JP2010025171A - 吐出制御器 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハに薬液等の流体を供給する際や、医療分野において薬液を一定量滴下する際に使用される吐出制御器を提供する。
【解決手段】本体１は、上面中央に略すり鉢形状の液室６を有し、液室６に連通する第一流路４及び第二流路５を設ける。液室６の底面は平坦で、第一流路４及び第二流路５の内径の最下部の位置と、液室６の底面とほぼ面一とする。
本体１の上面のボンネット２は、略すり鉢形状の空気室７を有し、外部とφ０．３ｍｍの通気孔８で連通させる。
ダイヤフラム３は、平面状で他より厚めの中央部と径方向外側へ延設された薄肉の膜部と環状の外周縁部とからなり、外周縁部を本体１とボンネット２とにより挟持固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学工場、半導体製造分野、食品分野、医療分野、バイオ分野などの各種産業における流体輸送配管に用いられる吐出制御器に関するものであり、さらに詳しくは、特に半導体の製造装置において半導体ウェハに薬液等の流体を供給する配管ラインに使用されたり、医療分野において薬液を一定量滴下するための制御に使用される吐出制御器に関するものである。

従来、半導体洗浄装置、特に半導体ウェハの表面に直接薬液を塗布して各種の処理を行うような装置において、図１０に示すような薬液を供給する配管ラインが形成される。この配管ラインでは、薬液タンク６１からポンプ６２によって配管６４に薬液を流して吐出部６５から半導体ウェハ６６に薬液を吐出する構成になっている。薬液の供給・停止には、配管６４中途に介在されたエア駆動によるダイヤフラム式の開閉弁６３を用いることが一般的である。このとき、開閉弁６３から吐出部６５までの配管６４の長さは通常だと洗浄装置の設計上２〜４ｍ程度になることが多い。

このような配管ラインにおいて、流体の流れを開閉弁６３で急激に停止した場合、開閉弁６３の弁室内の容積変化によってダイヤフラムが変形して薬液が下流側に押し出され、配管末端の吐出部６５より勢いよく薬液が飛び出すことがあり、このような流量の急激な変化はウェハの処理に悪影響を与えるという問題があった。
その後、開閉弁６３で流体の流れを急激に停止しても流体の流れの慣性によって下流側へ流れようとするため、開閉弁６３の下流側の配管６４内には負圧が発生する。この負圧は開閉弁６３の下流側の配管６４の長さや流体の流速によって異なるが、負圧の作用によって流体が逆方向へと吸い戻されるという現象が起こり、配管末端の吐出部６５においては、図１１に示すように大気まで一緒に吸い上げられ吐出部６５の配管中に薬液６７と液残り薬液６９の間に気泡６８となって薬液６７の中に残留する。この状態で薬液６７の吐出を再開した場合、半導体ウェハ６６上に薬液６７と共にこれらの気泡６８が塗布されるためウェハの表面処理にムラができる原因となり、ムラの発生した部分が不良品となる問題があった。また、この問題は例えば医療分野などにおいては一般的な薬液の定量滴下を行う際に、薬液の飛び出しや吸い戻しが起こると厳密な量の制御の妨げになるものでもあった。

上記問題を解決する方法として、一般的には開閉弁６３の開閉操作を行うエア配管にスピードコントローラを設置して閉止速度を遅くすることによって、下流側の負圧発生や薬液の押し出しを防止する方法が用いられている。
しかしながら、スピードコントローラを用いて、開閉弁６３の閉止動作を遅くした場合、洗浄装置の制御部（図示せず）から開閉弁６３への停止信号を出してから実際に開閉弁６３が閉止するまでに遅れ時間が生じる。そのため薬液の吐出量を厳密に調整したい時には、この遅れ時間を見越して開閉弁６３への停止信号を早めに出す必要があるが、遅れ時間は開閉弁６３の操作エア圧力や開閉弁の個体差によっても異なり、一定の時間に制御するのは困難であるという問題があった。また、スピードコントローラの調整は熟練した作業員が一台毎に行う必要があり、調整に手間が掛かるという問題があった。

