TWI826920B - 液體供給裝置 - Google Patents

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Abstract

一種液體供給裝置，增加在設置有過濾器的液體供給路徑中循環的液體量，提高液體中所含異物的減少量。液體供給裝置具有：第一泵和第二泵，分別設置在將液體收納部所收納的液體供給到塗敷工具的液體供給路徑中；過濾器，過濾流向塗敷工具的液體；以及返回通道，將通過了過濾器的液體返回到液體收納部，在向返回通道供給液體並停止向塗敷工具供給液體的循環模式中，第一泵和第二泵中的任一個向返回通道連續供給液體。

Description

液體供給裝置
本發明涉及一種用於將藥液等液體塗敷於被塗敷物的液體供給裝置。
在半導體器件或液晶基板的製程中，會使用光阻劑等藥液。例如，在半導體器件的製程中，為了在半導體晶片的表面塗敷光阻劑，在使半導體晶片在水平面內旋轉的狀態下，將光阻劑滴到半導體晶片的表面。用於塗敷光阻劑的藥液供給裝置中所使用的泵有管式隔膜泵和波紋管泵等，管式隔膜泵具有在徑向自由膨脹收縮的軟性管即管式隔膜，波紋管泵具有在軸向自由伸縮的軟性波紋管。這些泵是具有吸入程序和排出程序的容積式泵。
如專利文獻1所記載，管式隔膜泵具有在流入側的接頭部件和流出側的接頭部件之間所配置的管式隔膜，即軟性管。在管的內側形成膨脹或收縮的泵室，在管的外側形成被不可壓縮的液體介質填充的驅動室。具有容器收納型和波紋管收納型，容器收納型具有在內部收納管的容器以及在容器和管之間形成的驅動室；波紋管收納型，管被收納在連接了直徑不同的大小兩個波紋管的波紋管的內部，在波紋管和管之間形成驅動室。
在容器收納型中，藉由從容器的外部供給或排出液體介質，經由驅動室內的液體介質使泵室膨脹或收縮，進行泵動作。而在波紋管收納型中，藉由使連接部在軸向上往復運動，從而經由在大小兩個波紋管的內側所形成的驅動室內的液體介質而使泵室膨脹或收縮，進行泵動作。
如專利文獻2所記載，波紋管泵具有作為泵殼體的泵體和設置在其內部的波紋管，在波紋管和泵殼體之間形成泵室。波紋管包括沿軸向自由伸縮的波紋管部、設置在波紋管部的前端的前端部、以及設置在波紋管部的基端的環形的基端部。配置在波紋管內部的驅動軸與波紋管部的前端部連接，藉由驅動軸使得波紋管部沿軸向伸縮，從而泵室膨脹或收縮，進行泵動作。專利文獻2記載了一種波紋管泵，其藉由兩個波紋管使得兩個泵室交替膨脹或收縮，從而連續排出液體。
專利文獻3記載了一種藥液供給裝置，其具有波紋管收納型的管式隔膜泵。該藥液供給裝置具有液體供給路徑，用於將瓶中收納的光阻劑或聚醯亞胺液等藥液即液體供給至噴嘴即塗敷工具，所述噴嘴用於塗敷晶片等被塗敷物，在液體供給路徑上設置有泵和過濾器。從泵排出的液體被供給到塗敷工具，並且具有用於使液體返回到液體供給路徑的上游部分或瓶中的返回通道。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2005-83337號公報
專利文獻2：日本特開平10-54368號公報
專利文獻3：日本特開2000-120530號公報
在液體供給路徑中設置有返回通道的液體供給裝置，當沒有從塗敷工具塗敷液體時，液體可以經由返回通道返回到上游部。因此，由於液體多次通過過濾器進行過濾，液體中含有的微小顆粒即粒子或氣泡等異物可以被過濾器去除，能夠減少被塗敷物上所塗敷的液體中含有的異物。
近年來，在半導體製造技術等領域，為了提高製造良率，希望進一步提高液體中所含異物的降低率或減少量。可以考慮藉由提高經由返回通道返回到瓶子側的液體的流量，從而增加通過過濾器的液體的循環次數，提高被塗敷物中所含異物的減少量。
