(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体流入口と液体流出口とを有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、前記液体流入口と前記液体流出口とを結び連通させて液体の流路を形成する樹脂製のチューブ状弁体と、
貫通孔が形成され前記ハウジングに締結されるフランジ部を有し、前記貫通孔に連通する切り欠き部が形成されて前記チューブ状弁体内に配置されるとともに前記チューブ状弁体との間で流路の開度を変化させる内側弁体と、
前記ハウジング内に前記チューブ状弁体の外側に位置させて設けられ、前記チューブ状弁体を変形させる弁体変形手段と、
前記チューブ状弁体を前記弁体変形手段によって変形しにくい円弧状部と、変形し易い平坦部とを有する断面異形に形成したことを特徴とする液体制御用弁装置。
【請求項２】
請求項１記載の液体制御用弁装置において、前記ハウジング内に前記チューブ状弁体を囲むようにして形成された圧力室と、この圧力室内に供給され前記チューブ状弁体に圧力を作用させる圧力媒体とにより前記弁体変形手段を形成したことを特徴とする液体制御用弁装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の液体制御用弁装置において、前記内側弁体の外周面全体に突起を設け、前記チューブ状弁体と前記内側弁体との間の流路を全開状態と全閉状態とに設定する開閉バルブとしたことを特徴とする液体制御用弁装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の液体制御用弁装置において、前記チューブ状弁体と前記内側弁体との間の流路の開度を変化させてその流路の容積を調整するサックバックバルブとしたことを特徴とする液体制御用弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薬液などの液体を案内する流路に設けられ、液体の流れを制御する液体制御用弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ製造技術を始めとして、液晶基板製造技術、磁気ディスク製造技術および多層配線基板製造技術などの種々の技術分野における製造プロセスにあっては、フォトレジスト液、スピニオンガラス液、ポリイミド樹脂液、純水、現像液、エッチング液、有機溶剤などの化学薬液が使用されている。
【０００３】
これらの液体を被供給部にまで供給するには、ポンプなどの液体供給部と被供給部との間を液体供給管などの流路により接続するようにし、流路内の液体の流れを制御するために、流路には弁装置が組み込まれるようになっている。
【０００４】
たとえば、半導体ウエハにレジスト液を供給する場合には、薬液供給ポンプと塗布ノズルとの間に接続された流路には、この流路内を開閉するための開閉バルブと、レジスト液の塗布を終了した後にレジスト液を流路側に戻してレジスト液が塗布ノズルの先端から液垂れするのを防止するためのサックバックバルブが設けられている。
【０００５】
開閉バルブやサックバックバルブのような制御弁装置にあっては、従来では、ダイヤフラム型の弁体を有するものが使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような制御弁装置の弁体としてダイヤフラムを使用した場合には、弁装置内における流路に曲がり部が存在している。曲がり部が存在すると、この部分を液体が流れる際にキャビテーションに起因した泡が液体内に発生することがあった。また、曲がり部が存在すると、流路内に形成されたデッドスペースにおいて液体がそこに溜まり変質してしまうという問題点があった。
【０００７】
そのため、流路を開閉して液体を流したり流れを停止する開閉バルブ、流路の開度を調整する流量制御バルブおよびサックバックバルブなどのような液体の流れを制御する制御弁にあっては、バルブの部分における液体の流れが円滑となるような制御弁装置の開発が望まれている。