そこで、スピードコントローラのような不都合もなく、前述の下流側の負圧発生や薬液の押し出しを防止する手段として、各種の水撃防止装置やアキュムレータ等が提案されている。
水撃防止装置には、図１２に示すようなものがあり、入力口７１と出力口７２に連通した内部空間７３内部に窒素ガスを封入した金属ベローズ７４が配置されており、入力口７１から流入した流体が金属ベローズ７４の外周部を通って出力口７２から排出される構造となっている（特許文献１参照）。この水撃防止装置は、配管ラインに生じる水撃や脈動といった流体の圧力変動に対し、金属ベローズ７４が伸縮することによって圧力変動による衝撃を吸収するという機能を有している。
従って、このような水撃防止装置を前記半導体洗浄装置（図１０参照）の薬液吐出配管ラインの開閉弁６３の下流側に設置することにより、急激な閉止動作に伴う薬液の押し出しに対して金属ベローズ７４が縮むことによって吸収し、吐出部６５からの薬液の飛び出しを防止することができる。
また、その後に発生する負圧に対して、縮んだ金属ベローズ７４が逆に伸びることによってエネルギーを吸収して吐出部６５からの大気の吸い込みを防止することができるものである。

一方、従来のアキュムレータには、図１３に示すようなものがある。このアキュムレータは、上シェル８１と下シェル８２とからなり、内部にダイヤフラム８３により仕切られたガス室８４と油室８５を有するシェル体８６と油室８５と連通する油ポート８７とから構成される。このアキュムレータは、制御したい配管ラインの分岐部分へプラグ８８を接続することで設けられる（特許文献２参照）。
このようなアキュムレータによれば、前記水撃防止装置と同様、配管ラインに設置された開閉弁６３の開閉動作等によって生じる水撃、脈動、負圧といった流体の圧力変動による衝撃を、ダイヤフラム８３が上下に変位することで吸収することができる。

特開２００６−１９４３６７号公報 特開２００２−３７２００２号公報

しかしながら、前述の水撃防止装置では、流路内の中央にある金属ベローズ７４の側面を流体が通り抜ける構成なので、特にスラリーを流した場合には流路や内部空間７３や金属ベローズ７４の隙間で固着し易く、固着したスラリーが流体の流れの妨げとなったり作動不良の原因になる恐れがあった。
また、金属ベローズ７４の材質が金属であるため、腐食性の高い薬液を使用する配管ラインや金属イオンの溶出を嫌う半導体洗浄装置中の配管ラインでは使用できない。
なお、金属ベローズ７４は半導体製造装置内の配管部材として好適に用いられるポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）等でもベローズを製作することも可能であるが、ベローズの隙間が流体の滞留部となるため薬液の滞留を嫌う半導体製造分野の配管ラインで使用するには適していない。また、ＰＴＦＥ製のベローズでは窒素ガスの透過が起こるため、初期性能を長期間維持することが難しいという問題があった。

一方、アキュムレータを半導体製造装置内の配管ラインに設置した場合、配管ラインの途中を分岐してアキュムレータを設置しなければならず、アキュムレータの油室８５内に流入した薬液は循環せずに滞留したままとなる。これは、薬液の滞留を嫌う半導体製造分野においては滞留部があるとバクテリアの発生原因となり、ダイヤフラム８３の変位によって油室８５に発生したバクテリアが配管ラインに流れ込み、半導体ウェハに付着して不良品の原因となる問題があった。
さらに、同じ種類や同じ濃度の薬液を常に流して使用する場合はよいが、異なる種類の薬液を交互に流したい場合などでは、このような滞留部があると薬液が完全に入れ替わることがなく、ダイヤフラム８３の変位によって滞留した油室８５内の薬液が混ざり合って半導体ウェハの処理に不適切な薬液が流れて不良品の原因となる問題があった。

本発明は、以上のような問題点に鑑みなされたもので、配管ラインの開閉弁の下流側に設置することで開閉弁を急激に閉止しても配管の末端から薬液が勢いよく飛び出すのを防止し、開閉弁を急激に閉止した際に下流側に発生する負圧によって配管の末端部から大気が吸い戻されるのを防止することができ、さらに内部に流体の滞留部がなく構成が簡単でコンパクトな吐出制御器を提供することを目的とする。

本発明の吐出制御器では、液室と、該液室に各々連通する第一流路と第二流路とを有する本体と、空気室と、該空気室に連通する通気孔を有するボンネットと、該液室と該空気室とを隔てるように該本体と該ボンネットによって周縁部を挟持固定されたダイヤフラムとを具備することを第１の特徴とする。

