(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定濃度の成分を含有する薬液を調製する装置であって、
薬液の有効成分含有溶液と、その希釈用液とを混合するための混合槽と、
この混合槽内の液体を混合槽から流出させ混合槽に返流させる循環経路と、
この循環経路の返流側に連結されて前記混合槽内に配置され、返流すべき液体を前記混合槽内の液面下において吐出可能な吐出口を有する吐出部、とを備え、
前記吐出部は、前記混合槽の内壁の周回りに一回転方向であるいは交互に異なる回転方向で回転するようになっており、
前記吐出口は、前記吐出部の下端部から前記混合槽内壁を指向するように突出し、且つこの吐出口による前記返流液体の指向性が以下の何れかである、薬液調製装置。
（ａ）一または二以上の前記吐出口が、槽内壁の２箇所以上を指向してほぼ水平から斜め下方に返流液体を吐出可能である。
（ｂ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる箇所を指向してほぼ水平に返流液体を吐出可能である。
（ｃ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる箇所を指向して斜め上方に返流液体を吐出可能である。
【請求項２】
前記混合槽には、前記有効成分含有溶液を供給する第１の供給経路と、前記希釈用液を供給する第２の供給経路とを備え、前記第１の供給経路及び前記第２の供給経路は、いずれも、大量供給用配管と少量供給用配管とを備え、
前記循環経路に付随して、あるいは前記循環経路とは独立に、濃度測定手段を備える濃度測定用循環経路と、前記混合槽内の液体の重量を測定する液体重量測定手段とを備える請求項１に記載の薬液調製装置。
【請求項３】
前記吐出口の位置は、前記混合槽の底面を０％位置とし且つ該混合槽の底面から適正混合容量に対応する液面の半分の高さ位置を５０％位置とした場合に、２５％位置から５０％位置の範囲内に設定される、請求項１又は２に記載の薬液調製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の濃度の有効成分を含有する薬液の調製装置に関し、特に、半導体製造工程において使用するエッチング用液、洗浄液およびフォトリソグラフィ系で使用する現像液などの各種薬液を効率的にかつ正確に調製することのできる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチング工程など、半導体の各種製造工程においては、エッチング液などの各種薬液が使用されるが、薬液の有効成分の濃度は、加工精度や歩留まりに大きく影響する。このため、これらの薬液の有効成分の濃度は、正確にかつ精度よく調整される必要がある。
従来、薬液の調製には、混合手段や外部循環経路を備える混合槽が用いられていた。しかしながら、混合槽内の薬液濃度を完全に均一にするのは時間を要していた。また、濃度調整するための濃度測定手段を必要とするが、薬液によっては、攪拌流により生ずる渦に起因する気泡センサーやセンサー近傍に発生する乱流などにより測定誤差が無視できなくなる場合もあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明では、速やかに均一な混合液が得られる液体の調製装置あるいは混合装置を提供することを目的とする。さらに、精密正確な濃度調整を実施できる液体の調製装置あるいは混合装置を提供することを、他の目的とする。さらに、各種加工精度を容易に確保できる半導体を製造する薬液の調製方法を提供することを、他の目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を解決するために鋭意研究した結果、以下の発明を完成した。すなわち、本発明によれば、以下の手段が提供される。
（１）所定濃度の成分を含有する薬液を調製する装置であって、
薬液の有効成分含有溶液と、その希釈用液とを混合するための混合槽と、
この混合槽内の液体を混合槽から流出させ混合槽に返流させる循環経路と、
