(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高粘度流体（以下、流体という）を供給源圧力により、流体供給配管途中に設けられた加圧タンク内に導入し、安定供給可能な加圧ガスを前記加圧タンク内の流体液面の上部に導入することにより、流体を該タンク外に送出する高粘度流体の送液装置において、
前記加圧タンクの底部が前記流体供給配管に接続されると共に、この接続部に流体の導入口及び送出口が設けられており、
前記導入口を通して前記加圧タンク内に予め導入されている流体と前記加圧ガス雰囲気の界面に、流体液面の昇降動作に伴い昇降自在で、かつ、流体と加圧ガス雰囲気とを分離するフロートを設け、
前記フロートの変位量を検出する変位量検出手段と、
前記変位量検出手段の出力に基づいて前記加圧タンクから送出された送出液量を算出すると共に、この算出された送出液量に基づいて該送出液量が一定に維持されるように前記加圧ガスの加圧圧力若しくは送出時間を制御する制御部とを有することを特徴とする加圧タンクを用いた高粘度流体の送液装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）製造装置等のノズル等に高粘度の薬液等を供給する送液装置に関し、加圧タンクを用いることにより安定した圧力で薬液等を供給する送液装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高粘度の薬液をノズルから吐出させて半導体の製造やＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）の製造に使用するにあたり、薬液を薬液供給配管の途中に設けた加圧タンク内に一旦貯留し、加圧タンク内を一定圧力の加圧ガスにて加圧して薬液を送出することにより、安定した一定圧力の薬液を薬液ノズルへ送液する送液装置が知られている。
【０００３】
この従来の送液装置における加圧タンクの構造を図７及び図８に示す。加圧タンク１９の蓋２０には、加圧タンク１９内に薬液２８を導入するための供給ポート２１と、加圧タンク１９内の薬液２８が送出される送液ポート２２と、加圧タンク１９内に加圧ガス３０を送り込んで加圧するための加圧ポート２３と、加圧タンク１９内の加圧ガス３０を逃がすためのガス抜きポート２４が設けられている。
【０００４】
供給ポート２１は、一端が加圧タンク１９内の上方部分にて開口しており、他端が加圧タンク１９の外部で不図示の薬液供給配管を介して薬液供給源に接続される。送液ポート２２は、一端が加圧タンク１９内の下方部分にて開口しており、他端が加圧タンク１９の外部で不図示の薬液供給配管を介して薬液ノズルに接続される。加圧ポート２３は、一端が加圧タンク１９内の上方部分にて開口しており、他端が加圧タンク１９の外部で不図示の加圧ガス供給部に接続される。ガス抜きポート２４は、一端が加圧タンク１９内の上方部分にて開口しており、他端が加圧タンク１９の外部に開放されている。これら供給ポート２１、送液ポート２２、加圧ポート２３、ガス抜きポート２４は、それぞれ不図示のバルブにより開閉されるようになっている。
【０００５】
また、加圧タンク１９の内部には、上限管理センサ２６ａと下限管理センサ２６ｂが備えられており、その信号線２７が加圧タンク１９の蓋２０を通して外部に引出されている。これらの上限管理センサ２６ａと下限管理センサ２６ｂは、薬液２８の液面に浮くフロート２５の近接を検出するフロート式の液面センサで構成されている。これら上限管理センサ２６ａと下限管理センサ２６ｂは、加圧タンク１９内に貯留される薬液２８の液面に浮くフロート５の近接を検出することにより薬液の液面の液位を検出し、薬液２８が供給ポート２１の開口部から送液ポート２２の開口部の範囲で貯留するように管理するためのものである。
【０００６】
