５ａ−２も貼り付けられている。光センサー１１ａ−２はメタノールが流される流量制御部１１ｂ−１の下に配置されている。光センサー１３ａ−２は水が流される流量制御部１３ｂ−１の下に配置されている。光センサー１５ａ−２は希釈メタノールが流される流量制御部１５ｂ−１の下に配置されている。
【００６２】
図１０に示すように、光センサー１１ａ−２，１３ａ−２，１５ａ−２は、例えば、２つのＩｎＧａＡｓ素子３９，３９と、ＩｎＧａＡｓ素子３９，３９表面に貼り付けられた干渉フィルタ４１，４１を備えている。干渉フィルタ４１は特定の波長だけを通過させるバンドパスフィルターである。ここでは、干渉フィルタ４１，４１は、メタノールと水の近赤外線スペクトルの差異がある、波長２２００ｎｍと波長２２６０ｎｍを通過させるように設定されている。
【００６３】
この実施例において、センサー部１１ａ−１及び光センサー１１ａ−２は測定部１１ａを構成し、センサー部１３ａ−１及び光センサー１３ａ−２は測定部１３ａを構成し、センサー部１５ａ−１及び光センサー１５ａ−２は測定部１５ａを構成する。
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。
【００６４】
図１から図１０を参照してメタノールを希釈する動作について説明する。
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。
【００６５】
図９に示すように、タングステンランプ（図示は省略）からの光４３をレンズ（図示は省略）にて集光してチップ２３に照射する。センサー部１１ａ−１，１３ａ−１，１５ａ−１を透過した光を光センサー１１ａ−２，１３ａ−２，１５ａ−２で受光する。ここで、チップ２３は、厚みの均一なガラス間仕切り板３３を２枚のガラス平面板３５，３７で挟み込んだ３層構造になっているので、センサー部１１ａ−１，１３ａ−１，１５ａ−１における流路深さ、すなわち光路長は、例えば０.２ｍｍで均一になる。
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。
【００６６】
図１１は、メタノールの水スペクトルとの差スペクトルを表す図である。図１１において横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は吸光度（ａｂｓ）を示す。図１１では、メタノール濃度が１mol／Ｌ（モル／リットル）、０.５mol／Ｌ、０.２５mol／Ｌのものを示す。光路長は０.２ｍｍで行なった。
【００６７】
波長２２６０ｎｍにメタノールのＣＨ基に関する吸収がある。波長２２００ｎｍは、水−メタノール間にスペクトル差が少ない。したがって、波長２２６０ｎｍと波長２２００ｎｍの吸光度差を測定することにより、メタノール濃度をランバートビーア則から求めることができる。
【００６８】
光センサー１１ａ−２からの信号は、センサー部１１ａ−１におけるメタノール濃度が３０％であることを確認するために用いる。センサー部１１ａ−１におけるメタノール濃度の測定結果が３０％でないならば、間違った濃度のメタノールを供給したことになるため、制御部２１は警報信号を出して表示器（図示は省略）に警報を表示する。
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。
【００６９】
光センサー１５ａ−２からの信号は、センサー部１５ａ−１における希釈メタノールの濃度が目標の濃度であることを確認するために用いる。制御部２１は光センサー１５ａ−２からの信号に基づいて希釈メタノールの濃度を算出する。例えば目標のメタノール濃度が４％の場合で考える。
【００７０】
制御部２１で算出したメタノール濃度が４％よりも濃いときは、制御部２１は、流量調整部１１ｂのペルチェ素子１１ｂ−２の温度を下げることにより流量制御部１１ｂ−１の温度を下げ、流量制御部１１ｂ−１内のメタノールの粘度を上げることによって、流路１１内のメタノールの流量を減少させる。さらに、制御部２１は、流量調整部１３ｂのペルチェ素子１３ｂ−２の温度を上げることにより流量制御部１３ｂ−１の温度を上げ、流量制御部１３ｂ−１内の水の粘度を下げることによって、流路１３内の水の流量を増加させる。
