流量制御ユニット
【課題】枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定に安定して供給、返還できるコンパクトで安価な流量制御ユニットを提供すること。
【解決手段】流量制御ユニット１は、入力ポートＡから出力ポートＤへの供給流体の流れを連通又は遮断する供給用バルブ３１と、供給用バルブ３１を遮断したときに供給流体の全部又は一部を返還流体としてリターンポートＥに返還する返還用バルブとを備え、入力ポートＡと供給用バルブ３１とを連通する供給流路に供給流体の流量を調整する供給流量調整バルブ３２を配設して、返還用バルブに連通する返還流路を、供給流量調整バルブ３２から供給用バルブ３１までの間で供給流路から分岐した。
【解決手段】流量制御ユニット１は、入力ポートＡから出力ポートＤへの供給流体の流れを連通又は遮断する供給用バルブ３１と、供給用バルブ３１を遮断したときに供給流体の全部又は一部を返還流体としてリターンポートＥに返還する返還用バルブとを備え、入力ポートＡと供給用バルブ３１とを連通する供給流路に供給流体の流量を調整する供給流量調整バルブ３２を配設して、返還用バルブに連通する返還流路を、供給流量調整バルブ３２から供給用バルブ３１までの間で供給流路から分岐した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として半導体製造装置の薬液等による洗浄プロセスにおいて使用される流量制御ユニットに関するものであり、特に枚葉洗浄機に使用したときに、流量を安定して供給できる流量制御ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造装置の洗浄プロセスには、バッチ洗浄と枚葉洗浄とがある。バッチ洗浄は、複数枚のウエハを一度に薬液などに浸漬して洗浄する方法であり、処理能力が高く大量生産に向く。しかし、近年、半導体ウエハの大型化やチップの微細化、配線の多層化等に伴い、また、大量の廃液処理に対する環境問題から、枚葉洗浄が増加傾向にある。枚葉洗浄は、薬液をノズルから塗布してウエハを一枚一枚洗浄する方法であり、その利点は、洗浄能力が高く廃液処理の問題も少ないことにある。
しかし、枚葉洗浄は、短時間処理が基本であり、硫酸等の薬液を使用した洗浄では、化学反応を促進するために、薬液の温度を高温にして洗浄ノズルに供給する。
【０００３】
従来の枚葉洗浄装置１００に用いる薬液の供給回路の一例１０１の概略構成を、図１７に示す。その供給回路１０１は、図１７の一点鎖線で囲まれた枠内に示すように構成されている。まず、タンクに貯蔵した薬液をポンプで吸引し、配管を介して入力ポートＡに供給する。供給された薬液を、供給流量調整バルブ１２１で所定の流量に調整した上で、供給用バルブ１３１で連通又は遮断して出力ポートＤに出力する。そして、出力ポートＤから配管を介して洗浄ノズルに間欠的に供給する。供給用バルブ１３１が遮断したときは、入力ポートＡに連通している返還用バルブ１４１が連通して、薬液をリターンポートＥに返還し、リターンポートＥから配管を介してタンクに戻している。
そのため、供給用バルブ１３１が遮断したときは、ポンプから送られた薬液は、供給流量調整バルブ１２１を通過せず、すべてリターンポートＥを経由してタンクに戻っていく。そうすると、供給用バルブ１３１が遮断している間、供給流量調整バルブ１２１には薬液が通過しないので、薬液が高温の場合、供給流量調整バルブ１２１の弁体や弁座（ボディを含む。以下同じ）の温度が、薬液が通過していたときの温度に比べて低下する。
この供給流量調整バルブ１２１の弁体や弁座は、耐薬品性に優れた樹脂、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製であり、温度による膨張収縮が生じる。
【０００４】
図１８は、一般的に使われている供給流量調整バルブ１２１の弁体１２１Ａと弁座１２１Ｂを模式的に拡大した断面図である。図１８に示すように、供給流量調整バルブ１２１の弁体１２１Ａは、弁座１２１Ｂに比べて、体積が少ないので、蓄熱量が少ない。したがって、高温の薬液が遮断されると、蓄熱量の少ない弁体１２１Ａの温度は、蓄熱量の多い弁座１２１Ｂの温度よりも低下しやすくなる。弁体１２１Ａの温度が、弁座１２１Ｂの温度より低下すると、弁体１２１Ａは弁座１２１Ｂに比べて、より大きく収縮する。
その結果、弁体１２１Ａと弁座１２１Ｂとの隙間、すなわち、弁開度が、収縮量の差分ΔＤ（ΔＤ＝Ｄ２−Ｄ１）だけ大きくなる。ここで、図１８中のＤ１は薬液供給中の弁開度を示し、Ｄ２は薬液遮断からしばらく経過し弁体１２１Ａ及び弁座１２１Ｂの温度が低下したときの弁開度を示す。薬液を遮断している間に、弁開度がＤ１からＤ２に大きくなると、次に供給用バルブ１３１が連通して薬液が流れるとき単位時間に流れる流量が増加する。そのため、供給用バルブ１３１が連通又は遮断を一定の時間間隔で繰り返す場合、供給流量調整バルブ１２１の弁開度が変化して、薬液の流量が変動することになる。
このように、従来の薬液の供給回路１０１の構成では、洗浄ノズルに間欠的に供給する薬液の流量が一定に安定しないという問題があった。
【０００５】
図１９は、従来の薬液の供給回路１０１における流量の変動を測定した結果を示したものである。縦軸は、供給用バルブ１３１を流れる薬液の時間当たりの流量（ｍＬ／ｍｉｎ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
所定時間、高温（約８０℃）の薬液を流して、流量が略一定に安定した状態（この時の流量を「基準流量」と呼ぶ。以下同じ）で、供給流量調整バルブ１２１の弁開度をその基準流量に合わせて設定し、その弁開度の状態で、供給用バルブ１３１を遮断する。供給用バルブ１３１を遮断した後、しばらく放置してから、再度、供給用バルブ１３１を連通し、同じ温度の薬液を供給する。その後、一定の時間間隔（約１２０秒）で間欠的に薬液を流した時の時間当たりの流量を計測し、グラフ化した。
このグラフによると、薬液を間欠的に流した時の初回の立上り流量が、基準流量に比べて、特に大きく増加し、弁開度が弁体１２１Ａ及び弁座１２１Ｂの収縮量の差の影響を受けて変化している様子が窺える。また、２回目以降においても、それぞれの立ち上がり時に流量が増加しているのは、薬液の流れを遮断している間（約１２０秒間）に弁体１２１Ａ及び弁座１２１Ｂの収縮量に差が生じて、弁開度が増加したからであると推測できる。
【０００６】
ここで、ボディの流体流路の近傍に温度調整用の流体が流れる温度調整回路を有する温度調整回路付き薬液弁１２２が、特許文献１に開示されている。
図２０は、この温度調整回路付き薬液弁１２２の全体構成を示す断面図である。
図２０に示すように、この温度調整回路付き薬液弁１２２には、薬液が流れる入力ポート１２３Ａ、流体通路１２３Ｂ及び出力ポート１２３Ｃからなる薬液供給回路１２３を有する弁本体１２４がある。弁本体１２４の下部には、温調ブロック１２５が付設され、温調水が流れる温度調整回路１２６が形成されている。温度調整回路１２６は、温調水入力ポート１２６Ａ、温調水出力ポート１２６Ｃ、及び、両者を連通している温調水通路１２６Ｂからなり、薬液供給回路１２３の近傍に位置している。この温度調整回路１２６の内部に温調水を流すことにより、薬液を温める効果があり、温められた薬液を介して間接的に弁体１２２Ａ及び弁座１２２Ｂが温められる効果も有する。
【０００７】
これに対して、加熱流体を流す通路を弁体及び弁座内部に設けることによって、弁体と弁座を直接温める遮断バルブが、特許文献２に開示されている。
半導体製造装置等の容器内に導入されたプロセスガスを、圧縮し排気する機械的真空ポンプの二次側に遮断バルブを設けた場合、ポンプ内で圧縮され昇温したガスが、ポンプの二次側に設けられたバルブ表面で急激に冷却され反応生成物となってバルブのシート面まで付着し、シール性を損なう問題を解決するため、遮断バルブの内表面、特にバルブの弁体および弁座部を、ポンプ内にて昇温したガス体温度と同等温度まで加熱できるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２０１０６５号公報
【特許文献２】特開平４−６０２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の構成では、温調水を温調水入力ポート１２６Ａから温調水通路１２６Ｂを通って温調水出力ポート１２６Ｃに流すことによって、薬液を温めることはできるが、弁体１２２Ａと弁座１２２Ｂとを直接温める構成ではないので、薬液を遮断したときに精度よく弁体１２２Ａと弁座１２２Ｂとの温度を一定に保持する構成としては、必ずしも十分ではない。
また、温度調整回路１２６を薬液供給回路１２３とは別に設けるため、薬液弁全体のサイズが大きくなり、特に複数の薬液弁を集中して配置する際には、配置場所の問題が生じるとともに、コストも高くなるので、課題が残る。
さらに、特許文献２の構造のように、弁体や弁座の内部に加熱流体を流す通路を形成するためには、深い孔加工ができる特殊な切削工具を要したり、弁座内部に通路を設けることができるように弁本体を通路を挟んで分割等する必要が生じ、弁製作上の問題がある。また、加熱流体供給器及び加熱流体供給回路が、流体供給回路以外に必要となるので、特許文献１のときと同じくスペース上、コスト上の問題がある。
一方、半導体製造装置の洗浄プロセスを効率的に行うため、複数台の枚葉洗浄機に用いる薬液を、一箇所のタンクから供給するケースが多い。その場合は、タンクに貯蔵した薬液の量に限りがあるので、一台の枚葉洗浄機に用いる薬液を効率的に循環する必要がある。
【００１０】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定に安定して供給、返還できるコンパクトで安価な流量制御ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る流量制御ユニットは、次のような構成を有している。
（１）複数のバルブが取り付けられ、内部に流路が形成されたユニット本体と、入力ポートから出力ポートへの供給流体の流れを連通又は遮断する供給用バルブと、前記供給用バルブを遮断したときに前記供給流体の全部又は一部を返還流体としてリターンポートに返還する返還用バルブとを備え、前記入力ポートと前記供給用バルブとを連通する供給流路に前記供給流体の流量を調整する供給流量調整バルブを配設する流量制御ユニットにおいて、前記返還用バルブに連通する返還流路を、前記供給流量調整バルブから前記供給用バルブまでの間で前記供給流路から分岐したことを特徴とする。
【００１２】
（２）（１）に記載された流量制御ユニットにおいて、前記返還用バルブは、前記返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブであること、前記供給用バルブを遮断したときに前記供給流体の一部を第２の返還流体としてリターンポートに返還する第２の返還用バルブを備え、前記第２の返還用バルブに連通する第２の返還流路を、前記入力ポートから前記供給流量調整バルブまでの間で前記供給流路から分岐したことを特徴とする。
（３）（２）に記載された流量制御ユニットにおいて、前記第２の返還用バルブは、前記第２の返還流体の流れを連通又は遮断する第２の返還流体遮断バルブと前記第２の返還流体の流量を調整する第２の返還流量調整バルブとを直列に配設したものであって、前記第２の返還流体遮断バルブは、前記供給用バルブが前記供給流体の流れを連通又は遮断するときに、前記第２の返還流体の流れを遮断又は連通することを特徴とする。
【００１３】
（４）（１）に記載された流量制御ユニットにおいて、前記返還用バルブは、前記返還流体の流れを連通又は遮断する返還流体遮断バルブを備え、前記返還流体遮断バルブは、前記供給用バルブが前記供給流体の流れを連通又は遮断するときに、前記返還流体の流れを遮断又は連通することを特徴とする。
（５）（４）に記載された流量制御ユニットにおいて、前記返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブを、前記返還流体遮断バルブと直列に配設したことを特徴とする。
【００１４】
（６）（１）乃至（５）のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、前記供給流量調整バルブは、ダイアフラム式弁であって、ダイアフラム弁体と該ダイアフラム弁体が当接、離間する弁座とを同一の材質にしたことを特徴とする。
（７）（１）乃至（６）のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、前記供給用バルブに流れる前記供給流体の流量を計測する流量計を接続する接続ポートを前記供給流路に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
このような特徴を有する本発明の流量制御ユニットは、以下のような作用効果を奏する。
（１）に記載された発明は、複数のバルブが取り付けられ、内部に流路が形成されたユニット本体と、入力ポートから出力ポートへの供給流体の流れを連通又は遮断する供給用バルブと、供給用バルブを遮断したときに供給流体の全部又は一部を返還流体としてリターンポートに返還する返還用バルブとを備え、入力ポートと供給用バルブとを連通する供給流路に供給流体の流量を調整する供給流量調整バルブを配設する流量制御ユニットにおいて、返還用バルブに連通する返還流路を、供給流量調整バルブから供給用バルブまでの間で供給流路から分岐したことにより、以下に説明する作用効果を奏する。
【００１６】
（１）の発明は、返還用バルブに連通する返還流路を、供給流量調整バルブから供給用バルブまでの間で供給流路から分岐したので、供給用バルブが入力ポートから出力ポートへの供給流体の流れを連通しているときのみならず、遮断しているときにおいても、供給流体は供給流量調整バルブを通過している。そのため、供給流量調整バルブには、常に供給流体が流れていることによって、供給流体が直接触れる供給流量調整バルブの弁体と弁座とに供給流体の熱が、常に伝達されている。この供給流体の熱伝達が、常時、供給流量調整バルブの弁体と弁座とに行われることにより、供給流量調整バルブの弁体と弁座の温度は、供給流体の温度と略同一に維持される。これによって、供給流体の温度が変動しない限り、供給流量調整バルブの弁体と弁座とは、略同一の隙間、すなわち、略同一の弁開度を維持する。供給流量調整バルブの弁開度は、供給用バルブが連通と遮断とを繰り返しても、略同一に維持されるのであるから、供給用バルブが連通したときに供給用バルブを流れる供給流体の流量は、いつも略一定に維持される。その結果、供給用バルブから出力される枚葉洗浄に用いる供給流体の流量を、略一定に安定して供給できる。特に、枚葉洗浄に用いる流体の温度が高温であっても、供給流量調整バルブの弁開度が、略同一に維持されるので、枚葉洗浄に用いる流体の流量変動が少ない。したがって、本流量制御ユニットを用いて製造される製品の品質向上、及び歩留まり向上に寄与できる。
【００１７】
また、（１）の発明は、供給流体の熱伝達が、供給流量調整バルブの弁体と弁座とに直接的に行われるので、特許文献１に開示されているような、ボディの流体流路の近傍に温度調整用の流体が流れ、熱伝達が間接的に行われる構成に比べて、より確実で安定した流量制御が可能となる。
さらに、（１）の発明は、供給流体の熱を利用して、供給流量調整バルブの弁体と弁座の温度を維持する構成であるので、特許文献１や特許文献２に開示されているような、新たな加熱源及び加熱回路を不要とし、スペース的にもコンパクトに収めることができ、安価な流量制御ユニットを提供できる。また、流量制御ユニットを複数使用した場合でも、省スペース化に寄与できる。
【００１８】
（２）に記載された発明は、（１）に記載された流量制御ユニットにおいて、返還用バルブは、返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブであること、供給用バルブを遮断したときに供給流体の一部を第２の返還流体としてリターンポートに返還する第２の返還用バルブを備え、第２の返還用バルブに連通する第２の返還流路を、入力ポートから供給流量調整バルブまでの間で供給流路から分岐したことにより、供給流体の一部を供給流量調整バルブを通過する前に、第２の返還流体として第２の返還用バルブからリターンポートに返還できるので、返還用バルブを流れる返還流体の流量を、供給流量調整バルブの弁体と弁座との温度を維持できる程度の少流量に調整することができる。この返還流体の流量を少なく調整することによって、入力ポートから入力される供給流体の最大流量を少なく抑えることができる。これによって、例えば、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に流体を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる供給流体を少ない流量で効率的に循環できる。その結果、供給流体の流量を一定に維持しつつ、供給流体をより効率的に供給、返還できる。
【００１９】
（３）に記載された発明は、（２）に記載された流量制御ユニットにおいて、第２の返還用バルブは、第２の返還流体の流れを連通又は遮断する第２の返還流体遮断バルブと第２の返還流体の流量を調整する第２の返還流量調整バルブとを直列に配設したものであって、第２の返還流体遮断バルブは、供給用バルブが供給流体の流れを連通又は遮断するときに、第２の返還流体の流れを遮断又は連通することにより、供給用バルブが供給流体の流れを連通したときに供給用バルブを流れる供給流体の流量と、供給用バルブが供給流体の流れを遮断したときに第２の返還流体の流量とを略同一にできる。これは、第２の返還流量調整バルブの弁開度を、供給用バルブを流れる供給流体の流量と一致するように調整することによって可能となる。そのため、供給用バルブが供給流体の流れを連通又は遮断しても、入力ポートから入力される供給流体の流量を、常に略一定に維持することができる。入力ポートから入力される供給流体の流量を常に略一定に維持することにより、入力ポートと連通している供給流量調整バルブの一次側における流体圧力の変動が少なくなる。流体圧力の変動が少なければ、供給流量調整バルブの弁開度に与える影響が少なくなり、弁開度を略一定に維持できる。これによって、供給流量調整バルブから送られ供給用バルブを流れる供給流体の流量は、より一定に保持される。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を略一定にし、より安定して供給、返還できる。
また、第２の返還流量調整バルブの弁開度を調整することによって、必要に応じて第２の返還流体の流量を減少させることができる。すなわち、供給用バルブが遮断したときの第２の返還流体の流量を、供給用バルブが連通したときの供給用バルブを流れる供給流体の流量より減少させることにより、入力ポートから入力される供給流体の流量の総和を減少させることができる。そのため、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に用いる流体を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる供給流体の流量の総和を減少させることにより、タンク容量自体を低減できる。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定にしつつ、枚葉洗浄をより安価に実現できる。
【００２０】