【０００８】
本発明の目的は、流路における液体の流れを円滑とし、流路内に液体が溜まってしまうデッドスペースを有しない液体制御弁装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１１】
すなわち、本発明の液体制御用弁装置は、液体流入口と液体流出口とを有するハウジングと、前記ハウジング内に配置され、前記液体流入口と前記液体流出口とを結び連通させて液体の流路を形成する樹脂製のチューブ状弁体と、貫通孔が形成され前記ハウジングに締結されるフランジ部を有し、前記貫通孔に連通する切り欠き部が形成されて前記チューブ状弁体内に配置されるとともに前記チューブ状弁体との間で流路の開度を変化させる内側弁体と、前記ハウジング内に前記チューブ状弁体の外側に位置させて設けられ、前記チューブ状弁体を変形させる弁体変形手段と、前記チューブ状弁体を前記弁体変形手段によって変形しにくい円弧状部と、変形し易い平坦部とを有する断面異形に形成したことを特徴とする。
【００１２】
弁体駆動手段として、ハウジング内にチューブ状弁体を囲むようにして形成された圧力室と、この圧力室内に供給され前記チューブ状弁体に圧力を作用させる圧力媒体とにより形成するようにしても良い。また、この液体制御用弁装置を流路を開閉する開閉バルブあるいは流路の開度を変化させてその流路の容積を調整するサックバックバルブとして使用するようにしても良い。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態である液体制御弁装置を有する薬液供給装置を示す図であり、この薬液供給装置は容器１内に収容されたレジスト液Ｌを半導体ウエハＷに塗布するために使用されている。図示するように、ポンプハウジング２に往復動自在に設けられたベローズ３を駆動するためにポンプハウジング２には駆動部材４が設けられており、ベローズ３の往復動によって２つの逆止弁５ａ，５ｂを介して薬液Ｌはノズル６に供給される。ノズル６と逆止弁５ｂの間に設けられた薬液供給路には、薬液Ｌの異物を除去するフィルタ７と、供給路を開閉する開閉バルブ８と、サックバックバルブ９とが設けられてる。
【００１５】
図示する薬液供給装置を用いて薬液Ｌを半導体ウエハＷに塗布する場合には、ベローズ３を後退移動させることにより逆止弁５ａを介して薬液Ｌをポンプ室内に流入し、ベローズ３を前進移動させることにより逆止弁５ｂを介してノズル６に薬液Ｌが供給される。所定の量の薬液Ｌをノズルから吐出した後には、ノズル６からの液垂れを防止するために、開閉バルブ８を閉じた後にサックバックバルブ９を作動させて、ノズル６の先端部内に薬液Ｌを吸引するようにしている。
【００１６】
図２〜５は、図１に示されそれぞれ制御弁装置を構成する開閉バルブ８とサックバックバルブ９とが一体となったバルブユニット１０を示す図であり、開閉バルブ８を構成する第１のハウジング１１と、サックバックバルブを構成する第２のハウジング１２とが接合端面の部分で接触しており、相互に４本のねじ部材１３によって締結されている。
【００１７】
第１のハウジング１１には流入ポート１４ａを有する流入側の接続アダプター１４が接合端面の反対側に組み付けられ、この接続アダプター１４の外側にはリテーナ１５が組み付けられている。一方、第２のハウジング１２には流出ポート１６ａを有する流出側の接続アダプター１６が接合端面の反対側に組み付けられ、この接続アダプター１６の外側にはリテーナ１７が組み付けられている。それぞれのハウジング１１，１２内には流入ポート１４ａから流出ポート１６ａにほぼ真っ直ぐに連なる連通孔が形成されている。
【００１８】
それぞれのハウジング１１，１２およびリテーナ１５，１７は金属により形成されており、接続アダプター１４，１６は、たとえば、フッ素樹脂であるテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）によりそれぞれ形成されている。
【００１９】