【００７１】
逆に、制御部２１で算出したメタノール濃度が４％よりも薄いときは、制御部２１は、流量調整部１１ｂのペルチェ素子１１ｂ−２の温度を上げることにより流量制御部１１ｂ−１の温度を上げ、流量制御部１１ｂ−１内のメタノールの粘度を下げることによって、流路１１内のメタノールの流量を増加させる。さらに、制御部２１は、流量調整部１３ｂのペルチェ素子１３ｂ−２の温度を下げることにより流量制御部１３ｂ−１の温度を下げ、流量制御部１３ｂ−１内の水の粘度を上げることによって、流路１３内の水の流量を減少させる。
【００７２】
制御部２１は、ペルチェ素子１１ｂ−２，１３ｂ−２の温度を測温体１１ｂ−３，１３ｂ−３からの信号に基づいて測定している。
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。
【００７３】
【表１】
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【００７４】
メタノール温度はメタノール側ペルチェ素子１１ｂ−２の測温体１１ｂ−３の計測値と近く、水温度は水側ペルチェ素子１３ｂ−２の測温体１３ｂ−３の計測値と近いので、表１のメタノール温度と水温度は、測温体１１ｂ−３，１３ｂ−３の計測値で代用できる。
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。
【００７５】
この実施例では、液温度を変化させる材料としてペルチェ素子を用いたが、ヒーターを用いてもよい。その場合は、チップ２３の流量制御部１１ｂ−１，１３ｂ−１上にそれぞれに独立した温度制御可能な面ヒーターが貼り付けられる。チップ２３の下面にはヒートシンクに設置する。ヒーターのＯＮとともに流量制御部１１ｂ−１，１３ｂ−１の温度が上昇して、流量制御部１１ｂ−１，１３ｂ−１を流れる液の温度も上昇する。面ヒーター近辺には測温体を設置しておき、測温体からの温度情報に基づいてヒーターをフィードバック制御する。ヒーターに流す電流を下げれば、放熱により、ヒートシンク温度になじむように温度が下がる。サイズがミリオーダーになると、物体の表面積と体積の比率で表面積側が圧倒的に大きくなるため、放熱スピードは日常レベルと比較して非常に早い。そのため、ヒーターによる加温素子のみでも、十分に温度制御が可能である。
【００７６】
この実施例では、ミキシング部１５ｂは、迷路のようなパターンを通過させることにより行なったが、ミキシング方法として、流路に障害物を配置する方法や超音波素子による超音波を液に照射して混合する方法などもある。
【００７７】
また、この実施例では光路長は０.２ｍｍであるが、使用する波長により、例えば１ｍｍ、１０ｍｍなど、０.２ｍｍよりも厚い光路長でもよいし、０.２ｍｍよりも薄い光路長でもよい。
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。
【００７８】
図１２は、塩酸、酢酸、エタノール、グルコース、サッカロースについて、波長１７００ｎｍ〜２６００ｎｍでの水スペクトルとの差スペクトルを表す図である。光路長は０.２ｍｍである。図１３は、塩酸、酢酸、エタノール、グルコース、サッカロース、メタノールについて、波長８００ｎｍ〜１４００ｎｍでの水スペクトルとの差スペクトルを表す図である。光路長は１０ｍｍである。図１４は、塩酸、酢酸、エタノール、グルコース、サッカロース、メタノールについて、波長１２００ｎｍ〜１９００ｎｍでの水スペクトルとの差スペクトルを表す図である。光路長は１ｍｍである。
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。
【００７９】
図１１〜図１４に示すように、液の種類によって固有の近赤外スペクトルがあり、その液に特徴ある波長を使用すれば、メタノール以外の溶液の希釈にも使用できる。
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。
【００８０】
［実施例２］
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。
