JP7220580B2

JP7220580B2 - チューブ体及びポンプ装置

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Publication number: JP7220580B2
Application number: JP2019021420A
Authority: JP
Inventors: 大輔石丸; 克也橋本; 康弘高木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2019-02-08
Publication date: 2023-02-10
Anticipated expiration: 2039-02-08
Also published as: CN211900947U; CN111550396B; TW202040003A; US20200256330A1; US11333142B2; CN111550396A; JP2020128723A; KR20200097639A

Description

本開示は、チューブ体及びポンプ装置に関する。

特許文献１には、弾性材料により形成されて径方向に弾性膨張収縮自在の可撓性チューブと、前記可撓性チューブの一端部と薬液収容部との間に接続され、供給側開閉弁が設けられた供給側流路と、前記可撓性チューブの他端部と薬液吐出部との間に接続され、吐出側開閉弁が設けられた吐出側流路と、それぞれ弾性部材により形成された小型ベローズ部と、この小型ベローズ部よりも軸方向の単位変位量当たりの容積変化が大きい大型ベローズ部とを有するとともに、前記可撓性チューブの外側に配置されて軸方向に弾性変形自在のベローズと、前記可撓性チューブと前記ベローズとの間に封入された非圧縮性媒体と、前記ベローズを軸方向に弾性変形して前記小型ベローズ部を収縮させるとともに前記大型ベローズ部を膨張させる一方、前記小型ベローズ部を膨張させるとともに前記大型ベローズ部を収縮させて前記可撓性チューブを径方向に弾性変形する駆動手段とを有することを特徴とする薬液供給装置が開示されている。

特開平１０－６１５５８号公報

本開示にかかる技術は、チューブ体の寿命を向上させる。

本開示の一態様は、送液部材に使用され、加圧によって変形可能な中空のチューブ体であって、前記チューブ体の軸方向断面は、各々対向する２つの長辺部と２つの短辺部を有し、前記各長辺部と前記各短辺部が成す、４つのコーナー部分は外側に凸に湾曲した形状を有し、前記各長辺部は、前記コーナー部分から続く、内側に凹んだ凹部を有し、前記各短辺部における前記コーナー部分以外の部分は、平坦形状である、送液部材用チューブ体である。

本開示によれば、チューブ体の寿命を向上させることができる。

実施形態にかかるチューブ体を採用し、処理液供給系に組み込んだレジスト塗布装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。図１のレジスト塗布装置に適用されたレジスト液供給装置の系統の概略を示す説明である。図２のレジスト液供給装置に使用されたポンプ装置の側面図である。図３のポンプ装置における外側チューブ体の斜視図である。図４の外側チューブ体の側面断面図である。図５のａ－ａ線断面図である。実施形態にかかるチューブ体のサイズを示す説明図である。実施形態にかかるチューブ体のサイズを示す説明図である。実施形態にかかるチューブ体のサイズを示す説明図である。他の形態にかかるチューブ体の説明図である。他の形態にかかるチューブ体の説明図である。他の形態にかかるチューブ体の説明図である。他の形態にかかるチューブ体の説明図である。他の形態にかかるチューブ体の説明図である。他の形態にかかるチューブ体の説明図である。

半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、半導体ウェハ
（以下、「ウェハ」という）等の被処理体上に反射防止膜やレジスト膜などの塗布膜を形成したり、露光後のレジスト膜を現像したりするために、レジスト液や現像液等の処理液が用いられる。

この処理液は、処理に必要な定量を、たとえば供給ノズルにその都度送液される。送液にあたっては、従来から可撓性を有するチューブ体の内側に処理液薬液を案内するようにした所謂チューブフラムポンプが多く用いられている。

しかしながら、送液時に加圧流体であるたとえばエアによって前記チューブ体を加圧した際、チューブ体は当該加圧時の圧力によって押し潰れるが、そのときの潰れ状況によって、チューブ体の特定の部位に応力が集中することがある。この種のダイアフラムポンプは繰り返し使用されるので、前記した応力が集中する箇所は破損しやすい。そのため寿命の向上が課題となっている。

そこで、本開示にかかる技術は、前記したような応力の集中を抑えてチューブ体の寿命を向上させる。

以下、本実施形態にかかるチューブ体について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜レジスト塗布装置＞
図１は、本実施形態にかかるチューブ体を採用し、処理液供給系に組み込んだレジスト塗布装置１０の構成の概略を示す縦断面図である。

