(57)【要約】【課題】圧力損失部の詰まりの有無を把握して被計測流体の流通の異常を発見しやすくすることが可能であるとともに、流路径を急激に狭くすることなく必要な圧力損失を得ることができる新規な差圧式流量測定装置を提供する。【解決手段】被計測流体に接触して流体圧力を検知する第１圧力検知部２０Ａ、第２圧力検知部２０Ｂ、及び第３圧力検知部２０Ｃをこの順に配置してなる圧力検知部２０と、第１圧力検知部２０Ａと第２圧力検知部２０Ｂとを接続する第１接続流路部３０と、第２圧力検知部２０Ｂと第３圧力検知部２０Ｃとを接続する第２接続流路部３５と、第１接続流路部３０内に設けられた第１圧力損失部４０と、第２接続流路部３５内に設けられた第２圧力損失部４５と、第１圧力検知部２０Ａ、第２圧力検知部２０Ｂ、及び第３圧力検知部２０Ｃからの検知信号が入力される演算部５０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測流体に接触して流体圧力を検知する第１圧力検知部、第２圧力検知部、及び第３圧力検知部をこの順に配置してなる圧力検知部と、
前記第１圧力検知部と前記第２圧力検知部とを接続する第１接続流路部と、前記第２圧力検知部と前記第３圧力検知部とを接続する第２接続流路部と、
前記第１接続流路部内に設けられた第１圧力損失部と、前記第２接続流路部内に設けられた第２圧力損失部と、
前記第１圧力検知部、前記第２圧力検知部、及び前記第３圧力検知部からの検知信号が入力される演算部と
を備えたことを特徴とする差圧式流量測定装置。
【請求項２】
前記第１圧力検知部、前記第２圧力検知部、前記第３圧力検知部、前記第１接続流路部、前記第２接続流路部、前記第１圧力損失部、及び前記第２圧力損失部のいずれもが、単一の本体ブロック内に収容されて配置されている請求項１に記載の差圧式流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差圧式流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、多層配線構造からなる半導体デバイスを製造する際には、その表面を平坦にするための化学的機械研磨処理（ＣＭＰ）が実施される。ＣＭＰでは、シリカやアルミナ等の砥粒を酸性あるいはアルカリ性の水溶液に混合、分散させた研磨剤（スラリー）と研磨布が使用される。そして、スラリー砥粒による機械的除去作用と、水溶液の化学反応による溶去作用によって、シリコンウエハー形成により発生する段差が全面平坦化される。
【０００３】
上記ＣＭＰを実施するに際しては、研磨に適した流量をウエハーに供給する必要がある。そのため、スラリーを供給する際に流量計による流量測定を行って所望する流量が供給されるように制御されている。
【０００４】
このような流量測定においては、差圧式流量計が好適に使用される（例えば、特許文献１，２等参照。）。この差圧式流量計では、図２の符号１００に示すように、スラリー等の被計測流体が流通する流体流路（主流路）１１５内にオリフィス１４０を挟んで２つの圧力センサー１２０Ａ，１２０Ｂが配置される。そして、被計測流体がオリフィス（圧力損失部）１４０を介して流通することによってオリフィス１４０の前後で流体圧力に差圧が発生し、各圧力センサー１２０Ａ，１２０Ｂによって検知された圧力に基づいて流量が測定される。なお、図２において、符号１１１は差圧式流量センサー１００のボディ本体、１１２は被測定流体の流入部、１１３は被測定流体の流出部、１５０は各圧力センサーからの検知信号に基づいて流量を演算する演算部である。
【０００５】
しかしながら、スラリー中には砥粒が含まれるため、オリフィスのような流速が大きくなる箇所にスラリーを流通させると砥粒が付着しやすく流路の詰まりとなることがあった。このような詰まりが発生すると、流路径が正常時より狭くなって被計測流体が設定した流量より少ない流量で流通する。その際、通常は流路の詰まりによって流体圧力が大きくなり、オリフィス１４０の前後で発生する差圧が大きくなるため流量の測定値に狂いが生じてしまう。
【０００６】
つまり、実際の流量が減少しているにもかかわらず、オリフィス１４０の前後で発生する差圧が変化しなかったり大きくなったりするため、演算部１５０では、差圧の検出値によって流量が変化なく出力されたり大きな流量として出力されるという誤作動が発生してしまう。
【０００７】
