JP6438784B2 - ポンプおよび塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプおよび塗布装置に関する。

フォトレジスト等の薬液（液体）を基板に塗布する薬液供給装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この薬液供給装置ではプランジャー方式のポンプを用いて薬液供給を行っている。

特開２００８−１２８０５９号公報

しかしながら、上記従来技術において、粘度の高い薬液をポンプで吐出することが想定されておらず、ポンプの耐久性に問題があった。そこで、高粘度の液体を吐出することが可能な新たなポンプの提供が望まれていた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れ、高粘度の液体を吐出可能なポンプおよび塗布装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、筐体と、前記筐体内に同軸的に配置され、液体が収容される可撓性部材と、作動流体を収容するシリンダ部と、前記シリンダ部に対して往復動可能に挿入され、前記筐体と前記可撓性部材との隙間に前記作動流体を供給して前記可撓性部材から前記液体を排出させるプランジャーと、前記シリンダ部における前記プランジャーの挿入部に配置され、前記プランジャーに摺接する第１のシール部材および第２のシール部材と、前記第１のシール部材と前記プランジャーとの隙間から前記第２のシール部材側に漏れ出した前記作動流体の量を検出する検出部と、を備え、前記第１のシール部材は、前記第２のシール部材よりも前記プランジャーの先端側に配置されるとともに耐圧機能を有したシール部材であり、前記第２のシール部材は、漏れ防止機能を有したシール部材であり、前記検出部は、前記第１のシール部材および前記第２のシール部材を保持するシール保持部材の内周面に形成された凹部に配置されているポンプが提供される。

第１態様に係るポンプによれば、プランジャー先端側に耐圧機能を有した第１のシール部材を備えるので、高粘度の液体を良好に排出可能であって、且つ耐久性に優れたものとなる。一方、第１のシール部材は耐圧性に優れるものの、シール性が相対的に低くなる。そのため、第１のシール部材の隙間から作動媒体が漏れ出すおそれがあるが、この場合においても漏れ防止機能を有した第２シール部材を備えるので、第１のシール部材の隙間から漏れ出した作動媒体がシリンダ部の外側まで漏れ出すといった不具合の発生を防止することができる。
例えば、第２のシール部材がプランジャー先端側に配置されていると、プランジャーの往復動作に伴って振動した第２のシール部材が作動媒体を脈動させるおそれがある。すると、作動媒体の脈動が液体に伝達することで液体の塗膜の品質が低下するおそれがある。本発明では、第１のシール部材がプランジャー先端側に配置されるため、作動媒体が脈動することが防止される。
したがって、耐久性に優れ、高粘度の液体を吐出することが可能なポンプが提供される。

上記第１態様において、前記第１のシール部材と前記プランジャーとの隙間から前記第２のシール部材側に漏れ出した前記作動流体の量を検出する検出部を備える構成としてもよい。
この構成によれば、作動媒体の漏れ量の検出結果を利用することでメンテナンスを行う必要性の有無を容易に判断することが可能となる。

上記第１態様において、前記検出部の検出結果に基づいて、ポンプ本体に関する状態を判定する判定部を備える構成としてもよい。
この構成によれば、ポンプ本体におけるメンテナンスの必要性の有無を確実に判定することが可能となる。よって、ポンプのメンテナンスが適切に実施されることで、メンテナンス不良によってポンプが故障するといった不具合の発生を未然に防止することができる。

本発明の第２態様に従えば、液体を被塗布物に対して塗布する塗布部と、前記塗布部に前記液体を供給する液体供給手段と、を備えた塗布装置において、前記液体供給手段として、上記第１態様のポンプを用いる塗布装置が提供される。

第２態様に係る塗布装置によれば、第１態様に係るポンプを備えるので、長期に亘って高粘度の液体を被塗布物に塗布することが可能な信頼性の高い塗布装置を提供できる。

本発明によれば、耐久性に優れ、高粘度の液体を吐出することができる。

第１実施形態に係る塗布装置の概略構成を示す図。 第１実施形態に係るポンプの概略構成図。 第１実施形態に係るポンプの要部構成を示す断面図。 第２実施形態に係るポンプの要部構成を示す断面図。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、ポンプを液体供給手段として備えた塗布装置を例に挙げて説明する。本実施形態の塗布装置は、粘性が比較的高いフォトレジスト等の薬液（液体）を半導体基板（ウエハ）上に塗布するためのものである。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
図１は本実施形態に係る塗布装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、塗布装置１００は、液体供給手段としてのポンプ２０と、液体供給路１１と、液体供給路１１を閉塞可能（開閉可能）なバルブ１２と、被塗布物としての半導体基板１に対して液体を塗布するための塗布部１３と、半導体基板１を保持するステージ１４とを備えている。

