JP2007017367A

JP2007017367A - 流量測定器及び流量測定方法

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Publication number: JP2007017367A
Application number: JP2005201316A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Mokuo; 勝利杢尾
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2025-07-11
Also published as: JP5269285B2

Abstract

【課題】水蒸気等の流体の流量を好適に測定できる流量測定器及び流量測定方法を提供する。
【解決手段】流路を通過する流体の流量を測定する測定器３２において，開口４０を設けたダイアフラム４１を備え，前記流体は，ダイアフラム４０の上流側の流路１１ａから，開口４０を通過して，ダイアフラムの下流側の流路３１に流れる構成とし，ダイアフラム４１のひずみを検出するためのひずみゲージ４２と，ひずみゲージ４２の出力に基づいて前記流量を検出する演算部４５とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は，流量測定器及び流量測定方法に関する。

例えばＬＳＩ等の半導体デバイスの製造プロセスにおいては，半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という）に対して処理液や処理ガス等の処理流体を供給することにより，洗浄処理，レジスト除去処理等，様々な処理が施される。

処理流体を供給する配管には，ポンプ，バルブ等の他，配管内の流量を測定する流量測定器が介設される（例えば，特許文献１参照）。かかる流量測定器としては，フロート式，カルマン渦式等の方式が知られている。

特開２００２−１５１４５８号公報

しかしながら，例えばウェハのレジスト水溶化処理において処理流体として用いられる水蒸気に関しては，適切な流量測定器を選択することが難しい問題があった。例えばフロート式等，機械的な方式を用いた流量測定器で測定する場合，結露等の影響により，フロートがテーパ管に固着することがあったりして，測定誤差が大きくなるおそれや，測定不能な状態になるおそれがあった。また，水蒸気の熱の影響により，流量測定器が故障するおそれもあった。

本発明の目的は，水蒸気等の流体の流量を好適に測定できる流量測定器及び流量測定方法を提供することにある。

上記課題を解決するため，本発明によれば，流路を通過する流体の流量を測定する測定器であって，開口を設けたダイアフラムを備え，前記流体は，前記ダイアフラムの上流側の流路から，前記開口を通過して，前記ダイアフラムの下流側の流路に流れる構成とし，前記ダイアフラムのひずみを検出するためのひずみゲージと，前記ひずみゲージの検出値に基づいて前記流量を検出する演算部とを備えたことを特徴とする，流量測定器が提供される。

この流量測定器にあっては，前記演算部は，前記ひずみゲージの検出値から，前記ダイアフラムの上流側における流体の圧力Ｐと前記ダイアフラムの下流側における流体の圧力Ｐ_ｏとの差圧ΔＰ（ΔＰ＝Ｐ−Ｐ_ｏ）を求めるとしても良い。また，前記演算部は，前記流量Ｑを次式：Ｑ＝ＣＡ（２ΔＰ／ρ）^１／２（Ｃ：定数，Ａ：前記開口の開口面積，ΔＰ：前記ダイアフラムの上流側における流体の圧力Ｐと前記ダイアフラムの下流側における流体の圧力Ｐ_ｏとの差圧，ρ：前記流体の密度）に基づいて算出することとしても良い。

前記流体は水蒸気であっても良い。また，前記ダイアフラムは，樹脂モールドによって形成されたものであっても良い。前記ダイアフラムの下流側の流路は，前記ダイアフラムと対向する面が曲面に形成された略半円筒形状の内部空間であるとしても良い。

また本発明によれば，流路を通過する流体の流量を測定する方法であって，前記流体を，ダイアフラムの上流側から前記ダイアフラムに設けた開口に通過させ，前記ダイアフラムの下流側に流入させ，前記ダイアフラムのひずみに基づいて，前記流量を検出することを特徴とする，流量測定方法が提供される。

前記流量Ｑは次式：Ｑ＝ＣＡ（２ΔＰ／ρ）^１／２（Ｃ：定数，Ａ：前記開口の開口面積，ΔＰ：前記ダイアフラムの上流側における流体の圧力Ｐと前記ダイアフラムの下流側における流体の圧力Ｐ_ｏとの差圧，ρ：前記流体の密度）に基づいて求めても良い。前記流体は水蒸気であっても良い。

本発明によれば，ダイアフラムが流体に押されることにより生じるひずみを利用して，流体の流量を好適に測定できる。構造が単純であるため，高い清浄度を保つことができ，故障の可能性も低い。流路測定器部分の流路が比較的単純であり，結露が生じる危険性が低い。万一結露が発生しても，測定誤差への影響が少ない。

以下，本発明の好ましい実施の形態を，基板としてのウェハの表面に塗布されたレジストを除去する前にレジストを水溶化させる処理を施す基板処理装置において，処理流体の供給路に備えられた流量測定器に基づいて説明する。図１に示すように，基板処理装置１は，略円板形状のウェハＷを収納するチャンバー２を備えている。