第１のハウジング１１の連通孔内には両端部にフランジ部２１，２２を有し、断面が図４に示すように長円形となった管状つまりチューブ状となったチューブ状弁体２３が配置されている。接続アダプター１４とハウジング１１との間に締結されるフランジ部２４を有する内側弁体２５がチューブ状弁体２３内に配置されている。チューブ状弁体２３および内側弁体２５は接続アダプター１４などと同様にＰＦＡにより形成されている。
【００２０】
この内側弁体２５にあっては、図６に示すように、フランジ部２４に長円形の貫通孔２６が形成され、内側弁体２５の横断面形状は、両側部に円弧形状部２５ａ，２５ｂを有し、中央部分には円弧形状部の幅よりも薄くなった幅狭部２７を有している。また、内側弁体２５には貫通孔２６に連通する切り欠き部２６ａが形成され、この切り欠き部２６ａに向かうに従って幅が狭くなったテーパー部２８が内側弁体２５に形成され、内側弁体２５の先端には先端に向かうに従って幅が狭くなったテーパー部２９が形成されている。また、内側弁体２５の長さ方向のほぼ中央部分には、外周面全体に突起３０が設けられている。ただし、この突起３０は図示するように１本のみでなく、複数本設けるようにしても良い。
【００２１】
チューブ状弁体２３は、図４に示されるように、ほぼ半円形の円弧部２３ａ、２３ｂと、これらに連なる平坦部２３ｃ，２３ｄとを有する断面長円形の異形断面形状となっている。それぞれの円弧部２３ａ，２３ｂの内面には、内側弁体２５の両側部に形成された円弧状部２５ａ，２５ｂが接触している。
【００２２】
第２のハウジング１２の連通孔内には両端部にフランジ部３１，３２を有し、断面が図５に示すように長円形となった環状つまりチューブ状となったチューブ状弁体３３が配置されている。接続アダプター１６とハウジング１２との間に締結されるフランジ部３４を有する内側弁体３５がチューブ状弁体３３内に配置されている。チューブ状弁体３３および内側弁体３５も、ＰＦＡにより形成されている。
【００２３】
この内側弁体３５にあっては、図７に示すように、フランジ部３４に長円形の貫通孔３６が形成され、内側弁体３５の横断面形状は、両側部に円弧形状部３５ａ，３５ｂを有し、中央部分３７が平坦な形状となっている。内側弁体３５には貫通孔３６に連通する切り欠き部３６ａが形成され、この切り欠き部３６ａに向かうに従って幅が狭くなったテーパー部３８が内側弁体３５に形成され、内側弁体３５の先端には先端に向かうに従って幅が狭くなったテーパー部３９が形成されている。
【００２４】
チューブ状弁体３３は、図５に示されるように、チューブ状弁体２３と同様に、ほぼ半円形の円弧部３３ａ，３３ｂと、これらに連なる平坦部３３ｃ，３３ｄとを有する断面長円形の異形断面形状となっている。平坦部３３ｄはその一部がストッパ５１により内側弁体３５に常時接触するようになっている。
【００２５】
図２に示されるように両方のハウジング１１，１２の間には、２つの内側弁体２５，３５の間に位置させて、段部が形成され、この段部にはスリーブ４０が配置され、このスリーブ４０にはその両側から内側弁体２５，３５のフランジ部２１，３１が接触し、流路内を流れる液体をシールしている。このスリーブ４０はハウジング１１，１２あるいは内側弁体２５，３５と同様の材質により形成されている。
【００２６】
第１のハウジング１１内にはチューブ状弁体２３の外側を囲むようにして圧力室４１が形成され、第２のハウジング１２内にもチューブ状弁体３３の外側を囲むようにして圧力室４２が形成されている。それぞれのハウジング１１，１２には、図３に示すように、圧力室４１，４２に連通する操作ポート４３ａ，４４ａを有するアダプター４３，４４が取り付けられている。
【００２７】
操作ポート４３ａから圧力室４１内に、加圧された空気を注入してこの圧力室４１を正圧状態にすると、図４（ｂ）に示すように、チューブ状弁体２３は内側弁体２５に向けて変形し、チューブ状弁体２３と内側弁体２５との間の流路が閉塞される。一方、操作ポート４３ａを介して圧力室４１内を負圧状態つまり真空状態にすると、図４（ａ）に示すように、チューブ状弁体２３は内側弁体２５の幅狭部２７から離れて流路が開かれる。このようにして、圧力室４１内の圧力を変化させることにより、チューブ状弁体２３は開閉バルブとして機能する。