また本発明では、前記第一流路及び第二流路の内径の最下部の位置が底面が平坦に設けられた前記液室の底面とほぼ面一となるように各々形成してなることを第２の特徴とする。

また本発明では、前記本体に開閉弁が一体的に設けられていることを第３の特徴とする。

また本発明では、液室と弁室が設けられ、該弁室に連通する第一流路と、該液室に連通する第二流路と、該液室と該弁室とに連通する連通流路とを有する本体と、該第一流路に連通する該弁室の開口部の開口面積を変化させる弁体と、該弁体を駆動させる駆動部と、空気室と、該空気室に連通する通気孔を有するボンネットと、該液室と該空気室とを隔てるように該本体と該ボンネットによって周縁部を挟持固定されたダイヤフラムとを具備することを第４の特徴とする。

また本発明では、前記駆動部が、モータ部と、該モータ部の駆動により前記弁体を上下動させるステムとを具備したことを第５の特徴とする。

また本発明では、前記駆動部が、内部にシリンダ部を有するシリンダ本体と、該シリンダ部の内周面に上下動可能且つシールした状態で摺接され且つ該シリンダ部の天井面中央に設けられた貫通孔をシールした状態で貫通するように中央より上方に突出して設けられた連結部を有するピストンと、該シリンダ本体の周側面に設けられ、該シリンダ部の天井面及び内周面と前記ピストンの上端面とで囲まれて形成された第一空間部と、該シリンダ部の底面及び内周面と該ピストンの下端面とで囲まれて形成された第二空間部とにそれぞれ連通されるエア口とを具備し、前記弁体が該ピストンの連結部の上端部に固定されたことを第６の特徴とする。

また本発明では、前記本体に圧力計が一体的に設けられていることを第７の特徴とする。

さらに本発明では、前記ダイヤフラムの材質がポリテトラフルオロエチレンであることを第８の特徴とする。

本発明において、ダイヤフラム３、２３、２７の材質は、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴムなどのゴム製や、ＰＴＦＥ、ポリクロロトリフルオロエチレン（以下、ＰＣＴＦＥと記す）、ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと記す）、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（以下、ＰＦＡと記す）などが挙げられるが、半導体製造分野において繰り返し疲労特性の良く溶出や耐薬品の優れたフッ素樹脂製が好適であり、フッ素樹脂のうちＰＴＦＥがより好適である。

また本発明において、吐出制御器の本体１、２１、ボンネット２、２６、シリンダ本体２２、隔膜押さえ２４、ピストン２５の材質は吐出制御器として必要な物性を有していれば特に限定されないが、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＰＣＴＦＥなどのフッ素樹脂が好適なものとして挙げられ、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの樹脂や、流体による腐食の心配がなければステンレスなどの金属でも良く、特に限定されない。

本発明の吐出制御器は以下の優れた効果が得られる。

（１）開閉弁を急激に閉止した時に生じる配管の末端からの薬液の飛び出しが防止されるため、厳密な量の薬液の吐出や滴下の制御を行うことができ、半導体ウェハの処理などにおける不良の発生を抑えて生産性が向上する。
（２）開閉弁を急激に閉止した後、開閉弁の下流側に生じる流路内の負圧に起因する配管の末端からの大気の吸い込みによる気泡の噛み込みが防止され、薬液の吐出や滴下の量の変動を防ぐことができるため、半導体ウェハの処理などにおける不良の発生を抑えて生産性が向上する。
（３）開閉弁を急激に閉止しても流体の圧力変動を抑えることができるので、半導体製造装置などの制御部から出された閉止信号と実際の開閉弁の閉止に遅れ時間を生じさせず、薬液の吐出時間を厳密にコントロールすることができるため、厳密な量の薬液の吐出や滴下の制御を行うことができ、半導体ウェハの処理性能が向上する。
（４）第一、第二流路は圧力損失が少ない形状すなわち第一、第二流路の内径の最下部の位置の底面が平坦である液室の底面とほぼ面一となるように形成されているため、流路が略直線状となり圧力損失が少なく流量特性に優れており効率的に流体を流すことができる。
（５）内部に滞留部がないので、複数の薬液を交互に流した場合でも薬液の置換性が良好であり、滞留部によるバクテリア発生が防止され、流体にスラリーを流してもスラリーが固着しにくく詰まることなく使用できる。
（６）部品点数が少ないので組み立てが容易であり、コンパクトに形成することができるので装置内の設置場所を取らずに設置できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施の形態に限定されないことは言うまでもない。

