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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sprühvorrichtung (Sprühpistole)
für kleine Flüssigkeitsmengen zum extrem feinen
Zerstäuben einer Flüssigkeit, wie eines flüssigen
Fotolacks (photoresist agent) oder Fotoresistagens, eines Oberflächenschutzfilms,
eines Funktionsbeschichtungsagens usw., und zu ihrem Aufbringen
auf ein zu beschichtendes Objekt, wie einen Halbleitersiliziumwafer,
ein Glassubstrat, unterschiedliche Arten von Kunstharzen, Metallteilen
usw., um einen dünnen Film zu bilden.
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Stand der Technik
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Bisher
wurden zum Bilden eines Films aus einem Fotoresistagens oder zum
Bilden eines Funktionsfilms mit einer Trockenfilmdicke von 10 μm
oder weniger auf einem Halbleitersiliziumwafer oder einem Glassubstrat
im Allgemeinen Anwendungstechniken wie Rotationsbeschichtung oder
Stangenbeschichtung usw. angewendet.
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Damit
werden gute Ergebnisse erzielt, wenn es sich um Halbleitersiliziumwafer
oder Glassubstrate handelt, die eben sind, oder wenn die Oberfläche,
auf die das Resistagens aufzutragen ist, plan ist, wenn jedoch [die
Oberfläche] uneben, nicht plan ist und die Applikation
mit einer Rotationsbeschichtungsvorrichtung vorgenommen wird, dann
kann das Beschichtungsmaterial bei der Durchführung der
erforderlichen Rotation des zu beschichtenden Objekts wegfliegen,
und es ist schwierig, einen Film mit einer Rotations- oder Stangenbeschichtungsvorrichtung
usw. auf einem kugelförmigen oder einem zylinderförmigen
zu beschichtenden Objekt zu bilden, die Formen aufweisen, die nicht
rotiert werden können. Auch wenn die zu beschichtende Oberfläche
ungleichmäßig ist (ein großes Querschnittverhältnis
(aspect ratio) aufweist) oder Vertiefungen oder Öffnungen
aufweist, ist es nicht möglich, den ungleichmäßigen
Teil oder die Seiten und Bodenflächen der Vertiefungen
oder der Seiten der Öffnungen oder Löcher usw.
zu beschichten.
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Aus
dem Grunde wurden Verfahren zum Bilden eines Films aus einem Beschichtungsmaterial
mit einer Sprühpistole untersucht; aber um einen Film zu
erzielen, dessen Trockendicke 10 μm oder weniger beträgt, liegt
der Partikeldurchmesser der zerstäubten Flüssigkeit
im Allgemeinen bei 10 μm–20 μm, so dass
es wellenförmige Ungleichmäßigkeiten
im Beschichtungsfilm, unterschiedliche Filmdicken, eingeschlossene
Blasen usw. gibt, auch ist eine beachtliche Zeit erforderlich, um
die Einstellungen für die Beschichtungsbedingungen vorzunehmen,
und es ist schwierig, eine Filmdicke mit guter Präzision
zu erreichen. Wird der Sprühvorgang mit einer gewöhnlichen
Air-Spray-Pistole vorgenommen, dann liegt der Partikeldurchmesser
des Beschichtungsmaterials im Allgemeinen bei etwa 10 μm–15 μm,
selbst wenn die Viskosität auf 20 cps oder weniger reduziert
ist.
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Wenn
Partikel des Beschichtungsmaterials an unebenen Teilen einer um
20 μm abgestuften Fläche haften und sich sammeln,
ist der Partikeldurchmesser groß, so dass das Beschichtungsmaterial
an den Ecken des zurückspringenden Teils durchhängt
und zu dünn wird. Wenn versucht wird, den Partikeldurchmesser
zu verkleinern, zum Beispiel auf 10 μm oder weniger, kann
[ein Film] nur gebildet werden, wenn der Zerstäubungsluftdruck
auf 0,4 MPa oder mehr erhöht wird und die dispergierte
Menge reduziert wird. In diesem Fall ist der Zerstäubungsluftdruck
zu hoch und die Partikel, die 10 μm oder kleiner sind,
haften ungleichmäßig an dem zu beschichtenden
Objekt und die Beschichtungseffizienz fällt auf 30% oder
weniger, und es handelt sich nicht um eine erfolgreiche Applikationsvorrichtung.
