JP4024076B2 - 流体圧作動弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気圧などの流体圧を使用して弁体を作動させる流体圧作動弁に係り、特に弁体の開度位置範囲を規制する位置決め部材を備えた流体圧作動弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの製造技術分野を始め、液晶基板製造技術分野や多層配線基板製造技術などの分野では、フォトレジスト液、アルカリ性や酸性の処理液などの薬液が使用されている。それぞれの薬液を供給するために、容器とこの中に収容された薬液を供給するポンプとこのポンプの作動により流路を介して案内された薬液を吐出するノズルとを有する薬液供給装置が使用されている。このような薬液供給装置としては、たとえば、米国特許第5,061,156 号公報に開示されているようなものが開発されている。
【０００３】
この薬液供給装置は、容器に収容されたレジスト液（薬液）を半導体ウエハに塗布するために使用されている。ウエハにレジスト液を吐出するノズルと容器とを結ぶ配管には、容器側から順に、ノズルに向けて薬液を供給するポンプと、薬液を濾過するフィルターとが設けられ、さらに、配管内の流路を開閉する開閉バルブと、サックバックバルブとが直列に接続されている。
【０００４】
このうちサックバックバルブは吸い戻し弁とも言われ、ノズルから所定の量の薬液を吐出した後においてノズルから液垂れするのを防止するために使用されるものである。具体的には、開閉バルブを作動させて流路を閉じた後にノズルの先端面から薬液が突出している状態となっているところ、このサックバックバルブを作動させることにより、この突出分の薬液をすべてノズルの先端部内に吸引されて収まるようにしている。これらのポンプ、開閉バルブおよびサックバックバルブの作動は、システム制御部からの信号によって制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
サックバックバルブとしては、流路にサックバックチャンバを設け、その容積を調整する弁体としてダイヤフラムを有するタイプのものが使用されている。ノズルから薬液を吐出する際にはそのダイヤフラムを小さい開度位置に作動させてサックバックチャンバの容積を少なくさせており、ノズルからの薬液の吐出を停止するために開閉バルブを閉じた後には、ダイヤフラムを大きい開度位置に作動させてサックバックチャンバの容積を大きくするようにしている。チャンバ容積を大きくすることによって、ノズルの先端部内の薬液はノズルの内部に引き込まれることになる。ダイヤフラムの作動は空気圧によって行われており、サックバックチャンバの最大容積はダイヤフラムの変形量、すなわちダイヤフラムの開度位置範囲を規制する調整ねじによって設定される。この場合には、システム制御部からの信号によって空気圧が制御され、サックバックバルブ内のダイヤフラムが作動することになる。サックバックバルブを電空レギュレータによって作動するようにしたタイプのものもあり、この場合にはダイヤフラムの移動量や速度を任意に設定することができる。
【０００６】
これらの何れかのタイプのサックバックバルブを用いた薬液供給装置にあっては、調整ねじによりダイヤフラムの最大変形量を規制してサックバックチャンバの最大容積を設定しているが、そのように常に一定の変形量でダイヤフラムを作動させても、ノズル内の液面位置が一定とならない場合がある。その理由としては、薬液の温度変化による膨張収縮や粘度変化が考えられ、さらには、周囲温度の変化による開閉バルブやサックバックバルブおよび配管などの膨張収縮が考えられる。また、ノズルは塗布位置と待機位置との間を移動することになるので、配管チューブ内の曲がり部の曲率が経時変化して配管内の体積が変化することもあり、また開閉バルブおよびサックバックバルブ内にそれぞれ組み込まれたダイヤフラムが経時変化することもある。これらの経時変化が発生すると、それぞれのバルブ内あるいは管路内の薬液案内部の容積が変化し、ノズル内の液面位置が変化する原因となる。
【０００７】
このようにノズル内の液面位置は不安定となりやすいものであり、そのうちサックバック量が少な過ぎた場合、すなわち薬液がノズルの先端面よりも突出した状態となった場合には、この突出部分の薬液が自重によって落下しやすくなる。このように余分な薬液が落下してしまうと、適正量を超える薬液をウエハに塗布してしまうばかりでなく、塗布終了後にノズルを初期位置に戻す際に被塗布物に薬液がぼた落ちして均一な分布の塗布表面にムラが生じてしまうことになる。
【０００８】
一方、サックバック量が多過ぎると、ノズル先端部内の薬液の液面位置が上昇し過ぎて、薬液の内部に外部空気を巻き込んで気泡が形成されてしまう。このように気泡が形成されると、次の薬液吐出工程において所定量の薬液を塗布することができなくなる。
【０００９】
そしてこのようなサックバック量の過少量と過多量の間の適正範囲は非常に狭いものであり、そのためチャンバの最大容積の調整、すなわちダイヤフラムの最大変形量の調整にはかなり高い精度が要求されている。しかしながら従来このようなチャンバ容積の調整には、ダイヤフラムに当接しつつ軸方向に移動可能に設置される調整ねじが用いられるのが一般的であり、現在通常に製造されるねじのピッチ精度では、そのような高い精度での微調整を行うことは困難であった。
【００１０】
また開閉バルブについても、その開弁時の状態は流路開口量を適切に維持する流量制御弁として機能するものであるが、サックバックバルブと同様にその弁体であるダイヤフラムの開度位置を高い精度で微調整できるものがなかった。
【００１１】
本発明の目的は、弁体の開度位置を高い精度で微調整可能な流体圧作動弁を提供することにある。
【００１２】
本発明のその他の目的は、ダイヤフラムの最大変形量を高い精度で調整して適正範囲の狭いサックバック量を適正に設定可能な流体圧作動弁を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体圧作動弁は、液体が流入する流入側流路と流出する流出側流路とこれらの流路を結ぶ連通開口部と前記流出側流路に連通するサックバックチャンバとが形成されたハウジングと、前記ハウジングに装着され、前記連通開口部を閉じる前進限位置と開く後退限位置とに変形自在の第１の弁体と、前記ハウジングに装着され、前記サックバックチャンバを形成するとともに前記サックバックチャンバを縮小させる前進限位置と拡張させる後退限位置とに変形自在の第２の弁体と、それぞれ前記ハウジングに軸方向に移動自在に装着され、一方が加圧室となった前進用室と後退用室とを形成し、それぞれ前記第１の弁体と第２の弁体が取り付けられる第１と第２のピストンと、前記第１のピストンの後退限位置を規制する第１のストッパの位置を調整する第１の調整ねじ組立体と、前記第２のピストンの後退限位置を規制する第２のストッパの位置を調整する第２の調整ねじ組立体とを有し、前記第１のストッパを前記ハウジングに対して回転することなく軸方向にのみ摺動可能に設け、前記第１のストッパに設けられる差動ねじ部材と、前記差動ねじ部材の雄ねじにねじ結合する中空孔を有するとともに前記雄ねじと相違するピッチで前記ハウジングに形成された大径雌ねじに結合する調整ねじ部材とにより前記第１の調整ねじ組立体を形成し、前記調整ねじ部材を回転させることにより前記差動ねじ部材を介して前記第１のストッパの位置を調整することを特徴とする。
【００１４】
本発明の流体圧作動弁は、前記第１のストッパに前記ハウジングに接触するＯリングを設けることを特徴とする。
【００１５】
本発明の流体圧作動弁は、前記第２のストッパを前記ハウジングに対して回転することなく軸方向にのみ摺動可能に設け、前記第２のストッパに設けられる差動ねじ部材と、前記差動ねじ部材の雄ねじにねじ結合する中空孔を有するとともに前記雄ねじと相違するピッチで前記ハウジングに形成された大径雌ねじに結合する調整ねじ部材とにより前記第２の調整ねじ組立体を形成し、前記第２の調整ねじ組立体の前記調整ねじ部材を回転させることにより前記差動ねじ部材を介して前記第２のストッパの位置を調整することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態である流体圧作動弁を用いた薬液供給装置の構成概要図であり、レジスト液Ｌが収容されたタンクつまり容器１と、ウエハＷにレジスト液Ｌを吐出するノズル２とを結ぶ配管３には、ノズル２に向けてレジスト液Ｌを供給するポンプ４と、レジスト液Ｌを濾過するフィルター５とが設けられ、さらに、配管３内の流路を開閉する開閉バルブ６とサックバックバルブ７が一体のバルブ組立体８として形成されて配管３に設けられている。