レジスト塗布装置１０は、内部を閉鎖可能な処理容器１１を有している。処理容器１１の側面には、ウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成されている。処理容器１１内の中央部には、ウェハＷを保持して回転させるスピンチャック１２が設けられている。スピンチャック１２は水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷをスピンチャック１２上に吸着保持できる。

スピンチャック１２は、例えばモータなどを備えたチャック駆動機構１３を有し、チャック駆動機構１３により所定の速度に回転できる。またチャック駆動機構１３には、シリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック１２は上下動可能である。

スピンチャック１２の周囲には、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ１４が設けられている。カップ１４の下面には、回収した液体を排出する排出管１５と、カップ１４内の雰囲気を排気する排気管１６が接続されている。

スピンチャック１２上のウェハＷ上にレジスト液を吐出する塗布ノズル２１は、処理容器１１内を所定方向に移動自在なアーム２２に支持されている。そして塗布ノズル２１は、図２にも示したように、レジスト液を供給するレジスト液供給装置３０に接続されている。

＜レジスト液供給装置＞
次に、処理液吐出部としての塗布ノズル２１に対しレジスト液を供給するレジスト液供給装置３０の構成について説明する。図２は、レジスト液供給装置３０の構成の概略を示す説明図である。レジスト液供給装置３０は、例えばケミカル室（図示せず）内に設けられている。なおケミカル室とは、各種処理液を液処理装置に供給するためのものである。

レジスト液供給装置３０は、内部にレジスト液を貯留するレジスト液供給源であるレジスト液貯留タンク３１と、このレジスト液貯留タンク３１から移送されたレジスト液を一時的に貯留するバッファタンク３２と、を備えている。

レジスト液貯留タンク３１は交換可能であり、このレジスト液貯留タンク３１の上部には、バッファタンク３２へレジスト液を移送する第１の処理液供給管３３が設けられている。第１の処理液供給管３３にはバルブＶ１、流量計３４が設けられている。

また、第１の処理液供給管３３におけるバルブＶ１の下流側には、バッファタンク３２内を加圧してバッファタンク３２内のレジスト液を排出するための加圧源（例えば窒素ガス供給源）３５に通ずる流路３６が接続されている。流路３６には、バルブＶ２、Ｖ３が設けられている。また流路３６には、バルブＶ４を介して、並行して洗浄液供給源３７にも通じている。これらバルブＶ１～Ｖ４の開閉操作により、レジスト液貯留タンク３１からバッファタンク３２へのレジスト液の供給、バッファタンク３２からのレジスト液の排出、洗浄液のバッファタンク３２への供給等が行なわれる。

バッファタンク３２は、レジスト液貯留タンク３１から移送されたレジスト液を一時的に貯留すると共に、貯留しているレジスト液を圧送する圧送機能を有している。このバッファタンク３２は、例えばチューブフラムポンプから構成され、可撓性を有するダイヤフラム３２ａを含み、該ダイヤフラム３２ａによって、レジスト液を一時的に貯留する貯留室３２ｂが形成されている。この貯留室３２ｂ内の容量はダイヤフラム３２ａが変形することにより可変である。したがって、レジスト液貯留タンク３１の取り換え時においても貯留室３２ｂ内でのレジスト液とガスとの接触を最小化することができる。

バッファタンク３２の上部には、バッファタンク３２内のレジスト液を排出する際に用いられるドレイン管３８が設けられている。ドレイン管３８には排出弁として機能するバルブＶ５が設けられている。なお第１の処理液供給管３３にもバルブＶ６を有するドレイン管３９が接続されている。

バッファタンク３２には、ダイヤフラム３２ａを変形させるための電空レギュレータ４１が給排気管４２を介して接続されている。給排気管４２には、流量計４３が設けられている。電空レギュレータ４１には、図示しない加圧源、減圧源に接続されている。これら加圧源、減圧源との切換動作によって、ダイヤフラム３２ａを変形させることができる。

バッファタンク３２の下部には、第２の処理液供給管５１が設けられている。第２の処理液供給管５１は、フィルタ５２を有する清浄化流路５３と、後述のポンプ装置１００に通ずる流路５４とに分岐している。フィルタ５２は、レジスト液中の微小な気泡を除去するためのものである。除去した気泡はドレイン管５５から系外に排出される。なお第２の処理液供給管５１には、バルブＶ１１が設けられ、清浄化流路５３にはバルブＶ１２、気泡検出部５６が設けられている。

流路５４には、実施の形態にかかるチューブ体を有するポンプ装置１００が設けられている。ポンプ装置１００は、チューブフラム構成を有している。このポンプ装置１００には、給排気管６０が接続されている。給排気管６０には、流量計６１及び電空レギュレータ６２が設けられている。この電空レギュレータ６２によってポンプ装置１００に対する加圧、減圧が制御される。流路５４におけるポンプ装置１００の前後には、バルブＶ１４、Ｖ１５、圧力計６３が設けられている。

