JP2006066479A - 薬液ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】容積可変部材の膨らみすぎによる破損を防止できる薬液ポンプを得ること。
【解決手段】ポンプハウジング１５に、初期位置にあるチューブフラム１９の外側面１９ａと当接する内側面１５ａを設けた。これにより、チューブフラム１９が初期位置に戻ろうとするとき、その初期位置からさらにポンプ室Ｐｏの容積を拡張しようとする方向へ変形することが規制される。そのため、チューブフラム１９の膨らみすぎを防止でき、ひいてはその膨らみすぎによる破損を防止できる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、薬液の吸入、吐出を行う薬液ポンプに関するものであり、具体的にはフォトレジスト液等の薬液塗布工程など半導体製造装置の薬液使用工程において用いるのに好適な薬液ポンプに関する。

半導体製造装置の薬液使用工程においては、フォトレジスト液等の薬液を半導体ウェハに所定量ずつ塗布するための薬液供給システムが提案されている。この薬液供給システムに用いられる薬液ポンプとして、特許文献１に示すような薬液ポンプがある。この特許文献１の薬液ポンプは、薬液の流路に介在される可撓性チューブを備え、その可撓性チューブ内はポンプ室とされている。また、可撓性チューブの外方には側壁が設けられ、その側壁と可撓性チューブとの間は作動室とされ非圧縮性流体である純水が封入されている。そして、側壁に一体に組み付けられたアクチュエータの作動により、作動室内に純水が注入されると、作動室内の純水の容積が増加するため、それを受けて可撓性チューブが内側に変形する。これにより、ポンプ室の容積が縮小され、ポンプ室から薬液が吐出される。逆に、アクチュエータの作動により、作動室内の純水が吸い出されると、作動室内の純水の容積が減少するため、それを受けて可撓性チューブは膨らむ。これにより、ポンプ室の容積が拡張され、ポンプ室内に薬液が吸入されるようになっている。

しかしながら、特許文献１の薬液ポンプでは、作動室内に設けられた可撓性チューブの外側面周囲は純水が満たされただけとなっている。このため、作動室内の純水の容積が減少して可撓性チューブが膨らむ際に、作動室内に充填された純水の容積調整を正確に行わないと作動室内の純水の容積が減少しすぎてしまい、可撓性チューブが膨らみすぎるという問題がある。可撓性チューブであれば多少の膨らみすぎは許容されるものの、そのような膨らみすぎの状態が何度も繰り返されると、可撓性チューブであってもその破損につながる点で大きな問題となっていた。
特開平１１−２２６４７号公報

本発明は、容積可変部材の膨らみすぎによる破損を防止できる薬液ポンプを提供することを目的とするものである。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。なお以下では、理解を容易にするため、発明の実施の形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。

手段１．本体（ポンプハウジング１５、閉塞部材３３）内の薬液流路の途中に、無負荷状態で薬液流路に沿った筒状をなす容積可変部材（チューブフラム１９）を備え、その容積可変部材の内側を薬液（レジスト液Ｒ）が充填されるポンプ室とし、容積可変部材の外側面に流体圧力を直接作用させることによりその容積可変部材を駆動して前記ポンプ室の容積を変化させ、その容積変化に基づき薬液を吐出又は吸入する薬液ポンプであって、
前記容積可変部材が無負荷状態にあるときに、その容積可変部材の前記流体圧力が作用する外側面と当接する内側面を本体内に設けたことを特徴とする薬液ポンプ。

手段１によれば、容積可変部材の外側面に流体圧力を直接作用させることで容積可変部材が駆動される。具体的には、容積可変部材の外側面に作用する流体圧力が上昇すると、容積可変部材はその内側に撓むようにして変形し、ポンプ室内の容積が縮小される。これにより、ポンプ室から薬液が吐出される。これに対し、容積可変部材の外側面に作用する流体圧力が低下すると、容積可変部材はもとの無負荷状態の形状（初期形状）に戻ろうと変形し、ポンプ室内の容積が拡張される。これにより、ポンプ室内に薬液が吸入される。そして、この容積可変部材が初期形状に戻ろうとするとき、容積可変部材は初期形状で本体の内側面と当接しているため、その初期形状からさらにポンプ室の容積を拡張しようとする方向へ変形することが規制される。これにより、容積可変部材の膨らみすぎを防止でき、ひいてはその膨らみすぎによる破損を防止できる。

特に、薬液吸入時に容積可変部材の外側面に作用する流体圧力を負圧にする場合、容積可変部材はより膨らみやすい状況となるため、手段１のように、内側面を設けることで膨らみすぎることの防止効果は大きいものとなる。

手段２．前記内側面を、前記容積可変部材の前記流体圧力が作用する外側面と略全体にわたって当接するように形成したことを特徴とする手段１に記載の薬液ポンプ。

手段２によれば、前記容積可変部材の前記流体圧力が作用する外側面が略全体にわたって内側面と当接することになるため、内側面が部分的に設けられた場合に比べて、容積可変部材の膨らみすぎをより確実に防止することができる。