（４）に記載された発明は、（１）に記載された流量制御ユニットにおいて、返還用バルブは、返還流体の流れを連通又は遮断する返還流体遮断バルブを備え、返還流体遮断バルブは、供給用バルブが供給流体の流れを連通又は遮断するときに、返還流体の流れを遮断又は連通することにより、供給用バルブと返還用バルブとが、同時に連通することがない。すなわち、供給用バルブが供給流体の流れを連通したときには、返還流体遮断バルブが返還流体の流れを遮断するので、入力ポートから入力される供給流体の流量を、常に略一定に維持することができる。そのため、供給用バルブが供給流体の流れを連通又は遮断しても、入力ポートと連通している供給流量調整バルブの一次側における流体圧力の変動のみならず、供給用バルブと返還用バルブとの両方に連通している供給流量調整バルブの二次側における流体圧力の変動も少ない。供給流量調整バルブの一次側、及び二次側における流体圧力の変動が少ないので、供給流量調整バルブの弁開度に与える影響がいっそう少なく、弁開度をいっそう安定に維持できる。これによって、供給用バルブに流れる供給流体の流量は、よりいっそう一定に保持される。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量をよりいっそう一定にし、よりいっそう安定して供給、返還できる。
また、（４）の発明は、第２の返還用バルブ及び第２の返還流路を不要とするので、（２）又は（３）の発明に比べて、よりコンパクトになり、より安価に提供できる。
【００２１】
（５）に記載された発明は、（４）に記載された流量制御ユニットにおいて、返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブを、返還流体遮断バルブと直列に配設したことにより、返還流量調整バルブの弁開度を調整することによって、必要に応じて返還流体の流量を減少させることができる。すなわち、供給用バルブが供給流体の流れを遮断したときの、返還流体の流量を減少できるので、入力ポートから入力される供給流体の流量の総和
を減少させることができる。そのため、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に用いる流体を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる供給流体の流量を減少させることにより、タンク容量自体を低減できる。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定にしつつ、枚葉洗浄をより安価に実現できる。
【００２２】
（６）に記載された発明は、（１）乃至（５）のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、供給流量調整バルブは、ダイアフラム式弁であって、ダイアフラム弁体と該ダイアフラム弁体が当接、離間する弁座とを同一の材質にしたことにより、ダイアフラム弁体と該ダイアフラム弁体が当接、離間する弁座との線膨張係数が等しくなり、供給流体の温度に追随して、弁体と弁座とが等しい膨張収縮を行うことができる。そのため、仮に供給流体の温度が変動しても、供給流量調整バルブの弁開度を略一定に維持しやすくできる。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定にし、より安定して供給、返還できる。
【００２３】
（７）に記載された発明は、（１）乃至（６）のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、供給用バルブに流れる供給流体の流量を計測する流量計を接続する接続ポートを供給流路に設けたことにより、供給流量調整バルブの弁開度を調整するときに流量計を接続することができ、簡単に流量の確認ができる。流量の確認時以外は、接続ポートを連通管にて連通することによって、常時、流量計を接続しておかなくてもよい。そのため、出力ポートからの流量精度を簡易に保証できるとともに、バルブユニットとして、スペース的にもよりコンパクトになり、より安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１の全体回路図である。
【図２】（ａ）本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１の斜視図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１の上面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＨ矢視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＩ矢視図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＪ矢視図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＫ矢視図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＦ−Ｆ断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＧ−Ｇ断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１における流量変動を測定した結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２の全体回路図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２の上面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２のＮ矢視図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２のＯ矢視図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２のＬ−Ｌ断面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２のＭ−Ｍ断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２における流量変動を測定した結果を示すグラフである。
【図１７】従来の枚葉洗浄装置に用いる薬液の供給回路の一例の概略構成である。
【図１８】従来の一般的に使われている供給流量調整バルブの弁体と弁座を模式的に拡大した断面図である。
【図１９】従来の枚葉洗浄装置に用いる薬液の供給回路における流量の変動を測定した結果を示したものである。
【図２０】特許文献１に開示されている温度調整回路付き薬液弁の全体構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明に係る流量制御ユニットの実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の流量制御ユニット１は、従来技術と同様、半導体製造装置の洗浄プロセスに用いられる。特に枚葉洗浄機に組み付けられ、洗浄液の流量を制御する。洗浄液には、硫酸、過酸化水素水などを含む薬液や超純水等が用いられる。薬液は、洗浄処理の促進のため、８０℃程度の高温にして供給する場合がある。
【００２６】
＜流量制御ユニット１の回路構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１の全体回路図である。図１に示すように、流量制御ユニット１の回路は、入力ポートＡ、接続ポートＢ、Ｃ、出力ポートＤ、リターンポートＥの各端子と、供給用バルブ３１、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３、第２の返還流体遮断バルブ３４、第２の返還流量調整バルブ３５の各バルブと、供給流路１１、１３、１７、１８、１９、返還流路１４、１５、１６、第２の返還流路１２の各流路とから構成されている。
入力ポートＡは、タンクに貯蔵した洗浄液がポンプから入力される端子である。出力ポートＤは、洗浄液をノズルに出力する端子である。リターンポートＥは、洗浄液の一部を返還流体としてタンクへ返還する端子である。接続ポートＢ、Ｃは、供給用バルブ３１に供給する洗浄液の流量を計測する流量計３６を接続する端子である。接続ポートＢ、Ｃに流量計３６を接続しないときは、連通管３７を接続する。
【００２７】
供給用バルブ３１は、出力ポートＤからノズルに供給する洗浄液の流れを連通又は遮断する遮断バルブである。供給流量調整バルブ３２は、供給用バルブ３１に供給する洗浄液の流量を調整する流量調整バルブである。返還流量調整バルブ３３は、供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の一部を返還流体としてリターンポートＥに返還する流量を調整する流量調整バルブである。返還流量調整バルブ３３は、供給用バルブ３１が遮断したときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量を調整するバルブでもある。したがって、返還流量調整バルブ３３の弁開度を調整することによって、供給用バルブ３１が遮断したときに供給流量調整バルブ３２の弁体と弁座の温度を維持できる程度に洗浄液の流量を少なくすることができる。第２の返還流体遮断バルブ３４は、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断したときに、洗浄液の一部を第２の返還流体としてリターンポートＥに返還する流れを遮断又は連通する遮断バルブである。第２の返還流量調整バルブ３５は、第２の返還流体の流量を調整する流量調整バルブである。
供給流路１１、１３、１７、１８、１９は、洗浄液を入力ポートから出力ポートへ供給する流路である。供給流路の途中には、供給流量調整バルブ３２、接続ポートＢ、Ｃ、供給用バルブ３１が配設されている。返還流路１４、１５、１６は、供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の一部を返還流体としてリターンポートＥに返還する流路であり、供給流量調整バルブ３２から供給用バルブ３１までの間で供給流路１７から分岐している。接続ポートＢ、Ｃは、供給流路１７のうち返還流路１４が分岐した後の下流側と供給用バルブ３１に連通する供給流路１８の上流側との間に配設されている。第２の返還流路１２は、洗浄液の一部を第２の返還流体としてリターンポートＥに返還する流路であり、入力ポートＡから供給流量調整バルブ３２までの間で供給流路１１、１３から分岐している。
【００２８】
＜流量制御ユニット１の具体的構造＞
図２乃至図８を参照しながら、流量制御ユニット１の具体的構造について説明する。
図２（ａ）は、流量制御ユニット１の斜視図である。図２（ｂ）は、流量制御ユニット１の上面図である。図３は、図２（ａ）における流量制御ユニット１のＨ矢視図である。図４は、図２（ａ）における流量制御ユニット１のＩ矢視図である。図５は、図２（ａ）における流量制御ユニット１のＪ矢視図である。図６は、図２（ａ）における流量制御ユニット１のＫ矢視図である。図７は、図２（ｂ）における流量制御ユニット１のＦ−Ｆ断面図である。図８は、図２（ｂ）における流量制御ユニット１のＧ−Ｇ断面図である。
図２（ａ）に示すように、ユニット本体３は、外形が略直方体で形成され、端部に複数のバルブとポートが取り付けられ、内部に流路が形成されたマニホールドブロックである。各バルブ３１、３２、３３、３４、３５は、上方又は下方からユニット本体３にねじ止めされている。ユニット本体３の材質は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である。
図２（ａ）に示すように、ユニット本体３の上端には、供給用バルブ３１、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３及び第２の返還流量調整バルブ３５が載置されている。図２（ａ）、及び図２（ｂ）に示すように、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３、及び第２の返還流量調整バルブ３５は、調整つまみ３２Ｇ、３３Ｇ、３５Ｇの操作性を考慮して上端中央付近に集合している。
図６に示すように、ユニット本体３の下端には、第２の返還流体遮断バルブ３４が載置されている。
また、図６に示すように、ユニット本体３の下端には、接続ポートＢ、Ｃが突設されている。図５に示すように、ユニット本体３の前端には、入力ポートＡ、出力ポートＤ、及びリターンポートＥが突設されている。入力ポートＡ、出力ポートＤ、及びリターンポートＥは、外部配管を行う際の施工性を良くするため、ユニット本体３の前端に集中している。各ポートＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅには、ユニット本体３から突出するポート部Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１に通孔が形成され、各通孔には、配管に係合するスリーブＡ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、Ｅ２が挿入されている。また、各ポート部Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１には、配管を固定するユニオンナットＡ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３、Ｅ３が螺合されている。
なお、ユニット本体３の後端には、ユニット本体３を装置に取り付ける取付板５がねじ止めされている。取付板５の材質は、ＰＰ（ポリプロピレン）である。
【００２９】
図３、及び図４に示すように、供給用バルブ３１、及び第２の返還流体遮断バルブ３４は、ダイアフラム式遮断バルブである。ダイアフラム弁体３１Ａ、３４Ａが往復動作する弁室３１Ｂ、３４Ｂは、ユニット本体３を穿設した筒状空間に設けられ、その底面に弁体が当接、離間する弁座３１Ｃ、３４Ｃをユニット本体３と一体に形成している。弁座３１Ｃ、３４Ｃの中央には、弁孔３１Ｄ、３４Ｄが穿設されている。
供給用バルブ３１、及び第２の返還流体遮断バルブ３４のダイアフラム弁体３１Ａ、３４Ａの往復動作は、操作ポート３１Ｅ、３４Ｅ及び呼吸ポート３１Ｆ、３４Ｆからエアを供給、排出することによって行う。供給用バルブ３１は、図４に示すように、ノーマルクローズタイプであり、操作ポート３１Ｅからエアを供給したときにのみ弁開する。一方、第２の返還流体遮断バルブ３４は、図３に示すように、ノーマルオープンタイプであり、操作ポート３４Ｅからエアを供給したときにのみ弁閉する。ダイアフラム弁体３１Ａ、３４Ａの材質は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）であって、弁座３１Ｃ、３４Ｃの材質と同一である。
図４に示すように、供給用バルブ３１の弁孔３１Ｄは、供給流路１８を介して接続ポートＣの通孔と連通している。供給用バルブ３１の弁室３１Ｂには、出力ポートＤと連通する供給流路１９が穿設されている。
図３に示すように、第２の返還流体遮断バルブ３４の弁孔３４Ｄは、第２の返還流路１２を介して第２の返還流量調整バルブ３５の弁孔３５Ｄと連通している。第２の返還流体遮断バルブ３４の弁室３４Ｂには、入力ポートＡの通孔と連通する供給流路１１、及び供給流量調整バルブ３２の弁孔３２Ｄと連通する供給流路１３が穿設されている。
供給用バルブ３１、及び第２の返還流体遮断バルブ３４の操作ポート３１Ｅ、３４Ｅと呼吸ポート３１Ｆ、３４Ｆは、配管施工性のため、いずれも前端方向を向いている。
【００３０】
図３、及び図４に示すように、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３、及び第２の返還流量調整バルブ３５は、いずれも手動調整タイプのダイアフラム式流量調整バルブである。それぞれダイアフラム弁体３２Ａ、３３Ａ、３５Ａが往復動作する弁室３２Ｂ、３３Ｂ、３５Ｂは、ユニット本体３を穿設した略Ｖ字状空間に設けられ、その底面に弁体３２Ａ、３３Ａ、３５Ａが当接、離間する弁座３２Ｃ、３３Ｃ、３５Ｃをユニット本体３と一体に形成している。弁座３２Ｃ、３３Ｃ、３５Ｃは、微妙な流量調整が可能なようにテーパー状に形成され、弁座３２Ｃ、３３Ｃ、３５Ｃの中央には、細径の弁孔３２Ｄ、３３Ｄ、３５Ｄが穿設されている。また、弁体３２Ａ、３３Ａ、３５Ａの材質は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）であって、弁座３２Ｃ、３３Ｃ、３５Ｃの材質と同一である。
各バルブ３２、３３、３５のカバー体３２Ｅ、３３Ｅ、３５Ｅの高さ方向中間部には、図示しない装置の操作盤に固定するロックナット３２Ｆ、３３Ｆ、３５Ｆを有し、上端部には、弁開度を調整する調整つまみ３２Ｇ、３３Ｇ、３５Ｇが設けられている。
図７に示すように、供給流量調整バルブ３２の弁室３２Ｂには、供給流路１７が穿設されている。供給流路１７は、返還流量調整バルブ３３の弁孔３３Ｄと接続ポートＢとを連通する返還流路１４の途中に連結されている。図３に示すように、第２の返還流量調整バルブ３５の弁室３５Ｂには、リターンポートＥの通孔に連通する返還流路１６が穿設されている。図４、及び図８に示すように、第２の返還流量調整バルブ３５の弁室３５Ｂと返還流量調整バルブ３３の弁室３３Ｂとを連通する返還流路１５が、それぞれの弁室３５Ｂ、３３Ｂに穿設されている。
【００３１】
＜流量制御ユニット１の動作説明＞
図１〜図４に基づいて、流量制御ユニット１の動作を説明する。
まず、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３、及び第２の返還流量調整バルブ３５の弁開度を調整する調整つまみ３２Ｇ、３３Ｇ、３５Ｇを回すことによって、それぞれ所定の流量に設定する。例えば、供給流量調整バルブ３２の流量は６５０ｍＬ／ｍｉｎに、返還流量調整バルブ３３の流量は５０ｍＬ／ｍｉｎに、第２の返還流量調整バルブ３５の流量は６００ｍＬ／ｍｉｎに設定する。なお、接続ポートＢ、Ｃには、流量計３６を接続する。
次に、供給用バルブ３１が連通又は遮断するときに、第２の返還流体遮断バルブ３４が遮断又は連通するように、各操作ポート３１Ｅ、３４Ｅ及び呼吸ポート３１Ｆ、３４Ｆのエアを供給又は排出する。エアの供給、排出は、図示しない電磁弁を切り替えることによって行う。
【００３２】
供給用バルブ３１が連通したとき、入力ポートＡから供給される洗浄液は、供給流路１１、１３を通過して、供給流量調整バルブ３２にて所定の流量（６５０ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液の一部は、返還流体として供給流路１７から分岐された返還流路１４、１５、１６、及びその途中に配設された返還流量調整バルブ３３を経由してリターンポートＥに返還される。返還される返還流体の流量は、返還流量調整バルブ３３にて所定の流量（５０ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。その結果、供給流路１７、１８、１９、接続ポートＢ、Ｃ、流量計３６、及び供給用バルブ３１を経由して出力ポートＤに出力される洗浄液の流量は、供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液の流量から返還流体の流量を差し引いた値（６００ｍＬ／ｍｉｎ）となる。
供給用バルブ３１は、一定時間連通した後、一定時間遮断する。例えば、１２０秒間連通した後、１２０秒間遮断し、これを繰り返す。
供給用バルブ３１が遮断したとき、第２の返還流体遮断バルブ３４が連通する。そのため、入力ポートＡから供給される洗浄液の一部は、第２の返還流体として第２の返還流路１２と、その途中に配設された第２の返還流体遮断バルブ３４及び第２の返還流量調整バルブ３５とを経由してリターンポートＥに返還される。返還される第２の返還流体の流量は、第２の返還流量調整バルブ３５にて所定の流量（６００ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。
一方、供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液は、供給用バルブ３１が連通しているときと同様に、返還流体として供給流路１７から分岐された返還流路１４、１５、１６、及びその途中に配設された返還流量調整バルブ３３を経由してリターンポートＥに返還される。返還される返還流体の流量は、返還流量調整バルブ３３にて所定の流量（５０ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。
