JP2002113406A - 液体吐出装置および液体吐出方法 - Google Patents
液体吐出装置および液体吐出方法Info
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Abstract
への影響を無くし、液体吐出装置の吐出精度を向上する
ことにある。 【解決手段】 一定圧力を維持する基準液面を形成する
圧力調整用開口部11により吐出動作前のポンプ室3内
の圧力は液体貯留槽6内の液位に影響されずに一定に保
たれるのでポンプ室3内の容積が一定となり精度の高い
液体の吐出が可能となる。
Description
するようにした液体吐出装置および液体吐出方法に関す
る。
晶基板製造技術、磁気ディスク製造技術および多層配線
基盤製造技術などの種々の技術分野における製造プロセ
スにあっては、フォトレジスト液、スピニオンガラス
液、ポリイミド樹脂液、純水、エッチング液、有機溶剤
などの薬液が使用されており、これらの液体の塗布には
液体吐出装置が用いられている。
ジスト液を塗布する場合には、半導体ウエハを水平面内
において回転させた状態のもとで、半導体ウエハの表面
にフォトレジスト液を液体吐出装置により一定量滴下す
るようにしている。フォトレジスト液の滴下量は、滴下
されたフォトレジスト液をベークすることで形成される
フォトレジスト膜の厚さに影響するため、正確な制御が
必要である。
と吐出を行うポンプとして、ポンプ室を形成する弾性変
形自在のポンプ部材を有するものが多く用いられてい
る。
平10−47234号公報や特開2000−15168
号公報に示されるように、蛇腹状のべローズを用いたも
の、特開平8−170744号公報に示されようにダイ
ヤフラムを用いたもの、さらに、特開平11−2300
48号公報に示されるように、可撓性チューブを用いた
ものなどがある。ベローズなどのポンプ部材を有する液
体吐出装置にあっては、ポンプ部材によって膨張収縮す
るポンプ室が区画形成され、ポンプ室には液体貯留槽と
連通する流入流路と、吐出ノズルと連通する吐出流路と
が接続されている。流入流路と吐出流路とには、それぞ
れの流路を開閉する流入側弁と吐出側弁とが設けられて
いる。
は、モータもしくは流体圧アクチュエータなどからなる
駆動部によって駆動され、ポンプ室内の容積が変化する
ようになっており、流入側弁を開き吐出側弁を閉じた状
態でべローズを収縮させ液体貯留槽からポンプ室内に液
体を吸入する吸入工程と、流入側弁を閉じ吐出側弁を開
いた状態でべローズを伸ばすことによりポンプ室から液
体が吐出する吐出工程とを行うことにより吐出ノズルか
ら液体が吐出される。
造技術を始めとして種々の技術分野における製造プロセ
スにあっては、製品の小型高精度化への対応や製品品質
の向上のため、液体吐出装置には高い吐出精度が要求さ
れている。
る際のポンプ室には、吸入抵抗による負圧と、ポンプ室
と液体貯留槽の液面高さとの差による圧力とが加わって
いる。ポンプ室と液体貯留槽との液面高さの差による圧
力は、液体が消費されるにしたがい変化するので、ポン
プが液体を吸入する際のポンプ室内の圧力も液体が消費
されるにしたがい変化することになる。ポンプ室内の容
積は、ポンプ本体と弾性変形自在のポンプ部材とにより
構成されているため、ポンプ室内の圧力が変化すると弾
性変形自在のポンプ部材の変形量が変化し、結果、ポン
プ室内の容積も変化することになる。
の量も変化することになり、吐出する液体の量を一定と
することが困難になる。
の変化による吐出量への影響を無くし、液体吐出装置の
吐出精度を向上することにある。
は、弾性変形自在のポンプ部材が組み込まれ、前記ポン
プ部材により膨張収縮するポンプ室を有するポンプ本体
と、液体が収容された液体貯留槽と前記ポンプ室との間
に設けられ、前記ポンプ部材が吸入ストローク動作する
ときに開く流入側弁が設けられた流入流路と、圧力調整
用開口部と前記ポンプ室との間に設けられ、前記ポンプ