要增加液體的循環次數，就需要增加在有限時間內的液體的流量。但是，以軟性樹脂材料構成的管式隔膜或波紋管等作為泵部件的泵具有針對被塗敷物的塗敷量或塗敷操作最佳化的結構，在增加這種類型的泵的流量方面存在局限性。
本發明的目的是增加在設置有過濾器的液體供給路徑中所循環的液體量，提高液體中所含異物的減少量。
本發明的液體供給裝置，將液體收納部所收納的液體供給到向被塗敷物塗敷液體的塗敷工具，液體供給裝置包括：第一泵和第二泵，分別設置在將液體收納部所收納的液體供給到塗敷工具的液體供給路徑中；過濾器，設置在液體供給路徑中，過濾流向塗敷工具的液體；返回通道，將通過了過濾器的液體返回到液體收納部，以及控制部，將第一泵和第二泵控制為塗敷模式或循環模 式，塗敷模式為向塗敷工具供給液體並且停止向返回通道供給液體，循環模式為向返回通道供給液體並且停止向塗敷工具供給液體，在塗敷模式中，第一泵和第二泵中的一個向被塗敷物排出塗敷量的液體，在循環模式中，第一泵和第二泵中的另一個連續流過返回該返回通道的返回流量的液體。
在循環模式中，液體在返回通道中連續循環，通過返回通道返回到液體收納容納部的液體被供給到液體供給路徑，因此液體可以多次通過過濾器，減少液體中含有的異物。由於具備第一泵和第二泵，因此可以在循環模式中始終循環液體，並且可以在塗覆模式中高精度地控制排出量。
10:液體供給裝置
11:液體收納部
11a:罐
11b:緩衝罐
12:液體供給路徑
12a:流入側部
12b:流出側部
13:塗敷工具
15:過濾器
16:通風通道
17:通風通道
18:開關閥
19:開關閥
20:操作盤
21:泵、第一泵
22:泵、第二泵
23:加壓通道
24:開關閥
25:回收容器
26:閥、塗敷閥
27:返回通道
28:閥、循環閥
29:連接部
30:控制部
31:管式隔膜泵
32:收納容器
33:接頭部件
34:接頭部件
35:管式隔膜
36:固定端部
37:固定端部
38:彈性變形部
39:泵室
39a,39b:泵室
41:液體收納室
42:給排口
43:給排泵
44:杆
45:波紋管
46:液體收納室
47,48:止回閥
47a,47b:止回閥
48a,48b:止回閥
51:管式隔膜泵
52:波紋管容器
53:固定環
54:固定環
55:波紋管
56:波紋管
57:操作環
61:泵驅動單元
62:電動機
63:動力傳遞機構
64:滾珠絲杠
65:滾珠螺母
66:操作部件
71:波紋管泵
72:泵殼體
73:驅動單元
74:泵體
75a,75b:波紋管
76a,76b:環形基部
77a,77b:封閉端部
78a,78b:波紋管部
79a,79b:驅動軸
81a,81b:螺母
82a,82b:滾珠絲杠
83a,83b:軸承
84a,84b:電動機
85a,85b:接頭
86:側塊
87:側塊
88a,88b:流入通道
89a,89b:流出通道
90a,90b:編碼器
L:液體
M:液體介質
W:被塗敷物
圖1是表示一實施方式的液體供給裝置的概要圖。
圖2是表示液體供給裝置的控制電路的方塊圖。
圖3是表示管式隔膜泵的一個示例的截面圖。
圖4是表示作為變形例的管式隔膜泵的截面圖。
圖5是表示波紋管泵的外觀的主視圖。
圖6是圖5中的A-A線截面圖。
圖7是圖5中的B-B線截面圖。
圖8是表示用於從塗敷工具進行液體的塗敷操作的泵驅動示例的時序圖。
以下，根據圖式對本發明的實施方式進行詳細的說明。如圖1所示的液體供給裝置10，用於將液體收納部11中所收納的光阻劑等液體L塗敷於半導體晶片等被塗敷物W。液體供給裝置10具有由管道或軟管等構成的液體供給路徑12，在液體供給路徑12的前端設置有噴嘴等塗敷工具13，在液體供給路徑12的基端部設置液體收納部11。
