JP3865938B2 - ベローズポンプ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体を供給するベローズポンプに関し、特に、フォトレジスト液などの液体を一定量吐出するために使用して有用なものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウエハにフォトレジスト液を塗布するために、ベローズポンプが使用されることがある。ベローズポンプは、蛇腹形状となりポンプハウジング内に軸方向に伸縮自在に配置されるベローズと、このベローズ内に設けられるとともにベローズの先端部に連結された駆動ロッドとを有している。ベローズの他端部はポンプハウジングに固定されるようになっており、駆動ロッドによりベローズを軸方向に伸縮移動させることによって、ポンプハウジングとベローズとの間に供給された液体は、ポンプハウジングから吐出されることになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このようなベローズを用いたポンプにあっては、通常、ベローズが伸びる方向に変位するときに、液体をポンプハウジングから吐出させるようにしており、フォトレジスト液などの液体を高精度で一定量吐出させるには、ベローズの延び動作の全ての範囲において、単位伸びの長さ当たりのベローズの変位量が一定となることが望ましい。
【0004】
しかしながら、従来のベローズポンプにあっては、ベローズの伸縮変位の全範囲つまり全ストロークの範囲において、高い精度でのベローズの変位量の直線性が得られない場合がある。
【0005】
この原因を追求したところ、従来のベローズは蛇腹形状のベローズ本体部の内周ひだ部と外周ひだ部との径によって定まる有効径は、ベローズ本体の全体に渡って同一となっているが、液体を吐出する際にベローズを伸びる方向に変形させても、ベローズとポンプハウジング内に液体を収容している空間の容積が一定に変化しないためであると推測される。種々の実験と研究を行ったところ、ポンプ駆動するためにベローズを伸ばす方向に変位させると、単位移動量に対する容積変化はベローズが伸びるに従い小さくなることが判明した。この理由は、ベローズを構成する各山谷の径がベローズの伸びに従って小さくなり、これがベローズ全体としての有効径の縮小として現れるからであると考えられる。
【0006】
本発明の目的は、ベローズポンプの吐出精度を向上することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のベローズポンプは、ポンプ室が形成されたポンプハウジングと、前記ポンプハウジング内に伸縮自在に配置され、一端が前記ポンプハウジングに固定されたベローズと、前記ベローズの内部に軸方向に往復動自在に取り付けられ、前記ベローズの他端部に固定される駆動ロッドと、前記駆動ロッドを軸方向に往復動することにより、前記ベローズが伸びるときに前記ポンプ室内に供給された液体をポンプ室の外部に排出し、前記ベローズが収縮するときに前記ポンプ室内に液体を流入させる駆動手段とを有し、前記ベローズの有効径を前記ベローズの両端部から中央部に向けて徐々に小さく設定し、前記ベローズの伸縮変形の全範囲におけるいずれの位置においても前記ベローズの軸方向の単位伸縮変位当たりの前記ポンプ室の容積変化が一定となるようにしたことを特徴とする。
【0008】
本発明のベローズポンプにあっては、ベローズの伸縮動作によってポンプ室の容積を変化させると、ベローズの軸方向の伸縮量とポンプ室の変化とが一定となり、高精度でポンプ動作を行うことが可能となり、ベローズポンプの吐出精度が向上する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0010】
図1は本発明の一実施の形態であるベローズポンプを示す断面図である。
【0011】
このベローズポンプは、内部にポンプ室10が形成されたポンプハウジング11を有し、このポンプハウジング11内にはベローズ12が配置されている。このベローズ12は、複数の内側ひだ部と外側ひだ部を有し蛇腹形状となったベローズ本体部12aと、この一端部に一体に設けられた頭部12bと、他端部に一体に設けられた基端部12cとを有し、基端部12cでポンプハウジング11に固定されている。このベローズ12は、供給される液体がフォトレジスト液である場合には、フッ素樹脂であるテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)により形成されており、ポンプハウジング11も同様の樹脂材料により形成されている。ただし、液体の特性によっては、ベローズ12およびポンプハウジング11の材料は任意の材料とすることが可能である。