この循環経路の返流側に連結されて前記混合槽内に配置され、返流すべき液体を前記混合槽内の液面下において吐出可能な吐出口を有する吐出部、とを備え、
前記吐出部は、前記混合槽の内壁の周回りに一回転方向であるいは交互に異なる回転方向で回転するようになっており、
前記吐出口は、前記吐出部の下端部から前記混合槽内壁を指向するように突出し、且つこの吐出口による前記返流液体の指向性が以下の何れかである、薬液調製装置。
（ａ）一または二以上の前記吐出口が、槽内壁の２箇所以上を指向してほぼ水平から斜め下方に返流液体を吐出可能である。
（ｂ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる箇所を指向してほぼ水平に返流液体を吐出可能である。
（ｃ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる箇所を指向して斜め上方に返流液体を吐出可能である。
（２）前記混合槽には、前記有効成分含有溶液を供給する第１の供給経路と、前記希釈用液を供給する第２の供給経路とを備え、前記第１の供給経路及び前記第２の供給経路は、いずれも、大量供給用配管と少量供給用配管とを備え、
前記循環経路に付随して、あるいは前記循環経路とは独立に、濃度測定手段を備える濃度測定用循環経路と、前記混合槽内の液体の重量を測定する重量測定手段とを備える（１）に記載の薬液調製装置。
（３）前記吐出口の位置は、前記混合槽の底面を０％位置とし且つ該混合槽の底面から適正混合容量に対応する液面の半分の高さ位置を５０％位置とした場合に、２５％位置から５０％位置の範囲内に設定される、（１）又は（２）に記載の薬液調製装置。
【０００５】
これらの発明によれば、循環して返流される液体が前記吐出部によって混合槽
内の液体中に吐出される。返流液体の吐出指向部位は、混合槽の内壁の周回りに対して異なる方向となる。あるいは、混合槽の内壁の周回りに沿って異なる方向に移動する。これらの混合装置によれば、外部循環経路から返流される液体が混合槽内壁を指向する法線方向若しくは中心から放射状に拡散する液流、および混合槽内を旋回するような旋回流を形成する。これにより、返流される液体自体が混合槽内に均一に行き渡るように拡散される。このため、気泡を発生することなく、速やかに均一に混合された液体を得ることができる。
また、濃度測定手段と重量測定手段とを備えると、混合槽内の液体の濃度を検出することができる。このため、正確な濃度制御が可能となる。
さらに、大量供給用配管と少量供給用配管とを備えると、大量供給用配管によって濃度の粗調合が可能であり、少量供給用配管によって濃度の微調合が可能となっている。このため、正確で精度の高い濃度調整が可能となっている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の調製装置及び混合装置は、混合槽と、この混合槽内の液体を混合槽から流出させ混合槽に返流させる循環経路と、この循環経路の返流側に連結されて前記混合槽内に配置され、返流すべき液体を前記混合槽内の液面下において吐出可能な吐出口を有する吐出部、とを備え、前記吐出部は、前記混合槽の内壁の周回りに一回転方向であるいは交互に異なる回転方向で回転するようになっており、
前記吐出口は、前記吐出部の下端部から前記混合槽内壁を指向するように突出し、且つこの吐出口による前記返流液体の指向性が以下の何れかとなっている。
（ａ）一または二以上の前記吐出口が、槽内壁の２箇所以上を指向してほぼ水平から斜め下方に返流液体を吐出可能である。
（ｂ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる箇所を指向してほぼ水平に返流液体を吐出可能である。
（ｃ）二以上の前記吐出口は、それぞれ槽内壁の異なる箇所を指向して斜め上方に返流液体を吐出可能である。
この混合槽は、最終的に均一な液体を調製するのに使用するものであり、液体と液体（溶液を含む）の他、液体と固体とを混合するのに用いることもできる。特に、薬液の有効成分含有溶液とその希釈液とを混合して所定濃度の有効成分を含む薬液を調製するのに適している。
