JPH1011148A - 液体の流量安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】流量制御弁を開いた時の流体の流量変動と気泡
の発生が大きい。 【解決手段】圧力容器１とノズル６との間に流れる液体
２の圧力の変動により、圧力容器１に加える窒素ガス７
の圧力を制御する為のガス圧力制御弁９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液体の流量安定化装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体の流量安定化装置は、一定量の液体
を制御性よく供給する場合、例えば半導体装置の製造工
程におけるレジスト現像装置等に用いられている。以下
このレジスト現像装置を例にとり図面を用いて説明す
る。

【０００３】従来のレジスト現像装置における流量安定
化装置は、図７に示すように、液体（現像液）２を入れ
る圧力容器１と、この圧力容器１の上部に接続されたガ
ス管３より圧力調整弁８Ｂを介してボンベ等より窒素ガ
ス（又は空気）７を導入することにより、圧力容器１の
底部に挿入された液体用の配管４より流量計１０及び流
量制御弁５を介してノズル６に液体２を流出させるよう
に構成されていた。次に動作について説明する。

【０００４】圧力容器１には液体２が所定量入ってお
り、ノズル６から液体２を設定流量供給する為に圧力容
器１は圧力調整弁８Ｂにより窒素ガス７等で一定の圧力
に加圧され加圧部２０を構成している。液体２を流さな
い場合は流量制御弁５が閉じているため、流量制御弁５
までは圧力調整弁８Ｂの設定圧力により加圧される。又
流量制御弁５からノズル６までは大気圧に開放されてい
る。

【０００５】次に流量制御弁５を開け、液体２を流す
と、ウォーターハンマーと液体の通る部分の圧力損失に
より、図５の実線Ａで示す様に、流量制御弁５開直後に
流量の不安定な状態が生じる。図５は流量制御弁５を開
閉した場合のノズルから流出する液体２の流量の変化を
表わしたグラフであり、横軸は時間、縦軸は流量を示
す。図５における設定流量の流量不安定時間は１〜２秒
であるが、これは液体の通る部分の材質や設定圧力によ
り異なる。

【０００６】図６は図７のＱ点における液体の圧力を示
し、横軸に時間の経過、縦軸にＱ点の圧力を示す。

【０００７】ノズル６より設定流量を得るのに必要なＱ
点での圧力を必要圧力Ｐとした場合、液体の通る部分の
圧力損失により圧力調整弁８Ｂの設定圧力は図６のＣ点
に示す様に高くする必要がある。この値は圧力容器１か
らＱ点までの圧力損失が大きい場合、たとえば配管４が
長かったり、フィルターや逆止弁等が接続されている場
合等は大きくなる。

【０００８】図８は加圧部２０に窒素ガス７等にて駆動
する復動型のベローズポンプ２２を用いた例であり、液
体は液体入口２１より導入される。この場合は図７の例
に加えベローズポンプ２２自体の駆動損失が加わるた
め、図６におけるＣ点はさらに高い値となり、図５に示
した流量変動も大きくなる。

【０００９】この他にも加圧部２０として、空気シリン
ダーや単動型のベローズポンプやダイヤフラムポンプ等
を用いた例もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液体の流量安定化装置には次のような問題点がある。

【００１１】第１の問題点は、流量制御弁５を開にした
直後の流量変動が大きい事である。その理由は加圧部の
圧力が一定であるため、液体が流れる事により生じる圧
力損失と、ウォーターハンマーにより流量変動を生じる
からである。この問題は半導体装置製造用の現像装置で
は、現像後のレジスト線幅にバラツキを生じさせ、製品
の歩留りを低下させる要因となる。

【００１２】第２の問題点は、液体中に気泡が生じ易い
という事である。その理由は、液体を流さない時も設定
圧力を高くする必要がある従来の技術では、気体の溶け
込み量が多くなる為である。この溶け込んだ気体は圧力
が低下すると気泡となるため、配管中に留り液体流量を
変動させたり、製品上に付着し現像ムラを生じさせ、製
品の歩留り低下につながる。

【００１３】本発明の目的は、流量制御弁を開にした直
後の液体の流量変動と気泡の発生を少くできる液体の流
量安定化装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の液体の流量安定
化装置は、圧力容器内に液体を入れ、圧力容器の上部に
加圧用のガスを導入することにより、圧力容器の底部に
挿入された配管の端部より流量制御弁を介して前記液体
をノズルに流出させるように構成された液体の流量安定
化装置において、前記圧力容器と前記ノズルとの間に流
れる前記液体の圧力の変動により前記圧力容器に加える
前記ガスの圧力を制御するためのガス圧力制御弁を設け
たことを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】ガス圧力制御弁を必要圧力に調整し液体を流す
と、液体を流した事により生じる圧力低下により圧力容
器内へのガスの圧力が増加し、必要圧力になる様補正す
る。そのため図５，図６の破線Ｂに示す様に、液体の流
量及び圧力の変動が小さくなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図１及び図２は本発明の第１の実施の形態
を説明する為の流量安定化装置の構成図及びガス圧力制
御弁の断面図である。