液体供給路１１は、ポンプ２０と塗布部１３との間を接続し、ポンプ２０側から塗布部１３へと液体を供給する。バルブ１２は、液体供給路１１の途中に設けられている。液体供給路１１は、バルブ１２とポンプ２０との間を接続する上流供給路１１ａと、バルブ１２と塗布部１３との間を接続する下流供給路１１ｂとを含む。塗布部１３としては、例えば、インクジェットヘッドやスリットノズル等を例示することができる。なお、バルブ１２は、液体供給路１１の途中に設けられていなくても良い。

図２はポンプ２０の概略構成図である。図３は、ポンプ２０の要部概略構成を示す断面図である。
図２に示すように、ポンプ２０は、本体部２１とシリンダ部２２とを有したプランジャー方式のポンプである。本体部２１は、シリンダ部２２に対してボルト（不図示）により固定されるケース部材（筐体）２３と、ケース部材２３内に取り付けられる可撓性チューブ（可撓性部材）２４とを含む。

ケース部材２３は、液体供給路１１（上流供給路１１ａ）に接続される接続部２６を含む。接続部２６には、可撓性チューブ２４に連通される流体排出口２６ａが形成されている。流体排出口２６ａは、作動媒体３５により可撓性チューブ２４から排出された液体を液体供給路１１により塗布部１３側に供給する。

可撓性チューブ２４は、径方向に膨張収縮自在の弾性部材から構成される。可撓性チューブ２４は、ケース部材２３との間で隙間を生じるように該ケース部材２３内に収容されている。この隙間は、作動媒体３５が流れ込むことで可撓性チューブ２４を膨張収縮させる本体側駆動室２５を構成する。可撓性チューブ２４は、内部にレジスト液等の薬液を収容している。なお、可撓性チューブ２４は、不図示の薬液タンクから薬液が随時供給されることで薬液を内部に収容する構成であってもよい。

可撓性チューブ２４は、例えば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）により形成されている。接続部２６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２４の素材として用いるようにしても良い。接続部２６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。

シリンダ部２２は、シリンダボディ３０と、シリンダボディ３０に形成されたシリンダ孔（プランジャーの挿入部）３０ａに対して軸方向に往復自在に組み付けられたピストン（プランジャー）３１と、を備える。シリンダ部２２は、ピストン３１を往復運動させるための駆動装置３２を有する。

シリンダ部２２は、ピストン３１の先端面とシリンダ孔３０ａの底面３０ｂとの間にピストン側の駆動室３３が形成されている。シリンダ部２２は、シリンダボディ３０に形成された連通孔３４によりシリンダ側駆動室３３が本体部２１側の本体側駆動室２５に連通している。

本体側駆動室２５およびシリンダ側駆動室３３には駆動用の作動媒体３５が封入されている。作動媒体３５は、例えば、非圧縮性媒体から構成される。駆動室２５，３３内の作動媒体３５は連通孔３４を介して連通している。

本実施形態において、シリンダ部２２は、シリンダボディ３０とピストン３１との間に、前側シール部材（第１のシール部材）４０と、後側シール部材（第２のシール部材）４１と、を備えている。

前側シール部材４０および後側シール部材４１は、シリンダボディ３０とピストン３１との間に組み込まれている。具体的に前側シール部材４０および後側シール部材４１は、シリンダ孔３０ａの内周面に組み込まれることでピストン３１の外周面に摺接する。

前側シール部材４０は、後側シール部材４１よりもピストン３１の先端側に配置されるとともに耐圧機能を有したリング状のシール部材から構成される。後側シール部材４１は、漏れ防止機能を有したリング状のシール部材から構成される。

後側シール部材４１は、例えば、ゴム等の硬度が低い材料から構成されており、例えば、０．５〜１．０ＭＰａ程度の耐圧性を有している。一方、前側シール部材４０は、後側シール部材４１よりも十分に高い、例えば、２０ＭＰａ程度の耐圧性を有する樹脂材料から構成されている。

このような構成に基づき、ポンプ２０は、ピストン３１をシリンダ孔３０ａの底面３０ｂに向けて前進移動させると、シリンダ側駆動室３３を収縮させる。このとき、シリンダ側駆動室３３内の作動媒体３５は本体側駆動室２５内に流入する。可撓性チューブ２４は作動媒体３５に押圧されて収縮する。これにより、可撓性チューブ２４の内部に収容された液体が流体排出口２６ａから液体供給路１１（上流供給路１１ａ）に排出される。