【００３３】
よって、供給用バルブ３１が連通しているときも遮断しているときも、供給流量調整バルブ３２には、常に洗浄液が流れていることになる。この場合、供給用バルブ３１が連通しているときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量は、６５０ｍＬ／ｍｉｎであり、供給用バルブ３１が遮断しているときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量は、５０ｍＬ／ｍｉｎである。この供給用バルブ３１が遮断しているときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量は、供給流量調整バルブ３２のダイアフラム弁体３２Ａと弁座３２Ｃとの温度を保持し、弁開度を略一定に維持できる程度に少なくすることができる。
また、供給用バルブ３１が連通しているときも遮断しているときも、洗浄液が入力ポートＡから常に一定の流量（６５０ｍＬ／ｍｉｎ）で供給されていることになる。入力ポートＡから供給される洗浄液の流量が一定であるため、入力ポートＡと供給流路１１、１３を介して連通している供給流量調整バルブ３２の一次側の流体圧力は、略一定となり、圧力変動が少ない。
ただし、必要に応じて、第２の返還流量調整バルブ３５の弁開度を調整することによって、第２の返還流体の流量を減少できる。第２の返還流体の流量が減少すれば、一定時間内に入力ポートＡから供給される洗浄液の流量の総和も減少する。
【００３４】
＜流量制御ユニット１の流量測定の結果＞
図９は、本発明に係る流量制御ユニット１における流量変動を測定した結果を示すグラフである。縦軸は、供給用バルブ３１を流れる洗浄液の時間当たりの体積流量（ｍＬ／ｍｉｎ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
まず、供給用バルブ３１を弁開状態にして、約８０℃の洗浄液を４００秒間連続して流すことにより、流量計３６にて基準流量を測定する。基準流量の最大値は６１６ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５９６ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６０５．８ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は２０ｍＬ／ｍｉｎであった。なお、返還流体の流量は、返還流量調整バルブ３３にて５０ｍＬ／ｍｉｎに調整されている。
次に、この基準流量における供給流量調整バルブ３２の弁開度の状態で、しばらく放置してから、同じ温度（約８０℃）の洗浄液を１２０秒間隔（一定間隔）で間欠的に流した時の時間当たりの流量を流量計３６にて連続的に計測し、その値をグラフ化した。
【００３５】
本発明に係る流量制御ユニット１における１回目の流量の最大値は６３０ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は６０２ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６１２．７ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は２８ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（２８ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０５．８ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、４．６％であった。
これに対して、図１９に示した従来の供給回路１０１における１回目の流量の最大値は６７３ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５８９ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６１１ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は８４ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（８４ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０３．３ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、１４．０％であった。
また、本発明に係る流量制御ユニット１における５回目の流量の最大値は６２０ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は６０１ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６０９ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は１９ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（１９ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０５．８ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、３．１％であった。
これに対して、図１９に示した従来の供給回路１０１における５回目の流量の最大値は６５３ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５７８ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は５９２ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は７５ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（７５ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０３．３ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、１２．４％であった。
また、図１９に示した従来の供給回路１０１において、１回目に見られた立上り流量の大幅な増加や、２回目以降の立ち上がり時に見られた流量増加も、本発明に係る流量制御ユニット１では見られない。
このように、本発明に係る流量制御ユニット１における流量変動は、１回目のみならず２回目以降（５回目）についても、従来の供給回路１０１に比べて大幅に減少できている。
【００３６】
＜流量制御ユニット１の作用効果＞
流量制御ユニット１は、返還流路１４、１５、１６を、供給流量調整バルブ３２から供給用バルブ３１までの間で供給流路１７から分岐したので、供給用バルブ３１が入力ポートＡから出力ポートＤへの洗浄液の流れを連通しているときのみならず、遮断しているときにおいても、洗浄液は供給流量調整バルブ３２を通過している。そのため、供給流量調整バルブ３２には、常に洗浄液が流れていることによって、洗浄液が直接触れる供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに洗浄液の熱が、常に伝達されている。この洗浄液の熱伝達が、常時、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに行われることにより、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃの温度は、洗浄液の温度と略同一に維持される。これによって、洗浄液の温度が変動しない限り、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとは、略同一の隙間、すなわち、略同一の弁開度を維持する。供給流量調整バルブ３２の弁開度は、供給用バルブ３１が連通と遮断とを繰り返しても、略同一に維持されるのであるから、供給用バルブ３１が連通したとき供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量は、いつも略一定に維持される。その結果、供給用バルブ３１から出力される枚葉洗浄に用いる洗浄液の流量を、略一定に安定して供給できる。特に、枚葉洗浄に用いる洗浄液の温度が高温であっても、供給流量調整バルブ３２の弁開度が、略同一に維持されるので、枚葉洗浄に用いる洗浄液の流量変動が少ない。したがって、本流量制御ユニット１を用いて製造される製品の品質向上、及び歩留まり向上に寄与できる。
【００３７】
また、流量制御ユニット１は、洗浄液の熱伝達が、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに直接的に行われるので、特許文献１に開示されているような、ボディの流体流路の近傍に温度調整用の流体が流れ、熱伝達が間接的に行われる構成に比べて、より確実で安定した流量制御が可能となる。
さらに、流量制御ユニット１は、洗浄液の熱を利用して、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃの温度を維持する構成であるので、特許文献１や特許文献２に開示されているような、新たな加熱源及び加熱回路を不要とし、スペース的にもコンパクトに収めることができ、安価な流量制御ユニット１を提供できる。また、流量制御ユニット１を複数使用した場合でも、省スペース化に寄与できる。
【００３８】
流量制御ユニット１は、返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブ３３と、供給用バルブ３１を遮断したときに洗浄液の一部を第２の返還流体としてリターンポートＥに返還する第２の返還流路１２を、入力ポートＡから供給流量調整バルブ３２までの間で供給流路１１、１３から分岐したことにより、洗浄液の一部を供給流量調整バルブ３２を通過する前に、第２の返還流体としてリターンポートＥに返還できるので、返還流量調整バルブ３３を流れる返還流体の流量を、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとの温度を維持できる程度の少流量に調整することができる。この返還流体の流量を少なく調整することによって、入力ポートＡから入力される洗浄液の最大流量を少なく抑えることができる。これによって、例えば、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に洗浄液を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる洗浄液を少ない流量で効率的に循環できる。その結果、洗浄液の流量を一定に維持しつつ、洗浄液をより効率的に供給、返還できる。
【００３９】
流量制御ユニット１は、第２の返還流体の流れを連通又は遮断する第２の返還流体遮断バルブ３４と第２の返還流体の流量を調整する第２の返還流量調整バルブ３５とを直列に配設したものであって、第２の返還流体遮断バルブ３４は、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断するときに、第２の返還流体の流れを遮断又は連通することにより、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通したときに供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量と、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを遮断したときに第２の返還流体の流量とを略同一にできる。これは、第２の返還流量調整バルブ３５の弁開度を、供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量と一致するように調整することによって可能となる。そのため、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断しても、入力ポートＡから入力される洗浄液の流量を、常に略一定に維持することができる。入力ポートＡから入力される洗浄液の流量を常に略一定に維持することにより、入力ポートＡと連通している供給流量調整バルブ３２の一次側における流体圧力の変動が少なくなる。流体圧力の変動が少なくなれば、供給流量調整バルブ３２の弁開度に与える影響が少なくなり、弁開度を略一定に維持できる。これによって、供給流量調整バルブ３２から送られ供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量は、より一定に保持される。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を略一定にし、より安定して供給、返還できる。
【００４０】
また、第２の返還流量調整バルブ３５の弁開度を調整することによって、必要に応じて第２の返還流体の流量を減少させることができる。すなわち、供給用バルブ３１が遮断したときの第２の返還流体の流量を、供給用バルブ３１が連通したときの供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量より減少させることができるので、入力ポートＡから入力される洗浄液の流量の総和を減少させることができる。そのため、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に用いる洗浄液を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる洗浄液の流量の総和を減少させることにより、タンク容量自体を低減できる。その結果、枚葉洗浄に用いる洗浄液の流量を一定にしつつ、枚葉洗浄をより安価に実現できる。
【００４１】
また、供給流量調整バルブ３２は、ダイアフラム式弁であって、ダイアフラム弁体３２Ａと該ダイアフラム弁体３２Ａが当接、離間する弁座３２Ｃとを同一の材質にしたことにより、ダイアフラム弁体３２Ａと該ダイアフラム弁体３２Ａが当接、離間する弁座３２Ｃとの線膨張係数が等しくなり、洗浄液の温度に追随して、弁体３２Ａと弁座３２Ｃとが等しい膨張収縮を行うことができる。そのため、仮に洗浄液の温度が変動しても、供給流量調整バルブ３２の弁開度を略一定に維持しやすくできる。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定にし、より安定して供給、返還できる。
【００４２】
また、流量制御ユニット１は、供給用バルブ３１に流れる洗浄液の流量を計測する流量計３６を接続する接続ポートＢ、Ｃを供給流路１７、１８に設けたことにより、供給流量調整バルブ３２の弁開度を調整するときに流量計３６を接続することができ、簡単に流量の確認ができる。流量の確認時以外は、接続ポートＢ、Ｃを連通管３７にて連通することによって、常時、流量計３６を接続しておかなくてもよい。そのため、出力ポートＤからの流量精度を簡易に保証できるとともに、バルブユニットとして、スペース的にもよりコンパクトになり、より安価に提供できる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る流量制御ユニットの第２実施形態について図１０乃至図１６を参照して説明する。
第２実施形態は、返還流体の流れを連通又は遮断する返還流体遮断バルブ３８を返還流量調整バルブ３３と直列に配設し、返還流体遮断バルブ３８は、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断するときに返還流体の流れを遮断又は連通することとした点、及び第２の返還流体遮断バルブ３４、第２の返還流量調整バルブ３５、第２の返還流路１２を設けない点が、第１実施形態と相違し、その他の点は、第１実施形態と共通している。ここでは、第１実施形態と相違する点を中心に説明し、第１実施形態と共通している箇所には、図面に第１実施形態と同一符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００４４】
＜流量制御ユニット２の回路構成＞
図１０は、本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２の全体回路図である。図１０に示すように、流量制御ユニット２の回路は、入力ポートＡ、接続ポートＢ、Ｃ、出力ポートＤ、リターンポートＥの各端子と、供給用バルブ３１、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３、返還流体遮断バルブ３８の各バルブと、供給流路２０、２４、２５、２６、返還流路２１、２２、２３の各流路とから構成されている。
【００４５】
返還流路２１、２２、２３には、返還流量調整バルブ３３と返還流体遮断バルブ３８とが直列に配設されている。返還流体遮断バルブ３８は、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断したときに、洗浄液の全部を返還流体としてリターンポートＥに返還する流れを遮断又は連通する遮断バルブである。
供給流路２０、２４、２５、２６は、洗浄液を入力ポートＡから出力ポートＤへ供給する流路である。供給流路の途中には、供給流量調整バルブ３２、接続ポートＢ、Ｃ、供給用バルブ３１が配設されている。返還流路２１、２２、２３は、供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の全部を返還流体としてリターンポートＥに返還する流路であり、供給流量調整バルブ３２から供給用バルブ３１までの間で供給流路２４から分岐している。
【００４６】
＜流量制御ユニット２の具体的構造＞
図１１乃至図１５を参照しながら、流量制御ユニット２の具体的構造について説明する。
図１１は、流量制御ユニット２の上面図である。図１２は、図１１における流量制御ユニット２のＮ矢視図である。図１３は、図１１における流量制御ユニット２のＯ矢視図である。図１４は、図１１における流量制御ユニット２のＬ−Ｌ断面図である。図１５は、図１１における流量制御ユニット２のＭ−Ｍ断面図である。
図１１に示すように、外形が略直方体をしたユニット本体４の上端には、供給用バルブ３１、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３及び返還流体遮断バルブ３８が載置されている。供給流量調整バルブ３２、及び返還流量調整バルブ３３は、調整つまみ３２Ｇ、３３Ｇの操作性を考慮して上面中央付近に集合している。
各バルブ３１、３２、３３、３８は、上方からユニット本体４にねじ止めされている。ユニット本体４の材質は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である。
また、図１２に示すように、ユニット本体４の下端には、接続ポートＢ、Ｃが突設されている。図１１乃至図１３に示すように、ユニット本体４の前端には、入力ポートＡ、出力ポートＤ、及びリターンポートＥが突設されている。
【００４７】
図１３、及び図１４に示すように、返還流体遮断バルブ３８は、ダイアフラム式遮断バルブである。ダイアフラム弁体３８Ａが往復動作する弁室３８Ｂは、ユニット本体４を穿設した筒状空間に設けられ、その底面に弁体が当接、離間する弁座３８Ｃをユニット本体４と一体に形成している。弁座３８Ｃの中央には、弁孔３８Ｄが穿設されている。
返還流体遮断バルブ３８のダイアフラム弁体３８Ａの往復動作は、操作ポート３８Ｅ及び呼吸ポート３８Ｆからエアを供給、排出することによって行う。返還流体遮断バルブ３８は、図１３に示すように、ノーマルオープンタイプであり、操作ポート３８Ｅからエアを供給したときにのみ弁閉する。ダイアフラム弁体３８Ａの材質は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）であって、弁座３８Ｃの材質と同一である。
