JP4547368B2 - 薬液供給装置 - Google Patents

Description

本発明はフォトレジスト液等の薬液を定量吐出する薬液供給装置に関する。

半導体ウエハや液晶用ガラス基板等の表面には、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により微細な回路パターンが作り込まれる。フォトリソグラフィ工程ではウエハやガラス基板の表面にフォトレジスト液等の薬液を塗布するために薬液供給装置が使用されており、容器内に収容された薬液はポンプにより吸い上げられてフィルタ等を通過してノズルからウエハ等の被塗布物に塗布される。特許文献１にはウエハにフォトレジスト液を供給するための処理液供給装置が記載され、特許文献２には液晶用ガラス基板にフォトレジスト液を供給するための塗工装置が記載されている。

このような薬液供給装置においては、塗布される薬液の中にゴミ等の粒子つまりパーティクルが混在するとそれが被塗布物に付着し、パターン欠陥を引き起こして製品の歩留まりを低下させる。容器内の薬液がポンプ内に滞留すると変質し、変質した薬液がパーティクルとなる場合があるので、薬液を吐出するポンプは滞留がないことが求められる。

薬液を吐出するポンプとしては、薬液が流入するポンプ室とポンプ室を膨張収縮する駆動室とを弾性変形自在のダイヤフラムやチューブ等の仕切り膜により仕切るようにしたものが使用されている。駆動室に間接液つまり非圧縮性媒体を充填し仕切り膜を介して薬液を加圧するようにしており、非圧縮性媒体の加圧方式には、特許文献３に記載されるようにベローズタイプのものと、特許文献４に示されるようにピストンを用いたシリンジタイプとがある。

液化ガスを吐出するための往復動ポンプには、特許文献５に記載されるように、ベローズを用いてピストン内の流体を外界から封止するようにしたタイプがある。
特開２０００−１２４４９号公報 特開２００４−５００２６号公報 特開平１０−６１５５８号公報 米国特許第５１６７８３７号公報 特開２００６−１４４７４１号公報

非圧縮性媒体によりダイヤフラムやチューブを弾性変形させてポンプ動作を行うようにすると、ポンプの膨張収縮室内での薬液の滞留を防止することができ、薬液の滞留に起因したパーティクルの発生を防止できる反面、非圧縮性媒体がポンプの性能を決定する重要な役割を担うことになる。つまり、非圧縮性媒体の中に外部から空気が入り込むとマクロ的には非圧縮性媒体の非圧縮性は失われ、ベローズやピストンの移動を忠実にダイヤフラムやチューブに伝達することができなくなり、ベローズやピストンの移動ストロークと薬液の吐出量とが対応しなくなる。また、非圧縮性媒体が漏れた場合にも同様にベローズ等の移動ストロークと薬液の吐出量とが対応しなくなり、高精度に薬液を吐出することができなくなる。

上述した特許文献４に示されるシリンジタイプのポンプにおいては、通常、シリンダにピストンの外周面と接触するシール材を設け、ピストンの先端面側の駆動室内とピストン基端面側の外部との間をシールするようにしており、ピストンはシール材を境に非圧縮性媒体がある部分と外部との間を往復動することになる。このため、非圧縮性媒体がピストンの外周面に付着した状態で外部まで露出することがある。付着した非圧縮性媒体は、薄い膜状となって外周面とシール材との間に入り込むので、シール材とピストン外周面との直接接触を回避して潤滑剤としての役割を果たすことになる反面、外部に露出した非圧縮性媒体は一部が少しずつ蒸発したり、乾燥したりすることもあってピストン表面から消失し、非圧縮性媒体の量が減少することになる。また、外部に露出した非圧縮性媒体が揮発すると、ピストン外周面には潤滑剤として機能する非圧縮性媒体が消失して油膜切れ状態となるので、シール材が直接ピストン外周面に接触してシール材の摩耗が促進されることになる。

仕切り膜により仕切られた駆動室を膨張させてポンプ室の内部に容器内の薬液を吸入するためにピストンを後退移動させると、非圧縮性媒体が負圧状態となるので、外部の周囲空気がピストン外周面とシリンダの内周面との間から駆動室内の非圧縮性媒体の内部に入り込むことがある。この現象は、ピストンの外周面に摺動接触するシール材が磨耗してシール性が低下すると顕著になり、ピストンにより非圧縮性媒体に大きな負圧を印加させた場合も同様である。

これに対し、上述したベローズタイプのポンプは、摺動面に接触するシール材は使用されていないので、非圧縮性媒体が充填された駆動室や薬液を加圧するポンプ室の密閉性は高いという利点がある。しかし、ベローズタイプはシリンジタイプに比較して非圧縮性媒体に加えられる圧力は低い傾向がある。例えば、レジストをフィルタを介してノズルに吐出する場合、フィルタの流通抵抗が大きいのでポンプ室の圧力を高くする必要がある。このため、ベローズを駆動したときに駆動室内の非圧縮性媒体の圧力は高くなり、ベローズが僅かに径方向に膨張することがあり、膨張するとベローズの移動ストロークと薬液の吐出量とが高精度に対応しなくなる。

ポンプからの吐出圧を高めるには、上述したシリンジタイプのポンプが好ましいが、シール材の摩耗が進むと、駆動室内の非圧縮性媒体が外部に漏出することになる。このため、シール材を定期的に交換するようにしている。シール材を用いることなく、ピストン外周面とシリンダ内周面との隙間を狭くして駆動室内の非圧縮性媒体の漏出を防止するようにしたタイプの薬液吐出ポンプにおいても、同様に、ピストンとシリンダとの摺動面の摩耗が進むと、駆動室内の非圧縮性媒体が外部に漏出するので、ピストンやシリンダを交換する必要がある。

