JP4740872B2 - 薬液供給用ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体製造装置の薬液使用工程において、フォトレジスト液等の薬液を各半導体ウェハに所定量ずつ塗布するのに好適な薬液供給用ポンプに関する。

フォトレジスト液等の薬液をボトルから汲み上げて各半導体ウェハに所定量ずつ塗布するために、例えば特許文献１に開示されている薬液供給ポンプが用いられている。このポンプでは、ダイアフラムによりポンプ室と作動室（特許文献１では加圧室）とを区画し、該作動室と連通する給排通路を通じて作動室内に作動エアを給排してダイアフラムを駆動することでポンプ室内の容積を変化させ、ポンプ室にて薬液の吐出吸入を行う。

ところで、ポンプ室及び作動室を薄く形成すると共に可撓性膜よりなるダイアフラムを使用して薄型に構成したポンプがある。このポンプでは、ダイアフラムの周縁部が固定されるが、ダイアフラムは製造時に、周縁の固定部から内側部分（仕切部）がポンプ側若しくは作動室側の一方に若干凸状に湾曲形成されてしまう。そのため、自然状態で作動室側に凸となる位置とポンプ室側に凸となる位置との間は、ダイアフラムの張力が作用しない（または張力が小さい）区間となる。

上記のようなポンプでは、給排通路の作動室における開口は、該作動室内の中心部に設定するのが一般的である。このため、薬液の吐出時において給排通路から作動室内に作動エアを供給すると、ダイアフラムの仕切部には作動エアから全体的にバランス良く押圧力が作用して、仕切部は中心部から僅かに変形し始める。しばらくの間は、仕切部全体としては作動エアの押圧力に耐えて作動室側に留まっているが、その限界点を超えるときに仕切部全体が一気にポンプ室側に変位して、張力が作用しない区間の境界（ポンプ室側の境界）に達する。

このように、薬液の吐出時において、ダイアフラムの仕切部全体が、張力の作用しない区間の境界（ポンプ室側の境界）に向かって一度に変位すると、ダイアフラムにかかる作動圧が急激に変化（増大）する。このとき、作動室の容積が急増して作動室内の圧力が急減するため、ダイアフラムが作動室側へ引き戻される現象が生じて、吐出圧力が脈動してしまい、薬液の吐出が安定しないという問題があった。また、ダイアフラムにかかる作動圧が急激に変化（増大）することから、吐出圧力の微圧制御が難しかった。
特開２００３−４９７７８号公報

本発明は、ダイアフラムによる吐出圧力の脈動を低減して薬液の吐出を安定させると共に、吐出圧力の微圧制御が可能な薬液供給用ポンプを提供することを主たる目的とする。

本発明に係る第１の薬液供給ポンプを以下のように構成した。すなわち、
可撓性膜よりなるダイアフラムにてポンプ室と作動室とを仕切り、その作動室内が作動気体を用いて加圧されることにより前記ダイアフラムが前記ポンプ室側に変形して該ポンプ室内に充填された薬液を吐出すると共に、その作動室内が作動気体の吸引により負圧とされる、若しくはその作動室内を大気開放することにより前記ダイアフラムが前記作動室側に変形して該ポンプ室内に薬液を吸入する薬液供給用ポンプであって、
ポンプハウジングには、前記作動室内に前記作動気体を給排する給排通路が形成され、前記作動室の内壁面における前記給排通路の開口は、該内壁面の中心部に位置しており、
前記作動室の内壁面には、該内壁面の中心部からオフセットさせた位置に、前記ダイアフラム側に突出する突出部が設けられている。

この薬液供給ポンプでは、作動室の内壁面の中心部に給排通路の開口が設けられると共に、その中心部からオフセットさせた位置にダイアフラム側に突出する突出部が設けられる。そのため、薬液の吸入時において、作動室内の作動気体が排出（吸引）されてダイアフラムが作動室側に変形した際、ダイアフラムにおいて突出部に対向する一部分が該突出部に乗り上げてポンプ室側に若干凸状に撓んだ状態となる。そして、薬液を吐出する際、給排通路の開口から作動気体が作動室内に供給されると、ダイアフラムは突出部に乗り上げた部分（中心部からオフセットした部分）から優先的に変形し始め、その変形が徐々に周囲に広がっていき、ダイアフラム全体が一度に変位しないようになる。
ここで、例えばダイアフラムがポンプ室側若しくは作動室側へ若干凸状に湾曲形成された場合、自然状態で作動室側へ凸となる位置とポンプ室側へ凸となる位置との間は、ダイアフラムの張力が作用しない（または張力が小さい）区間となる。この場合、突出部がないと、ダイアフラムは中心部から僅かずつ変形し始め、作動気体の押圧力に耐えられなくなる限界点を超えるときに、ダイアフラム全体が張力の作用しない区間の終了側の境界（ポンプ室側の境界）に向かって一度に変位する。これに対し、突出部を設けた場合は、突出部に乗り上げた部分（中心部からオフセットした部分）から周囲に広がるように滑らかに変形するため、ダイアフラム全体が一度に変位しないようになる。これにより、作動圧の変化が緩やかとなり、作動室の容積急増とそれに伴う圧力急減がなく作動室側へダイアフラムが引き戻される幅が微小となり、吐出圧力の脈動が低減されて薬液の吐出が安定する。また、ダイアフラムにかかる作動圧の変化が緩やかとなることから、吐出圧力の微圧制御を行うことが可能となる。