手段３．前記容積可変部材は、非伸縮性の材料により薄肉に形成され、前記流体圧力の作用により変形する変形駆動部（筒状部２１）を備えたことを特徴とする手段１又は２に記載の薬液ポンプ。

手段３では、容積可変部材の変形駆動部が非伸縮性の材料で形成されているため、薬液吸入時にその変形駆動部の膨らみすぎが生じると、伸縮性材料のように膨らみすぎた分を伸縮によって吸収できないため、破損のおそれは大きい。この点、手段１及び２のように、容積可変部材（変形駆動部）が初期形状で本体の内側面と当接するように構成して、膨らみすぎを防止すれば、破損防止の効果は顕著となる。

手段４．前記変形駆動部の端部をフレア形状に形成された拡径部としたことを特徴とする手段１〜３のいずれかに記載の薬液ポンプ。

手段４によれば、変形駆動部が流圧圧力の作用により変形する際、変形駆動部の端部がフレア形状に形成された拡径部とされていることにより、その変形が容易となる。

手段５．前記拡径部には薬液流路方向に沿った断面が山型に形成された遊び部を設けたことを特徴とする手段４に記載の薬液ポンプ。

手段５によれば、変形駆動部が変形する際、遊び部が存在することでその山型に形成された範囲で変形駆動部の端部が可動状態となる。変形駆動部が変形すると、変形駆動部は薬液流路方向の長さが縮まることになるが、変形駆動部の端部が可動状態となることでその縮まりを吸収できる。仮に、変形駆動部の端部が固定された場合には、変形駆動部自身が伸張することでその吸収が行われることになるが、非伸縮性材料で変形駆動部を形成した場合には特に無理な力がかかることになる。これは、変形駆動部にとって大きな負担となって容積可変部材が破損する原因となる。この点、手段５のように変形駆動部の端部に遊び部を設けることで、そのような破損を防止することができる。

さらに、手段５によれば、変形駆動部の縮まりを吸収でき、前記手段４によれば変形駆動部の変形が容易となっているため、その両者があいまって、薬液吐出時に変形駆動部が滑らかな動きで変形されることになる。これにより、容積可変部材の外側面に作用する流体圧力が微圧であってもその容積可変部材は変形できるため、微圧吐出が可能となる。

手段６．前記本体を、ポンプ室の吐出側が開口するように前記容積可変部材を収容したポンプハウジングと、そのポンプ室の吐出側開口を閉塞する閉塞部材とで構成し、前記閉塞部材のポンプ室側にはポンプ室内まで延設された柱状の変形規制部材を設け、その変形規制部材の基端部周囲において同基端部からずらした位置に開口する吐出通路を設け、ポンプ室の吐出側を上にした場合に、前記吐出通路の開口がもっとも高い位置となるように前記変形部材の基端部周囲に傾斜を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薬液ポンプ。

手段６によれば、変形規制部材により、薬液吐出時に容積可変部材がその内側に撓みすぎることや、ポンプ室の容積を削減することができる。そして、かかる変形規制部材が閉塞部材に設けられていることにより、閉塞部材の中心を通過する吐出通路を設けられず、薬液中に気泡が発生した場合に、その気泡を吐出通路に集めるのが困難となる。この点、手段６では、変形規制部材の基端部周囲には傾斜が設けられ、ポンプ室の吐出側を上にした場合に、もっとも高くなった位置に吐出通路の開口が設けられているため、薬液中に発生した気泡を吐出通路の開口付近に集めることができる。これにより、気泡除去時には吐出通路およびそれにつながる吐出ポートを介して薬液中に発生した気泡を容易に取り除くことができる。

手段７．前記変形規制部材の基端部周囲をその縦断面が円弧状をなすように形成したことを特徴とする手段６に記載の薬液ポンプ。

手段７によれば、変形規制部材の基端部周囲には角がなくなるため、その基端部周囲に集まった気泡のすべてを吐出通路の開口に導くことができる。これにより、気泡の除去をより確実に行うことができる。

ここで、上記各手段について、より詳細に構成を説明すると、前記閉塞部材と変形規制部材は一体に形成されることが好ましい。これにより、部品点数を少なくできる。また、容積可変部材、より具体的にはチューブフラムはポンプハウジングの内側空間に収容され、その基部（下部側）でポンプハウジングに固定される構成とし、その基部には吸入通路及び吸入ポートを設けた構成が好ましい。これにより、吸入通路をポンプハウジングに設ける必要がなくなり、同ハウジングを小型化できる。さらに、ポンプハウジングに収容されたチューブフラムの上部を閉塞部材とポンプハウジングとで挟持する構成が好ましい。これにより、閉塞部材の取り付けと同時にチューブフラム上端部の固定もでき、構成が簡単となる。さらに、チューブフラムの外周面をほぼ全体にわたり、ポンプハウジングの内側面に当接させ、その両面間の隙間に流体を給排してチューブフラムを変形させる構成とするのが好ましい。これにより、チューブフラム周囲に作動室や圧力室と称する空間を確保する構成に比べ、薬液ポンプの側面、周方向の大きさをスリム化して小型化できる。