【0012】
このベローズ12の外側とポンプハウジング11とにより形成されたポンプ室10内に液体を案内するために、流入ポート13がポンプハウジング11に形成され、この流入ポート13に接続された流路14は、フォトレジスト液などの液体を収容する液体タンク15に逆止弁16を介して接続されている。ポンプハウジング11には吐出ポート17が形成され、この吐出ポート17に接続された流路18は、半導体ウエハなどからなる被塗布物Wに対して液体を吐出する吐出ノズル19に対して逆止弁20を介して接続されている。
【0013】
ベローズ12の内部には軸方向に往復動自在に駆動ロッド21が配置され、この駆動ロッド21の先端はベローズ12の頭部12bに連結され、後端部はベローズ12の基端部12cから突出している。駆動ロッド21の後端部には、駆動ロッド21を直線方向に往復動する駆動部22が取り付けられている。この駆動部22としては、たとえば、特開平7-130627号公報に示されるように、モータにより駆動される送りねじを駆動ロッド21にねじ結合するようにしてモータにより駆動するようにしても良く、空気圧シリンダや油圧シリンダなどの流体圧シリンダによって駆動ロッド21を往復動するようにしても良い。
【0014】
駆動ロッド21によりベローズ12が伸び変形すると、ポンプ室10内に供給された液体はポンプ室10の容積が小さくなるので、逆止弁20を介して吐出ノズル19から吐出されることになり、このときには、逆止弁16によって流入ポート13は閉じられることになる。一方、駆動ロッド21によりベローズ12が収縮すると、ポンプ室10の容積が大きくなり、液体タンク15内の液体が逆止弁16を介してポンプ室10内に流入することになる。このときには、逆止弁20は閉じられることになる。
【0015】
図2はベローズ12を拡大して示す断面図であり、図2(A)はベローズが収縮した状態を示し、図2(B)はベローズが伸びた状態を示す。
【0016】
ベローズ本体部12aは、複数の内側ひだ部と外側ひだ部とを有し、これらがジグザグ状に折れ曲がった蛇腹形状となっており、内側ひだ部と外側ひだ部とにより定まる平均有効径Dは図2において二点鎖線で示されている。
【0017】
図2(A)に示されるように、ベローズ12の断面形状はその収縮時におけるベローズ本体部12aの有効径がベローズ12の両端部から中央部に向けて徐々に小さくなるように鼓形となっている。このように、ベローズ本体部12の断面形状を鼓形とすると、図2(A)で示す収縮状態から図2(B)で示す伸びた状態にベローズ12を変形させたときに、伸びに伴ってベローズ本体部12aの中央部分は両端部から径方向外方に引っ張られる力を受けて径方向外方に変位することになる。
【0018】
図3は従来使用されているベローズ12を比較例として示す断面図であり、同図(A)に示すようにベローズ12の収縮時のベローズ本体部12aをストレートに設定すると、図3(B)に示すように、ベローズ12が伸びた時には各山谷の径は小さくなり、その中央部分が特に縮小するように変形することになった。このため、ベローズ12が伸びることによるポンプ動作にあっては、伸び動作において、ベローズ12の軸方向の単位ストローク当たりのポンプ室の容積変化が少なくなることがある。
【0019】
図4は図2に示す本発明のベローズを有するベローズポンプと、図3に示す比較例のベローズを有するベローズポンプとのそれぞれの吐出特性を示すグラフである。破線Bで示すように、図3に示すベローズを用いた場合には、ベローズ12の伸びの終了端に近づくに従い、単位ストローク当たりの吐出流速が低下して、吐出流速の直線性が得られないが、実線Aで示すように、本発明のベローズを有するベローズポンプは、ベローズ12の全ストロークにおいても吐出流速の直線性に優れたものとなった。つまり、ベローズ12の伸びの開始時期から伸びの終了時期までの全ストロークのいずれの位置においても、ベローズの軸方向の単位変位当たりのポンプ室10の容積変化が一定となった直線性に優れた特性のポンプが得られた。
【0020】
図5は他のタイプのベローズポンプを示す断面図であり、図5にあっては、前記実施の形態における部材と共通する部材には同一の符号が付されている。
【0021】
この場合には、液体吐出装置30を駆動するために、ベローズポンプが使用されており、ベローズポンプの構造は、液体流出入ポート23を有することを除き、図1に示された構造と同様となっている。
