(57)【要約】【課題】差圧式流量計において高い精度にて安定して測定を行う。【解決手段】差圧式流量計１は、円管状の圧損チューブ１３、圧損チューブ１３に流入する液体の圧力を計測する第１圧力計１１、圧損チューブ１３から流出する液体の圧力を計測する第２圧力計１２、情報を記憶する記憶部１５、および、種々の演算を行う演算部１６を備える。差圧式流量計１では、圧損チューブ１３内においてレイノルズ数が２０００以下である層流が形成される。そして、第１圧力計１１および第２圧力計１２からの出力が演算部１６に送られて圧損チューブ１３の両端における差圧が求められ、この差圧と記憶部１５に予め記憶された流量情報に基づいて圧損チューブ１３を流れる液体の流量が求められる。差圧式流量計１では、圧損チューブ１３内の流れを確実に層流とした上で差圧を求めることにより、高い精度にて安定して流量の測定を行うことができる。【選択図】図１
2006153677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流量を測定する差圧式流量計であって、
レイノルズ数が２０００以下である流体の流れが形成される円管と、
前記円管の上流側に配置されて前記円管に流入する前記流体の圧力を計測する第１圧力計と、
前記円管の下流側に配置されて前記円管から流出する前記流体の圧力を計測する第２圧力計と、
を備えることを特徴とする差圧式流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の差圧式流量計であって、
前記円管が樹脂製であることを特徴とする差圧式流量計。
【請求項３】
請求項２に記載の差圧式流量計であって、
前記円管の外径が前記円管の内径の１．５倍以上であることを特徴とする差圧式流量計。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の差圧式流量計であって、
前記円管が可撓性を有することを特徴とする差圧式流量計。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の差圧式流量計であって、
前記円管がコイル状に整形されていることを特徴とする差圧式流量計。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の差圧式流量計であって、
前記円管の長さが前記円管の内径の１３０倍以上であることを特徴とする差圧式流量計。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の差圧式流量計であって、
前記円管の両端部を、前記第１圧力計側の流路および前記第２圧力計側の流路にそれぞれ着脱可能に取り付ける取付部をさらに備えることを特徴とする差圧式流量計。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の差圧式流量計であって、
前記流体が液体であり、前記第２圧力計の液体流出口が、水平方向において前記第１圧力計の液体流入口と同じ高さ、または、前記液体流入口よりも高い位置に配置されることを特徴とする差圧式流量計。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の差圧式流量計であって、
前記円管に流入する前記流体の圧力と前記円管から流出する前記流体の圧力との差である差圧と、前記円管を流れる前記流体の流量との関係を示す流量情報を予め記憶する記憶部と、
前記第１圧力計および前記第２圧力計の出力から前記差圧を求め、前記流量情報および前記差圧に基づいて前記流体の流量を求める演算部と、
をさらに備えることを特徴とする差圧式流量計。
【請求項１０】
流体の流量を制御する流量制御装置であって、
流体が流れる流路の途中に設けられる請求項９に記載の差圧式流量計と、
前記流路の途中に設けられて前記流体の流れを調整するバルブと、
設定流量と前記差圧式流量計の前記演算部により求められた前記流体の流量とに基づいて前記バルブの開度を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする流量制御装置。
【請求項１１】
基板を処理する基板処理装置であって、
第１流体が流れる第１流路と、
第２流体が流れるとともに前記第１流路と合流する第２流路と、
前記第２流路の途中に設けられる請求項１０に記載の流量制御装置と、
前記第１流路と前記第２流路との合流点よりも下流側に位置し、前記第１流体と前記第２流体との混合液である処理液を貯溜するとともに基板が浸漬される処理槽と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１２】
基板を処理する基板処理装置であって、
基板を保持する基板保持部と、
第１流体が流れる第１流路と、
第２流体が流れるとともに前記第１流路と合流する第２流路と、
前記第２流路の途中に設けられる請求項１０に記載の流量制御装置と、
前記第１流路と前記第２流路との合流点よりも下流側に位置し、前記第１流体と前記第２流体との混合液である処理液を前記基板上に供給する処理液供給部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を測定する差圧式流量計に関し、好ましくは、差圧式流量計は、流体の流量を制御する流量制御装置、および、基板を処理する基板処理装置に利用される。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の洗浄では、純水の代わりに希薄な塩酸（ＨＣｌ）を洗浄液として利用することにより、洗浄液中の微細なパーティクルがクーロン力により基板表面に付着することを防止する技術が知られている。また、希薄なフッ酸（ＨＦ）を用いて基板に対してエッチングを行ったり、希薄な酸溶液（塩酸やフッ酸等）を用いて基板の最終洗浄を行うこともある。