したがって、駆動室内の非圧縮性媒体のピストンとシリンダとの摺動面からの漏れを外部から検出することができれば、シール材の交換時期やピストン等の交換時期を判定することができる。

本発明の目的は、薬液を高精度で吐出することができる薬液供給装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、ピストンとシリンダとの間から非圧縮性媒体が漏出しないようにした薬液供給装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、ピストンとシリンダとの間をシールするシール材に非圧縮媒体の膜を介在させてシール材の潤滑性を向上し得る薬液供給装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、駆動室内の非圧縮性媒体のピストンとシリンダとの間からの漏れを監視することができるようにした薬液供給装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、駆動室内の非圧縮性媒体の漏れ量によって寿命を判断することができるようにした薬液供給装置を提供することにある。

本発明の薬液供給装置は、液体流入口および液体流出口に連通するポンプ室と駆動室とを仕切る弾性変形自在の仕切り膜が設けられたポンプと、前記駆動室に非圧縮性媒体を給排するピストンが往復動自在に組み付けられ、前記ピストンの摺動面が摺動する摺動面を有するシリンダと、前記ピストンを軸方向に往復動し、前記非圧縮性媒体を介して前記ポンプ室を膨張収縮する駆動手段と、前記ピストンと前記シリンダとの間に設けられ、前記ピストンの前記摺動面に連なるとともに非圧縮性媒体が封入されるシール室を形成する弾性変形自在のベローズカバーとを有し、前記ベローズカバーの平均有効径を前記ピストンの前記摺動面の外径とほぼ同一に設定することを特徴とする。

本発明の薬液供給装置は、前記ピストンに前記摺動面の外径よりも小径の小径部を形成し、前記ベローズカバーを前記シリンダの開口端部と前記ピストンの基端部との間に設け、前記ベローズカバーと前記小径部との間に前記シール室を形成することを特徴とする。

本発明の薬液供給装置は、前記シリンダの前記摺動面の内径よりも大径の大径孔を前記シリンダに形成し、前記ベローズカバーを前記ピストンの基端部と前記シリンダの開口端部との間に設け、前記ベローズカバーと前記大径孔との間に前記シール室を形成することを特徴とする。

本発明の薬液供給装置は、前記シール室の圧力を検出するシール室圧力検出手段を有することを特徴とする。

本発明の薬液供給装置は、前記駆動室の圧力を検出する駆動室圧力検出手段を有することを特徴とする。

本発明の薬液供給装置において、前記駆動室は、前記シリンダに設けられる仕切り膜と前記ピストンとにより区画形成されることを特徴とする。また、本発明の薬液供給装置において、前記駆動室は、前記ポンプに設けられるポンプ側の駆動室と、前記シリンダと前記ピストンとにより形成されるピストン側の駆動室とからなることを特徴とする。

本発明の薬液供給装置において、前記仕切り膜はダイヤフラムであることを特徴とする。また、本発明の薬液供給装置において、前記仕切り膜はチューブであることを特徴とする。

本発明によれば、非圧縮性媒体が充填される駆動室をピストンにより膨張収縮させてポンプ室を非圧縮性媒体を介して膨張収縮させるようにしたので、ベローズにより非圧縮性媒体を加圧する場合よりも非圧縮性媒体に高い圧力を加えることができる。これにより、ポンプ室の収縮時にポンプ室に高い流通抵抗が加わっても薬液を供給することができる。

ピストンとシリンダとの間に設けられたベローズカバー等の弾性変形部材により、ピストンとシリンダとの摺動面に連なるシール室が形成されており、このシール室には非圧縮性媒体が封入されている。このようにシール室を形成するための弾性変形部材は摺動部を有していないので、弾性変形部材からの非圧縮性媒体の漏出は完全に防止することができる。したがって、駆動室をピストンによって加圧することによりピストンとシリンダとの摺動部から内部の非圧縮性媒体が漏出してもその非圧縮性媒体はシール室内に流入することになるので、装置の外部には非圧縮性媒体が漏出することが防止される。

このように、ピストンとシリンダとの間の摺動部がシール室に連なっているので、ピストンとシリンダとの間をシールするシール材を境としてこれの軸方向両側に非圧縮性媒体が満たされるので、シール材とこれに接触する部分には薄膜状となった非圧縮性媒体が介在することになり、シール材の潤滑性が高められ、シール材の摩耗が防止される。これにより、シール材の耐久性を向上させることができる。

駆動室を膨張させる方向にピストンを駆動することにより駆動室の圧力が外部の圧力よりも低くなったことに起因して駆動室内にシール室内の非圧縮性媒体が駆動室内に入り込むことはあっても、駆動室内には空気等の圧縮性の流体が混入することはないので、ピストンの移動ストロークとポンプ室の変形量とを高精度に対応させることができ、ポンプからの薬液の吐出量を高精度にすることができる。

駆動室に摺動部を介して連なるシール室をベローズカバーなどの弾性変形部材により区画形成したので、ピストンとシリンダとの摺動部に設けられたシール材が経年変化により磨耗しても、駆動室内への気体の混入が防止され、シール材の交換時期やメンテナンスの時期を長く設定することができるとともに、薬液供給装置の耐久性を向上させることができる。

シール材を使わずに注射器のようにピストンとシリンダの隙間を狭く設定してシール効果を持たせるようにすると、シール材特有のスティックスリップが無く、安定して薬液を吐出することができるという利点がある。一般的にはシール材を用いないと、非圧縮性媒体の漏出や駆動室内への気体の混入が発生しやすくシール性が劣るという欠点があるが、ピストンとシリンダとの間に設けられた弾性変形部材によりシール室を形成することによってその欠点を無くし、安定した薬液の吐出を維持しながら薬液供給装置の耐久性を向上させることができる。

