(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ室が形成されたポンプハウジングと、
前記ポンプハウジング内に伸縮自在に配置され、一端が前記ポンプハウジングに固定されたベローズと、
前記ベローズの内部に軸方向に往復動自在に取り付けられ、前記ベローズの他端部に固定される駆動ロッドと、
前記駆動ロッドを軸方向に往復動することにより、前記ベローズが伸びるときに前記ポンプ室内に供給された液体をポンプ室の外部に排出し、前記ベローズが収縮するときに前記ポンプ室内に液体を流入させる駆動手段とを有し、
前記ベローズの有効径を前記ベローズの両端部から中央部に向けて徐々に小さく設定し、前記ベローズの伸縮変形の全範囲におけるいずれの位置においても前記ベローズの軸方向の単位伸縮変位当たりの前記ポンプ室の容積変化が一定となるようにしたことを特徴とするベローズポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体を供給するベローズポンプに関し、特に、フォトレジスト液などの液体を一定量吐出するために使用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハにフォトレジスト液を塗布するために、ベローズポンプが使用されることがある。ベローズポンプは、蛇腹形状となりポンプハウジング内に軸方向に伸縮自在に配置されるベローズと、このベローズ内に設けられるとともにベローズの先端部に連結された駆動ロッドとを有している。ベローズの他端部はポンプハウジングに固定されるようになっており、駆動ロッドによりベローズを軸方向に伸縮移動させることによって、ポンプハウジングとベローズとの間に供給された液体は、ポンプハウジングから吐出されることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなベローズを用いたポンプにあっては、通常、ベローズが伸びる方向に変位するときに、液体をポンプハウジングから吐出させるようにしており、フォトレジスト液などの液体を高精度で一定量吐出させるには、ベローズの延び動作の全ての範囲において、単位伸びの長さ当たりのベローズの変位量が一定となることが望ましい。
【０００４】
しかしながら、従来のベローズポンプにあっては、ベローズの伸縮変位の全範囲つまり全ストロークの範囲において、高い精度でのベローズの変位量の直線性が得られない場合がある。
【０００５】
この原因を追求したところ、従来のベローズは蛇腹形状のベローズ本体部の内周ひだ部と外周ひだ部との径によって定まる有効径は、ベローズ本体の全体に渡って同一となっているが、液体を吐出する際にベローズを伸びる方向に変形させても、ベローズとポンプハウジング内に液体を収容している空間の容積が一定に変化しないためであると推測される。種々の実験と研究を行ったところ、ポンプ駆動するためにベローズを伸ばす方向に変位させると、単位移動量に対する容積変化はベローズが伸びるに従い小さくなることが判明した。この理由は、ベローズを構成する各山谷の径がベローズの伸びに従って小さくなり、これがベローズ全体としての有効径の縮小として現れるからであると考えられる。
【０００６】
本発明の目的は、ベローズポンプの吐出精度を向上することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のベローズポンプは、ポンプ室が形成されたポンプハウジングと、前記ポンプハウジング内に伸縮自在に配置され、一端が前記ポンプハウジングに固定されたベローズと、前記ベローズの内部に軸方向に往復動自在に取り付けられ、前記ベローズの他端部に固定される駆動ロッドと、前記駆動ロッドを軸方向に往復動することにより、前記ベローズが伸びるときに前記ポンプ室内に供給された液体をポンプ室の外部に排出し、前記ベローズが収縮するときに前記ポンプ室内に液体を流入させる駆動手段とを有し、前記ベローズの有効径を前記ベローズの両端部から中央部に向けて徐々に小さく設定し、前記ベローズの伸縮変形の全範囲におけるいずれの位置においても前記ベローズの軸方向の単位伸縮変位当たりの前記ポンプ室の容積変化が一定となるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
本発明のベローズポンプにあっては、ベローズの伸縮動作によってポンプ室の容積を変化させると、ベローズの軸方向の伸縮量とポンプ室の変化とが一定となり、高精度でポンプ動作を行うことが可能となり、ベローズポンプの吐出精度が向上する。
【０００９】
【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。
【００１０】
図１は本発明の一実施の形態であるベローズポンプを示す断面図である。