また、これらの装置によれば、返流液体が、混合槽内の液面より下方で吐出される場合には、液面が乱れるような攪拌流が形成されるのを回避しながらも均一にかつ効率良く混合することができる。したがって、気泡や脈流を嫌う濃度測定系を備える場合や、気泡を嫌う加工工程に用いる薬液等に好ましく用いることができる。さらに、均一な液体を速やかに得ることができるので、所定濃度の薬液を速やかに調製することができるし、濃度調整の正確性や精度も高い。
よって、本薬液調製装置あるいは混合装置は、半導体製造におけるエッチング工程、研磨工程、洗浄工程、メッキ工程、フォトリソグラフィ系の工程等の各種工程において使用する各種薬液の調製や液体の混合に好ましく用いることができる。
【０００７】
以下、本発明に係る混合手段４０を備える液体混合装置（薬液調製装置）２を例示して、本発明を具体的に説明する。
図１に例示される薬液調整装置２は、エッチング工程で使用するエッチング液として、フッ化水素（ＨＦ）の５０ｗｔ％水溶液と希釈用液である純水とを混合して１ｗｔ％のＨＦ水溶液を調製する装置である。
本装置２には、混合手段４０と、混合材料の供給系１０とを備えている。混合手段４０は、混合槽４２と、循環手段６０と、均一化手段７０とを備えている。
【０００８】
混合材料の供給系１０は、各混合材料の貯留部１２、１６とその供給経路２２、２６とから構成されている。混合材料は、少なくとも２種類あるが、得ようとする薬液の組成に応じて3種類以上とすることもできる。本形態では、第１の混合材料が、５０ｗｔ％ＨＦ水溶液であり、第２の混合材料が純水である。なお、本形態では、液体あるいは流動体状の混合材料の供給系を主体に説明しているが、固体状の混合材料は、別途供給系を形成することもできる。しかしながら、固体状の混合材料も、好ましくは、溶液状態で混合槽４２に供給する。
【０００９】
各供給経路２２、２６は、それぞれ単一の経路で構成することもできるが、それぞれ大量供給用配管３２、３６と少量供給用配管３４、３８とに分岐することができる。大量供給用配管３２、３６では、それぞれ各液体を粗い精度ではあるが、大量に混合槽４２に供給することができる。また、少量供給用配管３４、３８では、高精度に少量の液体を混合槽４２に供給することができる。各配管３２、３４、３６，２８には制御装置によって開閉が制御されるバルブを設けることができる。後述する液体重量測定手段５０や濃度測定手段９０による測定結果に基づいて制御装置はこれらのバルブの開閉状態を制御するようになっている。
大量供給用配管３２，２６による混合材料の供給は、混合の初期における供給に好ましく、少量供給用配管３４、３８による混合材料の供給は、濃度の最終的な微調整に都合がよい。
【００１０】
混合手段４０は、少なくとも混合槽４２と、循環手段６０と、均一化手段７０とを備えており、これらの他、濃度測定系８０や混合槽４２内の液体重量測定手段５０も備える。
混合槽４２の形態は特に限定しないで、従来、液体の混合に用いられている各種形態の混合槽を用いることができる。本発明では、循環手段６０として外部循環経路６２を備えていることから、下方に向かって収束して横断面形状が小さくなるような底部形状を備えていることが好ましい。具体的には円錐状、角垂状、あるいは半球状等である。
【００１１】
循環手段６０は、循環経路６２と、強制循環手段６３とを備えている。強制循環手段６３としては、従来公知の各種ポンプを使用することができる。循環経路６２は、混合槽４２の底部近傍から内部液体を流出させ、混合槽４２内に返流するように構成されている。循環経路６２の返流側の端部には、循環させた液体を混合槽４２内の液面下で液体内に吐出させて混合するための均一化手段７０を有している。
【００１２】