【０００３】
基板の洗浄装置では、塩酸の原液を１／１０００以下に希釈した希釈液が用いられる。このような希釈液は、装置構成の簡素化や小型化等のため、通常、洗浄装置の純水配管に微量の塩酸の原液を直接注入する方法（いわゆる、ダイレクトミキシング方式）により製造されている。洗浄装置では、純水に注入される塩酸の流量を流量計により測定し、流量計からの出力に基づいて塩酸の流量を制御することにより希釈液が所望の濃度とされる。
【０００４】
このような流量計としては、流路内に設けられたオリフィス板の前後における圧力差を計測して流量を測定する差圧式流量計があり、特許文献１では、このような差圧式流量計の測定精度を向上するための技術が開示されている。また、特許文献２および３では、オリフィス板に代えてノズルを利用する差圧式流量計が開示されている。特許文献４および５では、キャピラリ（毛細管）の両端における圧力差を計測することにより、微小流量の測定を安定して行う差圧式流量計が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２８３８１０号公報
【特許文献２】米国特許５６７２８３２号明細書
【特許文献３】米国特許６５７８４３５号明細書
【特許文献４】特開２００４−２２６１４２号公報
【特許文献５】特開２０００−２２６１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、希釈液の製造では、極めて微量の原液を高精度に注入する必要がある。例えば、バッチ式の洗浄装置では原液の流量は通常１００ｍｌ／ｍｉｎ以下であり、この微小な流量を高精度に測定して制御しなければならない。また、枚葉式の洗浄装置では、測定対象である原液の流量は１０ｍｌ／ｍｉｎ以下とされる。
【０００６】
特許文献１ないし３の差圧式流量計は、オリフィス板やノズル近傍において乱流を生じさせて測定を行うため、流れが層流になる可能性が高い微小流量の測定には不向きである。また、このような差圧式流量計により微小流量の測定を行う場合、オリフィス板やノズルの前後で有意な差圧を得るために、微小径のオリフィス開口やノズルを高精度に形成する必要があり、差圧式流量計の製造コストが上昇してしまうだけでなく、流量がさらに小さい場合には、オリフィス開口等を所望の大きさに加工することができない可能性もある。さらに、微小なオリフィス開口やノズルに異物が詰まってしまったり、オリフィス開口やノズル出口近傍でキャビテーションが発生する恐れもある。
【０００７】
特許文献４および５の差圧式流量計では、圧損部として長いキャピラリを利用し、キャピラリ内の液体の流れが層流であるものと仮定して円管内層流における圧力損失の理論式に基づいて流量を求めている。これにより、キャピラリの径を比較的大きくして特許文献１ないし３の差圧式流量計の問題の解決を図っている。しかしながら、流れが遷移域にあったり、あるいは、乱流である場合は、流量の測定精度が低下してしまうため、安定した層流を得ることが重要となる。また、実際には屈曲部を有するキャピラリを用いているにも関わらず、直線状の円管に関する上記理論式を用いて流量を求めているため、流量測定の誤差が大きくなってしまう。さらに、ステンレス製のキャピラリをキャピラリブロックにロウ付け接続しているため、キャピラリの整形や配置に制限があり、キャピラリの長さの調整も困難である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、差圧式流量計において高い精度にて安定して測定を行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、流体の流量を測定する差圧式流量計であって、レイノルズ数が２０００以下である流体の流れが形成される円管と、前記円管の上流側に配置されて前記円管に流入する前記流体の圧力を計測する第１圧力計と、前記円管の下流側に配置されて前記円管から流出する前記流体の圧力を計測する第２圧力計とを備える。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の差圧式流量計であって、前記円管が樹脂製である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の差圧式流量計であって、前記円管の外径が前記円管の内径の１．５倍以上である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の差圧式流量計であって、前記円管が可撓性を有する。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の差圧式流量計であって、前記円管がコイル状に整形されている。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の差圧式流量計であって、前記円管の長さが前記円管の内径の１３０倍以上である。