【００１８】
ポンプ４、開閉バルブ６およびサックバックバルブ７の作動を制御するためにシステム制御部１０が設けられており、このシステム制御部１０からポンプ４には作動信号が送られ、開閉バルブ６およびサックバックバルブ７にはそれぞれ図示しない空気圧制御弁により生成された制御用空気圧が送られるようになっている。
【００１９】
後述するようにバルブ組立体８内部の流路にはレジスト液Ｌを貯留可能なサックバックチャンバ１１が設けられており、サックバックバルブ７はシステム制御部１０の制御によってこのサックバックチャンバ１１の容積を拡大させるサックバック動作と、サックバックチャンバ１１の容積を減少させる逆サックバック動作とを行うことができる。
【００２０】
次にこの薬液供給装置の作動を説明する。まずウエハＷへの薬液塗布時には、図示しない駆動手段によりウエハＷが一定速度で回転しており、またノズル２が図示しない移動手段により塗布位置であるウエハＷの回転中心の真上に位置されている。
【００２１】
この状態でシステム制御部１０からの制御によりポンプ４が駆動を始め、規定の薬液圧送圧に達した時点で開閉バルブ６が流路を開き、ノズル２よりレジスト液Ｌを吐出させる。回転しているウエハＷの表面上に適量に吐出されたレジスト液Ｌは、遠心力により外周に向かって拡散し、その表面全体に薄く均一に塗布される。またこのレジスト液Ｌを吐出している最中には、サックバックバルブ７が逆サックバック動作を行いサックバックチャンバ１１の容積を減少させている。そして規定量のレジスト液Ｌを吐出した後に開閉バルブ６が流路を閉じる。そしてこのレジスト液Ｌの吐出終了後にサックバックバルブ７によるサックバック動作が行われる。
【００２２】
図２はこのサックバック動作が行われる前後のノズル２の先端部における液面位置の変化を示す断面図であり、図２（Ａ）はサックバック動作前の図であり、図２（Ｂ）はサックバック動作後の図である。
【００２３】
図２（Ａ）に示すように吐出終了時にはレジスト液Ｌの液面がノズル２の先端面より下方に突出してしまい、自重によって液滴が落下しやすい状態となっている。しかしこの状態からサックバックバルブ７がサックバック動作を行うことによりサックバックチャンバ１１の容積が拡大され、その拡大分の容積だけ流路内のレジスト液Ｌが引き込まれる。その結果、図２（Ｂ）に示すようにレジスト液Ｌの液面位置がノズル２の先端部内に引き上げられ、落下しにくい安定した状態となる。ここで、レジスト液Ｌの液面位置が引き上げられる高さは、サックバック動作によるサックバックチャンバ１１の拡大容積、すなわちサックバック量に比例することになる。
【００２４】
一方、レジスト液Ｌの液面位置を引き上げすぎた場合には、レジスト液Ｌの内部に外部空気を巻き込んで気泡を形成しやすく、次の薬液吐出工程で所定量の吐出ができなくなる。したがってレジスト液Ｌの液面を適正な位置に引き上げることができるよう、サックバック動作前後のサックバックチャンバ１１の容積変化量を調整する必要がある。
【００２５】
またウエハＷへのレジスト液Ｌの吐出量も過不足なく適量で供給できるよう調整する必要があるが、この吐出量は開閉バルブ６の開弁時間と流路開口量、およびポンプ４からの圧送圧に比例するものであり、そのうち開閉バルブ６の開弁時間は適切に調整することが難しく、またポンプ４からの圧送圧はむやみに調整すると圧送圧の安定性を阻害してしまうことから、レジスト液Ｌの吐出量を調整する場合は開弁時における開閉バルブ６の流路開口量を調整するのが望ましい。
【００２６】
図３は、図１に示された本実施の形態の流体圧作動弁であるバルブ組立体８を拡大して示す断面図である。図３に示すようにバルブ組立体８は、全体を収容するハウジングとして、１つの本体ブロック１２に、開閉バルブ６の筒型ケーシング１３とサックバックバルブ７の筒型ケーシング１４を並設した構成となっている。それぞれの筒型ケーシング１３，１４は図中上端から下方に向けて順次配置されるカバー１３ａ，１４ａと、シリンダチューブ１３ｂ，１４ｂとにより形成されており、これらは本体ブロック１２と図中下端に位置するプレート１５とともに図示しないねじ部材により組み付けられている。
【００２７】
本体ブロック１２には、流入ポート１６ａに連通しレジスト液Ｌなどの薬液が流入する流入側流路１６と、薬液が流出する流出ポート１７ａに連通する流出側流路１７とが形成され、開閉バルブ６の筒型ケーシング１３と本体ブロック１２とを接続する部分であって流入側流路１６と流出側流路１７を結ぶ位置に連通開口部１８が形成されており、サックバックバルブ７の筒型ケーシング１４の近傍で本体ブロック１２内の流出側流路１７の途中位置には薬液の貯留室であるサックバックチャンバ１１が形成されている。
【００２８】
以下、開閉バルブ６の構成について説明すると、開閉バルブ６の筒型ケーシング１３内には軸方向に往復動自在に駆動軸１９が装着されており、この駆動軸１９の先端にはダイヤフラム式の開閉弁体２０が設けられている。この開閉弁体２０は駆動軸１９の先端部にねじ結合される軸部２０ａと、弾性変形自在のディスク部２０ｂとを有し、ディスク部２０ｂの外周部は、本体ブロック１２とシリンダチューブ１３ｂの間に挟み付けられている。本体ブロック１２と開閉弁体２０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂により形成されている。
【００２９】
駆動軸１９を軸方向に移動させることにより、連通開口部１８を形成する弁座２１と開閉弁体２０との間の隙間を変化させると、流入側流路１６と流出側流路１７との間の連通開口部１８の開度すなわち流路開口量が変化して、流出側流路１７に向けて流出する液体の流量が変化する。
【００３０】
駆動軸１９の図中上端部にはピストン２２が一体となっており、ピストン２２には駆動軸１９を介して開閉弁体２０が取り付けられている。このピストン２２により筒型ケーシング１３のシリンダチューブ１３ｂ内にはピストン２２の前端面側つまり開閉弁体２０側に開弁用加圧室２３が区画形成され、この開弁用加圧室２３に連通させてシリンダチューブ１３ｂには開閉用流体給排ポート２４が形成されている。筒型ケーシング１３のカバー１３ａ内にはピストン２２の後端面に対向する筒部２５が形成されており、さらにその内周側には調整ねじ組立体５０がねじ結合され、この調整ねじ組立体５０の前端部にはストッパ５１が固定されている。
【００３１】
開閉用流体給排ポート２４から開弁用加圧室２３内に圧縮空気を供給すると、駆動軸１９は後退する方向、つまり一方向に押圧され、ピストン２２は筒部２５またはその内周側のストッパ５１のいずれか先に接触する後退限位置まで駆動されて開閉弁体２０を後退限位置まで作動させることになる。
【００３２】
図３は開閉弁体２０が前進限位置となって弁座２１に接触しており、筒部２５とストッパ５１が同じ位置となっている状態を示す。ピストン２２はその前進限位置から後退限位置までのストロークＳ1の範囲で前進後退移動するようになっており、ピストン２２が後退限位置となると開閉弁体２０により連通開口部１８は最大の開度に設定される。
【００３３】
ピストン２２の後端面側にはばね室２６が形成され、このばね室２６内には駆動軸１９を前記一方向とは逆の方向、つまり前進させる方向に押圧し、ピストン２２および開閉弁体２０を前進限位置に向けて押圧するための付勢手段として閉弁用ばね部材２７が設けられている。したがって、開閉用流体給排ポート２４から圧縮空気を開弁用加圧室２３内に供給すると、開閉弁体２０は流路を全開する。そして、圧縮空気の供給を停止して開弁用加圧室２３内に空気を外部に排出させると、閉弁用ばね部材２７のばね力により開閉弁体２０は流路を閉塞する。ただし、ばね室２６を閉弁用加圧室とし、この中に圧縮空気を供給することにより、駆動軸１９を逆方向に押圧し、ピストン２２に対して前進限位置に向かう付勢力を加えるようにしてもよい。
【００３４】
なお、駆動軸１９の往復動に際してこれを円滑に行わせるために、筒型ケーシング１３に形成されたばね室２６のスペースとその外部とを連通させ、そのスペース内への空気の流出入を行うためにブリード孔２８が筒型ケーシング１３に形成されている。また、相互に摺動関係となる部材相互間には、Ｏリング２９やパッキン３０などのシール材が設けられている。
【００３５】
また、流路内を流れる流体が薬液などの金属腐食性の液体であることから、本体ブロック１２は開閉弁体２０と同様にＰＴＦＥにより形成されており、他に筒型ケーシング１３を構成するカバー１３ａおよびシリンダチューブ１３ｂについても同様の樹脂により形成するようにしてもよい。
【００３６】