【００８１】
容器１０１，１０３，１０５，１０７が設けられている。容器１０１には濃度が５０％のフッ酸原液が収容されている。容器１０３には濃度が７０％の硝酸原液が収容されている。容器１０５には濃度が３０％のヘキサフルオロ珪酸原液が収容されている。容器１０７には純純水が収容されている。
【００８２】
容器１０１，１０３，１０５，１０７にチューブ１１１，１１３，１１５，１１７の一端が接続されている。チューブ１１１，１１３，１１５，１１７の他端は測定部１０９を介して調液部１１９に接続されている。調液部１１９には、チューブ１２１とチューブ１２３も接続されている。チューブ１２１は再生するためのエッチング液を送液するためのものである。チューブ１２３は、チューブ１１１，１１３，１１５，１１７，１２１からの液が調液部１１９内で混合された液を送液するためのものである。チューブ１２３は測定部１０９及びポンプ１２５を介してエッチング液容器１２７に導かれている。
【００８３】
エッチング液容器１２７にチューブ１２９の一端が接続されている。チューブ１２９はポンプ１３１及び測定部１０９を介してエッチング装置１３５に導かれている。エッチング装置１３５は、半導体ウェハをエッチングするためのものであり、例えばスピンエッチング装置である。
【００８４】
エッチング装置１３５に、エッチング処理後のエッチング液をエッチング装置１３５外に排出するためのチューブ１３７が接続されている。チューブ１３７は測定部１０９を介して除去部１３９に導かれている。除去部１３９は、エッチング液中の水成分とヘキサフルオロ珪酸を除去するためのものである。除去部１３９には、水蒸気と四フッ化珪素ガスを排出するためのチューブ１４１と、エッチング液を送液するためのチューブ１２１が接続されている。チューブ１２１は測定部１０９を介して調液部１１９に接続されている。
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。
【００８５】
図１６を参照して調液部１１９について説明する。
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。
【００８６】
チューブ１１１，１１３，１１５，１１７，１２１に、それらのチューブ内を流れる液体の流量を調整するための電磁比例弁（流量調整部）１１１ａ，１１３ａ，１１５ａ，１１７ａ，１２１ａが設けられている。弁１１１ａ，１１３ａ，１１５ａ，１１７ａ，１２１ａの開度は、図１５に示した制御部１４３によって制御される。チューブ１２３，１４５，１４７，１４９に、それらのチューブ内を流れる液を混合するための混合器１２３ａ，１４５ａ，１４７ａ，１４９ａが設けられている。
【００８７】
図１７を参照して測定部１０９について説明する。
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。
【００８８】
符号１５１は投光側光ファイバーである。符号１５３は受光側光ファイバーである。符号１５５は投光側の凸レンズである。凸レンズ１５５は、光ファイバー１５１の射出側端面から射出した光を集光して、セル１１１ｂ，１１３ｂ，１１５ｂ，１１７ｂ，１２１ｂ，１２３ｂ，１２９ｂ，１３７ｂのいずれかに照射する。図１７では、セル１２３ｂに光が照射される。セルに照射された光は、セル内の液体を透過し、受光側の凸レンズ１５７を通過後、集光して、光ファイバー１５３の一端面に入射する。８個のセル１１１ｂ，１１３ｂ，１１５ｂ，１１７ｂ，１２１ｂ，１２３ｂ，１２９ｂ，１３７ｂは、ステッピングモータ付きスライダー１５９に設置されており、図１７中の双方向矢印の方向（Ｘ軸）に移動できる。スライダー１５９の動作によって、セル１１１ｂ，１１３ｂ，１１５ｂ，１１７ｂ，１２１ｂ，１２３ｂ，１２９ｂ，１３７ｂのいずれかが光照射面に停止される。
【００８９】
図１８を参照して光学系について説明する。
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。
【００９０】