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の差圧式流量計であって、前記円管の両端部を、前記第１圧力計側の流路および前記第２圧力計側の流路にそれぞれ着脱可能に取り付ける取付部をさらに備える。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の差圧式流量計であって、前記流体が液体であり、前記第２圧力計の液体流出口が、水平方向において前記第１圧力計の液体流入口と同じ高さ、または、前記液体流入口よりも高い位置に配置される。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の差圧式流量計であって、前記円管に流入する前記流体の圧力と前記円管から流出する前記流体の圧力との差である差圧と、前記円管を流れる前記流体の流量との関係を示す流量情報を予め記憶する記憶部と、前記第１圧力計および前記第２圧力計の出力から前記差圧を求め、前記流量情報および前記差圧に基づいて前記流体の流量を求める演算部とをさらに備える。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、流体の流量を制御する流量制御装置であって、流体が流れる流路の途中に設けられる請求項９に記載の差圧式流量計と、前記流路の途中に設けられて前記流体の流れを調整するバルブと、設定流量と前記差圧式流量計の前記演算部により求められた前記流体の流量とに基づいて前記バルブの開度を制御する制御部とを備える。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、第１流体が流れる第１流路と、第２流体が流れるとともに前記第１流路と合流する第２流路と、前記第２流路の途中に設けられる請求項１０に記載の流量制御装置と、前記第１流路と前記第２流路との合流点よりも下流側に位置し、前記第１流体と前記第２流体との混合液である処理液を貯溜するとともに基板が浸漬される処理槽とを備える。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、基板を保持する基板保持部と、第１流体が流れる第１流路と、第２流体が流れるとともに前記第１流路と合流する第２流路と、前記第２流路の途中に設けられる請求項１０に記載の流量制御装置と、前記第１流路と前記第２流路との合流点よりも下流側に位置し、前記第１流体と前記第２流体との混合液である処理液を前記基板上に供給する処理液供給部とを備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、高い精度にて安定して測定を行うことができる。請求項２の発明では、様々な種類の流体の流量測定を行うことができる。請求項３および６の発明では、さらに高精度な流量測定を実現することができる。
【００２２】
請求項４の発明では、円管の配置の自由度を向上することができる。請求項５の発明では、差圧式流量計を小型化することができる。請求項７の発明では、円管の長さを容易に調整することができる。請求項８の発明では、差圧式流量計への液体注入をより容易に行うことができる。
【００２３】
請求項１０の発明では、流体の供給量を高精度に制御することができる。請求項１１および１２の発明では、第２流体が所望の濃度にて混合された処理液により基板を処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る差圧式流量計１の構成を示す正面図であり、図２は差圧式流量計１を示す平面図である。差圧式流量計１は、流体である液体が流れる流路の途中に設けられ、流路を流れる液体の流量の測定に利用される。図１および図２では、差圧式流量計１の上流側および下流側の流路は図示していない。
【００２５】
図１および図２に示すように、差圧式流量計１は、圧損部である円管状の圧損チューブ１３、圧損チューブ１３が取り付けられるチューブベース１４、圧損チューブ１３の上流側（図１および図２中の左側）に配置されて圧損チューブ１３に流入する液体の圧力を計測する第１圧力計１１、圧損チューブ１３の下流側に配置されて圧損チューブ１３から流出する液体の圧力を計測する第２圧力計１２を備え、さらに、図１に示すように、情報を記憶する記憶部１５、および、種々の演算を行う演算部１６を備える。
【００２６】
圧損チューブ１３は樹脂製であり、様々な種類の流体に対して高い耐久性（主に、耐蝕性）を有する。また、圧損チューブ１３は可撓性を有し、図２に示すように、チューブベース１４の上側でコイル状に整形されている。圧損チューブ１３の材料としては、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフロロエチレン）、ＰＦＡ（パーフロロアルキルビニルエーテル）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフロロエチレン）、ＦＥＰ（フロリネイテッドエチレンプロピレン）等があり、測定対象の液体の種類や圧損チューブ１３の内径等に基づいて圧損チューブ１３の材質が決定される。本実施の形態では、圧損チューブ１３はＰＦＡ製とされる。
【００２７】
圧損チューブ１３の内径は、差圧式流量計１の測定流量の上限値に基づき、圧損チューブ１３内の液体の流れのレイノルズ数が２０００以下となるように決定される。レイノルズ数とは流れの性質（すなわち、流れが層流であるか乱流であるか）を表す無次元数であり、レイノルズ数が臨界レイノルズ数（約２０００〜２３００）より小さい場合に流れが層流となる。円管状の圧損チューブ１３のレイノルズ数Ｒｅは、圧損チューブ１３の内径をＤ（ｍ）として数１のように表される。