また、従来の差圧式流量計１００では、オリフィスの詰まりを早急に検出することが困難であり、上記誤作動を発見することが困難となる。そのため、誤作動の発見や実際に誤作動が発生した際に煩雑な対応作業が必要となって、半導体製造の作業効率の低下を招くおそれがあった。そこで、演算部１５０の誤作動の原因を迅速かつ確実に把握することが求められている。
【０００８】
さらに、従来の差圧式流量計では、圧力損失部によって流路径が急激に狭くなると流体の流速が大きくなり、粒子が凝集しやすくなる。そして、凝集し大きくなった粒子がウエハーに供給されると、ウエハーを損傷させる原因となる。
【特許文献１】特開２００６−２５０９５５号公報
【特許文献２】特開２００７−７８３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、圧力損失部の詰まりの有無を把握して被計測流体の流通の異常を発見しやすくすることが可能であるとともに、流路径を急激に狭くすることなく必要な圧力損失を得ることができる新規な差圧式流量測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、請求項１の発明は、被計測流体に接触して流体圧力を検知する第１圧力検知部、第２圧力検知部、及び第３圧力検知部をこの順に配置してなる圧力検知部と、前記第１圧力検知部と前記第２圧力検知部とを接続する第１接続流路部と、前記第２圧力検知部と前記第３圧力検知部とを接続する第２接続流路部と、前記第１接続流路部内に設けられた第１圧力損失部と、前記第２接続流路部内に設けられた第２圧力損失部と、前記第１圧力検知部、前記第２圧力検知部、及び前記第３圧力検知部からの検知信号が入力される演算部とを備えたことを特徴とする差圧式流量測定装置に係る。
【００１１】
請求項２の発明は、前記第１圧力検知部、前記第２圧力検知部、前記第３圧力検知部、前記第１接続流路部、前記第２接続流路部、前記第１圧力損失部、及び前記第２圧力損失部のいずれもが、単一の本体ブロック内に収容されて配置されている請求項１に記載の差圧式流量測定装置に係る。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明に係る差圧式流量測定装置は、被計測流体に接触して流体圧力を検知する第１圧力検知部、第２圧力検知部、及び第３圧力検知部をこの順に配置してなる圧力検知部と、前記第１圧力検知部と前記第２圧力検知部とを接続する第１接続流路部と、前記第２圧力検知部と前記第３圧力検知部とを接続する第２接続流路部と、前記第１接続流路部内に設けられた第１圧力損失部と、前記第２接続流路部内に設けられた第２圧力損失部と、前記第１圧力検知部、前記第２圧力検知部、及び前記第３圧力検知部からの検知信号が入力される演算部とを備えたため、各圧力検知部の測定値に基づいて各圧力損失部の単独または組合せによる差圧を常に監視することができ、圧力損失部の詰まりの有無を常時把握することができる。従って、圧力損失部が詰まった場合でも被計測流体の流量の測定値が正常値を示す誤作動を容易に発見することができる。加えて、圧力損失部を複数備えたことにより、流路径を急激に狭くせずに必要な圧力損失を得ることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１において、前記第１圧力検知部、前記第２圧力検知部、前記第３圧力検知部、前記第１接続流路部、前記第２接続流路部、前記第１圧力損失部、及び前記第２圧力損失部のいずれもが、単一の本体ブロック内に収容されて配置されているため、部品点数等を減らして装置の簡略化及び小型化を実現できるとともに、メンテナンス等の管理も容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下添付の図面に従ってこの発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例に係る差圧式流量測定装置の縦断面図である。
【００１５】
図１に示す本発明の一実施例に係る差圧式流量測定装置１０は、圧力検知部２０と、第１接続流路部３０と、第２接続流路部３５と、第１圧力損失部４０と、第２圧力損失部４５と、演算部５０とを備える。実施例の差圧式流量測定装置１０は、化学的機械研磨処理（ＣＭＰ）で使用されるスラリーを含む被計測流体の流量測定を行う。図において、符号１２は差圧式流量測定装置の一次側（上流側）となる被計測流体の流入部、１３は二次側（下流側）となる被計測流体の流出部、１５は流入部１２から流出部１３の間に形成された被計測流体のための主流路である。