Beträgt die übliche Trockenfilmdicke 10 μm
für eine gewöhnliche Beschichtung einer flachen
Oberfläche, dann beträgt die Präzision
bei Bildung der Filmdicke eines Sprühvorgangs ± 10%
oder mehr.
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Bei
der Bildung eines Films von 10 μm oder weniger ist ein
Luft-Zerstäubungssystem im Allgemeinen das preiswerteste
Sprühsystem. Es gibt auch Sprühpistolen, die das
Zerstäuben unter Verwendung eines Ultraschall-Zerstäubungssystems
durchführen können; die Sprühgeschwindigkeit
ist jedoch zu langsam, und in der Praxis ist die Haftung an dem
zu beschichtenden Objekt ungleichmäßig; darum
werden sie im Allgemeinen als Befeuchter usw. eingesetzt. Auch bei
Sprühsystemen, die ohne Luft arbeiten, und bei Zentrifugen-Zerstäubungssystemen
wird die Viskosität der Flüssigkeit auf 20 cps
oder weniger reduziert, um Partikel von 10 μm oder weniger
zu bilden; aber sie haben den Nachteil, dass bei einer Entfernung
von 300 mm oder mehr vom Sprühausstoßausgang nur
etwa 20% der insgesamt abgegebenen [Menge] zur Bildung genutzt werden;
zusätzlich sind sie für geringe Abgabemengen,
bei denen 30 ccm oder weniger pro Minute auf das zu beschichtende
Objekt aufgebracht werden, nicht geeignet. Darum ist es üblich,
ein Zwei-Fluid-Sprühsystem in Betracht zu ziehen, das die
Luftzerstäubung zum Bilden von Filmen anwendet, die so
dünn wie 10 μm oder noch dünner sind.
Wie oben beschrieben wurde, besteht jedoch der größte
Nachteil darin, dass die Beschichtungseffizienz extrem niedrig ist – etwa
20 bis 30% – und es bisher nicht möglich war,
eine Präzision bei der Dicke des Beschichtungsfilms von ± 5%
oder besser zu erreichen, wie es bei einer Rotationsbeschichtungsvorrichtung
für eine Filmdicke im Bereich von 10 μm oder weniger
der Fall ist.
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Dementsprechend
ist auch die Verwendung eines als Air-Brush-System bekannten Sprühsystems,
bei dem es sich um ein spezielles Sprühsystem handelt,
als eine Luft-Sprühvorrichtung in Betracht gezogen worden.
Bei einem Air-Brush-System handelt es sich um ein System, das eine
kleine, von Hand gehaltene Sprühpistole verwendet, und
das oft zur Beschichtung von Kunststoffkomponenten oder kleinen
Produkten benutzt wird. Die Düsenöffnung ist 0,5
mm ϕ oder kleiner, und die zur Steuerung des Beschichtungsmaterialausstoßes benutzte
Nadel ist nadelförmig ausgebildet. Wenn Beschichtungsmaterial
an der nadelförmigen Nadel haftet und an ihr entlang herausfließt,
zerstäubt die umgebende Druckluft aufgrund des Ejektoreffekts
das Beschichtungsmaterial. Die abgegebene Menge kann auf 5 ccm oder
weniger pro Minute begrenzt werden, und es ist möglich,
winzige Partikel von 10 μm oder weniger zu bilden, wenn
sich die Sprüh düse in einer nahen Entfernung von
etwa 10 mm befindet; es ist also möglich das zu beschichtende
Objekt mit einer hohen Effizienz von 80% oder mehr zu beschichten,
weil die Sprühdüse nahe am Objekt ist.