投光側光ファイバー１５１の入射側端面１５１ａから入射された光は、図１７を参照して説明したように、投光側光ファイバー１５１の射出側端面から射出される。その光は、凸レンズ１５５を介してセル１１１ｂ，１１３ｂ，１１５ｂ，１１７ｂ，１２１ｂ，１２３ｂ，１２９ｂ，１３７ｂのいずれかを透過し、凸レンズ１５７を介して受光側光ファイバー１５３に入射側端面に入射される。
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。
【００９１】
回転円板１６９は、８枚の干渉フィルタ１６７を、円周方向に等角度間隔で保持し、駆動モータ１８１により所定の回転数、例えば１２００ｒｐｍ（revolutions per minute）で回転駆動される。各干渉フィルタ１６７は、８００〜１４００ｎｍの範囲内で、測定対象に応じた、互いに異なる所定の透過波長を有している。ここで、回転円板１６９が回転すると、各干渉フィルタ１６７が、凸レンズ１６５，１７１の光軸に順次挿入される。そして、タングステンランプ１６３から放射された光は、干渉フィルタ１６７によって分光された後、投光側光ファイバー１５１、測定部１０９、受光側光ファイバー１５３、凸レンズ１７３を通過して、受光素子１７９に入射される。これにより、受光素子１７９から、各波長の光の吸光度に応じた電気信号が出力される。
【００９２】
図１５〜図１８を参照して、エッチング液の再生について説明する。
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。
【００９３】
一般に、エッチング処理において、フッ酸と硝酸が消費されて、ヘキサフルオロ珪酸と水が生じる。処理に使用したエッチング液は、ポンプ１２５が作動されることによりチューブ１３７を介して回収される。チューブ１３７内を流れる使用後のエッチング液は、符号Ｃ，Ｄ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１３７ｂ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１３７ｂの光透過面に光ファイバー１５１，１５３を移動させて、チューブ１３７内を流れるエッチング液の濃度を測定する。通常は、使用前のエッチング液と比べて、フッ酸濃度と硝酸濃度が減少し、ヘキサフルオロ珪酸濃度と水濃度が増加した測定結果が得られる。その増加した濃度量を制御部１４３が算出する。
【００９４】
測定部１０９で濃度測定された使用後のエッチング液は除去部１３９に送られる。除去部１３９は、使用後のエッチング液を１００℃〜１５０℃程度に加温し、かつ真空ポンプで減圧している。液温度を上昇させれば、水とヘキサフルオロ珪酸の減少が速くなるため、単位時間あたりの水とヘキサフルオロ珪酸除去率は、液温度を変化させることにより調節できる。制御部１４３は、増加したヘキサフルオロ珪酸濃度量と水濃度量に基づいて除去部１３９における処理温度条件を調整する。除去部１３９で発生した水蒸気と四フッ化珪素ガスは、チューブ１４１から放出され、安全な箇所まで送出されて適宜処理される。
【００９５】
除去部１３９を通過したエッチング液は、濃度調整前のエッチング液としてチューブ１２１を介して調液部１１９に送られる。その途中で、チューブ１２１内を流れる濃度調整前のエッチング液は符号Ｅ，Ｆの箇所で測定部１０９に導かれる。測定部１０９で、濃度調整前のエッチング液はセル１２１ｂ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１２１ｂの光透過面に光ファイバー１５１，１５３を移動させて、チューブ１２１内を流れるエッチング液の濃度を測定する。これにより、除去部１３９による水とヘキサフルオロ珪酸の除去の程度が予想通りかどうかを確認する。測定によって得られた濃度調整前のエッチング液における各成分の濃度を、フッ酸濃度：ｆ−１、硝酸濃度：ｎ−１、ヘキサフルオロ珪酸濃度：ｓ−１、水濃度：ｗ−１、とする。
【００９６】
測定部１０９で濃度測定された濃度調整前のエッチング液は調液部１１９に送られる。調液部１１９内の構成は図１６を参照して説明した。ポンプ１２５の作動により、チューブ１１１，１１３，１１５，１１７，１２１側から調液部１１９を介してチューブ１２３側へ液が送液されている。