ここで調整ねじ組立体５０について詳述すると、直径の大きい円管形状であって外周と内周にそれぞれねじ部を形成した調整ねじ部材５２と、その内周の雌ねじ部にねじ結合された直径の小さい差動ねじ部材５３の二重構造となっており、調整ねじ部材５２の後端部には調整つまみナット５４が固定され、ストッパ５１は差動ねじ部材５３の前端部に固定されている。また調整ねじ部材５２とカバー１３ａとの間で結合するねじ部５２ａのピッチが０．５ｍｍであり、また調整ねじ部材５２と差動ねじ部材５３との間で結合するねじ部５３ａのピッチが０．４５ｍｍであってどちらのねじ部５２ａ，５３ａも同じ右ねじ方向にねじが形成されている。さらにストッパ５１は先端が二股に割れた構造となっており、その割れた隙間に、筒部２５の先端部を径方向に貫通したピン２５ａを挟むようにして筒部２５内に挿入している。そのためストッパ５１は、筒部２５の内周に対して回転することなく軸方向にのみ摺動可能に挿入されている。また調整ねじ組立体５０を筒型ケーシング１３に対して締結するために、調整ねじ部材５２の雄ねじ部にロックナット５５がねじ結合している。
【００３７】
次に、前記した開閉バルブ６の動作について説明すると、開弁用加圧室２３内に作動制御用の空気圧が供給されていない状態では、閉弁用ばね部材２７のばね力により、駆動軸１９と開閉弁体２０は前進限位置となる。図示する場合には、前進限位置において開閉弁体２０が弁座２１に接触して連通開口部１８を閉塞する位置となっており、流路中の液体の流れは停止される。また図示する場合には、調整ねじ組立体５０の調整によりストッパ５１の前端面が筒部２５の前端部と同じ軸方向位置となっている。
【００３８】
この状態のもとで、開閉用流体給排ポート２４から開弁用加圧室２３に圧縮空気を供給すると、ピストン２２は閉弁用ばね部材２７のばね力に抗してストッパ５１および筒部２５に接触する後退限の位置まで移動し、開閉弁体２０は後退限位置となり、連通開口部１８は全開状態となってその開度は最大の設定で開いた状態となる。この状態では、ポンプ４からの圧送圧の条件が同じであれば最も大きい流量が得られることになる。
【００３９】
ここで開弁時における開閉バルブ６の通過流量の設定、すなわち全開状態における連通開口部１８の開度の設定は、開閉弁体２０、ピストン２２の後退限位置を規制するストッパ５１の位置を調整することにより調整される。そしてこのストッパ５１の位置調整は、位置決め部材である調整ねじ組立体５０の調整つまみナット５４の回転量を調整して行われる。例えば調整つまみナット５４を図中矢印Ｒに示す右回転方向に回すことにより、ストッパ５１の軸方向位置を前進側に移動させて連通開口部１８の最大開度の設定を下げ、すなわち開閉バルブ６の通過流量を減少させるよう調整することが可能となる。また逆に調整つまみナット５４を左回転方向に回すことにより、開閉バルブ６の通過流量を増加させるよう調整することができる。
【００４０】
このとき、調整ねじ組立体５０が前述した構成となっていることにより、ストッパ５１の軸方向位置を高い精度で調整することができる。例えば調整つまみナット５４を右方向に１回転回した場合には、調整ねじ部材５２自体はカバー１３ａとの間のねじ部のピッチに従って０．５ｍｍだけ前進側に移動する。一方、ストッパ５１に固定されている差動ねじ部材５３自体は中心軸周りに回転することができないため、調整ねじ部材５２に対して相対的に左方向へ１回転し、それにより調整ねじ部材５２と差動ねじ部材５３の間のねじ部のピッチに従い差動ねじ部材５３は調整ねじ部材５２に対して相対的に０．４５ｍｍ後退側に移動する。以上により差動ねじ部材５３の前端部に固定されているストッパ５１は結果的に０．０５ｍｍだけ前進側に移動したことになる。これにより調整ねじ組立体５０は、通常の調整ねじでは得ることの困難な０．０５ｍｍという高いピッチ精度で調整するよう機能することになる。
【００４１】
図４は、ポンプ４からの圧送圧が０．１ＭＰａの場合で開閉バルブにおける調整つまみの回転量と液体の通過流量との関係を示す特性線図であり、図中には本発明による開閉バルブ６の特性線と、他に比較例として通常のピッチ精度の調整ねじを用いた開閉バルブＡ，Ｂの特性線が記載されている。なお、本発明の開閉バルブ６における弁座２１の開口部オリフィスの直径が２ｍｍであるのに対し、開閉バルブＡ，Ｂそれぞれの開口部オリフィスの直径は２ｍｍ、０．８ｍｍとなっている。
【００４２】
図４に示すように、調整つまみを４／８回転（１／２回転）回した時点での流量が、開閉バルブＡ，Ｂの場合は約６５０，２５０ｍｌ／ｍｉｎであるのに対し、本発明による開閉バルブ６は１００ｍｌ／ｍｉｎにも満たない値となっている。また１回転回した時点では開閉バルブＡ，Ｂはそれぞれ約８５０，２８０ｍｌ／ｍｉｎを超える最大流量に達して流路が開き切った状態となっているのに対し、本発明による開閉バルブ６は４回転回した時点でもまだ７００ｍｌ／ｍｉｎに達せず、さらに安定して流量の増減調整が可能な状態となっている。これより本発明による開閉バルブ６は、調整ねじを広い回転範囲に渡って操作して安定的に流量の増減調整を行えることがわかる。
【００４３】
また各特性線の線形比例範囲における傾きを見た場合でも、本発明による開閉バルブ６の傾きが他の２つと比較して大幅に小さく、このことは調整つまみの回転数に対する通過流量の変化の割合が小さいことを意味している。すなわち本発明による開閉バルブ６が通過流量を調整する際の精度としては、開口部オリフィスの直径が同じである開閉バルブＡと比較しても高いばかりでなく、開口部オリフィスの直径が半分以下である開閉バルブＢと比較した場合でもかなり高いことがわかる。
【００４４】
以上により、図３に示す本実施の形態のバルブ組立体８が備える開閉バルブ６は、連通開口部１８の開度、すなわち流路開口量を調整して薬液などの流体の通過流量を高い精度で調整することができる。
【００４５】
図３に戻り、サックバックバルブ７の構成について説明する。前記開閉バルブ６における部材と共通する部材には同一の符号が付されている。サックバックバルブ７の筒型ケーシング１４内には軸方向に往復動自在に駆動軸３１が装着されており、この駆動軸３１の先端にはダイヤフラム式のサックバック弁体３２が設けられている。このサックバック弁体３２は駆動軸３１の先端部にねじ結合される軸部３２ａと、弾性変形自在のディスク部３２ｂとを有し、ディスク部３２ｂの外周部はガイドワッシャ３３とともに本体ブロック１２とシリンダチューブ１４ｂの間に挟み付けられている。
【００４６】
駆動軸３１を軸方向に移動させることにより、サックバックチャンバ１１の一壁面を形成するサックバック弁体３２の全体的な軸方向位置を変化させると、流出側流路１７に形成したサックバックチャンバ１１の容積が変化して、流路内の液体を押し出す逆サックバック動作、または流路内の液体を引き込むサックバック動作が行われる。
【００４７】
駆動軸３１の図中上端部にはピストン３４が設けられており、このピストン３４により筒型ケーシング内にはピストン３４の後端面側つまりカバー１４ａ側に逆サックバック用加圧室３５が区画形成され、この逆サックバック用加圧室３５に連通させてカバー１４ａにはサックバック用流体給排ポート３６が形成されている。サックバック用流体給排ポート３６から逆サックバック用加圧室３５内に圧縮空気を供給すると、駆動軸３１は前進する方向、つまり一方向に押圧され、サックバック弁体３２がその変形が最大となる前進限位置まで作動させることになる。
【００４８】
筒型ケーシング１４のカバー１４ａ内にはピストン３４の後端面に対向する筒部３７が形成されており、さらにその内周側には開閉バルブ６に設けたものと同じ調整ねじ組立体５０がねじ結合されている。
【００４９】
図３は筒部３７とストッパ５１が同じ位置にあり、ピストン３４が後退限位置となって筒部３７およびストッパ５１に接触している状態を示す。ピストン３４はその後退限位置から前進限位置までのストロークの範囲で前進後退移動するようになっており、ピストン３４が図示するような筒部３７に接触する後退限位置となるとサックバック弁体３２によりサックバックチャンバ１１の容積は最大に設定される。
【００５０】
ピストン３４の前端面側にはばね室３８が形成され、このばね室３８内には駆動軸３１を前記一方向とは逆の方向、つまり後退させる方向に押圧し、ピストン３４およびサックバック弁体３２を後退限位置に向けて押圧するための付勢手段としてサックバック用ばね部材３９が設けられている。したがって、圧縮空気の供給を停止して逆サックバック用加圧室３５内の空気を外部に排出させると、サックバック用ばね部材３９のばね力によりサックバック弁体３２はサックバックチャンバ１１の容積を増加させる。そしてサックバック用流体給排ポート３６から圧縮空気を逆サックバック用加圧室３５に供給すると、サックバック弁体３２はサックバックチャンバ１１の容積を減少させる。ただし、ばね室３８をサックバック用加圧室とし、この中に圧縮空気を供給することにより、駆動軸３１を逆方向に押圧し、ピストン３４に対して前進限位置に向かう付勢力を加えるようにしてもよい。