チャンバー２は，上面が開口となったチャンバー本体２ａと，チャンバー本体２ａの上面開口を閉塞する蓋体２ｂとを備えている。ウェハＷはチャンバー２内に略水平に載置される。また，チャンバー２には，チャンバー２内に処理流体を供給する主供給管５と，チャンバー２内から処理流体を排出する排出管６とが接続されている。

主供給管５には，処理流体として純水（ＤＩＷ）の水蒸気（Ｖａｐｏｒ）を供給する蒸気供給管１１，処理流体としてオゾンガス（Ｏ_３）を供給するオゾンガス供給管１２，及び，窒素ガス（Ｎ_２）を供給する窒素ガス供給管１３が，合流部１５を介して接続されている。

蒸気供給管１１は，蒸気発生器２１に接続されている。また，蒸気供給管１１には，管内の流路１１ａの開閉と流量調整を行う流量調整弁２２が介設されている。

オゾンガス供給管１２は，オゾンガス発生器２３に接続されている。また，オゾンガス供給管１２には，オゾンガスから金属成分を除去してオゾンガスを清浄化するガスクリーンユニット２４，及び，管内の流路１２ａの開閉と流量調整を行う流量調整弁２５が，オゾンガス発生器２３側からこの順に介設されている。

窒素ガス供給管１３は，窒素ガス供給源２６に接続されている。また，窒素ガス供給管１３には，管内の流路１３ａの開閉と流量調整を行う流量調整弁２７が介設されている。

図２及び図３に示すように，合流部１５は本体３０を備えており，本体３０の内部には，横方向に向かう細長い略角筒状，即ち略長方形の開口断面形状を有する内面が設けられている。この本体３０の内面に囲まれた内部空間が流路３１となっている。流路３１の両端部には，窒素ガス供給管１３内の流路１３ａの下流端と主供給管５内の流路５ａの上流端がそれぞれ接続されている。本体３０の内面のうち，上面となっている平面部３０ａには，蒸気供給管１１内の流路１１ａの下流端が接続されており，さらに流路１１ａより上流側に，オゾンガス供給管１２内の流路１２ａの下流端が接続されている。各流路１１ａ，１２ａの下流端部は，それぞれ平面部３０ａ及び流路３１の流れ方向に対して略垂直に接続されている。

なお，合流部１５付近において，蒸気供給管１１，オゾンガス供給管１２は，それぞれ略円管状をなしている。即ち，蒸気供給管１１の内部空間である流路１１ａの流路断面形状，オゾンガス供給管１２の内部空間である流路１２ａの流路断面形状は，それぞれ略円形になっている。また，蒸気供給管１１，オゾンガス供給管１２，合流部本体３０，主供給管５の材質，即ち，流路１１ａ，１２ａ，３１，５ａの各内壁面の材質としては，例えばフッ素樹脂等，耐薬品性（耐オゾン性）や耐熱性に優れた樹脂が用いられる。

また，合流部１５には，流路１１ａから流路３１に供給される蒸気の流量を測定する，本実施の形態にかかる蒸気流量測定器３２と，流路１２ａから流路３１に供給されるオゾンガスの流量を測定する，本実施の形態にかかるオゾンガス流量測定器３３とが設けられている。

蒸気流量測定器３２は，開口（オリフィス）４０を有するダイアフラム４１，ダイアフラム４１のひずみを検出するためのひずみゲージ４２，及び，ひずみゲージ４２の出力に基づいて流量を検出する演算部４５を備えている。

図３及び図４に示すように，ダイアフラム４１は略円形の平板状をなし，流路１１ａの下流端部と流路３１の上部との間を仕切るように，流路１１ａの流れ方向に対して略直角に横断するように設けられている。ダイアフラム４１の外周縁は，流路１１ａの端部内周縁に対して固定されている。図示の例では，ダイアフラム４１は本体３０と一体的に形成されており，本体３０の内面における平面部３０ａに設けられている。ダイアフラム４１の下面は本体３０の平面部３０ａと平面状に連続した面になっている。ダイアフラム４１の上面は，流路１１ａの内径とほぼ同じ外径を有する略円形状の平面になっている。

開口４０は，ダイアフラム４１の中央部，即ち流路１１ａの径方向における中央部において，ダイアフラム４１の上面側から下面側に貫通するように，また，流路１１ａの流れ方向に沿って真っすぐに設けられている。開口４０の断面形状は，流路１１ａの流路断面積より小さい開口面積Ａ_１を有する略円形をなしている（Ａ_１＝πｄ_１ ^２／４，ｄ_１：開口４０の直径）。