【００９７】
フッ酸容器１０１に収容されたフッ酸原液は、チューブ１１１を介して調液部１１９に送られる。その途中で、チューブ１１１内を流れるフッ酸原液は符号Ｇ，Ｈの箇所で測定部１０９に導かれる。測定部１０９で、フッ酸原液はセル１１１ｂ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１１１ｂの光透過面に光ファイバー１５１，１５３を移動させて、チューブ１１１内を流れるフッ酸原液の濃度を測定する。これにより、フッ酸原液の濃度が所定の濃度、例えば５０％であるかどうかを確認する。測定結果のフッ酸濃度をｆ−２とする。フッ酸原液の測定結果濃度が５０％とは異なっている場合であっても、その程度によっては、調液部１１９でフッ酸原液を混ぜ合わせる量を調節することにより解決できる。
【００９８】
硝酸容器１０３に収容された硝酸原液は、チューブ１１３を介して調液部１１９に送られる。その途中で、チューブ１１３内を流れる硝酸原液は符号Ｉ，Ｊの箇所で測定部１０９に導かれる。測定部１０９で、硝酸原液はセル１１３ｂ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１１３ｂの光透過面に光ファイバー１５１，１５３を移動させて、チューブ１１３内を流れる硝酸原液の濃度を測定する。これにより、硝酸原液の濃度が所定の濃度、例えば７０％であるかどうかを確認する。測定結果の硝酸濃度をｎ−２とする。硝酸原液の測定結果濃度が７０％とは異なっている場合であっても、その程度によっては、調液部１１９で、硝酸原液を混ぜ合わせる量を調節することにより解決できる。
【００９９】
ヘキサフルオロ珪酸容器１０５に収容されたヘキサフルオロ珪酸原液は、チューブ１１５を介して調液部１１９に送られる。その途中で、チューブ１１５内を流れるヘキサフルオロ珪酸原液は符号Ｋ，Ｌの箇所で測定部１０９に導かれる。測定部１０９で、ヘキサフルオロ珪酸原液はセル１１５ｂ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１１５ｂの光透過面に光ファイバー１５１，１５３を移動させて、チューブ１１５内を流れるヘキサフルオロ珪酸原液の濃度を測定する。これにより、ヘキサフルオロ珪酸原液の濃度が所定の濃度、例えば３０％であるかどうかを確認する。測定結果のヘキサフルオロ珪酸濃度をｓ−２とする。ヘキサフルオロ珪酸原液の測定結果濃度が３０％とは異なっている場合であっても、その程度によっては、調液部１１９で、ヘキサフルオロ珪酸原液を混ぜ合わせる量を調節することにより解決できる。
【０１００】
純水容器１０７に収容された純水は、チューブ１１７を介して調液部１１９に送られる。その途中で、チューブ１１７内を流れる純水は符号Ｍ，Ｎの箇所で測定部１０９に導かれる。測定部１０９で、純水はセル１１７ｂ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１１７ｂの光透過面に光ファイバー１５１，１５３を移動させて、チューブ１１７内を流れる純水の濃度を測定する。これにより、純水容器１０７に収容された液体が純水であるかどうかを確認する。純水でなければ制御部１４３は警報を出す。
【０１０１】
各液体を混合する動作について図１６を参照して説明する。
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。
【０１０２】
混合器１４５ａを通過したエッチング液は、チューブ１１３から供給される硝酸原液とチューブ１４７で合流する。硝酸原液は、電磁比例弁１１３ａの開度が調整されることによって不足している硝酸成分量だけ供給される。硝酸原液の供給量は、チューブ１２１で測定した濃度調整前のエッチング液中の硝酸濃度に基づいて決定される。チューブ１４７で合流したエッチング液と硝酸原液は混合器１４７ａで混合される。
【０１０３】