以下、発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、半導体装置等の製造ラインにて使用される薬液供給システム中の薬液ポンプについて具体化している。先ずは、薬液ポンプを使用した薬液供給システムの全体構成を、図１の回路図に基づいて説明する。

図１に示したように、この薬液供給システムは薬液ポンプ１３を備えている。薬液ポンプ１３はポンプ室Ｐｏを備えており、薬液ポンプ１３に給排される作動エアの作用により、ポンプ室Ｐｏの容積が縮小・拡張することで、薬液としてのレジスト液Ｒが吐出・吸入される。その具体的構成は後述する。

薬液ポンプ１３の吸入ポートＰ１（後述）には、途中に吸入側制御弁４０を有する吸入配管４１の一端が接続され、その吸入配管４１のもう一端はレジストボトル４２に充填された薬液としてのレジスト液Ｒ内に導かれている。この吸入側制御弁４０は、エアオペレイトバルブにて構成され、非作動時に閉じるように構成されている。吸入側制御弁４０は、２位置３ポート型の電磁切換弁よりなる第２切換弁４３にて駆動される。第２切換弁４３は、駆動部として電磁ソレノイド及びそのソレノイドを動作させる回路からなる電磁切換部４３ａを備え、該電磁切換部４３ａはコントローラ６０にてＯＮ／ＯＦＦ制御される。そして、電磁切換部４３ａ（電磁ソレノイド）のＯＦＦ時には、第２切換弁４３を大気開放に切り換え、吸入側制御弁４０を閉状態にする。一方、電磁切換部４３ａ（電磁ソレノイド）のＯＮ時には、吸入側制御弁４０と供給源４４とを圧力制御弁４５を介して接続する。つまり、供給源４４にて加圧された作動エアが圧力制御弁４５により所定圧に調整され、その所定圧の作動エアが吸入側制御弁４０に供給される。従って、吸入側制御弁４０が閉状態から開状態に切り換えられ、レジスト液Ｒが薬液ポンプ１１側に供給可能な状態となる。

薬液ポンプ１３の吐出ポートＰ２（後述）には、途中に遮断弁４６を有する吐出配管４７が接続されている。また、遮断弁４６は、コントローラ６０の制御により開閉されるように構成されている。つまり、遮断弁４６は、非駆動時には閉状態となっており、駆動されて開状態になると、薬液ポンプ１３側からレジスト液Ｒが吐出可能な状態となる。そして、吐出配管４７の先端ノズルは、下方に指向されるとともに、回転板４８上に載置されて該回転板４８とともに回転する半導体ウェハ４９の中心位置にレジスト液Ｒが滴下される位置に配置されている。因みに、レジスト液Ｒの吐出量の精度を向上させるためには、吐出配管４７を短くすることが好ましい。従って、薬液ポンプ１３及び遮断弁４６は、半導体ウェハ４９を載置する回転板４８の近傍位置に配置されている。

薬液ポンプ１３には給排ポートＰ３（後述）が設けられ、その給排ポートＰ３にはエア配管５５が接続されている。エア配管５５には２位置３ポート型の電磁切換弁である第１切換弁１４が接続されている。この第１切換弁１４は切換手段を構成している。第１切換弁１４の残る２ポートのうち一方は排気配管５３を介して真空発生源５４に接続され、もう一方は途中に電空レギュレータ５０を有する給気配管５１を介して供給源５２に接続されている。電空レギュレータ５０は、排気ポートが大気開放されるものであり、供給源５２から薬液ポンプ１３に供給する作動エアの圧力が設定圧一定となるようにコントローラ６０にて調整されている。

前記第１切換弁１４は、駆動部として電磁ソレノイド及びそのソレノイドを動作させる回路からなる電磁切換部１４ａを備え、該電磁切換部１４ａはコントローラ６０にてＯＮ／ＯＦＦ制御される。そして、電磁切換部１４ａ（電磁ソレノイド）のＯＦＦ時には、薬液ポンプ１３がエア配管５５及び排気配管５３を介して真空発生源５４と接続される。また、電磁切換部４３ａ（電磁ソレノイド）のＯＮ時には、電空レギュレータ５０によって設定圧とされた作動エアがエア配管５５及び給気配管５１を介して薬液ポンプ１３に供給される。

前記第１，第２切換弁１４，４３、遮断弁４６及び電空レギュレータ５０は、コントローラ６０により制御される。すなわち、このコントローラ６０には、外部から薬液供給システムの開始や停止、各設定等に応じた入力信号が入力されている。そして、コントローラ６０は、これら入力された各種信号に基づいて生成した第１〜第４指令信号を電空レギュレータ５０、第２切換弁４３、遮断弁４６及び第１切換弁１４のそれぞれ出力し、レジスト液Ｒをレジストボトル４２から汲み上げるとともに、汲み上げたレジスト液Ｒを半導体ウェハ４９に所定量だけ滴下するように制御している。なお、本実施の形態の薬液供給システムでは、オープンループ制御（レジスト液Ｒの吐出圧を作動エアの圧力に反映させない）により薬液ポンプ１３の吐出・吸入動作が行われている。

