JP2008038837A - 定量送液ポンプおよびそれを用いた薬液塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばスリットコート式の塗布工程などにおいて、塗布時における振動が十分に少なく、平滑な薄膜塗布が可能な定量送液ポンプおよびそれを用いた薬液塗布装置を提供する。
【解決手段】パルスモータから減速機を介して回転が伝達されるボールねじ機構に連結されたピストンロッドの移動により容積が増減するシリンジ室３１と、内部がポンプ室を構成するチューブ５１の外周側の非圧縮性流体収容室５８と、を連通する配管４１に、流量調整弁４２および逆止弁４３を並列に設け、ポンプの吐出工程時には逆止弁４３を閉止して流量調整弁４２のみ通過させることで、非圧縮性流体に絞り負荷を与えて移送液の圧力変動を抑制すると共に、ポンプの吸入工程時には逆止弁４３を開放して流れをバイパスすることで、非圧縮性流体の急激な流量変化を抑えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体分野、液晶分野等に用いられるレジスト液などの薬液を吐出する用途に好適な定量送液ポンプ、およびそれを用いた薬液塗布装置に関する。

液晶ディスプレイの製造工程には、ガラス基板上にレジスト液を均一に塗布する工程があるが、従来におけるこの工程では、回転による遠心力で膜厚の均一化を計るスピンコート式が主流であった。

しかし近年では、液晶画面の大型化に伴い、液晶ディスプレイに使用されるガラス基板のサイズも大きくなっている。最近では、このような大型のガラス基板に対してレジスト液を塗布する方法として、基板を回転させずに、基板の上方で吐出ノズルを相対的に移動、走査させながら細線状のレジスト液を連続的に吐出させ、これにより、１回の塗布工程で所望の膜厚でレジスト液の塗布を行い薄膜を形成するいわゆる「スリットコート（スピンレス）法」が採用されている。

このようなスリットコート用の塗布装置に使用されるレジスト液供給用のポンプには、総吐出量のみならず、一定時間当たりの吐出量のリニアリティについて非常に高い精度が要求されており、さらに、より細かい塗布を行うための分解能の高い制御も要求されている。また、塗布した液膜に波縞が生じないように、塗布時における低振動性に関しては特に重要視されている。

レジスト液塗布装置に使用されるポンプとしては、特許文献１に開示されたベローズとチューブフラムとを備えたポンプがある。このポンプは、大小２段のベローズの内部にチューブフラムを配置し、これらの間に非圧縮性流体を充填させた構造を有しており、作動ディスク部を上下させベローズの内容量を増減させることでチューブフラムを変形させ、これによる容積の増減によりチューブフラム内にレジスト液を流出入させている。
特開２００６−９０１７２号公報 特願２００５−１５３７５７号

しかしこのポンプでは、チューブフラムの容積変化が一律でないため一定時間当たりの吐出量についてリニアリティが良好ではなく、また、ベローズの外側が大気に開放された構造であるため、パルスモータの立上時に規定流量(モータ回転数)まで一気に上げても流量の立上がなだらかになりダレが生じてしまう（図７）。副ポンプ等を用いてこのダレを低減する場合、コスト高となり制御も複雑となる。また、吐出時の配管負荷抵抗や薬液粘度の違いで負荷抵抗が変化した場合にはベローズ変形量が変わってしまうため吐出量が安定しない。

本出願人は、このような点を改善した薬液塗布用の定量送液ポンプを特許出願している（特許文献２）。この定量送液ポンプは、シリンジ部と、ポンプ部とを備えており、シリンジ部では、パルスモータの回転運動をボールねじを介して直線運動に変換し、ボールねじナットに連結されたピストンロッドを往復動させることで、非圧縮性流体を収容したシリンジ室の容積を増減させる。これにより、シリンジ室と連通したポンプ部との間で非圧縮性流体を流出入させることで、ポンプ部内のチューブフラムやベローズを間接的に伸縮させて薬液を吐出するものである。

このような構造とすることで、スリットコート式の塗布工程に使用する際に十分な総吐出量の精度と一定時間当たりの吐出量のリニアリティを得ている。
しかし、より細かい塗布量の制御に必要な高分解能と塗布時における低振動性に関しては、さらに改善が必要とされていた。

本発明者は、この点を改善するべく検討した結果、パルスモータとボールねじ機構を連結する途中に減速機を設置することで、ボールねじの回転に対して減速比分の分解能を向上でき、さらに振動を抑制できることを見出した。

パルスモータは低速時の振動が比較的大きい傾向にあるが、低吐出流量の際もパルスモータをより高速に回転させてモータ自身の回転振動を極力抑えることができる。また、減速機を介してより細かく制御することで駆動部の低振動化を図ることができる。

しかし、スリットコート式の塗布工程では数μｍの薄膜を形成する際に、平滑性を膜厚の１％以下に抑えなければならない。
薄膜の平滑性に影響を与える要因は、吐出時の振動であるが、その振動の要因はパルスモータ回転時の振動とボールねじ摺動時の振動と各部品の芯ズレ等が挙げられる。ボールねじに低振動型のものを使用し、各部品も円筒部品を嵌め合い公差で製作し嵌合させることで、これらの振動の要因は小さくすることができるので、振動の要因にはパルスモータ等の回転駆動系の占める割合が大きい。