【００２８】
【数１】
2006153677.tif 000003
【００２９】
ここで、ρおよびμは圧損チューブ１３内を流れる流体の密度（ｋｇ／ｍ３）および粘性係数（Ｎ・ｓ／ｍ２）を示し、Ｕは圧損チューブ１３の長手方向に垂直な断面における流体の平均流速（ｍ／ｓ）、Ｑは流体の流量（ｍ３／ｓ）を示す。本実施の形態では、差圧式流量計１の測定流量の上限値が６０ｍｌ／ｍｉｎであるため、例えば、流体が常温の水であるとした場合、レイノルズ数を２０００以下とするためには圧損チューブ１３の内径を０．６５ｍｍ以上とする必要がある。本実施の形態では、市販されている内径０．７５ｍｍのＰＦＡ製チューブが圧損チューブ１３として利用され、測定範囲内におけるレイノルズ数の最大値（すなわち、測定流量の上限におけるレイノルズ数）が２０００以下とされて圧損チューブ１３内において層流が形成される。なお、一般的に市販されている樹脂チューブとしては、内径２５μｍ，５０μｍ，７５μｍ，０．１ｍｍ，０．１２５ｍｍ，０．１５ｍｍ，０．１７５ｍｍ，０．２ｍｍ，０．２５ｍｍ，０．５ｍｍ，０．７５ｍｍ、あるいは、それ以上のものがあり、圧損チューブ１３として容易に利用することができる。
【００３０】
上述のように、圧損チューブ１３内の流れは層流であるため、流体の流れが十分に発達する（すなわち、圧損チューブ１３の断面内における流れの速度分布が静定する）までに要する助走距離Ｘ（ｍ）は、レイノルズ数Ｒｅおよび圧損チューブ１３の内径Ｄ（ｍ）を用いて、ブジネスク（Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ）の理論式として数２のように表される。
【００３１】
【数２】
2006153677.tif 000004
【００３２】
圧損チューブ１３の長さは、レイノルズ数が２０００である場合であっても助走距離よりも長くなるように、内径の１３０倍以上とされることが好ましい。圧損チューブ１３の長さは、後述するように、圧損チューブ１３において要求される圧力損失の大きさ（すなわち、圧損チューブ１３の両端における差圧）により決定され、本実施の形態では、要求される圧力損失が８０ｋＰａ（キロパスカル）、圧損チューブ１３の長さは４０ｃｍとされる。また、圧損チューブ１３の外径は、樹脂製の圧損チューブ１３の機械的強度を確保するために、内径の１．５倍以上とされる。
【００３３】
チューブベース１４は樹脂製（例えば、ＰＴＦＥ製）のブロックであり、図１に示すように、チューブベース１４の内部には、チューブベース１４の第１圧力計１１側の側面と上面とを連通する略逆Ｌ字状の流路１４１，および、第２圧力計１２側の側面と上面とを連通する略Ｌ字状の流路１４２が形成されている。流路１４１，１４２はそれぞれ、チューブベース１４の側面から第１圧力計１１側および第２圧力計１２側へと突出する突出部内まで形成されており、また、チューブベース１４の上面に設けられた流路１４１，１４２の開口部には、圧損チューブ１３の両端が樹脂製のチューブフィッティング１３１，１３２を介して着脱可能に取り付けられる。チューブフィッティング１３１，１３２、および、チューブベース１４の上面に形成された流路１４１，１４２の開口部は、圧損チューブ１３の両端部を、第１圧力計１１側の流路１４１および第２圧力計１２側の流路１４２にそれぞれ着脱可能に取り付ける取付部の役割を果たす。チューブフィッティング１３１，１３２としては、液体クロマトグラフィ等に利用される種々の小径フィッティングが利用可能である。
【００３４】
図１および図２に示すように、第１圧力計１１は、高さが低い略円筒状の受圧室１１１を備え、図１に示すように、受圧室１１１に設けられる接液部１１１１は樹脂製（例えば、ＰＴＦＥ製）とされる。受圧室１１１の下側には、受圧室１１１と上流側の流路とを接続する略逆Ｌ字状の流路１１２、および、受圧室１１１とチューブベース１４の流路１４１とを接続する略Ｌ字状の流路１１３を備え、流路１１２，１１３の先端には樹脂製（例えば、ＰＴＦＥ製）のフィッティング１１４，１１５が設けられる。
【００３５】
第２圧力計１２は、第１圧力計１１と同様の構造を有し、接液部１２１１が設けられる受圧室１２１、フィッティング１２４を介してチューブベース１４の流路１４２に接続される流路１２２、および、フィッティング１２５を介して下流側の流路に接続される流路１２３を備える。本実施の形態では、第１圧力計１１および第２圧力計１２の計測範囲は、０〜０．２ＭＰａとされる。
【００３６】
差圧式流量計１では、第２圧力計１２の液体流出口である流路１２３の下流側の端部が、第１圧力計１１の液体流入口である流路１１２の上流側の端部と水平方向において同じ高さに配置される。このため、差圧式流量計１の上流側（すなわち、流路１１２のフィッティング１１４側の端部）から液体を注入していく際に、差圧式流量計１内のエアが下流側（すなわち、流路１２３のフィッティング１２５側の端部）から外部に逃げやすくなり、流路１２３の下流側の端部が流路１１２の上流側の端部よりも低い位置に配置される場合に比べて、差圧式流量計１への液体注入をより容易に行うことができる。差圧式流量計１では、受圧室１１１，１２１の高さを低くすることにより、液体注入時のエア抜きがより容易化されている。なお、差圧式流量計１では、流路１２３の下流側の端部が流路１１２の上流側の端部よりも高い位置に配置されてもよい。