【００５１】
サックバックバルブ７に設けた調整ねじ組立体５０もまた開閉バルブ６に設けたものと同様に調整ねじ部材５２の内周に差動ねじ部材５３をねじ結合させた二重構造となっており、調整ねじ部材５２の後端部には調整つまみナット５４が固定され、差動ねじ部材５３の前端部には回転しないストッパ５１が固定されている。調整ねじ部材５２とカバーとの間のねじ部のピッチが０．５ｍｍであり、調整ねじ部材５２と差動ねじ部材５３の間のねじ部のピッチが０．４５ｍｍであってどちらも同じ右ねじ方向にねじが形成されている。
【００５２】
次に、前記したサックバックバルブ７の動作について説明すると、サックバック用流体給排ポート３６から逆サックバック用加圧室３５に圧縮空気を供給している状態では、ピストン３４はサックバック用ばね部材３９のばね力に抗してサックバック弁体３２が最大に変形する前進限の位置まで移動し、サックバック弁体３２は前進限位置となり、サックバックチャンバ１１の容積は最小となる。この逆サックバック動作は開閉バルブ６が開弁して液体が吐出されている間に行われる。
【００５３】
また図示する場合には、調整ねじ組立体５０の調整によりストッパ５１の前端面が筒部３７の前端部と同じ軸方向位置となっている。開閉バルブ６が閉弁して液体の吐出が止められた後、圧縮空気の供給を停止して逆サックバック用加圧室３５内の空気を外部に排出させると、サックバック用ばね部材３９のばね力により、ピストン３４がストッパ５１および筒部３７に接触する後退限の位置まで移動し、サックバック弁体３２は後退限位置となり、図示するようにサックバックチャンバ１１の容積は最大となってサックバック弁体３２の開度は最大の設定で開いた状態となる。この状態とするサックバック動作は、流路からサックバックチャンバ１１への液体の引き込み量、すなわちサックバック量が最も多く、ノズル２内の液面位置を最も引き上げることになる。
【００５４】
ここでサックバック量の設定、すなわちサックバックチャンバ１１の容積変化量の設定は、サックバック弁体３２、ピストン３４の後退限位置を規制するストッパ５１の位置を調整することにより調整される。そしてこのストッパ５１の位置調整は、位置決め部材である調整ねじ組立体５０の調整つまみナット５４の回転量を調整して行われる。例えば調整つまみナット５４を図中矢印Ｒに示す右回転方向に回すことにより、ストッパ５１の軸方向位置を前進側に移動させてサックバックチャンバ１１の容積変化量を減少させるよう設定し、すなわちサックバック量を減少させるよう調整することが可能となる。また逆に調整つまみナット５４を左回転方向に回すことにより、サックバック量を増加させるよう調整することができる。
【００５５】
このとき調整ねじ組立体５０が前述の開閉バルブ６が備えるものと同じ構成であるため、通常の調整ねじでは得ることの困難な０．０５ｍｍという高いピッチ精度でストッパ５１の軸方向位置を調整することができる。
【００５６】
以上により、本実施の形態のバルブ組立体８が備えるサックバックバルブ７は、サックバック量を調整して、サックバック動作後のノズル２内の薬液の液面位置を高い精度で調整することができる。
【００５７】
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。たとえば、図示する薬液供給装置は、半導体ウエハＷを被塗布物としてこれにレジスト液Ｌを塗布するために使用されているが、薬液としてはレジスト液Ｌに限られず、また被塗布物もウエハＷに限られず、それぞれ種々のものを対象とすることができる。また前記実施の形態においては、開閉バルブ６とサックバックバルブ７を一体に構成したが、個別に独立して構成してもよい。また調整ねじ組立体５０における調整ねじ部材５２と差動ねじ部材５３のそれぞれの外周のねじ部のピッチは０．５ｍｍ、０．４５ｍｍに限られず、２つのピッチ差が調整ねじ組立体５０全体のピッチとなるため両方のピッチが近いほど調整精度が向上する。さらに調整ねじ部材５２と差動ねじ部材５３のそれぞれの外周のねじ部は、ともに同じ右ねじ方向にねじが形成されていたが、ともに同じ左ねじ方向にねじを形成してもよい。この場合には、調整つまみナット５４を左方向に回すことにより各弁体２０，３２の後退限位置を前進させ、右方向に回すことにより各弁体２０，３２の後退限位置を後退させる。またバルブ組立体８に設けた開閉バルブ６とサックバックバルブ７の一方のみに調整ねじ組立体５０を取り付け、他方に通常の調整ねじを取り付けてもよい。なお、前記実施の形態においては、各バルブ６，７を作動制御する流体圧を圧縮空気による空気圧としたが空気圧に限定されるものではない。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、通常の調整ねじでは得られない高いピッチ精度の調整ねじ組立体を用いることにより、サックバック弁体の開度位置を高い精度で微調整できるため、適正範囲の狭いサックバック量の設定を容易化し、作業時間の短縮、設定再現性の向上を図ることができる。
【００５９】
本発明によれば、通常の調整ねじでは得られない高いピッチ精度の調整ねじ組立体を用いることにより、開閉弁体の開度位置を高い精度で微調整できるため、薬液などの流体の通過流量の設定を容易化し、作業時間の短縮、設定再現性の向上を図ることができる。
【００６０】
本発明によれば、開閉バルブとサックバックバルブを一体に構成することにより、この種の制御バルブの小型化や薬液供給装置の構造の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である流体圧作動弁を用いた薬液供給装置の構成概要図である。
【図２】サックバック動作が行われる前後のノズル先端部における液面位置の変化を示す断面図であり、（Ａ）はサックバック動作前の図であり、（Ｂ）はサックバック動作後の図である。
【図３】図１に示されたバルブ組立体を拡大して示す断面図である。
【図４】開閉バルブにおける調整つまみの回転量と液体の通過流量との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
１ 容器
２ ノズル
３ 配管
４ ポンプ
５ フィルター
６ 開閉バルブ
７ サックバックバルブ
８ バルブ組立体
１０ システム制御部
１１ サックバックチャンバ
１２ 本体ブロック
１３ 筒型ケーシング（開閉バルブ）
１３ａ カバー
１３ｂ シリンダチューブ
１４ 筒型ケーシング（サックバックバルブ）
１４ａ カバー
１４ｂ シリンダチューブ
１５ プレート
１６ 流入側流路
１６ａ 流入ポート
１７ 流出側流路
１７ａ 流出ポート
１８ 連通開口部
１９ 駆動軸
２０ 開閉弁体
２０ａ 軸部
２０ｂ ディスク部
２１ 弁座
２２ ピストン
２３ 開弁用加圧室
２４ 開閉用流体給排ポート
２５ 筒部
２５ａ ピン
２６ ばね室
２７ 閉弁用ばね部材
２８ ブリード孔
２９ Ｏリング
３０ パッキン
３１ 駆動軸
３２ サックバック弁体
３２ａ 軸部
３２ｂ ディスク部
３３ ガイドワッシャ
３４ ピストン
３５ 逆サックバック用加圧室
３６ サックバック用用流体給排ポート
３７ 筒部
３８ ばね室
３９ サックバック用ばね部材
５０ 調整ねじ組立体
５１ ストッパ
５２ 調整ねじ部材
５２ａ ねじ部
５３ 差動ねじ部材
５３ａ ねじ部
５４ 調整つまみナット
５５ ロックナット
Ｌ レジスト液
Ｗ ウエハ
【発明の属する技術分野】
本発明は空気圧などの流体圧を使用して弁体を作動させる流体圧作動弁に係り、特に弁体の開度位置範囲を規制する位置決め部材を備えた流体圧作動弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの製造技術分野を始め、液晶基板製造技術分野や多層配線基板製造技術などの分野では、フォトレジスト液、アルカリ性や酸性の処理液などの薬液が使用されている。それぞれの薬液を供給するために、容器とこの中に収容された薬液を供給するポンプとこのポンプの作動により流路を介して案内された薬液を吐出するノズルとを有する薬液供給装置が使用されている。このような薬液供給装置としては、たとえば、米国特許第5,061,156 号公報に開示されているようなものが開発されている。
【０００３】
この薬液供給装置は、容器に収容されたレジスト液（薬液）を半導体ウエハに塗布するために使用されている。ウエハにレジスト液を吐出するノズルと容器とを結ぶ配管には、容器側から順に、ノズルに向けて薬液を供給するポンプと、薬液を濾過するフィルターとが設けられ、さらに、配管内の流路を開閉する開閉バルブと、サックバックバルブとが直列に接続されている。