そして清浄化流路５３と流路５４とは、圧力計６３の下流側にて再び合流し、以後第３の処理液供給管７１を構成し、塗布ノズル２１に通じている。第３の処理液供給管７１には、流量計７２、バルブＶ２１が設けられている。

＜ポンプ装置＞
ポンプ装置１００の構成を、図３～図６に基づいて詳述する。図３は、ポンプ装置１００の側面を示している。ポンプ装置１００は、その両端部に、流路５４に接続されるための接続部１０１、１０２を有している。そしてポンプ装置１００は、図４、図５、図６に示したように、外側チューブ体１１０と、当該外側チューブ体１１０内に収容されたチューブ体１２０を有している。

外側チューブ体１１０と、チューブ体１２０はいずれも中空形状を有し、可撓性を有する合成樹脂からなっている。外側チューブ体１１０とチューブ体１２０は各両端部で相互に溶着等によって固着され、外側チューブ体１１０とチューブ体１２０の間には、空間Ｓが形成されている。外側チューブ体１１０には、空間Ｓに通ずる孔１０３が形成されており、既述した給排気管６０は、この孔１０３に接続される。

図６は、図５におけるａ－ａ線断面、すなわち軸方向断面を示している。この図６に示されるように、外側チューブ１１０体の軸方向断面は、両側に円弧部を有する長円形状を有している。この外側チューブ１１０体の内側に収容されるチューブ体１２０の軸方向断面は、対向する長辺部１２１、１２２と、短辺部１２３、１２４を有している。そして前記各長辺部１２１、１２２と前記各短辺部１２３、１２４とが成す４つのコーナー部分１３１、１３２、１３３、１３４は、外側に凸に湾曲した形状を有している。

長辺部１２１、１２２は、各々内側に凹んだ凹部１２１ａ、１２２ａを有している。本実施の形態では、長辺部１２１、１２２の凹部１２１ａ、１２２ａは平坦形状を有し、この平坦形状の部分が平坦部となる。また各短辺部１２３、１２４におけるコーナー部分１３１、１３２、１３３、１３４以外の部分は、平坦形状である。

次に実施の形態におけるサイズの比率について図７～図９に基づいて説明する。まず、長辺部１２１、１２２における凹部１２１ａ、１２２ａの直線長は、長辺部１２１、１２２の長さの２０～６０％に設定されている。これを図７に即していえば、図中のＡ／Ｂは、２０～６０％に設定されている。好ましくは、３０～５０％であり、４０％程度が最も好ましい。

また長辺部１２１、１２２の凹部１２１ａ、１２２ａの直線長は、短辺部１２３、１２４における平坦形状の部分１２３ａの長さの１００～１４０％に設定されている。これを図８に即していえば、図中のＡ／Ｃは、１００～１４０％に設定されている。好ましくは、１１０～１３０％であり、１２０％程度が最も好ましい。

さらに長辺部１２１、１２２の長さ、すなわち短辺部１２３、１２４相互間の距離は、長辺部１２１、１２２の凹部１２１ａ、１２２ａ相互間の距離の１５０～１９０％に設定されている。これを図９に即していえば、図中のＢ／Ｄは、１５０～１９０％に設定されている。好ましくは、１６０～１８０％であり、１７０％程度が最も好ましい。

上記したサイズの比率は、発明者らが実験、シミュレーションを行なって知見したものである。これらの比率は、たとえば、チューブ体１２０の材質、その厚さ、チューブ体１２０によって送液される処理液の粘度等によって、上記範囲で適切なものを選択することで、良好な結果、すなわちチューブ体１２０の寿命の向上が得られる。

＜作用＞
実施の形態にかかるポンプ装置１００は、以上の構成を有しており、バッファタンク３２からの処理液、例えばレジスト液がポンプ装置１００のチューブ体１２０内に所定量供給されると、バルブＶ１４が閉鎖、バルブＶ１５、バルブＶ２１が開放される。この状態で電空レギュレータ６２を介して、所定圧の流体、例えばエアが、給排気管６０から外側チューブ体１１０とチューブ体１２０との間の空間Ｓに供給されると、チューブ体１２０の長辺部１２１、１２２に対しては、図６に示したように、内側に向けて圧力が加えられる。