なお、上記した突出部は、例えば後述するように作動室の内壁面に突出部材を装着したり、作動室の内壁面に一体に形成して構成されるものである。

因みに、上記薬液供給ポンプでは、作動室の内壁面に突出部を設けているが、ポンプ室の内壁面において中心部からオフセットした位置に突出部を設け、吐出圧力の脈動が生じる位置にダイアフラムが変位するよりも前に、該突出部がダイアフラムに当接するように構成することも考えられる。このようにしても、ダイアフラムが突出部に当接することで、該ダイアフラムの中心部からオフセットした位置から徐々に変形が抑制されため、上記薬液供給ポンプと同様に、ダイアフラムにかかる作動圧の変化が緩やかとなって、作動室の容積増大が穏やかとなり、薬液の吐出が安定すると共に、吐出圧力の微圧制御が可能となる。しかしながら、ポンプ室に突出部を設けると、薬液の流れを妨げるばかりか、薬液溜まりを形成する要因となるので、望ましくない。従って、上記薬液供給ポンプのように、突出部を作動室の内壁面に設けるのが望ましい。

上記薬液供給ポンプの好適な例として、前記作動室の内壁面の中心部からオフセットさせた位置に装着穴を設け、該装着穴に突出部材を嵌挿することにより、前記突出部が構成されているものが挙げられる。

この構成では、作動室の内壁面の中心部からオフセットさせた位置に装着穴を形成して、その装着穴に突出部材を嵌挿して突出部を構成する。つまり、突出部を構成するために、作動室の内壁面に装着穴を形成するだけですむ。従って、特に作動室を切削などにより形成するような場合、突出部を内壁面に一体で形成する場合と比べて、作動室の内壁面の形成が容易である。

上記いずれの構成においても、前記作動室の内壁面からの前記突出部の突出量は、前記内壁面から前記作動室及び前記ポンプ室の中間位置までの長さよりも小さく設定されていることが好ましい。

このように、作動室の内壁面からの突出部の突出量が、その内壁面から作動室及びポンプ室の中間位置までの長さよりも小さく設定されていれば、突出部によりポンプ室内の薬液の流れを大きく妨げない。

上記いずれの構成においても、突出部の突出量は、周縁部に向かって連続して小さくなっていることが好ましい。

例えば、突出部において突出量が大きく変化する箇所があったり、突出部の周縁部において作動室の内壁面からの突出量が比較的大きいと、吸入時にダイアフラムが作動室の内壁面に接する位置まで変形した場合に、これら突出量が大きく変化する箇所の近傍でダイアフラムが大きく屈曲し、屈曲部分に応力が集中してしまう。そして、ポンプの吐出・吸入動作により、応力が集中する状態が繰り返されると、屈曲部分のダイアフラムの密度が徐々に粗となり、レジスト液がダイアフラム中に浸透しやすくなって、終には作動室側に漏れ出すおそれがある。
しかしながら、突出部の突出量が周縁部に向かって連続して小さくなっていれば、突出部において突出量が大きく変化する箇所がなく、また周縁部においても作動室の内壁面からの突出量が小さくなる。これにより、吸入時にダイアフラムが作動室の内壁面に接する位置まで変形した場合も、ダイアフラムでは大きく屈曲する箇所がなく応力が一様に分散するため、応力集中を原因とするダイアフラムの損傷を防止することができる。

他の薬液供給ポンプとして、以下のように構成したものが挙げられる。すなわち、
可撓性膜よりなるダイアフラムにてポンプ室と作動室とを仕切り、その作動室内が作動気体を用いて加圧されることにより前記ダイアフラムが前記ポンプ室側に変形して該ポンプ室内に充填された薬液を吐出すると共に、その作動室内が作動気体の吸引により負圧とされる、若しくはその作動室内を大気開放することにより前記ダイアフラムが前記作動室側に変形して該ポンプ室内に薬液を吸入する薬液供給用ポンプであって、
ポンプハウジングには、前記作動室内に前記作動気体を給排する給排通路が形成され、前記作動室の内壁面における前記給排通路の開口は、該内壁面の中心部からオフセットさせた位置に設けられている。

この薬液供給ポンプでは、作動室の内壁面の中心部からオフセットさせた位置に給排通路の開口が設けられる。そのため、薬液を吐出する際、給排通路の開口から作動気体が作動室内に供給されると、ダイアフラムにおいて開口と対向する一部分から優先的に変形が始まるようになり、上記薬液供給ポンプと同様に、ダイアフラム全体が一度に変位しないようになる。このため、ダイアフラムにかかる作動圧の変化も穏やかとなり、作動室の容積急増とそれに伴う作動室内の圧力急減がなく、ダイアフラムが作動室側へ引き戻される幅が微小となって、吐出圧力の脈動が低減されて薬液の吐出が安定する。また、ダイアフラムにかかる作動圧の変化が穏やかとなることから、吐出圧力の微圧制御を行うことが可能となる。

上記いずれの構成においても、前記作動室の内壁面は、円形状をなしていることが好ましい。

この構成では、作動室の内壁面が円形状をなしているので、作動室内の作動気体の給排を効率良く行うことが可能となる。特に上記第１の薬液供給ポンプにおいては、このような内壁面の中心部に給排通路の開口が設定されるので、より効果が大きい。

上記いずれの構成においても、前記作動室の内壁面には、前記給排通路の開口から該内壁面の周縁部側に展開する通気溝が形成されていることが好ましい。

この構成では、作動室の内壁面に、給排通路の開口から該内壁面の周縁部側に展開する通気溝が形成され、該開口は該通気溝と連通している。そのため、薬液の吸入時において、ダイアフラムの中央部が先に給排通路の開口部分を覆う事態が生じた場合、先に当接した中央部よりも外側に位置する通気溝から作動室内の作動気体の排出（吸引）が継続可能である。従って、ダイアフラムが作動室側に十分に変形でき、薬液の吸入不足を防止できる。

特に、後述するように、ポンプハウジングをダイアフラムの変形方向に肉薄とし、作動室も同方向に薄く形成するような場合、薬液の吸入時においては、ダイアフラムの中央部が先に給排通路の開口部分を覆う事態が生じ易い構造となるため、このように通気溝を設ける意義は大きい。

