JP2698851B2 - ダイアフラムポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ダイアフラムポンプに関する。 ［従来の技術］ 一般に、半導体基板製造工程において処理液例えばレ
ジスト液等を吐出するに際し使用する吐出用ポンプに
は、次のような項目が厳しく要求される。 １）レジストは変質し易いために、ポンプ内部での液溜
りが少なく、かつリーク（空気混入等）が許されない。 ２）吐出量は数cc程度と極めて少量であるが吐出量は安
定していなければならない。 ３）吐出量の精度は±0.1％程度以下と極めて高くなけ
ればならない。 上記項目を考慮したポンプとして、通常第３図（ａ）
に示すベローズポンプあるいは第３図（ｂ）に示すダイ
アフラムポンプ等が使用されている。 第３図（ａ）のベローズポンプでは、エアーシリンダ
１の作動によりロッド２が左方向に移動すると、このロ
ッド２に連結されたベローズ３が引張られて内部容積が
増加することになり、吸収口４に接続された逆止弁A5を
通じて容器６に収容されているレジスト液７をベローズ
３内に吸引する。 そして、エアーシリンダ１の作動が切替りロッド２が
右方向に移動すると、ベローズ３は押されて内部容器が
減少することになり、ベローズ３内のレジスト液７はベ
ローズ３の容積変化に相当する量だけ吐出口８に接続さ
れた逆止弁B9を通って吐出される。 また、第３図（ｂ）のダイアフラムポンプでは、エア
ーシリンダ11の作動によりロッド12が移動し、このロッ
ド12に連結されたダイアフラム13が変形するので吐出液
体室13aの容積が変化するため、前述のベローズポンプ
と同様の原理で容器６内のレジスト液７を吸収口14より
吸引するように導管（図示せず）を接続し、吐出口18か
ら吐出する。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の従来のポンプには次に述べるよ
うな問題がある。 まず、ベローズポンプでは、ベローズ３の内容積に対
する吐出量の割合が小さく、ベローズ３内の液溜りが多
い。また、ベローズ３の内部表面積が大きいため気泡残
り等の問題も発生している。 この気泡残りは、吐出された時気泡状態を維持する確
率が高いため、ウエハ表面に塗布した時気泡がウエハ表
面に付着し、均一なレジスト塗布ができず望ましくな
い。 次に、ダイアフラムポンプではダイアフラム13に対し
てロッド12と吐出液体室13a側からの圧力が加わるた
め、ダイアフラム13に不静定の応力が発生し、ダイアフ
ラム13の寿命は著しく短くなる。また、ダイアフラム13
は機能上柔軟性に富んでいるため、ロッド12の移動スト
ロークに対するダイアフラム13の容積変化量が不安定に
なりやすい。したがって、吐出量にバラツキが出やすく
精度も低い。吐出量のバラツキはウエハ全面に均一に塗
布することが困難となる。即ち吐出量が少い時には全面
塗布が困難となり、多い時にはレジストの消費面から望
ましくない。 本発明は、上述のような事情に対処してなされたもの
で、吐出精度が高く気泡などの内部液溜りの少ない、安
定性及び耐久性に優れたダイアフラムポンプを提供しよ
うとするものである。 ［課題を解決するための手段］ 本発明のダイアフラムポンプは、ロッドの移動により
作動液体室に収容された非圧縮性流体を介してダイアフ
ラムを変形させるダイアフラムポンプを前提とし、上記
ダイアフラムを液入口と液出口を有する吐出液体室に臨
設し、このダイアフラムの上記作動液体室側の対向する
位置に、少なくとも２つの径の異なるロッド挿入孔を設
け、各ロッド挿入孔内にそれぞれ外径の異なるロッドを
摺動自在に挿入すると共に、各ロッドを駆動手段により
別々に移動可能に形成し、かつ、上記各駆動手段に、上
記ロッドの移動量を調整する調整手段を係合してなるこ
とを特徴とする。 ［作 用］ 本発明のダイアフラムポンプでは、ダイアフラムを液
入口と液出口を有する吐出液体室に臨設し、このダイア
フラムの作動液体室側の対向する位置に設けられた径の
異なるロッド挿入孔内に摺動自在に挿入される外径の異
なる複数のロッドの移動によって非圧縮性流体を介して
ダイアフラムを変形させる構成であるため、非圧縮性流
体にロッドの移動量と同等の容積変化を与えて迅速にダ
イアフラムに全体に均一な圧力を加えることができ、ま
た吐出量は非圧縮性流体を変化させることにより制御で
きる。 したがって、吐出量の精度が向上しダイアフラムに無
理な力が加わらず耐久性がよい。また、ダイアフラム全
面に渡り非圧縮性流体によって支持されているので、万
一ダイアフラムが変形したとしても容積変化は起り得
ず、吐出量は安定する。 さらに、吐出液と接するのはダイアフラムのみであり