加圧タンク１９内に薬液２８を貯留するには、送液ポート２２と加圧ポート２３を閉じると共に供給ポート２１とガス抜きポート２４を開く。これにより、薬液２８は、薬液供給源から薬液供給配管を通って供給ポート２１より加圧タンク１９内に流入し貯留される。また、加圧タンク１９から薬液２８を送出するには、供給ポート２１とガス抜きポート２４を閉じると共に送液ポート２２と加圧ポート２３を開き、加圧ガス３０を加圧ポート２３を介して加圧タンク１９内に送り込む。これにより、加圧タンク１９内に加圧ガス３０が送り込まれて加圧タンク１９内が加圧され、その圧力により送液ポート２２から薬液２８が送出される。送出された薬液２８は薬液供給配管を通って薬液ノズルへ送液される。ガス加圧部から一定圧力の加圧ガス３０を送出することにより加圧タンク１９内は一定圧力に加圧され、これにより、送液ポート２２からは一定圧力の薬液２８が送液され、薬液ノズルからは一定圧力の薬液２８が吐出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の送液装置において、半導体の製造やＦＰＤの製造に用いる薬液２８には複数種の物質から構成されているものがあり、複数種の物質から構成される薬液２８は、長時間放置しておくと、物質の性質や分子量の差異等により２層に分離してくることがある。また、薬液２８は加圧タンク１９内で加圧ガス３０と直に接触するので、加圧ガス３０が薬液２８に溶け込むことにより変化、変質したり、圧力が加えられることにより変化、変質することがある。
【０００８】
また、薬液２８が高粘度であると、図８に示すように、送液ポート２２の付近で下方に窪んだ状態となってしまう。このため、薬液２８の上にできた分離したり変化、変質した液２９の層も窪んでしまい、分離したり変化、変質した液２９が送液ポート２２から送出されてしまい、薬液ノズルから分離したり変化、変質した液２９が吐出されてしまうことがある。また、高粘度な薬液２８は、室温変動等に伴う薬液２８の液温変動が粘度に及ぼす影響が大きく、薬液２８の粘度が変化した場合に、加圧ガス３０の加圧圧力及び送出時間が同じであると、薬液２８の送出液量が変動するという問題点があった。
【０００９】
また、薬液２８の供給や送出の際に、液面が揺らぐことによって正確な液面の検出が困難である等の問題点や、下限センサ２６ｂが故障したり誤操作した場合には、送液ポート２２から加圧ガス３０が出されてしまい、薬液ノズルから加圧ガス３０が噴出するという問題点もあった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、分離した液や変化、変質した液が送出されることがなく、また、加圧ガスが薬液中に溶け込むことのない安定した流体の供給、送液を図ると共に、流体の送出液量を一定に維持でき、さらに、より正確な液面の検出を行うと共に、誤って加圧ガスが送出されることのない加圧タンクを用いた送液装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、高粘度流体（以下、流体という）を供給源圧力により、流体供給配管途中に設けられた加圧タンク内に導入し、安定供給可能な加圧ガスを前記加圧タンク内の流体液面の上部に導入することにより、流体を該タンク外に送出する高粘度流体の送液装置において、前記加圧タンクの底部が前記流体供給配管に接続されると共に、この接続部に流体の導入口及び送出口が設けられており、前記導入口を通して前記加圧タンク内に予め導入されている流体と前記加圧ガス雰囲気の界面に、流体液面の昇降動作に伴い昇降自在で、かつ、流体と加圧ガス雰囲気とを分離するフロートを設け、前記フロートの変位量を検出する変位量検出手段と、前記変位量検出手段の出力に基づいて前記加圧タンクから送出された送出液量を算出すると共に、この算出された送出液量に基づいて該送出液量が一定に維持されるように前記加圧ガスの加圧圧力若しくは送出時間を制御する制御部とを有する構成とした。
【００１２】