上述のように減速機を用いた場合、パルスモータの回転を減速機で細分化し、かつ高速で回転させることで、低振動化の効果はあるが、それだけでは十分に抑えきれず、減速機２次側（ボールねじ側）の回転周期で振動が発生し、塗布後の薄膜に凹凸（波縞）となって出てしまう場合がある。

本発明は、例えばスリットコート式の塗布工程などにおいて、塗布時における振動が十分に少なく、平滑な薄膜塗布が安定的に可能な定量送液ポンプおよびそれを用いた薬液塗布装置を提供することを目的としている。

さらに本発明は、パルスモータの立上時におけるダレも少ない定量送液ポンプおよびそれを用いた薬液塗布装置を提供することを目的としている。

本発明の定量送液ポンプは、
配管で連通するシリンジ部およびポンプ部を備え、
前記シリンジ部は、ボールねじ機構で作動するピストンロッドと、シリンジ室と、を備え、
前記ポンプ部は、移送液が流出入するポンプ室と、可撓性隔壁によりポンプ室と仕切られた非圧縮性流体収容室と、を備え、
前記配管には、流量調整弁および逆止弁が設けられ、
シリンジ室の容積を増減させ、前記配管を通じてシリンジ室と非圧縮性流体収容室との間で非圧縮性流体を流出入させることで、前記ポンプ部における液体の移送量を制御することを特徴とする。

上述の発明における好ましい態様では、前記配管は、流量調整弁と逆止弁とが並列に接続され、
ポンプの吐出工程時には、流量調整弁内を非圧縮性流体が流れると共に逆止弁が閉止され、
ポンプの吸入工程時には、流量調整弁内および逆止弁内を非圧縮性流体が流れる。

すなわち、ポンプの吐出工程時においては、ポンプ部の移送液吐出用弁を開いている状態で、シリンジ室の容積を減少させ、適正な絞り量に調整された流量調整弁を通じてシリンジ室から非圧縮性流体収容室へ非圧縮性流体を流入させる。これにより、可撓性隔壁を変形させてポンプ室の容積を減少させ、ポンプ室から移送液を吐出する。

一方、ポンプの吸入工程時においては、ポンプ部の移送液吸入用弁を開いている状態で、シリンジ室の容積を増加させ、流量調整弁および逆止弁を通じて非圧縮性流体収容室からシリンジ室へ非圧縮性流体を流入させる。これにより、可撓性隔壁を変形させポンプ室の容積を増加させ、ポンプ室へ移送液を吸入する。

また本発明の定量送液ポンプにおいて、
前記ボールねじ機構は、ボールねじ軸を回転駆動するパルスモータにより駆動され、
前記パルスモータは、該パルスモータの回転速度を減速させる減速機を介して前記ボールねじ軸に連結されていることを特徴とする。

上述の発明における一態様では、前記可撓性隔壁はチューブで形成され、チューブの内周側にポンプ室が形成され、チューブの外周側に非圧縮性流体収容室が形成されている。
上述の発明における別の態様では、前記可撓性隔壁がベローズであり、ベローズの外周側にポンプ室が形成され、ベローズの内周側に非圧縮性流体収容室が形成されている。

本発明の薬液塗布装置は、上述の定量送液ポンプを備え、
前記ポンプ部の吸入側が、薬液タンクに連通され、
前記ポンプ部の吐出側が、薬液吐出ノズルに連通されていることを特徴とする。

この薬液塗布装置は、レジスト液塗布装置に好適である。
本発明の定量送液ポンプおよびそれを用いた薬液塗布装置によれば、前記シリンジ部のシリンジ室と、前記ポンプ部の非圧縮性流体収容室とを連通させる配管に流量調整弁を設けたので、ポンプの吐出工程において、シリンジ室から吐出される非圧縮性流体に対して流量調整弁により絞り負荷が与えられる。これにより、吐出される移送液の塗布時における振動、具体的には流量変動または圧力変動を低減でき、平滑な薄膜塗布が可能となる。さらに本発明の定量送液ポンプは、パルスモータの作動立上時におけるダレも少ない。

そして、流量調整弁と並列に逆止弁を設け、ポンプの吸入工程において逆止弁を開放するようにしたので、振動を防止するために流量調整弁の流路を絞った場合であっても、ポンプの吸入工程において、急激な流量変化と圧力変化による不具合、例えば、早い速度の吸入による急激な流量変化と急激な負圧への圧力変化に追従できずに各シール部が破損し液が漏れてしまうこと等が生じることがない。

さらに、減速機を設けることで、パルスモータの回転が減速機で細分化され、より細かい塗布を行うための高分解能な制御が可能となる。また、減速機を用いてより細かい制御を行うことで、駆動部の低振動化を図ることができると共に、パルスモータは低速時の振動が比較的大きい傾向にあるが、低吐出流量の際もパルスモータをより高速に回転させてモータ自身の回転振動を極力抑えることができる。

本発明の定量送液ポンプおよびそれを用いた薬液塗布装置によれば、例えばスリットコート式の塗布工程などにおいて、塗布時における振動が十分に少なく、平滑な薄膜塗布および精度の良い塗膜の形成が可能である。

さらに、パルスモータの作動立上時におけるダレも少ない。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。図１は、本発明の一実施例における定量送液ポンプを示した断面図である。なお、図１の各部材を組み立てる上で、実際にはねじ類やシール部材が必要であるが、説明の便宜上、ねじ類および、パッキン２７，２８以外のシール部材を省略して示している。その他の図面においても同様である。