なお，ダイアフラム４１は，柔軟性を有する樹脂等の材質によって形成されており，流体の圧力を受けて弾性変形するようになっている。また，ダイアフラム４１をフッ素樹脂によって形成し，あるいは，ダイアフラム４１の表面をフッ素樹脂によってコーティングするようにしても良い。そうすれば，十分な耐薬品性，耐熱性が得られる。また，ダイアフラム４１を樹脂モールド成型によって形成しても良い。この場合，ひずみゲージ４２を樹脂によって封止するように成型することが好ましい。即ち，ダイアフラム４１の形状を形成する鋳型内にフッ素樹脂等のモールド樹脂を流し入れ，ひずみゲージ４２をモールド樹脂中に入れた状態で硬化させるようにすれば良い。これにより，ひずみゲージ４２を内蔵したダイアフラム４１を簡単に製造できる。また，ひずみゲージ４２の外面を樹脂によって覆うことで，ひずみゲージ４２の損傷を防止できる。

ひずみゲージ４２は，ダイアフラム４１の内部に内蔵されており，図示しない導線や必要に応じて設けられた増幅器などを備えた電気回路を介して，演算部４５に接続されている。このひずみゲージ４２としては，例えば金属からなる抵抗体を用いた抵抗線ひずみゲージが用いられる。なお，ひずみゲージ４２としては，他の構造，例えば箔ひずみゲージ，半導体ひずみゲージ等を使用しても良い。

演算部４５は，例えばマイクロコンピュータ等であり，ひずみゲージ４２の抵抗値を電気回路において必要に応じて信号処理した検出値Ｒ_１を電気信号として受信し，検出値Ｒ_１に基づいて，流路１１ａから流路３１に供給される蒸気の体積流量（測定値）Ｑ_１[ｍ^３／ｓ]を算出することができる。

演算部４５における流量Ｑ_１の算出方法の理論は，以下のようなものである。周知のように，ダイアフラム４１のひずみは，ダイアフラム４１が受ける外力，即ち，流路１１ａにおける流体（蒸気）の圧力Ｐ_１と流路３１における流体の圧力Ｐ_ｏとの差圧ΔＰ_１［Ｐａ］（ΔＰ_１＝Ｐ_１―Ｐ_ｏ）と相関関係にある。従って，ひずみゲージ４２の検出値Ｒ_１は差圧ΔＰ_１と相関関係にある。また，管オリフィスに関して，次式（１）が知られている。
Ｑ_１＝Ｃ_１Ａ_１（２ΔＰ_１／ρ_１）^１／２・・・（１）
ここで，Ｃ_１は定数（流量係数，約０．６〜０．８），Ａ_１[ｍ^２]は前述した開口４０の開口面積，ρ_１［ｋｇ／ｍ^３］は流体（蒸気）の密度である。式（１）から明らかなように，流量Ｑ_１は差圧ΔＰ_１の平方根と比例関係にある。従って，差圧ΔＰ_１と相関関係にある検出値Ｒ_１から，流量Ｑ_１を算出できる。

具体的には，予め実験により，ある差圧ΔＰ_１’を与えたときのときの検出値Ｒ_１’を調べ，その比例定数α_１を求めておけば良い。そうすれば，検出値Ｒ_１から差圧ΔＰ_１が一義的に求められ（ΔＰ_１＝α_１Ｒ_１），さらに，式（１）に基づいて流量Ｑ_１を算出できる。

オゾンガス流量測定器３３は，上述した蒸気流量測定器３２と実質的に同一の機能構成，即ち，流路１２ａの端部と流路３１の上部との間に設けられたダイアフラム４１，ひずみゲージ４２，図示しない電気回路，及び，演算部４５を備えている。オゾンガス流量測定器３３の構成において蒸気流量測定器３２のものと実質的に同一の構成については，本明細書及び図面において同一の符号を付することとし，詳細な説明は省略する。勿論，例えばオゾンガス流量測定器３３のダイアフラム４１，開口４０の大きさ等は，蒸気流量測定器３２に備えたものと異なっていても良い。

オゾンガス流量測定器３３の演算部４５は，オゾンガス流量測定器３３のひずみゲージ４２の抵抗値を必要に応じて信号処理した検出値Ｒ_２を電気信号として受信し，検出値Ｒ_２に基づいて，流路１２ａから流路３１に供給されるオゾンガスの流量（測定値）Ｑ_２[ｍ^３／ｓ]を算出する。流量Ｑ_２の算出方法の理論は，上述した流量Ｑ_１の場合と同様である。即ち，差圧ΔＰ_２［Ｐａ］（ΔＰ_２＝Ｐ_２―Ｐ_ｏ，Ｐ_２：流路１２ａにおける流体（オゾンガス）の圧力）と相関関係にある検出値Ｒ_２から，次式（２）に基づいて算出できる。
Ｑ_２＝Ｃ_２Ａ_２（２ΔＰ_２／ρ_２）^１／２・・・（２）
ここで，Ｃ_２は定数（流量係数，約０．６〜０．８），Ａ_２[ｍ^２]はオゾンガス流量測定器３３における開口４０の開口面積（Ａ_２＝πｄ_２ ^２／４，ｄ_２：オゾンガス流量測定器３３における開口４０の直径），ρ_２［ｋｇ／ｍ^３］は流体（オゾンガス）の密度である。具体的には，予め実験により，ある差圧ΔＰ_２’を与えたときのときの検出値Ｒ_２’を調べ，その比例定数α_２を求め（ΔＰ_２＝α_２Ｒ_２），式（２）に基づいて流量Ｑ_２を算出すれば良い。

