CN110953146A - 往复运动泵 - Google Patents

Abstract

一种往复运动泵，在吐出时确保吐出量的线性，并且在吸入时不会产生负压、回弹导致的膜片的负荷，以更少的动作气体进行低速动作。该往复运动泵，具备：具有内部空间的泵头；膜片，其将泵头的内部空间区分为导入输送流体的泵室以及导入动作气体的动作室；驱动单元，其具有与膜片连接的往复运动部件，能够通过动作气体至少朝向膜片后退的方向驱动往复运动部件；动作气体切换单元，其将动作气体导入动作室，使得膜片前进并从泵室吐出输送流体，并且将动作气体供应给驱动单元，驱动往复运动部件使得膜片后退并向泵室吸入输送流体。

Description

往复运动泵

技术领域

本发明涉及一种往复运动泵。

背景技术

已知有使膜片进行往复运动的往复运动泵。例如，在半导体晶圆的曝光步骤的前一阶段，在晶圆上表面通过旋涂法涂覆抗蚀剂时使用的抗蚀剂泵等是其中一例(例如，参照专利文献1)。该抗蚀剂泵，为了防止气泡的产生，与以一定的流速向喷嘴输送抗蚀剂的泵相比，增大了抗蚀剂的吐出量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-352002号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，上述专利文献1公开的抗蚀剂泵，通过气缸使得可改变抗蚀剂室(泵室)的容积的膜片以一定量前进/后退从而进行位移并输送抗蚀剂。这类往复运动泵的情况下，由于仅使得膜片的中心部前进以及后退，因此在由吐出压力和液体的粘度决定的负荷的影响下，膜片的外周部变形，无法确保膜片的中心部的行程长度和吐出量或容积变化量之间的线性。因此，为了吐出一定量或一定压力的液体，需要复杂的控制或结构。

另一方面，虽然也可考虑不使用气缸，而使用气体直接驱动膜片，但是在这种情况下，需要用于在吸入步骤中产生负压的装置。在使用喷射器的情况下，在吸入动作中必须连续地对气体进行排气，因此气体的消耗量增加。另外，在通过回弹方式使得膜片在常态下朝向一个方向施力的情况下，在膜片的内外产生差压，因此存在需要膜片的强度的问题。另外，在回弹的方式的情况下，无法调节吸引时间(吸引力)，因此难以进行低速动作，存在输送液起泡、无法吸引的问题。

本发明，鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种往复运动泵，该往复运动泵在输送流体的吐出时通过动作气体直接驱动膜片，在吸入时通过驱动单元间接地驱动膜片，因而在吐出时确保吐出压恒定(吐出量的线性)，在吸入时不会产生负压和回弹导致的膜片的负荷，能够以更少的动作气体进行低速动作。

解决技术问题的方法

本发明的往复运动泵，其特征在于，具备：具有内部空间的泵头；膜片，其将所述泵头的内部空间区分成导入输送流体的泵室以及导入动作气体的动作室；驱动单元，其具有与所述膜片连接的往复运动部件，能够通过所述动作气体至少朝向所述膜片后退的方向驱动所述往复运动部件；动作气体切换单元，其将所述动作气体导入所述动作室，使得所述膜片前进并从所述泵室吐出所述输送流体，并且将所述动作气体供应给所述驱动单元，驱动所述往复运动部件使得所述膜片后退并向所述泵室吸入所述输送流体。

在本发明的一实施方式中，所述泵头，具有与所述动作室连通的第1通气口，所述驱动单元，具有导入以及排出所述动作气体的第2通气口，所述动作气体切换单元包括第1动作阀和第2动作阀，所述第1动作阀从气体供应源向所述第1通气口供应所述动作气体，并从所述第1通气口排出所述动作气体，所述第2动作阀从所述气体供应源向所述第2通气口供应所述动作气体，并从所述第2通气口排出所述动作气体。

在本发明的另一实施方式中，所述泵头，具备：将所述输送流体导入所述泵室的吸入口；从所述泵室吐出所述输送流体的吐出口；排出所述泵室内的气体的排出口，还具备：设置在所述吸入口的上游的吸入阀；设置在所述吐出口的下游的吐出阀；设置在所述排出口的下游的排出阀。

在本发明又一实施方式中，还具备控制部，所述控制部对所述第1动作阀、所述第2动作阀、所述吸入阀、所述吐出阀以及所述排出阀的动作进行控制，所述控制部，比使得所述第1动作阀为打开状态的时刻更晚地，使得所述吐出阀以及所述排出阀的至少一个为打开状态。