図１は本発明の第一の実施形態である内部に流体が流れている状態の吐出制御器を示す縦断面図、図２は図１の吐出制御器の上流側に設置された開閉弁を急激に閉止した直後の状態を示す縦断面図、図３は図２の後に開閉弁の下流側が負圧になった状態を示す縦断面図である。図４は本発明の吐出制御器を半導体洗浄装置の配管ラインに設置したときの配管略図、図５は図４の配管ラインにおいて開閉弁を急激に閉止した後の配管末端の状態を示す拡大縦断面図である。図６は本発明の第二の実施形態の開閉弁付き吐出制御器を示す縦断面図である。図７は図７のＡ−Ａ縦断面図である。図８は本発明の第三の実施形態の開閉弁付き吐出制御器を示す縦断面図である。図９は吐出制御試験の試験ラインを示す配管略図である。

図１乃至図３においてＰＴＦＥ製の本体１は、上面中央に略すり鉢形状の液室６を有しており、液室６に連通する第一流路４及び第二流路５が設けられている。このとき液室６の底面は平坦に設けられ、第一流路４及び第二流路５の内径の最下部の位置が液室６の底面とほぼ面一となるように各々形成されている。第一流路４及び第二流路５は液室６のどの位置に接続しても良いが、同一軸線上に形成するのが好ましい。

本体１の上面に接合されたＰＶＤＦ製のボンネット２は、下面中央に略すり鉢形状の空気室７を有しており、空気室７と外部とを連通させるφ０．３ｍｍの通気孔８が形成されている。

ＰＴＦＥ製のダイヤフラム３は円盤状に形成されており、平面状で他より厚めに形成された中央部と中央部から径方向外側へ延設された薄肉の膜部と該膜部から径方向外側へ延設された環状の外周縁部からなり、外周縁部を本体１とボンネット２とによって挟持固定されており、ダイヤフラム３によって液室６と空気室７とが隔離されている。またダイヤフラム３の中央付近は上下に変位自在となっており、液室６内部の流体圧力に応じてダイヤフラム３が変位することで液室６内の容積が変化する。このとき空気室７内の容積も変化して、空気室７内の容積の変化に応じてボンネット２に設けられた通気孔８から空気が出入りする。

ここで、ボンネット２の通気孔８の直径は０．３ｍｍ〜２．０ｍｍで設けられたことが望ましい。ダイヤフラム３が上下方向へ移動する時に変位の応答速度が遅れないようにするために通気孔８の直径は０．３ｍｍ以上である必要があり、ダイヤフラム３が上下方向へ移動する時に流体の圧力変動に応じてダイヤフラムの動きを適度に遅くすることで急激な流体の圧力変動を緩和させるために通気孔８の直径は２．０ｍｍ以下である必要がある。また、通気孔８は孔の合計面積が直径２．０ｍｍの面積以内であれば複数設けても良く、通気孔８にはフィルターを設けても良い。

次に、上記の構成からなる第一の実施形態の吐出制御器の作動を説明する。

吐出制御器は図４に示されるような半導体洗浄装置の薬液供給配管ラインに用いられる。この配管ラインは薬液タンク１１からポンプ１２によって配管１４に流体を流して吐出部１５から半導体ウェハ１６に薬液を吐出する構成になっており、配管１４にエア駆動によるダイヤフラム式の開閉弁１３が設置され、この開閉弁１３よりも下流側に本発明の吐出制御器１７が設置されている。

まず開閉弁１３が開状態のとき、配管ラインには流体が流れており液室６内の流体圧力によって吐出制御器１７のダイヤフラム３は僅かに上方へ変位している（図１の状態）。

ここで、ダイヤフラム式の開閉弁１３を操作して流体の流れを急激に閉止すると、開閉弁１３を閉止した時のダイヤフラムの作用によって押し出された流体のために、開閉弁１３の下流側の配管１４内の流体圧力が瞬間的に上昇する。同時に配管１４内に設置された吐出制御器１７の液室６内部の流体圧も上昇するが、このときダイヤフラム３が上昇した流体圧力に応じて上方へ変位して液室６の容積を増大させることで流体圧力の上昇を緩和する（図２の状態）。これによって吐出部１５から薬液が飛び出すことが抑制される。また液室６の容積の増大に伴って空気室７の容積は減少して通気孔８から空気が排出されるが、このときの通気孔８から排出される空気の排出量は通気孔８によって制限されているため、空気室７の体積変化は緩やかなものとなり、ダイヤフラム３の変位も緩やかにすることができ急激な圧力変動を緩和させることができる。