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Andererseits
ist ein zweistufiges Flüssigkeitszerstäubersystem,
wie es beispielsweise im Patentdokument 1 beschrieben ist, als ein
System bekannt, um winzige Partikel herzustellen und sie mit einem
Luft-Sprühsystem aufzubringen. Bei diesem Zerstäubungsverfahren
wird in einer ersten Stufe eine Flüssigkeit durch Druckluft
zerstäubt, und in der zweiten Stufe wirkt wirbelnde Luft
auf den Fluss der ausgestoßenen Flüssigkeit und
verbessert zusätzlich die Zerstäubung; die Beschichtung
wird als wirbelnder Ausstoßfluss durchgeführt.
- Patent-Dokument 1: JP
2004-89976 A
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Beschreibung der Erfindung
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Probleme, die von der Erfindung zu lösen
sind
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Mit
einem Sprühsystem, das das oben beschriebene Air-Brush-System
benutzt, ist es schwierig, kleine oder sehr kleine abgegebene Mengen
zu steuern. Das heißt, das Einstellen der abzugebenden
Menge ist ein System, bei dem der Nadelhub durch einen manuellen
Vorgang vergrößert oder verringert wird, so dass also
das Problem besteht, dass eine Quantitätssteuerung und
-einstellung eine beachtliche Geschicklichkeit erfordert, weswegen
eine automatische Beschichtung schwierig ist. Außerdem
besteht bei diesem Sprühsystem das Problem, dass die aufgebrachte
Musterbreite schmal ist: etwa 5 mm.
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Die
die Partikel herstellende bzw. aufbringende Vorrichtung, die im
Patent-Dokument 1 beschrieben ist, hat auch den Vorteil, dass das
Zerstäubungsmuster breiter ist als bei einem Air-Brush-System;
es besteht bei diesem System jedoch das Problem, dass die Einstellung
zum Aufbringen von winzigen Flüssigkeitsmengen schwierig
ist.
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Mit
der vorliegenden Erfindung sollen die Probleme der oben beschriebenen
konventionellen Flüssigkeitssprühvorrichtungen
gelöst werden. Es ist ein Ziel, eine Sprühvorrichtung
für kleine Flüssigkeitsmengen zu schaffen, die
winzige Partikel aus flüssigem oder geschmolzenem Material
bildet, und zwar auf derselben Ebene oder einer noch höheren wie
die außerordentlich winzigen Partikel, die von Ultraschall-Zerstäubersystemen oder
einem Air-Brush-System gebildet werden, und bei der die Flüssigkeitszufuhr
leicht und zuverlässig auf eine gewünschte kleine
Menge oder eine sehr kleine Menge eingestellt werden kann, und die
das Beschichten eines zu beschichtenden Objekts und das Haften daran
effizient durchführen kann, und die einen gleichmäßigen
und dünnen Film einer Flüssigkeit, wie eines flüssigen
Fotoresistagens, eines Oberflächenschutzfilms, eines funktionalen
Beschichtungsagens usw., auf einem zu beschichtenden Objekt, wie
einem Halbleitersiliziumwafer, einem Glassubstrat, unterschiedlichen
transparenten Teilen usw., durch Sprühbeschichtung bilden kann.
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Mittel zum Lösen
der Probleme
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Die
vorliegende Erfindung besteht zum Erreichen der oben genannten Ziele
aus der folgenden Art von Sprühvorrichtung für
eine kleine Flüssigkeitsmenge.