均一化手段７０は、混合槽４２内の混合液体の液面下に返流すべき液体を吐出可能に備える吐出部７１を備えている。混合槽４２に対する設置形態は問わない。図１に示すように、吐出部７１は、典型的には、混合槽４２の上方から下方に向かって混合槽４２内に進入するように設置することができる。吐出部７１の混合槽４２への進入位置は特に限定しない。すなわち、混合槽４２の鉛直中心近傍であってもよいし、鉛直中心から偏心した位置であってもよい。後述するように、吐出部７１の吐出口７２が指向する吐出指向部位が混合槽４２の内壁の互いに対向する部位に設計される場合には、吐出部７１は、混合槽４２の鉛直中心近傍に配置されていることが好ましい。一方、吐出指向部位が、混合槽４２の内壁において半周よりも近い範囲内の２箇所に設計される場合は、混合槽４２の鉛直中心からは離れた位置であると、吐出部７１からの吐出液による混合効率を上げることができる。
【００１３】
吐出部７１は、外方、すなわち、混合槽４２の内壁の２箇所以上の部位（吐出指向部位）を指向して液体を吐出するように形成されている。このような吐出部７１を備えることにより、混合槽４２内の内壁に沿う旋回流を形成することができる。吐出部７１は２個以上備えられていてもよい。
各吐出部７１は、それぞれ１個あるいは２個以上の液体吐出口７２を備えることができる。なお、各吐出口７２は、吐出指向部位に対して、ほぼ水平から斜め下方に液体を吐出可能に形成されている。好ましくは、ほぼ水平に返流液体を吐出可能に形成されている。
吐出部７１が、混合槽４２の内壁の２箇所以上を指向して返流液体を吐出可能とするには、各種形態を採ることができる。
例えば、図２に示すように、一つの吐出部７１を備える場合、２つ以上の異なる吐出指向部位に対応する２つ以上の吐出口７２を備えるようにすることができる。この構成によれば、吐出部７１を固定した状態で、返流液体を異なる吐出指向部位に同時にあるいは交互に吐出することができる。
また、図３に示すように、枝分かれする吐出部７１を供える場合、それぞれの支流部に異なる方向を指向する１つ以上の吐出口７２を備えるようにすることができる。この形態によっても、吐出部７１を固定した状態で、返流液体を異なる吐出指向部位に同時にあるいは交互に吐出することができる。なお、図３においては、分枝した吐出部７１のそれぞれにバルブを設けたが、分岐部において三方バルブを設けることもできる。
なお、図示はしないが、２つの吐出部７１のそれぞれに異なる方向を指向する１つ以上の吐出口７２を備えるようにすることもできる。
【００１４】
これらの各種形態によって、吐出部７１により、返流液体がこのようにして異なる方向で混合槽４２の内壁に向かって返流されることにより、混合槽４２内に液流が形成されて、返流された液体が十分に拡散される。さらに、内壁を指向して吐出されるために、混合槽４２の内壁近傍に返流液体が供給され内壁で反射されることにより、内壁に沿う旋回流が形成されて、混合槽４２の全体に効率的に返流液体が拡散されるようになっている。加えて、方向性の異なる旋回流を形成することによる乱流化、およびこれらの旋回流が衝突することによる乱流化により混合しようとする成分の拡散を促進することができる。
すなわち、本発明の吐出部７１は、方向性の異なる旋回流が混合槽４２内に発生するように返流液体が吐出されるように構成されているということができる。さらに詳細に説明すれば、方向性の異なる旋回流が衝突するように構成されているということができる。
【００１５】
吐出部７１が２箇所以上を指向して返流液体を吐出可能とするには、吐出部７１を移動させる。吐出指向部位が、吐出部７１につき、混合槽４２の内壁の周回りに沿う一方向あるいは交互に異なる方向とする。
例えば、図１および図４に示すように、異なる２方向を指向する吐出口７２を備える吐出部７１の全体あるいは一部を、一方向あるいは交互に異なる方向に吐出部７１の軸回りに回転させることによって、このような吐出指向部位の移動を達成し、これにより、２箇所以上の部位を指向する返流液体の吐出を実現することができる。この場合、各吐出口７２が移動することで、各吐出口７２が２箇所以上の吐出指向部位に対して返流液体を吐出することとなる。なお、液体は、吐出口７２から常時吐出されてもよいし、断続的に吐出されてもよい。