【００１１】
このベローズポンプは、内部にポンプ室１０が形成されたポンプハウジング１１を有し、このポンプハウジング１１内にはベローズ１２が配置されている。このベローズ１２は、複数の内側ひだ部と外側ひだ部を有し蛇腹形状となったベローズ本体部１２ａと、この一端部に一体に設けられた頭部１２ｂと、他端部に一体に設けられた基端部１２ｃとを有し、基端部１２ｃでポンプハウジング１１に固定されている。このベローズ１２は、供給される液体がフォトレジスト液である場合には、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）により形成されており、ポンプハウジング１１も同様の樹脂材料により形成されている。ただし、液体の特性によっては、ベローズ１２およびポンプハウジング１１の材料は任意の材料とすることが可能である。
【００１２】
このベローズ１２の外側とポンプハウジング１１とにより形成されたポンプ室１０内に液体を案内するために、流入ポート１３がポンプハウジング１１に形成され、この流入ポート１３に接続された流路１４は、フォトレジスト液などの液体を収容する液体タンク１５に逆止弁１６を介して接続されている。ポンプハウジング１１には吐出ポート１７が形成され、この吐出ポート１７に接続された流路１８は、半導体ウエハなどからなる被塗布物Ｗに対して液体を吐出する吐出ノズル１９に対して逆止弁２０を介して接続されている。
【００１３】
ベローズ１２の内部には軸方向に往復動自在に駆動ロッド２１が配置され、この駆動ロッド２１の先端はベローズ１２の頭部１２ｂに連結され、後端部はベローズ１２の基端部１２ｃから突出している。駆動ロッド２１の後端部には、駆動ロッド２１を直線方向に往復動する駆動部２２が取り付けられている。この駆動部２２としては、たとえば、特開平7-130627号公報に示されるように、モータにより駆動される送りねじを駆動ロッド２１にねじ結合するようにしてモータにより駆動するようにしても良く、空気圧シリンダや油圧シリンダなどの流体圧シリンダによって駆動ロッド２１を往復動するようにしても良い。
【００１４】
駆動ロッド２１によりベローズ１２が伸び変形すると、ポンプ室１０内に供給された液体はポンプ室１０の容積が小さくなるので、逆止弁２０を介して吐出ノズル１９から吐出されることになり、このときには、逆止弁１６によって流入ポート１３は閉じられることになる。一方、駆動ロッド２１によりベローズ１２が収縮すると、ポンプ室１０の容積が大きくなり、液体タンク１５内の液体が逆止弁１６を介してポンプ室１０内に流入することになる。このときには、逆止弁２０は閉じられることになる。
【００１５】
図２はベローズ１２を拡大して示す断面図であり、図２（Ａ）はベローズが収縮した状態を示し、図２（Ｂ）はベローズが伸びた状態を示す。
【００１６】
ベローズ本体部１２ａは、複数の内側ひだ部と外側ひだ部とを有し、これらがジグザグ状に折れ曲がった蛇腹形状となっており、内側ひだ部と外側ひだ部とにより定まる平均有効径Ｄは図２において二点鎖線で示されている。
【００１７】
図２（Ａ）に示されるように、ベローズ１２の断面形状はその収縮時におけるベローズ本体部１２ａの有効径がベローズ１２の両端部から中央部に向けて徐々に小さくなるように鼓形となっている。このように、ベローズ本体部１２の断面形状を鼓形とすると、図２（Ａ）で示す収縮状態から図２（Ｂ）で示す伸びた状態にベローズ１２を変形させたときに、伸びに伴ってベローズ本体部１２ａの中央部分は両端部から径方向外方に引っ張られる力を受けて径方向外方に変位することになる。
【００１８】
図３は従来使用されているベローズ１２を比較例として示す断面図であり、同図（Ａ）に示すようにベローズ１２の収縮時のベローズ本体部１２ａをストレートに設定すると、図３（Ｂ）に示すように、ベローズ１２が伸びた時には各山谷の径は小さくなり、その中央部分が特に縮小するように変形することになった。このため、ベローズ１２が伸びることによるポンプ動作にあっては、伸び動作において、ベローズ１２の軸方向の単位ストローク当たりのポンプ室の容積変化が少なくなることがある。
【００１９】
図４は図２に示す本発明のベローズを有するベローズポンプと、図３に示す比較例のベローズを有するベローズポンプとのそれぞれの吐出特性を示すグラフである。破線Ｂで示すように、図３に示すベローズを用いた場合には、ベローズ１２の伸びの終了端に近づくに従い、単位ストローク当たりの吐出流速が低下して、吐出流速の直線性が得られないが、実線Ａで示すように、本発明のベローズを有するベローズポンプは、ベローズ１２の全ストロークにおいても吐出流速の直線性に優れたものとなった。つまり、ベローズ１２の伸びの開始時期から伸びの終了時期までの全ストロークのいずれの位置においても、ベローズの軸方向の単位変位当たりのポンプ室１０の容積変化が一定となった直線性に優れた特性のポンプが得られた。
