(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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