【0022】
液体吐出装置30は一端部に流入側のジョイント部31が設けられ、他端部に流出側のジョイント部32が設けられた円筒形状の本体部33を有し、この本体部33の中には、両端部がそれぞれのジョイント部31,32に取り付けられた径方向に膨張収縮自在の可撓性チューブ34が配置されている。流入側のジョイント部31は供給側の流路14により液体タンク15に接続され、流出側のジョイント部32は吐出側の流路18により吐出ノズル19に接続されている。
【0023】
この可撓性チューブ34と本体部33との間は、液体を収容する収容室35となっており、本体部33に形成された連通ポート36とベローズポンプの液体流出入ポート23とを連結する流路37により、収容室35とポンプ室10は連通している。
【0024】
したがって、ベローズポンプの駆動部22を作動させることによって、ベローズ12を伸ばすように変形させると、ポンプ室10の容積が小さくなってこの中の液体が流路37を介して収容室35内に供給される。これにより、可撓性チューブ34が収縮することになって逆止弁20を介して可撓性チューブ34内の液体が吐出ノズル19に案内される。一方、ベローズ12を収縮するように変形させると、ポンプ室10の容積が大きくなってこの中に収容室35内の液体が案内され、可撓性チューブ34は膨張することになる。これにより、液体タンク15内の液体は逆止弁16を介して可撓性チューブ34内に案内される。
【0025】
吐出ノズル19からフォトレジスト液を吐出する場合には、それぞれのジョイント部31,32と可撓性チューブ34の材料を前述したPFAとすることが望ましい。
【0026】
図5に示すように、吐出ノズル19から吐出される液体をポンプ作動するための可撓性チューブ34を作動させるために、ベローズポンプを用いるようにしても良く、図1に示すように、ベローズポンプにより直接吐出ノズル19に液体をポンプ作動させるようにしても良い。
【0027】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、ベローズ12の伸縮変形の全範囲におけるいずれの位置においてもベローズの軸方向の単位伸縮変形当たりのポンプ室の容積変化が一定となるので、吐出特性に優れた高精度のベローズポンプが得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態であるベローズポンプを示す断面図である。
【図2】(A)は収縮した状態における図1に示されたベローズを拡大して示す断面図であり、(B)は伸びた状態におけるベローズを示す同様の断面図である。
【図3】(A)は収縮した状態における比較例のベローズを示す断面図であり、(B)は伸びた状態における比較例のベローズを示す断面図である。
【図4】本発明のベローズポンプと比較例のベローズポンプとを比較して示す特性線図である。
【図5】本発明の他の実施の形態であるベローズポンプを示す断面図である。
【符号の説明】
10 ポンプ室
11 ポンプハウジング
12 ベローズ
12a ベローズ本体部
12b 頭部
12c 基端部
13 流入ポート
14 流路
15 液体タンク
16 逆止弁
17 吐出ポート
18 流路
19 吐出ノズル
20 逆止弁
21 駆動ロッド
22 駆動部
23 連通ポート
30 液体吐出装置
31,32 ジョイント部
33 本体部
34 可撓性チューブ
35 収容室
36 連通ポート
37 流路

Claims (1)

  1. ポンプ室が形成されたポンプハウジングと、
    前記ポンプハウジング内に伸縮自在に配置され、一端が前記ポンプハウジングに固定されたベローズと、
    前記ベローズの内部に軸方向に往復動自在に取り付けられ、前記ベローズの他端部に固定される駆動ロッドと、
    前記駆動ロッドを軸方向に往復動することにより、前記ベローズが伸びるときに前記ポンプ室内に供給された液体をポンプ室の外部に排出し、前記ベローズが収縮するときに前記ポンプ室内に液体を流入させる駆動手段とを有し、
    前記ベローズの有効径を前記ベローズの両端部から中央部に向けて徐々に小さく設定し、前記ベローズの伸縮変形の全範囲におけるいずれの位置においても前記ベローズの軸方向の単位伸縮変位当たりの前記ポンプ室の容積変化が一定となるようにしたことを特徴とするベローズポンプ。
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