CN101165348A

CN101165348A - 药液供给装置

Info

Publication number: CN101165348A
Application number: CNA2007101463301A
Authority: CN
Inventors: 矢岛丈夫
Original assignee: K K KOGANEI
Current assignee: K K KOGANEI; Koganei Corp
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: CN101165348B; JP4942449B2; US20110318206A1; US20080260549A1; US8398379B2; JP2008101510A; US8047814B2; TWI378180B; KR100910703B1; TW200819632A; KR20080035450A

Abstract

本发明提供一种能够高精度地喷出药液的药液供给装置。药液供给装置用于将药液罐(25)内的药液从涂覆喷嘴(27)内喷出。药液供给装置具有将泵壳(11)和汽缸(12)结合为一体的合体部件(13)。泵部件即柔性管(15)设置在泵壳(11)上，其内部形成为泵室(16)，外部形成为泵侧驱动室(17)。活塞(31)组装在汽缸(12)内。当活塞(31)通过电机(49)进行往复运动时，泵室(16)膨胀收缩。活塞(31)和汽缸(12)之间的空间由隔膜(61)覆盖。隔膜(61)的内部形成为密封空间(62)。从而，从活塞(31)和汽缸(12)之间泄漏的非压缩性介质将进入到密封空间(62)内，而不会泄漏到外部。

Description

药液供给装置

技术领域

本发明涉及定量喷出光刻胶等药液的药液供给装置。

背景技术

在半导体晶片或玻璃基板等的表面上，由光刻工序和蚀刻工序制作微细电路图案。在光刻工序中，使用药液供给装置将光刻胶等药液涂覆在晶片或玻璃基板的表面上，收容在容器内的药液通过泵抽吸并通过过滤器等从喷嘴涂覆到晶片等被涂覆物上。若杂质等粒子也就是微粒混合到涂覆药液中，则它们将附着在被涂覆物上，引起图案缺陷，从而使产品的合格率降低。由于容器内的药液滞留在泵内会变质，则存在变质后的药液变为微粒的情形，因而希望喷射药液的泵没有药液滞留。

作为将药液喷出的泵，使用通过能够自由弹性变形的隔膜或管等分隔膜将流入药液的膨胀收缩室和泵室隔开的泵。将间接液也就是非压缩性介质填充到泵室内，通过分隔膜对药液进行加压，非压缩性介质的加压方式包括专利文献1记载的波纹管类型的加压方式和专利文献2记载的使用活塞的汽缸方式。

【专利文献1】日本特开平10-61558号公报

【专利文献2】美国专利第5167837号公报

如果通过非压缩性介质使隔膜或管弹性变形，进行泵动作，则可以防止药液滞留在泵的膨胀收缩室内，因此能够防止因药液滞留而产生微粒，但是另一方面，非压缩性介质担负决定泵性能的重要任务。也就是一旦来自外部的空气进入非压缩性介质内，则宏观上非压缩性介质的非压缩性丧失，波纹管或活塞的移动不能被如实地传送到隔膜或管上，造成波纹管或活塞的移动行程不能与药液喷出量对应，而且在非压缩性介质泄漏的情况下，同样也会造成波纹管等的移动行程与药液喷出量不对应，从而不能高精度地喷出药液。

在上述汽缸类型的泵中，通常在汽缸上设置与活塞的外周面接触的密封材料，以对活塞前端面侧的驱动室和活塞基端面侧的外部之间进行密封，而活塞则以密封材料为界在具有非压缩性介质的部分和外部之间往复运动。因而，非压缩性介质可以在附着在活塞外周面的状态下露出到外部。附着的非压缩性介质将变为薄膜状，并进入活塞外周面和密封材料之间，因而虽然作为润滑剂担负着避免密封材料和活塞外周面直接接触的任务，但是，露出到外部的非压缩性介质的一部分将一点一点地蒸发或者干燥，从活塞表面消失，因此非压缩性介质的量将减少。而且，一旦露出到外部的非压缩性介质挥发，则作为润滑剂发挥功能的非压缩性介质将在活塞外周面消失，变为油膜截断状态，因而导致密封材料和活塞外周面直接接触，加速了密封材料的磨损。