次に急激に閉止された流体は流れの慣性によって配管末端の吐出部１５へ流れようとする。そして開閉弁１３の下流側の配管１４内に負圧が発生して、今度は流体が逆方向へと引き戻されるような力が働く。このとき吐出制御器の液室６内部も負圧となって流体停止直後に上方へと変位していたダイヤフラム３が逆に下方へと変位して液室６の容積を減少させて負圧を打ち消す（図３の状態）。これによって配管末端の吐出部１５から大気を吸い上げることがなく、配管１４内の薬液１８中に気泡が入ることを防止する（図５の状態）。また、液室６の容積の減少にともなって空気室７の容積は増大して通気孔８から空気が吸入されるが、このとき通気孔８から吸入される空気の吸入量は通気孔８によって制限されているため、空気室７の体積変化は緩やかなものとなり、ダイヤフラム３の変位も緩やかにすることができ負圧が発生することによって生ずる配管内の圧力変動を緩和させることができる。

以上のような作動により、開閉弁１３を急激に閉止したとしても開閉弁１３の下流側配管の圧力変化を吐出制御器１７が吸収するため、配管１４の末端の吐出部１５から薬液が勢いよく飛び出すのを防止し、その後に配管内が負圧になることによって配管の末端部から大気が吸い戻されるのを防止することができる。ここで開閉弁１３を急激に閉止した後に生じる負圧は、流れる流体の流量や配管１４の長さによって変化するので大気の吸い戻し量も変化するが、ダイヤフラム３のサイズや形状、通気孔８の径を調整することによって一定になるように調整可能である。また、本発明の吐出制御器１７は流路内が流体の滞留部分がなく、部品点数が３つと非常に少ないので組立てが容易でありコンパクトに形成することができる。また、第一流路４及び第二流路５が同一軸線上に形成され、該流路４、５の内径の最下部の位置が液室６の底面とほぼ面一となるように設計されているため、流路が略直線状となり圧力損失が少なく流量特性に優れており効率的に液室６内の流体を流すことができる。このことから、流体にスラリーを流してもスラリーが固着しにくく詰まることのない構成であるので好適である。なお、このような作用は特に医療分野においても有用であり、一般的な薬液の定量滴下を行う際に、開閉弁の閉止時に流体が瞬間的に飛び出したり流体の吸い込みが防止されるので常に安定した流体の供給が行われ、厳密な量の滴下の制御を行うことができる。

次に、第二の実施形態の開閉弁付き吐出制御器について説明する。

図６、図７より、本実施形態は吐出制御器の本体２１に流路の開閉を行う開閉弁の構成を一体的に設けたものである。吐出制御器は、本体２１上部とダイヤフラム２７とボンネット２６で形成される吐出制御器部と、本体２１下部と弁体４０と駆動部３８とで形成される開閉弁部からなる。

ＰＴＦＥ製の本体２１は、上面中央には略すり鉢状の液室３４を有しており、液室３４に連通する第二流路２９が設けられている。このとき液室３４の底面は平坦に設けられ、第二流路２９の内径の最下部の位置が液室３４の底面とほぼ面一となるように形成されている。また、本体２１の下面中央に略すり鉢状の弁室３６を有している。弁室３６の底部（図６、７では天井面）は平坦に設けられ、底部中央には第一流路２８と連通した開口部があり、該開口部の周縁部は弁座３９となっている。このとき弁座３９は開口部から突出せずに弁室３６底部と同じ高さで設けられている。また、液室３４と弁室３６とは連通流路３７によって連通されている。すなわち第一流路２８から流入した流体は開口部を経て弁室３６に流入し、連通流路３７を経て液室３４に流入し、第二流路２９を通って流出される。

ＰＶＤＦ製のボンネット２６は本体２１の上部に接合されている。下面中央に略すり鉢状の空気室３３を有しており、空気室３３と外部とを連通させるφ０．３ｍｍの通気孔３５が形成されている。