また、図５に示すように、一つの吐出口７２を備える一つの吐出部７１を、吐出部７１の軸回りに回転させることによって、吐出指向部位を移動させて、２箇所以上を指向した吐出形態を実現できる。なお、図５に示すように、この場合は、吐出部７１を混合槽４２の中心から偏心した位置に配置し、混合槽４２内の反偏心側を指向する円弧状の回転が有効である。
なお、各吐出部７１の回転方式は、一方向に連続回転させる場合と、右回りと左回りとを交互に繰り返すような反転を伴う交互回転させる場合、さらに、これらを混在させて回転させる場合とがある。均一混合の観点からは、好ましくは、交互回転を含めるようにする。交互回転によれば、回転による動きと反転によって生ずる液流の予め生じた反対方向を指向する旋回流に対向する旋回流が生じ、これらの旋回流の衝突により乱流域が発生し、拡散が促進される。なお、同一方向に連続回転させた場合であっても、同方向を指向する旋回流が連続的に多数発生すること、および吐出口７２の移動により吐出流速が増大されて乱流化・拡散は促進される。
さらに、２個以上の吐出部７１を、それぞれ異なる回転方向あるいは同一方向に連続回転させることもできる。この場合においては、旋回方向がそれぞれ固定されているが、２種類の旋回流が発生すること、および、各吐出口７２の移動により、吐出流速が増加されていることから、乱流化および拡散が促進される。
以上のことから、本発明の吐出部７１は、吐出源（吐出口）の吐出部７１の移動（好ましくは吐出部７１の軸回りの回転）により、多数の旋回流を連続的あるいは断続的に発生させる構成を有しているということができる。
なお、液体の混合装置を含む各種混合装置に関連する分野の当業者によれば、このように回転可能な吐出部７１を得るためには。可動継手などの各種態様を取り得ることが自明である。したがって、当業者であれば、吐出部７１の構成を、必要に応じて選択することができる。
【００１６】
なお、これらの形態において、全体として２個以上の吐出口７２を備える場合、好ましくは、吐出口７２の個数に応じて内壁の異なる部位を指向するように設けられている。異なる部位を指向することにより、返流液体を一時期に一挙に異なる方向に拡散させることができる。例えば、内壁周回りに沿って均等に間隔を置いた部位を指向するように設けることができる。具体的には、吐出口７２が２個の場合には、互いに１８０°異なる位置を指向し、３個の場合には、互いに１２０°異なる位置を指向するように、設けることができる。
また、指向する高さ位置は特に限定しないが、同じ高さ位置でもよいし、異なる高さ位置を指向するように組み合わせることもできる。旋回流の衝突による乱流化の促進を考慮すれば、同じ高さ位置とすることが好ましい。かつ同じ方向性で内壁に向かって指向させることが好ましい。
また、吐出口７２の位置は、混合槽４２の底面（０％位置とする）から適正混合容量に対応する液面（あるいは混合槽）の半分の高さ位置（５０％位置とする）の範囲内に設定されていることが好ましい。５０％位置より高い場合には、拡散促進の効果が不充分になりがちであるからである。さらに好ましくは、２５％位置から５０％位置の範囲内に設定するものとする。この範囲内であれば、もっとも効率的な拡散混合が可能であるからである。２５％位置より下方位置の場合には、旋回流を形成しにくくなる恐れがあるからである。
【００１７】
また、各吐出口７２は、吐出指向部位に対して、ほぼ水平から斜め下方（好ましくはほぼ水平である。）に液体を吐出可能に形成されている。このように形成することにより、混合槽４２の内壁を利用して容易に旋回流を形成することができるとともに、衝突するような方向性の旋回流も容易に形成することができる。特に、二以上の吐出口７２を供える場合、より好ましくは、ほぼ水平に同じ高さ位置を指向するように吐出させる。
特に限定しないが、斜め下方という場合には、水平から約３０°までの角度とすることが好ましい。
また、二以上の吐出口を返流液体をそれぞれ斜め上方を指向する吐出するように構成することもできる。この場合、好ましくは、同じ角度同じ高さ位置を指向するようにする。斜め上方を指向させることにより、旋回流を混合槽の全体に形成することができる。