在液體供給路徑12上串聯設置有兩台泵21、22，設置在液體供給路徑12的下游側的泵21是第一泵，設置在上游側的泵22是第二泵。藉由兩個泵21和22將液體收納部11中的液體供給到塗敷工具13。液體收納部11包括罐11a和緩衝罐11b，當罐11a中的液體餘量變為預定值以下的空時，更換新的罐。即使在更換期間，為了將液體供給到塗敷工具13，在位於泵22的上游側的液體供給路徑12中設置有緩衝罐11b。緩衝罐11b用於將空罐11a更換為充滿液體的新罐11a的期間，在緩衝罐11b中的液體變空之前進行罐11a的更換作業。
用於過濾從泵21排出的液體的過濾器15設置在泵21的下游側。用於將過濾器15中的氣體排出到外部的通風通道16連接於過濾器15。此外，用於將緩衝罐11b中的氣體排出到外部的通風通道17連接於緩衝罐11b。在通風通道16、17上分別設置有開關閥18、19。
為了將緩衝罐11b中的氣體排出到外部，加壓通道23連接於罐11a，並且藉由加壓通道23從外部供給作為惰性氣體的氮氣。在藉由開關閥19使得通風通道17開放的狀態下，當藉由設置在加壓通道23上的開關閥24從加壓通道23將惰性氣體供給到罐11a時，緩衝罐11b中的氣體藉由通風通道17排出到外部。在藉由開關閥18使得通風通道16開放的狀態下，當惰性氣體供給到罐11a時，過濾器15中的氣體被排出到外部。但是，在藉由開關閥18使得通風通道16開放的 狀態下，過濾器15中的氣體也能夠藉由從泵21排出液體來排出。為了回收當通風通道16、17分別排出氣體時與氣體同時排出的液體等，通風通道16、17的排出端設置在回收容器25中。
為了將從過濾器15過濾的液體從塗敷工具13塗敷到被塗敷物W上，在液體供給路徑12中設置有塗敷閥26。用於使通過了過濾器15的液體返回到液體收納部11的返回通道27連接於液體供給路徑12。返回通道27的上游端藉由過濾器15和塗敷閥26之間的連接部29連接於液體供給路徑12，返回通道27的下游端部連接於液體收納部11。在返回通道27中設置有循環閥28。返回通道27的下游端部可以連接在罐11a、緩衝罐11b、或緩衝罐11b和泵22之間。
圖2是示出液體供給裝置的控制電路的方塊圖。由控制部30控制上述第一泵21、第二泵22、塗敷閥26和循環閥28的操作。控制部30連接到操作盤20，藉由設置在操作盤20上的指令鍵(未圖示)開始液體供給裝置10的操作。控制部30具有計算控制信號的微處理器、儲存控制程序的儲存器等。
藉由控制部30控制泵21、22和閥26、28的操作，從而液體供給裝置10被設定為塗敷模式和循環模式。圖1所示的其他部件也藉由來自控制部30的信號控制，但是在圖2中，僅示出了設定為塗敷模式和循環模式的部件。
圖3是表示管式隔膜泵31的截面圖，該管式隔膜泵31是容積式，可以用作圖1所示的泵21、22。
如圖3所示，管式隔膜泵31具有作為收納部件的圓筒形狀的收納容器32、設置在其一端部的流入側的接頭部件33和設置在另一端部的流出側的接頭部件34。液體供給路徑12的流入側部12a連接於流入側的接頭部件33，流出側部12b連接於流出側的接頭部件34。軟性管即管式隔膜35設置在收納容器32 中，並且管式隔膜35具有固定在流入側的接頭部件33上的流入側的固定端部36、固定在流出側的接頭部件34上的流出側的固定端部37、以及兩個固定端部36和37之間的彈性變形部38。接頭部件33、34和管式隔膜35分別由氟樹脂等合成樹脂形成。
藉由管式隔膜35分隔開其內側的泵室39和外側的液體收納室41，液體收納室41形成在管式隔膜35和收納容器32之間。藉由這樣的方式，管式隔膜35設置在收納容器32中，該管式隔膜泵31是容器收納型。