この構成においては、加圧タンクに流体を導入するとき、加圧タンク内にはタンク底部の導入口から流体が流入してゆく。このとき、フロートは流入してくる流体に浮き、流入してくる流体の液面の上昇と共にフロートも上昇してゆく。また、加圧タンクから流体を送出するとき、加圧タンク内の流体液面の上部に加圧ガスを送り込むと、その圧力により流体に浮いているフロートが押し下げられて、フロートの下に貯留されている流体が送出口から押し出されて送出される。また、加圧タンク内では、フロートは流体の増減に伴い流体の液面に浮いた状態で上下に移動する。加圧タンク内に貯留される流体は、このフロートにより加圧ガス雰囲気と分離された状態となる。また、フロートの変位量に基づいて加圧タンクからの送出液量が算出され、その算出された送出液量に基づいて送出液量が一定に維持されるように加圧ガスの加圧圧力若しくは送出時間が制御されるため、粘度変化等の外乱に依らず加圧タンクから送出される液量が一定に維持される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。まず、本実施形態による加圧タンクを用いた送液装置の概略構成を図１に示す。また、この送液装置の制御部の概略構成を図５に示す。送液装置１は高粘度の薬液（高粘度流体）を貯留する金属製の加圧タンク２を備えている。この加圧タンク２は、上方部分が略円筒形状をしており、下方部分が略円錐形状をしている。
【００１７】
この加圧タンク２の上部には蓋３が設けられており、この蓋３に、加圧タンク２内へ加圧ガスを導入するための加圧ポート４と、加圧タンク２内の加圧ガスをタンク外へ逃がすためのガス抜きポート５が設けられている。加圧ポート４は、バルブ３６により開閉されるようになっていて、その先には不図示の加圧ガス供給装置が接続されている。また、ガス抜きポート５は、バルブ３５により開閉されるようになっていて、その先は外気に開放されている。また、蓋３の中心部には透明な円筒形の窓３１が設けられている。
【００１８】
また、加圧タンク２の底部すなわち円錐形状の先端部には、加圧タンク２内に薬液を導入するための供給ポート（流体導入口）６と、加圧タンク２内に貯留されている薬液を送出するための送液ポート（流体送出口）７が設けられている。この供給ポート６と送液ポート７は流路を共用して加圧タンク２の底面の略中央に設けられており、マニホールド８により流路が分岐されている。マニホールド８により分岐された各流路の先には、各流路を開閉するためのオペレートバルブ９とオペレートバルブ１０が設けられている。そして、オペレートバルブ９の先には、不図示の薬液供給配管を介して薬液供給装置が接続され、オペレートバルブ１０の先には、不図示の薬液供給配管を介して薬液ノズルが接続される。
【００１９】
加圧タンク２の内部には、薬液の液面に浮いて薬液と加圧ガス雰囲気とを分離し、かつ薬液の液面の上下変位に伴い自在に上下変位するフロート１１が設けられている。このフロート１１は、フロート部１１−１に凹部１１−２を設け、フロート部１１−１の略中央における下方に栓部１１−３を設け、上方に支柱１１−４を設けた構造になっている。また、この支柱１１−４は、蓋３の中央部にあるる窓３１を通して外部から見えるようになっている。
【００２０】
フロート部１１−１は、加圧タンク２内で上下に変位できるように、その径が加圧タンク２の内径より若干小さいものとなっている。また、フロート部１１−１は、裏面が平らになっている。凹部１１−２は、フロート１１に浮力を生じさせるためのものである。栓部１１−３は、フロート１１が下限位置まで変位したときに、加圧タンク２の底に設けられている送液ポート７を塞いで加圧タンク２内から薬液１７が送出されるのを防ぐためのものであり、フロート部１１−１の略中央における下方に設けられている。また、この栓部１１−３は、フロート１１が薬液の液面上で略水平にバランスよく浮くための重りの役割も果たす。
【００２１】