図１に示すように，前述した流量調整弁２２，２５，２７，蒸気流量測定器３２の演算部４５，オゾンガス流量測定器３３の演算部４５は，基板処理装置１の各機能要素の制御を行う制御部５０に対して，図示しない信号ライン等を介してそれぞれ接続されている。

制御部５０は，蒸気流量測定器３２による流量の測定値Ｑ_１を監視し，その測定値Ｑ_１が目標値になるように，流量調整弁２２の開度を調節する機能を有する。即ち，流量調整弁２２，蒸気流量測定器３２，制御部５０を備えたフィードバック制御系によって，蒸気の流量が制御されるようになっている。

また，制御部５０は，オゾンガス流量測定器３３による流量の測定値Ｑ_２を監視し，その測定値Ｑ_２が目標値になるように，流量調整弁２５の開度を調節する機能を有する。即ち，流量調整弁２５，オゾンガス流量測定器３３，制御部５０を備えたフィードバック制御系によって，オゾンガスの流量が制御されるようになっている。

図５に示すように，ガスクリーンユニット２４には，貯留した純水にオゾンガスをバブリングさせるバブラータンク６１，バブラータンク６１から導出した蒸気とオゾンガスの混合流体を冷却しながら送流させる配管６２，水冷式のペルチェ冷却器６３，フィルタ６４，結露分離タンク６５が備えられている。

バブラータンク６１内の底部には，オゾンガス供給管１２の一部でありオゾンガス発生器２３とガスクリーンユニット２４との間の部分を構成する供給管１２ｂの端部が配設されている。また，バブラータンク６１内に純水を供給する純水供給路７１，及び，バブラータンク６１内を加熱及び保温するヒータ７２が設けられている。配管６２は，バブラータンク６１の天井部に接続されている。かかるバブラータンク６１内には，純水供給路７１から供給された純水が貯留される。

純水供給路７１は，バブラータンク６１の底部に接続されている。また，純水供給路７１には，純水供給路７１の開閉及び流量調整を行う流量調整弁７３，及び，バブラータンク６１内を排液する排液路７４が介設されている。排液路７４には開閉弁７５が介設されている。バブラータンク６１内の純水は，純水供給路７１，排液路７４を介してガスクリーンユニット２４外に排液されるようになっている。

バブラータンク６１の側壁には，液面を検出する液面センサー７６ａ，７６ｂ，７６ｃが，下からこの順に設けられている。液面センサー７６ａ〜７６ｃの検出信号は，流量調整弁７３の開度を制御するコントローラ７７に送信される。コントローラ７７は，液面センサー７６ａ，７６ｂ，７６ｃの検出信号によってバブラータンク６１内の液面の位置を監視し，液面が所定の高さから下がったときは流量調整弁７３を開く命令を与え，純水をバブラータンク６１に適宜補充する。即ち，液面が所望の高さに維持されるように制御を行う。

供給管１２ｂには，パージ用ガスとして例えば空気（Ａｉｒ）を供給するパージ用ガス供給路７８が介設されている。なお，パージ用ガスとしては窒素等を用いても良い。バブラータンク６１内をパージするときは，パージ用ガス供給路７８，供給管１２ｂを介してバブラータンク６１内にパージ用ガスを供給することにより，バブラータンク６１内のオゾンガスを配管６２に押し出して排気させるようになっている。さらに，バブラータンク６１から配管６２，フィルタ６４，結露分離タンク６５にパージ用ガスを供給することにより，配管６２，フィルタ６４，結露分離タンク６５内のオゾンガスを後述する供給管１２ｃに押し出して排気し，配管６２，フィルタ６４，結露分離タンク６５，供給管１２ｃ内をパージすることもできる。このようなバブラータンク６１，配管６２，フィルタ６４，結露分離タンク６５等のパージを行うことにより，例えばガスクリーンユニット２４のメンテナンス等の作業時に，人体に有害なオゾンガスが漏れることを防止でき，メンテナンス等を安全に行うことができる。

