JP3057570B2 - 精密液体ディスペンサー - Google Patents

精密液体ディスペンサー

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    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D1/00—Apparatus or devices for dispensing beverages on draught
    • B67D1/08—Details
    • B67D1/12—Flow or pressure control devices or systems, e.g. valves, gas pressure control, level control in storage containers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は高度に精密に再現可能な出力流量で等量の流
体を時間の関数としての割合で繰返し吐出するための液
体ディスペンサーに関する。
〔従来の技術〕
半導体装置や各種録音媒体の製造では、工程中材料の
表面に液体量を一定量になるように制御しつつ塗布する
必要がある。通常は、主軸の周囲を回転しているウェハ
ー又はディスクに液体を付与することによりこれを行っ
ており、回転運動が液体をディスクやウェハーの表面に
均一に塗布されるのを助けている。このような場合に製
品の均一化の鍵をにぎるのは、付与される液体の量と時
間の関数としての出力の割合とが正確に制御されかつ再
現可能であるか否かである。
1987年９月１日発行の米国特許第4,690,621号は、一
体的なフィルターのついた気圧制御式の膜ポンプとポン
プ本体に一体的にとりつけられた気圧制御式のバルブを
開示している。
1984年11月20日発行の米国特許第4,483,665号は外部
フィルターを利用するベローズ形ポンプの一例を教示し
ているが、ここではポンプから液体を吐出するのに加圧
空気でベローズを圧搾している。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述のように、被覆される表面に液体を均一に分布さ
せて製品を均一化するためには、ポンプ動作の１サイク
ル当りに吐出される量と時間の関数としての放出割合と
が重要である。
駆動力として空気又はその他の気体を使用すると、気
体には圧縮性があるため、１サイクル当りに吐出される
量や時間の関数としてディスペンサーからの出力の流れ
の正確な制御が難しい。
〔課題を解決するための手段〕
このような気体を使用する方法の欠点をなくす為には
液体を用い、その容積を各サイクルで正確に等量になる
ように制御する方法を用いればよい。
本発明による、精密液体ディスペンサーは可撓膜を変
位させるための容積形ポンプと、選択的にポンプの可撓
膜を変形させるために液体の容積に圧力を加える液圧駆
動システムと、ステッピングモータと、ステッピングモ
ータの出力を液圧駆動システムの入力にポジティブに結
合させるための手段と、ステッピングモータを駆動する
ための制御された駆動力源とから成る。
空気圧に比較すると、ポンプ膜の液圧制御は、時間の
関数としての流量と流れをより正確にまた再現性高く制
御できるという利点がある。またステッピングモータと
制御された駆動システムを使うことは時間の関数として
の出力流量と流れの制御と更に液体ディスペンサーを高
速で動作させることを容易にする。
〔発明の実施の形態〕
本発明による液体ディスペンサーは通常、他社メーカ
ーの加工処理システムに組み込まれるＯ・Ｅ・Ｍ・製品
として供給される。
半導体加工の典型的工程においては、正と負のフォト
レジスト等のような比較的粘度の高い反応物質をディス
ペンサーの動作１サイクルあたり最低1cc以下から最大1
5cc以上にも及ぶほどの広い範囲の中の一定量ずつを吐
出することが要求される。ある種の媒体の被覆の場合
は、60cc程の流量を１秒当り0.2ccから2.0cc以上の割合
で吐出する必要がある。所望の製品被覆を行うために１
吐出サイクル当りの吐出割合を、時間と共に変化させな
ければならないこともある。たとえば、吐出の割合をサ
イクル毎に制御したり、流れを直ちにカットオフするた
めに液体の引き戻しを伴うこともある。
〔実施例〕
ディスペンサーアセンブリーは、とりつけ脚180をも
つフレーム100を含む。モータとりつけ板101を図示のご
とくフレームにとりつける。可逆ステッピングモータ10
2を取付具103により取付板101にとりつける。
止めねじ（図示せず）をプラス方向に回転させて、ね
じつきシャフト120をモータシャフト118にとりつける。
ねじつきシャフト120の外側のねじ条が継手部材121内側
のねじ条と螺合する。螺合するねじ条は、継手部材121
を上下２方向に直線的に正確に変位できるように、精密
に合致されていなければならない。継手部材121は下部
ボディ104中の貫通開口部105を貫通して、ピストン107
にとりつけられている。それ故、ピストン107は、継手