ピストンの摺動面とシリンダ孔内周面の摺動面との間に設けられたシール材が摩耗したり、シール材をこれらの間に設けることなく両方の摺動面の間でシール性を確保するようにした場合にはこれらの摺動面が摩耗すると、シール性が劣化して駆動室からシール室に非圧縮性媒体が漏出することになる。漏出するとシール室の圧力が変化することになるので、シール室の圧力を検出することによって非圧縮性媒体の漏出量に応じたシール性の劣化度を判断することができる。シール性の劣化度によりシール材の寿命やシール材を用いていない場合にはピストン等の部品交換時期を判断することができる。

シール性が劣化すると、駆動室の圧力変化特性が変化することになるので、駆動室の圧力を検出することによってシール性の劣化度を検出することができ、同様にしてシール材の寿命等を判断することができる。

シール室の圧力と駆動室の圧力とを検出することによって、駆動室の圧力変動によるシール室の圧力変動の影響を加味してシール性の劣化度をより正確に判断することができる。

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。図１は本発明の一実施の形態である薬液供給装置１０ａを示す断面図であり、図２は図１における２−２線断面図である。

この薬液供給装置１０ａはポンプ１１とシリンダ１２とを有している。ポンプ１１はシリンダ１２に対してボルト１３により固定されるポンプケース１４と、ポンプケース１４内の円筒形状のスペース１５内に取り付けられる可撓性チューブ１６とを備えている。可撓性チューブ１６は径方向に膨張収縮自在の弾性部材により形成されており、この可撓性チューブ１６によりその内側のポンプ室１７と外側のポンプ側の駆動室１８とにスペース１５は仕切られており、可撓性チューブ１６は仕切り膜を構成している。

可撓性チューブ１６の両端部にはアダプタ部２１，２２が取り付けられており、一方のアダプタ部２１にはポンプ室１７に連通する液体流入口２３が形成されるとともに供給側流路２４が接続され、他方のアダプタ部２２にはポンプ室１７に連通する液体流出口２５が形成されるとともに吐出側流路２６が接続されている。供給側流路２４はレジスト液等の薬液を収容する薬液タンク２７に接続され、吐出側流路２６はフィルタ２８を介して塗布ノズル２９に接続されている。

可撓性チューブ１６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、アダプタ部２１，２２も同様にＰＦＡにより形成されている。ＰＦＡにより形成されたこれらの部材はフォトレジスト液と反応しない。ただし、薬液の種類によっては、ＰＦＡに限られず、弾性変形する材料であれば、他の樹脂材料やゴム材料等の可撓性材料を可撓性チューブ１６の素材として用いるようにしても良い。アダプタ部２１，２２も同様に他の樹脂材料や金属材料を素材として用いるようにしても良い。

供給側流路２４にはこの流路を開閉するための供給側開閉弁３１が設けられ、吐出側流路２６にはこの流路を開閉するための吐出側開閉弁３２が設けられている。それぞれの開閉弁３１，３２としては、電気信号により作動するソレノイドバルブや、モータ駆動バルブ、空気圧により作動するエアオペレートバルブが用いられる。さらには、逆止弁つまりチェッキ弁を用いるようにしても良い。

シリンダ１２に形成された底付のシリンダ孔３３にはピストン３４が軸方向に往復動自在に組み付けられ、ピストン３４の先端面とシリンダ孔３３の底面３５との間にピストン側の駆動室３６が形成されており、シリンダ１２に形成された連通孔３７によりピストン側の駆動室３６はポンプ側の駆動室１８に連通している。両方の駆動室１８，３６には液体が駆動用の非圧縮性媒体３８として封入されており、駆動室１８，３６内の非圧縮性媒体３８は連通孔３７を介して連通している。したがって、ピストン３４を底面３５に向けて前進移動させると、ピストン側の駆動室３６が収縮して駆動室３６内の非圧縮性媒体３８はポンプ側の駆動室１８内に流入し、可撓性チューブ１６の内側のポンプ室１７は収縮する。一方、ピストン３４を後退方向に移動させると、ピストン側の駆動室３６が膨張してポンプ側の駆動室１８内の非圧縮性媒体３８は駆動室３６内に流入し、ポンプ室１７は膨張する。

可撓性チューブ１６とポンプケース１４とを有するポンプ１１は、シリンダ１２内のピストン３４が往復動すると、両方の駆動室１８，３６内に封入された非圧縮性媒体３８の移動によりポンプ室１７が膨張収縮し、ポンプ室１７の膨張収縮に連動させて供給側開閉弁３１と吐出側開閉弁３２とを開閉作動することによって薬液タンク２７内の薬液は塗布ノズル２９に供給される。

ポンプ１１を構成するポンプケース１４はシリンダ１２に取り付けられており、ポンプケース１４とシリンダ１２との間からの非圧縮性媒体３８の漏れを防止するために、シール材が設けられたシール駒３９がポンプケース１４とシリンダ１２との間に組み込まれている。ただし、ポンプケース１４とシリンダ１２とを一体の部材により形成するようにしても良い。また、ポンプケース１４をシリンダ１２から分離させ、連通孔を有するホースやチューブによりポンプケース１４とシリンダ１２とを連結するようにしても良い。

図２は図１における２−２線断面図であり、ポンプ部材としての可撓性チューブ１６はアダプタ部２１，２２に嵌合する部分を除いて横断面は長円形となっており、平坦部と円弧状部とを有している。図１に示されるようにピストン３４がほぼ前進限位置となると可撓性チューブ１６は図２において実線で示すように平坦部が相互に接近するように収縮変形し、ピストン３４が後退限位置となると図２において二点鎖線で示すように平坦部が相互に平行となった長円形となる。ただし、可撓性チューブ１６の横断面形状は長円形に限られず、円形等の他の形状であっても良い。