混合器１４７ａを通過したエッチング液はチューブ１４９に到達する。ここで、チューブ１２１で測定した濃度調整前のエッチング液中のヘキサフルオロ珪酸濃度が目的の濃度よりも低い場合は、チューブ１１５からチューブ１４９にヘキサフルオロ珪酸原液が供給される。ヘキサフルオロ珪酸原液は、電磁比例弁１１５ａの開度が調整されることによって不足しているヘキサフルオロ珪酸成分量だけ供給される。ヘキサフルオロ珪酸原液を供給する場合の供給量は、チューブ１２１で測定した濃度調整前のエッチング液中のヘキサフルオロ珪酸濃度に基づいて決定される。チューブ１４９で合流したエッチング液とヘキサフルオロ珪酸は混合器１４９ａで混合される。
【０１０４】
混合器１４９ａを通過したエッチング液はチューブ１２３に到達する。ここで、チューブ１２１で測定した濃度調整前のエッチング液中の水濃度が目的の濃度よりも低い場合は、チューブ１１７からチューブ１２３に純水が供給される。純水は、電磁比例弁１１７ａの開度が調整されることによって不足している水分量だけ供給される。純水を供給する場合の供給量は、チューブ１２１で測定した濃度調整前のエッチング液中の水濃度に基づいて決定される。チューブ１２３で合流したエッチング液と水は混合器１２３ａで混合される。
【０１０５】
フッ酸目標濃度：ｆ−０、硝酸目標濃度：ｎ−０、ヘキサフルオロ珪酸目標濃度：ｓ−０、水目標濃度：ｗ−０、として、以下の式において各成分が目標濃度になるようにａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを調整する。
［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。
【０１０６】
電磁比例弁１２１ａ，１１１ａ，１１３ａ，１１５ａ，１１７ａのそれぞれにおいて通過する液体の濃度はさほど変化しないので一定値とみなし、流量にほぼ比例するパラメータとみなしてよいので、電磁比例弁１２１ａ，１１１ａ，１１３ａ，１１５ａ，１１７ａの開度パラメータとみなすことができる。
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。
【０１０７】
チューブ１２３内を流れる濃度調整後のエッチング液は、符号Ｏ，Ｐの箇所で測定部１０９に導かれる。測定部１０９で、濃度調整後のエッチング液はセル１２３ｂ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１２３ｂの光透過面に光ファイバー１５１，１５３を移動させて、チューブ１２３内を流れる濃度調整後のエッチング液の各成分の濃度を測定する。これにより、濃度調整後のエッチング液の各成分の濃度が目標値になっているかどうかを確認する。目標値から外れている場合は、次回の再生時に、それを修正するように上記式のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを調整する。
【０１０８】
測定部１０９を通過した濃度調整後のエッチング液は、ポンプ１２５を通過して、エッチング液容器１２７に一時的に保存される。エッチング液容器１２７はなくてもよい。すなわち、ポンプ１２５，１３１を同時に同じ送液量で動作させるか、それらのポンプを１つのポンプで実現することにより、調液部１１９から排出される濃度調整後のエッチング液を直接エッチング装置１３５に送液してもよい。この場合は、図１７のセル１２３ｂ，１２９ｂに同じ液体が流れるので、セル１２３ｂ、１２９ｂのいずれかが省略される。
【０１０９】
以上、本発明の実施例を説明したが、材料、形状、配置等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
例えば、マイクロアレイ、微小アナリシスシステム、ＤＮＡチップ、マイクロ流体システム、統合型小型分析システムなどの微小なシステムや、半導体製造装置など、所定の特性をもつ流体を調合する際に、設定した特性の流体を確実にかつリアルタイムで作製する用途に適用できる。
【符号の説明】
【０１１１】
５，７，１１，１３，１５，１７  流路
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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