部材121の直線運動に従って動く。密封の為のリング108
があって、室106中でピストン107が上下運動をする際
に、液圧システムの液体が漏出するのを防ぐ。液圧シス
テムの液体を最初にダイアフラム111とピストン107との
間にある室106に入れる時には、室の中の空気はすべて
排気孔160を通して抜いておく。即ち、液圧システム
は、システム中に補捉された空気を排気するため以外は
閉鎖密封されている。
筒状のディスペンサー上部ボディ109の上面と下面
は、対峙する第一と第二の面190,191になっている。吐
出する液体用の空間110が上部ボディ109の下面191側に
形成されていて、出入口オリフィス117が上部ボディ109
を貫通して室110を面190側に連通させる。可撓膜111が
面191に密着して張られて上部ボディ109の下面にある凹
み空間を覆って吐出液を入れる室110を形成する。可撓
膜は上下のボディ109と104とに挟まれ、密封Ｏ型リング
127をこえて延在している。ねじ条をきったボルト181が
上部ボディ109を貫通して下部ボディ104中のねじ条と螺
合して上下ボディを結合する。このため可撓膜111は、
二つのボディ104と109との間にしっかり保持される。密
封Ｏ型リング127と128とが、膜111を密封して上側空間1
10内の吐出するべき液体とピストンの上部の空間を充た
す液圧システム用液とがそれぞれ漏出しないように防止
している。
ソレノイド弁アセンブリー125は、ディスペンサー制
御ロジック手段150からの信号の制御の下に液体出入力
オリフィス側の入／出力ポート116を弁入力ポート115に
連結するか弁出力ポート112と連結するかを選択する。
制御ロジック手段150からの弁制御信号は、可逆ステッ
ピングモータ102への制御信号と時間的に協調して発せ
られる。弁アセンブリー125は、ソレノイド動作の二つ
の独立した弁から成るものでもよく、または２位置選択
３出入口式の単独のソレノイド弁であってもよい。入力
ポート115から入／出力ポート116へと続く通路は、吐出
されるべき液体を流体源113から室110へ一旦導入するの
に使用される。またポート116から出力ポート112へと続
く通路は、導入された液体をディスペンサーから出力フ
ィルター123へ送り出すのに使用される。
ディスペンサー運転の１サイクルは次のステップより
成る：ポート116と112との間の通路を閉じポート115か
らポート116へ通じる通路を開くようにソレノイド125を
動作させること、および同時にモータ102を駆動してピ
ストン107を下方に引き下げてダイアフラム111の下側に
かかる液圧を減じ、流体源113から導管114、ポート11
5、弁125中の通路、ポート116、導管182、ポート117を
経由して室110へ流体を入れること。次にポート116と11
2との間の通路を開きポート115と116との間の通路を閉
じるようにソレノイド125を動作させることと、ピスト
ン107を上方に押し上げるように駆動し、ダイアフラム1
11を変形させて室110から出力導管124へ液体を流し、そ
こから吐出させるようにモータ102を運転すること。次
に所定の流体量が吐出された後、ピストン107を下方に
向ってわずかに押し下げて、流体を導管124へと逆戻し
して製品へ余分に液体が流れることを防ぐようにモータ
102を運転すること。以上のサイクルを繰り返すこと。
運転サイクルごとに、液体源113からシステムに導入
される液体の量と吐出される量とは等しい。上記のサイ
クルに、正規の量が吐出されて製品に付与される前に、
少量の液体を試験的に吐出するプレ・ディスペンス運転
を含むこともできる。この場合、モータ102を駆動して
ピストン107をわずかに上方に動かし瞬間的に停止させ
た後、導管124から吐出される液体の通路に製品が置か
れるようにすればよい。
１サイクル中に吐出される液体の量は、ピストン107
の縦方向の動きにより決定され、ピストン107の縦方向
の動きはディスペンサー制御ロジック手段150から通信
路151を経由してモータ102へと送信されるパルスの数に
直接関係する。製造時において、目標量を吐出すること
とその量の流出パターンを得ることとのために必要なモ
ータ制御信号を決定するようにディスペンサーを較正す
る。オペレータは手動入力手段154によって、たとえ
ば、ディスペンサー運転の１サイクル中に吐出される液
体量やディスペンサー運転１サイクル中の時間の関数と
しての吐出割合等の、ディスペンサー運転上のパラメー
タを規定することができる。ディスプレイ130は、選択
したパラメータおよびその他のシステムデータをオペレ
ータに対してディスプレイする。
上記において、本発明を一つの好ましい実施例につい
て説明したが、本分野の専門家ならわかるように、本発
明の精神と範囲を逸脱することなく実施に際して多くの
変形・修正を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
図面は１枚であり、本出願人の発明にかかる液体ディス