上記いずれの構成においても、前記ポンプハウジングは、前記ダイアフラムの変形方向に肉薄に形成されていることが好ましい。

この構成では、ポンプハウジングはダイアフラムの変形方向に肉薄に形成されるので、作動室も同方向に薄く形成する必要がある。薬液の吸入時においては、薬液の吸入量を出来るだけ大きくするためにダイアフラムを作動室の内壁面に当接させて使用する場合が多いため、これが薬液の吐出時において、ダイアフラム全体を一度に変形させる要因の一つとなっている。従って、上記のようにダイアフラムの中心部からオフセットした位置の一部分から徐々に変形させるようにする意義は大きい。

薬液供給システム中、ポンプユニットを示す正断面図である。 （ａ）はポンプユニットの側断面図、（ｂ）は（ａ）の拡大断面図である。 薬液供給システムの全体回路を示す回路説明図である。 （ａ）は作動室側のポンプハウジングの正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断 面図である。 ダイアフラムの動作を説明するための説明図である。 （ａ）は図５のｐ部の拡大図、（ｂ）は（ａ）が最大変形位置まで変形した場合を示す図、（ｃ）は別例におけるピンの拡大断面図、（ｄ）は他の別例におけるピンの拡大断面図である。 （ａ）は別例における作動室側のポンプハウジングの正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 別例におけるダイアフラムの動作を説明するための説明図である。 （ａ）は別例における作動室側のポンプハウジングの正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 別例におけるダイアフラムの動作を説明するための説明図である。

符号の説明

２２…ポンプハウジング、２２ｂ…給排通路、２２ｃ…内壁面、２２ｄ…開口、２２ｅ…装着穴、２２ｆ…通気溝、２３…ダイアフラム、２４…ピン（突出部及び突出部材）、２５…ポンプ室、２６…作動室、Ｒ…レジスト液（薬液）。

以下、本発明を半導体装置等の製造ラインにて使用される薬液供給システムのポンプユニットに具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。なお、図１及び図２はシステムの主要部であるポンプユニット１０を示し、図３は薬液供給システム全体を示す。

図１及び図２に示すように、ポンプユニット１０は、ポンプ１１、電磁切換弁１２、吸入側遮断弁１３、吐出側遮断弁１４、サックバック弁１５、レギュレータ装置１６、吸入側流路部材１７及び吐出側流路部材１８を一体的に組み付けてユニット化している。

ポンプ１１は、正面視略正方形の薄型な扁平の角柱状であり、一対のポンプハウジング２１，２２を有している。各ポンプハウジング２１，２２には、それぞれ対向する面の中央に略円形ドーム状に凹設される凹設部２１ａ，２２ａが形成されている。ポンプハウジング２１，２２は、凹設部２１ａ，２２ａの周縁で円形のフッ素樹脂などの可撓性膜よりなるダイアフラム２３の周縁を挟持し、互いが８個のネジ２０により固定されている。

ダイアフラム２３は、ポンプハウジング２１，２２の両凹設部２１ａ，２２ａにて形成される空間を仕切っており、ポンプハウジング２１側（図２においてダイアフラム２３の左側）の空間をポンプ室２５とし、ポンプハウジング２２側（図２においてダイアフラム２３の右側）の空間を作動室２６としている。ポンプ室２５は薬液としてのレジスト液Ｒ（図３参照）を給排するための空間であり、作動室２６はダイアフラム２３を駆動する作動エアを給排するための空間である。因みに、ポンプ１１の薄型化を図るため、ポンプハウジング２１，２２は肉薄（この場合、ダイアフラム２３の変形方向）に形成され、これによりポンプ室２５及び作動室２６は同方向に薄い空間をなす。

ポンプ室２５側のポンプハウジング２１には、ポンプ室２５と連通して下方に直線状に延びる吸入通路２１ｂが形成されている。吸入通路２１ｂは、吸入側流路部材１７の吸入通路１７ａと連通する。また、このポンプハウジング２１には、ポンプ室２５と連通して上方に直線状に延びる吐出通路２１ｃが形成されている。吐出通路２１ｃは、吐出側流路部材１８の吐出通路１８ａと連通する。また、この吐出通路２１ｃは、吸入通路２１ｂと同一直線Ｌ１上に設けられている。なお、本実施の形態のポンプ室２５はダイアフラム２３の変形方向において薄い空間で形成されるので、このようなポンプ室２５と連通する吸入通路２１ｂ及び吐出通路２１ｃの近傍部分が接続に必要な分だけ（通路幅程度）、直角に屈曲されている（図２参照）。この部分でのレジスト液Ｒの流れはスムーズであり、ポンプ１１内のレジスト液Ｒの流れに大きな影響（抵抗）を与えるものではない。

作動室２６側のポンプハウジング２２には、該作動室２６内に作動エアを給排する給排通路２２ｂが形成されている。作動室２６（凹設部２２ａ）の内壁面２２ｃにおける給排通路２２ｂの開口２２ｄは、円形状をなす凹設部２２ａの中心部（図２及び図４にて中心線Ｌ２を図示）に位置している。給排通路２２ｂは、ポンプハウジング２２に固定される電磁切換弁１２に接続されている。

また、作動室２６の内壁面２２ｃには、図４に示すように、凹設部２２ａの中心部から周縁部側にオフセットさせた位置に装着穴２２ｅが形成されており、該装着穴２２ｅにはピン２４が嵌挿され装着されている。ピン２４の頭部２４ａは、内壁面２２ｃからダイアフラム２３側に突出している。頭部２４ａは、円盤状をなしており、上面周縁部の角部が面取りされている。また、頭部２４ａの突出量は、内壁面２２ｃから作動室２６及びポンプ室２５の中間位置までの長さよりも小さく設定されている。