このような吐出口７２は、吐出部７１に対してノズル状に形成されていてもよいし、また、単なる開口に形成されていてもよい。好ましくは、拡散を促す旋回流の形成及び拡散のために必要な程度の吐出圧力と指向性を得られるようになっている。
吐出口７２は、混合槽４２の中央部あるいは偏心位置から対向する槽内壁側を指向して液体を吐出するように形成されていることが好ましい。偏心部位から槽内壁を指向する場合には、対向する間隔がより遠い内壁側（反偏心側）を指向していることが好ましい。
例えば、吐出口７２は、このような液体の吐出指向性を備えたノズル状とすることができる。具体的には、吐出部７１の下端部から槽内壁を指向して突出形成された細管の先端に開口を備えるようにすることができる。ノズルは液流の指向性が良好であるとともに、ノズル先端形状によって吐出圧力を強くすることもできる。加えて、ノズルは吐出部７１から内壁側に突出形成されているため、回転に伴って、混合槽４２内を攪拌する作用が生じる。ノズル方向は、返流液体の指向部位と同方向であるため、ノズルから吐出された返流液体の拡散をノズル自体が促進することができる。なお、ノズルの外形形態は、攪拌効果を考慮すれば、回転時に液体の抵抗が大きいことが好ましく、例えば、進行（回転）方向に対して扁平な形状を採用することができる。
【００１８】
なお、別に、混合槽内壁を指向する攪拌部材を吐出部７１に備えることもできる。この場合、吐出部７１の回転に伴って攪拌部材を回転可能にすることにより、ノズルを設けたのと同等あるいはそれ以上の効果を得ることができる。攪拌部材を付与する場合には、２個以上を対称状に備えることが好ましい。形態的には、攪拌効果の高い翼状などの各種形状を採用することができる。また、異なる高さ部位に備えることもできる。
【００１９】
混合槽４２には、混合槽４２に供給された混合材料の重量を測定することができる重量測定手段５０を備えている。重量測定手段５０は、各種公知の手段を用いることができるが、ロードセル等の重量センサを用いるのが一般的である。重量測定手段５０は、図示しない制御装置に接続されており、混合槽４２への混合材料の供給による重量増加を検知して、供給量を認識し、制御装置を介して所定の供給量になるように各種供給用配管のバルブの開閉調整が実施されるようになっている。重量測定手段５０を備えることにより、混合槽４２に導入した混合材料の重量を正確に把握し、あるいは供給量の制御が可能となるので、効率的でかつ的確な濃度制御が可能となっている。特に、供給系１０が大量供給系と少量供給系とを備えている場合には、より効果的に供給量制御および濃度制御が可能となる。
【００２０】
混合槽４２の底部近傍から、循環手段６０や濃度測定系などの外部循環経路８２へ液体が流出するようになっているが、特に、濃度測定系の循環経路８２や薬液などの供給側への流出側配管の接続部位近傍には、流出する液体に渦流や脈動等が発生しないように整流板８１を備えることができる。整流板８１の形状は特に限定しないで、従来公知の形態から適宜採用して使用することができる。整流板を備えることにより、正確な濃度測定の他、半導体装置の製造工程における加工精度を確保することができる。
【００２１】
混合手段４０には、濃度測定系を備える。濃度測定系は、濃度測定手段を備えている。濃度測定手段９０としては、特に限定しないで、液体中の所定成分の濃度測定が可能であれば採用することができる。半導体装置の製造工程における多くの溶液に好ましく適用できるのは、超音波濃度測定手段である。
濃度測定系は、好ましくは、混合槽４２の外部循環経路の一部に設ける。混合槽４２から濃度測定系への液体の導入は、濃度測定系のための専用の外部循環経路を混合槽４２に備えるようにしてもよいが、循環手段６０の循環経路６２に付随して設けることもできる。すなわち、後者の場合には、循環経路６２の一部から濃度測定手段に至る経路を分枝させる。濃度測定手段から混合槽４２への返流は、循環経路６２を介してもよいし、循環経路６２を介することなく混合槽４２へ返流するように設けることもできる。
【００２２】