シリンダ１２は駆動ボックス４１に取り付けられており、駆動ボックス４１は断面四角形のボックス本体４２を有し、これの両端には端壁４３，４４が固定されている。端壁４４の内面には軸受ホルダー４５により軸受４６が固定され、軸受４６にはボールねじ軸４７がその基端部で回転自在に支持されている。ボールねじ軸４７は端壁４４の外側に固定された駆動手段としてのモータ４８の主軸に連結されており、モータ４８により正逆両方向にボールねじ軸４７は回転駆動される。

ピストン３４の後端には駆動スリーブ５１が連結されており、駆動スリーブ５１は雄ねじ部５２が一体に設けられた端壁部５１ａとこれと一体となった円筒部５１ｂを有している。雄ねじ部５２はピストン３４の端部に形成されたねじ孔にねじ結合され、円筒部５１ｂは駆動ボックス４１内の支持板５３に固定されたガイド筒５４により軸方向に移動自在に支持されている。ボールねじ軸４７は駆動スリーブ５１の内部に同軸状に組み込まれており、駆動スリーブ５１の開口端部には、ボールねじ軸４７にねじ結合するナット５５が固定されている。ナット５５は駆動スリーブ５１内に嵌合されるねじ部５５ａとこれと一体となったフランジ部５５ｂとを有し、フランジ部５５ｂは図示しないねじ部材により駆動スリーブ５１に締結されている。したがって、モータ４８によりボールねじ軸４７を回転駆動すると、ナット５５を介して駆動スリーブ５１がガイド筒５４に案内されて軸方向に直線往復動する。ボールねじ軸４７の回転駆動時にボールねじ軸４７が傾斜しないようにボールねじ軸４７の先端部にはガイドリング５６が装着され、このガイドリング５６は駆動スリーブ５１の内周面に嵌合している。

駆動スリーブ５１の軸方向移動を案内するためのガイド筒５４の内周面と駆動スリーブ５１の外周面にスプラインを形成し、両方のスプラインの間にボールを介在させるようにすると、モータ４８により駆動スリーブ５１を介してピストン３４を駆動するときにおける駆動スリーブ５１の摺動抵抗を小さくすることができ、さらに駆動スリーブ５１の回転を規制する機能を有している。

ピストン３４は先端部側の大径部５８と基端部側の小径部５９とを有し、大径部５８の外周面は、シリンダ孔３３の内周面である摺動面６１に摺動接触する摺動面６２となっている。ピストン３４とシリンダ１２との間には、これらの間でピストン３４の摺動面６２に連なるシール室６３を形成するためのベローズカバー６４が弾性変形部材として設けられている。ベローズカバー６４は、シリンダ１２の開口端部に形成された大径孔６５に固定される環状部６６と、ピストン３４の突出部つまり基端部に固定される環状部６７と、これらの間のベローズ部６８とを有しており、ＰＴＦＥ等の樹脂材料により形成されている。ただし、ゴム材料や金属材料により形成するようにしても良い。ベローズカバー６４はピストン３４の基端部側の外周面を覆うように設けられており、摺動面６１，６２に連なるシール室６３がベローズカバー６４とピストン３４の小径部５９の外周面との間に形成され、シール室６３内にはシール用の非圧縮性媒体３８ａが封入されている。なお、弾性変形部材としてベローズカバー６４に代えてダイヤフラムを用いるようにしても良い。

シール室６３内に封入される非圧縮性媒体３８ａとしては、それぞれの駆動室１８，３６に封入される非圧縮性媒体３８と同種のものが使用されているが、非圧縮性媒体３８ａと非圧縮性媒体３８とを異種のものとしても良い。

シリンダ１２の摺動面６１とピストン３４の摺動面６２との間をシールするために、シリンダ１２に形成された環状溝にはシール材６９が装着されており、往復動するピストン３４の摺動面６２はシール材６９に摺動接触する。ただし、ピストン３４の外周面に環状溝を形成し、その環状溝にシール材６９を装着するようにしても良く、その場合にはシール材６９はピストン３４の往復動時にシリンダ孔３３の摺動面６１に摺動接触する。

ベローズカバー６４のベローズ部６８は、円錐形の部分が連なって形成されているので、軸方向の位置によって内径が相違している。ベローズ部６８の軸方向全体の平均有効径をＤ１とすると、この平均有効径Ｄ１はピストン３４の摺動面６２の外径Ｄ２とほぼ同一（Ｄ１＝Ｄ２）に設定されている。したがって、ベローズ部６８の平均有効断面積とピストン３４の断面積はほぼ同一に設定されており、ピストン３４が軸方向に往復動されて、ベローズカバー６４のベローズ部６８が軸方向に弾性変形するときには、シール室６３内の容積は変化しない。これにより、ピストン３４の往復動時にはベローズカバー６４のベローズ部６８は軸方向のみに変形し、径方向には変形しない。

平均有効径Ｄ１の外径Ｄ２に対するほぼ同一径には、ピストン３４の軸方向往復動時にベローズ部６８が径方向に僅かに変形してもベローズカバー６４の耐久性を損なわない程度であれば許容誤差が含まれる。ピストン３４の摺動面６２とシリンダ孔３３の摺動面６１との間の隙間は、例えば0.5ｍｍあるいはこれ以下の僅かな隙間に設定されており、ベローズ部６８の平均有効径Ｄ１をシリンダ孔３３の内径と同一に設定しても、ピストン３４の往復動時にはベローズ部６８は径方向には殆ど変形することなく、ベローズカバー６４の耐久性を維持することができる。したがって、外径Ｄ２の許容誤差には、シリンダ孔３３の内径の寸法も含まれることになる。

