WO2023112476A1 - ダイアフラム、及び薬液制御装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a diaphragm applied to a chemical liquid control device that controls the distribution of chemical liquid.
- the diaphragm pump described in Patent Document 1 includes a diaphragm that partitions the inside of the pump housing into a pump chamber and a working chamber. to dispense.
- the present disclosure has been made to solve these problems, and its main purpose is to provide a diaphragm that can be applied to a chemical liquid control device and can reduce microbubbles contained in the chemical liquid.
- the first means for solving the above problems is A diaphragm applied to a chemical liquid control device that controls the flow of chemical liquid used in a semiconductor manufacturing process and is pressurized by a working gas, a film portion formed of a fluororesin having resistance to the chemical solution; a permeation suppressing layer provided on a side of the film portion that is pressurized by the working gas and making it more difficult for the working gas to permeate than the film portion; Prepare.
- the diaphragm is applied to a chemical liquid control device that controls the distribution of the chemical liquid used in the semiconductor manufacturing process, and is pressurized by the working gas. Therefore, a small amount of the working gas that pressurizes the diaphragm may permeate the diaphragm and cause generation of microbubbles in the chemical solution.
- the film part of the diaphragm is made of fluororesin that is resistant to the chemical solution. Therefore, it is possible to suppress corrosion of the film portion due to the chemical solution.
- a permeation suppressing layer which makes it more difficult for the working gas to permeate than the membrane portion, is provided on the surface of the membrane portion that is pressurized by the working gas. Therefore, even if the diaphragm is pressurized by the working gas, it is possible to suppress the permeation of the working gas through the diaphragm. Therefore, microbubbles contained in the chemical solution can be reduced.
- the permeation suppression layer is provided on the surface of the membrane portion that is pressurized by the working gas, that is, the surface of the membrane portion that is opposite to the surface that contacts the chemical solution, the permeation suppression layer is Corrosion can be suppressed by
- the permeation suppression layer is attached to the film portion with a double-sided tape.
- the permeation suppression layer is adhered to the film portion with the deformable double-sided tape, so that the film portion is deformed. It becomes easier to follow the double-sided tape and the permeation suppressing layer.
- the double-faced tape can reduce the force acting on the permeation suppressing layer from the film. Therefore, it is possible to prevent the permeation suppressing layer from being peeled off from the film portion and the permeation suppressing layer from being damaged.
- the surface of the film made of fluororesin is inactive, making it difficult to attach other members.
- a surface treatment for activating the surface of the film is applied between the film and the double-sided tape. Therefore, it is possible to activate the surface of the film portion formed of the fluororesin and improve the adhesiveness between the film portion and the double-sided tape. As a result, even if the membrane is repeatedly deformed, it is possible to prevent the double-sided tape and the permeation suppressing layer from peeling off from the membrane.
- the permeation suppression layer is made of polyvinylidene chloride.
- the inventor of the present application has confirmed that polyvinylidene chloride is highly effective in suppressing gas permeation. Therefore, even if the pressure of the working gas is high, it is possible to prevent the working gas from permeating the diaphragm.
- the thickness of the permeation suppression layer is 10 to 40 [ ⁇ m].
- the inventors of the present application have confirmed that if the thickness of the permeation suppression layer is 10 [ ⁇ m] or more, the gas barrier property is high, and if the thickness is 40 [ ⁇ m] or less, the permeation suppression layer is less likely to adversely affect the function of the diaphragm. there is
- the membrane of the diaphragm is pressurized by the working gas and deformed, if other layers are laminated on the membrane, there is a risk that the deformation of the membrane will be hindered.
- the diaphragm can be configured to the minimum necessary, and it is possible to prevent the layers other than the membrane from interfering with the deformation of the membrane.
- a diaphragm applied to a pump that inhales and discharges a chemical liquid has a large area, so the amount of working gas that permeates the diaphragm increases.
- the seventh means is a chemical liquid control device, which includes the diaphragm of any one of the first to sixth means, and is used as a pump that performs suction and discharge of the chemical liquid by deformation of the diaphragm. be. Therefore, in the diaphragm applied to the pump, it is possible to suppress permeation of the working gas through the diaphragm.
- the eighth means in the chemical liquid control device that pressurizes the diaphragm with the working gas of 150 to 300 [kPa], it is possible to suppress the permeation of the working gas through the diaphragm.
- FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the film portion of the diaphragm
- the diaphragm pump 10 (chemical liquid control device) includes pump housings 11 and 21, a diaphragm 30, and the like.
- FIG. 1 shows a part of the diaphragm pump 10 .
- the pump housings 11 and 21 are formed with circular dome-shaped recesses 15 and 25, respectively, in opposing portions.
- the pump housings 11 and 21 sandwich the peripheral edge portion 32 of the circular diaphragm 30 and are fixed to each other.
- An O-ring 28 seals between the pump housing 21 and the peripheral portion 32 .
- the diaphragm 30 partitions the internal space formed by the recesses 15, 25 of the pump housings 11, 21.