このとき、長辺部１２１、１２２は、短辺部１２３、１２４よりも長く、しかも凹部１２１ａ、１２２ａを有しているので、前記圧力によって押しつぶされやすくなっている。一方、チューブ体１２０の短辺部１２３、１２４は、長辺部１２１、１２２よりも短く、またコーナー部分１３１～１３４を除いた部分は、平坦形状であるから、加圧によって変形しづらくなっている。

これによって、チューブ体１２０内のレジスト液は、適切にチューブ体１２０内から押し出され、第３の処理液供給管７１を通じて塗布ノズル２１に送液される。

かかる場合、前記したようにチューブ体１２０の軸方向断面は、全体として角部が丸い長方形、すなわち、長辺部１２１、１２２と短辺部１２３、１２４の間の４つのコーナー部分１３１、１３２、１３３、１３４が外側に凸に湾曲した形状を有し、しかも長辺部１２１、１２２には、凹部１２１ａ、１２２ａが設けられているので、凹部１２１ａ、１２２ａから潰れやすい。一方で短辺部１２３、１２４は長辺部１２１、１２２より短く、しかもコーナー部分１３１～１３４を除いた部分が平坦形状であるから、加圧によって変形しづらくなっている。そしてコーナー部分１３１、１３２、１３３、１３４は、外側に凸に湾曲した形状を有しているので、全体として応力が集中する部分が抑えられている。

したがって繰り返し使用しても、応力の集中に起因する特定の部位が劣化して破損することを抑えることができ、チューブ体１２０の寿命を向上させることが可能である。また前記した形状を採用することで、加圧時のチューブ体１２０の潰れ方を容易に予測することが可能である。これによって、チューブ体１２０の材質、その厚さ、チューブ体１２０によって送液される処理液の粘度等に応じて前記したようなサイズ比率を適宜変更することで、加圧時のチューブ体の潰れ方（変形）を適切に制御することも可能である。

また前記したように、短辺部１２３、１２４は、コーナー部分１３１～１３４を除いた部分が平坦形状であり、加圧送液時に変形しづらくなっているから、加圧送液時に短辺部１２３、１２４が外側に膨出する度合いが小さく、外側チューブ体１１０との接触を防止することができる。この点からもチューブ体１２０の寿命を向上させることが可能になっている。

＜他の形態＞
本開示にかかる技術は、前記した形状に限られるものではない。図１０～図１５に示した形状のチューブ体は、いずれも応力の集中を抑えつつ、さらに他の作用効果も奏することが可能になっている。

図１０に示したチューブ体１２０では、短辺部１２３、１２４において、内側に凸の湾曲部１２３ｂ、１２４ｂが設けられている。これによって、加圧送液時において、短辺部１２３、１２４が外側に膨出して、外側チューブ体１１０と接触することをさらに防止することができる。また併せて、外側チューブ体１１０との間の空間Ｓの容積を増大させて、粘度の高い処理液を好適に送液することが可能になっている。

図１１に示したチューブ体１２０は、長辺部１２１、１２２の凹部１２１ｂ、１２２ｂが、内側に凸に湾曲した形状を有している。これによって、チューブ体１２０と外側チューブ体１１０との間の空間Ｓの容積を増大させて、粘度の高い処理液を好適に送液することが可能になっている。

図１２に示したチューブ体１２０は、長辺部１２１、１２２の凹部１２１ａ、１２２ａ、及び短辺部１２３、１２４の平坦部分が、チューブ体１２０の他の部分よりも肉厚の材質で構成されている。これにより、当該肉厚の部分は加圧によって変形しづらくなっている。かかる構成によって、当該肉厚部分では、加圧送液時に変位が少なく、その結果、コーナー部分１３１～１３４に応力がより集中するが、当該コーナー部分１３１～１３４は外側に凸に湾曲した形状であるから、特定部位に応力が集中することはない。

図１３に示したチューブ体１２０は、図７～図９に示したチューブ体１２０よりも、長辺部１２１、１２２の凹部１２１ａ、１２２ａの平坦部分、及び短辺部１２３、１２４の平坦部分が長く設定されたものである。かかる構成の図１２のチューブ体１２０によれば、コーナー部分１３１～１３４に対して、より応力が集中する傾向があるが、全体として強固なチューブ体となっている。

図１４に示したチューブ体１２０は、図７～図９に示したチューブ体１２０よりも、長辺部１２１、１２２の凹部１２１ａ、１２２ａが短く設定されたものである。それに伴って、コーナー部分１３１～１３４は、長辺部１２１、１２２側により膨出した形状となっている。かかる形状のチューブ体１２０によれば、チューブ体１２０と外側チューブ体１１０との間の空間Ｓの容積を増大させて、粘度の高い処理液を好適に送液することが可能になっている。