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Das
heißt, es ist eine Sprühvorrichtung zum Umformen
einer kleinen Flüssigkeitsmenge in kleine Partikel zum
Aufbringen auf ein zu beschichtendes Objekt mit einer Flüssigkeitszuführpassage,
einer extrem schlanken Nadel, deren Spitzenabschnitt nadelförmig
ist sowie lang und schlank und sich verschmälernd, mit einer
ersten Düse, die einen Ventilmechanismus mit dem Spitzenabschnitt
der Nadel bildet und eine extrem enge erste Düsenöffnung
hat, deren Form dem Spitzenabschnitt der Nadel entspricht und in
die der Spitzenabschnitt der Nadel einsetzbar in die erste Düsenöffnung
passt, mit einer zweiten Düse, die den Umfang der ersten
Düse umgibt und mit der ersten Düse eine ringförmige
erste Zerstäubungspassage mit komprimiertem Gas bildet
und die eine zweite Düsenöffnung mit kleinem Durchmesser
an ihrem unteren Ende aufweist, mit einer dritten Düse
am unteren Ende der zweiten Düse mit einer dritten Düsenöffnung,
wobei die dritte Düsenöffnung der dritten Düse
so geformt ist, dass sie die zweite Düsenöffnung
der zweiten Düse umgibt, und mit einer Mehrzahl von Zuführpassagen
für komprimiertes Gas zur zweiten Zerstäubungs-/Wirbelflussbildung,
die am Umfang der dritten Düsenöffnung gebildet
sind, und mit einer Einstellvorrichtung für den Nadelbewegungsbetrag,
die so vorgesehen ist, dass sie das hintere Ende der Nadel berühren
und extrem kleine Betragseinstellungen des Öffnungsspalts
des nadelförmigen Spitzenabschnitts der Nadel und der ersten
Düsenöffnung der ersten Düse vornehmen
kann. Beim Abgeben von Flüssigkeit aus der ersten Düsenöffnung
der ersten Düse sickert Flüssigkeit aus und kriecht
entlang des Spitzenabschnitts der Nadel, und die Flüssigkeit
wird durch die erste Zerstäubungspassage mit komprimiertem
Gas in kleine Partikel geformt und aus der zweiten Düsenöffnung
der zweiten Düse ausgestoßen, und dann strömt
der Ausstoßstrom durch die dritte Düsenöffnung
der dritten Düse und wird ausgestoßen, und das
komprimierte Gas der zweiten Zerstäubungs-/Wirbelflussbildung kollidiert
mit dem Ausstoßstrom, so dass der Ausstoßstrom
in noch kleinere Partikel geformt und verwirbelt und dispergiert
und auf das zu beschichtende Objekt aufgebracht wird.
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Daraus
ergibt sich, dass der Öffnungsspalt zwischen dem nadelförmigen
Nadelspitzenabschnitt und der ersten Düsenöffnung
um einen sehr kleinen Betrag durch die Einstellvorrichtung für
die Nadelbewegungsgröße einzustellen ist, wenn
Flüssigkeit abgegeben wird. Flüssigkeit sickert
aus der ersten Düsenöffnung und kriecht entlang
dem Spitzenabschnitt der Nadel, und die Flüssigkeit wird
durch das erste komprimierte Zerstäubungsgas, das durch
die erste Zuführpassage für komprimiertes Zerstäubungsgas
fließt, zu winzigen Partikeln umgeformt und aus der zweiten
Düsenöffnung ausgestoßen, und der Austoßstrom
passiert die dritte Düsenöffnung und wird ausgestoßen,
und die zweite Zerstäubungs-/Wirbelflussbildung aus komprimiertem
Gas der dritten Düse kollidiert mit diesem Ausstoßstrom,
so dass der Ausstoßstrom zu noch kleineren Partikeln geformt wird,
und wirbelt und sich ausbreitet und auf das zu beschichtende Objekt
aufgebracht wird.
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Zur
Einstellung der Flüssigkeitsabgabemenge kann die Größe
des Öffnungsspalts zwischen dem nadelförmigen
Nadelspitzenabschnitt und der ersten Düsenöffnung über
die Einstellvorrichtung für den Nadelbewegungsbetrag eingestellt
werden; so dass bei der Abgabe von Flüssigkeit entschieden
wurde, die Zerstäubung durch das erste komprimierte Zerstäubungsgas
mit einer Öffnung, die mit einer Einheit von 8–15 μm
einzustellen war, vorzugsweise mit einer beispielsweisen Öffnungseinheit
von 10 μm vorzunehmen, wozu die Nadelhublänge
benutzt wurde. Das Anbringen einer Einstellvorrichtung für
den Nadelbewegungsbetrag, die die Hublänge der Nadel um
den in diesem Beispiel angegebenen Wert der Einheit von 10 μm
einstellen kann, sichert die Wiederholbarkeit der Abgabemenge jedes
Mal, wenn die Düse sich öffnet und schließt,
und erzeugt ein stabiles Abgabeverhalten.
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In
diesem Fall ist es möglich, einen Micro-Adjust als Einstellvorrichtung
für die Nadelbewegungsgröße zu verwenden.