【００２８】
図５に示すように、ハウジング１２にはストッパ５１を有するキャップ５２が取り付けられており、このストッパ５１の先端部は、チューブ状弁体３３の平坦部３３ｄを押し付けてこの部分を内側弁体３５に密着させている。一方、ハウジング１２に取り付けられた支持筒体５３には、ストッパ５１に対向するように、調整ねじ５４がねじ結合されており、この調整ねじ５４の先端にはチューブ状弁体３３の図５における平坦部３３ｃに接触する調整駒５５が設けられている。
【００２９】
調整ねじ５４の後端部にはノブ５６が設けられ、このノブ５６を用いて調整ねじ５４を回転させることによって、調整駒５５のチューブ状弁体３３に接触する位置を調整することができる。なお、符号５７はロックナットを示す。
【００３０】
図５（ａ）はチューブ状弁体３３がその中の流路を広げてその容積を大きくした状態を示す図であり、圧力室４２内を真空状態に設定することにより、図示する状態となって、サックバック状態となる。一方、図５（ｂ）に示すように、圧力室４２内を正圧状態とすると、チューブ状弁体３３内の流路の断面積が小さくなり、サックバック戻し状態となる。
【００３１】
それぞれのチューブ状弁体２３，３３は、内部にほぼ真っ直ぐな流路を形成しており、内部を流れる薬液などの液体は蛇行したり曲がったりすることなく、内側弁体２５，３５との間の断面積が変化するのみであり、液体は流路内を円滑に流れることになる。これにより、流路内にはデッドスペースが存在することがなくなり、流路内に液体が溜まることつまり停留が防止され、薬液の変質発生が防止され。また、曲がり部が存在しないことから、液体が流路内を流れる際にキャビテーションに起因した泡が液体内に発生することを防止することができる。
【００３２】
それぞれのチューブ状弁体２３，３３は、前述のように、フッ素樹脂であるＰＦＡにより形成されており、比較的硬度の高い樹脂により形成されているために、ゴムなどと比較して大きな圧力を加えなければ変形しないが、チューブ状弁体２３は、円弧部２３ａ，２３ｂと平坦部２３ｃ，２３ｄを有し、これらの平坦部２３ｃ，２３ｄは円弧部２３ｃ，２３ｄに比較して変形し易いことから、圧力室４１内に正圧を加えたり負圧を加えると、平坦部２３ｃ，２３ｄの部分が変形することになり、流路が開閉されることになる。平坦部２３ｃ，２３ｄの変形量は、圧力室４２内の圧力と一定の関係となる。
【００３３】
チューブ状弁体３３もチューブ状弁体２３と同様に、ほぼ半円形の円弧部３３ａ，３３ｂと、これらに連なる平坦部３３ｃ，３３ｄとを有しており、圧力室４２内に正圧を加えたり負圧を加えると、円弧部３３ａ，３３ｂはその形状のために比較的変形しにくく、平坦部３３ｃの部分は変形し易い。したがって、平坦部３３ｃの中心部が最も大きな変形量となって図５（ｂ）に示すように変形する。その変形量は、圧力室４２内の圧力と一定の関係となる。
【００３４】
チューブ状弁体２３，３３を図示するような異形断面形状とすることなく、断面円形とした場合には、圧力室４１，４２内の圧力と変形量との関係を一定にすることができなかった。この理由は、チューブ状弁体の素材が比較的硬度の高い樹脂により形成されており、かつ断面が円形となっていると、所定の圧力を超えるまではチューブ状弁体は変形せず、その圧力を超えた時点で急に変形することとになり、その変形量、変形個所が不特定となるからである。
【００３５】
半導体ウエハの製造に使用される薬液にあっては、その中に異物が混入したり、流路を構成する素材が薬液によって腐食したり、溶解されないようにすることが必要となっており、弁装置を構成する部材にも薬液が接触する部分には金属などを使用することができない。したがって、チューブ状弁体としても、ゴムなどのように比較的容易に変形し得るものを使用することができず、前述したようなフッ素樹脂の使用が考慮されたが、チューブ状弁体２３，３３の断面形状を円形断面とすると、高い精度での液体の流れの制御を行うことができなかった。