循環手段６０と独立して濃度測定系８０を備える形態が図１に示されている。この場合には、濃度測定系８０の循環経路８２には、液体を循環させるための強制循環手段（ポンプ）８３を備えるようにする。乱流を抑制することによる濃度測定精度の確保の観点からは、レイノルズ数が６０以下のポンプを使用することが好ましい。
【００２３】
濃度測定用の循環経路８２上の濃度測定手段９０に至る経路においては、液体中の気泡を分離する気液分離手段８４を備えるようにすることが好ましい。測定手段では、気泡の存在により測定精度が低下するからである。特に、超音波濃度測定手段を採用する場合には、その危険性が高い。当該気液分離手段８４としては、各種手段を採用できるが、構成が簡易である点において、気液分離槽を採用することが好ましい。
【００２４】
気液分離槽を採用する場合、当該槽の液面が混合槽４２の液面より高位になるように気液分離槽を設置することが好ましい。これらの液面位の差により、気液分離槽から濃度測定手段９０への液体の移送が容易となる。図１に示す形態では、配管８６によって液体を移送するようになっている。
特に、超音波濃度測定手段を採用する場合には、当該手段の濃度検出セル部位において、上昇する層流を形成できるように、気液分離槽に対する超音波濃度測定手段の位置を設定することが好ましい。このように落差による上昇流に対して濃度測定を実施すると、精度の良い実施が可能となる。また、液面位の差によって濃度測定手段から混合槽４２へと液体が移送されるように、気液分離槽や混合槽４２に対する濃度測定手段の位置設定をすることが好ましい。また、薬液周囲の雰囲気を調和させる観点から、前記気液分離槽と混合槽４２とは、通気管により連通させることが好ましい。
【００２５】
濃度測定手段から混合槽４２へ至る経路においては、濃度測定に好ましい流量を設定するためのバルブや流量調整手段１００などを備えることができる。
【００２６】
このような調製装置２あるいは混合手段４０には、さらに、混合槽４２内で調製された溶液を、その使用部位に供給するための配管が接続されるのが通常である。このような配管は、上記した循環手段６０から分枝されてもよいし、独立に形成してもよい。
【００２７】
次に、このような混合手段４０を備える調製装置２を用いて、薬液を調製する工程について説明する。
まず、供給系１０を介して、例えば、５０％フッ化水素水溶液と純水のそれぞれ所定量を、大量供給用配管３２，３６を介して混合槽４２に供給する。混合槽４２に付随する循環手段６０の強制循環手段６３などを駆動させて、両液を循環させる。返流液体による材料の均一化あるいは混合工程では、吐出部７１によって形成される旋回流の上記した作用、すなわち、旋回流の衝突および／または乱流化による拡散の促進作用により、混合槽４２内での混合および均一化が効率よく進行する。
【００２８】
混合槽４２内の混合液は、同時に、濃度測定手段９０によって有効成分濃度が測定される。測定された濃度に関する信号を図示しない制御装置に入力されれば、最終的に希望する濃度にするために必要な５０％フッ化水素水溶液と水との量が算出される。
また、濃度測定手段９０による濃度測定によって、混合が十分に達成されたか否かを確認することができる。例えば、濃度測定手段９０による濃度測定結果をモニタリングすれば、制御装置によって、モニタリングによって得られた濃度変動に関するデータから混合槽４２内の液体の均一化工程を終了するべきか否かを判定することができる。制御装置による当該判断に基づいて、循環手段６０の作動停止および／または追加の混合材料の供給操作の開始を制御することができる。
【００２９】
追加の混合材料の供給が必要な場合には、正確な供給量を確保するには、少量供給用配管３４，３８を用いて供給することが好ましい。また、同時に、重量測定手段５０による供給量の検出を実施することが好ましい。
混合材料の追加供給後、初回の混合材料供給時と同様に、循環手段６０を作動させ、濃度測定手段９０による濃度検出を行うことが好ましい。このような混合材料の供給工程と混合工程とを繰り返して、所望の濃度の薬液を得ることができる。