ＰＴＦＥ製のダイヤフラム２７は円盤状に形成されており、平面状で他より厚めに形成された中央部と中央部から径方向外側へ延設された薄肉の膜部と該膜部から径方向外側へ延設された環状の外周縁部からなり、外周縁部を本体２１とボンネット２６とによって挟持固定されており、ダイヤフラム２７で液室３４と空気室３３とを隔離している。またダイヤフラム２７の中央付近は膜部の変形によって上下に変位自在となっており、液室３４内部の流体圧力によってダイヤフラム２７が変位することで液室３４内の容積が変化する。このとき空気室３３内の容積も変化し、空気室３３内の容積の変化に応じてボンネット２６に設けられた通気孔３５から空気が出入りする。

駆動部３８は、弁体４０を上下動させるために使用され、本体２１の下部に当接してボルト・ナットなど（図示せず）で固定されている。駆動部３８は、シリンダ本体２２、ダイヤフラム２３、隔膜押さえ２４、ピストン２５等により構成されている。

ＰＶＤＦ製のシリンダ本体２２は本体２１の下面に接合され、内部に後記ピストン２５が収容されるシリンダ部４２とシリンダ部４２上部には後記隔膜押さえ２４が収容される段差部４３が設けられている。また、シリンダ本体２２のシリンダ部４２は後記ピストン２５によって、シリンダ部４２の天井面となる隔膜押さえ２４下端面とシリンダ部４２内周面と後記ピストン２５上端面とで囲まれて形成された第一空間部と、シリンダ部４２底面及び内周面とピストン２５下端面とで囲まれて形成された第二空間部とに分けられており、シリンダ本体２２の側面に設けられた第一エア口３１は第一空間部に、第二エア口３２は第二空間部に各々連通している。

ＰＴＦＥ製のダイヤフラム２３は、中央の弁体４０と弁体４０外周に径方向に延設された膜部４１とが一体的に形成され、膜部４１外周の周縁部は本体２１と後記隔膜押さえ２４によって挟持固定されている。弁体４０の下部はピストン２５の連結部４４が接合されており、ピストン２５の上下動にあわせて弁体４０も上下して本体２１の弁座３９と圧接・離間されることによって流体の流れを閉止・開放している。

ＰＶＤＦ製の隔膜押さえ２４は、シリンダ本体２２の上部の段差部４３に嵌挿されており、中央に後記ピストン２５の連結部４４が貫通する貫通孔４５が設けられている。

ＰＶＤＦ製のピストン２５は、下部に円盤状の鍔部４６と鍔部４６上面中央に前記ダイヤフラム２３と接合される連結部４４が上方に突出して設けられている。鍔部４６はシリンダ部４２内にシールした状態且つ軸線方向に上下動自在に嵌挿されている。また、鍔部４６下面とシリンダ部４２底面との間でスプリング３０を支承している。したがってピストン２５はスプリング３０によって常に上方向へ付勢されていることになる。また、連結部４４は隔膜押さえ２４の貫通孔４５をシールした状態且つ軸線方向に上下動自在に貫通している。

上記の構成からなる第二の実施形態の開閉弁付き吐出制御器の動作について説明する。

吐出制御器は図４に示されるような半導体洗浄装置の薬液供給ライン用いられ、本実施形態においては図４の開閉弁１３と吐出制御器１７が一体的となって配管１４に設置されている。まず、第一エア口３１から外部より作動流体として圧縮空気が注入されると、圧縮空気の圧力でピストン２５がスプリング３０に抗して押し下げられるため連結部４４と連結部４４の上端部に接合された弁体４０も下方へ引き下げられ、弁体４０と弁座３９が離間して弁は開状態となって配管ラインに流体が流れる。

第一エア口３１への圧縮空気の注入を停止すると、ピストン２５を下方へ押し下げようとする力がなくなる。そしてスプリング３０の付勢によりピストン２５が押し上げられるのに伴って、連結部４４とその上端部に接合された弁体４０も上方へ押し上げられ、弁体４０が弁座３９に押圧されて弁は閉状態となる（図６、７の状態）。このとき、流体の流れを急激に閉止した後の吐出制御器部の作動は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