【００３６】
これに対して、図示するように、円弧部と平坦部とを有する異形断面形状のチューブ状弁体２３，３３を使用すると、平坦部が円弧部に比してその形状の故に比較的容易に変形し、その変形量は圧力室内の圧力と一定となる良好な特性となることが判明した。
【００３７】
図示する実施の形態にあっては、図４（ｂ）に示す状態から、図４（ａ）に示す状態に戻すために、圧力室４１内を負圧状態としているが、チューブ状弁体２３を形成する樹脂の種類や流路内を流れる液体の圧力によっては、平坦部２３ｃ，２３ｄを内側弁体２５の幅狭部２７に向けて図４（ａ）に示すように押し付ける際にのみ加圧し、押し付けられた状態から図４（ｂ）に示すように平坦部２３ｃ，２３ｄを戻す際には圧力室４１に負圧を供給しないようにしても良い。このことは、チューブ状弁体３３についても同様である。
【００３８】
次に、図１に示す薬液供給装置に前記したバルブユニット１０を使用して、薬液を供給する手順について説明する。
【００３９】
図１に示す駆動部材４を作動させて、容器１内の薬液Ｌをノズル６から吐出させるには、開閉バルブ８を構成するチューブ状弁体２３を図４（ａ）に示すように、流路を開いた状態とし、サックバックバルブ９を構成するチューブ状弁体３３を図５（ｂ）に示すように、流路を狭めた状態とする。この状態のもとで、薬液はノズル６から吐出されてウエハＷの表面に塗布される。
【００４０】
塗布が終了したときには、圧力室４１内に正圧を供給してチューブ状弁体２３を図４（ｂ）に示すように、その平坦部２３ｃ，２３ｄを幅狭部２７に押し付けて、流路を閉塞する。これにより、ノズル６からの液体の吐出が停止される。次いで、圧力室４２内に負圧を供給してチューブ状弁体３３の平坦部３３ｃを、図５（ａ）に示すように、変形して流路を広げる。これにより、チューブ状弁体３３内の流路の容積が拡大し、ノズル６からサックバックバルブ９までの流路内に占める薬液が逆流することになり、ノズル６からの液垂れが防止される。
【００４１】
図示するバルブユニット１０は開閉バルブ８を構成するハウジング１１と、サックバックバルブ９を構成するハウジング１２とが組合せられているが、それぞれを別々に独立させるようにしても良い。また、本発明の液体制御用弁装置は、実施の形態に示すように、開閉バルブやサックバックバルブとして使用することなく、流量を制御するためのバルブなどのように種々の弁装置として使用することができ、腐食性の液体を制御する場合に特に有用である。
【００４２】
図８（ａ），（ｂ）はそれぞれチューブ状弁体２３と内側弁体２５の変形例であり、前記実施の形態にあってはそれぞれの断面が長円形となっているのに対して、図８（ａ）に示すように、チューブ状弁体２３の断面形状を４つの円弧部と４つの平坦部とを有するほぼ四角形としたり、図８（ｂ）に示すように、チューブ状弁体２３の断面形状を３つの円弧部と３つの平坦部を有するほぼ三角形としても良い。チューブ状弁体３３と内側弁体３５についても同様に図８（ａ），（ｂ）に示す形状としても良い。
【００４３】
図９はチューブ状弁体２３の平坦部２３ｃ，２３ｄを変形させるための弁体変形手段の他の具体例を示す概略構造図であり、シリンダ６１内に設けられたピストン６２に対してピストンロッド６３を介して変形部材６４が取り付けられており、変形部材６４に対して平坦部２３ｃに向かう押し付け力を付勢するために、シリンダ６１の後端部内には圧縮コイルばね６５が設けられている。変形部材６４の先端には、ゴムなどからなり幅狭部２７の表面形状に対応した形状の押圧部６４ａが設けられている。
【００４４】
チューブ状弁体２３内の流路を広げる際に変形部材６４を後退移動させるために、シリンダ６１の前端部内に形成された圧力室６６内には圧縮空気が供給路６７から供給されるようになっており、圧力室４１には流路を広げる際にこの中を負圧状態に設定するために、操作ポート４３ａには負圧流体供給路が接続されるようになっている。なお、平坦部２３ｄを変形させる構造も、平坦部２３ｃを変形させる構造と同様となっている。また、チューブ状弁体２３などを形成するための樹脂としては、前記したＰＦＡ以外に、たとえば、フッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を使用するようにしても良い。