ここで、電磁切換弁１２は、図３に示すように、その給気ポートが給気配管２８ａの一端に接続されている。給気配管２８ａは、途中に電空レギュレータ２７を有し、該配管２８ａの他端が供給源２９ａに接続されている。電空レギュレータ２７は、供給源２９ａからポンプ１１に供給する作動エアの圧力が設定圧一定となるようにコントローラ５０にて調整している。電磁切換弁１２の排気ポートは、排気配管２８ｂを介して真空発生源２９ｂに接続されている。そして、電磁切換弁１２はコントローラ５０により作動室２６を供給源２９ａ又は真空発生源２９ｂのいずれかに接続させるべく切換動作され、この切換動作により作動室２６に作動エアが給排され、ポンプ１１の吐出・吸入動作が切り換えられる。

つまり、電磁切換弁１２の動作により作動室２６に作動エアが供給されると、作動室２６内が加圧されてダイアフラム２３がポンプ室２５側に作動し、ポンプ室２５内に充填されたレジスト液Ｒが吐出通路２１ｃを介して下流側に吐出される。一方、電磁切換弁１２の動作により作動室２６内の作動エアが真空引きされ作動室２６内が負圧になると、ポンプ室２５側に作動していたダイアフラム２３が作動室２６側に作動し、上流側から吸入通路２１ｂを介してポンプ室２５内にレジスト液Ｒが吸入される。

ここで、ダイアフラム２３は、周縁部２３ｂがポンプハウジング２１，２２にて挟持固定され、該周縁部２３ｂ内側がポンプ室２５と作動室２６を仕切る仕切部２３ａとなっている。この仕切部２３ａがポンプ室２５側又は作動室２６側に変形することで、レジスト液Ｒの吸入又は吐出を行う。このダイアフラム２３は製造時に、周縁部２３ｂから内側部分の仕切部２３ａがポンプ室２５側若しくは作動室２６側の一方に若干凸状に湾曲形成されてしまう（図２においては直線状としているが、実際は若干凸状に湾曲している）。そのため、自然状態で作動室２６側に凸となる位置とポンプ室２５側に凸となる位置との間は、ダイアフラム２３の張力が作用しない（または張力が小さい）区間となる。

また、レジスト液Ｒの吸入時において、ダイアフラム２３の仕切部２３ａは、図５に示すように、作動室２６の内壁面２２ｃに当接する位置まで変形する。この場合、ダイアフラム２３の仕切部２３ａのピン２４に対向する部分は、ピン２４の頭部２４ａに乗り上げる状態となり、この一部分がポンプ室２５側に若干凸状に撓んだ状態となる。そして、レジスト液Ｒを吐出する際、給排通路２２ｂの開口２２ｄから作動エアが作動室２６内に供給されると、ダイアフラム２３のピン２４に乗り上げた部分（中心部からオフセットした部分）から優先的に変形が始まり、周囲に広がる過程において、中心部から始まる僅かな変形があってもそれを吸収できるようにしている。つまり、張力の作用しない区間の境界（ポンプ室２５側の境界）に向かってダイアフラム２３の仕切部２３ａ全体が一度に変位（反転）しないようになっている。これにより、ダイアフラム２３にかかる作動圧の変化（作動圧の増大）が緩やかとなるため、作動室２６の容積急増とそれに伴う圧力急減がなく、ダイアフラム２３が作動室２６側へ引き戻される幅が微小となる。この結果、吐出圧力の脈動が低減されてレジスト液Ｒの吐出が安定する。また、ダイアフラム２３にかかる作動圧の変化が緩やかとなることから、吐出圧力の微圧制御を行うことが可能となる。

ポンプハウジング２１，２２の下部中央には、棒状をなす吸入側流路部材１７が固定されている。吸入側流路部材１７は、ポンプ１１の扁平方向に沿うように設けられる。吸入側流路部材１７には、下方に略直線状に延びる吸入通路１７ａが形成されている。この吸入通路１７ａは、前記ポンプ１１の吸入通路２１ｂと同一直線Ｌ１上に設けられている。また、吸入側流路部材１７のポンプハウジング２１との対向面には、吸入通路１７ａ周りに収容凹部１７ｂが形成されており、該収容凹部１７ｂには、シールリング３３が収容されている。シールリング３３は、吸入側流路部材１７とポンプハウジング２１との間に介在され、両部材間の隙間から吸入通路１７ａ，２１ｂ内のレジスト液Ｒが漏れ出さないようにシールする。

また、シールリング３３は、その内周面３３ａが各吸入通路１７ａ，２１ｂの内周面と滑らかに繋がる形状をなしており、具体的にはその内周面３３ａが各吸入通路１７ａ，２１ｂの内周面と連続し、シールリング３３の厚み方向において通路１７ａ，２１ｂ側から中央部に向かうほど、次第に径方向外側に凹みが深くなる形状をなしている。つまり、シールリング３３の部分におけるレジスト液Ｒの流れをスムーズとし、レジスト液Ｒや気泡が滞留するのが防止されている。因みに、一般的に用いられる断面円形状のシールリング（Ｏリング）を用いた場合では、該シールリングと各吸入通路１７ａ，２１ｂとの間で鋭角の窪みが生じて該通路１７ａ，２１ｂの内周面と滑らかに繋がらない形状となるため、これがレジスト液Ｒや気泡が滞留する部分となり、好ましくない。そして、吸入側流路部材１７は、先端部に設けられる継手１９ａを用いて、図３に示すように、吸入配管３１の一端と接続され、該吸入配管３１のもう一端は、レジストボトル３０に充填されているレジスト液Ｒ内に導かれている。