【００１７】図１を参照すると液体の流量安定化装置
は、液体２を入れる圧力容器１と、この圧力容器１の上
部に接続され圧力調整弁８Ａを介して窒素ガス７や空気
等を導入する為のガス管３と、圧力容器１の底部に一端
が挿入された配管４と、この配管４の他端に流量制御弁
５を介して接続されたノズル６と、圧力容器１とノズル
６との間に流れる液体２の圧力変動により圧力容器１に
加える窒素ガス７（又は空気）の圧力を制御する為のガ
ス圧力制御弁９とから主に構成される。尚図１において
１０は流量計、１１は固定しぼりである。固定しぼり１
１は液体２の流れを止めた時に圧力容器１の圧力が必要
圧力以上に高くならないようにガス抜きをするものであ
る。

【００１８】ガス圧力制御弁９は図２に示す様に、液体
が通る通路を構成する上ボディ１２Ａと、圧力容器１に
供給するガス（この場合は窒素ガス７）が圧力制御され
る下ボディ１２Ｂと、この両者の間に挟まれ、液体とガ
スを分離し、かつ両者の圧力差により上下するダイヤフ
ラム１３と、ダイヤフラム１３の下部に固定され、下ボ
ディ１２Ｂとの間で可変オリフィスを構成するニードル
１４と、液体の必要圧力を設定する引張ばね１７と、引
張ばね１７の一端を固定した圧力調整つまみ１６及びガ
スの漏れを防ぐ０リング１５より主に構成される。

【００１９】このように構成された流量安定化装置の動
作について、図５及び図６を併用して詳細に説明する。
まず圧力容器１からガス圧力制御弁９までの圧力損失を
ΔＰ、ガス圧力制御弁９の液体出口の圧力（必要圧力）
すなわちガス圧力制御弁９の設定圧力をＰとすると、ガ
ス管３の圧力調整弁８Ａの圧力設定Ｐ₀ はＰ₀ ≧Ｐ＋Δ
Ｐとなる。但し、窒素ガス７の通る部分の圧力損失は無
視する。

【００２０】流量制御弁５が閉じている状態では圧力容
器１が圧力Ｐとなり、流量制御弁５までの間も同圧とな
っている。この状態から流量制御弁５を開くと液体は流
れるが、ガス圧力制御弁９の液体部の圧力は流量の２乗
に反比例して低下して行く。液体部の圧力が低下すると
ダイヤフラム１３とニードル１４が上昇し、下ボディ１
２Ｂとの間のオリフィスが広くなり、圧力容器１に供給
される窒素ガス７の圧力が図６に示すように上昇し、ガ
ス圧力制御弁９の液体部の圧力も上昇する。液体部の圧
力がＰに達するとダイヤフラム１３及びニードル１４が
下降し、液体部とガス部のバランスが取れ、液体部の圧
力がＰ、圧力容器１の圧力がＰ₀ で安定する。

【００２１】流量制御弁５が閉じると圧力容器１の圧力
が高いため、ガス圧力制御弁９の液体部の圧力が上昇す
る。これによりダイヤフラム１３及びニードル１４が下
降し窒素ガス７の圧力が低下する。但しこの場合固定し
ぼり１１が無いとガスが抜ける場所が無くなり、従って
圧力容器１の圧力はＰ₀ のままとなるため、固定しぼり
１１より圧力を抜く必要がある。

【００２２】このように第１の実施の形態によれば、ガ
ス圧力制御弁９内を流れる液体２の圧力の変動により圧
力容器１に加える窒素ガス７の圧力を制御し、流れる液
体２の圧力の変化を小さくできる為、ノズル６より流出
する液体２の流量変化を図５の破線Ｂに示すように、従
来のものより大幅に小さくできる。又流量制御弁５を閉
とした場合の圧力容器１内の圧力も図６の破線で示した
ように、従来のものより低くできる為、気泡の発生も少
くすることができる。従って本流量安定化装置をレジス
ト現像装置に応用すればレジスト線幅のバラツキを低減
させ製品の歩留りを向上させることができる。その他Ａ
ｌ膜のエッチング液の供給装置に適用すれば均一なエッ
チングを行うことができる。

【００２３】図３は本発明の第２の実施の形態を説明す
る為のガス圧力制御弁の断面図であり、図１に示した流
量安定化装置の固定しぼり１１の代りにガス圧力制御弁
９Ａにリーク弁を設けたものであり、その他は第１の実
施の形態と同様である。