次に、コントローラ６０の具体的な制御を説明するとともに、これに伴った薬液供給システムの動作シーケンスを図２に示すタイムチャートに基づいて説明する。

図２において、先ず、コントローラ６０は、作動エアを設定圧とする第１指令信号を電空レギュレータ５０に出力する。これにより、電空レギュレータ５０は、供給源５２にて加圧された作動エアを設定圧となるように調整する。また、ｔ１の直前の状態は、吸入側制御弁４０が開状態、遮断弁４６が閉状態となっており、後述する薬液ポンプ１３のポンプ室Ｐｏ内にはレジスト液Ｒが吸入されて充填された状態となっている。

そして、ｔ１のタイミングで入力信号がＯＮレベルに立ち上がると、コントローラ６０は、第２指令信号をＯＮレベルからＯＦＦレベルに立ち下げるとともに、第４指令信号をＯＦＦレベルからＯＮレベルに立ち上げる。すると、第２指令信号に基づいて第２切換弁４３の電磁ソレノイドがＯＦＦされ、吸入側制御弁４０が閉状態になる。つまり、薬液ポンプ１３とレジストボトル４２とが遮断された状態となる。また、第４指令信号に基づいて第１切換弁１４の電磁ソレノイドがＯＮされる。そのため、設定圧に調整された作動エアが第１切換弁１４を介して薬液ポンプ１３に供給される。これにより、薬液ポンプ１３のポンプ室Ｐｏはその容積が縮小しようとし、ポンプ室Ｐｏ内に充填されたレジスト液Ｒを加圧する。しかしながらこの場合、薬液ポンプ１３下流側の遮断弁４６が閉状態となっているので、レジスト液Ｒは吐出されない。

次いで、ｔ２のタイミングでは、コントローラ６０は第３指令信号をＯＦＦレベルからＯＮレベルに立ち上げる。すると、第３指令信号に基づいて遮断弁４６が開状態となる。この時、前述の通りポンプ室Ｐｏのレジスト液Ｒが加圧されているので、薬液ポンプ１３からレジスト液Ｒが吐出され、そのレジスト液Ｒが遮断弁４６を介して吐出配管４７の先端ノズルから滴下される。

次いで、ｔ３のタイミングでは、コントローラ６０は第３指令信号をＯＮレベルからＯＦＦレベルに立ち下げる。すると、第３指令信号に基づいて遮断弁４６が閉状態となり、レジスト液Ｒの吐出が停止される。

次いで、ｔ４のタイミングで入力信号がＯＦＦレベルに立ち下がると、コントローラ６０は、第２指令信号をＯＦＦレベルからＯＮレベルに立ち上げるとともに、第４指令信号をＯＮレベルからＯＦＦレベルに立ち下げる。すると、第２指令信号に基づいて第２切換弁４３の電磁ソレノイドがＯＮされ、吸入側制御弁４０が開状態になる。つまり、薬液ポンプ１３とレジストボトル４２とが連通された状態となる。また、第４指令信号に基づいて第１切換弁１４の電磁ソレノイドがＯＦＦされる。そのため、作動エアが真空発生源５４により吸引される。これによりポンプ室Ｐｏの容積が拡大される。この場合、薬液ポンプ１３上流側の吸入側制御弁４０が開状態になるので、レジスト液Ｒがポンプ室Ｐｏ内に吸入され充填される。

そして、ｔ５以降においては、ｔ５が前記ｔ１、ｔ６が前記ｔ２と同じとなる。つまり、コントローラ６０は、上記動作を繰り返すようになっている。

次に、前記薬液ポンプ１３の構成について図３〜図８に基づいて説明する。なお、図３〜図６は薬液ポンプの構成を図示したもので、図３は上面図、図４は下面図、図５は図３
のＡ−Ａ線断面図、図６は分解断面図である。図７は薬液ポンプの動作を説明するための断面図であり、図８はその一部拡大図である。

図３〜図６に示したように、薬液ポンプ１３は、横断面が四角形状をなす有底筒状に形成された金属製のポンプハウジング１５を備えている。なお、薬液ポンプ１３の本体は、このポンプハウジング１５と後述する閉塞部材３３とで構成されている。