配管６２の途中には，蛇管部６２ａが形成されている。蛇管部６２ａは，例えば複数回互い違いに反対方向に向けて湾曲させるように蛇行させた形状をなしている。

ペルチェ冷却器６３は，蛇管部６２ａより下流側に設けられている。ペルチェ冷却器６３は，図示しないペルチェ素子と，ペルチェ素子の放熱側を冷却する冷却水送水路８１とを備えており，ペルチェ素子の吸熱面が配管６２の外面に近接させられるようにして配設されている。そして，冷却水送水路８１に冷却水を循環させることにより，ペルチェ素子の放熱側から熱を移送し，放熱側を強制的に冷却させるようになっている。

フィルタ６４は，箱状の筐体６４ａ内に，筒状のフィルタ本体６４ｂが備えられた構造になっている。フィルタ本体６４ｂは，長さ方向を縦方向に向けた状態で備えられている。配管６２の下流端は，筐体６４ａの側壁に接続され，フィルタ本体６４ｂの外側において開口している。一方，筐体６４ａの天井部には，フィルタ本体６４ｂの内側から流体を導出する配管８３が接続されている。また，筐体６４ａの底部には，フィルタ本体６４ｂの外側に溜まった液体や不純物等を排出する排液路８４が接続されている。排液路８４には，開閉弁８５が介設されている。排液路８４の下流端部は，結露分離タンク６５の底部に接続されている。

筐体６４ａの側壁には，液面を検出する液面センサー８６が設けられている。液面センサー８６の検出信号は，開閉弁８５の開閉を制御するコントローラ８７に送信される。開閉弁８５は通常状態では閉じられているが，液面センサー８６において液面が検出されたとき，コントローラ８７から命令が与えられて開かれる。即ち，筐体６４ａ内において液体が所定の高さまで溜まったとき，開閉弁８５が開かれ，排液路８４を介して結露分離タンク６５に排液されるようになっている。

配管８３は，結露分離タンク６５の上部に接続されている。結露分離タンク６５の天井部には，オゾンガス供給管１２の一部でありガスクリーンユニット２４と流量調整弁２５との間の部分を構成する供給管１２ｃが接続されている。また，結露分離タンク６５の底部には，結露分離タンク６５内の液体をガスクリーンユニット２４外に排液する排液路９１が接続されている。排液路９１には，開閉弁９２が介設されている。

結露分離タンク６５の側壁には，液面を検出する液面センサー９３ａ，９３ｂ，９３ｃが，下からこの順に設けられている。液面センサー９３ａ〜９３ｃの検出信号は，開閉弁９２の開閉を制御するコントローラ９４に送信される。開閉弁９２は通常状態では閉じられているが，例えば液面センサー９３ｂにおいて液面が検出されたとき，コントローラ９４から命令が与えられて開かれる。即ち，結露分離タンク６５内において液体が所定の高さまで溜まったとき，開閉弁９２が開かれ，排液路９１によって排液されるようになっている。また，開閉弁９２が開かれた後，例えば液面センサー９３ａにおいて液面が検出されると，コントローラ９４から命令が与えられて，開閉弁９２が再び閉じられる。即ち，結露分離タンク６５内において液面が所定の適切な高さまで下がると，排液路９１による排液が停止されるようになっている。

かかる構成において，オゾンガス発生器２３から供給された高温のオゾンガスは，バブラータンク６１内の加熱された純水中に浸漬した供給管１２ｂの端部から噴出させられ，純水中を浮上し，純水の水蒸気と混合した状態で，配管６２によってバブラータンク６１から導出される。なお，このときのバブラータンク６１内の純水は，ヒータ７２によって例えば約５０℃〜８０℃程度に昇温させておくことが好ましい。バブラータンク６１から配管６２に導出された直後のオゾンガスと蒸気との混合流体は，高温状態となっているが，蛇管部６２ａ内の蛇行した流路を通過する間に，流体の熱が蛇管部６２ａを介して大気中に放熱される。これにより，混合流体が空冷される。空冷後，配管６２内の流体は，ペルチェ冷却器６３によってさらに効率的に冷却され，常温以下にされる。こうして冷却されることにより，オゾンガスと混合していた蒸気が凝縮して水滴となるが，その際，オゾンガス中に含まれていた金属成分が水滴に取り込まれ，オゾンガスから分離される。その後，配管６２内のオゾンガスと水滴がフィルタ６４に流入すると，水滴や異物はフィルタ本体６４ｂの外側に捕集され，オゾンガスはフィルタ本体６４ｂの内側に流入し，配管８３を介して結露分離タンク６５内に導入される。結露分離タンク６５内においては，オゾンガスが滞留させられる間に，オゾンガスに含まれていた細かいミストは，結露分離タンク６５の下部に落下し，オゾンガスから分離される。こうして水分が分離させられた後，供給管１２ｃによって結露分離タンク６５からオゾンガスが導出されるようになっている。