【００１６】
圧力検知部２０は、被計測流体に接触して流体圧力を検知する第１圧力検知部２０Ａ、第２圧力検知部２０Ｂ、及び第３圧力検知部２０Ｃをこの順に配置してなる。実施例の第１圧力検知部２０Ａ、第２圧力検知部２０Ｂ、及び第３圧力検知部２０Ｃは、一次側から二次側にかけて単一の主流路１５に面して配置される。また、各圧力検知部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃとしては、公知の圧力センサーが用いられる。各圧力検知部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにあっては、被計測流体に対してダイヤフラム等の保護膜（図示せず）を介して配置されて、被計測流体の圧力によって押圧された前記保護膜からの荷重を検知するように構成される。なお、図中の符号２１Ａは第１圧力検知部２０Ａが検知した圧力信号を後述する演算部５０に送信するための信号線、２１Ｂは第２圧力検知部２０Ｂの信号線、２１Ｃは第３圧力検知部２０Ｃの信号線である。
【００１７】
第１接続流路部３０は、第１圧力検知部２０Ａと第２圧力検知部２０Ｂとを接続する流路である。また、第２接続流路部３５は、第２圧力検知部２０Ｂと第３圧力検知部２０Ｃとを接続する流路である。実施例の第１接続流路部３０及び第２接続流路部３５は、流入部１２から流出部１３の間に形成された主流路１５を構成している。
【００１８】
第１圧力損失部４０は、第１接続流路部３０内に設けられ、第１接続流路部３０の流路の断面積を絞ることによって、第１圧力検知部２０Ａが検知する流体圧力と第２圧力検知部２０Ｂが検知する流体圧力とに所定の差圧を発生させるように構成される。実施例では、着脱可能な公知のオリフィス部４１として構成されている。
【００１９】
第２圧力損失部４５は、第２接続流路部３５内に設けられ、第２接続流路部３５の流路の断面積を絞ることによって、第２圧力検知部２０Ｂが検知する流体圧力と第３圧力検知部２０Ｃが検知する流体圧力とに所定の差圧を発生させるように構成される。実施例では、着脱可能な公知のオリフィス部４６として構成されている。
【００２０】
この差圧式流量測定装置１０では、被計測流体の流量測定に必要とされる差圧を各圧力損失部４０，４５の組合せによって得るように構成される。すなわち、複数（２つ）の圧力損失部４０，４５を設けて必要とされる圧力損失を分散させ、一の圧力損失部（第１圧力損失部４０または第２圧力損失部４５）による圧力損失を少なくする。これにより、各圧力損失部４０，４５の流路径（オリフィス径）を従来の単一の圧力損失部に比して大きくすることができ、急激に流路径を狭くすることを防止することができる。
【００２１】
演算部５０は、第１圧力検知部２０Ａ、第２圧力検知部２０Ｂ、及び第３圧力検知部２０Ｃからの検知信号が入力され、それらを流量値として出力する公知の演算手段からなる。この演算部５０には、第１圧力損失部４０の流路の断面積に対応する差圧の値と、該差圧に基づいて決定される流量値又はそれらの折れ線近似と、第２圧力損失部４５の流路の断面積に対応する差圧の値と、該差圧に基づいて決定される流量値又はそれらの折れ線近似と、各圧力損失部４０，４５の組合せに基づく各値がそれぞれあらかじめ記憶されている。
【００２２】
この演算部５０では、全ての圧力検知部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの計測値（検知した圧力値）に基づいて、各圧力損失部４０，４５の単独または組合せによる差圧が常に監視されている。実施例では、第１圧力検知部２０Ａが検知した圧力値と第３圧力検知部２０Ｃが検知した圧力値に基づいて第１及び第２圧力損失部４０，４５の差圧が演算される。その際、演算された差圧に基づいて、あらかじめ記憶されている差圧と流量値の関係の折れ線近似から被計測流体の流量が測定される。さらに、第１圧力検知部２０Ａが検知した圧力値と第２圧力検知部２０Ｂが検知した圧力値に基づいて第１圧力損失部４０の差圧が演算されるとともに、第２圧力検知部２０Ｂが検知した圧力値と第３圧力検知部２０Ｃが検知した圧力値に基づいて第２圧力損失部４５の差圧が演算される。
【００２３】