ペンサーを図示する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール エイ マーチン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95131 サン ホゼ フリッキンジャー アベニュー 1335番 (56)参考文献 特開 昭63−255575（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−18673（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−100731（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−97259（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−67681（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−67238（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−182526（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭47−30970（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B05C 5/00 101 H01L 21/312

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体用のウェイファの表面に一定量の液
    体を均一に塗布することを含む精細な制御を必要とする
    塗布作業に使用する精密液体ディスペンサーにおいて、
    該ディスペンサーが： 可撓膜（111）と該可撓膜に仕切られて対向する２つの
    空洞状の室即ち、ポンプ室（110）と駆動室（106）とか
    ら成る正変位液体ポンプのボディ部分と； 該ポンプ室に塗布すべき流体を流入又は流出させるため
    に該ポンプ室に連結されている単一の入出力ポート（11
    7）と； 塗布すべき液体の貯蔵源（113）に連結されている入力
    チャネル（111）と液体を塗布するための出口（124）の
    方に導くための出力チャネル（122）と； 該入力チャネルと該出力チャネルとを選択的に切替え
    て、該入出力ポート（117）に連結させるためのバルブ
    手段（125）と； 該可撓膜（111）を選択的に変形させるための液圧駆動
    システムと、 該液圧駆動システムを制御する手段と、 電気信号源からの電気信号を用いてシステムを制御する
    ための信号を生成するディスペンス制御ロジック手段
    （150）とを含むものであって、 該液圧駆動システムが、該駆動室の内周壁との間に気密
    を保ちつつ該内周壁を摺動するピストン（107）と該ピ
    ストンと前記可撓膜との間に密封された駆動用の液体と
    を含み、 該液圧駆動システム制御手段が、可逆ステッピングモー
    タ（102）と、該可逆ステッピングモータの出力の回転
    運動を該ピストンの双方向性の直線運動に変換するため
    に該ピストンと該ステッピングモータとの間に設けたね
    じ条結合を含む連結手段（120,121）とを含むこと、お
    よび、 該ディスペンス制御ロジック手段が該可逆ステッピング
    モータと前記バルブ手段とに、それぞれの動作のタイミ
    ングを協調的に制御して精密なディスペンスを達成させ
    るための電気信号を生成して該モータと該バルブ手段と
    に送出することを特徴とする、精密液体ディスペンサ
    ー。
  2. 【請求項２】前記ディスペンス制御手段がディスペンサ
    ーの１回の動作サイクルの中で吐出すべき液体の量およ
    び時間の関数としての吐出割合を決定するためのデータ
    を手動で入力する手段（154）を含み、 該データによって、前記ステッピングモータと前記バル
    ブ手段とが相互に協調して、吐出のタイミングを正確に
    し、吐出した後の漏れを防止するために速やかに液体の
    流れをカットオフするために液体の引き戻しを行うこと
    を含む精密なディスペンス制御を可能とする電気信号を
    生成送出すること、を特徴とする、請求項１に記載の精
    密液体ディスペンサー。
  3. 【請求項３】前記ステッピングモータ（102）と前記ピ
    ストン（107）との間に設けたねじ条結合を含む連結手
    段（120,121）が、該ピストンの軸の延長部分の内周に
    きった雌ねじと、該モータの軸の延長部分の外周にきっ
    た雄ねじとを含み、該内外のねじ条が密接に螺合し、該
    ピストンの軸の延長部分が回転を禁止されて、該モータ
    の回転を軸方向の双方向性直線運動に変換することを特
    徴とする請求項１又は２に記載のディスペンサー。
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