【００２４】すなわち、ガス圧力制御弁９Ａは、上ボデ
ィ１２Ａと下ボディ１２Ｂと、これらの間に挟まれるダ
イヤフラム１３と、このダイヤフラム１３の下部に固定
され先端に棒を有するニードル１４Ａと、この棒の周囲
に設けられた引張ばね１７と、圧力調整つまみ１６と、
棒の先端部の圧力調整つまみ１６内に圧縮ばね１９を介
して設けられたリーク弁１８とから主に構成されてい
る。以下のこのガス圧力制御弁９Ａの動作について説明
する。

【００２５】ガス圧力制御弁９Ａの液体部の圧力が設定
圧力より高くなると、ダイヤフラム１３が下ると共に、
ニードル１４Ａの棒も下降する。この下降量が所定の値
を越えると棒がリーク弁１８を押し下げ図１に示した固
定しぼり１１と同様に窒素ガスを抜き、圧力容器１内の
ガス圧を下げる。このように構成された第２の実施の形
態においても、ノズルより流出する液体の流量変化を小
さくし、気泡の発生を少くすることができる。

【００２６】図４は第２の実施の形態に用いる他のガス
圧力制御弁９Ｂの断面図である。図３に示したガス圧力
制御弁９Ａと異る所は、ダイヤフラム１３の代りにベロ
ーズ２３を用いたことであり、その他は同一である。

【００２７】本ガス圧力制御弁９Ｂの動作は図３に示し
たガス圧力制御弁９Ａと同じであるが、ベローズ２３は
ダイヤフラム１３に比較し、上下の移動量を多くでき、
又移動に要する力が少ない事より、ガス圧力制御弁９Ａ
に比較して高感度、大流量化が可能となる。ガス圧力制
御弁としては、他にもダイヤフラムを上下移動可能なピ
ストンを用いるものであっても同様の効果が得られる。

【００２８】尚、本発明の実施の形態の説明は、主に半
導体装置製造用のレジスト現像装置を例にとり行なった
が、その他の装置、例えば洗浄装置やレジスト塗布装置
等、液体を一定流量で流すことを必要とするものについ
て応用できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、流れる流
体の圧力変動により圧力容器に加えるガス圧力を制御す
る為のガス圧力制御弁を圧力容器と流量制御弁との間に
設けることにより、流量制御弁を開いた時のノズルより
流出する液体の流量変動を小さくできるという効果があ
る。又圧力容器内の圧力も低くできる為、気泡の発生も
少くできるという効果もある。従って本発明をレジスト
現像装置に応用した場合、レジスト膜の線幅のバラツキ
を小さくできる為、半導体装置の製造歩留りを向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する為の構成
図。

【図２】第１の実施の形態におけるガス圧力制御弁の断
面図。

【図３】第２の実施の形態におけるガス圧力制御弁の断
面図。

【図４】第２の実施の形態における他のガス圧力制御弁
の断面図。

【図５】ノズルから流出する液体の流量の変化を示す
図。

【図６】ノズルから液体を流出させた場合のＱ点におけ
る配管内の液体の圧力の変化を示す図。

【図７】従来の液体の流量安定化装置の構成図。

【図８】従来の他の液体の流量安定化装置の構成図。

【符号の説明】

１ 圧力容器 ２ 液体 ３ ガス管 ４ 配管 ５ 流量制御弁 ６ ノズル ７ 窒素ガス ８Ａ，８Ｂ 圧力調整弁 ９，９Ａ ガス圧力制御弁 １０ 流量計 １１ 固定しぼり １２Ａ 上ボディ １２Ｂ 下ボディ １３ ダイヤフラム １４，１４Ａ ニードル １５ ０リング １６ 圧力調整つまみ １７ 引張りばね １８ リーク弁 １９ 圧縮ばね ２０ 加圧部 ２１ 液体入口 ２２ ベローズポンプ ２３ ベローズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力容器内に液体を入れ、圧力容器の上
   部に加圧用のガスを導入することにより、圧力容器の底
   部に挿入された配管の端部より流量制御弁を介して前記
   液体をノズルに流出させるように構成された液体の流量
   安定化装置において、前記圧力容器と前記ノズルとの間
   に流れる前記液体の圧力の変動により前記圧力容器に加
   える前記ガスの圧力を制御するためのガス圧力制御弁を
   設けたことを特徴とする液体の流量安定化装置。
2. 【請求項２】 ガス圧力制御弁の液体が通過する部分に
   はダイヤフラム又はそれと同等の働きをする治具のみが
   設けられている請求項１記載の液体の流量安定化装置。