【００３７】
差圧式流量計１では、上流側の流路から第１圧力計１１の流路１１２に継続的に流入する液体が、第１圧力計１１、圧損チューブ１３および第２圧力計１２を順次通過して第２圧力計１２の流路１２３から下流側の流路へと流出する。そして、差圧式流量計１内を液体が流れ続けている間、継続的に液体の流量が測定される。以下、液体の流量測定の流れについて説明する。
【００３８】
差圧式流量計１では、液体が流れ続けている間、第１圧力計１１により圧損チューブ１３に流入する液体の圧力（以下、「流入圧」という。）が計測され、第２圧力計１２により圧損チューブ１３から流出する液体の圧力（以下、「流出圧」という。）が計測される。そして、第１圧力計１１および第２圧力計１２からの出力が演算部１６の減算器１６１に送られ、減算器１６１において第１圧力計１１の出力から第２圧力計１２の出力が引かれ、流入圧と流出圧との差である圧損チューブ１３の両端における差圧が求められる。
【００３９】
図３は、圧損チューブ１３の両端における差圧と圧損チューブ１３を流れる液体の流量との関係（以下、「流量情報」という。）を示す図である。図３に示すように、差圧式流量計１では、差圧と流量とはほぼ比例関係にある。なお、圧損チューブ１３内の流れはレイノルズ数２０００以下の層流であるため、理論上は差圧と流量とは正比例するはずであるが、完全には比例しない理由は、圧損チューブ１３の両端近傍における流れの影響、および、圧損チューブ１３内面の表面状態等によるものと考えられる。
【００４０】
流量情報は、差圧式流量計１が実用的な装置（例えば、基板処理装置）の流路に実際に取り付けられて使用される前に、以下の方法により予め求められる。まず、第１圧力計１１の流路１１２の上流側にシリンジポンプが取り付けられ、一定の吐出量にて液体（好ましくは、純水）が注入される。注入された液体は、第１圧力計１１、圧損チューブ１３および第２圧力計１２を通過して流路１２３から流出し、第１圧力計１１および第２圧力計１２では、液体の通過時における圧力が計測されて差圧が求められる。そして、所定時間の経過後、流路１２３から流出した液体の重量が計測され、差圧に対応する流量が求められる。その後、シリンジポンプの吐出量を変更して差圧および流量の計測を繰り返すことにより、図３に示す流量情報が求められる。このようにして求められた流量情報は、差圧式流量計１が実際に使用される前に、記憶部１５に記憶される。
【００４１】
図１に示す差圧式流量計１では、減算器１６１により求められた圧損チューブ１３の両端における差圧がリニアライザ１６２に送られ、また、記憶部１５に予め記憶された流量情報がリニアライザ１６２により読み出される。リニアライザ１６２では、差圧および流量情報に基づいて圧損チューブ１３を流れる液体の流量が自動的に求められる。なお、記憶部１５に記憶される流量情報は、例えば、表形式であってもよく、近似式であってもよい。
【００４２】
以上に説明したように、差圧式流量計１では、液体の流れが層流とされることにより圧損チューブ１３の両端における差圧と流量との関係がほぼ比例関係となるため、差圧および流量の分解能が大きく変化してしまうことが防止され、差圧の大きさにかかわらず流量の測定精度をほぼ一定とすることができる。また、流量が差圧の平方根にほぼ比例する乱流域を利用する他の測定に比べて、差圧の変化量に対する流量の変化量が大きくなるため、測定精度を向上することができるだけでなく、測定できる流量の範囲を拡大することもできる。差圧式流量計１では、圧損チューブ１３内の流れのレイノルズ数を２０００以下として流れの状態が不安定になる遷移域を避け、流れを確実に層流とした上で差圧を求めることにより、高い精度にて安定して流量の測定を行うことができる。
【００４３】
差圧式流量計１では、圧損部として長い圧損チューブ１３を利用して液体の圧力を徐々に減少させることにより、微小流量の液体の流量測定であっても、圧損チューブ１３の内径を極端に小さくすることなく有意な差圧を得ることができる。したがって、圧損チューブ１３の内径を比較的大きくすることができ、圧損チューブ１３を流れる液体の流速も極端に大きくする必要がない。その結果、圧損チューブ１３に異物が詰まることが防止され、また、圧損チューブ１３の下流側の端部近傍等におけるキャビテーションの発生も防止することができる。このように、差圧式流量計１は、微小流量の液体の流量測定に特に適している。
【００４４】
差圧式流量計１では、圧損チューブ１３、チューブベース１４、並びに、第１圧力計１１および第２圧力計１２の接液部１１１１，１２１１および各流路が、様々な種類の液体に対して高い耐久性を有する樹脂製であるため、様々な種類の液体の流量測定を行うことができる。また、圧損チューブ１３の外径を内径の１．５倍以上として圧損チューブ１３に十分な機械的強度を持たせることにより、圧損チューブ１３内を流れる液体の圧力による圧損チューブ１３の膨張を防止し、さらに高精度な流量測定を実現することができる。さらには、圧損チューブ１３の長さを内径の１３０倍以上とすることにより、圧損チューブ１３内の流れを十分に発達させた後に差圧を計測することができるため、さらに高精度な流量測定を実現することができる。
【００４５】
差圧式流量計１では、圧損チューブ１３が可撓性を有するため、圧損チューブ１３の配置の自由度を向上することができ、また、圧損チューブ１３がコイル状に整形されて小さくまとめられているため、差圧式流量計１を小型化することもできる。差圧式流量計１では、圧損チューブ１３が層流条件等が比較的確立されている円管状であるため、圧損チューブ１３の内径等を容易に決定することができる。