一方、ピストン３１を後退方向に移動させると、シリンダ側駆動室３３が膨張することで、該本体側駆動室２５内の作動媒体３５がシリンダ側駆動室３３内に流入し、作動媒体３５による可撓性チューブ２４の押圧が解除される。

このような構成に基づき、ポンプ２０は、シリンダ孔３０ａ内のピストン３１が往復動すると、駆動室２５、３３内に封入された作動媒体３５の移動により本体側駆動室２５が膨張収縮し、該本体側駆動室２５の膨張収縮に連動させてバルブ１２の開閉作動することによって液体供給路１１を介して薬液を塗布部１３に供給することができる。

ところで、ピストン３１の先端側に配置された前側シール部材４０にはシリンダ側駆動室３３内で高圧となった作動媒体３５から圧力が働く。本実施形態では、前側シール部材４０が耐圧機能を有しているため、該前側シール部材４０の摩耗や劣化によるシール性の劣化速度を抑えることができる。

また、一般的に、耐圧機能を有した前側シール部材４０はピストン３１との摺接時において、ピストンの表面形状に対する追従性が低いため、シール機能が相対的に低くなる。そのため、前側シール部材４０とシリンダ孔３０ａとの隙間を伝ってシリンダ孔３０ａの外側方向に作動媒体３５の一部が漏れ出してしまう。

これに対し、本実施形態のポンプ２０は、作動媒体３５が漏れ出す方向に、漏れ防止機能を有した後側シール部材４１を備えるので、前側シール部材４０とシリンダ孔３０ａとの隙間を伝ってシリンダ孔３０ａの外側方向に漏れ出した作動媒体３５は後側シール部材４１によりシールされてシリンダ孔３０ａの外側に漏れ出すことが防止される。

ここで、前側シール部材４０および後側シール部材４１の配置位置を入れ替えた場合、すなわち漏れ防止機能を有するシール部材をピストン３１の先端側に配置し、耐圧機能を有したシール部材をピストン３１の先端と反対側に配置した場合、ピストン３１の往復動作時に、漏れ防止機能を有するシール部材は耐圧性が低いために振動してしまう。すると、漏れ防止機能を有したシール部材に生じた振動は、作動媒体３５に伝達されることで該作動媒体３５を脈動させてしまうおそれがある。

脈動した作動媒体３５が本体側駆動室２５に供給されてしまうと、作動媒体３５により押圧された可撓性チューブ２４内の薬液にも脈動が伝達されてしまい、塗布部１３が半導体基板１上に塗布した薬液の塗膜表面が波打つことで塗膜の品質を大きく低下させてしまう。

このような問題の発生を解消すべく、本実施形態のポンプ２０では、上述のように耐圧機能を有したシール部材をピストン先端側に配置し、漏れ出した作動媒体３５をシールするための漏れ防止機能を有したシール部材をプランジャー基部側に配置した構造を採用するため、上述したように作動媒体３５が脈動してしまうのを防止することができる。よって、作動媒体３５の脈動によって生じる薬液の塗膜品質の低下を生じることが無い。

以上述べたように、本実施形態に係るポンプ２０によれば、ピストン先端側に耐圧機能を有した前側シール部材４０を備えるので、高粘度の薬液を良好に排出可能であり、長期に亘って優れたシール性を発揮することができる。
また、本実施形態では、前側シール部材４０及び後側シール部材４１を組み合わせることで、前側シール部材４０により耐圧機能を発揮させつつ、後側シール部材４１により作動媒体３５のシリンダ外部への漏れ出しを防止することができる。
さらに、前側シール部材４０および後側シール部材４１をピストン先端側からこの順に配置することで作動媒体３５に生じる脈動を抑制することができる。

したがって、本実施形態の塗布装置１００によれば、耐久性に優れ、高粘度の液体を吐出することが可能な上記ポンプ２０を備えるので、長期に亘って高粘度の薬液を半導体基板１に塗布することが可能な信頼性の高い装置が提供される。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係るポンプの構成について説明する。図４は本実施形態に係るポンプの要部概略構成を示す断面図である。なお、第１実施形態と共通の構成および部材については同じ符号を付し、その説明については省略若しくは簡略化するものとする。

図４に示すように、本実施形態のポンプ５０は、作動媒体３５を検出可能な検出部５１と、ポンプ５０の各構成部材の駆動を制御する制御部５２とを備える。検出部５１は、前側シール部材４０と後側シール部材４１との間に漏れ出した作動媒体３５の量を検出するためのものである。制御部５２は、検出部５１の検出結果に基づいて、ポンプ本体に関する情報として、例えば、ポンプに関するメンテナンスの必要性の可否などを判定するためのものである。