図１３に示すように、供給用バルブ３１の弁孔３１Ｄは、供給流路２６を介して出力ポートＤの通孔と連通している。図１５に示すように、供給用バルブ３１の弁室３１Ｂには、接続ポートＣと連通する供給流路２５が穿設されている。
図１３に示すように、返還流体遮断バルブ３８の弁孔３８Ｄは、返還流路２３を介してリターンポートＥの通孔と連通している。図１４に示すように、返還流体遮断バルブ３８の弁室３８Ｂと返還流量調整バルブ３３の弁室３３Ｂとには、返還流路２２が穿設されている。
図１３に示すように、供給用バルブ３１、及び返還流体遮断バルブ３８の操作ポート３１Ｅ、３８Ｅと呼吸ポート３１Ｆ、３８Ｆは、配管施工性のため、いずれも前端方向を向いている。
図１２に示すように、供給流量調整バルブ３２の弁孔３２Ｄは、供給流路２０を介して入力ポートＡに連通している。供給流量調整バルブ３２の弁室３２Ｂには、返還流路２１が穿設されている。返還流路２１は、返還流量調整バルブ３３の弁孔３３Ｄと接続ポートＢとを連通する供給流路２４の途中に連結されている。
【００４８】
＜流量制御ユニット２の動作説明＞
図１０〜図１２に基づいて、流量制御ユニット２の動作を説明する。
まず、供給流量調整バルブ３２、及び返還流量調整バルブ３３の弁開度を調整する調整つまみ３２Ｇ、３３Ｇを回すことによって、それぞれ所定の流量に設定する。例えば、供給流量調整バルブ３２の流量は６００ｍＬ／ｍｉｎに、返還流量調整バルブ３８の流量は６００ｍＬ／ｍｉｎに設定する。なお、接続ポートＢ、Ｃには、流量計３６を接続する。
次に、供給用バルブ３１が連通又は遮断するときに、返還流体遮断バルブ３８が遮断又は連通するように、各操作ポート３１Ｅ、３８Ｅ及び呼吸ポート３１Ｆ、３８Ｆのエアを供給又は排出する。エアの供給、排出は、図示しない電磁弁を切り替えることによって行う。
【００４９】
供給用バルブ３１が連通したとき、入力ポートＡから供給される洗浄液は、供給流路２０を通過して、供給流量調整バルブ３２にて所定の流量（６００ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。供給用バルブ３１が連通したときに返還流体遮断バルブ３８が遮断されているので、供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液は、全て、供給流路２４、２５、２６、接続ポートＢ、Ｃ、流量計３６、及び供給用バルブ３１を経由して出力ポートＤに出力される。出力ポートＤに出力される洗浄液の流量は、供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液の流量（６００ｍＬ／ｍｉｎ）となる。
供給用バルブ３１は、一定時間連通した後、一定時間遮断する。例えば、１２０秒間連通した後、１２０秒間遮断し、これを繰り返す。
供給用バルブ３１が遮断したとき、返還流体遮断バルブ３８が連通する。そのため、入力ポートＡから供給され、供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液は、全て、返還流体として返還流路２１、２２、２３と、その途中に配設された返還流体遮断バルブ３８及び返還流量調整バルブ３３とを経由してリターンポートＥに返還される。返還流体の流量は、供給流量調整バルブ３２、及び返還流量調整バルブ３３にて所定の流量（６００ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。
【００５０】
よって、供給用バルブ３１が連通しているときも遮断しているときも、供給流量調整バルブ３２には、常に洗浄液が流れていることになる。この場合、供給用バルブ３１が連通しているときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量は、６００ｍＬ／ｍｉｎであり、供給用バルブ３１が遮断しているときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量は、６００ｍＬ／ｍｉｎである。このように、供給流量調整バルブ３２には、常に同じ流量の洗浄液が流れているので、供給流量調整バルブ３２のダイアフラム弁体３２Ａと弁座３２Ｃとの温度を保持し、弁開度を略一定に維持できる。
また、供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量が常に一定であるため、供給流量調整バルブ３２の一次側、及び二次側の流体圧力は、略一定となり、圧力変動が少ない。
ただし、必要に応じて、返還流量調整バルブ３３の弁開度を調整することによって、返還流体の流量を減少できる。返還流体の流量が減少すれば、一定時間内に入力ポートＡから供給される洗浄液の流量の総和も減少する。
【００５１】
＜流量制御ユニット２の流量測定の結果＞
図１６は、本発明に係る流量制御ユニット２における流量変動を測定した結果を示すグラフである。縦軸は、供給用バルブ３１を流れる洗浄液の時間当たりの体積流量（ｍＬ／ｍｉｎ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
まず、供給用バルブ３１を弁開状態にして、約８０℃の洗浄液を４００秒間連続して流すことにより、流量計３６にて基準流量を測定する。基準流量の最大値は６１０ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５９５ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６０２．０ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は１５ｍＬ／ｍｉｎであった。
次に、この基準流量における供給流量調整バルブ３２の弁開度の状態で、しばらく放置してから、同じ温度（約８０℃）の洗浄液を１２０秒間隔（一定間隔）で間欠的に流した時の時間当たりの流量を流量計３６にて連続的に計測し、その値をグラフ化した。
【００５２】
本発明に係る流量制御ユニット２における１回目の流量の最大値は６０９ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５９１ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は５９６．７ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は１８ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（１８ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０２．０ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、３．０％であった。
これに対して、図１９に示した従来の供給回路１０１における１回目の流量の最大値は６７３ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５８９ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６１１ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は８４ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（８４ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０３．３ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、１３．９％であった。
また、本発明に係る流量制御ユニット２における５回目の流量の最大値は６１４ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５９７ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６０４ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は１７ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（１７ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０２．０ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、２．８％であった。
これに対して、図１９に示した従来の供給回路１０１における５回目の流量の最大値は６５３ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５７８ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は５９２ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は７５ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（７５ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０３．３ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、１２．４％であった。
また、図１９に示した従来の供給回路１０１において、１回目に見られた立上り流量の大幅な増加や、２回目以降の立ち上がり時に見られた流量増加も、本発明に係る流量制御ユニット２では見られない。
このように、本発明に係る流量制御ユニット２における流量変動は、１回目のみならず２回目以降（５回目）についても、従来の供給回路１０１に比べて大幅に減少できている。
また、流量制御ユニット２における流量変動は、１回目のみならず２回目以降（５回目）についても、流量制御ユニット１に比べても若干ではあるが減少できている。これは、供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量が常に一定であるため、供給流量調整バルブ３２のダイアフラム弁体３２Ａと弁座３２Ｃとの温度をより一定に保持し、弁開度をよりいっそう一定に維持できるからであり、また、供給流量調整バルブの一次側、及び二次側の流体圧力が、略一定となり、圧力変動が少ないので、弁開度に与える影響度が少ないからである。
【００５３】
＜流量制御ユニット２の作用効果＞
流量制御ユニット２は、返還流路２１、２２、２３を、供給流量調整バルブ３２から供給用バルブ３１までの間で供給流路２４から分岐したので、供給用バルブ３１が入力ポートＡから出力ポートＤへの洗浄液の流れを連通しているときのみならず、遮断しているときにおいても、洗浄液は供給流量調整バルブ３２を通過している。そのため、供給流量調整バルブ３２には、常に洗浄液が流れていることによって、洗浄液が直接触れる供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに洗浄液の熱が、常に伝達されている。この洗浄液の熱伝達が、常時、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに行われることにより、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃの温度は、洗浄液の温度と略同一に維持される。これによって、洗浄液の温度が変動しない限り、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとは、略同一の隙間、すなわち、略同一の弁開度を維持する。供給流量調整バルブ３２の弁開度は、供給用バルブ３１が連通と遮断とを繰り返しても、略同一に維持されるのであるから、供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量は、いつも略一定に維持される。その結果、供給用バルブから出力される枚葉洗浄に用いる洗浄液の流量を、略一定に安定して供給できる。特に、枚葉洗浄に用いる洗浄液の温度が高温であっても、供給流量調整バルブ３２の弁開度が、略同一に維持されるので、枚葉洗浄に用いる洗浄液の流量変動が少ない。したがって、本流量制御ユニット２を用いて製造される製品の品質向上、及び歩留まり向上に寄与できる。
【００５４】
また、流量制御ユニット２は、洗浄液の熱伝達が、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに直接的に行われるので、特許文献１に開示されているような、ボディの流体流路の近傍に温度調整用の流体が流れ、熱伝達が間接的に行われる構成に比べて、より確実で安定した流量制御が可能となる。
さらに、流量制御ユニット２は、洗浄液の熱を利用して、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃの温度を維持する構成であるので、特許文献１や特許文献２に開示されているような、新たな加熱源及び加熱回路を不要とし、スペース的にもコンパクトに収めることができ、安価に提供できる。また、ユニットを複数使用した場合でも、省スペース化に寄与できる。
【００５５】
また、流量制御ユニット２は、返還流体の流れを連通又は遮断する返還流体遮断バルブ３８を備え、返還流体遮断バルブ３８は、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断するときに、返還流体の流れを遮断又は連通することにより、供給用バルブ３１と返還流体遮断バルブ３８とが、同時に連通することがない。すなわち、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通したときには、返還流体遮断バルブ３８が返還流体の流れを遮断するので、入力ポートＡから入力される洗浄液の流量を、常に略一定に維持することができる。そのため、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断しても、入力ポートＡと連通している供給流量調整バルブ３８の一次側における流体圧力の変動のみならず、供給用バルブ３１と返還流体遮断バルブ３８との両方に連通している供給流量調整バルブ３２の二次側における流体圧力の変動も少ない。供給流量調整バルブ３２の一次側、及び二次側における流体圧力の変動が少ないので、供給流量調整バルブ３２の弁開度に与える影響がいっそう少なく、弁開度をいっそう安定に維持できる。これによって、供給用バルブ３１に流れる洗浄液の流量は、よりいっそう一定に保持される。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量をよりいっそう一定にし、よりいっそう安定して供給、返還できる。
また、流量制御ユニット２は、第２の返還用バルブ及び第２の返還流路を不要とするので、流量制御ユニット１に比べて、よりコンパクトになり、より安価に提供できる。
【００５６】
流量制御ユニット２は、返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブ３３を、返還流体遮断バルブ３８と直列に配設したことにより、返還流量調整バルブ３３の弁開度を調整することによって、必要に応じて返還流体の流量を減少させることができる。すなわち、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを遮断したときの、返還流体の流量を減少できるので、入力ポートＡから入力される洗浄液の流量の総和を減少させることができる。そのため、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に用いる流体を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる洗浄液の流量を減少させることにより、タンク容量自体を低減できる。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定にしつつ、枚葉洗浄をより安価に実現できる。
【００５７】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、様々な応用が可能である。
（１）例えば、上記実施形態では、流量制御ユニット１、２を半導体製造装置に使用したが、用途はこれに限定されないことは言うまでもない。
（２）例えば、上記実施形態では、供給用バルブ３１はノーマルクローズタイプのエアオペレイト式遮断弁であるが、ノーマルオープンタイプのエアオペレイト式遮断弁としてもよい。
（３）例えば、リターン側の流量調整バルブと遮断バルブの位置を入れ替えてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１、２・・・流量制御ユニット
３、４・・・ユニット本体
１１、１３、１７、１８、１９・・・流量制御ユニット１の供給流路
１４、１５、１６・・・流量制御ユニット１の返還流路
１２・・・流量制御ユニット１の第２の返還流路
２０、２４、２５、２６・・・流量制御ユニット２の供給流路
２１、２２、２３・・・流量制御ユニット２の返還流路
３１・・・供給用バルブ
３２・・・供給流量調整バルブ
３３・・・返還流量調整バルブ
３４・・・第２の返還流体遮断バルブ
３５・・・第２の返還流量調整バルブ
３６・・・流量計
３７・・・連通管
３８・・・返還流体遮断バルブ
Ａ・・・入力ポート
Ｂ，Ｃ・・・接続ポート
Ｄ・・・出力ポート
Ｅ・・・リターンポート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として半導体製造装置の薬液等による洗浄プロセスにおいて使用される流量制御ユニットに関するものであり、特に枚葉洗浄機に使用したときに、流量を安定して供給できる流量制御ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造装置の洗浄プロセスには、バッチ洗浄と枚葉洗浄とがある。バッチ洗浄は、複数枚のウエハを一度に薬液などに浸漬して洗浄する方法であり、処理能力が高く大量生産に向く。しかし、近年、半導体ウエハの大型化やチップの微細化、配線の多層化等に伴い、また、大量の廃液処理に対する環境問題から、枚葉洗浄が増加傾向にある。枚葉洗浄は、薬液をノズルから塗布してウエハを一枚一枚洗浄する方法であり、その利点は、洗浄能力が高く廃液処理の問題も少ないことにある。
しかし、枚葉洗浄は、短時間処理が基本であり、硫酸等の薬液を使用した洗浄では、化学反応を促進するために、薬液の温度を高温にして洗浄ノズルに供給する。
【０００３】
従来の枚葉洗浄装置１００に用いる薬液の供給回路の一例１０１の概略構成を、図１７に示す。その供給回路１０１は、図１７の一点鎖線で囲まれた枠内に示すように構成されている。まず、タンクに貯蔵した薬液をポンプで吸引し、配管を介して入力ポートＡに供給する。供給された薬液を、供給流量調整バルブ１２１で所定の流量に調整した上で、供給用バルブ１３１で連通又は遮断して出力ポートＤに出力する。そして、出力ポートＤから配管を介して洗浄ノズルに間欠的に供給する。供給用バルブ１３１が遮断したときは、入力ポートＡに連通している返還用バルブ１４１が連通して、薬液をリターンポートＥに返還し、リターンポートＥから配管を介してタンクに戻している。
そのため、供給用バルブ１３１が遮断したときは、ポンプから送られた薬液は、供給流量調整バルブ１２１を通過せず、すべてリターンポートＥを経由してタンクに戻っていく。そうすると、供給用バルブ１３１が遮断している間、供給流量調整バルブ１２１には薬液が通過しないので、薬液が高温の場合、供給流量調整バルブ１２１の弁体や弁座（ボディを含む。以下同じ）の温度が、薬液が通過していたときの温度に比べて低下する。