不要な液漏れや気泡混入等の発生する可能性は極めて少
ない等の優れた効果が得られる。 また、外径の異なるロッドを少なくとも２つ設け、そ
れぞれを制御できるようにしたので、大径ロッドによる
大量吐出と、小径ロッドによる微小吐出を組み合わせる
ことにより、正確な吐出量の制御を行うことができる。 さらには、各ロッドを移動する移動手段に係合する調
整手段によりロッドの移動量を制御することができるの
で、更に微小な吐出量の制御を可能にすることができ
る。 ［実施例］ 以下、本発明のダイアフラムポンプの実施例を図面を
参照して説明する。 第１図は本発明のダイアフラムポンプの原理を示す構
成図で、ダイアフラムポンプの本体101は、処理液の吐
出動作を行なう作動部102と、この作動部102に対して吐
出動作を行なわせる駆動力を与えるための駆動部103と
から構成されている。 作動部102内には、周辺付近を波部104で構成した薄円
板平面状のダイアフラム105が配置されており、このダ
イアフラム105の周辺部106は円筒状本体101の内壁面と
液密にシール固定されている。 また、ダイアフラム105の下方には、このダイアフラ
ム105と本体101の底内壁とから囲まれて形成された吐出
液体室107が臨設されており、この吐出液体室107の側壁
に設けられた液入口108および液出口109からダイアフラ
ム105の変形状態により処理液が流入流出可能に構成さ
れている。 一方ダイアフラム105の上方には、作動液体室111が設
けられ、この作動液体室111を介してダイアフラム105と
対向する位置にロッド挿入孔111aが設けられ、このロッ
ド挿入孔111a内に、ロッド110が摺動自在に挿入されて
いる。このロッド110は、本体101と液密にシールされ、
上下方向に摺動可能に構成されている。したがって、ロ
ッド110と本体101とダイアフラム105とによって囲まれ
て形成された作動液体室111は、断面が逆Ｔ字状室に構
成される。 この作動液体室111内には非圧縮性流体例えば油112が
充填されており、ロッド110の上下方向の移動によりダ
イアフラム105を変形するように構成されている。即
ち、油112を液密に封入する構成になっている。 駆動部103内には、本体101と気密にシールされ摺動可
能に構成された摺動体（駆動手段）例えばピストン113
が配設され、このピストン113と前述のロッド110とは連
動可能に取付けられると共に一体に固着されている。ま
た、本体101に囲まれピストン113が内部を摺動するピス
トン室114が設けられ、このピストン室114の側壁の上下
部にはエアー入口A115とエアー入口B116が配置されてい
る。この両エアー入口A115、B116からエアーを供給する
ことによりピストン113は上下動される。 さらに、駆動部103上部には調整手段例えば調整ネジ1
17が設けられており、この調整ネジ117を回転させるこ
とにより本体101に対する調整ネジ117の相対的位置を可
変でき、またピストン113がこの調整ネジ117に当接し上
昇停止するよう構成されている。 そして、上記構成のこのダイアフラムポンプでは次の
ようにして液吐出動作を行なう。 まず、エアー入口A115にエアーを配給してピストン11
3を例えば破線で示すピストン下降位置118まで下降させ
る。そうすると、ピストン113に取付けられたロッド110
はピストン113の移動距離と等しく作動液体室111へ侵入
する。そこで、作動液体室111内の油112はロッド110に
押され、この油112がダイアフラム105の全面を均一に押
すのでダイアフラム105は吐出液体室107側に向って膨ら
むように変形する。したがって、吐出液体室107の容積
はダイアフラム105の変形に相当する容積量だけ減少す
ることになるので、液出口109より液を吐出する。 この時、油112は非圧縮性であるためダイアフラム105
全体に均一な圧力が加わり、また作動液体室111と吐出
液体室107は共に液体が充填されている状態にあるの
で、ダイアフラム105は両面から同等の均一な圧力が加
わることとなり、ダイアフラム105への圧力負荷は小さ
い。 一方、ダイアフラム105の変化量はロッド110の変化し
た容積量と同等である。したがって、吐出量はロッド11
0の移動距離に正確に比例するため吐出量の制御は容易
であり、またロッド110の外径を変えることにより大流
量用、小流量用と使い分けることも可能である。 例えば、ロッド110の直径を3mm、移動距離を5mmとす
れば吐出量は僅か0.035ccとすることができ、ロッド110
の直径を12mm、移動距離を10mmとすれば1.1ccの吐出量