【０００４】
このうちサックバックバルブは吸い戻し弁とも言われ、ノズルから所定の量の薬液を吐出した後においてノズルから液垂れするのを防止するために使用されるものである。具体的には、開閉バルブを作動させて流路を閉じた後にノズルの先端面から薬液が突出している状態となっているところ、このサックバックバルブを作動させることにより、この突出分の薬液をすべてノズルの先端部内に吸引されて収まるようにしている。これらのポンプ、開閉バルブおよびサックバックバルブの作動は、システム制御部からの信号によって制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
サックバックバルブとしては、流路にサックバックチャンバを設け、その容積を調整する弁体としてダイヤフラムを有するタイプのものが使用されている。ノズルから薬液を吐出する際にはそのダイヤフラムを小さい開度位置に作動させてサックバックチャンバの容積を少なくさせており、ノズルからの薬液の吐出を停止するために開閉バルブを閉じた後には、ダイヤフラムを大きい開度位置に作動させてサックバックチャンバの容積を大きくするようにしている。チャンバ容積を大きくすることによって、ノズルの先端部内の薬液はノズルの内部に引き込まれることになる。ダイヤフラムの作動は空気圧によって行われており、サックバックチャンバの最大容積はダイヤフラムの変形量、すなわちダイヤフラムの開度位置範囲を規制する調整ねじによって設定される。この場合には、システム制御部からの信号によって空気圧が制御され、サックバックバルブ内のダイヤフラムが作動することになる。サックバックバルブを電空レギュレータによって作動するようにしたタイプのものもあり、この場合にはダイヤフラムの移動量や速度を任意に設定することができる。
【０００６】
これらの何れかのタイプのサックバックバルブを用いた薬液供給装置にあっては、調整ねじによりダイヤフラムの最大変形量を規制してサックバックチャンバの最大容積を設定しているが、そのように常に一定の変形量でダイヤフラムを作動させても、ノズル内の液面位置が一定とならない場合がある。その理由としては、薬液の温度変化による膨張収縮や粘度変化が考えられ、さらには、周囲温度の変化による開閉バルブやサックバックバルブおよび配管などの膨張収縮が考えられる。また、ノズルは塗布位置と待機位置との間を移動することになるので、配管チューブ内の曲がり部の曲率が経時変化して配管内の体積が変化することもあり、また開閉バルブおよびサックバックバルブ内にそれぞれ組み込まれたダイヤフラムが経時変化することもある。これらの経時変化が発生すると、それぞれのバルブ内あるいは管路内の薬液案内部の容積が変化し、ノズル内の液面位置が変化する原因となる。
【０００７】
このようにノズル内の液面位置は不安定となりやすいものであり、そのうちサックバック量が少な過ぎた場合、すなわち薬液がノズルの先端面よりも突出した状態となった場合には、この突出部分の薬液が自重によって落下しやすくなる。このように余分な薬液が落下してしまうと、適正量を超える薬液をウエハに塗布してしまうばかりでなく、塗布終了後にノズルを初期位置に戻す際に被塗布物に薬液がぼた落ちして均一な分布の塗布表面にムラが生じてしまうことになる。
【０００８】
一方、サックバック量が多過ぎると、ノズル先端部内の薬液の液面位置が上昇し過ぎて、薬液の内部に外部空気を巻き込んで気泡が形成されてしまう。このように気泡が形成されると、次の薬液吐出工程において所定量の薬液を塗布することができなくなる。
【０００９】
そしてこのようなサックバック量の過少量と過多量の間の適正範囲は非常に狭いものであり、そのためチャンバの最大容積の調整、すなわちダイヤフラムの最大変形量の調整にはかなり高い精度が要求されている。しかしながら従来このようなチャンバ容積の調整には、ダイヤフラムに当接しつつ軸方向に移動可能に設置される調整ねじが用いられるのが一般的であり、現在通常に製造されるねじのピッチ精度では、そのような高い精度での微調整を行うことは困難であった。
【００１０】
また開閉バルブについても、その開弁時の状態は流路開口量を適切に維持する流量制御弁として機能するものであるが、サックバックバルブと同様にその弁体であるダイヤフラムの開度位置を高い精度で微調整できるものがなかった。
【００１１】
本発明の目的は、弁体の開度位置を高い精度で微調整可能な流体圧作動弁を提供することにある。
【００１２】
本発明のその他の目的は、ダイヤフラムの最大変形量を高い精度で調整して適正範囲の狭いサックバック量を適正に設定可能な流体圧作動弁を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体圧作動弁は、液体が流入する流入側流路と流出する流出側流路とこれらの流路を結ぶ連通開口部と前記流出側流路に連通するサックバックチャンバとが形成されたハウジングと、前記ハウジングに装着され、前記連通開口部を閉じる前進限位置と開く後退限位置とに変形自在の第１の弁体と、前記ハウジングに装着され、前記サックバックチャンバを形成するとともに前記サックバックチャンバを縮小させる前進限位置と拡張させる後退限位置とに変形自在の第２の弁体と、それぞれ前記ハウジングに軸方向に移動自在に装着され、一方が加圧室となった前進用室と後退用室とを形成し、それぞれ前記第１の弁体と第２の弁体が取り付けられる第１と第２のピストンと、前記第１のピストンの後退限位置を規制する第１のストッパの位置を調整する第１の調整ねじ組立体と、前記第２のピストンの後退限位置を規制する第２のストッパの位置を調整する第２の調整ねじ組立体とを有し、前記第１のストッパを前記ハウジングに対して回転することなく軸方向にのみ摺動可能に設け、前記第１のストッパに設けられる差動ねじ部材と、前記差動ねじ部材の雄ねじにねじ結合する中空孔を有するとともに前記雄ねじと相違するピッチで前記ハウジングに形成された大径雌ねじに結合する調整ねじ部材とにより前記第１の調整ねじ組立体を形成し、前記調整ねじ部材を回転させることにより前記差動ねじ部材を介して前記第１のストッパの位置を調整することを特徴とする。
【００１４】
本発明の流体圧作動弁は、前記第１のストッパに前記ハウジングに接触するＯリングを設けることを特徴とする。
【００１５】
本発明の流体圧作動弁は、前記第２のストッパを前記ハウジングに対して回転することなく軸方向にのみ摺動可能に設け、前記第２のストッパに設けられる差動ねじ部材と、前記差動ねじ部材の雄ねじにねじ結合する中空孔を有するとともに前記雄ねじと相違するピッチで前記ハウジングに形成された大径雌ねじに結合する調整ねじ部材とにより前記第２の調整ねじ組立体を形成し、前記第２の調整ねじ組立体の前記調整ねじ部材を回転させることにより前記差動ねじ部材を介して前記第２のストッパの位置を調整することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態である流体圧作動弁を用いた薬液供給装置の構成概要図であり、レジスト液Ｌが収容されたタンクつまり容器１と、ウエハＷにレジスト液Ｌを吐出するノズル２とを結ぶ配管３には、ノズル２に向けてレジスト液Ｌを供給するポンプ４と、レジスト液Ｌを濾過するフィルター５とが設けられ、さらに、配管３内の流路を開閉する開閉バルブ６とサックバックバルブ７が一体のバルブ組立体８として形成されて配管３に設けられている。
【００１８】
ポンプ４、開閉バルブ６およびサックバックバルブ７の作動を制御するためにシステム制御部１０が設けられており、このシステム制御部１０からポンプ４には作動信号が送られ、開閉バルブ６およびサックバックバルブ７にはそれぞれ図示しない空気圧制御弁により生成された制御用空気圧が送られるようになっている。
【００１９】
後述するようにバルブ組立体８内部の流路にはレジスト液Ｌを貯留可能なサックバックチャンバ１１が設けられており、サックバックバルブ７はシステム制御部１０の制御によってこのサックバックチャンバ１１の容積を拡大させるサックバック動作と、サックバックチャンバ１１の容積を減少させる逆サックバック動作とを行うことができる。
【００２０】
次にこの薬液供給装置の作動を説明する。まずウエハＷへの薬液塗布時には、図示しない駆動手段によりウエハＷが一定速度で回転しており、またノズル２が図示しない移動手段により塗布位置であるウエハＷの回転中心の真上に位置されている。
【００２１】