この供給流量調整バルブ１２１の弁体や弁座は、耐薬品性に優れた樹脂、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製であり、温度による膨張収縮が生じる。
【０００４】
図１８は、一般的に使われている供給流量調整バルブ１２１の弁体１２１Ａと弁座１２１Ｂを模式的に拡大した断面図である。図１８に示すように、供給流量調整バルブ１２１の弁体１２１Ａは、弁座１２１Ｂに比べて、体積が少ないので、蓄熱量が少ない。したがって、高温の薬液が遮断されると、蓄熱量の少ない弁体１２１Ａの温度は、蓄熱量の多い弁座１２１Ｂの温度よりも低下しやすくなる。弁体１２１Ａの温度が、弁座１２１Ｂの温度より低下すると、弁体１２１Ａは弁座１２１Ｂに比べて、より大きく収縮する。
その結果、弁体１２１Ａと弁座１２１Ｂとの隙間、すなわち、弁開度が、収縮量の差分ΔＤ（ΔＤ＝Ｄ２−Ｄ１）だけ大きくなる。ここで、図１８中のＤ１は薬液供給中の弁開度を示し、Ｄ２は薬液遮断からしばらく経過し弁体１２１Ａ及び弁座１２１Ｂの温度が低下したときの弁開度を示す。薬液を遮断している間に、弁開度がＤ１からＤ２に大きくなると、次に供給用バルブ１３１が連通して薬液が流れるとき単位時間に流れる流量が増加する。そのため、供給用バルブ１３１が連通又は遮断を一定の時間間隔で繰り返す場合、供給流量調整バルブ１２１の弁開度が変化して、薬液の流量が変動することになる。
このように、従来の薬液の供給回路１０１の構成では、洗浄ノズルに間欠的に供給する薬液の流量が一定に安定しないという問題があった。
【０００５】
図１９は、従来の薬液の供給回路１０１における流量の変動を測定した結果を示したものである。縦軸は、供給用バルブ１３１を流れる薬液の時間当たりの流量（ｍＬ／ｍｉｎ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
所定時間、高温（約８０℃）の薬液を流して、流量が略一定に安定した状態（この時の流量を「基準流量」と呼ぶ。以下同じ）で、供給流量調整バルブ１２１の弁開度をその基準流量に合わせて設定し、その弁開度の状態で、供給用バルブ１３１を遮断する。供給用バルブ１３１を遮断した後、しばらく放置してから、再度、供給用バルブ１３１を連通し、同じ温度の薬液を供給する。その後、一定の時間間隔（約１２０秒）で間欠的に薬液を流した時の時間当たりの流量を計測し、グラフ化した。
このグラフによると、薬液を間欠的に流した時の初回の立上り流量が、基準流量に比べて、特に大きく増加し、弁開度が弁体１２１Ａ及び弁座１２１Ｂの収縮量の差の影響を受けて変化している様子が窺える。また、２回目以降においても、それぞれの立ち上がり時に流量が増加しているのは、薬液の流れを遮断している間（約１２０秒間）に弁体１２１Ａ及び弁座１２１Ｂの収縮量に差が生じて、弁開度が増加したからであると推測できる。
【０００６】
ここで、ボディの流体流路の近傍に温度調整用の流体が流れる温度調整回路を有する温度調整回路付き薬液弁１２２が、特許文献１に開示されている。
図２０は、この温度調整回路付き薬液弁１２２の全体構成を示す断面図である。
図２０に示すように、この温度調整回路付き薬液弁１２２には、薬液が流れる入力ポート１２３Ａ、流体通路１２３Ｂ及び出力ポート１２３Ｃからなる薬液供給回路１２３を有する弁本体１２４がある。弁本体１２４の下部には、温調ブロック１２５が付設され、温調水が流れる温度調整回路１２６が形成されている。温度調整回路１２６は、温調水入力ポート１２６Ａ、温調水出力ポート１２６Ｃ、及び、両者を連通している温調水通路１２６Ｂからなり、薬液供給回路１２３の近傍に位置している。この温度調整回路１２６の内部に温調水を流すことにより、薬液を温める効果があり、温められた薬液を介して間接的に弁体１２２Ａ及び弁座１２２Ｂが温められる効果も有する。
【０００７】
これに対して、加熱流体を流す通路を弁体及び弁座内部に設けることによって、弁体と弁座を直接温める遮断バルブが、特許文献２に開示されている。
半導体製造装置等の容器内に導入されたプロセスガスを、圧縮し排気する機械的真空ポンプの二次側に遮断バルブを設けた場合、ポンプ内で圧縮され昇温したガスが、ポンプの二次側に設けられたバルブ表面で急激に冷却され反応生成物となってバルブのシート面まで付着し、シール性を損なう問題を解決するため、遮断バルブの内表面、特にバルブの弁体および弁座部を、ポンプ内にて昇温したガス体温度と同等温度まで加熱できるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２０１０６５号公報
【特許文献２】特開平４−６０２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の構成では、温調水を温調水入力ポート１２６Ａから温調水通路１２６Ｂを通って温調水出力ポート１２６Ｃに流すことによって、薬液を温めることはできるが、弁体１２２Ａと弁座１２２Ｂとを直接温める構成ではないので、薬液を遮断したときに精度よく弁体１２２Ａと弁座１２２Ｂとの温度を一定に保持する構成としては、必ずしも十分ではない。
また、温度調整回路１２６を薬液供給回路１２３とは別に設けるため、薬液弁全体のサイズが大きくなり、特に複数の薬液弁を集中して配置する際には、配置場所の問題が生じるとともに、コストも高くなるので、課題が残る。
さらに、特許文献２の構造のように、弁体や弁座の内部に加熱流体を流す通路を形成するためには、深い孔加工ができる特殊な切削工具を要したり、弁座内部に通路を設けることができるように弁本体を通路を挟んで分割等する必要が生じ、弁製作上の問題がある。また、加熱流体供給器及び加熱流体供給回路が、流体供給回路以外に必要となるので、特許文献１のときと同じくスペース上、コスト上の問題がある。
一方、半導体製造装置の洗浄プロセスを効率的に行うため、複数台の枚葉洗浄機に用いる薬液を、一箇所のタンクから供給するケースが多い。その場合は、タンクに貯蔵した薬液の量に限りがあるので、一台の枚葉洗浄機に用いる薬液を効率的に循環する必要がある。
【００１０】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定に安定して供給、返還できるコンパクトで安価な流量制御ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る流量制御ユニットは、次のような構成を有している。
（１）複数のバルブが取り付けられ、内部に流路が形成されたユニット本体と、入力ポートから出力ポートへの供給流体の流れを連通又は遮断する供給用バルブと、前記供給用バルブを遮断したときに前記供給流体の全部又は一部を返還流体としてリターンポートに返還する返還用バルブとを備え、前記入力ポートと前記供給用バルブとを連通する供給流路に前記供給流体の流量を調整する供給流量調整バルブを配設する流量制御ユニットにおいて、前記返還用バルブに連通する返還流路を、前記供給流量調整バルブから前記供給用バルブまでの間で前記供給流路から分岐したことを特徴とする。
【００１２】
（２）（１）に記載された流量制御ユニットにおいて、前記返還用バルブは、前記返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブであること、前記供給用バルブを遮断したときに前記供給流体の一部を第２の返還流体としてリターンポートに返還する第２の返還用バルブを備え、前記第２の返還用バルブに連通する第２の返還流路を、前記入力ポートから前記供給流量調整バルブまでの間で前記供給流路から分岐したことを特徴とする。
（３）（２）に記載された流量制御ユニットにおいて、前記第２の返還用バルブは、前記第２の返還流体の流れを連通又は遮断する第２の返還流体遮断バルブと前記第２の返還流体の流量を調整する第２の返還流量調整バルブとを直列に配設したものであって、前記第２の返還流体遮断バルブは、前記供給用バルブが前記供給流体の流れを連通又は遮断するときに、前記第２の返還流体の流れを遮断又は連通することを特徴とする。
【００１３】
（４）（１）に記載された流量制御ユニットにおいて、前記返還用バルブは、前記返還流体の流れを連通又は遮断する返還流体遮断バルブを備え、前記返還流体遮断バルブは、前記供給用バルブが前記供給流体の流れを連通又は遮断するときに、前記返還流体の流れを遮断又は連通することを特徴とする。
（５）（４）に記載された流量制御ユニットにおいて、前記返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブを、前記返還流体遮断バルブと直列に配設したことを特徴とする。
【００１４】
（６）（１）乃至（５）のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、前記供給流量調整バルブは、ダイアフラム式弁であって、ダイアフラム弁体と該ダイアフラム弁体が当接、離間する弁座とを同一の材質にしたことを特徴とする。
（７）（１）乃至（６）のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、前記供給用バルブに流れる前記供給流体の流量を計測する流量計を接続する接続ポートを前記供給流路に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
このような特徴を有する本発明の流量制御ユニットは、以下のような作用効果を奏する。
（１）に記載された発明は、複数のバルブが取り付けられ、内部に流路が形成されたユニット本体と、入力ポートから出力ポートへの供給流体の流れを連通又は遮断する供給用バルブと、供給用バルブを遮断したときに供給流体の全部又は一部を返還流体としてリターンポートに返還する返還用バルブとを備え、入力ポートと供給用バルブとを連通する供給流路に供給流体の流量を調整する供給流量調整バルブを配設する流量制御ユニットにおいて、返還用バルブに連通する返還流路を、供給流量調整バルブから供給用バルブまでの間で供給流路から分岐したことにより、以下に説明する作用効果を奏する。
【００１６】
（１）の発明は、返還用バルブに連通する返還流路を、供給流量調整バルブから供給用バルブまでの間で供給流路から分岐したので、供給用バルブが入力ポートから出力ポートへの供給流体の流れを連通しているときのみならず、遮断しているときにおいても、供給流体は供給流量調整バルブを通過している。そのため、供給流量調整バルブには、常に供給流体が流れていることによって、供給流体が直接触れる供給流量調整バルブの弁体と弁座とに供給流体の熱が、常に伝達されている。この供給流体の熱伝達が、常時、供給流量調整バルブの弁体と弁座とに行われることにより、供給流量調整バルブの弁体と弁座の温度は、供給流体の温度と略同一に維持される。これによって、供給流体の温度が変動しない限り、供給流量調整バルブの弁体と弁座とは、略同一の隙間、すなわち、略同一の弁開度を維持する。供給流量調整バルブの弁開度は、供給用バルブが連通と遮断とを繰り返しても、略同一に維持されるのであるから、供給用バルブが連通したときに供給用バルブを流れる供給流体の流量は、いつも略一定に維持される。その結果、供給用バルブから出力される枚葉洗浄に用いる供給流体の流量を、略一定に安定して供給できる。特に、枚葉洗浄に用いる流体の温度が高温であっても、供給流量調整バルブの弁開度が、略同一に維持されるので、枚葉洗浄に用いる流体の流量変動が少ない。したがって、本流量制御ユニットを用いて製造される製品の品質向上、及び歩留まり向上に寄与できる。
【００１７】
また、（１）の発明は、供給流体の熱伝達が、供給流量調整バルブの弁体と弁座とに直接的に行われるので、特許文献１に開示されているような、ボディの流体流路の近傍に温度調整用の流体が流れ、熱伝達が間接的に行われる構成に比べて、より確実で安定した流量制御が可能となる。
さらに、（１）の発明は、供給流体の熱を利用して、供給流量調整バルブの弁体と弁座の温度を維持する構成であるので、特許文献１や特許文献２に開示されているような、新たな加熱源及び加熱回路を不要とし、スペース的にもコンパクトに収めることができ、安価な流量制御ユニットを提供できる。また、流量制御ユニットを複数使用した場合でも、省スペース化に寄与できる。
【００１８】
（２）に記載された発明は、（１）に記載された流量制御ユニットにおいて、返還用バルブは、返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブであること、供給用バルブを遮断したときに供給流体の一部を第２の返還流体としてリターンポートに返還する第２の返還用バルブを備え、第２の返還用バルブに連通する第２の返還流路を、入力ポートから供給流量調整バルブまでの間で供給流路から分岐したことにより、供給流体の一部を供給流量調整バルブを通過する前に、第２の返還流体として第２の返還用バルブからリターンポートに返還できるので、返還用バルブを流れる返還流体の流量を、供給流量調整バルブの弁体と弁座との温度を維持できる程度の少流量に調整することができる。この返還流体の流量を少なく調整することによって、入力ポートから入力される供給流体の最大流量を少なく抑えることができる。これによって、例えば、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に流体を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる供給流体を少ない流量で効率的に循環できる。その結果、供給流体の流量を一定に維持しつつ、供給流体をより効率的に供給、返還できる。
【００１９】
（３）に記載された発明は、（２）に記載された流量制御ユニットにおいて、第２の返還用バルブは、第２の返還流体の流れを連通又は遮断する第２の返還流体遮断バルブと第２の返還流体の流量を調整する第２の返還流量調整バルブとを直列に配設したものであって、第２の返還流体遮断バルブは、供給用バルブが供給流体の流れを連通又は遮断するときに、第２の返還流体の流れを遮断又は連通することにより、供給用バルブが供給流体の流れを連通したときに供給用バルブを流れる供給流体の流量と、供給用バルブが供給流体の流れを遮断したときに第２の返還流体の流量とを略同一にできる。これは、第２の返還流量調整バルブの弁開度を、供給用バルブを流れる供給流体の流量と一致するように調整することによって可能となる。そのため、供給用バルブが供給流体の流れを連通又は遮断しても、入力ポートから入力される供給流体の流量を、常に略一定に維持することができる。入力ポートから入力される供給流体の流量を常に略一定に維持することにより、入力ポートと連通している供給流量調整バルブの一次側における流体圧力の変動が少なくなる。流体圧力の変動が少なければ、供給流量調整バルブの弁開度に与える影響が少なくなり、弁開度を略一定に維持できる。これによって、供給流量調整バルブから送られ供給用バルブを流れる供給流体の流量は、より一定に保持される。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を略一定にし、より安定して供給、返還できる。
また、第２の返還流量調整バルブの弁開度を調整することによって、必要に応じて第２の返還流体の流量を減少させることができる。すなわち、供給用バルブが遮断したときの第２の返還流体の流量を、供給用バルブが連通したときの供給用バルブを流れる供給流体の流量より減少させることにより、入力ポートから入力される供給流体の流量の総和を減少させることができる。そのため、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に用いる流体を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる供給流体の流量の総和を減少させることにより、タンク容量自体を低減できる。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定にしつつ、枚葉洗浄をより安価に実現できる。
【００２０】
（４）に記載された発明は、（１）に記載された流量制御ユニットにおいて、返還用バルブは、返還流体の流れを連通又は遮断する返還流体遮断バルブを備え、返還流体遮断バルブは、供給用バルブが供給流体の流れを連通又は遮断するときに、返還流体の流れを遮断又は連通することにより、供給用バルブと返還用バルブとが、同時に連通することがない。すなわち、供給用バルブが供給流体の流れを連通したときには、返還流体遮断バルブが返還流体の流れを遮断するので、入力ポートから入力される供給流体の流量を、常に略一定に維持することができる。そのため、供給用バルブが供給流体の流れを連通又は遮断しても、入力ポートと連通している供給流量調整バルブの一次側における流体圧力の変動のみならず、供給用バルブと返還用バルブとの両方に連通している供給流量調整バルブの二次側における流体圧力の変動も少ない。供給流量調整バルブの一次側、及び二次側における流体圧力の変動が少ないので、供給流量調整バルブの弁開度に与える影響がいっそう少なく、弁開度をいっそう安定に維持できる。これによって、供給用バルブに流れる供給流体の流量は、よりいっそう一定に保持される。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量をよりいっそう一定にし、よりいっそう安定して供給、返還できる。
また、（４）の発明は、第２の返還用バルブ及び第２の返還流路を不要とするので、（２）又は（３）の発明に比べて、よりコンパクトになり、より安価に提供できる。
【００２１】
（５）に記載された発明は、（４）に記載された流量制御ユニットにおいて、返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブを、返還流体遮断バルブと直列に配設したことにより、返還流量調整バルブの弁開度を調整することによって、必要に応じて返還流体の流量を減少させることができる。すなわち、供給用バルブが供給流体の流れを遮断したときの、返還流体の流量を減少できるので、入力ポートから入力される供給流体の流量の総和
を減少させることができる。そのため、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に用いる流体を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる供給流体の流量を減少させることにより、タンク容量自体を低減できる。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定にしつつ、枚葉洗浄をより安価に実現できる。
【００２２】
（６）に記載された発明は、（１）乃至（５）のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、供給流量調整バルブは、ダイアフラム式弁であって、ダイアフラム弁体と該ダイアフラム弁体が当接、離間する弁座とを同一の材質にしたことにより、ダイアフラム弁体と該ダイアフラム弁体が当接、離間する弁座との線膨張係数が等しくなり、供給流体の温度に追随して、弁体と弁座とが等しい膨張収縮を行うことができる。そのため、仮に供給流体の温度が変動しても、供給流量調整バルブの弁開度を略一定に維持しやすくできる。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定にし、より安定して供給、返還できる。
【００２３】
（７）に記載された発明は、（１）乃至（６）のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、供給用バルブに流れる供給流体の流量を計測する流量計を接続する接続ポートを供給流路に設けたことにより、供給流量調整バルブの弁開度を調整するときに流量計を接続することができ、簡単に流量の確認ができる。流量の確認時以外は、接続ポートを連通管にて連通することによって、常時、流量計を接続しておかなくてもよい。そのため、出力ポートからの流量精度を簡易に保証できるとともに、バルブユニットとして、スペース的にもよりコンパクトになり、より安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１の全体回路図である。