Es ist daher nicht erforderlich, das Steuern und Einstellen der
abgegebenen Flüssigkeit über ein Vergrößern
oder Verkleinern des Nadelhubs von Hand durchzuführen,
was, wie im Stand der Technik, Geschicklichkeit erfordern würde,
und die Steuerung der abgegebenen Menge kann bei guter Wiederholbarkeit ausgeführt
werden; es kann ein automatisiertes Beschichten durchgeführt
werden.
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Die
oben beschriebene Sprühvorrichtung für eine kleine
Flüssigkeitsmenge ist auch eine Kleinmengen-Sprühvorrichtung,
die das Merkmal aufweist, dass der nadelförmige Spitzenabschnitt
der Nadel so angeordnet ist, dass er bei geöffnetem Ventilmechanismus
in das Innere der dritten Düsenöffnung der dritten
Düse hineinragt. Daraus folgt, dass die abgegebene Flüssigkeit
den sehr kleinen Spalt zwischen der ersten Düsenöffnung
und dem Nadelspitzenabschnitt passiert, bei dem es sich um einen
ringförmigen Spalt handelt, der zur Spitze hin enger wird,
und nach außen an dem sehr schlanken Nadelspitzenteil entlangkriecht;
und als Folge wird eine geringe Menge der Flüssigkeit sicher
in Stromabwärtsrichtung auf das zu beschichtende Objekt
geleitet und abgegeben.
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Dann
wird der stabile Fluss der Flüssigkeit zerstäubt
und durch die Wirkung eines aufgrund des umgebenden ersten komprimierten
Zerstäubungsgases vorhandenen Unterdrucks zu winzigen Partikeln
gebildet; das Zerstäubungsgas hat beispielsweise einen
Druck von 0,1–0,3 MPa. Danach wird die Flüssigkeit
aus der zweiten Düsenöffnung ausgestoßen,
deren Öffnungsdurchmesser beispielsweise 0,8–1,5
mm ϕ beträgt. Der Ausstoßstrom passiert
zusätzlich die dritte Düsenöffnung, deren Öffnungsdurchmesser
1,0–2,0 mm ϕ beträgt, und kollidiert
mit der zweiten Zerstäubungs-/Wirbelflussbildung aus komprimiertem
Gas und wird davon dispergiert. Dieses Gas hat beispielsweise einen
Druck von 0,1–0,3 MPa und wird aus der Mehrzahl von Zuführpassagen
für komprimiertes Gas der dritten Düse ausgestoßen,
wodurch die Flüssigkeit zu noch winzigeren Partikeln gebildet
wird und der Bereich des Zerstäubungsmusters verbreitert
wird.
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Auch
handelt es sich bei der oben beschriebenen Sprühvorrichtung
für eine kleine Flüssigkeitsmenge um eine Sprühvorrichtung
für eine kleine Flüssigkeitsmenge, deren Merkmal
eine niedrige Viskosität der den Flüssigkeitszuführpassagen
zugeführten Flüssigkeit von 10–100 cps
ist, bei der der Austrittsöffnungsdurchmesser der ersten
Düsenöffnung der ersten Düse 0,2–0,6
mm beträgt, bei der der Winkel des nadelförmigen Nadelspitzenabschnitts
3–10 Grad beträgt, bei der der innere Öffnungsdurchmesser
der zweiten Düsenöffnung der zweiten Düse
0,8–1,5 mm beträgt und bei der der Öffnungsdurchmesser
der dritten Düsenöffnung der dritten Düse
1,0–2,0 mm beträgt. Der Bewegung-Bewegungsabstand
[sic] zur Durchführung von sehr geringen Einstellbeträgen
des Öff nungsspalts zwischen dem nadelförmigen
Nadelspitzenabschnitt und der ersten Düsenöffnung
der ersten Düse durch die Einstellvorrichtung des Nadelbewegungsbetrages
kann auf jede 8–15 μm (Mikron) (die Einheit) eingestellt
werden, und die Flüssigkeitsabgabemenge kann auf 0,1–10
cm3/min. eingestellt werden, wodurch aus
kleinen Flüssigkeitsmengen winzige Partikel gebildet und
aufgebracht werden.