在本发明又一实施方式中，所述控制部，比使得所述吸入阀为关闭状态的时刻更晚地，使得所述第2动作阀为关闭状态。

在本发明又一实施方式中，所述驱动单元是气缸。

发明的效果

根据本发明，在吐出时确保吐出量的线性，在吸入时不会发生负压或回弹导致的膜片的负荷，能够以更少的动作气体使其低速动作。

附图说明

图1是示意性地示出使用本发明的一实施方式的往复运动泵的送液系统的整体结构的说明图。

图2是示意性地示出该送液系统的整体结构的说明图。

图3是示出该送液系统的往复运动泵的动作的时序图。

具体实施方式

以下，参照添附的附图，详细地说明本发明的实施方式的往复运动泵。但是，以下的实施方式，不限定各权利要求的发明，另外，并非在实施方式中说明的特征的组合的全部都是本发明的解决方式所必须的。

[送液系统的结构]

如图1以及图2所示，送液系统100，具备作为本实施方式的往复运动泵的定量泵1，和对该定量泵1的整体的动作进行控制的控制部10。定量泵1，具有泵头2和安装在该泵头2的背面侧并作为驱动单元的气缸3。

本实施方式的定量泵1，例如作为输送流体，对涂覆于半导体晶圆49的上表面的抗蚀剂R进行输送，但不限于此。需要说明的是，图1示出了吐出抗蚀剂R时各部的状态，图2示出了吸入抗蚀剂R时各部的状态。

泵头2，配置在泵基台1a上，在内部具有内部空间2a。内部空间2a中配置有膜片4。膜片4，由橡胶、弹性体等弹性部件构成，将泵头2的内部空间2a区分为导入抗蚀剂R的泵室5以及导入动作气体的动作室6。头盖7通过螺栓8安装在泵头2的前面侧，通过该头盖7设置吐出口26、排出口27以及吸入口28。

吸入口28，通过被来自第3电磁阀(SV3)13的气体驱动的气动阀(吸入阀)17，将例如存储在抗蚀剂罐48内的抗蚀剂R导入泵室5内。吐出口26，通过被来自第1电磁阀(SV1)11的气体驱动的气动阀(吐出阀)16，朝向喷嘴46吐出导入到泵室5中的抗蚀剂R。

另外，排出口27，将在抗蚀剂R中产生的气泡和泵室5内的气泡等气体，通过被来自第2电磁阀12的气体驱动的气动阀(排出阀)18，向外部排出。需要说明的是，第1～第3电磁阀11～13，均通过压力调节阀21与气体供应源9连接。

另一方面，气缸3，在中央部具有沿泵头2的前后方向通过密封轴衬3c而气密地自由滑动的棒状的活塞杆3a。在该活塞杆3a的基端侧安装有可动支架29，该可动支架29的上下端部分别具备遮蔽板29a、29b。该可动支架29，与活塞杆3a朝前后方向的移动进行连动，朝前后方向移动。活塞杆3a的顶端侧，通过螺栓3b安装在膜片4的中央部。

需要说明的是，在泵头2的背面侧具备图像传感器(S1)30a和图像传感器(S2)30b，图像传感器(S1)30a设置在当活塞杆3a朝后方移动时遮蔽板29a到达的位置附近，图像传感器(S2)30b设置在当活塞杆3a朝前方易移动时遮蔽板29b到达的位置附近。

另外，在泵头2的背面侧的上部设置有通气口31，该通气口31用于通过压力调节阀22、作为第1动作阀的第4电磁阀(SV4)14以及速度控制器24，向动作室6内导入以及排除动作气体。该通气口31，例如通过朝向动作室6往斜下方倾斜的通气路31a与动作室6连接，以与动作室6的上端附近连通。

另外，在气缸3的下部设置有通气口32，该通气口32用于通过压力调节阀23、作为第2动作阀的第5电磁阀(SV5)15以及速度控制器25，向气缸内导入以及排出动作气体。需要说明的是，各压力调节阀22、23，均与气体供应源9连接。另外，在气缸3的内部，设置有与活塞杆3a的基端侧相连，基于来自通气口32的动作气体的导入使得活塞杆3a后退的未图示的机构。需要说明的是，第4电磁阀14和第5电磁阀15，构成切换动作气体的动作气体切换单元。

使用如此构成的定量泵1的送液系统100，通过来自控制部10的控制，在抗蚀剂R的吐出动作时向动作室6内供应动作气体，从而直接利用动作气体使得膜片4向前方侧位移。另一方面，在抗蚀剂R的吸入动作时通过气缸3使得活塞杆3a向后方移动，从而使得膜片4恢复到原点位置(将膜片4向后方侧牵引)。