また、演算部５０では、各圧力検知部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの測定値から各圧力損失部４０，４５の単独または組合せによるそれぞれ差圧が、あらかじめ記憶されているそれぞれの差圧値と比較される。そして、各圧力損失部４０，４５の単独または組合せによるいずれかの差圧が、あらかじめ記憶されているそれぞれの差圧値に対して高い場合、該当する圧力損失部４０，４５に詰まりが発生していると判断される。演算部５０において、流体流量の異常が確認された場合、図示しない開閉弁やポンプ等に信号が送信される。そこで、流体制御が適切に制御される。
【００２４】
この差圧式流量測定装置１０では、図示のように、第１圧力検知部２０Ａ、第２圧力検知部２０Ｂ、第３圧力検知部２０Ｃ、第１接続流路部３０、第２接続流路部３５、第１圧力損失部４０、及び第２圧力損失部４５のいずれもが、単一の本体ブロック内に収容されて配置されている。単一の本体ブロック１１は、第１ブロック１１ａと第２ブロック１１ｂとからなり、図示しないボルト等によって一体に形成される。
【００２５】
また、本体ブロック１１、各圧力検知部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ、各接続流路部３０，３５、各圧力損失部４０，４５、等における被計測流体が接触する部材は、耐食性、耐薬品性に優れたフッ素樹脂から形成されている。部材の材料となるフッ素樹脂は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレンプロペンコポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等である。これらのフッ素樹脂は、流通する流体の性質、加工のしやすさ等を考慮して選択される。これにより、被計測流体の計測時にその清浄度に影響を与えることが抑制される。
【００２６】
そこで、差圧式流量測定装置１０の作用について、仮に、正常な値として、第１圧力損失部４０による差圧を３０ｋＰａ、第２圧力損失部による差圧を２０ｋＰａ、第１及び第２圧力損失部４０，４５の組合せによる差圧を５０ｋＰａとするとともに、第１及び第２圧力損失部４０，４５の組合せによる差圧が５０ｋＰａの時に被計測流体が１００ｍＬ流通することとして説明する。
【００２７】
仮に、第１圧力検知部２０Ａの測定値が５５ｋＰａ、第２圧力検知部２０Ｂの測定値１５ｋＰａ、第３圧力検知部２０Ｃの測定値５ｋＰａである場合、第１圧力検知部２０Ａの測定値と第３圧力検知部２０Ｃの測定値から、第１及び第２圧力損失部４０，４５の組合せによる差圧が５０ｋＰａとして演算され、正常な流通流量である１００ｍＬが出力される。一方、第１圧力検知部２０Ａの測定値と第２圧力検知部２０Ｂの測定値から演算される第１圧力損失部４０の差圧が４０ｋＰａとなり、正常な差圧（３０ｋＰａ）よりも高い値を示すため、第１圧力損失部４０に詰まりが発生した異常状態であると判断される。
【００２８】
このように、本発明の差圧式流量測定装置１０では、被計測流体の流量測定値が正常な値を示した場合であっても、圧力損失部４０，４５の詰まりを把握して被計測流体の流通の異常を容易に発見することができる。
【００２９】
なお、本発明の差圧式流量測定装置は、前述の実施例のみに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を適宜に変更して実施することができる。例えば、圧力損失部として着脱可能なオリフィス部を用いたが、圧力損失部としては、流路の断面積を絞って差圧を生じさせることが可能なものであればどのような構成であってもよく、例えば、流路を公知のベンチュリ管構造とする等、適宜の構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例に係る差圧式流量測定装置の縦断面図である。
【図２】従来の差圧式流量測定装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  差圧式流量測定装置
２０Ａ  第１圧力検知部
２０Ｂ  第２圧力検知部
２０Ｃ  第３圧力検知部
３０  第１接続流路部
３５  第２接続流路部
４０  第１圧力損失部
４５  第２圧力損失部
５０  演算部
【図１】
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【図２】
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