- a space on the recessed portion 15 (pump housing 11 ) side partitioned by the diaphragm 30 forms a pump chamber 16 .
- a space on the recessed portion 25 (pump housing 21 ) side partitioned by the diaphragm 30 forms an operating chamber 26 .
- the pump chamber 16 is a space filled with photoresist (chemical solution).
- the working chamber 26 is a space filled with working air (working gas).
- the pump housing 11 is formed with a suction passage 12 and a discharge passage 13 communicating with the pump chamber 16 respectively.
- a pipe for circulating the photoresist to a pump chamber 16 (diaphragm pump 10) is connected to the suction passage 12.
- a pipe for circulating the photoresist discharged from the diaphragm pump 10 to a supply destination is connected to the discharge passage 13 .
- a supply/discharge passage 22 for supplying and discharging working air (compressed air) to and from the working chamber 26 is formed in the pump housing 21 .
- a supply source of working air and a source of negative pressure are selectively connected to the supply/discharge passage 22 via piping.
- the diaphragm 30 has a circular membrane portion 31 and an annular peripheral edge portion 32 .
- the diaphragm 30 is made of polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as "PTFE”), a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoroalkyl vinyl ether (hereinafter referred to as "PFA"), etc., which is resistant to photoresist (chemicals). It is made of a fluororesin that has
- the peripheral portion 32 is provided on the outer periphery of the film portion 31 .
- the thickness of the peripheral portion 32 is thicker than the thickness of the film portion 31 .
- the thickness of the film portion 31 is 0.1 to 0.3 [mm] (preferably 0.2 [mm])
- the thickness of the peripheral portion 32 is 1.5 to 4.0 [mm] (preferably 2 to 3.5 [mm]).
- FIG. 1 shows a discharge state in which the diaphragm pump 10 discharges photoresist.
- working air is supplied from the supply/discharge passage 22 to the working chamber 26 to pressurize the diaphragm 30 and deform the diaphragm 30 toward the pump chamber 16 side.
- the photoresist inside the pump chamber 16 is discharged from the discharge passage 13 .
- the working air is discharged from the supply/discharge passage 22 and the negative pressure is further introduced into the working chamber 26, whereby the diaphragm 30 is deformed toward the concave portion 25 side (working chamber 26 side).
- the photoresist is sucked into the pump chamber 16 from the suction passage 12 .
- a working pressure of -50 to 300 [kPa] is applied to the working chamber 26, for example.
- An operating pressure of -40 to 150 [kPa] may be applied to the operating chamber 26, for example.
- the pressure of the working air supplied to the working chamber 26 can be, for example, 150-300 [kPa].
- the inventor of the present application has found that when the diaphragm 30 is pressurized by the working air, the working air slightly permeates the diaphragm and causes the generation of microbubbles. It is believed that the higher the working pressure, the larger the area of the film portion 31 of the diaphragm 30, and the thinner the thickness of the film portion 31, the greater the amount of working air that permeates the diaphragm. In the diaphragm 30 applied to the diaphragm pump 10, the area of the film portion 31 tends to be large in order to increase the discharge amount of the photoresist (chemical solution).
- the film portion 31 of the diaphragm 30 is provided with a permeation suppression layer that suppresses permeation of the working air.
- FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the film portion 31 of the diaphragm 30.
- the film part 31 no other layer is laminated on the surface 31a on the side that contacts the photoresist. That is, the surface 31a of the film portion 31 directly contacts the photoresist.
- a permeation suppressing layer 42 is provided via a double-sided tape 41 on the surface 31b of the membrane portion 31 that is pressurized by the operating air. That is, the permeation suppressing layer 42 is attached to the surface 31 b of the film portion 31 with the double-sided tape 41 .
- the permeation suppression layer 42 is made of polyvinylidene chloride (PVDC).
- the nitrogen permeability of polyvinylidene chloride is 1/1125 or less of the nitrogen permeability of PTFE.
- the oxygen permeability of polyvinylidene chloride is 1/690 or less of that of PTFE.
- the thickness of the permeation suppression layer 42 is, for example, 8 to 60 [ ⁇ m], preferably 10 to 40 [ ⁇ m] (eg, 15 [ ⁇ m]). The permeation suppressing layer 42 is more difficult for the working air to permeate than the film portion 31 .
- the permeation suppression layer 42 no other layer is laminated on the surface 42a on the side opposite to the film part 31. That is, the surface 42a of the permeation suppression layer 42 directly contacts the working air.
- the permeation coefficient [N2 (Nitrogen)] ([Pa ⁇ m ⁇ 3/(cm ⁇ 2 ⁇ sec ⁇ atm)]) was measured.
- ⁇ represents exponentiation, for example, 2 ⁇ 3 is 2 to the third power. It was 12.4 ⁇ 10 ⁇ -9 at a thickness of 10 [ ⁇ m], 8.5 ⁇ 10 ⁇ -9 at a thickness of 15 [ ⁇ m], and 4.6 ⁇ 10 ⁇ -9 at a thickness of 40 [ ⁇ m].