このようにして，オゾンガスに蒸気を混合させた後，蒸気を結露させることにより，オゾンガス発生器２３においてオゾンガスを発生させる際にオゾンガスに混入した金属成分を水滴に取り込ませ，水滴と共にオゾンガスから除去することができる。即ち，金属成分が低減された清浄なオゾンガスをチャンバー２内のウェハＷに供給できるので，ウェハＷに金属成分による悪影響が発生することを防止できる。

なお，上記のように，ペルチェ冷却器６３によって冷却する前に，蛇管部６２ａにおいて自然に空冷させることにより，流体の冷却に要するコストの低減を図ることができる。また，蛇管部６２ａにおいて，流体を比較的遅い冷却速度で冷却させることにより，金属成分の捕集効果を高めることができる。

図１に示すように，排出管６には，排出管６内の流路６ａの開閉及び流量調整を行う流量調整弁９５が介設されている。この流量調整弁９５の開度や，前述した流量調整弁２２，２５の開度をそれぞれ調節することにより，チャンバー２内の圧力を所定の値に調節することができる。

次に，以上のように構成された基板処理装置１におけるウェハＷの処理について説明する。まず，チャンバー本体２ａから蓋体２ｂが外され，ウェハＷがチャンバー本体２ａ内に収納され，蓋体２ｂによってチャンバー本体２ａの上面開口が閉じられる。チャンバー２内には密閉された処理空間が形成される。そして，図示しないヒータによってチャンバー２内のウェハＷが昇温される。

ウェハＷが昇温された後，流量調整弁２５，９５が開かれ，オゾンガス発生器２３からオゾンガス供給管１２，合流部１５，主供給管５を介して，チャンバー２内に所定濃度のオゾンガスが供給される。オゾンガス発生器２３から供給されたオゾンガスは，ガスクリーンユニット２４において浄化された後，制御部５０による流量調整弁２５の調節により，所定流量に制御されながら，チャンバー２内に供給される。チャンバー２内の雰囲気は，供給されたオゾンガスによって排出管６に押し出され，排気される。こうして，チャンバー２内がオゾンガス雰囲気によって充填される。

チャンバー２内がオゾンガスによって充填された後，流量調整弁２２が開かれ，チャンバー２内にオゾンガスと蒸気とが同時に供給される。このオゾンガスと蒸気との混合流体により，ウェハＷの表面に塗布されたレジストが水溶化（酸化）される。蒸気発生器２１から供給された蒸気，オゾンガス発生器２３から供給されたオゾンガスは，それぞれ蒸気供給管１１内の流路１１ａ，オゾンガス供給管１２内の流路１２ａを通過して，合流部１５に導入され，合流部１５において互いに合流させられた後，主供給管５内の流路５ａに流入して，チャンバー２内に導入される。

蒸気が合流部１５に流入する際，蒸気は蒸気流量測定器３２によってその流量が測定される。図２に示す蒸気流量測定器３２において，蒸気は，ダイアフラム４１の上流側である流路１１ａから，開口４０を通過して，ダイアフラム４１の下流側である流路３１に流れ込み，流路３１において流路１１ａに対して略直角方向に向かい，流路３１から流路５ａに流出する。ダイアフラム４１は，流路１１ａにおける蒸気の圧力Ｐ_１と流路３１における流体の圧力Ｐ_ｏとの差圧ΔＰ_１により，流路１１ａ側から流路３１側に向かって押され，流路３１側へ凸状に突出するように変形する。従って，ダイアフラム４１にひずみが生じ，ひずみゲージ４２の検出値Ｒ_１が変化する。そして，蒸気流量測定器３２の演算部４５において，検出値Ｒ_１から流量の測定値Ｑ_１が求められ，その測定値Ｑ_１が制御部５０に送信され，制御部５０によって監視される。

また，オゾンガスが合流部１５に流入する際，オゾンガスはオゾンガス流量測定器３３によってその流量が測定される。オゾンガス流量測定器３３において，オゾンガスは，ダイアフラム４１の上流側である流路１２ａから，開口４０を通過して，ダイアフラム４１の下流側である流路３１に流れ込み，流路３１において流路１２ａに対して略直角方向に向かい，流路３１から流路５ａに流出する。ダイアフラム４１は，流路１２ａにおけるオゾンガスの圧力Ｐ_２と流路３１における流体の圧力Ｐ_ｏとの差圧ΔＰ_２により，流路１２側から流路３１側に向かって押され，流路３１側へ凸状に突出するように変形する。従って，ダイアフラム４１にひずみが生じ，ひずみゲージ４２の検出値Ｒ_２が変化する。そして，オゾンガス流量測定器３３の演算部４５において，検出値Ｒ_２から流量の測定値Ｑ_２が求められ，その測定値Ｑ_２が制御部５０に送信され，制御部５０によって監視される。