また、吸入側流路部材１７には、エアオペレイトバルブよりなる吸入側遮断弁１３が一体的に組み付けられている。吸入側遮断弁１３は、略四角柱状をなしており、吸入側流路部材１７に対して直交する方向で、かつポンプ１１（ポンプハウジング２１，２２）の扁平方向に沿うように設けられる。ここで、吸入側遮断弁１３は、図３に示すように、コントローラ５０の制御に基づく電空レギュレータ３２の切換動作により、吸入通路１７ａの遮断・開放の切換を行う。すなわち、吸入側遮断弁１３は、図１に示すように、その給排室１３ａが電空レギュレータ３２の切換動作により大気に開放されると、弁体１３ｂがスプリング１３ｃからの付勢力を受けて吸入通路１７ａを遮断し、給排室１３ａに供給源２９ａから作動エアが供給されると、弁体１３ｂがスプリング１３ｃの付勢力に抗して没入して吸入通路１７ａを開放するように構成されている。なお、弁体１３ｂの近傍部分の吸入通路１７ａは、該弁体１３ｂによる開放又は遮断を確実に行うのに必要な分だけ（通路幅程度）、直角に屈曲されている。この部分においてもレジスト液Ｒの流れはスムーズであり、流路部材１７内のレジスト液Ｒの流れに大きな影響（抵抗）を与えるものではない。

ポンプハウジング２１，２２の上部中央には、棒状をなす吐出側流路部材１８が固定されている。吐出側流路部材１８は、ポンプ１１の扁平方向に沿うように設けられる。吐出側流路部材１８には、上方に略直線状に延びる吐出通路１８ａが形成されている。この吐出通路１８ａは、前記ポンプ１１の吐出通路２１ｃと同一直線Ｌ１上に設けられている。また、吐出側流路部材１８のポンプハウジング２１との対向面には、吐出通路１８ａ周りに収容凹部１８ｂが形成されており、該収容凹部１８ｂには、シールリング３４が収容されている。シールリング３４は、吐出側流路部材１８とポンプハウジング２１との間に介在され、両部材間の隙間から吐出通路１８ａ，２１ｃ内のレジスト液Ｒが漏れ出さないようにシールする。

また、シールリング３４は、前記シールリング３３と同様に、その内周面３４ａが各吐出通路１８ａ，２１ｃの内周面と滑らかに繋がる形状をなしており、レジスト液Ｒや気泡が滞留するのを防止する構造になっている。そして、吐出側流路部材１８は、先端部に設けられる継手１９ｂを用いて、図３に示すように、一端にノズル３５ａを有する吐出配管３５のもう一端と接続される。ノズル３５ａは、下方に指向されるとともに、回転板３６上に載置されて該回転板３６とともに回転する半導体ウェハ３７の中心位置にレジスト液Ｒが滴下される位置に配置されている。

また、吐出側流路部材１８には、エアオペレイトバルブよりなる吐出側遮断弁１４が一体的に組み付けられている。吐出側遮断弁１４は、略四角柱状をなしており、吐出側流路部材１８に対して直交する方向で、かつポンプ１１（ポンプハウジング２１，２２）の扁平方向に沿うように設けられる。ここで、吐出側遮断弁１４は、前記吸入側遮断弁１３と同様に構成され、図３に示すように、コントローラ５０の制御に基づく電空レギュレータ３８の切換動作により、吐出通路１８ａの遮断・開放の切換を行う。すなわち、吐出側遮断弁１４は、図１に示すように、その給排室１４ａが電空レギュレータ３８の切換動作により大気に開放されると、弁体１４ｂがスプリング１４ｃからの付勢力を受けて吐出通路１８ａを遮断し、給排室１４ａに供給源２９ａから作動エアが供給されると、弁体１４ｂがスプリング１４ｃの付勢力に抗して没入して吐出通路１８ａを開放するように構成されている。なお、弁体１４ｂの近傍部分の吐出通路１８ａは、該弁体１４ｂによる開放又は遮断を確実に行うのに必要な分だけ（通路幅程度）、直角に屈曲されている。この部分においてもレジスト液Ｒの流れはスムーズであり、流路部材１８内のレジスト液Ｒの流れに大きな影響（抵抗）を与えるものではない。

また、吐出側流路部材１８には、エアオペレイトバルブよりなるサックバック弁１５が吐出側遮断弁１４よりも下流側に該遮断弁１４と並ぶようにして一体的に組み付けられている。サックバック弁１５も同様に略四角柱状をなしており、吐出側流路部材１８に対して直交する方向で、かつポンプ１１（ポンプハウジング２１，２２）の扁平方向に沿うように設けられる。ここで、サックバック弁１５は、図３に示すように、コントローラ５０の制御に基づく電空レギュレータ３９の切換動作により、該弁１５より下流側流路内にあるレジスト液Ｒを上流側に所定量引き込んで、ノズル３５ａからレジスト液Ｒの不意な滴下を防止するものである。すなわち、サックバック弁１５は、図１に示すように、その給排室１５ａが電空レギュレータ３９の切換動作により大気に開放されると、弁体１５ｂがスプリング１５ｃからの付勢力を受けて没入して吐出通路１８ａと連通して設けられている容積拡大室１８ｃの容積を大きくし、該容積拡大室１８ｃにレジスト液Ｒを所定量引き込む。一方、給排室１５ａに供給源２９ａから作動エアが供給されると、弁体１５ｂがスプリング１５ｃの付勢力に抗して突出して吐出通路１８ａに設けられる容積拡大室１８ｃを小さくするように構成されている。

更に、吐出側流路部材１８には、略直方体形状をなすレギュレータ装置１６が吐出側遮断弁１４及びサックバック弁１５とは反対側に固定されている。すなわち、レギュレータ装置１６は、ポンプ１１の扁平方向に沿うように吐出側流路部材１８に対して設けられる。レギュレータ装置１６は、そのベース部材４１が吐出側流路部材１８に対して固定されている。ベース部材４１には固定台４２が固定されており、該固定台４２には吐出側遮断弁１４及びサックバック弁１５を切り換える各電空レギュレータ３８，３９が固定されている。この固定台４２には、電空レギュレータ３８，３９をカバーするカバー部材４３が取り付けられている。また、固定台４２及びベース部材４１には、各電空レギュレータ３８，３９と連通する連通通路４５，４６がそれぞれ形成され、各連通通路４５，４６は、図示しないが吐出側遮断弁１４及びサックバック弁１５の給排室１４ａ，１５ａにそれぞれ連通している。各電空レギュレータ３８，３９は、コントローラ５０の制御に基づいて吐出側遮断弁１４及びサックバック弁１５の給排室１４ａ，１５ａに作動エアを給排させ、吐出側遮断弁１４及びサックバック弁１５を作動させる。