この状態でシステム制御部１０からの制御によりポンプ４が駆動を始め、規定の薬液圧送圧に達した時点で開閉バルブ６が流路を開き、ノズル２よりレジスト液Ｌを吐出させる。回転しているウエハＷの表面上に適量に吐出されたレジスト液Ｌは、遠心力により外周に向かって拡散し、その表面全体に薄く均一に塗布される。またこのレジスト液Ｌを吐出している最中には、サックバックバルブ７が逆サックバック動作を行いサックバックチャンバ１１の容積を減少させている。そして規定量のレジスト液Ｌを吐出した後に開閉バルブ６が流路を閉じる。そしてこのレジスト液Ｌの吐出終了後にサックバックバルブ７によるサックバック動作が行われる。
【００２２】
図２はこのサックバック動作が行われる前後のノズル２の先端部における液面位置の変化を示す断面図であり、図２（Ａ）はサックバック動作前の図であり、図２（Ｂ）はサックバック動作後の図である。
【００２３】
図２（Ａ）に示すように吐出終了時にはレジスト液Ｌの液面がノズル２の先端面より下方に突出してしまい、自重によって液滴が落下しやすい状態となっている。しかしこの状態からサックバックバルブ７がサックバック動作を行うことによりサックバックチャンバ１１の容積が拡大され、その拡大分の容積だけ流路内のレジスト液Ｌが引き込まれる。その結果、図２（Ｂ）に示すようにレジスト液Ｌの液面位置がノズル２の先端部内に引き上げられ、落下しにくい安定した状態となる。ここで、レジスト液Ｌの液面位置が引き上げられる高さは、サックバック動作によるサックバックチャンバ１１の拡大容積、すなわちサックバック量に比例することになる。
【００２４】
一方、レジスト液Ｌの液面位置を引き上げすぎた場合には、レジスト液Ｌの内部に外部空気を巻き込んで気泡を形成しやすく、次の薬液吐出工程で所定量の吐出ができなくなる。したがってレジスト液Ｌの液面を適正な位置に引き上げることができるよう、サックバック動作前後のサックバックチャンバ１１の容積変化量を調整する必要がある。
【００２５】
またウエハＷへのレジスト液Ｌの吐出量も過不足なく適量で供給できるよう調整する必要があるが、この吐出量は開閉バルブ６の開弁時間と流路開口量、およびポンプ４からの圧送圧に比例するものであり、そのうち開閉バルブ６の開弁時間は適切に調整することが難しく、またポンプ４からの圧送圧はむやみに調整すると圧送圧の安定性を阻害してしまうことから、レジスト液Ｌの吐出量を調整する場合は開弁時における開閉バルブ６の流路開口量を調整するのが望ましい。
【００２６】
図３は、図１に示された本実施の形態の流体圧作動弁であるバルブ組立体８を拡大して示す断面図である。図３に示すようにバルブ組立体８は、全体を収容するハウジングとして、１つの本体ブロック１２に、開閉バルブ６の筒型ケーシング１３とサックバックバルブ７の筒型ケーシング１４を並設した構成となっている。それぞれの筒型ケーシング１３，１４は図中上端から下方に向けて順次配置されるカバー１３ａ，１４ａと、シリンダチューブ１３ｂ，１４ｂとにより形成されており、これらは本体ブロック１２と図中下端に位置するプレート１５とともに図示しないねじ部材により組み付けられている。
【００２７】
本体ブロック１２には、流入ポート１６ａに連通しレジスト液Ｌなどの薬液が流入する流入側流路１６と、薬液が流出する流出ポート１７ａに連通する流出側流路１７とが形成され、開閉バルブ６の筒型ケーシング１３と本体ブロック１２とを接続する部分であって流入側流路１６と流出側流路１７を結ぶ位置に連通開口部１８が形成されており、サックバックバルブ７の筒型ケーシング１４の近傍で本体ブロック１２内の流出側流路１７の途中位置には薬液の貯留室であるサックバックチャンバ１１が形成されている。
【００２８】
以下、開閉バルブ６の構成について説明すると、開閉バルブ６の筒型ケーシング１３内には軸方向に往復動自在に駆動軸１９が装着されており、この駆動軸１９の先端にはダイヤフラム式の開閉弁体２０が設けられている。この開閉弁体２０は駆動軸１９の先端部にねじ結合される軸部２０ａと、弾性変形自在のディスク部２０ｂとを有し、ディスク部２０ｂの外周部は、本体ブロック１２とシリンダチューブ１３ｂの間に挟み付けられている。本体ブロック１２と開閉弁体２０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂により形成されている。
【００２９】
駆動軸１９を軸方向に移動させることにより、連通開口部１８を形成する弁座２１と開閉弁体２０との間の隙間を変化させると、流入側流路１６と流出側流路１７との間の連通開口部１８の開度すなわち流路開口量が変化して、流出側流路１７に向けて流出する液体の流量が変化する。
【００３０】
駆動軸１９の図中上端部にはピストン２２が一体となっており、ピストン２２には駆動軸１９を介して開閉弁体２０が取り付けられている。このピストン２２により筒型ケーシング１３のシリンダチューブ１３ｂ内にはピストン２２の前端面側つまり開閉弁体２０側に開弁用加圧室２３が区画形成され、この開弁用加圧室２３に連通させてシリンダチューブ１３ｂには開閉用流体給排ポート２４が形成されている。筒型ケーシング１３のカバー１３ａ内にはピストン２２の後端面に対向する筒部２５が形成されており、さらにその内周側には調整ねじ組立体５０がねじ結合され、この調整ねじ組立体５０の前端部にはストッパ５１が固定されている。
【００３１】
開閉用流体給排ポート２４から開弁用加圧室２３内に圧縮空気を供給すると、駆動軸１９は後退する方向、つまり一方向に押圧され、ピストン２２は筒部２５またはその内周側のストッパ５１のいずれか先に接触する後退限位置まで駆動されて開閉弁体２０を後退限位置まで作動させることになる。
【００３２】
図３は開閉弁体２０が前進限位置となって弁座２１に接触しており、筒部２５とストッパ５１が同じ位置となっている状態を示す。ピストン２２はその前進限位置から後退限位置までのストロークＳ1の範囲で前進後退移動するようになっており、ピストン２２が後退限位置となると開閉弁体２０により連通開口部１８は最大の開度に設定される。
【００３３】
ピストン２２の後端面側にはばね室２６が形成され、このばね室２６内には駆動軸１９を前記一方向とは逆の方向、つまり前進させる方向に押圧し、ピストン２２および開閉弁体２０を前進限位置に向けて押圧するための付勢手段として閉弁用ばね部材２７が設けられている。したがって、開閉用流体給排ポート２４から圧縮空気を開弁用加圧室２３内に供給すると、開閉弁体２０は流路を全開する。そして、圧縮空気の供給を停止して開弁用加圧室２３内に空気を外部に排出させると、閉弁用ばね部材２７のばね力により開閉弁体２０は流路を閉塞する。ただし、ばね室２６を閉弁用加圧室とし、この中に圧縮空気を供給することにより、駆動軸１９を逆方向に押圧し、ピストン２２に対して前進限位置に向かう付勢力を加えるようにしてもよい。
【００３４】
なお、駆動軸１９の往復動に際してこれを円滑に行わせるために、筒型ケーシング１３に形成されたばね室２６のスペースとその外部とを連通させ、そのスペース内への空気の流出入を行うためにブリード孔２８が筒型ケーシング１３に形成されている。また、相互に摺動関係となる部材相互間には、Ｏリング２９やパッキン３０などのシール材が設けられている。
【００３５】
また、流路内を流れる流体が薬液などの金属腐食性の液体であることから、本体ブロック１２は開閉弁体２０と同様にＰＴＦＥにより形成されており、他に筒型ケーシング１３を構成するカバー１３ａおよびシリンダチューブ１３ｂについても同様の樹脂により形成するようにしてもよい。
【００３６】
ここで調整ねじ組立体５０について詳述すると、直径の大きい円管形状であって外周と内周にそれぞれねじ部を形成した調整ねじ部材５２と、その内周の雌ねじ部にねじ結合された直径の小さい差動ねじ部材５３の二重構造となっており、調整ねじ部材５２の後端部には調整つまみナット５４が固定され、ストッパ５１は差動ねじ部材５３の前端部に固定されている。また調整ねじ部材５２とカバー１３ａとの間で結合するねじ部５２ａのピッチが０．５ｍｍであり、また調整ねじ部材５２と差動ねじ部材５３との間で結合するねじ部５３ａのピッチが０．４５ｍｍであってどちらのねじ部５２ａ，５３ａも同じ右ねじ方向にねじが形成されている。さらにストッパ５１は先端が二股に割れた構造となっており、その割れた隙間に、筒部２５の先端部を径方向に貫通したピン２５ａを挟むようにして筒部２５内に挿入している。そのためストッパ５１は、筒部２５の内周に対して回転することなく軸方向にのみ摺動可能に挿入されている。また調整ねじ組立体５０を筒型ケーシング１３に対して締結するために、調整ねじ部材５２の雄ねじ部にロックナット５５がねじ結合している。
【００３７】