【００４６】
差圧式流量計１の製造時には、上述のように、測定流量の上限値に基づいて圧損チューブ１３の内径が決定され、測定流量が上限値である場合に第１圧力計１１および第２圧力計１２により計測されるべき差圧の上限値に基づいて、圧損チューブ１３内の助走距離を考慮しつつ圧損チューブ１３の長さが決定される。
【００４７】
圧損チューブ１３の長さの決定においては、まず、測定流量の上限値をＱｍａｘ（ｍ３／ｓ）、差圧の上限値をΔＰｍａｘ（Ｐａ）として、ハーゲン−ポアズイユ（Ｈａｇｅｎ−Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ）の圧力損失に係る理論式を変形した数３により、圧損チューブ１３の初期長さＬｓ（ｍ）が求められる。
【００４８】
【数３】
2006153677.tif 000005
【００４９】
ここで、Ｄ（ｍ）およびμ（Ｎ・ｓ／ｍ２）は、数１と同様に、圧損チューブ１３の内径、および、圧損チューブ１３内を流れる液体の粘性係数を示す。なお、ハーゲン−ポアズイユの理論式は、直線状の円管内の流れの層流域における圧力損失を求める式であり、圧損チューブ１３における実際の圧力損失は、圧損チューブ１３の形状や助走区間における圧損増加、圧損チューブ１３の内面の表面状態や仕上がり精度による抵抗増加等により、理論式から算出される圧力損失よりも大きくなり、初期長さＬｓは最終的に決定される圧損チューブ１３の長さよりも長くなる。
【００５０】
圧損チューブ１３の初期長さが求められると、初期長さの圧損チューブ１３がチューブベース１４に取り付けられ、流路１１２に取り付けられたシリンジポンプから流量Ｑｍａｘ（すなわち、測定流量の上限値）にて液体を注入しつつ圧損チューブ１３の両端部における差圧をが計測される。そして、計測された差圧が所望の上限値よりも大きい場合には、圧損チューブ１３をチューブベース１４から取り外し、チューブカッターにより切断して短くした後に再度チューブベース１４に取り付ける。その後、所望の差圧の上限値を得るまで、差圧の計測、および、圧損チューブ１３の短縮を繰り返すことにより、圧損チューブ１３の長さが決定される。なお、圧損チューブ１３の短縮時における切断長さは、計算により容易に予測可能である。
【００５１】
差圧式流量計１では、圧損チューブ１３の両端部がチューブフィッティング１３１，１３２を介してチューブベース１４に着脱可能に取り付けられているため、圧損チューブ１３の長さを容易に調整することができる。その結果、差圧式流量計１を容易に製造することができる。また、差圧式流量計１を複製する場合、圧損チューブ１３に利用される樹脂チューブの個体差（例えば、内面の表面状態）を圧損チューブ１３の長さを調整することにより容易に打ち消し、差圧式流量計１の精度良い複製を実現することができる。さらには、圧損チューブ１３に万一異物が詰まってしまった場合であっても、容易に圧損チューブ１３を交換することができる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施の形態として差圧式流量計１を備える基板処理装置２について図４を参照して説明する。基板処理装置２は、複数の半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）に対して同時にエッチングを行ういわゆるバッチ式の装置である。
【００５３】
図４に示すように、基板処理装置２は、純水が流れる第１流路２１、および、フッ酸が流れる第２流路２２を備え、第１流路２１および第２流路２２は、両流路の下流側にて合流する。第１流路２１および第２流路２２の合流点にはミキシングバルブ２４１が設けられ、第１流路２１からの純水と第２流路２２からのフッ酸とが混合されて処理液が生成される。
【００５４】
基板処理装置２では、純水とフッ酸との混合液である処理液が流れる第３流路２４が、ミキシングバルブ２４１の下流側に設けられ、第３流路２４の下流側（すなわち、第１流路２１と第２流路２２との合流点よりも下流側）には、処理液を貯溜するとともに略円板状の基板９が起立姿勢で複数浸漬される処理槽２５が設けられる。また、基板処理装置２は、第２流路２２の途中に設けられてフッ酸の流量を制御する流量制御機構２３を備える。
【００５５】
第１流路２１は、上流側においてバルブ２１１およびレギュレータ２１２を介して外部の純水供給装置に接続される。第２流路２２は、上流側においてフッ酸が貯溜されている加圧容器２２１に接続され、加圧容器２２１はレギュレータ２２２を介して外部の窒素（Ｎ２）ガス供給装置に接続されている。加圧容器２２１の内面は、例えばＰＴＦＥにより被覆されている。
【００５６】
図５は、流量制御機構２３近傍を拡大して示す正面図である。図５に示すように、流量制御機構２３は、第１の実施の形態で説明した差圧式流量計１を備え、差圧式流量計１は、第２流路２２の途中に設けられて第２流路２２を流れるフッ酸の流量を測定する。差圧式流量計１は図１と同じ構成を有し、以下の説明において各構成に同符号を付す。
【００５７】
流量制御機構２３は、フッ酸の流れ（すなわち、流量）を調整するモータバルブ２３１、および、設定流量と差圧式流量計１の演算部１６により求められたフッ酸の流量とに基づいてモータバルブ２３１の開度を制御する制御部２３２をさらに備える。モータバルブ２３１は、第２流路２２の途中であって差圧式流量計１よりも下流側に設けられる。なお、モータバルブ２３１は、差圧式流量計１よりも上流側に設けられてもよい。