本実施例の定量送液ポンプ１は、薬液（レジスト）塗布装置に用いられるものであり、シリンジ機構を構成するシリンジ部と、ポンプ機構を構成するポンプ部とが、非圧縮性流体の流路である配管４１を介して互いに連通した構造となっている。

ポンプ部は、アルミニウム合金材で形成された円筒形状のポンプヘッド３８と、ＰＦＡ等のフッ素樹脂で形成されたチューブ５１とを備えている。チューブ５１の内部空間は、薬液（レジスト）が収容されるポンプ室５８を構成し、ポンプヘッド３８の内部におけるチューブ５１の外周側の空間は、非圧縮性流体が収容される非圧縮性流体収容室５２を構成する。

チューブ５１は、ポンプヘッド３８の内部に配置され、径方向に膨張および収縮することによりポンプ室５８の容積を変化させることができる。
ポンプヘッド３８の一端部には、吸入側継手台５４が配置されており、この吸入側継手台５４によって吸入側配管継手９４が固定されている。また、チューブ５１の吸入側端部は、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂で形成された吸入側ベース５３によって、吸入口９７がチューブ５１の内部に連通するように吸入側継手台５４に固定されている。

ポンプヘッド３８の他端部には、吐出側継手台５６が配置されており、この吐出側継手台５６によって吐出側配管継手９１が固定されている。また、チューブ５１の吐出側端部は、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂で形成された吐出側ベース５５によって、吐出口９８がチューブ５１の内部に連通するように吐出側継手台５６に固定されている。

チューブ５１を固定する方法としては、例えば、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＴＡ樹脂などの溶着による方法、Ｏリングを用いる方法などを挙げることができる。
チューブ５１の形状は特に限定されないが、本実施形態のように材質としてフッソ樹脂等の樹脂材を用いる場合、断面が真円形状である円筒状のチューブを使用すると、外側からの非圧縮性流体による押圧で径方向へ収縮する際に、収縮の形態が一様とはならず、無理な歪みが生じたりする場合がある。そのため、チューブの耐久性を配慮し、チューブ５１の形状を、両端部を除いた領域に長手方向に沿って延びる断面円弧状の凹部を複数設けた形状；両端部を除いた領域に長手方向に沿って延びる平面部が複数設けられた形状、例えば断面が三角や四角である形状；両端部を除いた領域の断面が楕円である形状、両端部を除いた領域に長手方向へ螺旋状に延びる溝部が設けられた形状；等とすることが好ましい。

ポンプヘッド３８は、ポンプヘッド台５７に不図示のねじで固定されている。ポンプヘッド台５７のポンプヘッド３８と逆側の面には、アルミニウム合金等の金属材で形成されたシリンジヘッド２５が固定されている。シリンジヘッド２５から下方へ延びるシリンジ機構は、全体として前記シリンジ部を構成しており、シリンジヘッド２５の内部のシリンジ室３１には、シリンジ室３１を軸方向に往復動するピストンロッド２２が、シール部材２７，２８を介して摺動自在に設けられている。

シリンジ室３１は、配管４１を介して非圧縮性流体収容室５２と連通され、シリンジ室３１および非圧縮性流体収容室５２には、シリコーンオイル等の非圧縮性流体が充填されている。この非圧縮性流体は、シリンジ栓２６の位置に設けられた開口部からシリンジ室３１および非圧縮性流体収容室５２に注入され、非圧縮性流体を充填した後にシリンジ栓２６によって封止される。

なお、シリンジ室３１と非圧縮性流体収容室５２とを連通する配管４１には、流量調整弁４２が設けられ、非圧縮性流体が配管４１を流れる際に絞り負荷を与えることができるようになっている。また、流量調整弁４２は、手動またはその他の適当な方法により調節することで、絞り負荷を微調整できるようになっている。

さらに配管４１には、流量調整弁４２の両側をバイパスするバイパス配管部４１ａが設けられており、このバイパス配管部４１ａには、逆止弁４３が設けられている。逆止弁４３は、ポンプの吸入工程時には開放され、非圧縮性流体収容室５２からシリンジ室３１へ向かう非圧縮性流体を流す一方、ポンプの吐出工程時には閉止され、バイパス配管部４１ａを経由する非圧縮性流体の流れを遮断し流量調整弁４２のみが作用するようにする。

ピストンロッド２２がシリンジ室３１を軸方向に往復動することにより、シリンジ室３１の容積が変化し、この容積変化分に応じた量の非圧縮性流体がシリンジ室３１と非圧縮性流体収容室５２との間で配管４１を通じて流出入し、これによりチューブ５１が膨張および収縮して薬液（レジスト）が吸入、吐出される。

ピストンロッド２２は、ボールねじ機構によって、パルスモータ１１の回転量に比例した量だけ上下に移動する。パルスモータ１１は、減速機１２を介して、モータ固定台１３の下部に固定されている。すなわち、パルスモータ１１の駆動軸１１ａの回転が、減速機１２を介して減速されて、減速機１２の回転軸１２ａと連結されたカップリング１５を介して、ボールねじ軸１７に伝達されるようになっている。