次に、前記した開閉バルブ６の動作について説明すると、開弁用加圧室２３内に作動制御用の空気圧が供給されていない状態では、閉弁用ばね部材２７のばね力により、駆動軸１９と開閉弁体２０は前進限位置となる。図示する場合には、前進限位置において開閉弁体２０が弁座２１に接触して連通開口部１８を閉塞する位置となっており、流路中の液体の流れは停止される。また図示する場合には、調整ねじ組立体５０の調整によりストッパ５１の前端面が筒部２５の前端部と同じ軸方向位置となっている。
【００３８】
この状態のもとで、開閉用流体給排ポート２４から開弁用加圧室２３に圧縮空気を供給すると、ピストン２２は閉弁用ばね部材２７のばね力に抗してストッパ５１および筒部２５に接触する後退限の位置まで移動し、開閉弁体２０は後退限位置となり、連通開口部１８は全開状態となってその開度は最大の設定で開いた状態となる。この状態では、ポンプ４からの圧送圧の条件が同じであれば最も大きい流量が得られることになる。
【００３９】
ここで開弁時における開閉バルブ６の通過流量の設定、すなわち全開状態における連通開口部１８の開度の設定は、開閉弁体２０、ピストン２２の後退限位置を規制するストッパ５１の位置を調整することにより調整される。そしてこのストッパ５１の位置調整は、位置決め部材である調整ねじ組立体５０の調整つまみナット５４の回転量を調整して行われる。例えば調整つまみナット５４を図中矢印Ｒに示す右回転方向に回すことにより、ストッパ５１の軸方向位置を前進側に移動させて連通開口部１８の最大開度の設定を下げ、すなわち開閉バルブ６の通過流量を減少させるよう調整することが可能となる。また逆に調整つまみナット５４を左回転方向に回すことにより、開閉バルブ６の通過流量を増加させるよう調整することができる。
【００４０】
このとき、調整ねじ組立体５０が前述した構成となっていることにより、ストッパ５１の軸方向位置を高い精度で調整することができる。例えば調整つまみナット５４を右方向に１回転回した場合には、調整ねじ部材５２自体はカバー１３ａとの間のねじ部のピッチに従って０．５ｍｍだけ前進側に移動する。一方、ストッパ５１に固定されている差動ねじ部材５３自体は中心軸周りに回転することができないため、調整ねじ部材５２に対して相対的に左方向へ１回転し、それにより調整ねじ部材５２と差動ねじ部材５３の間のねじ部のピッチに従い差動ねじ部材５３は調整ねじ部材５２に対して相対的に０．４５ｍｍ後退側に移動する。以上により差動ねじ部材５３の前端部に固定されているストッパ５１は結果的に０．０５ｍｍだけ前進側に移動したことになる。これにより調整ねじ組立体５０は、通常の調整ねじでは得ることの困難な０．０５ｍｍという高いピッチ精度で調整するよう機能することになる。
【００４１】
図４は、ポンプ４からの圧送圧が０．１ＭＰａの場合で開閉バルブにおける調整つまみの回転量と液体の通過流量との関係を示す特性線図であり、図中には本発明による開閉バルブ６の特性線と、他に比較例として通常のピッチ精度の調整ねじを用いた開閉バルブＡ，Ｂの特性線が記載されている。なお、本発明の開閉バルブ６における弁座２１の開口部オリフィスの直径が２ｍｍであるのに対し、開閉バルブＡ，Ｂそれぞれの開口部オリフィスの直径は２ｍｍ、０．８ｍｍとなっている。
【００４２】
図４に示すように、調整つまみを４／８回転（１／２回転）回した時点での流量が、開閉バルブＡ，Ｂの場合は約６５０，２５０ｍｌ／ｍｉｎであるのに対し、本発明による開閉バルブ６は１００ｍｌ／ｍｉｎにも満たない値となっている。また１回転回した時点では開閉バルブＡ，Ｂはそれぞれ約８５０，２８０ｍｌ／ｍｉｎを超える最大流量に達して流路が開き切った状態となっているのに対し、本発明による開閉バルブ６は４回転回した時点でもまだ７００ｍｌ／ｍｉｎに達せず、さらに安定して流量の増減調整が可能な状態となっている。これより本発明による開閉バルブ６は、調整ねじを広い回転範囲に渡って操作して安定的に流量の増減調整を行えることがわかる。
【００４３】
また各特性線の線形比例範囲における傾きを見た場合でも、本発明による開閉バルブ６の傾きが他の２つと比較して大幅に小さく、このことは調整つまみの回転数に対する通過流量の変化の割合が小さいことを意味している。すなわち本発明による開閉バルブ６が通過流量を調整する際の精度としては、開口部オリフィスの直径が同じである開閉バルブＡと比較しても高いばかりでなく、開口部オリフィスの直径が半分以下である開閉バルブＢと比較した場合でもかなり高いことがわかる。
【００４４】
以上により、図３に示す本実施の形態のバルブ組立体８が備える開閉バルブ６は、連通開口部１８の開度、すなわち流路開口量を調整して薬液などの流体の通過流量を高い精度で調整することができる。
【００４５】
図３に戻り、サックバックバルブ７の構成について説明する。前記開閉バルブ６における部材と共通する部材には同一の符号が付されている。サックバックバルブ７の筒型ケーシング１４内には軸方向に往復動自在に駆動軸３１が装着されており、この駆動軸３１の先端にはダイヤフラム式のサックバック弁体３２が設けられている。このサックバック弁体３２は駆動軸３１の先端部にねじ結合される軸部３２ａと、弾性変形自在のディスク部３２ｂとを有し、ディスク部３２ｂの外周部はガイドワッシャ３３とともに本体ブロック１２とシリンダチューブ１４ｂの間に挟み付けられている。
【００４６】
駆動軸３１を軸方向に移動させることにより、サックバックチャンバ１１の一壁面を形成するサックバック弁体３２の全体的な軸方向位置を変化させると、流出側流路１７に形成したサックバックチャンバ１１の容積が変化して、流路内の液体を押し出す逆サックバック動作、または流路内の液体を引き込むサックバック動作が行われる。
【００４７】
駆動軸３１の図中上端部にはピストン３４が設けられており、このピストン３４により筒型ケーシング内にはピストン３４の後端面側つまりカバー１４ａ側に逆サックバック用加圧室３５が区画形成され、この逆サックバック用加圧室３５に連通させてカバー１４ａにはサックバック用流体給排ポート３６が形成されている。サックバック用流体給排ポート３６から逆サックバック用加圧室３５内に圧縮空気を供給すると、駆動軸３１は前進する方向、つまり一方向に押圧され、サックバック弁体３２がその変形が最大となる前進限位置まで作動させることになる。
【００４８】
筒型ケーシング１４のカバー１４ａ内にはピストン３４の後端面に対向する筒部３７が形成されており、さらにその内周側には開閉バルブ６に設けたものと同じ調整ねじ組立体５０がねじ結合されている。
【００４９】
図３は筒部３７とストッパ５１が同じ位置にあり、ピストン３４が後退限位置となって筒部３７およびストッパ５１に接触している状態を示す。ピストン３４はその後退限位置から前進限位置までのストロークの範囲で前進後退移動するようになっており、ピストン３４が図示するような筒部３７に接触する後退限位置となるとサックバック弁体３２によりサックバックチャンバ１１の容積は最大に設定される。
【００５０】
ピストン３４の前端面側にはばね室３８が形成され、このばね室３８内には駆動軸３１を前記一方向とは逆の方向、つまり後退させる方向に押圧し、ピストン３４およびサックバック弁体３２を後退限位置に向けて押圧するための付勢手段としてサックバック用ばね部材３９が設けられている。したがって、圧縮空気の供給を停止して逆サックバック用加圧室３５内の空気を外部に排出させると、サックバック用ばね部材３９のばね力によりサックバック弁体３２はサックバックチャンバ１１の容積を増加させる。そしてサックバック用流体給排ポート３６から圧縮空気を逆サックバック用加圧室３５に供給すると、サックバック弁体３２はサックバックチャンバ１１の容積を減少させる。ただし、ばね室３８をサックバック用加圧室とし、この中に圧縮空気を供給することにより、駆動軸３１を逆方向に押圧し、ピストン３４に対して前進限位置に向かう付勢力を加えるようにしてもよい。
【００５１】
サックバックバルブ７に設けた調整ねじ組立体５０もまた開閉バルブ６に設けたものと同様に調整ねじ部材５２の内周に差動ねじ部材５３をねじ結合させた二重構造となっており、調整ねじ部材５２の後端部には調整つまみナット５４が固定され、差動ねじ部材５３の前端部には回転しないストッパ５１が固定されている。調整ねじ部材５２とカバーとの間のねじ部のピッチが０．５ｍｍであり、調整ねじ部材５２と差動ねじ部材５３の間のねじ部のピッチが０．４５ｍｍであってどちらも同じ右ねじ方向にねじが形成されている。
【００５２】
次に、前記したサックバックバルブ７の動作について説明すると、サックバック用流体給排ポート３６から逆サックバック用加圧室３５に圧縮空気を供給している状態では、ピストン３４はサックバック用ばね部材３９のばね力に抗してサックバック弁体３２が最大に変形する前進限の位置まで移動し、サックバック弁体３２は前進限位置となり、サックバックチャンバ１１の容積は最小となる。この逆サックバック動作は開閉バルブ６が開弁して液体が吐出されている間に行われる。