由于一旦为了使由分隔膜隔开的泵室膨胀，将容器内的药液吸入内部，而使活塞后退，则非压缩性介质变为负压状态，因而，有时外部的周围空气从活塞外周面和汽缸内周面之间进入非压缩性介质的内部。一旦与活塞外周面滑动接触的密封材料磨损，密封性能下降，则这种现象变得更加明显，与通过活塞将很大负压施加在非压缩性介质上的情况相同。

与此相比，上述波纹管类型的泵由于不使用与滑动面接触的密封材料，因而填充了非压缩性介质的泵室和驱动室具有密闭性高的优点。但是，波纹管类型泵与汽缸型相比，施加在非压缩性介质上的压力小。例如通过过滤器从喷嘴喷出抗蚀剂时，因过滤器的流动阻力大，所以泵室的压力变大。在驱动波纹管时，非压缩性介质的压力增高，波纹管存在轻微膨胀收缩的情况，一旦膨胀收缩，则波纹管的移动行程和药液的喷出量将不能高精度地对应。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够高精度地喷出药液的药液供给装置。

本发明的另一目的是提供一种药液供给装置，该装置将膜状的非压缩性介质附着到对活塞和汽缸之间进行密封的密封材料上，以提高密封材料的润滑性。

本发明的药液供给装置的特征在于，该装置包括：泵，该泵设置有用于将与液体流入口和流出口连通的泵室和驱动室隔开且可自由弹性变形的分隔膜；汽缸，该汽缸内安装有用于向所述驱动室供给或从所述驱动室排出非压缩性介质的可以自由往复运动的活塞；驱动装置，该驱动装置用于使所述活塞在直线方向往复运动并通过所述非压缩性介质使所述泵室膨胀收缩；以及隔膜，该隔膜可以自由弹性变形，且设置在所述活塞和所述汽缸之间，所述隔膜在与所述活塞的外周面和所述汽缸的内周面的滑动部分相连的同时形成封入有非压缩性介质的密封空间。

本发明的药液供给装置的特征在于，该装置具有介质给排部，所述介质给排部形成有膨胀收缩室，所述膨胀收缩室与所述密封空间连通，在所述活塞往复运动时，随着所述密封空间的容积变化，使非压缩性介质流入或被排出。

本发明的药液供给装置的特征在于，该装置包括在具有构成所述泵的泵壳和所述汽缸的合体部件上通过所述分隔膜隔开的泵侧驱动室、形成在所述汽缸上的活塞侧驱动室、和将所述泵侧驱动室和活塞侧驱动室连通的连通孔。

本发明的药液供给装置的特征在于，所述隔膜的中央部安装在所述活塞的突出部上，所述隔膜的外周部安装在所述汽缸上，在所述活塞的突出部的外侧形成所述密封空间。

本发明的药液供给装置的特征在于，所述分隔膜是管。

本发明的药液供给装置的特征在于，所述分隔膜是隔膜。

该药液供给装置的特征还在于，通过安装在所述汽缸上的泵壳将所述分隔膜安装在所述汽缸上，通过所述分隔膜将所述泵室和所述驱动室隔开。

根据本发明，利用活塞使填充有非压缩性介质的驱动室膨胀收缩，通过非压缩性介质使泵室膨胀收缩，因而，与利用波纹管对非压缩性介质加压的情况相比，能够将更高的压力施加在非压缩性介质上。从而，在泵室膨胀收缩时，即使将高流通阻力施加在泵室上，也能供给药液。

通过设置在活塞和汽缸之间的隔膜，形成与活塞外周面和汽缸内周面的滑动部分相连的密封空间，将非压缩性介质封入到该密封空间内。由于用于形成这种密封空间的隔膜不具有滑动部分，因而，在通过活塞对驱动室进行加压时，如果内部的非压缩性介质从活塞和汽缸的滑动部分泄漏，则该非压缩性介质将流入到密封空间内，因此能够防止非压缩性介质泄漏到装置的外部。

从而由于活塞外周面和汽缸内周面之间的滑动部分与密封空间连通，因而，以对活塞和汽缸之间进行密封的密封材料为界，非压缩性介质附着并残留在密封材料的轴向两侧，因而非压缩性介质薄膜状地附着在密封材料上，可以提高密封材料的润滑性，防止密封材料的磨损。