- the method for measuring the permeability coefficient is according to Japanese Industrial Standards JIS K 7126-1:2006 Plastics - Films and Sheets - Gas Permeability Test Method.
- the permeability coefficient [N2] is 2.3 ⁇ 10 ⁇ -9 or more and 18.7 ⁇ 10 ⁇ -9 or less, even if the diaphragm is pressurized by the working gas, the working gas is suppressed from permeating the diaphragm. It is possible to reduce microbubbles contained in the chemical solution.
- the double-sided tape 41 includes a film-like base material and an adhesive (adhesive layer) attached to both sides of the base material.
- Non-woven fabric, polyester film, PET (Poly Ethylene Terephthalate) film, etc. can be used as the base material.
- As the adhesive an acrylic adhesive, an emulsion adhesive, or the like can be used.
- the base material and the adhesive have flexibility (softness).
- the thickness of the double-sided tape 41 is, for example, 5 to 300 [ ⁇ m], preferably 10 to 100 [ ⁇ m]. That is, it is desirable that the thickness of the double-sided tape 41 is equal to or less than the thickness of the film portion 31 (for example, 0.2 [mm]).
- the surface of the film portion 31 made of fluororesin is inactive, making it difficult to attach other members. Therefore, a surface treatment for activating the surface of the film portion 31 is applied between the film portion 31 and the double-sided tape 41 (not shown).
- the surface treatment agent is, for example, metallic sodium (Na).
- the permeation suppression layer 42 When the thickness of the permeation suppression layer 42 is 10 to 40 [ ⁇ m] and the thickness of the double-sided tape 41 is 10 to 100 [ ⁇ m], the permeation suppression layer 42 sufficiently suppresses the permeation of the working air, and the diaphragm No problems were encountered with the function of 30.
- the film portion 31 of the diaphragm 30 is made of a fluororesin that is resistant to photoresist. Therefore, it is possible to suppress corrosion of the film portion 31 by the photoresist.
- a permeation suppressing layer 42 is provided on the surface 31 b of the membrane portion 31 on the side pressurized by the working air, which makes it more difficult for the working air to permeate than the membrane portion 31 . Therefore, even if the diaphragm 30 is pressurized by the working air, it is possible to prevent the working air from permeating the diaphragm 30 . Therefore, microbubbles contained in the photoresist can be reduced.
- the permeation suppressing layer 42 is provided on the surface 31b of the film portion 31 that is pressurized by the operating air, that is, the surface 31b of the film portion 31 that is opposite to the surface 31a that contacts the photoresist. Corrosion of the suppression layer 42 by the photoresist can be suppressed.
- the permeation suppression layer 42 is attached to the film portion 31 with a double-sided tape 41 .
- the permeation suppressing layer 42 is attached to the membrane portion 31 by the flexible (deformable) double-sided tape 41, compared with the configuration in which the permeation suppressing layer 42 is adhered to the film portion 31 by a curable adhesive.
- the double-sided tape 41 and the permeation suppressing layer 42 can easily follow the deformation of the film part 31 .
- the double-faced tape 41 can reduce the force acting on the permeation suppression layer 42 from the film portion 31 . Therefore, it is possible to prevent the permeation suppressing layer 42 from peeling off from the film portion 31 and the permeation suppressing layer 42 from being damaged.
- the permeation suppression layer 42 is made of polyvinylidene chloride.
- the inventor of the present application has confirmed that polyvinylidene chloride is highly effective in suppressing gas permeation. Therefore, even when the pressure of the working air is high, it is possible to prevent the working air from permeating the diaphragm 30 .
- the thickness of the permeation suppression layer 42 is 10 to 40 [ ⁇ m]. If the thickness of the permeation suppressing layer 42 is 10 [ ⁇ m] or more, the gas blocking property (gas barrier property) is high, and if it is 40 [ ⁇ m] or less, the permeation suppressing layer 42 is less likely to adversely affect the function of the diaphragm 30. , has been confirmed by the present disclosure.
- the transmission coefficient of the transmission suppression layer 42 is 4.6 ⁇ 10 ⁇ -9 to 12.4 ⁇ 10 ⁇ -9 [N2]. With such a configuration, the gas barrier properties of the permeation suppression layer 42 can be sufficiently ensured. Furthermore, the gas barrier properties of the permeation suppressing layer 42 can be sufficiently ensured even when it is 2.3 ⁇ 10 ⁇ -9 to 18.7 ⁇ 10 ⁇ -9.
- the diaphragm 30 can be configured to the minimum necessary, and the deformation of the film portion 31 can be prevented from being hindered by layers other than the film portion 31 .
- the pressure of the working air supplied to the working chamber 26 may be lower than 150 [kPa] or higher than 300 [kPa].
- the pressure of the working air supplied to the working chamber 26 may be 150 to 200 [kPa].