ポンプハウジング１５の内側面１５ａ（本体の内側面）はその横断面が上下方向に沿って同一径となる円形状に形成され、この内側面１５ａと内底面１５ｂにより円柱状をなす内側空間１６が形成されている。また、ポンプハウジング１５の上部は開口され、その開口周縁部１５ｃはエッジ加工されてその縦断面が円弧状となるように形成されている。一方、ポンプハウジング１５の内底面１５ｂには、その略中央部において、前記内側空間１６と外部とを連通する連通孔１７が形成されている。そして、ポンプハウジング１５の外側面には給排ポートＰ３が設けられ、その給排ポートＰ３と前記内側空間１６とを連通する給排通路１８がポンプハウジング１５に形成されている。給排通路１８は後述するチューブフラム１９の筒状部２１の上下方向略中央部において、筒状部２１の外側面と対向する位置で開口するように形成されている。

前記ポンプハウジング１５の内側空間１６にはその内側空間１６の全体を占めるように容積可変部材としてのチューブフラム１９が収容されている。このチューブフラム１９はポンプハウジング１５に固定される基部２０と、基部２０の上部にその基部２０と一体に形成された変形駆動部としての筒状部２１とで構成されている。この基部２０及び筒状部２１は同じ材質、具体的には非伸縮性のフッ素樹脂により形成されている。

前記基部２０は、ポンプハウジング１５の内側空間１６にチューブフラム１９を収容した際、内側空間１６の下部側に収容される。その基部２０の外形は内側空間１６への収容時にポンプハウジング１５の内側面１５ａ及び内底面１５ｂと当接するように、円柱状に形成されている。また、基部２０にはその外周面に収容溝２２が環状に形成されている。収容溝２２には、ポンプハウジング１５と同じ材質で形成された金属製の被固定ブロック２３が収容されている。そして、基部２０が内側空間１６に収容された状態でポンプハウジング１５の底部と前記被固定ブロック２３とをボルト２４で固定することにより、基部２０は内側空間１６の下部側でポンプハウジング１５に固定される。これにより、チューブフラム１９がポンプハウジング１５の内側空間１６内で固定される。

また、基部２０の外周面には前記収容溝２２より上側においてシール部材２５が設けられ、このシール部材２５により基部２０とポンプハウジング１５の内側面１５ａとの間がシールされている。また、基部２０にはその底面２０ａに凸部２６が形成されている。凸部２６は基部２０を内側空間１６内で固定したときに前記連通孔１７に挿入され、その先端部がポンプハウジング１５の下面から突出するように形成されている。凸部２６にはその下端面に吸入ポートＰ１が形成されおり、凸部２６及び基部２０には吸入ポートＰ１とチューブフラム１９の内側空間２７とを連通する吸入通路２８が形成されている。

前記筒状部２１は、その上部が開口し、内側空間１６への収容時には外側面がポンプハウジング１５の内側面１５ａと当接するように円筒状に形成されている。そして、筒状部２１はその筒状部２１に力が作用することで変形するように薄肉に形成されている。また、図８に拡大して示すように、筒状部２１の上端部には筒状部２１と一体をなし、かつ筒状部２１と同様に薄肉とされる拡径部２９が形成されている。拡径部２９はポンプハウジング１５の開口周縁部１５ｃ及び開口端面１５ｄから離れるように、連続して徐々に拡径されるフレア形状に形成され、その端部には山型に形成され遊び部２９ａが設けられている。拡径部２９の最終端は筒状部２１や拡径部２９よりも肉厚とされた肉厚部３０の上端部と接続されている。この拡径部２９及び肉厚部３０は筒状部２１と同一材質で形成されている。そして、筒状部２１と拡径部２９の内側面、すなわちチューブフラム１９の内側面１９ａにより内側空間２７が形成されている。

チューブフラム１９を収容したポンプハウジング１５の上側には、閉塞部材３３がチューブフラム１９の上部開口を塞ぐようにボルト３４によってポンプハウジング１５に取り付けられている。閉塞部材３３の下面、すなわちチューブフラム１９の内側空間２７側にはその内側空間２７と連通する凹部３５が形成されている。この凹部３５はチューブフラム１９の拡径部２９を収容するため、チューブフラム１９の上部開口よりも径が大きく形成されている。そして、閉塞部材３３の凹部３５周囲の端面３３ａとポンプハウジング１５の開口端面１５ｄとで前記チューブフラム１９の肉厚部３０が挟持されている。この両端面１５ｄ，３３ａには図示しないビードが形成されており、その両端面１５ｄ，３３ａと肉厚部３０との間がそれぞれシールされている。

前記閉塞部材３３には、前記凹部３５を形成する上部内壁の略中央部において、その上部内壁から凹部３５内及びチューブフラム１９の内側空間２７内を鉛直かつ下方向に向けて変形規制部材としての芯棒３６が延設されている。芯棒３６は筒状部２１の下端部（基部２０側端部）まで延びるように設けられ、その先端部は縦断面が円弧をなすように形成されている。そして、この芯棒３６が存在した状態での前記内側空間２７がポンプ室Ｐｏとされ、レジスト液Ｒが充填される。ここで、図７（ａ）に示したのは、チューブフラム１９（筒状部２１）の外側面１９ａがポンプハウジング１５の内側面１５ａに当接した状態であり、この状態でポンプ室Ｐｏの容積が最大となっている。これに対し、図７（ｂ）に示したのは、チューブフラム１９（筒状部２１）がその内側に撓んで内側面１９ｂが芯棒３６に当接した状態であり、この状態でポンプ室Ｐｏの容積が最小となっている。なお、図７（ａ）におけるチューブフラム１９の状態を初期位置とし、図７（ｂ）におけるチューブフラム１９の状態を最大撓み位置とする。