【００５８】
図４に示す基板処理装置２では、バルブ２１１が開放されることにより、純水供給装置から第１流路２１へと純水が供給される。同時に、窒素ガス供給装置から加圧容器２２１に窒素ガスが供給され、加圧容器２２１内のフッ酸が微小流量にて第２流路２２に供給される。加圧容器２２１に供給される窒素ガスの圧力は、通常、２００〜３００ｋＰａとされる。第２流路２２に供給されたフッ酸は、流量制御機構２３を通過し、ミキシングバルブ２４１において第１流路２１に供給された純水と混合され、混合液（すなわち、処理液）は、第３流路２４を流れて処理槽２５に底部から供給される。処理槽２５では、処理槽２５内に保持された複数の基板９が処理槽２５に供給されて貯溜される処理液に下側から徐々に浸漬されることにより、基板９に対するエッチングが行われる。
【００５９】
基板処理装置２では、基板９の処理時において、流量制御機構２３によるフッ酸の流量制御が行われる。具体的には、図５に示す差圧式流量計１の第１圧力計１１、第２圧力計１２および減算器１６１により求められた圧損チューブ１３の両端部における差圧と、記憶部１５に予め記憶されている流量情報とに基づき、リニアライザ１６２により第２流路２２を流れるフッ酸の流量が求められる。リニアライザ１６２は、フッ酸の流量を電気信号として制御部２３２に出力し、制御部２３２では、リニアライザ１６２からの出力（すなわち、測定流量）と予め外部から入力される等して設定されている設定流量とに基づいてモータバルブ２３１の操作量が決定され、モータバルブ２３１の開度が制御される。モータバルブ２３１の制御にはＰＩＤ制御等の制御方法が用いられる。なお、設定流量の入力は、制御部２３２に接続されるキーボード等の入力部から直接入力されてもよく、遠隔操作により設定流量が入力や変更が行われてもよい。
【００６０】
基板処理装置２の流量制御機構２３では、差圧式流量計１により高い精度にて安定して測定されたフッ酸の流量に基づいてモータバルブ２３１の開度が制御されるため、下流側（すなわち、ミキシングバルブ２４１）へのフッ酸の供給量を高精度に制御することができる。その結果、基板処理装置２では、フッ酸が所望の濃度にて精度良く混合された処理液により基板に対するエッチングを行うことができる。
【００６１】
基板処理装置２では、微小流量の測定に適した差圧式流量計１により高精度に濃度が制御された希薄なフッ酸水溶液が生成され、これを処理液としてエッチングが行われることにより、高精度にエッチングレートを制御し、より好ましい処理結果を得ることができる。また、エッチングレートを低くして基板９の上側と下側とにおける処理時間のばらつきを抑制し、基板９全体におけるエッチングの質の均一性を向上することができる。
【００６２】
次に、第３の実施の形態として差圧式流量計１を備える他の基板処理装置２ａについて図６を参照して説明する。基板処理装置２ａは、１つの基板９に対してエッチングを行ういわゆる枚葉式の装置であり、図４に示す基板処理装置２の処理槽２５に代えて基板保持部２６が設けられる。また、基板保持部２６の上方には、基板９上に処理液を供給する処理液供給部であるノズル２７が設けられる。その他の構成は図４と同様であり、以下の説明において同符号を付す。また、流量制御機構２３の構成については図５と同様である。
【００６３】
図６に示すように、基板処理装置２ａは、第２の実施の形態と同様に、純水が流れる第１流路２１、フッ酸が流れるとともにミキシングバルブ２４１において第１流路２１と合流する第２流路２２、第２流路２２の途中に設けられる流量制御機構２３、第２流路２２の上流側に接続されてフッ酸が貯溜される加圧容器２２１、および、ミキシングバルブ２４１の下流に設けられて純水とフッ酸との混合液である処理液が流れる第３流路２４を備える。
【００６４】
基板保持部２６およびノズル２７は、第１流路２１と第２流路２２との合流点に設けられたミキシングバルブ２４１よりも下流側に位置し、ノズル２７は、純水とフッ酸との混合液である処理液が流れる第３流路２４の下流側に接続される。基板保持部２６は、略円板状の基板９を下側および外周側から保持するチャック２６１、基板９を回転する回転機構２６２、および、チャック２６１の外周を覆う処理カップ２６３を備える。
【００６５】
回転機構２６２はチャック２６１の下側に接続されるシャフト２６２１、および、シャフト２６２１を回転するモータ２６２２を備え、モータ２６２２が駆動されることにより、シャフト２６２１およびチャック２６１と共に基板９が回転する。処理カップ２６３は、チャック２６１の外周に配置されて基板９上に供給された処理液の周囲への飛散を防止する側壁２６３１、および、処理カップ２６３の下部に設けられて基板９上に供給された処理液を排出する排出口２６３２を備える。
【００６６】
基板処理装置２ａでは、第２の実施の形態と同様に、第１流路２１に供給された純水、および、第２流路２２に供給されたフッ酸が、ミキシングバルブ２４１において混合されて希薄なフッ酸水溶液である処理液が生成される。このとき、流量制御機構２３では、差圧式流量計１により微小流量にて流れるフッ酸の流量が高い精度にて安定して測定され、制御部２３２により測定流量と予め設定されている設定流量とに基づいてモータバルブ２３１が制御される。その結果、ミキシングバルブ２４１へのフッ酸の供給量が高精度に制御され、フッ酸が所望の濃度にて精度良く混合された処理液が生成される。