- a single-layer adhesive layer (adhesive) can be adopted.
- the film part 31 and the permeation suppressing layer 42 can be adhered with an adhesive.
- the adhesive desirably has flexibility, but a curable adhesive that cures from a liquid state can also be used.
- the thickness of these adhesive layer and adhesive is, for example, 5 to 300 [ ⁇ m], preferably 10 to 100 [ ⁇ m]. That is, it is desirable that the thickness of the adhesive layer and the adhesive be equal to or less than the thickness of the film portion 31 (for example, 200 [ ⁇ m]).
- Diaphragm pump 10 may be applied to a system that performs a degassing process to remove air bubbles in the photoresist by passing the photoresist through a filter.
- the fluid control device to which the diaphragm 30 is applied may be a diaphragm type valve, a diaphragm type regulator that adjusts the pressure of the chemical solution, or the like.
- the permeation suppression layer 42 can suppress permeation of pressurized working air through the diaphragm.
- the permeation suppression layer 42 may be brought into direct contact with the film portion 31 of the diaphragm 30 . Even in such a case, separation of the permeation suppression layer 42 from the membrane 31 can be suppressed by the electrostatic force acting between the film portion 31 and the permeation suppression layer 42 and the vacuum adsorption force. With such a configuration, the double-sided tape 41 can be omitted and the number of members constituting the diaphragm 30 can be reduced.
- the permeation suppression layer 42 can also be made of ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH).
- EVOH ethylene-vinyl alcohol copolymer
- the transmission coefficient [N2] of EVOH is about 1/10 of the transmission coefficient [N2] of PVDC.
- the permeability coefficient [N2] is 2.3 ⁇ 10 ⁇ -10 or more and 18.7 ⁇ 10 ⁇ -9 or less, even if the diaphragm is pressurized by the working gas, the operation Gas can be suppressed from permeating the diaphragm, and microbubbles contained in the chemical solution can be reduced.
- the permeation suppressing layer 42 can also be formed from other gas barrier films.
- the permeation suppression layer 42 can also be formed of a metal film such as Al (aluminum) or Au (gold).
- a metal film can be formed, for example, by vacuum deposition. In general, the gas permeability of metal films is lower than that of resin films.
- the working gas is not limited to air, and nitrogen, oxygen, Ar (argon), etc. can also be used.
- the permeation suppressing layer 42 can suppress the adverse effects of microbubbles on photoresist development, wafer cleaning, and the like.