となる。 また、液入口108、液出口109側において圧力変動が発
生した場合でも、ダイアフラム105が油112により全面に
渡って支えられているので、万一ダイアフラム105が変
形したとしても吐出液体室107の容積変化は起り得ず、
吐出量には何ら影響を与えない。 上述の通り液吐出を行った後、エアー入口A115に供給
していたエアーを遮断し、エアー入口B116にエアーを供
給すると、ピストン113は上昇し調整ネジ117に当接して
停止する。 この時、ダイアフラム105は作動液体室111側に膨らむ
ように変形するので、吐出液体室107の容積は増加する
こととなり液入口108より吐出液が流入する。 次に、本発明のダイアフラムポンプの実施例を第２図
を参照して詳細に説明する。なお、第１図で示した部分
と同一部分には同一符号を付して説明する。 本発明のダイアフラムポンプでは、上述した原理と同
様に、ダイアフラム105が、液入口108と液出口109を有
する吐出液体室107に臨設されている。そして、このダ
イアフラム105の作動液体室111側の対向する位置に、径
の異なるロッド挿入孔111a,111bが設けられ、各ロッド
挿入孔111a,111b内にそれぞれ外径の異なる大径のロッ
ド210、小径のロッド210aが摺動自在に挿入されてい
る。したがって、ロッド210,210aと本体101とダイアフ
ラム105とによって作動液体室111が構成されている。こ
の作動液体室111内には非圧縮性流体例えば油112が充填
されており、ロッド210,210aの上下の移動によりダイア
フラム105を変形するように構成されている。すなわ
ち、油112を液密に封入する構成になっている。 一方、駆動部103内には、本体101と気密にシールされ
摺動可能に構成された２つの摺動体（駆動手段）例えば
ピストン213,213aが配設され、これらピストン213,213a
と前述のロッド210,210aとは連動可能に取付けられると
共に一体に固着されている。また、本体101に囲まれピ
ストン213,213aが内部を摺動する２つのピストン室114,
114aが設けられ、これらピストン室114,114aの側壁の上
下部にはそれぞれエアー入口A115とエアー入口B116が配
置されている。この両エアー入口A115、B116からエアー
を供給することによりピストン213,213aは上下動され
る。 さらに、駆動部103上部には調整手段例えば調整ネジ2
17,217aが設けられており、これら調整ネジ217,217aを
回転させることにより本体101に対する調整ネジ217,217
aの相対的位置を可変でき、またピストン213,213aがこ
れら調整ネジ217,217aに当接し上昇停止するよう構成さ
れている。 そして、上記構成のこのダイアフラムポンプでは次の
ようにして液吐出動作を行なう。 まず、エアー入口A115にエアーを配給してピストン21
3,213aを例えば破線で示すピストン下降位置118まで下
降させる。そうすると、ピストン213,213aに取付けられ
たロッド210,210aはピストン213,213aの移動距離と等し
く作動液体室111へ侵入する。そこで、作動液体室111内
の油112はロッド210,210aに押され、この油112がダイア
フラム105の全面を均一に押すのでダイアフラム105は吐
出液体室107側に向って膨らむように変形する。したが
って、吐出液体室107の容積はダイアフラム105の変形に
相当する容積量だけ減少することになるので、液出口10
9より液を吐出する。 この時、油112は非圧縮性であるためダイアフラム105
全体に均一な圧力が加わり、また作動液体室111と吐出
液体室107は共に液体が充填されている状態にあるの
で、ダイアフラム105は両面から同等の均一な圧力が加
わることとなり、ダイアフラム105への圧力負荷は小さ
い。 一方、ダイアフラム105の変化量はロッド210,210aの
変化した容積量と同等である。したがって、吐出量はロ
ッド210,210aの移動距離に正確に比例するため吐出量の
制御は容易であり、またロッド210,210aの外径を変える
ことにより大流量用、小流量用と使い分けることも可能
である。 例えば、大径のロッド210の直径（外径）を12mm、移
動距離を10mmとすれば1.1ccの吐出量となり、小径のロ
ッド210aの直径（外径）を3mm、移動距離を5mmとすれば
吐出量は僅か0.035ccとなる。したがって、外径の異な
るロッド210,210aを同時又は別々に動作させることによ
って大流量から小流量までの広範囲の流量吐出用ポンプ
として使用することができる。 また、前述したように、液入口108、液出口109側にお
いて圧力変動が発生した場合でも、ダイアフラム105が