部材が廃棄ストローク吐出動作するときに開いて前記ポ
ンプ室内の圧力を一定に保持する圧力調整弁が設けられ
た圧力調整流路と、吐出ノズルと前記ポンプ室との間に
設けられ、前記ポンプ部材が吐出ストローク動作すると
きに開く吐出側弁が設けられた吐出流路とを有すること
を特徴とする。この液体吐出装置は、前記圧力調整用開
口部を前記液体貯留槽の液位より高い位置で大気に開放
して、前記圧力調整流路を介し前記ポンプ室内の圧力を
吸入ストローク動作終了時よりも高い圧力に設定しても
よい。
ポンプ部材が組み込まれ、前記ポンプ部材により膨張収
縮するポンプ室を有するポンプ本体と、液体が収容され
た液体貯留槽と前記ポンプ室との間に設けられ、前記ポ
ンプ部材が吸入ストローク動作するときに開く流入側弁
が設けられた流入流路と、圧力調整用開口部と前記ポン
プ室との間に設けられ、前記ポンプ部材の吸入ストロー
ク動作終了後に開いて前記ポンプ室内の圧力を吸入スト
ローク動作終了時よりも低い圧力に設定する圧力調整弁
が設けられた圧力調整流路と、吐出ノズルと前記ポンプ
室との間に設けられ、前記ポンプ部材が吐出ストローク
動作するときに開く吐出側弁が設けられた吐出流路とを
有することを特徴とする。この液体吐出装置は、前記圧
力調整用開口部を前記液体貯留槽の液位より低い位置で
大気に開放してもよい。
部を実質的に下向きに開放し、液体の表面張力による界
面を形成することにより基準液面を維持してもよい。
部を実質的に上向きに開放してもよい。
組み込まれてポンプ室を形成する弾性変形自在のポンプ
部材の吸入動作と吐出動作とにより液体貯留槽内の液体
を吐出ノズルに吐出する液体吐出方法であって、前記液
体貯留槽と前記ポンプ室とを接続する流入流路に設けら
れた流入側弁を開いた状態として前記ポンプ部材を吸入
ストローク動作する吸入工程と、圧力調整用開口部と前
記ポンプ室とを接続する圧力調整流路に設けられた圧力
調整弁を開いて前記ポンプ室を一定の圧力に保持した状
態で前記ポンプ部材を所定の廃棄ストローク吐出動作す
る廃棄工程と、前記吐出ノズルと前記ポンプ室とを接続
する吐出流路に設けられた吐出側弁を開いて前記ポンプ
部材を吐出ストローク動作する吐出工程とを有すること
を特徴とする。
組み込まれてポンプ室を形成する弾性変形自在のポンプ
部材の吸入動作と吐出動作とにより液体貯留槽内の液体
を吐出ノズルに吐出する液体吐出方法であって、前記液
体貯留槽と前記ポンプ室とを接続する流入流路に設けら
れた流入側弁を開いた状態として前記ポンプ部材を吸入
ストローク動作する吸入工程と、圧力調整用開口部と前
記ポンプ室とを接続する圧力調整流路に設けられた圧力
調整弁を開いて前記ポンプ室内の圧力を吸入ストローク
動作終了時よりも低い圧力に設定する廃棄工程と、前記
吐出ノズルと前記ポンプ室とを接続する吐出流路に設け
られた吐出側弁を開いて前記ポンプ部材を吐出ストロー
ク動作する吐出工程とを有することを特徴とする。
内の圧力は液体貯留槽の液面高さによらず圧力調整用開
口部により一定となるので、精度の高い吐出が可能であ
る。
に基づいて詳細に説明する。
形態である液体吐出装置を示す概略図であり、図5はこ
の液体吐出装置の作動形態を示すタイムチャートであ
る。
在の蛇腹状のベローズ2がポンプ部材として組み込まれ
ており、ベローズ2とポンプ本体1とによりポンプ室3
が区画形成されている。
ジスト液である場合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、ポンプ本体1も同様
の樹脂材料によって形成されている。ただし、供給され
る液体の特性に合わせてべローズ2およびポンプ本体1
の材料は任意に設定することが可能である。
に固定された駆動ロッド4が軸方向に往復動自在に設け
られており、駆動ロッド4の他端には駆動部5が設けら
れている。駆動部5は、空気圧シリンダや油圧シリンダ
などの流体圧シリンダによって駆動するようにしてもよ