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Als
Folge davon ist es möglich, eine kleine Flüssigkeitsmenge
mit guter Wirksamkeit und Genauigkeit aufzubringen. Das heißt,
es ist möglich, die Bildung von winzigen Partikeln in zwei
Stufen zu erzielen, wobei eine Flüssigkeit mit niedriger
Viskosität (10–100 cps) und einer abgegebenen
Menge von 0,1–10 cm3/min. durch
die erste bis dritte Düse geführt wird und dem
Nadelspitzenabschnitt stabil folgt und auf ein zu beschichtenden
Objekt geleitet wird, das sich stromabwärts befindet. Liegt
die Einheit des Nadelbewegungsabstands unter 8 μm, wird
der ringförmige Spalt zwischen der ersten Düsenöffnung
und dem Nadelspitzenabschnitt im Verhältnis zum Winkel
des Nadelspitzenabschnitts zu klein und es kann kein Fluid stabil
durch den Spalt fließen. Liegt diese Einheit über
15 μm, wird der ringförmige Spalt zu groß,
und es wird schwierig, winzige Partikel sicher herzustellen.
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Wird
der Durchmesser der Austrittöffnung der ersten Düse
verkleinert, dann ist es möglich, die Abgabeflussrate zu
beschränken; ist sie jedoch kleiner als 0,2 mm, ist ein
Verstopfen der Düsenöffnung wahrscheinlich. Ist
sie größer als 0,6 mm, dann ist es schwierig,
das Ziel der Herstellung von winzigen Partikeln aus einer Flüssigkeit
zu erreichen, besonders dann, wenn es sich bei der Ausstoßmenge
um eine winzige Menge von zum Beispiel 0,2–5,0 cm3/min. handelt. Im Lichte dieser Punkte ist
es vorzuziehen, dass der Durchmesser der Austrittöffnung
der ersten Düsenöffnung 0,3–0,5 mm beträgt.
Liegt der Durchmesser der zweiten Düsenöffnung
unter 0,8 mm, dann ist es aufgrund der Beziehung zum Durchmesser
der ersten Düsenaustrittöffnung schwierig, mit
dem ersten komprimierten Zerstäubungsgasstrom winzige Partikel
aus der Flüssigkeit herzustellen; und liegt der Öffnungsdurchmesser über
1,5 mm, wird das Sicherstellen eines stabilen Ausstoßstroms schwierig.
Liegt der Durchmesser der dritten Düsenöffnung
unter 1,0 mm, dann wird der Ausstoßstrom aus der zweiten
Düsenöffnung nicht stabil ausgegeben, und liegt
er über 2,0 mm, dann ist es schwierig, eine Kollision zu
erreichen und den Ausstoßstrom unter Verwendung der zweiten
Zerstäubung-/Wirbelflussbildung aus komprimiertem Gasstrom,
der um ihn herum abgegeben wird, zu zerstreuen.
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Wirkung der Erfindung
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Wie
es oben beschrieben wurde, kann die erfindungsgemäße
Sprühvorrichtung für eine kleine Flüssigkeitsmenge
leicht und zuverlässig die Abgabemenge einer kleinen Flüssigkeitsmenge
mit niedriger Viskosität steuern und einstellen; es ist
nicht erforderlich, den Nadelhub über einen manuellen Arbeitsgang
zu vergrößern oder zu verkleinern, was, wie im
Stand der Technik, Geschicklichkeit erfordert, und die Mengensteuerung
der abgegebenen Menge kann mit guter Wiederholbarkeit durchgeführt
werden. Es kann auch eine automatisierte Beschichtung durchgeführt
werden. Ebenso können Flüssigkeiten wie flüssige
Fotoresistagenzien, Oberflächenschutzfilme, Funktionsbeschichtungsagenzien
usw. in großem Maß und fein zerstäubt
werden, ohne dass die Beschichtungseffizienz verringert wird, und
es ist möglich, auf zu beschichtenden Objekten wie einem
Halbleitersiliziumwafer, einem Glassubstrat, verschiedenen Arten
von Kunstharzen, Metallteilen usw. dünne Filme zu bilden.