沿使驱动室膨胀的方向对活塞进行驱动，如果因驱动室的压力比外部压力低，而使得密封空间内的非压缩性介质进入驱动室内，那么由于空气等压缩性流体不会混入密封空间内，因而，能够使活塞的移动行程和泵室的变形量高精度地对应，从而能够高精度地从泵喷出药液。

由于利用隔膜形成了通过滑动部分与驱动室相连的密封空间，因此即使设置在活塞和汽缸的滑动部分上的密封材料因长年使用而磨损，也能防止气体混入驱动室内，从而能够将密封材料的更换时间和维修时间设定得很长，同时能够提高药液供给装置的耐久性。

附图说明

图1是显示作为本发明的一种实施方式的药液供给装置的剖面图；

图2是沿图1中线A-A的剖面图；

图3是显示作为本发明另一实施方式的药液供给装置的剖面图；

图4是显示作为本发明另一实施方式的药液供给装置的剖面图。

附图标记

11泵壳、 12汽缸、 13合体部件、 14空间、

15柔性管(分隔膜)、 16泵室、 17泵侧驱动室、 20泵、

21液体流入口、 22液体流出口、 23供给侧流路、

24排出侧流路、 25药液罐、 27涂覆喷嘴、 30汽缸孔、

31活塞、 33活塞侧驱动室、 35非压缩性介质、

49电机(驱动装置)、 61隔膜、 62密封空间、 68连通孔、

71隔膜、 72膨胀收缩室、 81泵壳、 82隔膜、 83驱动室。

具体实施方式

下面将根据附图对本发明的实施方式进行详细说明，在这些附图中，使用相同的附图标记表示具有相同功能的部件。

图1是显示作为本发明的一种实施方式的药液供给装置10a的剖面图，图2是沿图1中线A-A的剖面图。该药液供给装置10a具有将泵壳11的一部分和汽缸12的一部分合为一体的合体部件13。泵壳11和汽缸12彼此平行。由弹性材料形成并沿径向可自由膨胀收缩的柔性管15作为泵部件安装在泵壳11的圆筒状的空间14内。由泵壳11和柔性管15构成泵20。由该柔性管15将空间14分隔为内部的泵室16和外部的泵侧驱动室17。柔性管15作为分隔膜。

转接部18、19安装在柔性管15的两端部上，与泵室16连通的液体流入口21形成在转接部18上，同时与供给侧流路23相连，与泵室16连通的液体流出口22形成在另一转接部19上，同时与排出侧流路24相连。供给侧流路23与用于储藏抗蚀剂液等药液的药液罐25相连，排出侧流路24通过过滤器26与涂覆喷嘴27相连。

柔性管15由含氟树脂即四氟乙烯全氟烷基乙烯醚共聚体(PFA)形成，转接部18、19也同样由PFA形成。由PFA形成的上述部件不与光刻胶反应。但是根据药液的种类，并不局限于PFA，只要是弹性变形材料即可，可以使用其它树脂材料或橡胶材料等柔性材料作为柔性管15和转接部18、19的原材料。

在供给侧流路23上设置有用于对该流路进行开闭的供给侧开闭阀28，在排出侧流路24上设置有用于对该流路进行开闭的排出侧开闭阀29。作为这些开闭阀28、29，可以使用由电信号控制的电磁阀或由空气压力控制的操作阀，而且还可以使用单向阀也就是止回阀。

活塞31可以沿轴向往复自由移动地组装在形成于汽缸12上的带底的汽缸孔30内，在活塞31的前端面和汽缸孔30的底面32之间形成有活塞侧驱动室33，活塞侧驱动室33通过形成在合体部件13上的连通孔34连通到泵侧驱动室17。作为非压缩性介质35的液体被封入到活塞侧驱动室33与泵侧驱动室17内。活塞侧驱动室33与泵侧驱动室17内的非压缩性介质35通过连通孔34连通。因而，如果使活塞31朝向底面32前进移动，则活塞侧驱动室33收缩，该活塞侧驱动室33内的非压缩性介质35流入泵侧驱动室17内，柔性管15的内部泵室16收缩。另一方面，如果使活塞31向后退方向移动，则活塞侧驱动室33膨胀，泵侧驱动室17内的非压缩性介质35流入活塞侧驱动室33内，泵室16膨胀。