このように構成されるポンプユニット１０において、レジスト液Ｒの流路となっている吸入側流路部材１７内の吸入通路１７ａと、ポンプ１１内の吸入通路２１ｂ及び吐出通路２１ｃと、吐出側流路部材１８の吐出通路１８ａとを共に直線状とし同一直線Ｌ１上に配置した構造となっている。つまり、このポンプユニット１０は、レジスト液Ｒの流路長さを極力短くしつつ、レジスト液Ｒの流路中においてレジスト液Ｒや気泡が滞留する部分を極力低減する構造となっている。また、シールリング３３，３４においても、レジスト液Ｒや気泡が滞留する部分を極力低減する構造となっている。

図３に示すように、コントローラ５０は、ポンプ１１に供給する作動エアが設定圧となるように電空レギュレータ２７を制御すると共に、ポンプ１１の切換動作を行う電磁切換弁１２や吸入側遮断弁１３を切換動作させる電空レギュレータ３２、吐出側遮断弁１４及びサックバック弁１５を作動させる電空レギュレータ３８，３９を制御し、薬液供給システムの一連の動作を制御している。

すなわち、薬液供給システムの動作を開始する指令が生じると、コントローラ５０は、先ず、電空レギュレータ３２を制御して吸入側遮断弁１３を切り換え、吸入通路１７ａを遮断状態とする。これにより、ポンプ１１とレジストボトル３０とが遮断された状態となる。また、コントローラ５０は、電磁切換弁１２を切り換え、設定圧に調整された作動エアを給排通路２２ｂを通じてポンプ１１内の作動室２６に供給する。これによりダイアフラム２３がポンプ室２５側に作動しようとし、ポンプ室２５内に充填されたレジスト液Ｒを加圧する。このとき、ポンプ１１下流側の吐出側遮断弁１４により吐出通路１８ａが遮断状態となっており、レジスト液Ｒは吐出されない。

次いで、コントローラ５０は、電空レギュレータ３８を制御して吐出側遮断弁１４を切り換え吐出通路１８ａを開放すると共に、電空レギュレータ３９を制御してサックバック弁１５によるレジスト液Ｒの引き込みを解除する。このとき、ダイアフラム２３によりポンプ室２５のレジスト液Ｒが加圧されているので、ポンプ１１からレジスト液Ｒが吐出され、そのレジスト液Ｒが吐出通路１８ａを介して吐出配管３５先端のノズル３５ａから半導体ウェハ３７上に一定量滴下される。この吐出時においては、上記したように、作動室２６の内壁面２２ｃの中心部に作動エアを供給するための給排通路２２ｂの開口２２ｄを設け、その中心部からオフセットさせた位置にピン２４を装着したことにより、ダイアフラム２３にかかる作動圧の変化を緩やかとしている。このため、作動室２６の容積急増とそれに伴う圧力急減がなく、ダイアフラム２３が作動室２６側へ引き戻される幅が微小となり、吐出圧力の脈動が低減され、レジスト液Ｒの吐出は安定したものとなっている。また、ダイアフラム２３にかかる作動圧の変化が緩やかとなることから、吐出圧力の微圧制御を行うことが可能である。

次いで、コントローラ５０は、電空レギュレータ３８を制御して吐出側遮断弁１４を切り換え、吐出通路１８ａを遮断する。これにより、ノズル３５ａからのレジスト液Ｒの吐出が停止される。また、コントローラ５０は、電空レギュレータ３９を制御してサックバック弁１５による所定量のレジスト液Ｒの引き込みを行い、ノズル３５ａからレジスト液Ｒの不意な滴下を防止する。

次いで、コントローラ５０は、電空レギュレータ３２を制御して吸入側遮断弁１３を切り換え、吸入通路１７ａを開放する。これにより、ポンプ１１とレジストボトル３０とが連通された状態となる。また、コントローラ５０は、電磁切換弁１２を切り換え、作動室２６内の作動エアを真空発生源２９ｂにより吸引する。すると、作動室２６内が負圧となり、ダイアフラム２３が作動室２６の内壁面２２ｃに当接する最大変形位置まで変形し、レジスト液Ｒがポンプ室２５内に吸入され充填される。これ以降においては、コントローラ５０は上記動作を繰り返し、次々と搬送されてくる各半導体ウェハ３７上にレジスト液Ｒを一定量ずつ滴下するようになっている。

次に、このような本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。

本実施の形態では、作動室２６（凹設部２２ａ）の内壁面２２ｃには、その中心部に給排通路２２ｂの開口２２ｄが設けられると共に、その中心部からオフセットさせた位置にダイアフラム２３側に突出するピン２４が装着されている。そのため、レジスト液Ｒの吸入時において、作動室２６内の作動エアが吸引されてダイアフラム２３が作動室２６側に変形した際、ダイアフラム２３においてピン２４に対向する一部分が該ピン２４に乗り上げてポンプ室２５側に若干凸状に撓んだ状態となる。そして、レジスト液Ｒを吐出する際、給排通路２２ｂの開口２２ｄから作動エアが作動室２６内に供給されると、ダイアフラム２３においてピン２４に乗り上げた部分（中心部からオフセットした部分）から優先的に変形が始まるようになり、ダイアフラム２３全体が一度に変位（反転）しないようになる。これにより、作動室２６の容積急増とそれに伴う圧力急減がなく、ダイアフラム２３が作動室２６側へ引き戻される幅が微小となり、吐出圧力の脈動が低減されレジスト液Ｒの吐出を安定させることができる。また、ダイアフラム２３にかかる作動圧の変化が緩やかとなるため、吐出圧力の微圧制御を行うことができる。