油112により全面に渡って支えられているので、万一ダ
イアフラム105が変形したとしても吐出液体室107の容積
変化は起こらず、吐出量には何ら影響を与えることはな
い。 上述の通り液吐出を行った後、エアー入口A115に供給
していたエアーを遮断し、エアー入口B116にエアーを供
給すると、ピストン213,213aは上昇し調整ネジ217,217a
に当接して停止する。 この時、ダイアフラム105は、作動液体室111側に膨ら
むように変形するので、吐出液体室107の容積は増加す
ることとなり液入口108より吐出液が流入する。 上記のように、吐出液体室107に臨設するダイアフラ
ム105の作動液体室111側の対向する位置に、径の異なる
ロッド挿入孔11a,11bを設け、これらロッド挿入孔111a,
111b内にそれぞれ外径の異なるロッド210,210aを摺動自
在に挿入するので、ロッド210,210aの移動量（容積量）
と同等の変化量を正確にかつ迅速にダイアフラムに与え
ることができ、ロッド210,210aの移動距離に正確に比例
する吐出量を得ることができる。 また、外径の異なる複数のロッド210,210aの移動量を
調整ネジ217,217aにて調整可能に形成することにより、
容易に全吐出量を変えることができ、各ロッド210,210a
の作動タイミングをずらすことにより段階的に吐出させ
ることができる外、吐出後に例えばロッド210aの作動を
停止させ吐出液を引き戻すサックバックバルブの動作を
させるなど、多数なプロセスに対応した機能を実現する
こともできる。 なお、上記実施例ではダイアフラム105として波部104
を有するものについて説明したが、本発明においてダイ
アフラム105自体に強度がそれほど要求されないため、
波部104は極力少なくすることが可能である。 要するに、油112の変動に応じて変形するものであれ
ば何れでもよい。 特に低吐出用として、ダイアフラム105の材質を例え
ば四弗化エチレン樹脂（P.T.F.E.）とした場合には、こ
の材料自体の変形のみで必要とされる容積変化量を得る
ことができるため波部104を省くこともできる。 また、上記実施例では、ロッドが２つの場合について
説明したが、ロッドは必ずしも２つに限定されるもので
はなく、外径の事なる複数であれば３つ以上であっても
よい。 また、上記実施例では、ロッド210,210aを移動させる
駆動手段としてエアーを使用したものについて説明した
が、駆動手段はこれに限定されるものではなく、例えば
回転アクチュエータでネジを回転させ、このネジの前後
進によりロッド210,210aを移動させるように構成しても
よい。 また、作動液体室111に充填する非圧縮性流体として
油112を使用したが、油に限定されるものではなく他の
非圧縮性流体であれば何れでよく例えば水銀などを使用
してよいのはいうまでもなく、流体の粘度も特に限定は
ない。 ［発明の効果］ 上述したように本発明のダイアフラムポンプによれ
ば、ダイアフラムと対向する位置に配設される外径の異
なるロッドを別々に移動して吐出量を変えることができ
ると共に、段階的に吐出させることができ、かつ、調整
手段により吐出精度の向上を図ることができるという優
れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のダイアフラムポンプの原理を示す構成
図、第２図は本発明のダイアフラムポンプの一実施例を
示す構成図、第３図（ａ）、（ｂ）は従来のダイアフラ
ムポンプを示す構成図である。 101……本体、 102……作動部、 103……駆動部、 105……ダイアフラム 107……吐出液体室、 110,210,210a……ロッド、 111……作動液体室、 111a,111b……ロッド挿入孔、 112……油（非圧縮性流体）、 113,213,213a……ピストン（駆動手段） 117,217,217a……調整ネジ（調整手段）。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．ロッドの移動により作動液体室に収容された非圧縮
   性流体を介してダイアフラムを変形させるダイアフラム
   ポンプにおいて、 上記ダイアフラムを液入口と液出口を有する吐出液体室
   に臨設し、このダイアフラムの上記作動液体室側に対向
   する位置に、少なくとも２つの径の異なるロッド挿入孔
   を設け、各ロッド挿入孔内にそれぞれ外径の異なるロッ
   ドを摺動自在に挿入すると共に、各ロッドを駆動手段に
   より別々に移動可能に形成し、かつ、上記各駆動手段
   に、上記ロッドの移動量を調整する調整手段を係合して
   なることを特徴とするダイアフラムポンプ。