因此，当吐出时，能够以恒定的压强吐出(在动作气体的导入量和抗蚀剂R的吐出量之间确保线性)。另外，在吸入时不会产生负压，能够利用进入气缸3的少量的动作气体进行低速动作。而且，在吐出时膜片4整体被施加均等的压强，在吸入时由于使用气缸3，因此也不会产生回弹导致的膜片4的负荷，能够提高膜片4的耐久性。

[定量泵的动作]

接着，对送液系统100中的定量泵1的动作进行说明。

需要说明的是，在以下的说明中，在抗蚀剂R已经填充于泵室5内之后，从膜片4位于原点位置的待机状态(图2所示的状态)开始1个循环的动作。

如图3所示，在待机状态下，若向控制部10输入开始信号(开始信号输入ON)，则控制部10，使得第4电磁阀14为ON(SV4为ON)，延迟规定时间t0后使得第1电磁阀11或第2电磁阀12为ON(SV1为ON(或SV2为ON))。由此，吐出动作或者排气动作开始。需要说明的是，在通常的吐出动作时使得第1电磁阀11为ON(SV1为ON)，在排气动作时使得第2电磁阀12为ON(SV2为ON)。

若第4电磁阀14变为ON，则从气体供应源9通过压力调节阀22供应给第4电磁阀14的动作气体，在通过速度控制器24进行流量调节之后，从通气口31供应到动作室6内。另一方面，气缸3内的动作气体，通过通气口32、速度控制器25从第5电磁阀15被排出。由此，膜片4向泵室5侧膨胀并位移。

另外，在吐出动作时若第1电磁阀11变为ON，则从气体供应源9通过压力调节阀21供应给第1电磁阀11的气体，使得气动阀16为ON并且将吐出口26与喷嘴46之间连通。进一步，在排气动作时若第2电磁阀12变为ON，则从气体供应源9通过压力调节阀21供应给第2电磁阀12的气体，使得气动阀18为ON并且使得排出口27变为打开状态。

由此，在吐出动作时，与膜片4向泵室5内位移的体积相当的抗蚀剂R，从泵室5通过吐出口26、气动阀16以及喷嘴46，吐出(涂覆)到半導体晶圆49的上表面。另外，在排气动作时，与膜片4向泵室5内位移的体积相当的气体和抗蚀剂R，从泵室5通过排出口27以及气动阀18排出到外部。

需要说明的是，当在通常的吐出动作时，通过相对于第4电磁阀14的ON时刻将第1电磁阀11的ON时刻例如延迟规定时间分钟t0，从而能够实现抗蚀剂R的定速吐出。另外，当在排气动作时，通过相对于第4电磁阀14的ON时刻将第2电磁阀12的ON时刻与以上同样地延迟规定时间分钟t0，能够提高排气性。

而且，在吐出动作或排气动作中，在安装于气缸3的活塞杆3a上的可动支架29的遮蔽板29b被图像传感器30b检测到(S2为ON)的时刻(遮蔽板29b通过图像传感器30b的时刻)，控制部10使得第1电磁阀11(或第2电磁阀12)以及第4电磁阀14为OFF(SV1为OFF(或SV2为OFF)以及SV4为OFF)。

若第1电磁阀11变为OFF，则给气动阀16供应的气体被停止，因此气动阀16变为OFF并且吐出口26与喷嘴46之间封闭。另外，当第2电磁阀12为OFF时，停止给气动阀18供应气体，因此气动阀18为OFF排出口27成为关闭状态。

进一步，若第4电磁阀14变为OFF，则从气体供应源9通过压力调节阀22供应给第4电磁阀14的动作气体被停止，因此变为从动作室6内动作气体可以通过通气口31以及速度控制器24从第4电磁阀14排气的状态。

由此，膜片4在向泵室5侧最大膨胀的状态下停止。需要说明的是，即使遮蔽板29b没有被图像传感器30b检测到，在控制部10中，通过预先设置检测信号的输入时间(例如，从吐出动作开始的时间等)，也能够任意地使膜片4停止。通过如此调节输入时间，能够调节抗蚀剂R的吐出量。

此后，在膜片4停止规定时间t1后，控制部10，使得第3电磁阀13以及第5电磁阀15为ON(SV3为ON以及SV5为ON)。由此，吸入动作开始。在吸入动作时若第3电磁阀13变为ON，则从气体供应源9通过压力调节阀21供应给第3电磁阀13的气体，使得气动阀17为ON并将吸入口28和抗蚀剂罐48之间连通。

另外，在吸入动作时若第5电磁阀15变为ON，则从气体供应源9通过压力调节阀23供应给第5电磁阀15的动作气体，在被速度控制器25进行流量调节之后，从通气口32供应给气缸3内。另一方面，动作室6内的动作气体，通过通气口31、速度控制器24从第4电磁阀14排气。由此，活塞杆3a向后方侧移动，膜片4被牵引向动作室6。由此，在吸入动作时，与膜片4向动作室6侧返回的体积相当的抗蚀剂R，从抗蚀剂罐48通过气动阀17以及吸入口28，被导入泵室5内。