なお、作動室２６の内壁面２２ｃにピン２４による突出部を設けているが、ポンプ室２５の内壁面において中心部からオフセットした位置に突出部を設け、張力の作用しない区間の境界（ポンプ室２５側の境界）に向かってダイアフラム２３が変位するよりも前に、該突出部がダイアフラム２３に当接するように構成することも考えられる。このようにすれば、該ダイアフラム２３の中心部からオフセットした部分から徐々に変形が抑制され、上記と同様にダイアフラム２３にかかる作動圧の変化が緩やかとなる。しかしながら、ポンプ室２５に突出部を設けると、レジスト液Ｒの流れを妨げるばかりか、レジスト液Ｒの液溜まりを形成する要因となるので、望ましくない。従って、本実施の形態のように、突出部（ピン２４）を作動室２６の内壁面２２ｃに設けるのが望ましい。

本実施の形態では、作動室２６の内壁面２２ｃに、ピン２４の装着のための装着穴２２ｅが形成されている。つまり、作動室２６の内壁面２２ｃには、装着穴２２ｅを形成するだけですむ。従って、特に作動室２６を切削などにより形成するような場合、ピン２４に対応した突出部を内壁面２２ｃに一体で形成する場合と比べて、作動室２６の内壁面２２ｃの形成が容易である。

本実施の形態では、作動室２６の内壁面２２ｃからのピン２４（頭部２４ａ）の突出量は、その内壁面２２ｃから作動室２６及びポンプ室２５の中間位置までの長さよりも小さく設定されている。このため、ピン２４によりポンプ室２５内のレジスト液Ｒの流れを大きく妨げない。

本実施の形態では、作動室２６の内壁面２２ｃは円形状をなし、給排通路２２ｂの開口２２ｄはその円形状をなす内壁面２２ｃの中心部に位置しているので、作動室２６内の作動エアの給排を効率良く行うことができる。

本実施の形態では、ポンプ１１の薄型化を図るため、ポンプハウジング２２はダイアフラム２３の変形方向に肉薄に形成されるので、作動室２６も同方向に薄く形成されている。レジスト液Ｒの吸入時においては、吸入量を出来るだけ大きくするためにダイアフラム２３を作動室２６の内壁面２２ｃに当接させて使用しているため、これがレジスト液Ｒの吐出時において、ダイアフラム２３の仕切部２３ａ全体を一度に変形させる要因の一つとなっている。従って、上記のようにダイアフラム２３の中心部からオフセットした位置の一部分から徐々に変形させるようにする意義は大きい。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。

上記実施の形態では、ピン２４の頭部２４ａは、円盤状をなしていた。図６（ａ）は、この実施形態の図５における部分ｐの拡大図であり、（ｂ）は、さらに（ａ）のダイアフラム２３の仕切部２３ａが、作動室２６の内壁面２２ｃに当接する最大変形位置まで変形した場合を示している。この図によく示すように、ピン２４の頭部２４ａの上面周縁部においては、内壁面２２ｃからの突出量が比較的大きく、上面周縁部と内壁面２２ｃとの間にはギャップがある。このため、ギャップの境界部分、すなわちピン２４の頭部２４ａの上面周縁部と、ピン２４の頭部２４ａが内壁面２２ｃから突出し始める部分の近傍（図中において矢印で示す部分）で、ダイアフラム２３の仕切部２３ａは大きく屈曲して、これらの部分に応力が集中してしまう。そして、ポンプ１１の吐出・吸入動作により、応力が集中する状態が繰り返されると、屈曲部分のダイアフラム２３の密度が徐々に粗となり、レジスト液Ｒがダイアフラム２３中に浸透しやすくなって、終には作動室２６側に漏れ出すおそれがある。

これを防止するために、ピン２４の頭部２４ａの形状を、周縁部へ向かって突出量が連続的に小さくなるように形成してもよい。具体的には、例えば図６（ｃ）のように、ピン２４の頭部２４ａを、周縁部に向かって内壁面２２ｃ側に緩やかな一定角度で傾斜させた平坦な形状としたり、あるいは図６（ｄ）のように、周縁部に向かって内壁面２２ｃ側に緩やかに傾斜させた若干凸状の湾曲形状とすることが考えられる。このようにすれば、ピン２４の頭部２４ａでは、頭部２４ａの上面のいずれの箇所においても突出量が大きく変化せずギャップが生じることがなく、また上面周縁部と内壁面２２ｃとの間のギャップも小さくなる。この結果、ダイアフラム２３の仕切部２３ａが作動室２６の内壁面２２ｃに当接する位置まで変形しても、大きく屈曲する箇所がなく応力が一様に分散し、応力集中を原因とするダイアフラム２３の損傷を防止することができる。

上記実施の形態では、給排通路２２ｂの開口２２ｄを作動室２６の内壁面２２ｃの中心部に設定し、その中心部からオフセットさせた位置にピン２４を装着して、ダイアフラム２３による吐出圧力の脈動を防止した。しかしながらこれに限らず、例えば図７に示すように、ピン２４を用いず、給排通路２２ｂの開口２２ｄを作動室２６の内壁面２２ｃの中心部からオフセットさせた位置に設けてもよい。