本実施形態の吐出制御器は、吐出制御器部と開閉弁部とが一体的に形成されており、流体の流れを閉止・開放する開閉弁部の弁体４０のすぐ下流側に吐出制御器部が設けられている構成のため、開閉弁部による流体の流れの閉止・開放に対して吐出制御器部が即座に対応することができ、急激な圧力変動によって配管の末端から薬液が勢いよく飛び出したり、負圧によって配管の末端部から大気が吸い戻されるのを効果的に防止することができる。
さらに、図４において開閉弁１３と吐出制御器１７の２つの部材を１つの弁装置として形成できるので、コンパクトで半導体洗浄装置内のスペースを有効に活用でき、好適である。

本発明の吐出制御器の駆動部は、図６に示すようなエア駆動でなく図８に示すような電気駆動でも良い。この場合、駆動部５１がステッピングモータを有するモータ部５２と、モータ部５２の下部にモータの軸にギアを介して連結されたステム５３が設けられている。ステム５３は隔膜押さえ５４の貫通孔５５内に位置するように配置されている。駆動部５１のステム５３の上端部には、弁体５６が螺着により設置されており、モータ部５２を駆動してステム５３を上下動させることに伴い、弁体５６を上下動することができる。なお、弁体５６は、ステム５３を回動することで上下動させるように形成しても良い。

本実施形態の開閉弁部の構成は、本体２１に一体的に設けられて流路の全開と全閉を行える弁であればダイヤフラム弁、ストップ弁、ボール弁、バタフライ弁、ゲート弁などいずれでも良いが、特に半導体製造分野においてはパーティクルの発生が抑えられるダイヤフラム弁が好ましい。ここでの開閉弁部の目的は速やかな流体の停止を行うことであるため、その駆動方法はエア駆動であることが好ましい。

また、本発明の吐出制御器の本体１、２１に圧力計が一体的に設けられても良く（図示せず）、装置内で場所を取らずにコンパクトな状態で流路内の圧力変化を読み取れるようにすると共に、圧力を感知してより安定した制御を行えるようにしても良い。

次に本発明の吐出制御器を作成し、その性能を以下に示す試験方法で評価を行った。

＜吐出制御試験＞
図９のような試験ラインを用いて、吐出制御器１００の有無によってエア式自動弁１０１を急速に閉止させた時の配管末端での液面の状態を比較した。この試験ラインでは、薬液のタンク１０６からポンプ１０５によって配管に流体を流して配管末端から薬液を吐出する構成になっている。まずエア式自動弁１０１を開状態として流体（水）を流し、上流側の手動弁１０２と下流側のニードル弁１０３を調整して流量計１０４の測定値が所定の流量になるように設定する（流量は２．０Ｌ／ｍｉｎの場合と３．０Ｌ／ｍｉｎの場合で行う）。次にエア式自動弁１０１を急速に閉止するとエア式自動弁１０１の下流側に負圧が発生して配管末端から大気を吸い戻す。このときの液面高さｈを測定した。図５のように配管内に液残りがない場合は吐出部の端面から液面までの距離を液面高さｈとし、図１１のように配管内に一部取り残された液残り６９がある場合は吐出部の端面から液残り６９を除いた時の液面までの距離を液面高さｈとする。また液残り６９がある場合はその数を測定した。なお、試験に用いた配管はタンク１０６から手動弁１０２までは口径２５ｍｍのポリ塩化ビニル製パイプを用いそれ以降はＰＦＡ製のチューブを使用した。また、配管末端のＰＦＡ製チューブの内径は３．９５ｍｍであった。

＜実施例１＞
図９の試験ラインに吐出制御器１００に図１に示す吐出制御器を用いて吐出制御試験を繰り返し５回行った。流量が２．０Ｌ／ｍｉｎの場合を表１に、流量が３．０Ｌ／ｍｉｎの場合を表２に示す。

＜比較例１＞
図９の試験ラインにおいて吐出制御器１００を設けない状態で吐出制御試験を繰り返し５回行った。流量が２．０Ｌ／ｍｉｎの場合を表１に、流量が３．０Ｌ／ｍｉｎの場合を表２に示す。

表１、表２より、実施例１の吐出制御器１００を設置した場合では、配管末端中に液残りがなく配管内に気泡を噛み込むことを防止して、液面高さｈも安定していることが判る。一方、比較例１の吐出制御器１００を設置しない場合では、配管末端に液残りが発生し、液面高さｈも高くなり、吐出の状態が安定しない。以上のことから、本発明の吐出制御器を設置することで、流体吐出時の配管末端での不具合を効果的に防止することが可能である。また、液面高さが安定することで吐出される流体の量を安定して制御することができる。そのため一般的な薬液の定量的な吐出や滴下を行う際に、厳密な量の薬液の滴下の制御を行うことができる。