具有柔性管15和泵壳11的泵20，一旦汽缸12内的活塞31往复移动，则通过封入到两个驱动室17、33内的非压缩性介质35的移动，可使泵室16膨胀收缩，通过与泵室16的膨胀收缩连动地开闭供给侧开闭阀28和排出侧开闭阀29，可将药液罐25内的药液供给到涂覆喷嘴27。由于构成泵20的泵壳11与汽缸12形成为一体并与汽缸12毗邻设置，且连通孔34形成在泵壳11和汽缸12形成为一体的合体部件13上，因而，可实现药液供给装置的小型化。但是，泵壳11和汽缸12也可以分体形成，并由具有连通孔的软管或管道对它们进行连接。

图2是沿图1中线A-A的剖面图。作为泵部件的柔性管15除了嵌合在转接部18、19内的部分之外，横截面为长圆形，且具有平坦部和圆弧状部。如图1所示，一旦活塞31大致处于前进极限位置，则柔性管15如图2中实线所示那样，平坦部相互接近地收缩变形。另一方面，一旦活塞31处于后退极限位置，则如图2中点划线所示那样，膨胀变形为平坦部相互平行的长圆形。但是柔性管15的横截面形状并不局限于长圆形，也可以为其它形状。

由于活塞31往复直线运动，因而一端安装有支持板41且另一端安装有导向板42的驱动壳40通过轴套43安装在汽缸12上。圆头螺杆46的基端部可自由转动地支撑在通过轴承支撑物44固定于支持板41内侧的轴承45上。圆头螺杆46与通过轴套48固定在支持板41的外侧并作为驱动装置的电机49的主轴相连，由电机49驱动圆头螺杆46向正反两个方向旋转。

驱动套管51连接在活塞31的后端上，驱动套管51包括一体设置有外螺纹部52的端壁部和与端壁部一体形成的圆筒部，外螺纹部52螺纹结合在活塞31上。圆头螺杆46同轴地组装在驱动套管51的内部。与圆头螺杆46螺纹结合的螺母53由螺母支撑物54固定在驱动套管51的开口端部上。螺母53具有螺纹结合在螺母支撑物54上的凸缘55。螺母53由凸缘55固定在螺母支撑物54上。一旦由电机49驱动圆头螺杆46转动，则驱动套管51通过螺母53沿轴向直线往复运动。将导向环56安装在圆头螺杆46的前端部上，从而在圆头螺杆46转动时，圆头螺杆46不会倾斜。当由电机49通过驱动套管51对活塞31进行驱动时，为了对驱动套管51的轴向移动进行导向，在螺母支撑物54上设置有沿着安装在驱动壳40内的导轨57滑动的滑块58。

为了对活塞31和汽缸12之间进行密封，在汽缸12上形成有环状槽，密封材料59安装在该环状槽内，往复移动的活塞31的外周面与密封材料59滑动接触。在汽缸12上，在汽缸孔30的开口部侧形成有凹部60。可自由弹性变形的隔膜61设置在汽缸12和活塞31的突出端之间，从而覆盖凹部60。由汽缸12和隔膜61形成封入有非压缩性介质35的密封空间62。

隔膜61具有固定在形成于汽缸12的开口端部上的环状槽63内的环状部64、夹持在活塞31的突出部和驱动套管51之间的环状部65、以及位于环状部64和环状部65之间的弹性变形部66。隔膜61由橡胶材料、树脂材料或金属材料等弹性变形部件形成。

该药液供给装置10a利用活塞31对活塞侧驱动室33进行加压，从活塞侧驱动室33将非压缩性介质35供给到泵侧驱动室17，因而，能够提高泵侧驱动室17的压力。活塞侧驱动室33内的非压缩性介质35由密封材料59密封，但是一旦利用活塞31对活塞侧驱动室33加压，则附着在活塞31的外周面上的非压缩性介质35将因活塞侧驱动室33的压力而原封不动地通过密封材料59从汽缸12的开口端泄漏到外部。但是，附着并泄漏到外部的非压缩性介质35将被收集成为密封空间62内的非压缩性介质35，使其不会泄漏到装置的外部。隔膜61由于不具有滑动部分，因此能够防止从汽缸孔30泄漏的非压缩性介质35从密封空间62飞散到外部。