この薬液供給装置１０ａはピストン側の駆動室３６の非圧縮性媒体３８をピストン３４により加圧して非圧縮性媒体３８をピストン側の駆動室３６からポンプ側の駆動室１８に供給するようにしたので、ポンプ側の駆動室１８の圧力を高めることができる。ピストン側の駆動室３６内の非圧縮性媒体３８はシール材６９によりシールされるが、ピストン３４により駆動室３６を加圧すると、ピストン３４の外周面つまり摺動面６２に付着した非圧縮性媒体３８が駆動室３６の圧力によりそのままシール材６９と摺動面６２のごく僅かな隙間を通過してシリンダ１２の開口端よりも外方に案内されて漏出するおそれがある。しかし、ピストン３４の外周面に付着して外部に漏れた非圧縮性媒体３８は、シール室６３内の非圧縮性媒体３８ａに取り込まれることになり、装置の外部に漏出することはない。ベローズカバー６４は摺動部を有していないので、両方の摺動面６１，６２の間から漏れた非圧縮性媒体３８がシール室６３から外部へ漏出したり飛散することが防止される。

ピストン３４を後退移動させてピストン側の駆動室３６の容積を大きくする際に両方の駆動室１８，３６内の非圧縮性媒体３８が負圧状態となっても、ピストン３４の突出端部はベローズカバー６４により外部から遮蔽されており、シール室６３内に封入された非圧縮性媒体３８ａが駆動室３６内に逆流して入り込んだとしても、外部の空気が駆動室１８，３６内に混入することはない。

しかも、気体に比べて液体等の非圧縮性媒体３８，３８ａは分子量が大きいので、シール材６９と両方の摺動面６１，６２の間の微細な隙間を通り難く、シール室６３から駆動室３６へ入り込む非圧縮性媒体３８ａの量は少なくなる。このように、液体等の非圧縮性媒体３８ａをシール室６３内に封入することにより、ポンプ１１からの薬液の吐出精度を長期間にわたり高精度に維持することができる。

さらに、ピストン３４の摺動面６２とシリンダ孔３３の摺動面６１との間をシールするシール材６９を境としてこれの軸方向両側に非圧縮性媒体３８，３８ａが満たされているので、シール材６９とピストン３４の外周面には薄膜状となった非圧縮性媒体３８，３８ａが介在することになり、シール材６９の潤滑性が高められ、シール材６９の摩耗が防止される。これにより、シール材６９の耐久性が向上し、装置の寿命を長くすることができる。

また、シール材６９が長期使用により磨耗してシール性が低下しても、駆動室１８，３６内に空気が混入することを防止することができ、ピストン３４の往復動ストロークと可撓性チューブ１６内からの薬液の吐出量とを高精度に対応させることができる。したがって、液晶用ガラス基板にフォトレジスト液を塗布する場合には、一定量のフォトレジスト液を高い精度で塗布ノズル２９から吐出することができる。

シリンダ１２にはシール室６３内の非圧縮性媒体３８ａの圧力を検出するためにシール室圧力センサ７１がシール室圧力検出手段として取り付けられ、駆動室３６内の非圧縮性媒体３８の圧力を検出するために駆動室圧力センサ７２が駆動室圧力検出手段として取り付けられており、それぞれのセンサ７１，７２は圧力に応じた電気信号を出力する。

図３はピストン３４を底面３５に向けて前進移動させ、ポンプ室１７を収縮させる薬液吐出させるポンプ吐出工程開始時のポンプ室１７における薬液の圧力変化を示すグラフであり、この圧力変化は駆動室１８，３６内の非圧縮性媒体の圧力変化にほぼ対応することになる。

図３において波形Ａはシール材６９が所望のシール効果を発揮しているときのポンプ室１７の圧力変化特性であり、吐出開始時にはポンプ室１７の圧力は急峻に立ち上がるように変化することになり、その圧力は駆動室圧力センサ７２で検出される。このような急峻な変化は、ベローズに代えてピストン３４により駆動室を形成することによって達成することができる。しかし、シール材６９が摩耗したり、ピストン３４の摺動面６２、シリンダ孔３３の摺動面６１が摩耗したりして摺動面６１，６２の間のシール性が劣化すると、駆動室３６からシール室６３へ漏出する非圧縮性媒体３８の量が増加して、波形Ａで示す特性が維持できなくなり、シール性の劣化進行に伴って、波形Ｂから波形Ｃのようになだらかな立ち上がり変化となる。

つまり、シール性が劣化すると、薬液の吐出時には駆動室３６からシール室６３への非圧縮性媒体３８の移動抵抗が小さくなって駆動室３６に漏出する媒体量が増加するので、ピストン３４の推力が駆動室１８，３６の圧力に正確には伝わらなくなり、図３において波形Ｂ，Ｃに示すようになだらかな立ち上がりとなる。立ち上がり特性が許容値を超えた状態は、駆動室３６の圧力を駆動室圧力センサ７２により検出することができ、立ち上がり特性が分かれば、シール性の劣化が許容範囲を超えたことに起因するシール材６９の交換時期を判断できる。

ピストン３４を後退移動させてポンプ室１７内に薬液を吸入するときにはポンプ室１７内の圧力が急峻に変化する必要は少ないが、シール性が劣化すると、ポンプ吸入工程ではシール室６３から駆動室３６へ移動する非圧縮性媒体３８ａの量が増加するので、吸入時における駆動室３６の圧力変化によってもシール材６９の交換時期を判断することができる。