く、モータにより駆動される送りねじに駆動ロッド4を
ねじ結合してモータにより駆動するようにしてもよい。
駆動部5により駆動される駆動ロッド4が往復ストロー
ク運動することによりべローズ2は伸縮し、ポンプ室3
内の容積を増減することにより吸入圧、吐出圧を発生さ
せポンプとして機能することができる。
入ストロークと廃棄ストロークと吐出ストロークに分け
られ、吸入ストロークは廃棄ストロークと吐出ストロー
クとの合計ストロークであり、駆動ロッド4の最大スト
ロークとなっている。
留槽6とポンプ室3とを連通する流入流路7が接続され
ており、この流入流路7にはこの流入流路7を開閉する
流入側弁8が設けられている。流入側弁8を開いた状態
でべローズ2が駆動ロッド4の最大ストローク分の吸入
ストローク動作を行いポンプ室3内の容積を膨張させる
ことにより、液体貯留槽6内の液体をポンプ室3内に吸
入する吸入工程を行うことができる。
による負圧と、吸入が繰り返される度に変化するポンプ
室3と液体貯留槽6の液位との差による圧力とが加わる
ので、吸入が繰り返される度にポンプ室3を形成するべ
ローズ2の弾性変形量も変化してポンプ室3内の容積も
変化することになる。
と最小液位とでΔhだけ液面高さが変化すると、ポンプ
室3に対する水頭がh1からh2に変化するので、同一
の吸入ストロークでポンプ室3内に液体を吸入しても、
ベローズ2の弾性変形量の変化により実際に吸入される
液体の量は変化することになる。
た圧力調整流路10の一端が接続されており、圧力調整
流路10の他端は液体貯留槽6内の液体の液位より上方
に位置して下向きとなって直接大気に開放された圧力調
整用開口部11となっている。ポンプ室3内に液体を吸
入した後、流入側弁8を閉じ圧力調整弁9を開いた状態
でべローズ2が廃棄ストローク吐出動作を行いポンプ室
3内の容積を収縮させることにより、ポンプ室3内の液
体を圧力調整用開口部11から廃棄する廃棄工程を行う
ことができる。
張力により圧力調整用開口部11に気体との界面を構成
することによりポンプ室3に対して一定の水頭h3を維
持する基準液面が形成される。この基準液面は液体貯留
槽6内で変位する液体の液位によらず一定であるため、
吸入工程時に液体貯留槽6の液位により変化したポンプ
室3内の圧力は圧力調整流路10内の液体を介して圧力
調整用開口部11に開放されることにより常に一定に維
持されることになる。
液体の液位より上方に位置されているため、ポンプ室3
内の圧力が一定の圧力値となった状態で圧力調整弁9を
閉じることで、ポンプ室3内の圧力は吸入ストローク動
作終了時よりも高い一定圧力に設定されることになる。
内の容積は吐出予定量となるので吸入工程時に吸入する
液体の量は吐出予定量に液体貯留槽6の液位の変化によ
るポンプ室3の容積変化の最大値分以上の量を加えたも
のとする。
た液体は、圧力調整用開口部11の下部に設けられた廃
棄回収タンク12内に回収されるようになっている。
出ノズル13とポンプ室3とを連通する吐出流路14が
接続されており、この吐出流路14にはこの吐出流路1
4を開閉する吐出側弁15とノズル開閉弁16とが設け
られている。したがって、それぞれの弁15,16を開
き流入側弁8と圧力調整弁9とを閉じた状態のもとでベ
ローズ2を吐出ストローク吐出動作させると、ポンプ室
3の容積が収縮してポンプ室3内の液体が吐出ノズル1
3から吐出される。
17が設けられ、ノズル開閉弁16を閉じて、吐出側弁
15を開いた状態で吐出動作を行うと、液体中に含まれ
ている気泡をフィルタ17から外部に排出することがで
きる。吐出流路14にはさらに、吐出ノズル13からの
液体のたれを防止するサックバックバルブ18が設けら
れ、吐出ノズル13から液体を吐出した後にこのサック
バックバルブ18を作動することによって、吐出ノズル
13内の液体は僅かに引き戻され、吐出ノズル13から
の液滴の落下が防止される。