また、前記閉塞部材３３において、前記凹部３５を形成する上部内壁や前記芯棒３６の基端部周囲は縦断面が円弧をなすように形成されている。そして、凹部３５を形成する上部内壁には高低差が設けられている。閉塞部材には吐出通路３７が形成されており、その吐出通路３７の開口部が上部内壁のうちで高く形成された箇所に形成されている。吐出通路３７は閉塞部材３３の上面に設けられた上側凸部３８の上端面でもう一方が開口し、その開口部には吐出ポートＰ２が設けられている。

このように、薬液ポンプ１３では、吸入ポートＰ１、吸入通路２８、ポンプ室Ｐｏ（内側空間２７）、凹部３５、吐出通路３７及び吐出ポートＰ２の順にレジスト液Ｒが流通すするため、これが薬液流路とされている。

次に、以上の通り構成された薬液ポンプの動作について説明する。

まず、図７（ａ）に示した状態は、前述した通り、チューブフラム１９が初期位置にあり、ポンプ室Ｐｏの容積が最大で、そのポンプ室Ｐｏ内にはレジスト液Ｒが最大限充填された状態にある。そして、前記ｔ１のタイミングで、電空レギュレータ４５で設定圧に調整された作動エアが第１切換弁１４を介して薬液ポンプ１３の給排ポートＰ３に供給される。すると、作動エアは給排通路１８を介してチューブフラム１９（筒状部２１）の外側面１９ａとポンプハウジング１５の内側面１５ａとの間の隙間に供給される。なお、この隙間に供給された作動エアは、チューブフラム１９の上端部に設けられた肉厚部３０でのシール、及びチューブフラム１９の基部２０外周面に設けられたシール部材２５によって、前記隙間の上下からの漏れが防止されている。

そして、前記隙間に作動エアが供給されると、筒状部２１は作動エアの圧力を受けてその内側に撓んで変形する。この変形により、ポンプ室Ｐｏの容積が縮小しようとする。これにより、ポンプ室Ｐｏ内に充填されたレジスト液Ｒは加圧され。そして、前記ｔ２のタイミングで薬液ポンプ１３下流側の遮断弁４６が開状態となると、ポンプ室Ｐｏから吐出通路３７及び吐出ポートＰ２を介してレジスト液Ｒが吐出される。チューブフラム１９の筒状部２１の変形が進行すると、チューブフラム１９の内側面１９ｂが芯棒３６に当接しチューブフラム１９は図７（ｂ）の最大撓み位置に至る。この位置ではポンプ室Ｐｏの容積が最小となっており、ポンプ室Ｐｏ内のレジスト液Ｒが最大限吐出された状態にある。

ここで、チューブフラム１９（筒状部２１）はその内側面１９ｂが芯棒３６に当接するまでしか変形できない。つまり、チューブフラム１９の変形量が芯棒３６によって規制されている。これにより、チューブフラム１９が過度に変形して破損することが防止されている。また、チューブフラム１９の上側端部はフレア形状の拡径部２９とされているため、チューブフラム１９がその内側に撓んで変形する際、その変形が行われやすくなっている。さらに、薄肉に形成されたチューブフラム１９の筒状部２１はその縦断面が弧を描くようにして内側に変形するため、その変形時における筒状部２１と拡径部２９の上下方向長さは初期位置よりも縮む（図８の符号ｈを参照）。チューブフラム１９の拡径部２９の端部には山型に形成された遊び部２９ａが設けられているため、その変形によって縮む分が吸収される。これにより、チューブフラム１９の筒状部２１及び拡径部２９が滑らかに変形される。

次に、前記ｔ４のタイミングで、第１切換弁１４が切り換えられると、チューブフラム１９の外側面１９ａとポンプハウジング１５の内側面１５ａとの間の隙間の作動エアが給排通路１８及び給排ポートＰ３を介して真空発生源５４により吸引される。それを受けてチューブフラム１９はその図７（ａ）の初期位置に向けて変形し、ポンプ室Ｐｏの容積を拡張しようとする。このとき、薬液ポンプ１３上流側の吸入側制御弁４０が開状態となっているため、レジスト液Ｒがレジストボトル４２から吸入ポートＰ１及び吸入通路２８を介してポンプ室Ｐｏ内に吸入され充填される。この吸入・充填が進行すると、チューブフラム１９の外側面１９ａがポンプハウジング１５の内側面１５ａに当接し、チューブフラム１９は図７（ａ）の初期位置に戻る。