本実施形態において、検出部５１は、ピストン３１の外周面と摺接させるように、前側シール部材４０および後側シール部材４１を保持するシール保持部４２の内壁面に形成された凹部４３に配置されている。凹部４３は、前側シール部材４０と後側シール部材４１との間に漏れ出した作動媒体３５を収容するバッファとして機能する。

シール保持部４２の内壁面は、シリンダ孔３０ａの一部を構成している。凹部４３は、シール保持部材４２の内壁面の周方向に沿って形成されている。なお、凹部４３は、シール保持部材４２の内壁面の周方向の全域に亘って形成されていてもよい。

本実施形態のポンプ５０においても、前側シール部材４０とシリンダ孔３０ａとの隙間を伝ってシリンダ孔３０ａの外側方向に漏れ出した作動媒体３５を後側シール部材４１によってシールすることでシリンダ部２２の外側への漏れ出しを防止している。

ところで、前側シール部材４０とシリンダ孔３０ａとの隙間に漏れ出した作動媒体３５が所定量を超えると、後側シール部材４１のシール性能を超えてしまい、作動媒体３５がシリンダ部２２の外側まで漏れ出すことで最悪の場合、ポンプ５０の故障を招くおそれがある。そこで、ポンプ５０の故障を未然に防止するためには、所定量の作動媒体３５が漏れ出したタイミングでポンプ５０のメンテナンス作業を行うことが望ましい。

これに対し、本実施形態のポンプ５０では、検出部５１から検出結果に基づいて、制御部５２が前側シール部材４０とシリンダ孔３０ａとの隙間における作動媒体３５の漏れ出し量を判定可能となっている。よって、制御部５２は、作動媒体３５の漏れ出し量が所定値に到達した際、ポンプ５０におけるメンテナンスの必要性の有無を簡便且つ確実に判定することができる。例えば、制御部５２は、ポンプ５０のメンテナンスが必要であると判定した場合、不図示のアラームを通知したり、不図示の表示部にメンテナンスが必要であるといった表示を行うようにすればよい。これによれば、オペレーターに対し、ポンプ５０のメンテナンス時期を容易に認識させることができ、メンテナンスが適切に実施されることで、メンテナンス不良によってポンプ５０が故障するといった不具合の発生を未然に防止することができる。

本発明は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、塗布部１３にフォトレジスト（液体）を供給する供給手段として本発明のポンプを適用した場合を例に挙げたが、供給する液体の種類はフォトレジストに限定されず、粘性が比較的高く圧送する必要がある液体であれば種々のものに適用可能である。すなわち、本発明のポンプは、液体の種類によらず、粘性の高い液体材料を圧送する液体供給手段であればいずれにも適用可能である。

１…半導体基板（被塗布物）、２０、５０…ポンプ（液体供給手段）、２２…シリンダ部、２３…ケース部材（筐体）、２４…可撓性チューブ（可撓性部材）、３０ａ…シリンダ孔（プランジャーの挿入部）、３１…ピストン（プランジャー）、４０…前側シール部材（第１のシール部材）、４１…後側シール部材（第２のシール部材）、５１…検出部、５２…制御部（判定部）、１００…塗布装置。

Claims (3)

1. 筐体と、
   前記筐体内に同軸的に配置され、液体が収容される可撓性部材と、
   作動流体を収容するシリンダ部と、
   前記シリンダ部に対して往復動可能に挿入され、前記筐体と前記可撓性部材との隙間に前記作動流体を供給して前記可撓性部材から前記液体を排出させるプランジャーと、
   前記シリンダ部における前記プランジャーの挿入部に配置され、前記プランジャーに摺接する第１のシール部材および第２のシール部材と、
   前記第１のシール部材と前記プランジャーとの隙間から前記第２のシール部材側に漏れ出した前記作動流体の量を検出する検出部と、を備え、
   前記第１のシール部材は、前記第２のシール部材よりも前記プランジャーの先端側に配置されるとともに耐圧機能を有したシール部材であり、
   前記第２のシール部材は、漏れ防止機能を有したシール部材であり、
   前記検出部は、前記第１のシール部材および前記第２のシール部材を保持するシール保持部材の内周面に形成された凹部に配置されている
   ポンプ。
2. 前記検出部の検出結果に基づいて、ポンプ本体に関する状態を判定する判定部を備える
   請求項１に記載のポンプ。
3. 液体を被塗布物に対して塗布する塗布部と、前記塗布部に前記液体を供給する液体供給手段と、を備えた塗布装置において、
   前記液体供給手段として、請求項１または２に記載のポンプを用いる
   塗布装置。

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