形態を図5に示すタイムチャートに沿って説明する。な
お図5のタイムチャートにおいて、横軸はべローズ2の
作動ストロークを表している。
みを開き吸入ストロークS0だけべローズ2を収縮させ
ることにより、図5(e)に示す吸入工程を行ないポン
プ室3内に液体を吸入する。ストロークS0はべローズ
2の最大ストロークであり、このときの吸入量は、吐出
予定量に液体貯留槽6内の液面高さによるポンプ室3内
の容積変化の最大値分以上の量を加えたものとする。
9のみを開きべローズ2を廃棄ストロークS1だけ伸ば
すことにより、図5(e)に示す廃棄工程を行ない圧力
調整用開口部11から液体を廃棄する。ストロークS1
は圧力調整用開口部11から液体を廃棄した時点でのポ
ンプ室3内の容積が吐出予定量となる位置である。した
がって、このときのポンプ室3の容積、つまりポンプ室
3内の液体の量はべローズ2のストロークがS1で一定
であり、またポンプ室3内の圧力が圧力調整用開口部1
1により一定とされていることから液体貯留槽6内の液
面高さに関わらず常に一定に保たれる。
出側弁15とノズル開閉弁16とを開きべローズ2を吐
出ストロークS2伸ばすことにより、図5(e)に示す
吐出工程を行ないポンプ室3内の液体を吐出ノズル13
から吐出する。このとき、ポンプ室3内の液体の量は廃
棄工程時に一定に保たれているので、本工程により吐出
予定量を正確に吐出することができる。
連続して精度のよい吐出が可能である。
16および圧力調整弁9を電気信号により開閉作動する
電磁弁とすることにより、制御装置からの信号によって
自動的に開閉動作を行うことができる。ただし、流入側
弁8については、逆止弁を用いるようにしても良い。
体吐出装置の変形例であって、図1においてポンプ室3
に接続されていた圧力調整流路10を吐出流路14に設
けられたフィルタ17に接続した場合を示す概略図であ
る。
示す液体吐出装置と同様の構造となっているが、図2に
示す液体吐出装置では、圧力調整流路10は吐出流路1
4に設けられたフィルタ17のベンドポートに接続され
ており、ポンプ室3と圧力調整用開口部11との連通は
吐出側弁15と圧力調整弁9とを介して行われることと
なる。
は廃棄回収タンク12内に位置し、この中の流体を介し
て大気に開放されている。したがって、廃棄回収タンク
12からオーバーフローする液面が基準液面となり、水
頭h3を常に保持することができるようになっている。
このような基準液面形成のための手段は、圧力調整用開
口部11の位置や雰囲気に関わらず、実施の形態1,3
または4に示された何れの場合にも適応することができ
る。
形態を図6に示すタイムチャートに沿って説明する。
みを開き吸入ストロークS0だけべローズ2を収縮させ
ることにより、図6(e)に示す吸入工程を行ないポン
プ室3内に液体を吸入する。
力調整弁9と吐出側弁15とを開きべローズ2を廃棄ス
トロークS1だけ伸ばすことにより、図6(e)に示す
廃棄工程を行ない圧力調整用開口部11から液体を廃棄
する。
出側弁15とノズル開閉弁16とを開きべローズ2を吐
出ストロークS2伸ばすことにより、図6(e)に示す
吐出工程を行ないポンプ室3内の液体を吐出ノズル13
から吐出する。このとき、ポンプ室3内の液体の量は廃
棄工程時に一定に保たれているので、本工程により吐出
予定量を正確に吐出することができる。
連続して精度のよい吐出が可能である。
体吐出装置の変形例であって、圧力調整用開口部11の
位置を、液体貯留槽6の液位より低く設定した場合を示
す概略図である。
示す液体吐出装置と同様の構造となっているが、図3に
示す液体吐出装置では圧力調整用開口部11は液体貯留
槽6の液位より低い位置に設定されている。
路10の先端をJ形に曲げて形成したことにより上向き
に大気に開放されており、液体がオーバーフローするこ
とにより基準液面を形成するようになっている。このよ
うな基準液面形成のための手段は、圧力調整用開口部1
1の位置や雰囲気に関わらず、実施の形態1,2または