モータ固定台１３の上部には、台座１４が固定されている。パルスモータ１１と台座１４は、モータ固定台１３により、駆動軸１１ａとボールねじ軸１７との軸振れを無くすように、所定の嵌め合い公差で連結される。台座１４にはサポートガイド１６が固定され、サポートガイド１６が内蔵するボールベアリングによりボールねじ軸１７が回転自在となるように支持されている。

ボールねじ軸１７は、ロッド固定台２１の下部貫通穴に固定されたボールねじナット１８に螺合され、ロッド固定台２１の上部穴に固定された円筒形状のピストンロッド２２の内部空間に、ボールねじナット１８を貫通した部分が内包されている。

四角形状のロッド固定台２１の側面には、リニアブッシュ３２が取り付けられ、リニアブッシュ３２は、円柱状のシャフト３３に摺動自在となるように支持されている。
シャフト３３は、下部側が台座１４に、上部側がシャフト固定台３４に固定されている。リニアブッシュ３２は、円柱状のシャフト３３を内包して摺動自在となるように支持されていることから、回転方向への移動が抑制され、これによりボールねじ軸１７の回転に伴うボールねじナット１８の回転が抑制される。したがって、ボールねじ軸１７の回転がボールねじナット１８の上下方向への直線運動に変換される。

パルスモータ１１の駆動により、減速機１２を介して駆動軸１１ａと連結されたボールねじ軸１７が回転し、ボールねじ軸１７の回転がボールねじナット１８により直線運動に変換され、これによりピストンロッド２２がシリンジ室３１を軸方向に移動する。

ロッド固定台２１の側方には、センサ固定台３５に固定されたフォトセンサ３６が設けられている。フォトセンサ３６は、ロッド固定台２１に取り付けられた遮蔽板３７がフォトセンサ３６の光を遮蔽した位置を、吸入終了位置または吐出開始位置として特定する。

本実施例では、シリンジ室３１の外部で下方に延びるピストンロッド２２の外周を囲み、ピストンロッド２２の往復動に連動して伸縮する下部ベローズ７１が設けられている。
下部ベローズ７１は、上端部がベローズ押さえリング７３によってシリンジ台座２３に固定され、下端部がベローズ押さえリング７２によってロッド固定台２１に固定されている。

さらに、ピストンロッド２２の側部には、側部ベローズ８３が設けられている。側部ベローズ８３は、ベローズ押さえリング８４によってベローズ台座８１に固定されている。
ベローズ台座８１はシリンジ台座２３に固定され、これらのベローズ台座８１およびシリンジ台座２３に形成された連通孔を介して、下部ベローズ７１の内部室である下部ベローズ室７４と、側部ベローズ８３の内部室である側部ベローズ室８５とが連通されている。

下部ベローズ室７４から側部ベローズ室８３までの内部空間（以下、「閉鎖空間」という）には、シリコーンオイル等の非圧縮性流体が充填されている。この非圧縮性流体は、シリンジ栓８２の位置に設けられた開口部から閉鎖空間に注入され、非圧縮性液体を充填した後にシリンジ栓８２によって封止される。

シリンジ室３１とこの閉鎖空間は、下部側パッキン２７および上部側パッキン２８で仕切られている。下部側パッキン２７は、パッキン台座２４とシリンジ台座２３との間に収納され、上部側パッキン２８は、シリンジヘッド２５とパッキン台座２４との間に収納されている。

下部側パッキン２７と上部側パッキン２８は、断面がＵ字状であり、Ｕ字の内面に非圧縮性流体の液圧が作用すると外側へ開くように変形することでシール作用をなす。下部側パッキン２７および上部側パッキン２８として、例えば、Ｕ字内面側にステンレス等によるばね材を組み込んだものなどを使用することができる。

下部側パッキン２７と上部側パッキン２８は、Ｕ字の開放側が互いに反対方向を向くように、すなわち下部側パッキン２７におけるＵ字の開放側が下向きとなり、上部側パッキン２８におけるＵ字の開放側が上向きとなるように配置されている。

シリンジ室３１の液圧が高まると、上部側パッキン２８のＵ字内面に非圧縮性流体の圧力が作用し、Ｕ字の両側面が開いてピストンロッド２２およびシリンジヘッド２５に密着してシール性が高まるようになっている。

また、下部側パッキン２７の下方における、下部ベローズ室７４から側部ベローズ室８５に至る閉鎖空間の液圧が高まると、下部側パッキン２７のＵ字内面に非圧縮性流体の圧力が作用し、Ｕ字の両側面が開いてピストンロッド２２およびパッキン台座２４に密着してシール性が高まるようになっている。

なお、ピストンロッド２２の外周面とシリンジヘッド２５の内周面との間には、上部側パッキン２８のＵ字内面に適度に液圧が作用するように若干の隙間が設けられ、ピストンロッド２２の外周面とシリンジ台座２３の内周面との間も同様に、下部側パッキン２７のＵ字内面に適度に液圧が作用するように若干の隙間が設けられている。

このように、下部側パッキン２７および上部側パッキン２８のシリンジ室３１とは反対側が、非圧縮性流体を充填した閉鎖空間で密閉されているので、シリンジ室３１へ外気が混入することがない。