このようにしても、レジスト液Ｒを吐出する際、図８に示すように、給排通路２２ｂの開口２２ｄから作動エアが作動室２６内に供給されると、開口２２ｄが内壁面２２ｃの中心部からオフセットしていることから、ダイアフラム２３において開口２２ｄと対向する一部分から優先的に変形が始まるようになる。そのため、上記実施の形態と同様に、張力の作用しない区間の境界（ポンプ室側の境界）に向かってダイアフラム２３の仕切部２３ａ全体が一度に変位（反転）しないようになり、ダイアフラム２３にかかる作動圧の変化（作動圧の増大）が緩やかとなる。従って、この形態においても、作動室２６の容積急増とそれに伴う圧力急減がなく、ダイアフラム２３による吐出圧力の脈動が低減されてレジスト液Ｒの吐出が安定する。また、ダイアフラム２３にかかる作動圧の変化が緩やかとなるため、吐出圧力の微圧制御を行うことが可能となる。

上記実施の形態において、例えば図９に示すように、作動室２６の内壁面２２ｃに対し、給排通路２２ｂの開口２２ｄと連通して作動室２６の周縁部まで延びる（展開する）十字状の通気溝２２ｆを形成してもよい。

つまり、作動室２６がダイアフラム２３の変形方向に薄く形成されているため、図１０に示すように、レジスト液Ｒの吸入時においては、膜状をなすダイアフラム２３はその中央部が先に給排通路２２ｂの開口２２ｄ部分を覆う事態が生じ易くなっている。そのため、かかる事態が生じた場合、給排通路２２ｂの開口２２ｄが作動室２６の周縁部まで延びる通気溝２２ｆと連通しているので、先に当接した中央部から外側に位置する通気溝２２ｆから作動室２６内の真空引きが継続して行われる（図１０では作動エアの流れを矢印にて示している）。従って、ダイアフラム２３が作動室２６側に短時間で十分に変形でき、ポンプ室２５へのレジスト液Ｒの充填時間短縮と充填量不足を防止することができる。

なお、通気溝の形状はこれに限定されるものではない。この場合、通気溝は作動室２６の周縁部に近接するほど望ましく、上記のように作動室２６の周縁部まで延ばすのが最良である。

また、作動室２６の内壁面２２ｃ全体を粗面に形成し、粗面化することによる各凹部の連続により通気溝を構成するようにしても良い。因みに、内壁面２２ｃの粗面化は、ショットブラスト、すなわち粒子状の研削材を吹き付けることにより容易に形成することができる。

上記実施の形態では、レジスト液Ｒの吸入時に作動室２６を負圧としたが、大気開放にしても良い。この場合、例えばレジストボトル３０内を加圧する。

上記実施の形態では、薬液供給用ポンプとしてポンプ１１に各遮断弁１３，１４やサックバック弁１５等を一体に組み付けたポンプユニット１０に実施したが、少なくともポンプ１１本体を有する他の構成に実施しても良い。

上記実施の形態では、作動エア（空気）を例に挙げて説明したが、空気以外にも窒素等の他の気体を用いてもよい。

上記実施の形態では、薬液としてレジスト液Ｒを用いた例を示したが、これは薬液の滴下対象が半導体ウェハ３７を前提としたためである。従って、薬液及び該薬液の滴下対象はそれ以外のものでもよい。

Claims (7)

1. 可撓性膜よりなるダイアフラムにてポンプ室と作動室とを仕切り、その作動室内が作動気体を用いて加圧されることにより前記ダイアフラムが前記ポンプ室側に変形して該ポンプ室内に充填された薬液を吐出すると共に、その作動室内が作動気体の吸引により負圧とされる、若しくはその作動室内を大気開放することにより前記ダイアフラムが前記作動室側に変形して該ポンプ室内に薬液を吸入する薬液供給用ポンプであって、
   ポンプハウジングには、前記作動室内に前記作動気体を給排する給排通路が形成され、前記作動室の内壁面は、円形状をなしているとともに、該内壁面における前記給排通路の開口は、該内壁面の中心部に位置しており、
   前記ダイアフラムは、前記薬液の吸入時において前記作動室の内壁面に当接する位置まで変形するものであり、
   前記作動室の内壁面には、該内壁面の中心部からオフセットさせた位置に、前記ダイアフラム側に突出する突出部が設けられていることを特徴とする薬液供給用ポンプ。
2. 可撓性膜よりなるダイアフラムにてポンプ室と作動室とを仕切り、その作動室内が作動気体を用いて加圧されることにより前記ダイアフラムが前記ポンプ室側に変形して該ポンプ室内に充填された薬液を吐出すると共に、その作動室内が作動気体の吸引により負圧とされる、若しくはその作動室内を大気開放することにより前記ダイアフラムが前記作動室側に変形して該ポンプ室内に薬液を吸入する薬液供給用ポンプであって、
   ポンプハウジングには、前記作動室内に前記作動気体を給排する給排通路が形成され、前記作動室の内壁面は、円形状をなしているとともに、該内壁面における前記給排通路の開口は、該内壁面の中心部に位置しており、
   前記作動室の内壁面には、該内壁面の中心部からオフセットさせた位置に、前記ダイアフラム側に突出する突出部が設けられており、
   前記ダイアフラムは、前記薬液の吸入時において前記作動室側に変形した際、前記突出部に対向する一部分が該突出部に乗り上げて前記ポンプ室側に凸状に撓んだ状態となるものであることを特徴とする薬液供給用ポンプ。
3. 前記作動室の内壁面の中心部からオフセットさせた位置に装着穴を設け、該装着穴に突出部材を嵌挿することにより、前記突出部が構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の薬液供給用ポンプ。
4. 前記作動室の内壁面からの前記突出部の突出量は、前記内壁面から前記作動室及び前記ポンプ室の中間位置までの長さよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薬液供給用ポンプ。
5. 前記突出部の突出量は、周縁部に向かって連続して小さくなっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薬液供給用ポンプ。
6. 前記作動室の内壁面には、前記給排通路の開口から該内壁面の周縁部側に展開する通気溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薬液供給用ポンプ。
7. 前記ポンプハウジングは、前記ダイアフラムの変形方向に肉薄に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の薬液供給用ポンプ。

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