また、蓋３の裏側に、フロート１１が上限位置に来たときにそれを検出する上限管理センサ（位置検出センサ）１３と、フロート１１が下限位置に来たときにそれを検出する下限管理センサ（位置検出センサ）１４が設けられている。これら上限管理センサ１３、及び下限管理センサ１４は、フロート部１１−１からの反射光を受光してフロート部１１−１までの距離を測定し、フロート部１１−１が所定の距離（上限位置及び下限位置）に存在するときに信号を出力する反射型の光センサで構成されている。蓋３の外側へは、上限管理センサ１３及び下限管理センサ１４の信号線１５、１６が引出されている。また、ＣＣＤカメラ３２は、蓋３に設けられた窓３１を通して見える支柱１１−４が撮像できる位置に固定されている。
【００２２】
加圧ポート４のバルブ３６（図５）、ガス抜きポート５のバルブ３５（図５）、オペレートバルブ９、及びオペレートバルブ１０は、上限管理センサ１３と下限管理センサ１４からの信号によって制御部５０（図５）により電動制御されて、自動的に各ポートを開閉するようになっている。また、これらの各バルブは、不図示の操作ボタンを操作することによっても、電動制御されて各ポートを開閉することができるようになっている。
【００２３】
上記のように構成された本実施形態の送液装置１においては、加圧タンク２に薬液１７を貯留するときには、送液ポート７のオペレートバルブ１０と加圧ポート４のバルブ３６を閉じ、供給ポート６のオペレートバルブ９とガス抜きポート５のバルブ３５を開く。これにより、加圧タンク２内の加圧ガスがガス抜きポート５から逃げ、薬液１７は、薬液供給装置から薬液供給配管、オペレートバルブ９、マニホールド８、供給ポート６を通り、加圧タンク２内に流入して貯留される。このとき、薬液１７は加圧タンク２の底すなわちフロート１１の下側から流入してくるので、フロート１１は薬液１７の液面に浮くことができる。
【００２４】
このときの様子を図２（ａ）に示す。フロート１１は、フロート部１１−１の裏面側と栓部１１−３が薬液１７の中に沈み、フロート部１１−１の上方部分が薬液１７の液面より上に出た状態で、薬液１７に浮いている。フロート１１は、フロート部１１−１の径が加圧タンク２の内径より若干小さい径となっているので、薬液１７の液面の上下変位に伴って上下変位する。また、フロート部１１−１により、フロート部１１−１の下部に貯留される薬液１７と上部に充満している加圧ガス４０とが接触することなく隔てられた状態となっている。また、フロート部１１−１の裏面は平らにしてあるので、フロート１１が薬液１７に浮いていることにより、薬液１７の液面が平らに維持される。
【００２５】
薬液１７が加圧タンク２内に更に流入してゆくと、薬液１７の液面の上昇と共にフロート１１も上昇してゆく。そして、フロート１１が所定位置まで上昇すると、上限管理センサ１３により、フロート１１が所定位置まで上昇したことが検出され、その信号が信号線１５から出力される。供給ポート６のオペレートバルブ９とガス抜きポート５のバルブ３５は、この信号を受けた制御部５０により閉じられる。これにより、薬液１７の加圧タンク２への貯留作業が終了する。
【００２６】
一方、加圧タンク２から薬液１７を送出するには、供給ポート６のオペレートバルブ９とガス抜きポート５のバルブ３５（図５）を閉じ、加圧ポート４のバルブ３６（図５）を開く。これにより、加圧ガス４０が加圧ガス供給装置から加圧ポート４を通って加圧タンク２内に送り込まれ、加圧タンク２内が加圧される。このとき、ＣＣＤカメラ３２により支柱１１−４の先端部を撮像し、その位置ｈ１（図６）を画像処理コントローラ３４により検出し、制御部５０に出力する。次に、送液ポート７のオペレートバルブ１０を開くと、圧力により薬液１７に浮いているフロート１１が押し下げられて、フロート１１の下に貯留されている薬液１７が送液ポート７から送出される。送出された薬液１７はマニホールド８、オペレートバルブ１０、薬液供給配管を通り薬液ノズルへ送液され、薬液ノズルから薬液１７が吐出される。