さらに、ピストンロッド２２の上下動による下部ベローズ７１の伸長、収縮に連動して側部ベローズ８３が逆方向に収縮、伸長することにより、パッキンの片側が大気接触である場合に比べて、ポンプの吸入工程時と吐出工程時のいずれの場合も下部側パッキン２７および上部側パッキン２８を境界とした上下の圧力差が少なく、シリンジ室３１と閉鎖空間との間で非圧縮性流体が流出入して液漏れが生じることを抑制できる。また、空気の分子量に比べて非圧縮性流体の方が分子量が大きいことも、液漏れ防止に有効に作用する。

また、下部ベローズ７１を設けているため、ピストンロッド２２に塵埃が付着することによりシール部材のパッキン２７，２８を傷つけることがないので、パッキン２７，２８の寿命が長くなる。

なお、側部ベローズ８３の先端部からやや離れた位置には、ベローズストッパ８６を配置している。例えば、連続的な長期間の使用等によりシリンジ室３１からの微量の液漏れが生じて、下部ベローズ室７４から側部ベローズ室８５に至る閉鎖空間に液漏れした非圧縮性流体が流れ込むと、閉鎖空間の容積が増大して、吐出時に側部ベローズ８５が過剰に伸びるおそれがある。しかし、ベローズの最大伸び量の手前または移動液量（漏れ）の限界位置にベローズストッパ８６を配置し、側部ベローズ８３の先端部とベローズストッパ８６との位置関係（隙間）を監視することで、側部ベローズ８３の破壊を防止することができる。

また、ベローズストッパ８５には、光学センサ等のセンサ８７が設置されている。このセンサ８７は、側部ベローズ８３の収縮完了時、伸長完了時、あるいはこれらの双方の時点における側部ベローズ８３の先端部の位置を検知する。側部ベローズ８３の停止位置の変化をセンサ８７で検知することによって、閉鎖空間の液漏れによる異常を監視することができ、下部側パッキン２７および上部側パッキン２８の交換時期を把握し、あるいは側部ベローズ８３の液漏れ量を監視する目安とすることができる。

以下、図２および図３を参照しながら本実施例の定量送液ポンプの吸入工程および吐出工程について説明する。図２は吸入工程時の状態を示している。先ず、定量送液ポンプ１を吸入状態とするには、パルスモータ１１を駆動する。これによって、パルスモータ１１の駆動軸１１ａの回転が、減速機１２を介して減速されて、減速機１２の回転軸１２ａと連結されたカップリング１５を介してボールねじ軸１７に伝達される。

これにより、ボールねじ軸１７と螺合するボールねじナット１８の作用により、このボールねじナット１８が固定されたロッド固定台２１が下降する。
ロッド固定台２１の下降に伴い、ロッド固定台２１に固定されたピストンロッド２２も下降し、シリンジ室３１の容積が増加する。これにより、シリンジ室３１内は負圧になり、非圧縮性流体収容室５２内にある非圧縮性流体８９Ａが、配管４１を介して、シリンジ室３１に移動する。これにより、非圧縮性流体収容室５２内が負圧になり、チューブ５１が膨張してポンプ室５８内が負圧になる。

このとき、吐出側空気作動弁９２が閉止状態、吸入側空気作動弁９５が開放状態となるように制御することにより、ポンプ室５８内の負圧の作用によって、吸入側配管９６を介して、薬液（レジスト液）８８がポンプ室５８内に吸入される。

また、ロッド固定台２１の下降に伴い、ロッド固定台２１に固定された下部ベローズ７１が伸長して、下部ベローズ室７４の容積が増加し、下部ベローズ室７４内は負圧になる。一方、この容積増加分だけ側部ベローズ室８５から下部ベローズ室７４に非圧縮性流体８９Ｂが流れ込むので、側部ベローズ８３は収縮する。すなわち、非圧縮性流体８９Ｂが充填された閉鎖空間の全体としての容積を一定に保ちながら下部ベローズ７１が伸長し、側部ベローズ８３が収縮する。

なお、配管４１内において非圧縮性流体収容室５２からシリンジ室３１へ向かう非圧縮性流体８９Ａの流れは、逆止弁４３が開放されることによりバイパス配管部４１ａを通じてバイパスされる。そのため、振動を防止するために流量調整弁４２で配管４１の流路を絞った場合であっても、急激な流量変化と圧力変化による不具合が生じることがない。

図３は吐出工程時の状態を示している。上述のようにしてポンプの吸入工程が終了した後、定量送液ポンプ１を吐出工程の状態にするには、パルスモータ１１を吸入工程と反対方向に回転するように駆動する。これによって、パルスモータ１１の駆動軸１１ａの回転が、減速機１２を介して減速されて、減速機１２の回転軸１２ａと連結されたカップリング１５を介してボールねじ軸１７に伝達される。

これにより、ボールねじ軸１７と螺合するボールねじナット１８の作用により、このボールねじナット１８が固定されたロッド固定台２１が上昇する。
ロッド固定台２１の上昇に伴い、ロッド固定台２１に固定されたピストンロッド２２も上昇し、シリンジ室３１の容積が減少する。これにより、シリンジ室３１内は正圧になり、シリンジ室３１内にある非圧縮性流体８９Ａが、配管４１を介して、流量調整弁４２を経て非圧縮性流体収容室５２に移動する。これにより、非圧縮性流体収容室５２内が正圧になり、チューブ５１が収縮してポンプ室５８内が正圧になる。