【図２】（ａ）本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１の斜視図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１の上面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＨ矢視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＩ矢視図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＪ矢視図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＫ矢視図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＦ−Ｆ断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１のＧ−Ｇ断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１における流量変動を測定した結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２の全体回路図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２の上面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２のＮ矢視図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２のＯ矢視図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２のＬ−Ｌ断面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２のＭ−Ｍ断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２における流量変動を測定した結果を示すグラフである。
【図１７】従来の枚葉洗浄装置に用いる薬液の供給回路の一例の概略構成である。
【図１８】従来の一般的に使われている供給流量調整バルブの弁体と弁座を模式的に拡大した断面図である。
【図１９】従来の枚葉洗浄装置に用いる薬液の供給回路における流量の変動を測定した結果を示したものである。
【図２０】特許文献１に開示されている温度調整回路付き薬液弁の全体構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明に係る流量制御ユニットの実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の流量制御ユニット１は、従来技術と同様、半導体製造装置の洗浄プロセスに用いられる。特に枚葉洗浄機に組み付けられ、洗浄液の流量を制御する。洗浄液には、硫酸、過酸化水素水などを含む薬液や超純水等が用いられる。薬液は、洗浄処理の促進のため、８０℃程度の高温にして供給する場合がある。
【００２６】
＜流量制御ユニット１の回路構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る流量制御ユニット１の全体回路図である。図１に示すように、流量制御ユニット１の回路は、入力ポートＡ、接続ポートＢ、Ｃ、出力ポートＤ、リターンポートＥの各端子と、供給用バルブ３１、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３、第２の返還流体遮断バルブ３４、第２の返還流量調整バルブ３５の各バルブと、供給流路１１、１３、１７、１８、１９、返還流路１４、１５、１６、第２の返還流路１２の各流路とから構成されている。
入力ポートＡは、タンクに貯蔵した洗浄液がポンプから入力される端子である。出力ポートＤは、洗浄液をノズルに出力する端子である。リターンポートＥは、洗浄液の一部を返還流体としてタンクへ返還する端子である。接続ポートＢ、Ｃは、供給用バルブ３１に供給する洗浄液の流量を計測する流量計３６を接続する端子である。接続ポートＢ、Ｃに流量計３６を接続しないときは、連通管３７を接続する。
【００２７】
供給用バルブ３１は、出力ポートＤからノズルに供給する洗浄液の流れを連通又は遮断する遮断バルブである。供給流量調整バルブ３２は、供給用バルブ３１に供給する洗浄液の流量を調整する流量調整バルブである。返還流量調整バルブ３３は、供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の一部を返還流体としてリターンポートＥに返還する流量を調整する流量調整バルブである。返還流量調整バルブ３３は、供給用バルブ３１が遮断したときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量を調整するバルブでもある。したがって、返還流量調整バルブ３３の弁開度を調整することによって、供給用バルブ３１が遮断したときに供給流量調整バルブ３２の弁体と弁座の温度を維持できる程度に洗浄液の流量を少なくすることができる。第２の返還流体遮断バルブ３４は、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断したときに、洗浄液の一部を第２の返還流体としてリターンポートＥに返還する流れを遮断又は連通する遮断バルブである。第２の返還流量調整バルブ３５は、第２の返還流体の流量を調整する流量調整バルブである。
供給流路１１、１３、１７、１８、１９は、洗浄液を入力ポートから出力ポートへ供給する流路である。供給流路の途中には、供給流量調整バルブ３２、接続ポートＢ、Ｃ、供給用バルブ３１が配設されている。返還流路１４、１５、１６は、供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の一部を返還流体としてリターンポートＥに返還する流路であり、供給流量調整バルブ３２から供給用バルブ３１までの間で供給流路１７から分岐している。接続ポートＢ、Ｃは、供給流路１７のうち返還流路１４が分岐した後の下流側と供給用バルブ３１に連通する供給流路１８の上流側との間に配設されている。第２の返還流路１２は、洗浄液の一部を第２の返還流体としてリターンポートＥに返還する流路であり、入力ポートＡから供給流量調整バルブ３２までの間で供給流路１１、１３から分岐している。
【００２８】
＜流量制御ユニット１の具体的構造＞
図２乃至図８を参照しながら、流量制御ユニット１の具体的構造について説明する。
図２（ａ）は、流量制御ユニット１の斜視図である。図２（ｂ）は、流量制御ユニット１の上面図である。図３は、図２（ａ）における流量制御ユニット１のＨ矢視図である。図４は、図２（ａ）における流量制御ユニット１のＩ矢視図である。図５は、図２（ａ）における流量制御ユニット１のＪ矢視図である。図６は、図２（ａ）における流量制御ユニット１のＫ矢視図である。図７は、図２（ｂ）における流量制御ユニット１のＦ−Ｆ断面図である。図８は、図２（ｂ）における流量制御ユニット１のＧ−Ｇ断面図である。
図２（ａ）に示すように、ユニット本体３は、外形が略直方体で形成され、端部に複数のバルブとポートが取り付けられ、内部に流路が形成されたマニホールドブロックである。各バルブ３１、３２、３３、３４、３５は、上方又は下方からユニット本体３にねじ止めされている。ユニット本体３の材質は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である。
図２（ａ）に示すように、ユニット本体３の上端には、供給用バルブ３１、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３及び第２の返還流量調整バルブ３５が載置されている。図２（ａ）、及び図２（ｂ）に示すように、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３、及び第２の返還流量調整バルブ３５は、調整つまみ３２Ｇ、３３Ｇ、３５Ｇの操作性を考慮して上端中央付近に集合している。
図６に示すように、ユニット本体３の下端には、第２の返還流体遮断バルブ３４が載置されている。
また、図６に示すように、ユニット本体３の下端には、接続ポートＢ、Ｃが突設されている。図５に示すように、ユニット本体３の前端には、入力ポートＡ、出力ポートＤ、及びリターンポートＥが突設されている。入力ポートＡ、出力ポートＤ、及びリターンポートＥは、外部配管を行う際の施工性を良くするため、ユニット本体３の前端に集中している。各ポートＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅには、ユニット本体３から突出するポート部Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１に通孔が形成され、各通孔には、配管に係合するスリーブＡ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、Ｅ２が挿入されている。また、各ポート部Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１には、配管を固定するユニオンナットＡ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３、Ｅ３が螺合されている。
なお、ユニット本体３の後端には、ユニット本体３を装置に取り付ける取付板５がねじ止めされている。取付板５の材質は、ＰＰ（ポリプロピレン）である。
【００２９】
図３、及び図４に示すように、供給用バルブ３１、及び第２の返還流体遮断バルブ３４は、ダイアフラム式遮断バルブである。ダイアフラム弁体３１Ａ、３４Ａが往復動作する弁室３１Ｂ、３４Ｂは、ユニット本体３を穿設した筒状空間に設けられ、その底面に弁体が当接、離間する弁座３１Ｃ、３４Ｃをユニット本体３と一体に形成している。弁座３１Ｃ、３４Ｃの中央には、弁孔３１Ｄ、３４Ｄが穿設されている。
供給用バルブ３１、及び第２の返還流体遮断バルブ３４のダイアフラム弁体３１Ａ、３４Ａの往復動作は、操作ポート３１Ｅ、３４Ｅ及び呼吸ポート３１Ｆ、３４Ｆからエアを供給、排出することによって行う。供給用バルブ３１は、図４に示すように、ノーマルクローズタイプであり、操作ポート３１Ｅからエアを供給したときにのみ弁開する。一方、第２の返還流体遮断バルブ３４は、図３に示すように、ノーマルオープンタイプであり、操作ポート３４Ｅからエアを供給したときにのみ弁閉する。ダイアフラム弁体３１Ａ、３４Ａの材質は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）であって、弁座３１Ｃ、３４Ｃの材質と同一である。
図４に示すように、供給用バルブ３１の弁孔３１Ｄは、供給流路１８を介して接続ポートＣの通孔と連通している。供給用バルブ３１の弁室３１Ｂには、出力ポートＤと連通する供給流路１９が穿設されている。
図３に示すように、第２の返還流体遮断バルブ３４の弁孔３４Ｄは、第２の返還流路１２を介して第２の返還流量調整バルブ３５の弁孔３５Ｄと連通している。第２の返還流体遮断バルブ３４の弁室３４Ｂには、入力ポートＡの通孔と連通する供給流路１１、及び供給流量調整バルブ３２の弁孔３２Ｄと連通する供給流路１３が穿設されている。
供給用バルブ３１、及び第２の返還流体遮断バルブ３４の操作ポート３１Ｅ、３４Ｅと呼吸ポート３１Ｆ、３４Ｆは、配管施工性のため、いずれも前端方向を向いている。
【００３０】
図３、及び図４に示すように、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３、及び第２の返還流量調整バルブ３５は、いずれも手動調整タイプのダイアフラム式流量調整バルブである。それぞれダイアフラム弁体３２Ａ、３３Ａ、３５Ａが往復動作する弁室３２Ｂ、３３Ｂ、３５Ｂは、ユニット本体３を穿設した略Ｖ字状空間に設けられ、その底面に弁体３２Ａ、３３Ａ、３５Ａが当接、離間する弁座３２Ｃ、３３Ｃ、３５Ｃをユニット本体３と一体に形成している。弁座３２Ｃ、３３Ｃ、３５Ｃは、微妙な流量調整が可能なようにテーパー状に形成され、弁座３２Ｃ、３３Ｃ、３５Ｃの中央には、細径の弁孔３２Ｄ、３３Ｄ、３５Ｄが穿設されている。また、弁体３２Ａ、３３Ａ、３５Ａの材質は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）であって、弁座３２Ｃ、３３Ｃ、３５Ｃの材質と同一である。
各バルブ３２、３３、３５のカバー体３２Ｅ、３３Ｅ、３５Ｅの高さ方向中間部には、図示しない装置の操作盤に固定するロックナット３２Ｆ、３３Ｆ、３５Ｆを有し、上端部には、弁開度を調整する調整つまみ３２Ｇ、３３Ｇ、３５Ｇが設けられている。
図７に示すように、供給流量調整バルブ３２の弁室３２Ｂには、供給流路１７が穿設されている。供給流路１７は、返還流量調整バルブ３３の弁孔３３Ｄと接続ポートＢとを連通する返還流路１４の途中に連結されている。図３に示すように、第２の返還流量調整バルブ３５の弁室３５Ｂには、リターンポートＥの通孔に連通する返還流路１６が穿設されている。図４、及び図８に示すように、第２の返還流量調整バルブ３５の弁室３５Ｂと返還流量調整バルブ３３の弁室３３Ｂとを連通する返還流路１５が、それぞれの弁室３５Ｂ、３３Ｂに穿設されている。
【００３１】
＜流量制御ユニット１の動作説明＞
図１〜図４に基づいて、流量制御ユニット１の動作を説明する。
まず、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３、及び第２の返還流量調整バルブ３５の弁開度を調整する調整つまみ３２Ｇ、３３Ｇ、３５Ｇを回すことによって、それぞれ所定の流量に設定する。例えば、供給流量調整バルブ３２の流量は６５０ｍＬ／ｍｉｎに、返還流量調整バルブ３３の流量は５０ｍＬ／ｍｉｎに、第２の返還流量調整バルブ３５の流量は６００ｍＬ／ｍｉｎに設定する。なお、接続ポートＢ、Ｃには、流量計３６を接続する。
次に、供給用バルブ３１が連通又は遮断するときに、第２の返還流体遮断バルブ３４が遮断又は連通するように、各操作ポート３１Ｅ、３４Ｅ及び呼吸ポート３１Ｆ、３４Ｆのエアを供給又は排出する。エアの供給、排出は、図示しない電磁弁を切り替えることによって行う。
【００３２】
供給用バルブ３１が連通したとき、入力ポートＡから供給される洗浄液は、供給流路１１、１３を通過して、供給流量調整バルブ３２にて所定の流量（６５０ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液の一部は、返還流体として供給流路１７から分岐された返還流路１４、１５、１６、及びその途中に配設された返還流量調整バルブ３３を経由してリターンポートＥに返還される。返還される返還流体の流量は、返還流量調整バルブ３３にて所定の流量（５０ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。その結果、供給流路１７、１８、１９、接続ポートＢ、Ｃ、流量計３６、及び供給用バルブ３１を経由して出力ポートＤに出力される洗浄液の流量は、供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液の流量から返還流体の流量を差し引いた値（６００ｍＬ／ｍｉｎ）となる。
供給用バルブ３１は、一定時間連通した後、一定時間遮断する。例えば、１２０秒間連通した後、１２０秒間遮断し、これを繰り返す。
供給用バルブ３１が遮断したとき、第２の返還流体遮断バルブ３４が連通する。そのため、入力ポートＡから供給される洗浄液の一部は、第２の返還流体として第２の返還流路１２と、その途中に配設された第２の返還流体遮断バルブ３４及び第２の返還流量調整バルブ３５とを経由してリターンポートＥに返還される。返還される第２の返還流体の流量は、第２の返還流量調整バルブ３５にて所定の流量（６００ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。
一方、供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液は、供給用バルブ３１が連通しているときと同様に、返還流体として供給流路１７から分岐された返還流路１４、１５、１６、及びその途中に配設された返還流量調整バルブ３３を経由してリターンポートＥに返還される。返還される返還流体の流量は、返還流量調整バルブ３３にて所定の流量（５０ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。
【００３３】
よって、供給用バルブ３１が連通しているときも遮断しているときも、供給流量調整バルブ３２には、常に洗浄液が流れていることになる。この場合、供給用バルブ３１が連通しているときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量は、６５０ｍＬ／ｍｉｎであり、供給用バルブ３１が遮断しているときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量は、５０ｍＬ／ｍｉｎである。この供給用バルブ３１が遮断しているときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量は、供給流量調整バルブ３２のダイアフラム弁体３２Ａと弁座３２Ｃとの温度を保持し、弁開度を略一定に維持できる程度に少なくすることができる。
また、供給用バルブ３１が連通しているときも遮断しているときも、洗浄液が入力ポートＡから常に一定の流量（６５０ｍＬ／ｍｉｎ）で供給されていることになる。入力ポートＡから供給される洗浄液の流量が一定であるため、入力ポートＡと供給流路１１、１３を介して連通している供給流量調整バルブ３２の一次側の流体圧力は、略一定となり、圧力変動が少ない。
ただし、必要に応じて、第２の返還流量調整バルブ３５の弁開度を調整することによって、第２の返還流体の流量を減少できる。第２の返還流体の流量が減少すれば、一定時間内に入力ポートＡから供給される洗浄液の流量の総和も減少する。
【００３４】
＜流量制御ユニット１の流量測定の結果＞
図９は、本発明に係る流量制御ユニット１における流量変動を測定した結果を示すグラフである。縦軸は、供給用バルブ３１を流れる洗浄液の時間当たりの体積流量（ｍＬ／ｍｉｎ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
まず、供給用バルブ３１を弁開状態にして、約８０℃の洗浄液を４００秒間連続して流すことにより、流量計３６にて基準流量を測定する。基準流量の最大値は６１６ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５９６ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６０５．８ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は２０ｍＬ／ｍｉｎであった。なお、返還流体の流量は、返還流量調整バルブ３３にて５０ｍＬ／ｍｉｎに調整されている。
次に、この基準流量における供給流量調整バルブ３２の弁開度の状態で、しばらく放置してから、同じ温度（約８０℃）の洗浄液を１２０秒間隔（一定間隔）で間欠的に流した時の時間当たりの流量を流量計３６にて連続的に計測し、その値をグラフ化した。
【００３５】