【００２７】
薬液１７が加圧タンク２内から送出されてゆくと、薬液１７の液面の下降と共にフロート１１も下降してゆく。フロート１１のフロート部１１−１の裏面は平らにしてあるので、薬液１７の送液中においても、やはり、薬液１７の液面は平らに維持される。次に、予め設定された時間が経過すると、送液ボ−ト７のオペレートバルブ１０は、制御部５０により閉じられ、薬液１７の送出が停止される。このとき、ＣＣＤカメラ３２により支柱１１−４の先端部を撮像し、その位置ｈ２（図６）を画像処理コントローラ３４により検出し、制御部５０に出力する。制御部５０は、得られたｈ１およびｈ２から送出前後の支柱１１−４の位置差Δｈ（図６）を、Δｈ＝ｈ１−ｈ２として検出し、既知の加圧タンク２の内面積Ｓから送出液量ＱをＱ＝Ｓ・Δｈとして求める。
さらに、制御部５０は、設定送出液量Ｑ０と比較し、送出液量Ｑを設定送出液量Ｑ０とするために、Ｑ＞Ｑ０の場合は、レギュレータ３３により加圧圧力を高くする若しくは送液ポート７のオペレートバルブ１０を開ける時間を長くし、Ｑ＜Ｑ０の場合は、レギュレータ３３により加圧圧力を低くする若しくは送液ポート７のオペレートバルブ１０を開ける時間を短くする。
なお、送出液量Ｑは、加圧圧力Ｐおよび送出時間Ｔに比例するので、制御部５０は、加圧圧力で補正を行う場合は、補正加圧圧力Ｐ’＝Ｐ・（Ｑ０／Ｑ）…（１）、送出時間で補正を行う場合は、補正送出時間Ｔ’＝Ｔ・（Ｑ０／Ｑ）…（２）として算出した加圧圧力若しくは送出時間にすればよい。また、予め設定された時間が経過する前に、フロート１１が所定位置まで下降すると、下限管理センサ１４により、フロート１１が所定位置まで下降したことが検出され、その信号が信号線１６から制御部５０に出力される。制御部５０は、送液ポート７のオペレートバルブ１０と加圧ポート４のバルブ３６を閉じ、薬液１７の加圧タンク２からの送液を停止する。
【００２８】
このとき、下限管理センサ１４の故障や誤操作等により送液ポート７のオペレートバルブ１０と加圧ポート４のバルブ３６が閉じられなかったとしても、最終的には、図２（ｂ）に示すように、ようにフロート１１の栓部１１−３により送液ポート７が塞がれ、これにより、薬液１７の加圧タンク２からの送液が停止する。
【００２９】
ここで、もし加圧タンク２内にフロート１１が設けられていないと、薬液１７は、図３の矢印に示すような流れとなり、薬液１７及び薬液１７の上にできた分離したり変化、変質した液１８の層が共に、送液ポート７の付近で下方に窪んだ状態となってしまう。このため、薬液１７の貯留量が減少してきたときに、分離したり変化、変質した液１８や加圧ガス４０が送液ポート７から送出されてしまう可能性がある。それに対し、本発明においては、加圧タンク２内にフロート１１を設けているので、薬液１７は、図４の矢印に示すような流れとなり、薬液１７及び薬液１７の上にできた分離したり変化、変質した液１８の層共に平らに維持される。このため、分離したり変化、変質した液１８付近の薬液１７は送液ポート７から送出され難くなる。また、薬液１７と加圧ガス４０との界面にフロート部１１−１が介在することにより、受圧面上の圧力分布が均一になるので、薬液１７の安定した送出が可能となる。
【００３０】
また、フロート部１１−１の径を加圧タンク２の内径より少しだけ小さい径にしているので、薬液１７と加圧ガス４０とを接触することなく隔てられ、加圧ガス４０が薬液１７に溶け込んで薬液１７が分離したり変化、変質したりすること自体起り難くなる。また、加圧タンク２の底部に供給ポート６及び送液ポート７を設けているので、薬液１７は、加圧タンク２内への供給時及び加圧タンク２からの送出時のいずれにおいても、加圧ガス４０にさらされることがなく、加圧ガス４０が薬液１７に溶け込んで薬液１７が分離したり変化、変質したりすること自体起り難くなる。
【００３１】