- Diaphragm pump 30
- Diaphragm 31
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Abstract
半導体製造工程で使用される薬液の流通を制御する薬液制御装置に適用され、作動気体により加圧されるダイアフラム(30)であって、薬液に耐性を有するフッ素樹脂により形成された膜部(31)と、膜部における作動気体により加圧される側の面(31b)に設けられ、膜部よりも作動気体を透過させにくい透過抑制層(42)と、を備える。
Description
本出願は、2021年12月17日に出願された日本出願番号2021-205196号、及び2022年10月19日に出願された日本出願番号2022-167532号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、薬液の流通を制御する薬液制御装置に適用されるダイアフラムに関する。
従来、フォトレジスト等の薬液を半導体ウエハに塗布する薬液供給システムに用いられるダイアフラムポンプ(薬液制御装置)がある(特許文献1参照)。特許文献1に記載のダイアフラムポンプは、ポンプハウジング内をポンプ室と作動室とに仕切るダイアフラムを備え、作動室に作動エアを供給して加圧することでダイアフラムをポンプ室側へ変形させてフォトレジストを吐出する。
ところで、フォトレジスト(薬液)に気泡が含まれていると、半導体ウエハに形成されるパターンに欠陥が発生する。このため、フォトレジスト中の気泡を除去する脱気処理が実行されている。しかしながら、パターンの微細化が進んだことにより、これまで問題にならなかった微小気泡がパターン欠陥の新たな原因になっている。フォトレジストに微小気泡が含まれる原因を本願開示者が詳細に調査したところ、ダイアフラムを加圧する作動エアが僅かにダイアフラムを透過して微小気泡の発生原因となることを突き止めた。
本開示は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、薬液制御装置に適用されて薬液に含まれる微小気泡を減少させることができるダイアフラムを提供することにある。
上記課題を解決するための第1の手段は、
半導体製造工程で使用される薬液の流通を制御する薬液制御装置に適用され、作動気体により加圧されるダイアフラムであって、
前記薬液に耐性を有するフッ素樹脂により形成された膜部と、
前記膜部における前記作動気体により加圧される側の面に設けられ、前記膜部よりも前記作動気体を透過させにくい透過抑制層と、
を備える。
半導体製造工程で使用される薬液の流通を制御する薬液制御装置に適用され、作動気体により加圧されるダイアフラムであって、
前記薬液に耐性を有するフッ素樹脂により形成された膜部と、
前記膜部における前記作動気体により加圧される側の面に設けられ、前記膜部よりも前記作動気体を透過させにくい透過抑制層と、
を備える。
上記構成によれば、ダイアフラムは、半導体製造工程で使用される薬液の流通を制御する薬液制御装置に適用され、作動気体により加圧される。このため、ダイアフラムを加圧する作動気体が僅かにダイアフラムを透過して、薬液中に微小気泡を発生させる原因となるおそれがある。
ダイアフラムの膜部は、前記薬液に耐性を有するフッ素樹脂により形成されている。このため、膜部が薬液により腐食することを抑制することができる。そして、前記膜部における前記作動気体により加圧される側の面には、前記膜部よりも前記作動気体を透過させにくい透過抑制層が設けられている。このため、作動気体によりダイアフラムが加圧されても、作動気体がダイアフラムを透過することを抑制することができる。したがって、薬液に含まれる微小気泡を減少させることができる。
さらに、前記膜部における前記作動気体により加圧される側の面、すなわち膜部における薬液に接触する側の面と反対側の面に透過抑制層が設けられているため、透過抑制層が薬液により腐食することを抑制することができる。
第2の手段では、前記透過抑制層は、両面テープにより前記膜部に貼り付けられている。こうした構成によれば、硬化性の接着剤により透過抑制層を膜部に接着する構成と比較して、変形可能な両面テープにより透過抑制層を膜部に接着しているため、膜部の変形に両面テープ及び透過抑制層を追従させやすくなる。さらに、作動気体により加圧されて膜部が変形した際に、膜部から透過抑制層に作用する力を両面テープにより緩和することができる。したがって、膜部から透過抑制層が剥がれたり、透過抑制層が損傷したりすることを抑制することができる。
一般に、フッ素樹脂により形成された膜部の表面は不活性であり、他の部材を貼り付けることが困難である。
この点、第3の手段では、前記膜部と前記両面テープとの間には、前記膜部の表面を活性化させる表面処理が施されている。したがって、フッ素樹脂により形成された膜部の表面を活性化させることができ、膜部と両面テープとの接着性を向上させることができる。ひいては、膜部が繰り返し変形したとしても、膜部から両面テープ及び透過抑制層が剥がれることを抑制することができる。
第4の手段では、前記透過抑制層は、ポリ塩化ビニリデンにより形成されている。ポリ塩化ビニリデンは、気体の透過を抑制する効果が高いことが本願開示者により確認されている。このため、作動気体の圧力が高い場合であっても、作動気体がダイアフラムを透過することを抑制することができる。
第5の手段では、前記透過抑制層の厚みは、10~40[μm]である。透過抑制層の厚みが10[μm]以上であればガスバリア性が高くなり、40[μm]以下であればダイアフラムの機能に透過抑制層が悪影響を及ぼしにくいことが、本願開示者により確認されている。
ダイアフラムの膜部は作動気体により加圧されて変形するため、膜部に他の層が積層されると、膜部の変形に支障をきたすおそれがある。
この点、第6の手段では、前記透過抑制層における前記膜部と反対側の面には、他の層が積層されておらず、前記膜部における前記薬液に接触する側の面には、他の層が積層されていない。このため、ダイアフラムを必要最少限の構成とすることができ、膜部以外の層が膜部の変形に支障をきたことを抑制することができる。