【００２０】
図５は他のタイプのベローズポンプを示す断面図であり、図５にあっては、前記実施の形態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。
【００２１】
この場合には、液体吐出装置３０を駆動するために、ベローズポンプが使用されており、ベローズポンプの構造は、液体流出入ポート２３を有することを除き、図１に示された構造と同様となっている。
【００２２】
液体吐出装置３０は一端部に流入側のジョイント部３１が設けられ、他端部に流出側のジョイント部３２が設けられた円筒形状の本体部３３を有し、この本体部３３の中には、両端部がそれぞれのジョイント部３１，３２に取り付けられた径方向に膨張収縮自在の可撓性チューブ３４が配置されている。流入側のジョイント部３１は供給側の流路１４により液体タンク１５に接続され、流出側のジョイント部３２は吐出側の流路１８により吐出ノズル１９に接続されている。
【００２３】
この可撓性チューブ３４と本体部３３との間は、液体を収容する収容室３５となっており、本体部３３に形成された連通ポート３６とベローズポンプの液体流出入ポート２３とを連結する流路３７により、収容室３５とポンプ室１０は連通している。
【００２４】
したがって、ベローズポンプの駆動部２２を作動させることによって、ベローズ１２を伸ばすように変形させると、ポンプ室１０の容積が小さくなってこの中の液体が流路３７を介して収容室３５内に供給される。これにより、可撓性チューブ３４が収縮することになって逆止弁２０を介して可撓性チューブ３４内の液体が吐出ノズル１９に案内される。一方、ベローズ１２を収縮するように変形させると、ポンプ室１０の容積が大きくなってこの中に収容室３５内の液体が案内され、可撓性チューブ３４は膨張することになる。これにより、液体タンク１５内の液体は逆止弁１６を介して可撓性チューブ３４内に案内される。
【００２５】
吐出ノズル１９からフォトレジスト液を吐出する場合には、それぞれのジョイント部３１，３２と可撓性チューブ３４の材料を前述したＰＦＡとすることが望ましい。
【００２６】
図５に示すように、吐出ノズル１９から吐出される液体をポンプ作動するための可撓性チューブ３４を作動させるために、ベローズポンプを用いるようにしても良く、図１に示すように、ベローズポンプにより直接吐出ノズル１９に液体をポンプ作動させるようにしても良い。
【００２７】
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ことはいうまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、ベローズ１２の伸縮変形の全範囲におけるいずれの位置においてもベローズの軸方向の単位伸縮変形当たりのポンプ室の容積変化が一定となるので、吐出特性に優れた高精度のベローズポンプが得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるベローズポンプを示す断面図である。
【図２】（Ａ）は収縮した状態における図１に示されたベローズを拡大して示す断面図であり、（Ｂ）は伸びた状態におけるベローズを示す同様の断面図である。
【図３】（Ａ）は収縮した状態における比較例のベローズを示す断面図であり、（Ｂ）は伸びた状態における比較例のベローズを示す断面図である。
【図４】本発明のベローズポンプと比較例のベローズポンプとを比較して示す特性線図である。
【図５】本発明の他の実施の形態であるベローズポンプを示す断面図である。
【符号の説明】
１０        ポンプ室
１１        ポンプハウジング
１２        ベローズ
１２ａ      ベローズ本体部
１２ｂ      頭部
１２ｃ      基端部
１３        流入ポート
１４        流路
１５        液体タンク
１６        逆止弁
１７        吐出ポート
１８        流路
１９        吐出ノズル
２０        逆止弁
２１        駆動ロッド
２２        駆動部
２３        連通ポート
３０        液体吐出装置
３１，３２  ジョイント部
３３        本体部
３４        可撓性チューブ
３５        収容室
３６        連通ポート
３７        流路
【図１】
0003865938.tif 000002
【図２】
0003865938.tif 000003
【図３】
0003865938.tif 000004
【図４】
0003865938.tif 000005
【図５】
0003865938.tif 000006