したがって、シール室６３内の圧力を検出するシール室圧力センサ７１からの出力信号や、駆動室３６内の圧力を検出するために駆動室圧力センサ７２からの出力信号によってシール性の劣化度、つまり非圧縮性媒体３８，３８ａの漏出度を検出することができる。

図４はポンプ吐出工程とポンプ吸入工程の１サイクルにおける駆動室圧力の変化と、シール室圧力の変化とを示すグラフである。

ピストン３４を前進させるポンプ吐出工程と後退移動させるポンプ吸入工程においては、駆動室１８，３６の圧力は時間とともに図４における駆動室圧力のグラフのように変化する。これに対し、シール室６３の圧力は、シール材６９が所望のシール性を発揮していれば、摺動面６１，６２からのシール室６３への非圧縮性媒体３８の漏れがないので、ピストン３４の往復動によるポンプ吐出工程およびポンプ吸入工程においても、変化することなく初期値Ｅを維持することになる。初期値Ｅはシール室６３内に非圧縮性媒体３８ａが封入されていることから、ゲージ圧ゼロよりもやや高くなっているが、この初期値はゼロとしても良く、負圧等の任意の値に設定することができる。

シール性の劣化が進むと、ポンプ吐出工程時には駆動室３６からシール室６３に漏出する非圧縮性媒体３８の量が増加してシール室６３の圧力が初期値Ｅよりも高くなる。これに対し、ポンプ吸入工程時にはシール室６３から駆動室３６に漏入する非圧縮性媒体３８ａの量が増加してシール室６３の圧力が初期値よりも低くなり、ゲージ圧ゼロに対して負圧値が大きくなる。したがって、シール室６３の圧力を検出することによってシール性の劣化に起因する漏出度を判断することができる。なお、駆動室１８，３６の圧力変化に比べてシール室６３の圧力変化は低くなるが、図４においては理解し易くするためにシール室６３の圧力変化は駆動室の圧力変化よりも拡大して示されている。

図４のシール室圧力に示すように、吐出時におけるシール性の劣化度を判定する圧力値として、しきい値をＰ１，Ｐ２の２種類設定しておくと、しきい値Ｐ１を越えたときにはある程度シール性の劣化が進行したことをシール室圧力センサ７１からの検出信号によって判断することができ、しきい値Ｐ２を越えたときにはシール材６９を交換しなければならない程度までシール性が劣化したことを判断することができる。一方、ポンプ吸入工程時における劣化判定圧力値として、しきい値Ｓ１，Ｓ２の２種類設定しておくと、同様にして劣化度を判断することができる。

シール性の劣化度が同じであっても、薬液粘度や吐出側流路２６の流通抵抗等による駆動室１８，３６の圧力に応じて、シール室６３の圧力変化は相違することになる。そこで、駆動室１８，３６の圧力に応じて、シール性劣化の判断を行うしきい値を変更するようにすることができる。

図４における特性線Ｆ，Ｇは、シール材６９の摩耗が始まってシール性が少し劣化した場合のシール室６３の圧力変化を示す。特性線Ｆは、薬液粘度が低い場合やポンプ１１の吐出側流路２６の流通抵抗が小さい場合のようにポンプ吐出工程における駆動室１８，３６の圧力が高くならない場合におけるシール室６３の圧力変化を示し、駆動室１８，３６の圧力が高くならないので、ポンプ吸入工程ではゲージ圧ゼロよりも低い圧力となる。

これに対し、シール性の劣化程度が特性線Ｆで示す場合と同じでも、薬液粘度が高い場合や吐出側流路にフィルタが設けられていた場合のようにポンプ吐出工程におけるポンプ室１７の圧力が上述した場合よりも高くなる場合には、シール室６３の圧力は特性線Ｆよりも高くなるとともに、ポンプ停止時における圧力も初期値より高くなる。また、ポンプ室１７の圧力が高い場合には、ポンプ停止時のシール室６３の圧力は初期値Ｅから徐々に上昇することになる。ただし、停止時の圧力はポンプ運転条件の変化により初期状態に戻る場合もある。例えば、ポンプを長期間停止させていたり、吸入時の流速を上げて駆動室１８，３６が負の圧力となるような条件の場合である。

ポンプ吐出工程における駆動室１８，３６の圧力が特性線Ｆに対応した場合と同じであっても、シール性の劣化が進行すると、非圧縮性媒体３８，３８ａの漏出度が高まって、ポンプ吐出工程時におけるシール室６３の圧力はしきい値Ｐ１を越えることになるので、シール室６３の圧力をシール室圧力センサ７１により検出することによって、シール性の劣化を判断することができる。さらに、媒体漏出量が増加すると、シール室６３の圧力はしきい値Ｐ２を越えることになる。

図５はポンプの作動回数の増加にともなうポンプ吐出工程におけるシール室６３の圧力ピーク値変化の一例を概略的に示すグラフである。図４に示したしきい値Ｐ２をシール材の交換時期つまりシール材の寿命とし、しきい値Ｐ１を超えてからしきい値Ｐ２に到達するまでのポンプの作動回数が予め分かっていれば、しきい値Ｐ１を超えた時点でシール材６９の寿命を予測することができる。また、作動回数とシール室圧力との関係が予め分かっていれば、任意の検出圧力からシール材の寿命を予測することができる。なお、ポンプ吸入工程における図４に示したしきい値Ｓ１，Ｓ２に基づいてシール材の寿命を予測することができる。