【００３０】
以上、薬液の調製工程について説明したが、本発明の適用対象を薬液などの溶液に限定するものではなく、混合を経て液体を調製する工程であれば、本発明を適用することができる。
【００３１】
図７には、本発明の液体混合装置を用いて、純水とアルカリ系の薬液とを混合した場合の混合状態の経時変化について示す。この混合系においては、濃度測定とともにあるいは濃度測定に替えて、ｐＨを混合状態を把握するための項目として用いた。
なお、この混合系においては、図６に示す装置を用いて試験を行った。この装置は、混合槽が約１０Ｌ対応であり、ポンプによって薬液を強制循環させる循環経路を備えている。そして、循環経路の返流側の末端には、可動継手を介して液体を吐出する吐出部を備えている。この吐出部は、混合槽の中心から偏心した位置において混合槽内の薬液中に浸入している。この吐出部による混合条件は、循環量を約５Ｌ／ｍｉｎ、吐出流速を約２．２ｍ／ｓとし、３０秒ごとに吐出方向を変更するようにして混合した。なお、対照として、同じ装置を用いて、吐出方向を一方向に固定して混合を行った。この結果も合わせて図２に示す。
図７に示すように、本発明の装置によれば、従来法と比較して、約６０％の時間でｐＨを安定化することができた。
【００３２】
図８には、フッ化水素（ＨＦ）５０wt%溶液を、１wt%に希釈調合する調合工程の連続４５日間にわたるモニタリング結果を示す。この混合系においては、濃度測定を超音波濃度計で実施するとともに、中和滴定法によっても行い、超音波濃度測定による精度を確認した。なお、サンプリングは、１〜２日に１回の割合で行った。
なお、この調合工程では、2個のそれぞれ異なる吐出指向部位を有する吐出部を備える以外は、図１に示すのと同様の装置を用いた。混合条件は、薬液量を約２５０ｌとし、循環液量を５０〜５５Ｌ／ｍｉｎとし、吐出流速を２．２ｍ／ｓｅｃ（１．５〜２．２ｍ／ｓｅｃが好ましい）とし、３分毎に２つの吐出部から交互に薬液を吐出することによって、吐出方向を切り替えた。なお、切替時には、数秒間程度（本形態では約３秒間）の短時間同時吐出することで、ウォーターハンマー等による循環経路系部品への衝撃を軽減するようにした。
図８に示すように、本装置による混合（調合）と、超音波濃度計による濃度測定によれば、基準値（１ｗｔ％）に対して十分に許容範囲内の濃度安定性を確保できた。また、超音波濃度計による濃度と中和滴定による濃度との差は、小さく、超音波濃度計によって十分に精度よく測定できることがわかった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、速やかに均一な混合液が得られる液体の調製装置あるいは液体の混合装置を提供することができる。加えて、本発明によれば、精度の高い濃度計測を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る混合装置の一形態を示す図である。
【図２】  本発明の吐出部の一形態を示す図である。
【図３】  本発明の吐出部の他の一形態を示す図である。
【図４】  本発明の吐出部の他の一形態を示す図である。
【図５】  本発明の吐出部の他の一形態を示す図である。
【図６】  純水とアルカリ系薬液との混合試験に用いた装置の概略を示す図である。
【図７】  図６に示す装置によって行った純水とアルカリ系薬液とを混合した場合の混合状態の経時変化を示すグラフ図である。
【図８】  フッ化水素の希釈調合工程のモニタリング結果を示す図である。
【符号の説明】
２  混合装置
１０  供給系
４０  混合手段
４２  混合槽
６０  循環手段
６２  循環経路
７０  均一化手段
７１  吐出部
７２  吐出口
８０  濃度測定系
８２  循環経路
８４  気液分離手段
９０  濃度測定手段
１００  流量調整手段
【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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