当使活塞31后退移动，增大活塞侧驱动室33的容积时，活塞侧驱动室33和泵侧驱动室17内的非压缩性介质35将变为负压状态，由于利用隔膜61从外部遮挡活塞31的突出端部，因此即使封入到密封空间62内的非压缩性介质35逆流进入活塞侧驱动室33内，外部空气也不会混入活塞侧驱动室33内。

而且，由于活塞31和汽缸12之间的滑动部分与密封的密封空间62相连，因而，能够减少通过密封材料59和活塞表面之间的微细间隙泄漏到外部和从外部进入内部的非压缩性介质35的量，而且由于与气体相比，液体也就是非压缩性介质35的分子量大，因而，难以通过密封材料59和活塞表面之间的微细间隙。因而，在活塞31后退移动时，从密封空间62进入活塞侧驱动室33和泵侧驱动室17内的非压缩性介质35的量与用气体充满密封空间62的情况相比要少，因此能够长期维持喷出精度。

而且，以对活塞31和汽缸12之间进行密封的密封材料59为界，非压缩性介质35附着并残留在轴向两侧，因而非压缩性介质35薄膜状地附着在密封材料59上，可以提高密封材料59的润滑性，防止密封材料59的磨损，因此能够提高密封材料59的耐久性，延长装置的使用寿命。

此外，即使密封材料59因长年使用而磨损且密封性下降，也能防止空气混入活塞侧驱动室33内，能够使活塞31的往复运动行程和从柔性管15内喷出的药液量高精度地对应。因而，在将光刻胶涂覆在半导体晶片上时，能够从涂覆喷嘴27高精度地喷出恒定量的光刻胶。

图3是显示作为本发明另一实施方式的药液供给装置的剖面图。在该药液供给装置10b中，在汽缸12的侧面形成有凹部67，该凹部67通过连通孔68与隔膜61和活塞31之间的密封空间62连通。凹部67通过密封空间62和连通孔68与活塞31的外周面连通。由橡胶等形成的可自由弹性变形的隔膜71安装在凹部67内，由凹部67和隔膜71形成体积可变的膨胀收缩室72，将非压缩性介质35封入到膨胀收缩室72的内部，汽缸12中形成有凹部67的部分成为介质给排部73。隔膜71由与隔膜61相同的橡胶材料等形成，并由固定在汽缸12上的盖部74固定在介质给排部73上，隔膜71在盖部74的内侧空间可自由弹性变形，在盖部74上形成有通气孔75。此外，只要能够吸收膨胀收缩室72的膨胀收缩的体积变化，并不局限于隔膜，也可以使用波纹管。

在图3所示药液供给装置中，一旦活塞31往复运动，则通过该往复运动，密封空间62的体积变化，随着该体积变化，膨胀收缩室72内的体积变化。也就是一旦活塞从图3所示位置向图中下方移动，则由于密封空间62的体积增大，所以来自膨胀收缩室72的非压缩性介质35流入密封空间62内进行补偿，从而适应该体积的增加。从而膨胀收缩室72收缩。另一方面，如果活塞31逆向移动，密封空间62的体积减少，密封空间62的非压缩性介质35被排出到膨胀收缩室72内，膨胀收缩室72膨胀。另外，也可以将介质给排部73与汽缸12分开设置，在此情况下，通过具有连通孔68的软管等将汽缸12的一部分和介质给排部73的一部分连接。

图4是显示作为本发明另一实施方式的药液供给装置的剖面图。在该药液供给装置10c中，泵壳81安装在汽缸12的端面上，泵壳81由PFA形成，供给侧流路23和排出侧流路24设置为一体。但是，供给侧流路23和排出侧流路24也可以分体设置，并分别安装在泵壳81上。

由聚四氟乙烯(PTFE)等弹性材料形成的隔膜82作为泵部件安装在泵壳81和汽缸12之间，由泵壳81和隔膜82构成泵20。由隔膜82将泵壳81和汽缸12之间的空间分隔为泵室16和驱动室83，隔膜82作为分隔膜。