図６はポンプ吐出工程における駆動室１８，３６の圧力とシール室６３の圧力の関係を示すグラフである。図６に示すように、駆動室１８，３６の圧力が高くなると、シール室６３への媒体漏出量が増加するとともにシール性の劣化が進行すると媒体漏出量が増加し、シール室６３の圧力も高くなる傾向がある。したがって、ポンプの運転が同一条件の下で行われて薬液吐出時のポンプ圧が一定であれば、シール室６３の圧力変化によってシール材６９の寿命を判断することができるが、吐出側流路２６に設けられたフィルタ２８の目詰まりが進行するに伴って吐出時のポンプ室１７の圧力が上昇すると、シール材６９が寿命に至っていなくとも、シール室６３の圧力がしきい値を超えることがあり得る。

そこで、駆動室３６の圧力を駆動室圧力センサ７２により検出することによって、例えば駆動室３６の圧力とシール室６３の圧力との差によってシール性の劣化を判断したり、駆動室３６の圧力に応じてシール室６３の圧力のしきい値を変更したりすると、フィルタの目詰まりなどによる吐出側流路２６の圧力変化に左右されず、シール材６９の寿命をより正確に判断することができる。

図７は薬液供給装置の制御回路を示すブロック図であり、シール室圧力センサ７１と駆動室圧力センサ７２の検出信号はコントローラ７３に送られ、コントローラ７３からはモニター７４に信号が送られて、モニター７４にはシール性が表示される。コントローラ７３は、制御プログラム、寿命の演算式、しきい値のテーブルデータ等が格納されるＲＯＭと、検出信号に基づいてシール性の劣化度を演算するマイクロプロセッサ等を有している。したがって、図４に示すようにシール室６３の圧力、駆動室３６の圧力、あるいはシール室６３の圧力と駆動室３６の圧力とによりシール性の劣化度を判定し、モニター７４には劣化度を表示したり、シール材６９が寿命に至ったことを表示したり、シール材６９が寿命に至る時期の予測を表示することになる。モニター７４に加えて、シール材６９が寿命に至ったときには、警報を発するようにしたり警告灯を点灯するようにしても良い。

図８および図９はそれぞれ本発明の他の実施の形態である薬液供給装置を示す断面図であり、これらの図においては、図１に示す薬液供給装置における部材と共通する部材に同一の符号が付されている。

図８に示す薬液供給装置１０ｂのピストン３４は軸方向全体が同一径となっている。シリンダ１２のシリンダ孔３３は、ピストン３４の外周面つまり摺動面６１に摺動接触する摺動面６２と、この摺動面６２の内径よりも大径の大径孔７６とを有し、ベローズカバー６４はピストン３４の基端部とシリンダ１２の開口端部との間に設けられており、ベローズカバー６４と大径孔７６との間にシール室６３が形成されている。ベローズカバー６４は、シリンダ１２の開口端部に形成された大径孔７６に固定される環状部６６と、ピストン３４の突出部つまり基端部に固定される環状部６７と、これらの間のベローズ部６８とを有しており、シール室６３内にはシール用の非圧縮性媒体３８ａが封入されている。

ベローズカバー６４のベローズ部６８の平均有効径Ｄ１はピストン３４の摺動面６１の外径Ｄ２とほぼ同一に設定されている。したがって、図１に示す場合と同様に、ピストン３４が軸方向に往復動されて、ベローズカバー６４のベローズ部６８が軸方向に弾性変形するときには、シール室６３内の容積は変化しない。図８に示す薬液供給装置１０ｂにおいても、平均有効径Ｄ１の外径Ｄ２に対するほぼ同一径には、ベローズカバー６４の耐久性を損なわない程度であれば許容誤差が含まれ、外径Ｄ２の許容誤差には、平均有効径Ｄ１をシリンダ孔３３の内径に設定することも含まれることになる。

図８に示す薬液供給装置１０ｂにおいては、シリンダ孔３３の摺動面６１とピストン３４の摺動面６２との間をシールするためのシール材６９がピストン３４の外周面に形成された環状溝に設けられている。

図９に示す薬液供給装置１０ｃにおいては、シリンダ１２のうちピストン３４の先端面前方の部分に対応する部分が開口されており、開口されたシリンダ１２の先端面にはポンプケース７７がピストン３４の先端面に対向して取り付けられている。ポンプケース７７はＰＦＡにより形成されており、ポンプケース７７には供給側流路２４と吐出側流路２６とが一体に設けられている。ただし、供給側流路２４と吐出側流路２６とをポンプケース７７とは別体としてそれぞれをポンプケース７７に取り付けるようにしても良い。

ポンプケース７７とシリンダ１２との間には、ＰＴＦＥ等の樹脂材料やゴム等の弾性材料により形成されたダイヤフラム７８がポンプ部材として取り付けられており、ポンプケース７７とダイヤフラム７８とによりポンプ１１が構成されている。このダイヤフラム７８によりポンプ室１７と駆動室７９とにポンプケース７７とシリンダ１２との間のスペースが仕切られており、ダイヤフラム７８は仕切り膜を構成している。

図９に示す薬液供給装置１０ｃにおいては、ダイヤフラム７８により仕切られる駆動室７９が上述した実施の形態におけるポンプ側の駆動室１８とピストン側の駆動室３６とを兼ねており、薬液供給装置１０ｃは上述した薬液供給装置１０ａ，１０ｂよりも幅方向の寸法を小型化することが可能となる。

図９に示す薬液供給装置１０ｃにおいては、シリンダ孔３３の摺動面６１とピストン３４の摺動面６２との間をシールするためのシール材６９は設けられておらず、両方の摺動面６１，６２の間の隙間を図１に示す場合よりも狭く設定することによって、シール材６９を設けることなく駆動室７９とシール室６３との間における非圧縮性媒体の漏れを防止している。このようにシール材６９を使わずに注射器のようにピストン３４の摺動面６２とシリンダ孔３３の摺動面６１との間の隙間を狭く設定してシール効果を持たせるようにした薬液供給装置においては、シール材特有のスティックスリップが無く、安定して薬液を吐出することができるという利点がある。シール材を用いないと、一般的には非圧縮性媒体の漏出や駆動室７９内への気体の混入が発生しやすくシール性が劣るという欠点があるが、ピストン３４とシリンダ１２との間に設けられたベローズカバー６４によりシール室６３を形成することによってその欠点を無くし、安定した薬液の吐出を維持しながら薬液供給装置１０ｃの耐久性を向上させることができる。