本発明に係る流量制御ユニット１における１回目の流量の最大値は６３０ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は６０２ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６１２．７ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は２８ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（２８ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０５．８ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、４．６％であった。
これに対して、図１９に示した従来の供給回路１０１における１回目の流量の最大値は６７３ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５８９ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６１１ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は８４ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（８４ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０３．３ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、１４．０％であった。
また、本発明に係る流量制御ユニット１における５回目の流量の最大値は６２０ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は６０１ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６０９ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は１９ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（１９ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０５．８ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、３．１％であった。
これに対して、図１９に示した従来の供給回路１０１における５回目の流量の最大値は６５３ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５７８ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は５９２ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は７５ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（７５ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０３．３ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、１２．４％であった。
また、図１９に示した従来の供給回路１０１において、１回目に見られた立上り流量の大幅な増加や、２回目以降の立ち上がり時に見られた流量増加も、本発明に係る流量制御ユニット１では見られない。
このように、本発明に係る流量制御ユニット１における流量変動は、１回目のみならず２回目以降（５回目）についても、従来の供給回路１０１に比べて大幅に減少できている。
【００３６】
＜流量制御ユニット１の作用効果＞
流量制御ユニット１は、返還流路１４、１５、１６を、供給流量調整バルブ３２から供給用バルブ３１までの間で供給流路１７から分岐したので、供給用バルブ３１が入力ポートＡから出力ポートＤへの洗浄液の流れを連通しているときのみならず、遮断しているときにおいても、洗浄液は供給流量調整バルブ３２を通過している。そのため、供給流量調整バルブ３２には、常に洗浄液が流れていることによって、洗浄液が直接触れる供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに洗浄液の熱が、常に伝達されている。この洗浄液の熱伝達が、常時、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに行われることにより、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃの温度は、洗浄液の温度と略同一に維持される。これによって、洗浄液の温度が変動しない限り、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとは、略同一の隙間、すなわち、略同一の弁開度を維持する。供給流量調整バルブ３２の弁開度は、供給用バルブ３１が連通と遮断とを繰り返しても、略同一に維持されるのであるから、供給用バルブ３１が連通したとき供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量は、いつも略一定に維持される。その結果、供給用バルブ３１から出力される枚葉洗浄に用いる洗浄液の流量を、略一定に安定して供給できる。特に、枚葉洗浄に用いる洗浄液の温度が高温であっても、供給流量調整バルブ３２の弁開度が、略同一に維持されるので、枚葉洗浄に用いる洗浄液の流量変動が少ない。したがって、本流量制御ユニット１を用いて製造される製品の品質向上、及び歩留まり向上に寄与できる。
【００３７】
また、流量制御ユニット１は、洗浄液の熱伝達が、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに直接的に行われるので、特許文献１に開示されているような、ボディの流体流路の近傍に温度調整用の流体が流れ、熱伝達が間接的に行われる構成に比べて、より確実で安定した流量制御が可能となる。
さらに、流量制御ユニット１は、洗浄液の熱を利用して、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃの温度を維持する構成であるので、特許文献１や特許文献２に開示されているような、新たな加熱源及び加熱回路を不要とし、スペース的にもコンパクトに収めることができ、安価な流量制御ユニット１を提供できる。また、流量制御ユニット１を複数使用した場合でも、省スペース化に寄与できる。
【００３８】
流量制御ユニット１は、返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブ３３と、供給用バルブ３１を遮断したときに洗浄液の一部を第２の返還流体としてリターンポートＥに返還する第２の返還流路１２を、入力ポートＡから供給流量調整バルブ３２までの間で供給流路１１、１３から分岐したことにより、洗浄液の一部を供給流量調整バルブ３２を通過する前に、第２の返還流体としてリターンポートＥに返還できるので、返還流量調整バルブ３３を流れる返還流体の流量を、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとの温度を維持できる程度の少流量に調整することができる。この返還流体の流量を少なく調整することによって、入力ポートＡから入力される洗浄液の最大流量を少なく抑えることができる。これによって、例えば、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に洗浄液を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる洗浄液を少ない流量で効率的に循環できる。その結果、洗浄液の流量を一定に維持しつつ、洗浄液をより効率的に供給、返還できる。
【００３９】
流量制御ユニット１は、第２の返還流体の流れを連通又は遮断する第２の返還流体遮断バルブ３４と第２の返還流体の流量を調整する第２の返還流量調整バルブ３５とを直列に配設したものであって、第２の返還流体遮断バルブ３４は、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断するときに、第２の返還流体の流れを遮断又は連通することにより、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通したときに供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量と、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを遮断したときに第２の返還流体の流量とを略同一にできる。これは、第２の返還流量調整バルブ３５の弁開度を、供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量と一致するように調整することによって可能となる。そのため、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断しても、入力ポートＡから入力される洗浄液の流量を、常に略一定に維持することができる。入力ポートＡから入力される洗浄液の流量を常に略一定に維持することにより、入力ポートＡと連通している供給流量調整バルブ３２の一次側における流体圧力の変動が少なくなる。流体圧力の変動が少なくなれば、供給流量調整バルブ３２の弁開度に与える影響が少なくなり、弁開度を略一定に維持できる。これによって、供給流量調整バルブ３２から送られ供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量は、より一定に保持される。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を略一定にし、より安定して供給、返還できる。
【００４０】
また、第２の返還流量調整バルブ３５の弁開度を調整することによって、必要に応じて第２の返還流体の流量を減少させることができる。すなわち、供給用バルブ３１が遮断したときの第２の返還流体の流量を、供給用バルブ３１が連通したときの供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量より減少させることができるので、入力ポートＡから入力される洗浄液の流量の総和を減少させることができる。そのため、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に用いる洗浄液を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる洗浄液の流量の総和を減少させることにより、タンク容量自体を低減できる。その結果、枚葉洗浄に用いる洗浄液の流量を一定にしつつ、枚葉洗浄をより安価に実現できる。
【００４１】
また、供給流量調整バルブ３２は、ダイアフラム式弁であって、ダイアフラム弁体３２Ａと該ダイアフラム弁体３２Ａが当接、離間する弁座３２Ｃとを同一の材質にしたことにより、ダイアフラム弁体３２Ａと該ダイアフラム弁体３２Ａが当接、離間する弁座３２Ｃとの線膨張係数が等しくなり、洗浄液の温度に追随して、弁体３２Ａと弁座３２Ｃとが等しい膨張収縮を行うことができる。そのため、仮に洗浄液の温度が変動しても、供給流量調整バルブ３２の弁開度を略一定に維持しやすくできる。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定にし、より安定して供給、返還できる。
【００４２】
また、流量制御ユニット１は、供給用バルブ３１に流れる洗浄液の流量を計測する流量計３６を接続する接続ポートＢ、Ｃを供給流路１７、１８に設けたことにより、供給流量調整バルブ３２の弁開度を調整するときに流量計３６を接続することができ、簡単に流量の確認ができる。流量の確認時以外は、接続ポートＢ、Ｃを連通管３７にて連通することによって、常時、流量計３６を接続しておかなくてもよい。そのため、出力ポートＤからの流量精度を簡易に保証できるとともに、バルブユニットとして、スペース的にもよりコンパクトになり、より安価に提供できる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る流量制御ユニットの第２実施形態について図１０乃至図１６を参照して説明する。
第２実施形態は、返還流体の流れを連通又は遮断する返還流体遮断バルブ３８を返還流量調整バルブ３３と直列に配設し、返還流体遮断バルブ３８は、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断するときに返還流体の流れを遮断又は連通することとした点、及び第２の返還流体遮断バルブ３４、第２の返還流量調整バルブ３５、第２の返還流路１２を設けない点が、第１実施形態と相違し、その他の点は、第１実施形態と共通している。ここでは、第１実施形態と相違する点を中心に説明し、第１実施形態と共通している箇所には、図面に第１実施形態と同一符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００４４】
＜流量制御ユニット２の回路構成＞
図１０は、本発明の第２実施形態に係る流量制御ユニット２の全体回路図である。図１０に示すように、流量制御ユニット２の回路は、入力ポートＡ、接続ポートＢ、Ｃ、出力ポートＤ、リターンポートＥの各端子と、供給用バルブ３１、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３、返還流体遮断バルブ３８の各バルブと、供給流路２０、２４、２５、２６、返還流路２１、２２、２３の各流路とから構成されている。
【００４５】
返還流路２１、２２、２３には、返還流量調整バルブ３３と返還流体遮断バルブ３８とが直列に配設されている。返還流体遮断バルブ３８は、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断したときに、洗浄液の全部を返還流体としてリターンポートＥに返還する流れを遮断又は連通する遮断バルブである。
供給流路２０、２４、２５、２６は、洗浄液を入力ポートＡから出力ポートＤへ供給する流路である。供給流路の途中には、供給流量調整バルブ３２、接続ポートＢ、Ｃ、供給用バルブ３１が配設されている。返還流路２１、２２、２３は、供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の全部を返還流体としてリターンポートＥに返還する流路であり、供給流量調整バルブ３２から供給用バルブ３１までの間で供給流路２４から分岐している。
【００４６】
＜流量制御ユニット２の具体的構造＞
図１１乃至図１５を参照しながら、流量制御ユニット２の具体的構造について説明する。
図１１は、流量制御ユニット２の上面図である。図１２は、図１１における流量制御ユニット２のＮ矢視図である。図１３は、図１１における流量制御ユニット２のＯ矢視図である。図１４は、図１１における流量制御ユニット２のＬ−Ｌ断面図である。図１５は、図１１における流量制御ユニット２のＭ−Ｍ断面図である。
図１１に示すように、外形が略直方体をしたユニット本体４の上端には、供給用バルブ３１、供給流量調整バルブ３２、返還流量調整バルブ３３及び返還流体遮断バルブ３８が載置されている。供給流量調整バルブ３２、及び返還流量調整バルブ３３は、調整つまみ３２Ｇ、３３Ｇの操作性を考慮して上面中央付近に集合している。
各バルブ３１、３２、３３、３８は、上方からユニット本体４にねじ止めされている。ユニット本体４の材質は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である。
また、図１２に示すように、ユニット本体４の下端には、接続ポートＢ、Ｃが突設されている。図１１乃至図１３に示すように、ユニット本体４の前端には、入力ポートＡ、出力ポートＤ、及びリターンポートＥが突設されている。
【００４７】
図１３、及び図１４に示すように、返還流体遮断バルブ３８は、ダイアフラム式遮断バルブである。ダイアフラム弁体３８Ａが往復動作する弁室３８Ｂは、ユニット本体４を穿設した筒状空間に設けられ、その底面に弁体が当接、離間する弁座３８Ｃをユニット本体４と一体に形成している。弁座３８Ｃの中央には、弁孔３８Ｄが穿設されている。
返還流体遮断バルブ３８のダイアフラム弁体３８Ａの往復動作は、操作ポート３８Ｅ及び呼吸ポート３８Ｆからエアを供給、排出することによって行う。返還流体遮断バルブ３８は、図１３に示すように、ノーマルオープンタイプであり、操作ポート３８Ｅからエアを供給したときにのみ弁閉する。ダイアフラム弁体３８Ａの材質は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）であって、弁座３８Ｃの材質と同一である。
図１３に示すように、供給用バルブ３１の弁孔３１Ｄは、供給流路２６を介して出力ポートＤの通孔と連通している。図１５に示すように、供給用バルブ３１の弁室３１Ｂには、接続ポートＣと連通する供給流路２５が穿設されている。
図１３に示すように、返還流体遮断バルブ３８の弁孔３８Ｄは、返還流路２３を介してリターンポートＥの通孔と連通している。図１４に示すように、返還流体遮断バルブ３８の弁室３８Ｂと返還流量調整バルブ３３の弁室３３Ｂとには、返還流路２２が穿設されている。
図１３に示すように、供給用バルブ３１、及び返還流体遮断バルブ３８の操作ポート３１Ｅ、３８Ｅと呼吸ポート３１Ｆ、３８Ｆは、配管施工性のため、いずれも前端方向を向いている。
図１２に示すように、供給流量調整バルブ３２の弁孔３２Ｄは、供給流路２０を介して入力ポートＡに連通している。供給流量調整バルブ３２の弁室３２Ｂには、返還流路２１が穿設されている。返還流路２１は、返還流量調整バルブ３３の弁孔３３Ｄと接続ポートＢとを連通する供給流路２４の途中に連結されている。
【００４８】
＜流量制御ユニット２の動作説明＞
図１０〜図１２に基づいて、流量制御ユニット２の動作を説明する。
まず、供給流量調整バルブ３２、及び返還流量調整バルブ３３の弁開度を調整する調整つまみ３２Ｇ、３３Ｇを回すことによって、それぞれ所定の流量に設定する。例えば、供給流量調整バルブ３２の流量は６００ｍＬ／ｍｉｎに、返還流量調整バルブ３８の流量は６００ｍＬ／ｍｉｎに設定する。なお、接続ポートＢ、Ｃには、流量計３６を接続する。
次に、供給用バルブ３１が連通又は遮断するときに、返還流体遮断バルブ３８が遮断又は連通するように、各操作ポート３１Ｅ、３８Ｅ及び呼吸ポート３１Ｆ、３８Ｆのエアを供給又は排出する。エアの供給、排出は、図示しない電磁弁を切り替えることによって行う。
【００４９】
供給用バルブ３１が連通したとき、入力ポートＡから供給される洗浄液は、供給流路２０を通過して、供給流量調整バルブ３２にて所定の流量（６００ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。供給用バルブ３１が連通したときに返還流体遮断バルブ３８が遮断されているので、供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液は、全て、供給流路２４、２５、２６、接続ポートＢ、Ｃ、流量計３６、及び供給用バルブ３１を経由して出力ポートＤに出力される。出力ポートＤに出力される洗浄液の流量は、供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液の流量（６００ｍＬ／ｍｉｎ）となる。
供給用バルブ３１は、一定時間連通した後、一定時間遮断する。例えば、１２０秒間連通した後、１２０秒間遮断し、これを繰り返す。
供給用バルブ３１が遮断したとき、返還流体遮断バルブ３８が連通する。そのため、入力ポートＡから供給され、供給流量調整バルブ３２を通過した洗浄液は、全て、返還流体として返還流路２１、２２、２３と、その途中に配設された返還流体遮断バルブ３８及び返還流量調整バルブ３３とを経由してリターンポートＥに返還される。返還流体の流量は、供給流量調整バルブ３２、及び返還流量調整バルブ３３にて所定の流量（６００ｍＬ／ｍｉｎ）に調整される。
【００５０】