【００４５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４６】
たとえば、本発明は図示する実施の形態におけるレジスト液の塗布以外に、種々の液体を供給する場合における弁装置に適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００４８】
（１）．弁装置内における流路がほぼ真っ直ぐとなっており、流路の面積を徐々に変化させることにより、流路の開度を変化させるようにしたことから、流路の曲がり部が存在することなく、液体を円滑に案内することができ、流路内の滞留を防止できる。
【００４９】
（２）．曲がり部が存在しないことから、キャビテーションの発生が防止され、キャビテーションに起因した液体内における泡の発生を防止することができる。
【００５０】
（３）．流路の開度調整を高い精度で確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液体制御弁装置が使用された薬液供給装置を示す概略図である。
【図２】本発明の液体制御弁装置の一実施の形態であるバルブユニットを示す断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ  −ＩＩＩ  線に沿う断面図である。
【図４】（ａ）は図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であり、（ｂ）はチューブ状弁体が変形した状態における同図（ａ）の要部を示す断面図である。
【図５】（ａ）は図２におけるＶ−Ｖ線に沿う断面図であり、（ｂ）はチューブ状弁体が変形した状態における同図（ａ）の要部を示す断面図である。
【図６】チューブ状弁体を示す斜視図である。
【図７】他のチューブ状弁体を示す斜視図である。
【図８】（ａ），（ｂ）はそれぞれチューブ状弁体の変形例を示す断面図である。
【図９】弁変形手段の他の具体例を示す概略構造図である。
【符号の説明】
１０        バルブユニット
１１，１２  ハウジング
１３        ねじ部材
１４        接続アダプター
１４ａ      流入ポート（液体流入口）
１５        リテーナ
１６        接続アダプター
１６ａ      流出ポート（液体流出口）
１７        リテーナ
２１，２２  フランジ部
２３        チューブ状弁体
２３ａ，２３ｂ  円弧部
２３ｃ，２３ｄ  平坦部
２４        フランジ部
２５        内側弁体
２６        貫通孔
２７        幅狭部
２８，２９  テーパー部
３１，３２  フランジ部
３３        チューブ状弁体
３３ａ，３３ｂ  円弧部
３３ｃ，３３ｄ  平坦部
３４        フランジ部
３５        内側弁体
３６        貫通孔
３７        中央部分
３８，３９  テーパー部
４０        スリーブ
４１，４２  圧力室
４３        アダプター
４３ａ      操作ポート
４４        アダプター
４４ａ      操作ポート
５１        ストッパ
５２        キャップ
５３        支持筒体
５４        調整ねじ
５５        調整駒
５６        ノブ
５７        ロックナット
【図１】
0003619604.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003619604.tif 000007
【図７】
0003619604.tif 000008
【図８】
0003619604.tif 000009
【図９】
0003619604.tif 000010