また、フロート１１の上面を検出面として、光学式の上限管理センサ１３及び下限管理センサ１４により薬液１７の液量を検出しているので、安定かつ正確に薬液１７の液量が検出される。また、下限管理センサ１４の故障や誤操作等があっても、薬液１７の液面がある一定以上低下すれば、フロート部１１−１の下方の栓部１１−３により送液ポート７が塞がるので、分離したり変化、変質した液１８が送液ポート７から送出されることはない。
さらに、送出前後でのフロート１１の変位量を検出するようにしているので、送出毎に送出液量Ｑを得ることができ、また、得られた送出液量Ｑが設定送出液量Ｑ０となるように加圧圧力若しくは送出時間を制御するようにしているので送出量Ｑを一定に維持することが可能となる。
【００３２】
本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、供給ポート６と送液ポート７は、流路を共用せずに別々に加圧タンク２に設けてもよい。この場合、それら供給ポート６と送液ポート７は何れも加圧タンク２の底部に設け、フロート１１の栓部１１−３は少なくとも送液ポート７を塞ぐように構成すればよい。
【００３３】
また、上記実施形態において、加圧タンク２は、下方部分を円錐形状とせず、例えば全体を円筒形状としてもよい。また、上限管理センサ１３及び下限管理センサ１４は、反射型の光センサに代えて、例えば静電容量式のセンサにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、高粘度流体と加圧ガスとの界面にフロートが介在するので、高粘度流体の液に加圧ガスが溶け込んで液が変質、変化することがない。また、高粘度流体の受圧面上の圧力分布が均一になるので、高粘度流体の安定した送出が可能となる。さらに、高粘度流体と加圧ガスとの界面にフロートが介在するうえ、高粘度流体は加圧タンクの底部から送出されるので、分離した液や変化、変質した液、さらには加圧ガスが加圧タンクから送出されることはなく、必要とする正常な液を安定して送出することができる。また、送出前後のフロートの変位量を検出して得た送出液量と設定送出液量を比較し、送出液量が一定に維持されるように加圧ガスの加圧圧力若しくは送出時間を補正するようにしたので、粘度変化等の外乱に依らず加圧タンクから送出される液量を設定液量に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による加圧タンクを用いた送液装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】  同装置の加圧タンク内における薬液とフロートの状態を示す図。
【図３】  加圧タンク内にフロートが設けられていない場合の、加圧タンク内における薬液とフロートの状態を示す図。
【図４】  本発明の一実施形態による加圧タンクを用いた送液装置の、加圧タンク内における薬液とフロートの状態を示す図。
【図５】  本発明の一実施形態による加圧タンクを用いた送液装置の制御部を示す概略構成図。
【図６】  同装置のＣＣＤカメラによる支柱の撮像イメージ図。
【図７】  従来の送液装置の概略構成を示す斜視図。
【図８】  従来の送液装置の加圧タンク内における薬液の状態を示す図。
【符号の説明】
１  送液装置
２  加圧タンク
４  加圧ポート
５  ガス抜きポート
６  供給ポート（流体導入口）
７  送液ポート（流体送出口）
１１  フロート
１１−１  フロート部
１１−２  凹部
１１−３  栓部
１１−４  支柱
１３  上限管理センサ（位置検出センサ）
１４  下限管理センサ（位置検出センサ）
１７  薬液（高粘度流体）
３２  ＣＣＤカメラ（変位量検出手段）
４０  加圧ガス
５０  制御部
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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