不可壓縮的液體作為液體介質M填充到液體收納室41中，並且經由形成在收納容器32上的給排口42從外部將液體介質M供給到液體收納室41。給排泵43連接於給排口42。該給排泵43具有安裝在沿直線往復運動的杆44上的波紋管45，藉由電動機或氣動缸等驅動部件將杆44沿軸向驅動。波紋管45外側的液體收納室46中也填充有液體介質，並且液體收納室46藉由液體介質M與管式隔膜泵31的液體收納室41連通。
當藉由驅動給排泵43將液體介質M從液體收納室46向液體收納室41供給時，通過液體收納室41的液體介質，使管式隔膜35的彈性變形部38沿徑向收縮，從而泵室39收縮。另一方面，當從液體收納室41排出液體介質時，彈性變形部38沿徑向膨脹，從而泵室39膨脹。在液體供給路徑12的流入側部12a設置有止回閥47，在流出側部12b設置有止回閥48，當泵室39膨脹時，液體L從流入側部12a流入泵室39。此時，阻止來自流出側部12b的液體的回流。另一方面，當泵室39收縮時，液體L從泵室39向流出側部12b流出。此時，阻止液體回流到流入側部12a。止回閥47可以組裝到接頭部件33中，止回閥48可以組裝到接頭部件34中。 此外，也可以不在給排泵43中設置波紋管45，而是藉由杆44將液體介質M供給到液體收納室41或排出。
圖4是表示作為變形例的管式隔膜泵51的截面圖，該管式隔膜泵51也可以用作圖1所示的泵21、22。
該管式隔膜泵51是波紋管收納型，其中管式隔膜35收納在作為收納部件的波紋管容器52的內部。波紋管容器52具有安裝在流入側的接頭部件33上的固定環53和安裝在流出側的接頭部件34上的固定環54。在固定環53上設置有大波紋管55，在固定環54上設置有小波紋管56，並且兩個波紋管55、56之間設置有操作環57。大波紋管55的平均有效直徑大於小波紋管56的平均有效直徑。波紋管容器52由氟樹脂等剛性樹脂一體成形兩個固定環53、54及其之間的部分。
與圖3所示相同的管式隔膜35安裝在波紋管容器52的內部，在管式隔膜35與波紋管容器52之間形成液體收納室41。泵驅動單元61附接於波紋管容器52，用於使得兩個波紋管55和56沿軸向變形，從而經由液體收納室41的液體介質M使得泵室39沿徑向膨脹或收縮。泵驅動單元61具有由電動機62經由動力傳遞機構63驅動的滾珠絲杠64、和與滾珠絲杠64螺紋連接的滾珠螺母65，在滾珠螺母65上設置有與操作環57接合的操作部件66。
當藉由電動機62向圖4中的上方驅動操作環57時，大波紋管55在軸向上伸展，小波紋管56在軸向上收縮，因此波紋管整體的平均有效直徑變大。由此，管式隔膜35沿徑向膨脹，液體L從流入側部12a流入泵室39中。另一方面，當操作環57被向相反方向驅動時，大波紋管55在軸向上收縮，小波紋管56在軸向上伸展，因此波紋管整體的平均有效直徑變小。由此，管式隔膜35沿徑向收縮，泵室39內的液體L從流出側部12b流出。
因此，藉由電動機62使滾珠螺母65沿直線往復運動，管式隔膜35的彈性變形部38膨脹或收縮，從而與圖3所示的管式隔膜泵31同樣，液體L從泵室39朝向流出側部12b流出，進行泵操作。
圖3和圖4所示的管式隔膜泵31和51是從泵室39排出液體的操作與吸入液體的操作交替進行的間歇式排出泵。間歇式排出泵可以高精度地控制排出量。將至少兩台管式隔膜泵組成一個單元，作為具有至少兩個泵室的泵，設定為當一個泵室收縮進行排出操作時，另一個泵室膨脹進行吸入操作，則成為能夠連續排出液體的連續式排出泵。
圖5至圖7示出作為容積式泵的變形例的波紋管泵71。該波紋管泵71具有泵殼體72和驅動單元73，泵殼體72包括由氟樹脂等合成樹脂製成的泵體74。在泵體74中形成有兩個泵室39a、39b，泵室39a中具有波紋管75a，泵室39b中具有波紋管75b。波紋管75a、75b分別具有固定到泵體74的環形基部76a、76b，封閉端部77a、77b，以及它們之間的可自由伸縮的波紋管部78a、78b，並且由合成樹脂形成。