一般に、薬液の吸入及び吐出を実行するポンプに適用されるダイアフラムは、面積が大きいため、ダイアフラムを透過する作動気体の量が多くなる。
この点、第7の手段は、薬液制御装置であって、第1~第6のいずれか1つの手段のダイアフラムを備え、前記ダイアフラムの変形により前記薬液の吸入及び吐出を実行するポンプとして使用される。したがって、ポンプに適用されるダイアフラムにおいて、作動気体がダイアフラムを透過することを抑制することができる。
作動気体の圧力が高いほど、ダイアフラムを透過する作動気体の量が多くなる。
この点、第8の手段では、150~300[kPa]の前記作動気体により前記ダイアフラムを加圧する薬液制御装置において、作動気体がダイアフラムを透過することを抑制することができる。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
ダイアフラムポンプの模式図。
ダイアフラムの断面。
ダイアフラムの膜部付近の拡大断面図。
以下、半導体製造工程で使用されるフォトレジストを吸入及び吐出するダイアフラムポンプに具現化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1に示すように、ダイアフラムポンプ10(薬液制御装置)は、ポンプハウジング11,21、ダイアフラム30等を備えている。なお、図1は、ダイアフラムポンプ10の一部を表示している。
ポンプハウジング11,21には、対向する部分にそれぞれ円形ドーム状の凹部15,25が形成されている。ポンプハウジング11,21は、円形状のダイアフラム30の周縁部32を挟持し、相互に固定されている。ポンプハウジング21と周縁部32との間は、Oリング28によりシールされている。
ダイアフラム30は、ポンプハウジング11,21の凹部15,25により形成される内部空間を仕切っている。ダイアフラム30により仕切られた凹部15(ポンプハウジング11)側の空間は、ポンプ室16を形成している。ダイアフラム30により仕切られた凹部25(ポンプハウジング21)側の空間は、作動室26を形成している。ポンプ室16は、フォトレジスト(薬液)により満たされる空間である。作動室26は、作動エア(作動気体)により満たされる空間である。
ポンプハウジング11には、ポンプ室16にそれぞれ連通する吸入通路12及び吐出通路13が形成されている。吸入通路12には、フォトレジストをポンプ室16(ダイアフラムポンプ10)へ流通させる配管が接続される。吐出通路13には、ダイアフラムポンプ10から吐出されたフォトレジストを供給先へ流通させる配管が接続される。
ポンプハウジング21には、作動室26に対して作動エア(圧縮空気)を供給及び排出する給排通路22が形成されている。給排通路22には、配管を介して作動エアの供給源と負圧の発生源とが選択的に接続される。
図2に示すように、ダイアフラム30は、円形状の膜部31、円環状の周縁部32を備えている。ダイアフラム30は、ポリテトラフルオロエチレン(以下、「PTFE」と称する)、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体(以下、「PFA」と称する)等、フォトレジスト(薬液)に耐性を有するフッ素樹脂により形成されている。周縁部32は、膜部31の外周に設けられている。周縁部32の厚みは、膜部31の厚みよりも厚い。例えば、膜部31の厚みは0.1~0.3[mm](望ましくは0.2[mm])であり、周縁部32の厚みは1.5~4.0[mm](望ましくは2~3.5[mm])である。
ダイアフラムポンプ10は、以下のように動作する。図1は、ダイアフラムポンプ10がフォトレジストを吐出した吐出状態を示している。吐出状態では、給排通路22から作動室26へ作動エアが供給されてダイアフラム30が加圧され、ダイアフラム30がポンプ室16側へ変形する。これにより、ポンプ室16の内部のフォトレジストが吐出通路13から吐出される。
その後、給排通路22から作動エアを排出し、さらに作動室26へ負圧を導入することにより、ダイアフラム30が凹部25側(作動室26側)へ変形する。これにより、吸入通路12からポンプ室16の内部へフォトレジストが吸入される。
以後、作動室26の内部を正圧と負圧とに交互に切り替えることを繰り返すことにより、ダイアフラムポンプ10による吐出と吸入とが繰り返される。ダイアフラムポンプ10が上記のように駆動する際に、作動室26には例えば-50~300[kPa]の作動圧が印加される。なお、作動室26に、例えば-40~150[kPa]の作動圧が印加されてもよい。これらの場合に、作動室26に供給される作動エアの圧力は、例えば150~300[kPa]にすることができる。
ここで、作動エアによりダイアフラム30が加圧されることにより、作動エアが僅かにダイアフラムを透過して微小気泡の発生原因となることを本願開示者は突き止めた。そして、作動圧が高いほど、ダイアフラム30の膜部31の面積が大きいほど、膜部31の厚みが薄いほど、ダイアフラムを透過する作動エアの量が多くなると考えられる。ダイアフラムポンプ10に適用されるダイアフラム30では、フォトレジスト(薬液)の吐出量を多くするために膜部31の面積が大きくなりやすい。
本実施形態では、作動エアがダイアフラム30を透過することを抑制すべく、ダイアフラム30の膜部31に作動エアの透過を抑制する透過抑制層を設けている。
図3は、ダイアフラム30の膜部31付近の拡大断面図である。
膜部31において、フォトレジストに接触する側の面31aには、他の層が積層されていない。すなわち、膜部31の面31aがフォトレジストに直接接触する。
膜部31において、作動エアにより加圧される側の面31bには、両面テープ41を介して透過抑制層42が設けられている。すなわち、透過抑制層42は、両面テープ41により膜部31の面31bに貼り付けられている。