本発明の第一の実施形態である内部に流体が流れている状態の吐出制御器を示す縦断面図である。 図１の吐出制御器の上流側に設置された開閉弁を急激に閉止した直後の状態を示す縦断面図である。 図２の後に開閉弁の下流側が負圧になった状態を示す縦断面図である。 本発明の吐出制御器を半導体洗浄装置の配管ラインに設置したときの配管略図である。 図４の配管ラインにおいて開閉弁を急激に閉止した後の配管末端の状態を示す拡大縦断面図である。 本発明の第二の実施形態の開閉弁付き吐出制御器を示す縦断面図である。 図６のＡ−Ａ縦断面図である。 本発明の第三の実施形態の開閉弁付き吐出制御器を示す縦断面図である。 吐出制御試験の試験ラインを示す配管略図である。 従来の半導体洗浄装置の配管略図である。 図１０の配管ラインにおいて開閉弁を急激に閉止した後の配管末端の状態を示す縦断面図である。 従来の水撃防止装置の一例を示す縦断面図である。 従来のアキュムレータの一例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 本体
２ ボンネット
３ ダイヤフラム
４ 第一流路
５ 第二流路
６ 液室
７ 空気室
８ 通気孔
２１ 本体
２２ シリンダ本体
２３ ダイヤフラム
２４ 隔膜押さえ
２５ ピストン
２６ ボンネット
２７ ダイヤフラム
２８ 第一流路
２９ 第二流路
３０ スプリング
３１ 第一エア口
３２ 第二エア口
３３ 空気室
３４ 液室
３５ 通気孔
３６ 弁室
３７ 連通流路
３８ 駆動部
３９ 弁座
４０ 弁体
４２ シリンダ部
４４ 連結部
４５ 貫通孔
４６ 鍔部

Claims (8)

1. 液室と、該液室に各々連通する第一流路と第二流路とを有する本体と、
   空気室と、該空気室に連通する通気孔を有するボンネットと、
   該液室と該空気室とを隔てるように該本体と該ボンネットによって周縁部を挟持固定されたダイヤフラムとを具備することを特徴とする吐出制御器。
2. 前記第一流路及び第二流路の内径の最下部の位置が、底面が平坦に設けられた前記液室の底面とほぼ面一となるように各々形成してなることを特徴とする請求項１記載の吐出制御器。
3. 前記本体に開閉弁が一体的に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吐出制御器。
4. 液室と弁室が設けられ、該弁室に連通する第一流路と、該液室に連通する第二流路と、該液室と該弁室とに連通する連通流路とを有する本体と、
   空気室と、該空気室に連通する通気孔を有するボンネットと、
   該液室と該空気室とを隔てるように該本体と該ボンネットによって周縁部を挟持固定されたダイヤフラムと、
   該第一流路に連通する該弁室の開口部の開口面積を変化させる弁体と、
   該弁体を駆動させる駆動部とを具備することを特徴とする請求項３記載の吐出制御器。
5. 前記駆動部が、内部にシリンダ部を有するシリンダ本体と、該シリンダ部の内周面に上下動可能且つシールした状態で摺接され且つ該シリンダ部の天井面中央に設けられた貫通孔をシールした状態で貫通するように中央より上方に突出して設けられた連結部を有するピストンと、該シリンダ本体の周側面に設けられ、該シリンダ部の天井面及び内周面と前記ピストンの上端面とで囲まれて形成された第一空間部と、該シリンダ部の底面及び内周面と該ピストンの下端面とで囲まれて形成された第二空間部とにそれぞれ連通されるエア口とを具備し、
   前記弁体が該ピストンの連結部の上端部に固定されたことを特徴とする請求項４記載の吐出制御器。
6. 前記駆動部が、モータ部と、該モータ部の駆動により前記弁体を上下動させるステムとを具備したことを特徴とする請求項４記載の吐出制御器。
7. 前記本体に圧力計が一体的に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の吐出制御器。
8. 前記ダイヤフラムの材質がポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の吐出制御器。

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