図１５に示したチューブ体１２０は、図７～図９に示したチューブ体１２０よりもチューブ体１２０を構成する合成樹脂の肉厚を厚くしたものであり、これによって、万が一特定部位に応力が集中することがあっても、当該特定部位が破損することを抑制することができ、寿命をさらに向上させることが可能である。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）送液部材に使用され、加圧によって変形可能な中空のチューブ体であって、
前記チューブ体の軸方向断面は、各々対向する２つの長辺部と２つの短辺部を有し、
前記各長辺部と前記各短辺部が成す、４つのコーナー部分は外側に凸に湾曲した形状を有し、
前記各長辺部は、前記コーナー部分から続く、内側に凹んだ凹部を有し、
前記各短辺部における前記コーナー部分以外の部分は、平坦形状である、送液部材用チューブ体。
ここでいう平坦形状とは、軸方向断面の形状が直線の場合のみならず、たとえば±１１０ｍｍ程度の湾曲した形状も含まれる。ただしこのときでも、長辺方向の幅、すなわち図７や図９で示したＢの長さの２０％以下が望ましい。
（２）前記長辺部の凹部は、平坦部を有する、（１）に記載のチューブ体。
（３）前記長辺部の凹部は、内側に凸の湾曲形状部を有する、（１）に記載のチューブ体。
（４）前記長辺部の凹部における少なくとも中央は、前記チューブ体の他の部分よりも肉厚である、（１）～（３）のいずれかに記載のチューブ体。
（５）前記長辺部の凹部の直線長は、前記長辺部の長さの２０～６０％である、（１）～（４）のいずれかに記載のチューブ体。
（６）前記前記長辺部の凹部の直線長は、前記各短辺部における平坦形状の部分の長さの１００～１４０％である、（１）～（５）のいずれか一項に記載のチューブ体。
（７）前記長辺部の長さは、前記各長辺部の各凹部相互間の距離の１５０～１９０％である、（１）～（６）のいずれかに記載のチューブ体。
（８）上記（１）～（７）のいずれかのチューブ体の外側に、空間を隔てて外側チューブ体を有し、前記空間内に気体を供給することで、前記チューブ体内の液体を送液し、前記空間内の雰囲気を吸引することで、前記チューブ体内に、送液対象の液体を補充するようにしたポンプ装置。

１０レジスト塗布装置
１１処理容器
２１塗布ノズル
３０レジスト液供給装置
３１レジスト液貯留タンク
３２バッファタンク
３３第１の処理液供給管
５１第２の処理液供給管
５４流路
６０給排気管
６２電空レギュレータ
１０１、１０２接続部
１０３孔
１１０外側チューブ体
１２０チューブ体
１２１、１２２長辺部
１２１ａ、１２２ａ凹部
１２３、１２４短辺部
１３１、１３２、１３３、１３４コーナー部分
Ｗウェハ

Claims

送液部材に使用され、加圧によって変形可能な中空のチューブ体であって、
前記チューブ体の軸方向断面は、各々対向する２つの長辺部と２つの短辺部を有し、
前記各長辺部と前記各短辺部が成す、４つのコーナー部分は外側に凸に湾曲した形状を有し、
前記各長辺部は、前記コーナー部分から続く、内側に凹んだ凹部を有し、
前記各短辺部における前記コーナー部分以外の部分は、平坦形状である、送液部材用チューブ体。
前記長辺部の凹部は、平坦部を有する、請求項１に記載のチューブ体。
前記長辺部の凹部は、内側に凸の湾曲形状部を有する、請求項１に記載のチューブ体。
前記長辺部の凹部における少なくとも中央は、前記チューブ体の他の部分よりも肉厚である請求項１～３のいずれか一項に記載のチューブ体。
前記長辺部の凹部の直線長は、前記長辺部の長さの２０～６０％である、請求項１～４のいずれか一項に記載のチューブ体。
前記長辺部の凹部の直線長は、前記各短辺部における平坦形状の部分の長さの１００～１４０％である、請求項１～５のいずれか一項に記載のチューブ体。
前記長辺部の長さは、前記各長辺部の各凹部相互間の距離の１５０～１９０％である、請求項１～６のいずれか一項に記載のチューブ体。
請求項１～７のいずれか一項に記載のチューブ体の外側に、空間を隔てて外側チューブ体を有し、
前記空間内に気体を供給することで、前記チューブ体内の液体を送液し、
前記空間内の雰囲気を吸引することで、前記チューブ体内に、送液対象の液体を補充するようにしたポンプ装置。