透過抑制層42は、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)により形成されている。ポリ塩化ビニリデンの窒素透過率は、PTFEの窒素透過率の1/1125以下である。ポリ塩化ビニリデンの酸素透過率は、PTFEの酸素透過率の1/690以下である。透過抑制層42の厚みは、例えば8~60[μm]であり、望ましくは10~40[μm](例えば15[μm])である。そして、透過抑制層42は、膜部31よりも作動エアを透過させにくい。
透過抑制層42において、膜部31と反対側の面42aには、他の層が積層されていない。すなわち、透過抑制層42の面42aが作動エアに直接接触する。
作動気体によりダイアフラムが加圧されても、作動気体がダイアフラムを透過することを抑制し、薬液に含まれる微小気泡を減少させることができるポリ塩化ビニリデンにより形成された膜部31の透過係数[N2(窒素)]([Pa・m^3/(cm^2・sec・atm)])を測定したところ、膜部31の厚みに応じて以下のとおりであった。なお、「^」はべき乗を表し、例えば2^3は2の3乗である。厚み10[μm]で12.4×10^-9、厚み15[μm]で8.5×10^-9、厚み40[μm]で4.6×10^-9であった。また、透過係数の測定方法は、日本工業規格 JIS K 7126-1:2006 プラスチック-フィルム及びシート-ガス透過度試験方法による。
さらに、透過係数[N2]が2.3×10^-9以上18.7×10^-9以下であれば作動気体によりダイアフラムが加圧されても、作動気体がダイアフラムを透過することを抑制し、薬液に含まれる微小気泡を減少させることができる。
両面テープ41は、フィルム状の基材と、基材の両面に付着した粘着剤(粘着層)とを備えている。基材としては、不織布、ポリエステルフィルム、PET(Poly Ethylene Terephthalate)フィルム等を採用することができる。粘着剤としては、アクリル系粘着剤、エマルジョン系粘着剤等を採用することができる。基材及び粘着剤は、可撓性(柔軟性)を有している。両面テープ41の厚みは、例えば5~300[μm]であり、望ましくは10~100[μm]である。すなわち、両面テープ41の厚みは、膜部31の厚み(例えば0.2[mm])以下であることが望ましい。
一般に、フッ素樹脂により形成された膜部31の表面は不活性であり、他の部材を貼り付けることが困難である。そこで、膜部31と両面テープ41との間には、膜部31の表面を活性化させる表面処理が施されている(図示略)。表面処理剤は、例えば金属ナトリウム(Na)である。これにより、膜部31と両面テープ41の粘着剤との接着強度を向上させることができる。
透過抑制層42の厚みが10~40[μm]であり、両面テープ41の厚みが10~100[μm]である場合に、透過抑制層42は作動エアの透過を十分に抑制し、且つダイアフラム30の機能に問題は生じなかった。
以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。
・ダイアフラム30の膜部31は、フォトレジストに耐性を有するフッ素樹脂により形成されている。このため、膜部31がフォトレジストにより腐食することを抑制することができる。そして、膜部31における作動エアにより加圧される側の面31bには、膜部31よりも作動エアを透過させにくい透過抑制層42が設けられている。このため、作動エアによりダイアフラム30が加圧されても、作動エアがダイアフラム30を透過することを抑制することができる。したがって、フォトレジストに含まれる微小気泡を減少させることができる。
・膜部31における作動エアにより加圧される側の面31b、すなわち膜部31におけるフォトレジストに接触する側の面31aと反対側の面31bに透過抑制層42が設けられているため、透過抑制層42がフォトレジストにより腐食することを抑制することができる。
・透過抑制層42は、両面テープ41により膜部31に貼り付けられている。こうした構成によれば、硬化性の接着剤により透過抑制層42を膜部31に接着する構成と比較して、可撓性の(変形可能な)両面テープ41により透過抑制層42を膜部31に接着しているため、膜部31の変形に両面テープ41及び透過抑制層42を追従させやすくなる。さらに、作動エアにより加圧されて膜部31が変形した際に、膜部31から透過抑制層42に作用する力を両面テープ41により緩和することができる。したがって、膜部31から透過抑制層42が剥がれたり、透過抑制層42が損傷したりすることを抑制することができる。
・膜部31と両面テープ41との間には、膜部31の表面を活性化させる表面処理が施されている。したがって、フッ素樹脂により形成された膜部31の表面を活性化させることができ、膜部31と両面テープ41との接着性を向上させることができる。ひいては、膜部31が繰り返し変形したとしても、膜部31から両面テープ41及び透過抑制層42が剥がれることを抑制することができる。
・透過抑制層42は、ポリ塩化ビニリデンにより形成されている。ポリ塩化ビニリデンは、気体の透過を抑制する効果が高いことが本願開示者により確認されている。このため、作動エアの圧力が高い場合であっても、作動エアがダイアフラム30を透過することを抑制することができる。
・透過抑制層42の厚みは、10~40[μm]である。透過抑制層42の厚みが10[μm]以上であれば気体遮断性(ガスバリヤ性)が高くなり、40[μm]以下であればダイアフラム30の機能に透過抑制層42が悪影響を及ぼしにくいことが、本願開示者により確認されている。
・透過抑制層42の透過係数は、4.6×10^-9~12.4×10^-9[N2]である。こうした構成によれば、透過抑制層42のガスバリア性を十分に確保することができる。さらに、2.3×10^-9~18.7×10^-9であっても透過抑制層42のガスバリア性を十分に確保することができる。
・透過抑制層42における膜部31と反対側の面42aには、他の層が積層されておらず、膜部31におけるフォトレジストに接触する側の面31aには、他の層が積層されていない。このため、ダイアフラム30を必要最少限の構成とすることができ、膜部31以外の層が膜部31の変形に支障をきたことを抑制することができる。