ここで、チューブフラム１９の初期位置において、チューブフラム１９の外側面１９ａはポンプハウジング１５の内側面１５ａに当接している。このため、その両面１９ａ，１５ａ間の隙間の作動エアを吸引した際、その吸引によってチューブフラム１９が初期位置からさらに膨らむことが防止されている。これにより、チューブフラム１９が膨らみすぎて破損することが防止されている。

また、薬液ポンプ１３を使用した薬液供給システムを稼動中、何らかの異常により気泡が発生した状態のレジスト液Ｒが薬液ポンプ１３のポンプ室Ｐｏに導入される場合もある。また、メンテナンス後のシステム稼動初期には、レジスト液Ｒには気泡が含まれることが多く、そのようなレジスト液Ｒが薬液ポンプ１３のポンプ室Ｐｏに導入される。かかる気泡はレジスト液Ｒの膜厚を不均一にする等、半導体ウェハ４９に悪影響を及ぼすため、そのシステムの稼動を停止して除去したり、通常稼動前に除去したりする必要がある。本実施の形態の薬液ポンプ１３では次のようにして気泡除去が行われる。

気泡を含むレジスト液Ｒが薬液ポンプ１３のポンプ室Ｐｏ内に吸入されると、気泡は吐出側に集まり、その後、高低差が設けられた凹部３５の上部内壁のうち、高い方へ移動する。このため、ポンプ室Ｐｏ内のほとんどすべての気泡が凹部３５の上部内壁の高い位置に集まる。このとき、凹部３５を形成する上部内壁や前記芯棒３６の基端部周囲は縦断面が円弧をなすように形成されているため、気泡はスムーズに移動する。そして、前記凹部３５の上部内壁の高くなった箇所には吐出通路３７の開口が設けられているため、吐出通路３７を介して吐出ポートＰ２から気泡の混入したレジスト液Ｒを取り除く。このように、吐出通路３７の開口付近に気泡を集められるため、気泡除去は容易に行われる。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

本実施の形態によれば、チューブフラム１９が初期位置に戻ろうとするとき、その初期位置に戻った時点でチューブフラム１９の外側面１９ａはポンプハウジング１５の内側面１５ａに当接するため、その初期形状からさらにポンプ室Ｐｏの容積を拡張しようとする方向へ変形することが規制される。これにより、チューブフラム１９の膨らみすぎを防止でき、ひいてはその膨らみすぎによる破損を防止できる。

特に、本実施の形態では、非伸縮性のフッ素樹脂によりチューブフラムを形成し、レジスト液Ｒの吸入時にチューブフラム１９の外側面１９ａに作用するエア圧力を負圧にしている。この場合、チューブフラム１９は伸縮性材料で形成した場合のように膨らみすぎた分を伸縮によって吸収できないため、膨らみすぎによる破損のおそれは大きいのに、チューブフラム１９はより膨らみやすい状況となる。このため、初期位置でポンプハウジング１５の内側面１５ａに当接させる構成としてチューブフラム１９の膨らみすぎを防止する効果は大きい。

さらに、本実施の形態では、チューブフラム１９の外形とポンプハウジング１５の内側空間１６とを略同形状とし、内側空間１６の全体を占めるようにチューブフラム１９を収容したため、チューブフラム１９の外側面１９ａのほぼ全体がポンプハウジング１５の内側面１５ａと当接することになる。これにより、内側面が部分的に設けられた場合に比べて、容積可変部材の膨らみすぎをより確実に防止することができる。

本実施の形態によれば、筒状部２１が作動エアの作用により変形する際、筒状部２１の端部がフレア形状に形成された拡径部２９とされていることにより、その変形が容易に行われる。

さらに、筒状部２１が変形する際、拡径部２９に遊び部２９ａが存在することでその山型に形成された範囲で筒状部２１の端部が可動状態となる。非伸縮性のフッ素樹脂によりチューブフラム１９が形成されているため、筒状部２１が変形すると、筒状部２１は上下方向の長さが縮まることになるが、筒状部２１の端部が可動状態となることでその縮まりを吸収できる。これにより、筒状部２１の変形時に無理な力がかかることを防止でき、ひいてはチューブフラム１９の破損を防止できる。それに加え、筒状部２１の端部がフレア形状に形成されることで変形が容易となっていることとあいまって、レジスト液Ｒの吐出時に筒状部２１が滑らかな動きで変形されることになる。これにより、チューブフラム１９の外側面１９ａに作用する作動エアが微圧であってもそのチューブフラム１９は変形できるため、微圧吐出を行うことができる。

本実施の形態によれば、芯棒３６を設けたことにより、レジスト液Ｒの吐出時にチューブフラム１９がその内側に撓みすぎることや、ポンプ室Ｐｏの容積を削減することができる。そして、凹部３５を形成する上部内壁及び芯棒３６の基端部周囲には高低差（傾斜）を設け、その高くなった位置で開口する吐出通路３７を設けたため、レジスト液Ｒ中に気泡が発生してもその気泡を吐出通路３７の開口付近に集めることができる。これにより、気泡除去時には、吐出通路３７及び吐出ポートＰ２を介してレジスト液Ｒ中に発生した気泡を容易に取り除くことができる。しかも、芯棒３６の基端部周囲は断面円弧状に形成されて角がなくなっているため、その基端部周囲に集まった気泡のすべてを吐出通路の開口に導くことができる。これにより、気泡の除去をより確実に行うことができる。