このとき、吸入側空気作動弁９５が閉止状態、吐出側空気作動弁９２が開放状態となるように制御することにより、ポンプ室５８内の正圧の作用によって、吐出側配管９３を介して、薬液（レジスト液）８８がポンプ室５８外に吐出される。

また、ロッド固定台２１の上昇に伴い、ロッド固定台２１に固定された下部ベローズ７１が収縮して、下部ベローズ室７４の容積が減少し、下部ベローズ室７４内は正圧になる。一方、この容積増加分だけ下部ベローズ室７４から側部ベローズ室８５に非圧縮性流体８９Ｂが流れ込むので、側部ベローズ８３は伸長する。すなわち、非圧縮性流体８９Ｂが充填された閉鎖空間の全体としての容積を一定に保ちながら下部ベローズ７１が収縮し、側部ベローズ８３が伸長する。

なお、配管４１内においてシリンジ室３１から非圧縮性流体収容室５２へ向かう非圧縮性流体８９Ａの流れは、逆止弁４３が閉止されることによりバイパス配管部４１ａを通じた流れが遮断され、流量調整弁４２のみを通じて流れる。よって、非圧縮性流体８９Ａの流れに絞り負荷が与えられることで、薬液（レジスト液）塗布時における振動を低減でき、平滑な薄膜塗布が可能となる。

以上の吸入工程および吐出工程をサイクル的に行うことで薬液（レジスト液）の塗布が行われるが、本実施例の定量送液ポンプ１によれば、シリンジ室３１と非圧縮性流体収容室５２とを連通させる配管４１の中間に、流量調整弁４２を設けたので、吐出工程において流量調整弁４２により非圧縮性流体に絞り負荷が与えられることで、薬液（レジスト液）塗布時における振動を低減でき、平滑な薄膜塗布が可能となる。また、本実施例の定量送液ポンプ１は、パルスモータ１１の作動立上時におけるダレも少ない。

さらに本実施例では、パルスモータ１１の駆動軸１１ａの回転を減速機１２を介してボールねじ軸１７に伝達するようにしたので、パルスモータ１１の回転が減速機１２で細分化され、より細かい塗布を行うための高分解能な制御が可能となる。さらに、一般的にパルスモータ１１は低速時の振動が比較的大きいが、低吐出流量の場合においても、パルスモータ１１をより高速に回転させることで、モータ自身の回転振動を極力抑えることができる。

図４は、本実施例の定量送液ポンプ１を用いて薬液（レジスト液）塗布装置を構成し、吐出配管のノズル直前部分に圧力センサを設置し、流量調整弁４２を絞って吐出動作を行った際の圧力値と時間との関係を示した波形である。なお、流量を計測しても同様の結果になるが、分解能が良く微細な変動も検知でき、サンプリング周期も短い圧力センサ計測装置（およびデータロガー）を用いた。図５は、そのときのパルスモータ１１の回転数と時間との関係を示した波形である。パルスモータ１１は、脱調しない限りは指定通りの動き（回転）をするため、モータドライバから台形波形を指示した場合には、図５のように波形は台形形状となる。

図４に示すように、流量調整弁４２を絞って流路を狭めると、圧力変動はきわめて小さくなり、振動は大幅に低減される。さらに、立上直後のダレは小さく抑えられている。
振動の低減レベルと立上直後のダレの特性は、流量調整弁４２の調整により微調整が可能であり、状況に応じて絞り量をコントロールすることができる。

以下、本実施例の定量送液ポンプ１を用いて行った図４の試験に対する比較試験の結果を示す。
図６は、流量調整弁４２を設けないこと以外は本実施例と同様に構成した定量送液ポンプを用いて薬液（レジスト液）塗布装置を構成し、吐出配管のノズル直前部分に圧力センサを設置して測定した場合における圧力値（または流量）と時間との関係を示した波形である。

圧力値(流量)は、配管の長さ、フィルタの性能、薬液（レジスト液）の粘度および吐出速度等によっても大きく左右されるが、この例では配管が短く低速で吐出することもあり０．１ＭＰａ以下の微圧（微流量）となる。しかし、立上直後の特性によるダレは小さく抑えられているものの、減速機１２の回転周期で圧力変動が生じていることがわかる。

図７は、特許文献１の従来技術におけるポンプの吐出流量と時間との関係を示した波形である。このポンプでは、本実施例の定量送液ポンプ１と比較して一定時間当たりの吐出量においてリニアリティが良好ではなく、また、立上直後のダレが大きい。これは、パルスモータを瞬時に規定流量まで急加速しても、軟体性のベローズが膨張および収縮により吸収して応答性を低下させていることによるものと考えられる。

以上のように、本実施例の定量送液ポンプ１では、配管４１に流量調整弁４２を設けることで吐出液の圧力変動（流量変動）を大幅に抑えることができる。さらに、流量調整弁４２の両側をバイパスするバイパス配管部４１ａに逆止弁４３を設けることで、配管４１に流量調整弁４２と逆止弁４３とを並列に接続する構成とし、これにより、吸入工程時に逆止弁４３を介してバイパス配管部４１ａを開放するようにしたので、非圧縮性流体収容室５２からシリンジ室３１へ向かう非圧縮性流体の流れがバイパスされる。そのため、振動を防止するために流量調整弁４２で配管４１の流路を絞った場合であっても、急激な流量変化と圧力変化による不具合が生じることがない。