なお、上述した薬液供給装置１０ａ，１０ｂにおいても、隙間を狭く設定すれば、シール材６９を用いないようにすることができる。また、シール材６９を用いる場合においてもこれに加えてピストン３４とシリンダ１２との間の軸受としてウエアリングを装着するようにしても良く、シール材６９に代えてウエアリングを装着するようにしても良い。

このようなタイプの薬液供給装置１０ｃにおいては、両方の摺動面６１，６２が摩耗してこれらの間における非圧縮性媒体の漏出度が所定値以上となると、装置自体の寿命と判断されて、ピストン３４、シリンダ１２等の交換や保守が行われる。

図８および図９に示す薬液供給装置１０ｂ，１０ｃにおいても、図７に示す制御回路によってシール性の劣化に起因した寿命を判断することができる。

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。たとえば、ピストン３４をモータ４８により駆動するようにしているが、駆動手段としてはモータ４８に限らず、空気圧シリンダ等の他の駆動手段を使用するようにしても良い。また、シール室圧力検出手段および駆動室圧力検出手段としては、圧力に応じて電気信号を送るセンサに限られず、それぞれの圧力が所定値以上となるとオン信号を発するスイッチや、圧力に応じて移動する部材により圧力を外部に表示するようにしても良い。

本発明の一実施の形態である薬液供給装置を示す断面図である。 図１における２−２線に沿う断面図である。 薬液を吐出させるポンプ吐出工程開始時のポンプ室における薬液の圧力変化を示すグラフである。 ポンプ吐出工程とポンプ吸入工程の１サイクルにおける駆動室圧力の変化と、シール室圧力の変化とを示すグラフである。 ポンプの作動回数の増加にともなうポンプ吐出工程におけるシール室６３の圧力ピーク値変化の一例を概略的に示すグラフである。 ポンプ吐出工程における駆動室の圧力とシール室の圧力の関係を示すグラフである。 薬液供給装置の制御回路を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態である薬液供給装置を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態である薬液供給装置を示す断面図である。

符号の説明

１０ａ〜１０ｃ 薬液供給装置
１１ ポンプ
１２ シリンダ
１６ 可撓性チューブ（仕切り膜）
１７ ポンプ室
１８ 駆動室（ポンプ側の駆動室）
３３ シリンダ孔
３４ ピストン
３６ 駆動室（ピストン側の駆動室）
３８ 非圧縮性媒体（駆動用）
３８ａ 非圧縮性媒体（シール用）
４８ モータ（駆動手段）
６１ 摺動面
６２ 摺動面
６３ シール室
６４ ベローズカバー
６８ ベローズ部
６９ シール材
７１ シール室圧力センサ（シール室圧力検出手段）
７２ 駆動室圧力センサ（駆動室圧力検出手段）
７７ ポンプケース
７８ ダイヤフラム（仕切り膜）
７９ 駆動室

Claims (9)

1. 液体流入口および液体流出口に連通するポンプ室と駆動室とを仕切る弾性変形自在の仕切り膜が設けられたポンプと、
   前記駆動室に非圧縮性媒体を給排するピストンが往復動自在に組み付けられ、前記ピストンの摺動面が摺動する摺動面を有するシリンダと、
   前記ピストンを軸方向に往復動し、前記非圧縮性媒体を介して前記ポンプ室を膨張収縮する駆動手段と、
   前記ピストンと前記シリンダとの間に設けられ、前記ピストンの前記摺動面に連なるとともに非圧縮性媒体が封入されるシール室を形成する弾性変形自在のベローズカバーとを有し、
   前記ベローズカバーの平均有効径を前記ピストンの前記摺動面の外径とほぼ同一に設定することを特徴とする薬液供給装置。
2. 請求項１記載の薬液供給装置において、前記ピストンに前記摺動面の外径よりも小径の小径部を形成し、前記ベローズカバーを前記シリンダの開口端部と前記ピストンの基端部との間に設け、前記ベローズカバーと前記小径部との間に前記シール室を形成することを特徴とする薬液供給装置。
3. 請求項１記載の薬液供給装置において、前記シリンダの前記摺動面の内径よりも大径の大径孔を前記シリンダに形成し、前記ベローズカバーを前記ピストンの基端部と前記シリンダの開口端部との間に設け、前記ベローズカバーと前記大径孔との間に前記シール室を形成することを特徴とする薬液供給装置。
   
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の薬液供給装置において、前記シール室の圧力を検出するシール室圧力検出手段を有することを特徴とする薬液供給装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の薬液供給装置において、前記駆動室の圧力を検出する駆動室圧力検出手段を有することを特徴とする薬液供給装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の薬液供給装置において、前記駆動室は、前記シリンダに設けられる仕切り膜と前記ピストンとにより区画形成されることを特徴とする薬液供給装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の薬液供給装置において、前記駆動室は、前記ポンプに設けられるポンプ側の駆動室と、前記シリンダと前記ピストンとにより形成されるピストン側の駆動室とからなることを特徴とする薬液供給装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の薬液供給装置において、前記仕切り膜はダイヤフラムであることを特徴とする薬液供給装置。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の薬液供給装置において、前記仕切り膜はチューブであることを特徴とする薬液供給装置。
   

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