【００６７】
ミキシングバルブ２４１において生成された処理液は、第３流路２４を介してノズル２７に供給され、ノズル２７から基板９の中央に向けて継続的に吐出される。基板９は、基板保持部２６により保持されて回転しており、ノズル２７から供給された処理液は遠心力により基板９の上面を外周側へと移動しつつ基板９の上面全体に広がって基板９のエッチングが行われる。基板９の外縁まで移動した処理液は、基板９から離れて処理カップ２６３の側壁２６３１により受けられ、あるいは、処理カップ２６３の底部へと直接落下して排出口２６３２から排出される。
【００６８】
基板処理装置２ａにおいても、第２の実施の形態と同様に、流量制御機構２３によりフッ酸の供給量を高精度に制御することができ、フッ酸が所望の濃度にて精度良く混合された処理液により基板９に対するエッチングを行うことができる。そして、高精度に濃度が制御された希薄なフッ酸水溶液によりエッチングが行われることにより、高精度にエッチングレートを制御し、より好ましい処理結果を得ることができる。また、エッチングレートを低くして基板９の中央と外縁側とにおける処理時間のばらつきを抑制し、基板９全体におけるエッチングの質の均一性を向上することができる。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００７０】
例えば、差圧式流量計１の圧損チューブ１３は、必ずしも樹脂製である必要はなく、他の材料により形成されてもよい。この場合、圧損チューブ１３は、様々な種類の液体に対する高い耐久性を有する材料により形成されることが好ましい。
【００７１】
差圧式流量計１では、チューブフィッティング１３１，１３２がそれぞれ、第１圧力計１１のフィッティング１１５および第２圧力計１２のフィッティング１２４に直接取り付けられてもよい。この場合、チューブフィッティング１３１，１３２、および、フィッティング１１５，１２４が、圧損チューブ１３の両端部を、第１圧力計１１側の流路１１３および第２圧力計１２側の流路１２２にそれぞれ着脱可能に取り付ける取付部の役割を果たす。
【００７２】
第２および第３の実施の形態に係る基板処理装置では、純水およびフッ酸以外の液体が混合されて処理液が生成されてもよく、また、基板９に対してエッチング以外の他の処理（例えば、洗浄処理）が行われてもよい。
【００７３】
上記実施の形態では、差圧式流量計１による液体の流量測定について説明したが、差圧式流量計１によりガスの流量が測定されてもよく、このような差圧式流量計１は、混合ガスにて基板を処理する基板処理装置にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第１の実施の形態に係る差圧式流量計の構成を示す正面図である。
【図２】差圧式流量計を示す平面図である。
【図３】差圧と流量との関係を示す図である。
【図４】第２の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す正面図である。
【図５】流量制御機構近傍を拡大して示す正面図である。
【図６】第３の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す正面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１    差圧式流量計
２，２ａ    基板処理装置
９    基板
１１    第１圧力計
１２    第２圧力計
１３    圧損チューブ
１５    記憶部
１６    演算部
２１    第１流路
２２    第２流路
２３    流量制御機構
２５    処理槽
２６    基板保持部
２７    ノズル
１１３，１２２，１４１，１４２    流路
１１５，１２４    フィッティング
１３１，１３２    チューブフィッティング
２３１    モータバルブ
２３２    制御部
【図１】
2006153677.tif 000006
【図２】
2006153677.tif 000007
【図３】
2006153677.tif 000008
【図４】
2006153677.tif 000009
【図５】
2006153677.tif 000010
【図６】
2006153677.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月18日(2005.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
このような流量計としては、流路内に設けられたオリフィス板の前後における圧力差を計測して流量を測定する差圧式流量計があり、特許文献１では、このような差圧式流量計の測定精度を向上するための技術が開示されている。また、特許文献２および３では、オリフィス板に代えてノズルを利用する差圧式流量計が開示されている。特許文献４および５では、キャピラリ（毛細管）の両端における圧力差を計測することにより、微小流量の測定を安定して行う差圧式流量計が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２８３８１０号公報
【特許文献２】米国特許５６７２８３２号明細書
【特許文献３】米国特許６５７８４３５号明細書
【特許文献４】特開２００４−２２６１４２号公報
【特許文献５】特開２００４−２２６１４４号公報