このように，合流部１５に導入される蒸気とオゾンガスの各流量は，蒸気流量測定器３２，オゾンガス流量測定器３３によってそれぞれ測定され，これらの各測定値Ｑ_１，Ｑ_２がそれぞれ所定の値になるように，制御部５０の制御によって，それぞれ所定の値に調節される。例えば，測定値Ｑ_１，Ｑ_２がそれぞれ約３[リットル／ｍｉｎ]（５×１０^−５[ｍ^３／ｓ]）程度になるように制御される。また，チャンバー２内の圧力は，例えば約７５[ｋＰａ]程度に調節される。

混合流体によるレジスト水溶化処理が終了すると，流量調整弁２２，２５が閉じられ，オゾンガスと蒸気の供給が停止される。そして，流量調整弁２７が開かれ，窒素ガス供給源２６から窒素ガス供給管１３，合流部１５，主供給管５を介して，チャンバー２内に窒素ガスが供給される。これにより，チャンバー２内のオゾンガスと蒸気が窒素ガスによって押し出され，排出管６によって排気される。

こうして，チャンバー２内が窒素ガスによってパージされた後，チャンバー本体２ａから蓋体２ｂが外され，ウェハＷがチャンバー２から搬出される。以上のようにして，基板処理装置１における一連の処理工程が終了する。

かかる基板処理装置１の蒸気流量測定器３２，オゾンガス流量測定器３３によれば，ダイアフラム４１が流体に押されることにより生じるひずみを利用して，流体の流量を好適に測定できる。流路１１ａ（１２ａ）と流路３１との間に開口４０を設けただけの比較的単純な構造であるため，ダイアフラム４１付近に不純物等が付着したり滞留したりするおそれも少なく，高い清浄度を保つことができる。また，故障の可能性も低い。特に，従来のフロート式等の流量測定器では，流路の形状が複雑なため，蒸気の流量を測定する場合に結露が生じ測定ができなくなる心配があったが，蒸気流量測定器３２部分の流路は単純な形状であるため，結露が生じる危険性が低い。万一結露が発生しても，構造が単純であるため，測定誤差への影響が少なく，精度の良い測定を行うことが可能である。

また，蒸気流量測定器３２，オゾンガス流量測定器３３によれば，蒸気とオゾンガスの流量を精度良く確実に測定できるので，これらの測定値に基づいた制御部５０における流量の制御も，正確に行われる。従って，チャンバー２内に蒸気とオゾンガスが適切な流量で供給され，チャンバー２内の圧力も適切に調節される。これにより，信頼性の高い基板処理を行うことができる。

以上，本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本実施の形態では，流路１１ａ，１２ａの流路断面形状は略円形とし，ダイアフラム４１，開口４０の形状もそれぞれ略円形としたが，これらの形状は円形には限定されず，例えば楕円形であっても良い。

本実施の形態では，ダイアフラム４１の下流側である流路３１は略角筒形状で，ダイアフラム４１の上流側である流路１１ａ（１２ａ）と略直角に向いているとしたが，ダイアフラム４１の下流側の流路の形状は，例えば図６に示す流路３１’のように，略半円筒形状であっても良い。図６において，本体３０’の内部には，横方向（図６においては手前から後方に向かう方向）に向かう細長い略半円筒形状，即ち開口断面形状が略半円形状である内面が設けられており，この内面に囲まれた内部空間が流路３１’となっている。かかる本体３０’の内面は，ダイアフラム４１が設けられた平面部３０ａ’と，略半円柱面状の曲面である曲面部３０ｂ’とを有している。即ち，ダイアフラム４１と対向する面（図６においては底面）が曲面に形成されている。また，平面部３０ａ’が上面となっており，曲面部３０ｂ’は下方に向かって凹状に設けられている。流路１１ａ（１２ａ）の下流端部は，流路３１’の上方から平面部３０ａ’に対して接続されており，また，平面部３０ａ’及び流路３１’の流れ方向に対して略垂直に設けられている。ダイアフラム４１は，上記実施形態と同様に，流路１１ａ（１２ａ）の下流端部と流路３１’の上部との間を仕切るように設けられている。ダイアフラム４１の下面は平面部３０ａ’と連続した平面になっており，曲面部３０ｂ’と対向している。かかる構成によれば，流路３１’を断面略長方形状にした場合（図６において一点鎖線）よりも，流路３１’の容積を小さくすることができ，本体３０’の小型化を図ることができる。また，本体３０’の内面に円滑な曲面部３０ｂ’を設け，内面の角部を少なくすることにより，流路３１’内の流体の流れに対する抵抗が抑制され，流体を効率的に送ることができる。

また，例えば図７に示すように，流路１１ａ（１２ａ）とダイアフラム４１との間に，流路１１ａ（１２ａ）より大きな内径を有する空間（アンダーカット部）１００を設け，ダイアフラム４１の外径を空間１００の内径に合わせ，流路１１ａ（１２ａ）の内径より大きくしても良い。そうすれば，例えば流路１１ａ（１２ａ）の内径が比較的小さい場合でも，ダイアフラム４１の外径を大きくし，ひずみが十分に大きく発生するような構造にすることができる。従って，流量測定を精度良く行うことができる。