為了驅動各波紋管部78a、78b沿軸向伸縮，在波紋管75a、75b的內部配置有驅動軸79a、79b，各驅動軸79a、79b的前端安裝在封閉端部77a、77b上。螺母81a、81b安裝在驅動軸79a、79b的大直徑的基端部，滾珠絲杠82a、82b與螺母81a、81b螺紋連接。滾珠絲杠82a、82b由設置在驅動單元73中的軸承83a、83b支撐從而可自由旋轉。滾珠絲杠82a藉由接頭85a連接到電動機84a的軸，滾珠絲杠82b藉由接頭85b連接到電動機84b的軸。
如圖7所示，流入側塊86安裝在泵體74的下表面，流出側塊87安裝在上表面。在流入側塊86中形成有與液體供給路徑12的流入側部12a連通的流 入通道88a和88b，流入通道88a與泵室39a連通，流入通道88b與泵室39b連通。在流出側塊87中形成有與流出側部12b連通的流出通道89a和89b，流出通道89a與泵室39a連通，流出通道89b與泵室39b連通。在流入通道88a、88b中分別設置有止回閥47a、47b，在流出通道89a、89b中分別設置有止回閥48a、48b。
藉由電動機84a、84b的驅動，使得波紋管75a、75b伸展，泵室39a、39b收縮，液體L藉由止回閥48a、48b排出到流出側部12b。另一方面，當波紋管75a、75b收縮時，泵室39a、39b膨脹，液體藉由止回閥47a、47b從流入側部12a流入。圖6示出了波紋管75b伸展、波紋管75a收縮的狀態。
波紋管泵71具備兩個波紋管75a、75b，因此是連續式排出泵，當波紋管75a、75b中的一個伸展從而從泵室39a、39b中的一個排出液體時，使波紋管75a、75b中的另一個收縮從而將液體吸入泵室39a、39b中的另一個，由此能夠將液體L連續排出到流出側部12b。在電動機84a、84b中分別設置編碼器90a、90b，用於分別檢測電動機84a、84b的轉速和旋轉方向。
如圖1所示，在液體供給路徑12中設置有兩台泵21、22。當塗敷閥26被打開、循環閥28被關閉時，第一泵21和第二泵22中的任意一個將液體供給到塗敷工具13，將塗敷量的液體排出到被塗敷物W。另一方面，當塗敷閥26被關閉、循環閥28被打開時，第一泵21和第二泵22中的另一個將返回流量的液體供給到返回通道27。由於從兩個泵21、22排出的液體全部都通過過濾器15供給到返回通道27和塗敷工具13，因此液體多次通過過濾器15，從而能夠提高液體的清潔度。
圖8示出當設置在下游的第一泵21是間歇式排出泵、設置在上游的第二泵是連續式排出泵時，進行從塗敷工具13施加液體L的塗敷操作的塗敷模 式和進行循環操作的循環模式的時序圖。圖8中的塗敷流量表示流過塗敷工具13的液體的流量，循環流量表示流過返回通道27的液體的流量。
在塗敷模式中，塗敷閥26打開、循環閥28關閉，因此液體被排出到被塗敷物W，並且停止向返回通道27供給液體。另一方面，在循環模式中，塗敷閥26關閉、循環閥28打開，因此停止向被塗敷物W排出液體，並且將液體供給到返回通道27。代替塗敷閥26和循環閥28，也可以在連接部29設置作為切換裝置的三通閥，用來切換塗敷模式和循環模式。
由於在循環模式中僅驅動連續式排出泵，即第二泵22，因此液體能夠始終在返回通道27中循環。因此，在循環模式中，可以增加循環的液體量，從而提高液體中含有的異物的減少量。此外，在塗敷模式中，由於僅驅動間歇式排出泵即第一泵21，因此能夠高精度地控制排出量。第一泵的吸入操作可以在循環模式中進行、也可以在塗敷模式中進行。