在图4所示药液供给装置10c中，由隔膜82分隔的驱动室83具有上述实施方式中泵侧驱动室17和活塞侧驱动室33的功能，因此药液供给装置10c能够比药液供给装置10a、10b小型化。

即使在药液供给装置10b和10c中也与药液供给装置10a相同，能够增大泵侧驱动室17的压力，而且即使增大压力，非压缩性介质35也不会泄漏到装置的外部。而且由于隔膜61没有滑动部分，因此能够防止从汽缸孔30泄漏的非压缩性介质35从密封空间62飞散到外部。

而且在使活塞31后退移动，增大活塞侧驱动室33的容积时，即使活塞侧驱动室33和泵侧驱动室17内的非压缩性介质35变为负压状态，外部空气也不会混入活塞侧驱动室33内。活塞31和汽缸12之间的滑动部分与密闭的密封空间62相连，因而，能够减少通过密封材料59和活塞表面之间的微小间隙而泄漏到外部和从外部进入内部的非压缩性介质35的量。

以对活塞31和汽缸12之间进行密封的密封材料59为界，非压缩性介质35附着并残留在密封材料59的轴向两侧上，因而变为薄膜状的非压缩性介质35附着在密封材料59上，能够提高密封材料59的润滑性，防止密封材料59的磨损，从而提高密封材料59的耐久性，延长装置的使用寿命。即使密封材料59因长年使用而磨损且密封性下降，也能防止空气混入活塞侧驱动室33内。

此外，能够使活塞31的往复运动行程和从泵室16内喷出的药液量高精度地对应。因而，在将光刻胶涂覆在半导体晶片上时，能够从涂覆喷嘴27高精度地喷出恒定量的光刻胶。

在图4所示药液供给装置10c中也可以设置通过如图3所示的隔膜71可以进行体积变化的膨胀收缩室72。

在图3和4所示药液供给装置10b、10c中，省略了药液罐25和涂覆喷嘴27等，但是上述药液供给装置能够将药液涂覆在半导体晶片等被涂覆物上。

本发明并不局限于上述实施方式，在不脱离其实质精神的范围内，能够进行各种变更。例如活塞31由电机49进行驱动，但是作为驱动装置，并不局限于电机49，也可以使用气压缸等其它驱动装置。

Claims

1.一种药液供给装置，其特征在于，该装置包括：泵，该泵设置有用于将与液体流入口和流出口连通的泵室和驱动室隔开且可自由弹性变形的分隔膜；汽缸，该汽缸安装有用于向所述驱动室供给或从所述驱动室排出非压缩性介质的能够自由往复运动的活塞；驱动装置，该驱动装置用于使所述活塞在直线方向往复运动，并通过所述非压缩性介质使所述泵室膨胀收缩；以及隔膜，该隔膜能够自由弹性变形，且设置在所述活塞和所述汽缸之间，所述隔膜在与所述活塞的外周面和所述汽缸的内周面的滑动部分相连的同时形成封入有非压缩性介质的密封空间。

2.根据权利要求1所述的药液供给装置，其特征在于，该装置具有介质给排部，所述介质给排部形成有膨胀收缩室，所述膨胀收缩室与所述密封空间连通，在所述活塞往复运动时，随着所述密封空间容积的变化，使非压缩性介质流入或被排出。

3.根据权利要求1或2所述的药液供给装置，其特征在于，该装置包括在具有构成所述泵的泵壳和所述汽缸的合体部件上通过所述分隔膜隔开的泵侧驱动室、形成在所述汽缸上的活塞侧驱动室、和将所述泵侧驱动室和活塞侧驱动室连通的连通孔。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的药液供给装置，其特征在于，所述隔膜的中央部安装在所述活塞的突出部上，所述隔膜的外周部安装在所述汽缸上，在所述活塞的突出部的外侧形成所述密封空间。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的药液供给装置，其特征在于，所述分隔膜是管。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的药液供给装置，其特征在于，所述分隔膜是隔膜。

7.根据权利要求6所述的药液供给装置，其特征在于，通过安装在所述汽缸上的泵壳将所述分隔膜安装在所述汽缸上，通过所述分隔膜将所述泵室和所述驱动室隔开。