よって、供給用バルブ３１が連通しているときも遮断しているときも、供給流量調整バルブ３２には、常に洗浄液が流れていることになる。この場合、供給用バルブ３１が連通しているときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量は、６００ｍＬ／ｍｉｎであり、供給用バルブ３１が遮断しているときに供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量は、６００ｍＬ／ｍｉｎである。このように、供給流量調整バルブ３２には、常に同じ流量の洗浄液が流れているので、供給流量調整バルブ３２のダイアフラム弁体３２Ａと弁座３２Ｃとの温度を保持し、弁開度を略一定に維持できる。
また、供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量が常に一定であるため、供給流量調整バルブ３２の一次側、及び二次側の流体圧力は、略一定となり、圧力変動が少ない。
ただし、必要に応じて、返還流量調整バルブ３３の弁開度を調整することによって、返還流体の流量を減少できる。返還流体の流量が減少すれば、一定時間内に入力ポートＡから供給される洗浄液の流量の総和も減少する。
【００５１】
＜流量制御ユニット２の流量測定の結果＞
図１６は、本発明に係る流量制御ユニット２における流量変動を測定した結果を示すグラフである。縦軸は、供給用バルブ３１を流れる洗浄液の時間当たりの体積流量（ｍＬ／ｍｉｎ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
まず、供給用バルブ３１を弁開状態にして、約８０℃の洗浄液を４００秒間連続して流すことにより、流量計３６にて基準流量を測定する。基準流量の最大値は６１０ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５９５ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６０２．０ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は１５ｍＬ／ｍｉｎであった。
次に、この基準流量における供給流量調整バルブ３２の弁開度の状態で、しばらく放置してから、同じ温度（約８０℃）の洗浄液を１２０秒間隔（一定間隔）で間欠的に流した時の時間当たりの流量を流量計３６にて連続的に計測し、その値をグラフ化した。
【００５２】
本発明に係る流量制御ユニット２における１回目の流量の最大値は６０９ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５９１ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は５９６．７ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は１８ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（１８ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０２．０ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、３．０％であった。
これに対して、図１９に示した従来の供給回路１０１における１回目の流量の最大値は６７３ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５８９ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６１１ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は８４ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（８４ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０３．３ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、１３．９％であった。
また、本発明に係る流量制御ユニット２における５回目の流量の最大値は６１４ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５９７ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は６０４ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は１７ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（１７ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０２．０ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、２．８％であった。
これに対して、図１９に示した従来の供給回路１０１における５回目の流量の最大値は６５３ｍＬ／ｍｉｎ、最小値は５７８ｍＬ／ｍｉｎ、平均値は５９２ｍＬ／ｍｉｎ、流量変動幅は７５ｍＬ／ｍｉｎであった。流量変動幅（７５ｍＬ／ｍｉｎ）の基準流量の平均値（６０３．３ｍＬ／ｍｉｎ）に対する変化率は、１２．４％であった。
また、図１９に示した従来の供給回路１０１において、１回目に見られた立上り流量の大幅な増加や、２回目以降の立ち上がり時に見られた流量増加も、本発明に係る流量制御ユニット２では見られない。
このように、本発明に係る流量制御ユニット２における流量変動は、１回目のみならず２回目以降（５回目）についても、従来の供給回路１０１に比べて大幅に減少できている。
また、流量制御ユニット２における流量変動は、１回目のみならず２回目以降（５回目）についても、流量制御ユニット１に比べても若干ではあるが減少できている。これは、供給流量調整バルブ３２を流れる洗浄液の流量が常に一定であるため、供給流量調整バルブ３２のダイアフラム弁体３２Ａと弁座３２Ｃとの温度をより一定に保持し、弁開度をよりいっそう一定に維持できるからであり、また、供給流量調整バルブの一次側、及び二次側の流体圧力が、略一定となり、圧力変動が少ないので、弁開度に与える影響度が少ないからである。
【００５３】
＜流量制御ユニット２の作用効果＞
流量制御ユニット２は、返還流路２１、２２、２３を、供給流量調整バルブ３２から供給用バルブ３１までの間で供給流路２４から分岐したので、供給用バルブ３１が入力ポートＡから出力ポートＤへの洗浄液の流れを連通しているときのみならず、遮断しているときにおいても、洗浄液は供給流量調整バルブ３２を通過している。そのため、供給流量調整バルブ３２には、常に洗浄液が流れていることによって、洗浄液が直接触れる供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに洗浄液の熱が、常に伝達されている。この洗浄液の熱伝達が、常時、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに行われることにより、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃの温度は、洗浄液の温度と略同一に維持される。これによって、洗浄液の温度が変動しない限り、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとは、略同一の隙間、すなわち、略同一の弁開度を維持する。供給流量調整バルブ３２の弁開度は、供給用バルブ３１が連通と遮断とを繰り返しても、略同一に維持されるのであるから、供給用バルブ３１を流れる洗浄液の流量は、いつも略一定に維持される。その結果、供給用バルブから出力される枚葉洗浄に用いる洗浄液の流量を、略一定に安定して供給できる。特に、枚葉洗浄に用いる洗浄液の温度が高温であっても、供給流量調整バルブ３２の弁開度が、略同一に維持されるので、枚葉洗浄に用いる洗浄液の流量変動が少ない。したがって、本流量制御ユニット２を用いて製造される製品の品質向上、及び歩留まり向上に寄与できる。
【００５４】
また、流量制御ユニット２は、洗浄液の熱伝達が、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃとに直接的に行われるので、特許文献１に開示されているような、ボディの流体流路の近傍に温度調整用の流体が流れ、熱伝達が間接的に行われる構成に比べて、より確実で安定した流量制御が可能となる。
さらに、流量制御ユニット２は、洗浄液の熱を利用して、供給流量調整バルブ３２の弁体３２Ａと弁座３２Ｃの温度を維持する構成であるので、特許文献１や特許文献２に開示されているような、新たな加熱源及び加熱回路を不要とし、スペース的にもコンパクトに収めることができ、安価に提供できる。また、ユニットを複数使用した場合でも、省スペース化に寄与できる。
【００５５】
また、流量制御ユニット２は、返還流体の流れを連通又は遮断する返還流体遮断バルブ３８を備え、返還流体遮断バルブ３８は、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断するときに、返還流体の流れを遮断又は連通することにより、供給用バルブ３１と返還流体遮断バルブ３８とが、同時に連通することがない。すなわち、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通したときには、返還流体遮断バルブ３８が返還流体の流れを遮断するので、入力ポートＡから入力される洗浄液の流量を、常に略一定に維持することができる。そのため、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを連通又は遮断しても、入力ポートＡと連通している供給流量調整バルブ３８の一次側における流体圧力の変動のみならず、供給用バルブ３１と返還流体遮断バルブ３８との両方に連通している供給流量調整バルブ３２の二次側における流体圧力の変動も少ない。供給流量調整バルブ３２の一次側、及び二次側における流体圧力の変動が少ないので、供給流量調整バルブ３２の弁開度に与える影響がいっそう少なく、弁開度をいっそう安定に維持できる。これによって、供給用バルブ３１に流れる洗浄液の流量は、よりいっそう一定に保持される。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量をよりいっそう一定にし、よりいっそう安定して供給、返還できる。
また、流量制御ユニット２は、第２の返還用バルブ及び第２の返還流路を不要とするので、流量制御ユニット１に比べて、よりコンパクトになり、より安価に提供できる。
【００５６】
流量制御ユニット２は、返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブ３３を、返還流体遮断バルブ３８と直列に配設したことにより、返還流量調整バルブ３３の弁開度を調整することによって、必要に応じて返還流体の流量を減少させることができる。すなわち、供給用バルブ３１が洗浄液の流れを遮断したときの、返還流体の流量を減少できるので、入力ポートＡから入力される洗浄液の流量の総和を減少させることができる。そのため、一箇所のタンクから複数台の枚葉洗浄機に用いる流体を供給する場合であっても、一台の枚葉洗浄機に用いる洗浄液の流量を減少させることにより、タンク容量自体を低減できる。その結果、枚葉洗浄に用いる流体の流量を一定にしつつ、枚葉洗浄をより安価に実現できる。
【００５７】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、様々な応用が可能である。
（１）例えば、上記実施形態では、流量制御ユニット１、２を半導体製造装置に使用したが、用途はこれに限定されないことは言うまでもない。
（２）例えば、上記実施形態では、供給用バルブ３１はノーマルクローズタイプのエアオペレイト式遮断弁であるが、ノーマルオープンタイプのエアオペレイト式遮断弁としてもよい。
（３）例えば、リターン側の流量調整バルブと遮断バルブの位置を入れ替えてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１、２・・・流量制御ユニット
３、４・・・ユニット本体
１１、１３、１７、１８、１９・・・流量制御ユニット１の供給流路
１４、１５、１６・・・流量制御ユニット１の返還流路
１２・・・流量制御ユニット１の第２の返還流路
２０、２４、２５、２６・・・流量制御ユニット２の供給流路
２１、２２、２３・・・流量制御ユニット２の返還流路
３１・・・供給用バルブ
３２・・・供給流量調整バルブ
３３・・・返還流量調整バルブ
３４・・・第２の返還流体遮断バルブ
３５・・・第２の返還流量調整バルブ
３６・・・流量計
３７・・・連通管
３８・・・返還流体遮断バルブ
Ａ・・・入力ポート
Ｂ，Ｃ・・・接続ポート
Ｄ・・・出力ポート
Ｅ・・・リターンポート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポートから出力ポートへの供給流体の流れを連通又は遮断する供給用バルブと、前記供給用バルブを遮断したときに前記供給流体の全部又は一部を返還流体としてリターンポートに返還する返還用バルブとを備え、前記入力ポートと前記供給用バルブとを連通する供給流路に前記供給流体の流量を調整する供給流量調整バルブを配設する流量制御ユニットにおいて、
前記返還用バルブに連通する返還流路を、前記供給流量調整バルブから前記供給用バルブまでの間で前記供給流路から分岐したことを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載された流量制御ユニットにおいて、
前記返還用バルブは、前記返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブであること、
前記供給用バルブを遮断したときに前記供給流体の一部を第２の返還流体としてリターンポートに返還する第２の返還用バルブを備え、前記第２の返還用バルブに連通する第２の返還流路を、前記入力ポートから前記供給流量調整バルブまでの間で前記供給流路から分岐したことを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載された流量制御ユニットにおいて、
前記第２の返還用バルブは、前記第２の返還流体の流れを連通又は遮断する第２の返還流体遮断バルブと前記第２の返還流体の流量を調整する第２の返還流量調整バルブとを直列に配設したものであって、
前記第２の返還流体遮断バルブは、前記供給用バルブが前記供給流体の流れを連通又は遮断するときに、前記第２の返還流体の流れを遮断又は連通することを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項４】
請求項１に記載された流量制御ユニットにおいて、
前記返還用バルブは、前記返還流体の流れを連通又は遮断する返還流体遮断バルブを備え、
前記返還流体遮断バルブは、前記供給用バルブが前記供給流体の流れを連通又は遮断するときに、前記返還流体の流れを遮断又は連通することを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項５】
請求項４に記載された流量制御ユニットにおいて、
前記返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブを、前記返還流体遮断バルブと直列に配設したことを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、
前記供給流量調整バルブは、ダイアフラム式弁であって、ダイアフラム弁体と該ダイアフラム弁体が当接、離間する弁座とを同一の材質にしたことを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、
前記供給用バルブに流れる前記供給流体の流量を計測する流量計を接続する接続ポートを前記供給流路に設けたことを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項１】
入力ポートから出力ポートへの供給流体の流れを連通又は遮断する供給用バルブと、前記供給用バルブを遮断したときに前記供給流体の全部又は一部を返還流体としてリターンポートに返還する返還用バルブとを備え、前記入力ポートと前記供給用バルブとを連通する供給流路に前記供給流体の流量を調整する供給流量調整バルブを配設する流量制御ユニットにおいて、
前記返還用バルブに連通する返還流路を、前記供給流量調整バルブから前記供給用バルブまでの間で前記供給流路から分岐したことを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載された流量制御ユニットにおいて、
前記返還用バルブは、前記返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブであること、
前記供給用バルブを遮断したときに前記供給流体の一部を第２の返還流体としてリターンポートに返還する第２の返還用バルブを備え、前記第２の返還用バルブに連通する第２の返還流路を、前記入力ポートから前記供給流量調整バルブまでの間で前記供給流路から分岐したことを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載された流量制御ユニットにおいて、
前記第２の返還用バルブは、前記第２の返還流体の流れを連通又は遮断する第２の返還流体遮断バルブと前記第２の返還流体の流量を調整する第２の返還流量調整バルブとを直列に配設したものであって、
前記第２の返還流体遮断バルブは、前記供給用バルブが前記供給流体の流れを連通又は遮断するときに、前記第２の返還流体の流れを遮断又は連通することを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項４】
請求項１に記載された流量制御ユニットにおいて、
前記返還用バルブは、前記返還流体の流れを連通又は遮断する返還流体遮断バルブを備え、
前記返還流体遮断バルブは、前記供給用バルブが前記供給流体の流れを連通又は遮断するときに、前記返還流体の流れを遮断又は連通することを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項５】
請求項４に記載された流量制御ユニットにおいて、
前記返還流体の流量を調整する返還流量調整バルブを、前記返還流体遮断バルブと直列に配設したことを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、
前記供給流量調整バルブは、ダイアフラム式弁であって、ダイアフラム弁体と該ダイアフラム弁体が当接、離間する弁座とを同一の材質にしたことを特徴とする流量制御ユニット。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載された流量制御ユニットにおいて、
前記供給用バルブに流れる前記供給流体の流量を計測する流量計を接続する接続ポートを前記供給流路に設けたことを特徴とする流量制御ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−１７２７６０（Ｐ２０１２−１７２７６０Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３５０７１（Ｐ２０１１−３５０７１）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００１０６７６０）ＣＫＤ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００１０６７６０）ＣＫＤ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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