本実施の形態では，流路１１ａ（１２ａ）と流路３１との間にダイアフラム４１を設け，流路１１ａ（１２ａ）から流路３１に流入する流量を測定する形態を説明したが，例えば図８に示すように，流路１１ａ（１２ａ）の途中にダイアフラム４１を設け，流路１１ａ（１２ａ）内を流れる途中の流量を測定するようにしても良い。

本実施の形態では，ウェハＷにレジスト水溶化処理を行う基板処理装置１に備えた蒸気流量測定器３２，オゾンガス流量測定器３３について説明したが，本発明にかかる流量測定器は，かかる基板処理装置１に備えられるものに限定されず，様々な装置やシステムの配管における流量測定に適用することができる。勿論，測定対象とされる流体は蒸気やオゾンガス等には限定されず，他の気体であっても良く，さらには液体であっても良い。なお，本実施の形態において蒸気やオゾンガス等の処理流体が供給される被処理基板は，ウェハに限定されるものではなく，例えばＬＣＤ用のガラス基板，フォトマスク基板，ＣＤ基板等であっても良い。

本発明は，流量測定器及び流量測定方法に適用できる。

基板処理装置の構成を説明する説明図である。蒸気流量測定器及びオゾンガス流量測定器を備えた合流部の縦断面図である。図２におけるＩ−Ｉ線による縦断面図である。図２におけるＩＩ−ＩＩ線による縦断面図である。ガスクリーンユニットの構成を説明する説明図である。別の実施形態にかかる合流部の縦断面図である。他の実施形態にかかる蒸気流量測定器又はオゾンガス流量測定器の縦断面図である。蒸気供給管又はオゾンガス供給管の途中に蒸気流量測定器又はオゾンガス流量測定器を備えた実施形態にかかる縦断面図である。

符号の説明

Ｗウェハ
１基板処理装置
２チャンバー
１１蒸気供給管
１１ａ流路
１２オゾンガス供給管
１２ａ流路
１５合流部
２２流量調整弁
２５流量調整弁
３１流路
３２蒸気流量測定器
３３オゾンガス流量測定器
４０開口
４１ダイアフラム
４２ひずみゲージ
４５演算部
５０制御部

Claims

流路を通過する流体の流量を測定する測定器であって，
開口を設けたダイアフラムを備え，
前記流体は，前記ダイアフラムの上流側の流路から，前記開口を通過して，前記ダイアフラムの下流側の流路に流れる構成とし，
前記ダイアフラムのひずみを検出するためのひずみゲージと，前記ひずみゲージの検出値に基づいて前記流量を検出する演算部とを備えたことを特徴とする，流量測定器。
前記演算部は，前記ひずみゲージの検出値に基づいて，前記ダイアフラムの上流側における流体の圧力Ｐと前記ダイアフラムの下流側における流体の圧力Ｐ_ｏとの差圧ΔＰを求めることを特徴とする，請求項１に記載の流量測定器。
前記演算部は，前記流量Ｑを次式：Ｑ＝ＣＡ（２ΔＰ／ρ）^１／２（Ｃ：定数，Ａ：前記開口の開口面積，ΔＰ：前記ダイアフラムの上流側における流体の圧力Ｐと前記ダイアフラムの下流側における流体の圧力Ｐ_ｏとの差圧（ΔＰ＝Ｐ−Ｐ_ｏ），ρ：前記流体の密度）に基づいて算出することを特徴とする，請求項１又は２に記載の流量測定器。
前記流体は水蒸気であることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の流量測定器。
前記ダイアフラムは，樹脂モールドによって形成されたことを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の流量測定器。
前記ダイアフラムの下流側の流路は，前記ダイアフラムと対向する面が曲面に形成された略半円筒形状の内部空間であることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の流量測定器。
流路を通過する流体の流量を測定する方法であって，
前記流体を，ダイアフラムの上流側から前記ダイアフラムに設けた開口に通過させ，前記ダイアフラムの下流側に流入させ，
前記ダイアフラムのひずみに基づいて，前記流量を検出することを特徴とする，流量測定方法。
前記流量Ｑを次式：Ｑ＝ＣＡ（２ΔＰ／ρ）^１／２（Ｃ：定数，Ａ：前記開口の開口面積，ΔＰ：前記ダイアフラムの上流側における流体の圧力Ｐと前記ダイアフラムの下流側における流体の圧力Ｐ_ｏとの差圧（ΔＰ＝Ｐ−Ｐ_ｏ），ρ：前記流体の密度）に基づいて求めることを特徴とする，請求項７に記載の流量測定方法。
前記流体は水蒸気であることを特徴とする，請求項７又は８に記載の流量測定方法。