4に示された何れの場合にも適応することができる。
位より低い位置に設定したことにより、圧力調整用開口
部11の水頭より液体貯留槽6の液位の水頭の方が高く
なるため、廃棄工程において圧力調整弁9を開くと同時
に圧力調整用開口部11から液体が廃棄されることにな
る。
貯留槽6の液位より低い位置に設定した場合にはべロー
ズ2による廃棄ストローク吐出動作は行われず、圧力調
整弁9の開閉のみで廃棄工程が行われる。
りポンプ室3内は吸入ストローク動作終了時よりも低い
一定圧力に設定される。
形態を図7に示すタイムチャートに沿って説明する。
みを開き吸入ストロークS0だけべローズ2を収縮させ
ることにより、図7(e)に示す吸入工程を行ないポン
プ室3内に液体を吸入する。
9を開くことで廃棄工程を行ない圧力調整用開口部11
から液体を廃棄する。
槽6の液位より低い位置に設定されているので、圧力調
整弁9を開くと同時に圧力調整用開口部11から液体が
廃棄されることになるためべローズ2は廃棄ストローク
吐出動作を行わない。
出側弁15とノズル開閉弁16とを開きべローズ2を吐
出ストロークS2伸ばすことにより、図7(e)に示す
吐出工程を行ないポンプ室3内の液体を吐出ノズル13
から吐出する。このとき、ポンプ室3内の液体の量は廃
棄工程時に一定に保たれているので、本工程により吐出
予定量を正確に吐出することができる。
連続して精度のよい吐出が可能である。
貯留槽6の液位より低い位置に設定した場合には圧力調
整弁9を開いたときにべローズ2が廃棄ストローク吐出
動作を行うことなく廃棄工程が行われることになるが、
圧力調整弁9を開いたときにべローズ2が廃棄ストロー
ク吐出動作を行うようにしてもよい。この場合、吸入工
程で吸入される液体の量は、吐出予定量に液体貯留槽6
の液位の変化によるポンプ室3の容積変化の最大値分以
上の量と廃棄ストローク吐出動作により廃棄される量を
加えたものとする。
体吐出装置の変形例であって、図1において大気に開放
されていた圧力調整用開口部11を、ある一定の圧力を
保持する圧力ケース19内に開放した場合を示す概略図
である。
示す液体吐出装置と同様の構造となっているが、図4に
示す液体吐出装置では、圧力調整用開口部11は制御装
置20によりある一定の圧力を保持する圧力ケース19
内に開放されており、大気圧の変化に左右されない環境
となっている。
される基準液面の圧力は大気圧の変化に左右されずにさ
らに精度良く保たれるので、さらに高い精度でポンプ室
3内の容積を一定に保つことができる。
11の位置や大気への開放方法に関わらず、実施の形態
1,2または3に示された何れの場合にも適応すること
ができ、同様の効果をもたらすことができる。
施の形態に基づき具体的に説明したが、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ことはいうまでもない。
部材としてべローズ2を用いたタイプに限られず、ダイ
アフラムを用いたり、可撓性チューブを用いた液体吐出
装置とすることができる。
内の圧力は、液体貯留槽内に残留する薬液の液面高さに
影響されずに圧力調整用開口部により一定に保たれるの
でポンプ室内の容積が一定となり精度の高い液体の吐出
が可能である。
す概略図である。
あって、圧力調整流路を吐出流路に設けられたフィルタ
に接続した場合の液体吐出装置を示す概略図である。
あって、圧力調整用開口部を液体貯留槽内の液位より低
い位置に設けた場合の液体吐出装置を示す概略図であ
る。
あって、圧力調整用開口部を、ある一定の圧力を保持す
る圧力ケース内に開放した場合の液体吐出装置を示す概
略図である。
を示すタイムチャートである。
を示すタイムチャートである。
を示すタイムチャートである。
Claims (8)
- 【請求項1】 弾性変形自在のポンプ部材が組み込ま
れ、前記ポンプ部材により膨張収縮するポンプ室を有す