本実施例の定量送液ポンプ１を薬液塗布装置に組み込んで使用する際には、吐出工程時は比較的遅い速度であるが、吸入工程時は吐出工程時に比べると、塗布工程のサイクル短
縮を考慮して、多少早い速度で吸入を行う場合がある。しかしながら、吐出工程時と同じ流路の条件（狭い配管径）で、早い速度の吸入を行うと、急激な流量変化と、急激な負圧への圧力変化に追従できず、各シール部が破損して液が漏れてしまうおそれがある。

しかし本実施例では、流量調整弁４２を設置した配管をバイパスする形で逆止弁４３を設置し、吐出工程時には逆止弁４３側の流路を塞ぎ流量調整弁４２側のみの非圧縮性流体の流れとし、吸入工程時には逆止弁４３側の流路を開けて流量調整弁４２側のみではなく逆止弁４３もバイパスとして非圧縮性流体が流れるようにしたので、上記の不具合が解消される。

図８および図９は、本発明の別の実施例における定量送液ポンプの縦断面図であり、図８はその吸入工程を説明する図、図９は吐出工程を説明する図である。
この実施例の定量送液ポンプ１は、図１に示した定量送液ポンプと基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。

この実施例の定量送液ポンプ１では、図１の実施例におけるチューブポンプの代わりに、ベローズポンプを用いてポンプ部を構成している。
すなわち、チューブ５１の代わりに、送液用ベローズ６１が用いられ、送液用ベローズ６１の外周側にポンプ室５８が形成され、送液用ベローズ６１の内周側に非圧縮性流体収容室５２が形成されている。

すなわち本実施例の定量送液ポンプ１におけるポンプ部は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂などのフッ素樹脂で形成された円筒形状のポンプヘッド６２と、同様にフッ素樹脂で形成された送液用ベローズ６１とを備えており、ポンプヘッド６２の内部における送液用ベローズ６１の外周側の空間は、ポンプ室５８を構成する。ポンプヘッド６２とポンプヘッド台６３との間で送液用ベローズ６１の基端部を挟み込むことで、不図示のねじによってこれらが互いに固定されている。

このような本実施例の定量送液ポンプ１は、図２および図３と同様にして、レジスト液の吸入工程（図８）と吐出工程（図９）が行われ、これらのサイクルが繰り返されるようになっている。これらの工程において、ポンプヘッド６２内に配置された送液用ベローズ６１は、伸縮することによりポンプ室５８の容積を変化させることができる。

図８の吸入工程では、送液用ベローズ６１が収縮し、図示しない薬液貯槽から薬液８８が吸入され、吸入側配管９６、吸入側空気作動弁９５、吸入側配管継手９４を通りポンプヘッド６２の吸入口９７からポンプ室５８に薬液８８が収容される。

この際、配管４１内において非圧縮性流体収容室５２からシリンジ室３１へ向かう非圧縮性流体８９Ａの流れは、逆止弁４３が開放されることによりバイパス配管部４１ａを通じてバイパスされる。そのため、振動を防止するために流量調整弁４２で配管４１の流路を絞った場合であっても、急激な流量変化と圧力変化による不具合が生じることがない。

一方、図９の吐出工程では、送液用ベローズ６１が伸長し、ポンプ室５８に収容されたレジスト液は、ポンプヘッド６２の吐出口９８から吐出側配管継手９１、吐出側空気作動弁９２、吐出側配管９３を通り、図示しないフィルタ、弁等を通過して吐出ノズルから薬液８８が吐出される。

この際、配管４１内においてシリンジ室３１から非圧縮性流体収容室５２へ向かう非圧縮性流体８９Ａの流れは、逆止弁４３が閉止されることによりバイパス配管部４１ａを通じた流れが遮断され、流量調整弁４２のみを通じて流れる。よって、非圧縮性流体８９Ａ
の流れに絞り負荷が与えられることで、薬液塗布時における振動を低減でき、平滑な薄膜塗布が可能となる。

図１０は、本発明の定量送液ポンプを用いた薬液（レジスト液）塗布装置の全体概略図である。
図１０に示したように、薬液塗布装置１００は、定量送液ポンプ１の吸入側空気作動弁９５、吸入側配管９６が、吸入配管１１１を介して、薬液貯留部（タンク）１１２に接続されている。

また、定量送液ポンプ１の吐出側空気作動弁９２、吐出側配管９３が、吐出配管１１３から、気泡などを除去するフィルタ１１４を介して、薬液吐出ノズル１１５に接続されている。

この薬液吐出ノズル１１５は、ノズル走査機構１１６によって、液晶ディスプレイ用のガラス基板などの塗布対象である基板１１７の上方をＸＹ方向に走査されながら、基板１１７上へ薬液を吐出するように構成されている。なお、図１０中、符号１１８は、薬液吐出ノズル１１５から吐出される薬液を、吐出工程の最後に基板１１７上へ余分に滴下しないようにするサックバックバルブであり、符号１１９は、全体の作動を制御する制御装置である。

この薬液塗布装置１００によれば、本発明の定量送液ポンプ１を備えているので、均一で正確な吐出量および吐出圧力で、液晶ガラス基板などの基板上に薬液を平滑に精度良く塗布することが可能である。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変形、変更が可能である。