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Bester Aufbau zur Durchführung
der Erfindung
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Nachfolgend
wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf
der Basis von Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Ansicht der Systeme, wenn die erfindungsgemäße
Sprühvorrichtung für kleine Flüssigkeitsmengen
als ein automatischer Flüssigkeitssprühkopf für
niedrige Abgabemengen verwendet wird.
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2 ist
ein senkrechter Querschnitt der erfindungsgemäßen
Sprühvorrichtung für eine kleine Flüssigkeitsmenge
als automatischer Flüssigkeitssprühkopf für
niedrige Abgabemengen.
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht von Teil A in 2 und
ist eine vergrößerte Detailansicht der ersten bis
dritten Düse.
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4 ist
eine Bodenansicht der 3 und eine Ansicht der Bodenfläche
der dritten Düse.
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Teil 1 ist
ein Flüssigkeitssprühkopf für kleine
Abgabemengen; er weist ein Flüssigkeitszuführrohr 6 zur quantitativen
Zufuhr einer in einem Flüssigkeitstank 4 gespeicherten
Flüssigkeit auf, wobei eine Mengenzuführpumpe 6b für
die Zufuhr von Flüssigkeit verwendet wird. In dem Flüssigkeitszuführrohr 6 ist
auch ein Flüssigkeitszuführschaltventil 6a stromabwärts
der Mengenzuführpumpe 6b für die Zufuhr
von Flüssigkeit angeordnet. Am Schaltventil 6a ist
ebenfalls ein Rückführrohr 6c für
Flüssigkeit angeordnet, um Flüssigkeit in den Flüssigkeitstank 4 zurückzuführen,
wenn der Flüssigkeitssprühkopf 1 für
geringe Abgabemengen nicht zur Flüssigkeitsabgabe im Betrieb
ist. Das Umschalten der Fließrichtung der Flüssigkeit
geschieht auf die Weise, dass, wenn der Betrieb eines Kopfantrieb-Elektromagneten 3a stoppt,
d. h., wenn ein Nadelspitzenabschnitt 8A zur ersten Düsenöffnung 7a der
ersten Düse 7 durch die elastische Kraft einer
Feder 2F zurückgestoßen wird und der
Ventilmechanismus geschlossen wird, das Flüssigkeitszuführschaltventil 6a in
Betrieb geht und Flüssigkeit vom Flüssigkeitszuführrohr 6 zum
Flüssigkeitsrückführrohr 6c umgeschaltet
wird.
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Zusätzlich
ist der Flüssigkeitssprühkopf 1 für
geringe Abgabemengen mit einem Zuführrohr 5 für
die Druckluftzerstäubung der ersten Stufe als dem ersten
komprimierten Zerstäubungsgas verbunden sowie mit einem
Zuführrohr 11 für die Druckluftzerstäubung
der zweiten Stufe als dem zweiten komprimierten Gas der zweiten
Zerstäubung-/Wirbelflussbildung verbunden. Der Druck der
Druckluft kann durch entsprechende Zerstäubungsluftregler 5b und 11b eingestellt
werden. Die Zerstäubungsdruckluft der ersten Stufe fließt
zum Flüssigkeitssprühkopf 1 für
geringe Abgabemengen aufgrund des Betriebs eines Zerstäubung-Elektromagneten 5a der
ersten Stufe, und die Zerstäubungsdruckluft der zweiten
Stufe fließt aufgrund des Betriebs eines Zerstäubungs-Elektromagneten 11a der
zweiten Stufe zum Flüssigkeitssprühkopf 1.
Der Betriebsablauf der jeweiligen Elektromagneten geht im Allgemeinen
so vor sich, dass der Zerstäubung-Elektromagnet 5a der
ersten Stufe in Betrieb geht, und nach etwa 50 ms nehmen der Kopfantrieb-Elektromagnet 3a und
der Zerstäubung-Elektromagnet 11a der zweiten
Stufe im Wesentlichen gleichzeitig ihren Betrieb auf; das ist für
eine optimale Zerstäubung der Flüssigkeit geeignet.