るポンプ本体と、 液体が収容された液体貯留槽と前記ポンプ室との間に設
けられ、前記ポンプ部材が吸入ストローク動作するとき
に開く流入側弁が設けられた流入流路と、 圧力調整用開口部と前記ポンプ室との間に設けられ、前
記ポンプ部材が廃棄ストローク吐出動作するときに開い
て前記ポンプ室内の圧力を一定に保持する圧力調整弁が
設けられた圧力調整流路と、 吐出ノズルと前記ポンプ室との間に設けられ、前記ポン
プ部材が吐出ストローク動作するときに開く吐出側弁が
設けられた吐出流路とを有することを特徴とする液体吐
出装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の液体吐出装置において、
前記圧力調整用開口部を前記液体貯留槽の液位より高い
位置で大気に開放して、前記圧力調整流路を介し前記ポ
ンプ室内の圧力を吸入ストローク動作終了時よりも高い
圧力に設定することを特徴とする液体吐出装置。 - 【請求項3】 弾性変形自在のポンプ部材が組み込ま
れ、前記ポンプ部材により膨張収縮するポンプ室を有す
るポンプ本体と、 液体が収容された液体貯留槽と前記ポンプ室との間に設
けられ、前記ポンプ部材が吸入ストローク動作するとき
に開く流入側弁が設けられた流入流路と、 圧力調整用開口部と前記ポンプ室との間に設けられ、前
記ポンプ部材の吸入ストローク動作終了後に開いて前記
ポンプ室内の圧力を吸入ストローク動作終了時よりも低
い圧力に設定する圧力調整弁が設けられた圧力調整流路
と、 吐出ノズルと前記ポンプ室との間に設けられ、前記ポン
プ部材が吐出ストローク動作するときに開く吐出側弁が
設けられた吐出流路とを有することを特徴とする液体吐
出装置。 - 【請求項4】 請求項3記載の液体吐出装置において、
前記圧力調整用開口部を前記液体貯留槽の液位より低い
位置で大気に開放したことを特徴とする液体吐出装置。 - 【請求項5】 請求項1,2,3または4記載の液体吐
出装置において、前記圧力調整用開口部は実質的に下向
きに開放され、液体の表面張力による界面を形成するこ
とにより基準液面を維持することを特徴とする液体吐出
装置。 - 【請求項6】 請求項1,2,3または4記載の液体吐
出装置において、前記圧力調整用開口部は実質的に上向
きに開放されていることを特徴とする液体吐出装置。 - 【請求項7】 ポンプ本体内に組み込まれてポンプ室を
形成する弾性変形自在のポンプ部材の吸入動作と吐出動
作とにより液体貯留槽内の液体を吐出ノズルに吐出する
液体吐出方法であって、 前記液体貯留槽と前記ポンプ室とを接続する流入流路に
設けられた流入側弁を開いた状態として前記ポンプ部材
を吸入ストローク動作する吸入工程と、 圧力調整用開口部と前記ポンプ室とを接続する圧力調整
流路に設けられた圧力調整弁を開いて前記ポンプ室を一
定の圧力に保持した状態で前記ポンプ部材を所定の廃棄
ストローク吐出動作する廃棄工程と、 前記吐出ノズルと前記ポンプ室とを接続する吐出流路に
設けられた吐出側弁を開いて前記ポンプ部材を吐出スト
ローク動作する吐出工程とを有することを特徴とする液
体吐出方法。 - 【請求項8】 ポンプ本体内に組み込まれてポンプ室を
形成する弾性変形自在のポンプ部材の吸入動作と吐出動
作とにより液体貯留槽内の液体を吐出ノズルに吐出する
液体吐出方法であって、 前記液体貯留槽と前記ポンプ室とを接続する流入流路に
設けられた流入側弁を開いた状態として前記ポンプ部材
を吸入ストローク動作する吸入工程と、 圧力調整用開口部と前記ポンプ室とを接続する圧力調整
流路に設けられた圧力調整弁を開いて前記ポンプ室内の
圧力を吸入ストローク動作終了時よりも低い圧力に設定
する廃棄工程と、 前記吐出ノズルと前記ポンプ室とを接続する吐出流路に
設けられた吐出側弁を開いて前記ポンプ部材を吐出スト
ローク動作する吐出工程とを有することを特徴とする液
体吐出方法。
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