なお、実施の形態は上記した内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。

上記実施の形態では、凹部３５を形成する上部内壁及び芯棒３６の基端部周囲には高低差を設け、その高くなった位置で開口する吐出通路３７を設けたが、その高くなった位置で開口する気泡除去専用の除去用通路を設け、吐出通路３７は低くなった位置で開口するように構成してもよい。これにより、レジスト液Ｒの供給ラインとは異なる箇所で、レジスト液Ｒ中に発生した気泡を取り除くことができ、気泡除去作業が容易となる。

上記実施の形態では、薬液供給システムにおいて、薬液ポンプ１３の上流側にはエアの給排によって開閉が制御される吸入側制御弁４０を設けたが、これに代えてチェック弁を設けてもよい。これにより、薬液供給システムの構成をより簡素化できる。

上記実施の形態では、薬液としてレジスト液Ｒを用いた例を示したが、これは薬液の滴下対象が半導体ウェハ４９を前提としたためである。従って、薬液及び該薬液の滴下対象はそれ以外のものでも良い。

上記実施の形態では、薬液ポンプ１３に給排される作動エア（空気）を例に挙げて説明したが、空気以外にも窒素等の他の気体を用いても良い。また、純水などの液体であってもよい。

上記実施の形態では、電空レギュレータ５０の排気ポートは大気開放としたが、排気ポートに真空発生源５４に接続してもよい。この場合、電空レギュレータ５０の動作により、作動エアの薬液ポンプ１３への供給及び該ポンプ１３からの作動エアの吸引を行うことが可能となる。これにより、第１切換弁１４を省略することができる。

上記実施の形態では、薬液ポンプ１３から作動エアを吸引する手段として真空発生源５４を用いたが、真空でなくても負圧が発生できれば良い。

薬液供給システムの全体回路を示す回路説明図である。 薬液供給システムの動作シーケンスを示すタイムチャートである。 薬液ポンプの上面図である。 薬液ポンプの下面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 薬液ポンプの分解断面図である。 （ａ）（ｂ）は薬液ポンプの動作を説明するための断面図である。 薬液ポンプを構成するチューブフラムの動作を説明するための要部拡大断面図である。

符号の説明

１３…薬液ポンプ、１５…本体を構成するポンプハウジング、１５ａ…ポンプハウジングの内側面、１９…容積可変部材としてのチューブフラム、１９ａ…チューブフラムの外側面、２１…変形駆動部としての筒状部、２９…拡径部、２９ａ…遊び部、３３…本体を構成する閉塞部材、３６…変形規制部材としての芯棒、Ｐｏ…ポンプ室、Ｒ…薬液としてのレジスト液。

Claims (7)

1. 本体内の薬液流路の途中に、無負荷状態で薬液流路に沿った筒状をなす容積可変部材を備え、その容積可変部材の内側を薬液が充填されるポンプ室とし、容積可変部材の外側面に流体圧力を直接作用させることによりその容積可変部材を駆動して前記ポンプ室の容積を変化させ、その容積変化に基づき薬液を吐出又は吸入する薬液ポンプであって、
   前記容積可変部材が無負荷状態にあるときに、その容積可変部材の前記流体圧力が作用する外側面と当接する内側面を本体内に設けたことを特徴とする薬液ポンプ。
2. 前記内側面を、前記容積可変部材の前記流体圧力が作用する外側面と略全体にわたって当接するように形成したことを特徴とする請求項１に記載の薬液ポンプ。
3. 前記容積可変部材は、非伸縮性の材料により薄肉に形成され、前記流体圧力の作用により変形する変形駆動部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の薬液ポンプ。
4. 前記変形駆動部の端部をフレア形状に形成された拡径部としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薬液ポンプ。
5. 前記拡径部には薬液流路方向に沿った断面が山型に形成された遊び部を設けたことを特徴とする請求項４に記載の薬液ポンプ。
6. 前記本体を、ポンプ室の吐出側が開口するように前記容積可変部材を収容したポンプハウジングと、そのポンプ室の吐出側開口を閉塞する閉塞部材とで構成し、前記閉塞部材のポンプ室側にはポンプ室内まで延設された柱状の変形規制部材を設け、その変形規制部材の基端部周囲において同基端部からずらした位置に開口する吐出通路を設け、ポンプ室の吐出側を上にした場合に、前記吐出通路の開口がもっとも高い位置となるように前記変形部材の基端部周囲に傾斜を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薬液ポンプ。
7. 前記変形規制部材の基端部周囲をその縦断面が円弧状をなすように形成したことを特徴とする請求項６に記載の薬液ポンプ。

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