本発明の一実施例における定量送液ポンプを示した縦断面図である。 ポンプ室へ薬液を吸入する工程を説明する図１の定量送液ポンプの断面図である。 ポンプ室から薬液を吐出する工程を説明する図１の定量送液ポンプの断面図である。 本実施例の定量送液ポンプを用いて薬液塗布装置を構成し、吐出配管のノズル直前部分に圧力センサを設置し、流量調整弁を絞って吐出工程を行った際の圧力値と時間との関係を示した波形である。 パルスモータの回転数と時間との関係を示した波形である。 流量調整弁を設けないこと以外は実施例と同様に構成した定量送液ポンプを用いて薬液塗布装置を構成し、吐出配管のノズル直前部分に圧力センサを設置して測定した場合における圧力値（または流量）と時間との関係を示した波形である。 従来技術におけるポンプの吐出流量と時間との関係を示した波形である。 本発明の別の実施例における定量送液ポンプを示した縦断面図であり、ポンプ室へ薬液を吸入する工程を説明する図である。 ポンプ室からレジスト液を吐出する工程を説明する図８の定量送液ポンプの断面図である。 本発明の定量送液ポンプを用いた薬液塗布装置の全体概略図である。

符号の説明

１ 定量送液ポンプ
１１ パルスモータ
１１ａ 駆動軸
１２ 減速機
１２ａ 回転軸
１３ モータ固定台
１４ 台座
１５ カップリング
１６ サポートガイド
１７ ボールねじ軸
１８ ボールねじナット
２１ ロッド固定台
２２ ピストンロッド
２３ シリンジ台座
２４ パッキン台座
２５ シリンジヘッド
２６ シリンジ栓
２７ 下部側パッキン
２８ 上部側パッキン
３１ シリンジ室
３２ リニアブッシュ
３３ シャフト
３４ シャフト固定台
３５ センサ固定台
３６ フォトセンサ
３７ 遮蔽板
３８ ポンプヘッド
４１ 配管
４１ａ バイパス配管部
４２ 流量調整弁
４３ 逆止弁
５１ チューブ
５２ 非圧縮性流体収容室
５３ 吸入側ベース
５４ 吸入側継手台
５５ 吐出側ベース
５６ 吐出側継手台
５７ ポンプヘッド台
５８ ポンプ室
６１ 送液用ベローズ
６２ ポンプヘッド
６３ ポンプヘッド台
７１ 下部ベローズ
７２ ベローズ押さえリング
７３ ベローズ押さえリング
７４ 下部ベローズ室
８１ ベローズ台座
８２ シリンジ栓
８３ 側部ベローズ
８４ ベローズ押さえリング
８５ 側部ベローズ室
８６ ベローズストッパ
８７ センサ
８８ 薬液
８９Ａ，８９Ｂ 非圧縮性流体
９１ 吐出側配管継手
９２ 吐出側空気作動弁
９３ 吐出側配管
９４ 吸入側配管継手
９５ 吸入側空気作動弁
９６ 吸入側配管
９７ 吸入口
９８ 吐出口
１００ 薬液塗布装置
１１１ 吸入配管
１１２ 薬液貯留部（タンク）
１１３ 吐出配管
１１４ フィルタ
１１５ 薬液吐出ノズル
１１６ ノズル走査機構
１１７ 基板
１１８ サックバックバルブ
１１９ 制御装置

Claims (7)

1. 配管で連通するシリンジ部およびポンプ部を備え、
   前記シリンジ部は、ボールねじ機構で作動するピストンロッドと、シリンジ室と、を備え、
   前記ポンプ部は、移送液が流出入するポンプ室と、可撓性隔壁によりポンプ室と仕切られた非圧縮性流体収容室と、を備え、
   前記配管には、流量調整弁および逆止弁が設けられ、
   シリンジ室の容積を増減させ、前記配管を通じてシリンジ室と非圧縮性流体収容室との間で非圧縮性流体を流出入させることで、前記ポンプ部における液体の移送量を制御することを特徴とする定量送液ポンプ。
2. 前記配管は、流量調整弁と逆止弁とが並列に接続され、
   ポンプの吐出工程時には、流量調整弁内を非圧縮性流体が流れると共に逆止弁が閉止され、
   ポンプの吸入工程時には、流量調整弁内および逆止弁内を非圧縮性流体が流れることを特徴とする請求項１に記載の定量送液ポンプ。
3. 前記ボールねじ機構は、ボールねじ軸を回転駆動するパルスモータにより駆動され、
   前記パルスモータは、該パルスモータの回転速度を減速させる減速機を介して前記ボールねじ軸に連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の定量送液ポンプ。
4. 前記可撓性隔壁はチューブで形成され、チューブの内周側にポンプ室が形成され、チューブの外周側に非圧縮性流体収容室が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の定量送液ポンプ。
5. 前記可撓性隔壁がベローズであり、ベローズの外周側にポンプ室が形成され、ベローズの内周側に非圧縮性流体収容室が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の定量送液ポンプ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の定量送液ポンプを備え、
   前記ポンプ部の吸入側が、薬液タンクに連通され、
   前記ポンプ部の吐出側が、薬液吐出ノズルに連通されていることを特徴とする薬液塗布装置。
7. 前記薬液塗布装置は、レジスト液塗布装置であることを特徴とする請求項６に記載の薬液塗布装置。

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