當管式隔膜泵31、51或波紋管泵71用作兩個泵21、22時，與活塞型的泵不同，由於沒有滑動部分，因此可以降低液體中包含磨損粉末等異物的可能性。此外，兩個泵21、22串聯佈置時，液體總是通過兩個泵21、22，因此能夠抑制粒子的產生，提高液體的清潔度。進而，當第一泵21是間歇式排出泵、第二泵22是連續式排出泵時，能夠進一步提高液體排出精度。
本發明不限於上述實施方式，能夠在不脫離其主旨的範圍內進行各種變更。例如，第一泵可以是連續式排出泵，第二泵可以是間歇式排出泵，可以在塗敷模式下驅動第二泵22停止第一泵21，在循環模式下停止第一泵21驅動第二泵22。
10:液體供給裝置
11:液體收納部
11a:罐
11b:緩衝罐
12:液體供給路徑
13:塗敷工具
15:過濾器
16:通風通道
17:通風通道
18:開關閥
19:開關閥
21:泵、第一泵
22:泵、第二泵
23:加壓通道
24:開關閥
25:回收容器
26:閥、塗敷閥
27:返回通道
28:閥、循環閥
29:連接部
L:液體
W:被塗敷物

Claims (8)

  1. 一種液體供給裝置，將一液體收納部所收納的液體供給到向一被塗敷物塗敷液體的一塗敷工具，該液體供給裝置包括：一第一泵和一第二泵，分別設置在將該液體收納部所收納的液體供給到該塗敷工具的一液體供給路徑中；一過濾器，設置在該液體供給路徑中，過濾流向該塗敷工具的液體；一返回通道，將通過了該過濾器的液體返回到該液體收納部，以及一控制部，將該第一泵和該第二泵控制為一塗敷模式和一循環模式，該塗敷模式為向該塗敷工具供給液體並且停止向該返回通道供給液體，該循環模式為向該返回通道供給液體並且停止向該塗敷工具供給液體，在該塗敷模式中，該第一泵和該第二泵中的一個交替地進行液體排出以及液體吸入操作，以向被塗敷物排出塗敷量的液體，以及在該循環模式中，該第一泵和該第二泵中的另一個連續地排出液體，使返回流量的液體連續流向該返回通道。
  2. 如請求項1所述之液體供給裝置，其中，該第一泵和該第二泵串聯連接，在下游側的泵和該塗敷工具之間設置該過濾器，在該塗敷工具和該過濾器之間設置用於連接該返回通道和該液體供給路徑的一連接部。
  3. 如請求項2所述之液體供給裝置，其中，該液體供給裝置具有：設置在該連接部和該塗敷工具之間的一塗敷閥，和設置在該返回通道中的一循環閥，在該循環模式中，關閉該塗敷閥並且打開該循環閥，以及在該塗敷模式中，打開該塗敷閥並且關閉該循環閥。
  4. 如請求項2所述之液體供給裝置，其中，在該連接部設置用於切換該塗敷模式和該循環模式的一切換裝置。
  5. 如請求項1所述之液體供給裝置，其中，該第二泵具有至少兩個泵室，在該循環模式中，當一個泵室收縮時，另一個泵室膨脹。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之液體供給裝置，其中，該第二泵設置在該第一泵的上游，以及在該塗敷模式中，僅通過該第一泵將塗敷量的液體塗敷到該被塗敷物，在該循環模式中，僅通過該第二泵使返回流量的液體流向該返回通道。
  7. 如請求項6所述之液體供給裝置，其中，該第一泵是管式隔膜泵，具有：一管式隔膜，該管式隔膜沿徑向膨脹或收縮，並且在內側形成泵室；一收納部件，收納該管式隔膜，並且與該管式隔膜之間形成一液體收納室；以及一液體介質，填充在該液體收納室，以及藉由該液體介質使得該管式隔膜膨脹或收縮，從而進行泵操作。
  8. 如請求項6所述之液體供給裝置，其中，該第二泵是波紋管泵，具有：沿軸向伸縮的一波紋管；收納該波紋管並且與該波紋管之間形成一液體收納室的一收納部件；以及填充在該液體收納室的一液體介質，以及沿軸向驅動該波紋管伸縮，從而進行泵操作。
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