・ダイアフラムポンプ10に適用されるダイアフラム30において、作動エアがダイアフラム30を透過することを抑制することができる。
・150~300[kPa]の作動エアによりダイアフラム30を加圧するダイアフラムポンプ10において、作動エアがダイアフラム30を透過することを抑制することができる。
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
・作動室26に供給される作動エアの圧力は、150[kPa]よりも低くてもよいし、300[kPa]よりも高くてもよい。
・作動室26に供給される作動エアの圧力は、150~200[kPa]であってもよい。
・両面テープ41に代えて、単層の粘着層(粘着剤)を採用することもできる。また、接着剤により膜部31と透過抑制層42とを接着することもできる。接着剤は、柔軟性を有していることが望ましいが、液体状態から硬化する硬化性の接着剤を採用することもできる。これらの粘着層及び接着剤の厚みは、例えば5~300[μm]であり、望ましくは10~100[μm]である。すなわち、粘着層及び接着剤の厚みは、膜部31の厚み(例えば200[μm])以下であることが望ましい。
・フォトレジストをフィルタに通過させることにより、フォトレジスト中の気泡を除去する脱気処理を実行するシステムに、ダイアフラムポンプ10を適用してもよい。
・ダイアフラム30が適用される流体制御装置は、ダイアフラム式のバルブや、薬液の圧力を調節するダイアフラム式のレギュレータ等であってもよい。これらの流体制御装置であっても、加圧された作動エアがダイアフラムを透過することを、透過抑制層42により抑制することができる。ダイアフラム30に負圧が作用しない流体制御装置であれば、ダイアフラム30の膜部31に透過抑制層42を直接密着させるだけでもよい。その場合であっても、膜部31と透過抑制層42との間に作用する静電気力や、真空吸着力により、膜部31から透過抑制層42が剥がれることを抑制することができる。こうした構成によれば、両面テープ41を省略してダイアフラム30を構成する部材を減らすことができる。
・透過抑制層42を、エチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)により形成することもできる。同じ厚みで比較した場合、EVOHの透過係数[N2]は、PVDCの透過係数[N2]の約1/10である。透過抑制層42としてEVOHを用いた場合、透過係数[N2]が2.3×10^-10以上18.7×10^-9以下であれば作動気体によりダイアフラムが加圧されても、作動気体がダイアフラムを透過することを抑制し、薬液に含まれる微小気泡を減少させることができる。なお、透過抑制層42を、他のガスバリア性フィルムにより形成することもできる。
・透過抑制層42を、Al(アルミ)やAu(金)等の金属膜により形成することもできる。金属膜は、例えば真空蒸着により形成することができる。一般に、金属膜の気体透過率は、樹脂膜の気体透過率よりも低い。
・透過抑制層42を、Al(アルミ)やAu(金)等の金属膜により形成することもできる。金属膜は、例えば真空蒸着により形成することができる。一般に、金属膜の気体透過率は、樹脂膜の気体透過率よりも低い。
・作動気体として、空気に限らず、窒素、酸素、Ar(アルゴン)等を採用することもできる。
・流体制御装置が流通を制御する薬液として、フォトレジストの現像液や、洗浄液等を採用することもできる。これらの薬液であっても、フォトレジストの現像やウエハの洗浄等に及ぼす微小気泡の悪影響を、透過抑制層42により抑制することができる。
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
10…ダイアフラムポンプ、30…ダイアフラム、31…膜部、31a…面、31b…面、41…両面テープ、42…透過抑制層、42a…面。
Claims (10)
- 半導体製造工程で使用される薬液の流通を制御する薬液制御装置に適用され、作動気体により加圧されるダイアフラムであって、
前記薬液に耐性を有するフッ素樹脂により形成された膜部と、
前記膜部における前記作動気体により加圧される側の面に設けられ、前記膜部よりも前記作動気体を透過させにくい透過抑制層と、
を備えるダイアフラム。 - 前記透過抑制層は、両面テープにより前記膜部に貼り付けられている、請求項1に記載のダイアフラム。
- 前記膜部と前記両面テープとの間には、前記膜部の表面を活性化させる表面処理が施されている、請求項2に記載のダイアフラム。
- 前記透過抑制層は、ポリ塩化ビニリデン又はエチレン-ビニルアルコール共重合体により形成されている、請求項1~3のいずれか1項に記載のダイアフラム。
- 前記透過抑制層の厚みは、10~40[μm]である、請求項1~4のいずれか1項に記載のダイアフラム。
- 前記透過抑制層における前記膜部と反対側の面には、他の層が積層されておらず、
前記膜部における前記薬液に接触する側の面には、他の層が積層されていない、請求項1~5のいずれか1項に記載のダイアフラム。 - 前記透過抑制層の透過係数[N2]は、2.3×10^-10~18.7×10^-9である、請求項1~6のいずれか1項に記載のダイアフラム。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載のダイアフラムを備え、
前記ダイアフラムの変形により前記薬液の吸入及び吐出を実行するポンプとして使用される、薬液制御装置。 - 150~300[kPa]の前記作動気体により前記ダイアフラムを加圧する、請求項8に記載の薬液制御装置。
- 前記透過抑制層の透過係数[N2]は、2.3×10^-10~18.7×10^-9である、請求項8又は9に記載の薬液制御装置。
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