而且，在吸入动作中，在安装于气缸3的活塞杆3a上的可动支架29的遮蔽板29a被图像传感器30a检测到(S1为ON)的时刻(遮蔽板29a通过图像传感器30a的时刻)，控制部10，使得第3电磁阀13为OFF(SV3为OFF)，之后，延迟规定时间t2使得第5电磁阀15为OFF(SV5为OFF)，再次成为待机状态。

需要说明的是，通过将第5电磁阀15的OFF时刻相对于第3电磁阀13的OFF时刻延迟规定时间t2的量，能够防止膜片4的回复力导致原点位置向前方侧偏离。而假如第5电磁阀15的OFF时刻与第3电磁阀13的OFF时刻为同时或者在第3电磁阀13的OFF时刻之前，则会发生膜片4的原点位置向前方侧偏离这种现象。如以上所述，定量泵1完成1个循环的动作。

需要说明的是，上述的规定时间t0～t2是能够任意地设置的时间。另外，在上述的定量泵1的吐出动作以及吸入动作中，控制部10，通过进行压力控制阀21～23中的供应气体的压力调节，以及进行速度控制器24、25中的供应气体的流量调节，能够适当地改变定量泵1的吐出速度(mL/s)以及吸入速度(mL/s)。

以上，虽然说明了本发明的实施方式，但是该实施方式，仅仅作为示例被提出，不意在限定本发明的范围。该新颖的实施方式，能够以其他各种各样的方式进行实施，在不脱离发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形，包含在发明的范围及要旨内，并且包含在记载于权利要求的范围内的发明及其等价的范围内。

附图标记说明

1 定量泵

2 泵头

2a 内部空间

3 气缸

3a 活塞杆

4 膜片

5 泵室

6 动作室

7 头盖

9 气体供应源

10 控制部

11 第1电磁阀(SV1)

12 第2电磁阀(SV2)

13 第3电磁阀(SV3)

14 第4电磁阀(SV4)

15 第5电磁阀(SV5)

16～18 气动阀

21～23 压力调节阀

24、25 速度控制器

26 吐出口

27 排出口

28 吸入口

31、32 通气口

100 送液系统

Claims (6)

1.一种往复运动泵，其特征在于，具备：

具有内部空间的泵头；

膜片，其将所述泵头的内部空间区分成导入输送流体的泵室以及导入动作气体的动作室；

驱动单元，其具有与所述膜片连接的往复运动部件，能够通过所述动作气体至少朝向所述膜片后退的方向驱动所述往复运动部件；

动作气体切换单元，其将所述动作气体导入所述动作室，使得所述膜片前进并从所述泵室吐出所述输送流体，并且将所述动作气体供应给所述驱动单元，驱动所述往复运动部件使得所述膜片后退并向所述泵室吸入所述输送流体。

2.如权利要求1所述的往复运动泵，其特征在于，

所述泵头，具有与所述动作室连通的第1通气口，

所述驱动单元，具有导入以及排出所述动作气体的第2通气口，

所述动作气体切换单元包括第1动作阀和第2动作阀，所述第1动作阀从气体供应源向所述第1通气口供应所述动作气体，并从所述第1通气口排出所述动作气体，所述第2动作阀从所述气体供应源向所述第2通气口供应所述动作气体，并从所述第2通气口排出所述动作气体。

3.如权利要求2所述的往复运动泵，其特征在于，

所述泵头，具备：

将所述输送流体导入所述泵室的吸入口；

从所述泵室吐出所述输送流体的吐出口；

排出所述泵室内的气体的排出口，

所述往复运动泵还具备：

设置在所述吸入口的上游的吸入阀；

设置在所述吐出口的下游的吐出阀；

设置在所述排出口的下游的排出阀。

4.如权利要求3所述的往复运动泵，其特征在于，

还具备控制部，所述控制部对所述第1动作阀、所述第2动作阀、所述吸入阀、所述吐出阀以及所述排出阀的动作进行控制，

所述控制部，比使得所述第1动作阀为打开状态的时刻更晚地，使得所述吐出阀以及所述排出阀的至少一个为打开状态。

5.如权利要求4所述的往复运动泵，其特征在于，

所述控制部，比使得所述吸入阀为关闭状态的时刻更晚地，使得所述第2动作阀为关闭状态。

6.如权利要求1～5中任一项所述的往复运动泵，其特征在于，

所述驱动单元是气缸。

Images