【００５３】
また図示する場合には、調整ねじ組立体５０の調整によりストッパ５１の前端面が筒部３７の前端部と同じ軸方向位置となっている。開閉バルブ６が閉弁して液体の吐出が止められた後、圧縮空気の供給を停止して逆サックバック用加圧室３５内の空気を外部に排出させると、サックバック用ばね部材３９のばね力により、ピストン３４がストッパ５１および筒部３７に接触する後退限の位置まで移動し、サックバック弁体３２は後退限位置となり、図示するようにサックバックチャンバ１１の容積は最大となってサックバック弁体３２の開度は最大の設定で開いた状態となる。この状態とするサックバック動作は、流路からサックバックチャンバ１１への液体の引き込み量、すなわちサックバック量が最も多く、ノズル２内の液面位置を最も引き上げることになる。
【００５４】
ここでサックバック量の設定、すなわちサックバックチャンバ１１の容積変化量の設定は、サックバック弁体３２、ピストン３４の後退限位置を規制するストッパ５１の位置を調整することにより調整される。そしてこのストッパ５１の位置調整は、位置決め部材である調整ねじ組立体５０の調整つまみナット５４の回転量を調整して行われる。例えば調整つまみナット５４を図中矢印Ｒに示す右回転方向に回すことにより、ストッパ５１の軸方向位置を前進側に移動させてサックバックチャンバ１１の容積変化量を減少させるよう設定し、すなわちサックバック量を減少させるよう調整することが可能となる。また逆に調整つまみナット５４を左回転方向に回すことにより、サックバック量を増加させるよう調整することができる。
【００５５】
このとき調整ねじ組立体５０が前述の開閉バルブ６が備えるものと同じ構成であるため、通常の調整ねじでは得ることの困難な０．０５ｍｍという高いピッチ精度でストッパ５１の軸方向位置を調整することができる。
【００５６】
以上により、本実施の形態のバルブ組立体８が備えるサックバックバルブ７は、サックバック量を調整して、サックバック動作後のノズル２内の薬液の液面位置を高い精度で調整することができる。
【００５７】
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。たとえば、図示する薬液供給装置は、半導体ウエハＷを被塗布物としてこれにレジスト液Ｌを塗布するために使用されているが、薬液としてはレジスト液Ｌに限られず、また被塗布物もウエハＷに限られず、それぞれ種々のものを対象とすることができる。また前記実施の形態においては、開閉バルブ６とサックバックバルブ７を一体に構成したが、個別に独立して構成してもよい。また調整ねじ組立体５０における調整ねじ部材５２と差動ねじ部材５３のそれぞれの外周のねじ部のピッチは０．５ｍｍ、０．４５ｍｍに限られず、２つのピッチ差が調整ねじ組立体５０全体のピッチとなるため両方のピッチが近いほど調整精度が向上する。さらに調整ねじ部材５２と差動ねじ部材５３のそれぞれの外周のねじ部は、ともに同じ右ねじ方向にねじが形成されていたが、ともに同じ左ねじ方向にねじを形成してもよい。この場合には、調整つまみナット５４を左方向に回すことにより各弁体２０，３２の後退限位置を前進させ、右方向に回すことにより各弁体２０，３２の後退限位置を後退させる。またバルブ組立体８に設けた開閉バルブ６とサックバックバルブ７の一方のみに調整ねじ組立体５０を取り付け、他方に通常の調整ねじを取り付けてもよい。なお、前記実施の形態においては、各バルブ６，７を作動制御する流体圧を圧縮空気による空気圧としたが空気圧に限定されるものではない。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、通常の調整ねじでは得られない高いピッチ精度の調整ねじ組立体を用いることにより、サックバック弁体の開度位置を高い精度で微調整できるため、適正範囲の狭いサックバック量の設定を容易化し、作業時間の短縮、設定再現性の向上を図ることができる。
【００５９】
本発明によれば、通常の調整ねじでは得られない高いピッチ精度の調整ねじ組立体を用いることにより、開閉弁体の開度位置を高い精度で微調整できるため、薬液などの流体の通過流量の設定を容易化し、作業時間の短縮、設定再現性の向上を図ることができる。
【００６０】
本発明によれば、開閉バルブとサックバックバルブを一体に構成することにより、この種の制御バルブの小型化や薬液供給装置の構造の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である流体圧作動弁を用いた薬液供給装置の構成概要図である。
【図２】サックバック動作が行われる前後のノズル先端部における液面位置の変化を示す断面図であり、（Ａ）はサックバック動作前の図であり、（Ｂ）はサックバック動作後の図である。
【図３】図１に示されたバルブ組立体を拡大して示す断面図である。
【図４】開閉バルブにおける調整つまみの回転量と液体の通過流量との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
１ 容器
２ ノズル
３ 配管
４ ポンプ
５ フィルター
６ 開閉バルブ
７ サックバックバルブ
８ バルブ組立体
１０ システム制御部
１１ サックバックチャンバ
１２ 本体ブロック
１３ 筒型ケーシング（開閉バルブ）
１３ａ カバー
１３ｂ シリンダチューブ
１４ 筒型ケーシング（サックバックバルブ）
１４ａ カバー
１４ｂ シリンダチューブ
１５ プレート
１６ 流入側流路
１６ａ 流入ポート
１７ 流出側流路
１７ａ 流出ポート
１８ 連通開口部
１９ 駆動軸
２０ 開閉弁体
２０ａ 軸部
２０ｂ ディスク部
２１ 弁座
２２ ピストン
２３ 開弁用加圧室
２４ 開閉用流体給排ポート
２５ 筒部
２５ａ ピン
２６ ばね室
２７ 閉弁用ばね部材
２８ ブリード孔
２９ Ｏリング
３０ パッキン
３１ 駆動軸
３２ サックバック弁体
３２ａ 軸部
３２ｂ ディスク部
３３ ガイドワッシャ
３４ ピストン
３５ 逆サックバック用加圧室
３６ サックバック用用流体給排ポート
３７ 筒部
３８ ばね室
３９ サックバック用ばね部材
５０ 調整ねじ組立体
５１ ストッパ
５２ 調整ねじ部材
５２ａ ねじ部
５３ 差動ねじ部材
５３ａ ねじ部
５４ 調整つまみナット
５５ ロックナット
Ｌ レジスト液
Ｗ ウエハ
Claims (3)
- 液体が流入する流入側流路と流出する流出側流路とこれらの流路を結ぶ連通開口部と前記流出側流路に連通するサックバックチャンバとが形成されたハウジングと、
前記ハウジングに装着され、前記連通開口部を閉じる前進限位置と開く後退限位置とに変形自在の第１の弁体と、
前記ハウジングに装着され、前記サックバックチャンバを形成するとともに前記サックバックチャンバを縮小させる前進限位置と拡張させる後退限位置とに変形自在の第２の弁体と、
それぞれ前記ハウジングに軸方向に移動自在に装着され、一方が加圧室となった前進用室と後退用室とを形成し、それぞれ前記第１の弁体と第２の弁体が取り付けられる第１と第２のピストンと、
前記第１のピストンの後退限位置を規制する第１のストッパの位置を調整する第１の調整ねじ組立体と、
前記第２のピストンの後退限位置を規制する第２のストッパの位置を調整する第２の調整ねじ組立体とを有し、
前記第１のストッパを前記ハウジングに対して回転することなく軸方向にのみ摺動可能に設け、
前記第１のストッパに設けられる差動ねじ部材と、前記差動ねじ部材の雄ねじにねじ結合する中空孔を有するとともに前記雄ねじと相違するピッチで前記ハウジングに形成された大径雌ねじに結合する調整ねじ部材とにより前記第１の調整ねじ組立体を形成し、
前記調整ねじ部材を回転させることにより前記差動ねじ部材を介して前記第１のストッパの位置を調整することを特徴とする流体圧作動弁。 - 請求項１記載の流体圧作動弁において、前記第１のストッパに前記ハウジングに接触するＯリングを設けることを特徴とする流体圧作動弁。
- 請求項１または２記載の流体圧作動弁において、前記第２のストッパを前記ハウジングに対して回転することなく軸方向にのみ摺動可能に設け、前記第２のストッパに設けられる差動ねじ部材と、前記差動ねじ部材の雄ねじにねじ結合する中空孔を有するとともに前記雄ねじと相違するピッチで前記ハウジングに形成された大径雌ねじに結合する調整ねじ部材とにより前記第２の調整ねじ組立体を形成し、前記第２の調整ねじ組立体の前記調整ねじ部材を回転させることにより前記差動ねじ部材を介して前記第２のストッパの位置を調整することを特徴とする流体圧作動弁。
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