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Ein
Nadelkörper 8, der lang und außerordentlich
schlank ist, ist im Zentrum des Flüssigkeitssprühkopfes 1 für
geringe Abgabemengen so angeordnet, dass er sich in vertikaler Richtung
bewegen kann. Ein Luftkolben 2B ist am oberen Endabschnitt
des Nadelkörpers 8 fest angeordnet. Die Feder 2F ist
zwischen dem Luftkolben 2B und einer Luftkolbenabdeckung 2A vorgesehen;
sie drückt den Nadelkörper 8 konstant
nach unten, um den zwischen dem Nadelspitzenabschnitt 8A,
dessen Spitzenabschnitt nadelförmig, lang und schlank und
sich verschmälernd ausgebildet ist, und der ersten Düsenöffnung 7a der ersten
Düse ausgebildeten Ventilmechanismus zu schließen.
Eine Fluidzuführpassage 6A [sic] ist zwischen
dem Nadelkörper 8 und seinem ihn umgebenden Kopfkörper 1a gebildet,
und eine erste Düse 7 ist am unteren Ende des
Kopfkörpers 1a befestigt. Eine erste Düsenöffnung 7a,
in die der Nadelspitzenabschnitt 8A im Passsitz eingeführt
werden kann, ist in der ersten Düse 7 mit einer
sich verjüngenden Form ausgebildet, die der Form des Nadelspitzenabschnitts
entspricht.
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Außen
an der ersten Düse 7 befindet sich die zweite
Düse 9, die am Kopfkörper 1a fest
so angeordnet ist, dass sie den Umfang der ersten Düse 7 umgibt
und die ringförmige erste Zerstäubungspassage 5A für
das komprimierte Gas bildet, dabei wird die Querschnittfläche
mit der ersten Düse 7 in Abwärtsrichtung
kleiner. Am unteren Ende der zweiten Düse 9 ist
eine zweite Düsenöffnung 9a mit kleinem
Durchmesser gebildet und bildet um den Umfang der Austrittöffnung
der ersten Düsenöffnung 7a eine Begrenzung.
Das heißt, die Fläche der Innenwand der zweiten
Düse 9 ist in umgekehrt konischer Form ausgebildet,
wobei sie an ihrem unteren Ende einschränkend wirkt, um
die zweite Düsenöffnung 9a mit kleinem
Durchmesser D2 zu bilden. Außerdem ist eine dritte Düse 10 fest
am unteren Ende der zweiten Düse 9 angeordnet;
die dritte Düse 10 ist so ausgebildet, dass ihre
Austrittöffnung die zweite Düsenöffnung 9a der
zweiten Düse 9 umgibt.
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Außerdem
sind in der dritten Düse 10, wie auch in 4 gezeigt,
eine Mehrzahl von zweiten Druckluftzuführpassagen 10b der
Zerstäubung-/Wirbelflussbildung vorgesehen. In Draufsicht
sind sie im gleichen Abstand auf demselben Kreis angeordnet, dessen
Zentrum der Mittenabschnitt der ersten Düsenöffnung 7A und
der zweiten Düsenöffnung 9a ist, d. h.,
zentriert auf die Achse des nadelförmigen Nadelspitzenabschnitts 8A,
und sie sind so angeordnet, dass, in Vorderansicht gesehen, die
Penetration schräg verläuft. Außerdem ist
die oben beschriebene dritte Düsenöffnung 10a im
unteren Endabschnitt der dritten Düse 10 ausgebildet und
erstreckt sich um eine vorbestimmte Länge über
die unter Fläche der zweiten Düsenöffnung 9 hinaus;
die Außenwand der dritten Düsenöffnung 10a ist
als umgekehrt konisch geformte schräge Fläche 10c ausgebildet. Deswegen
fließt der Druckluftstrom der zweiten Zerstäubung-/Wirbelflussbildung,
der aus den Druckluftzuführpassagen 10b ausgestoßen
wird, entlang der schrägen Fläche 10c und
bildet einen stabilisierten Wirbelfluss, der am gesamten Umfang
ausgerichtet ist. Dieser Wirbelfluss kollidiert mit dem Ausstoßstrom,
der aus der dritten Düsenöffnung 10 ausges toßen
wird, und bildet einen stabilisierten, nicht-turbulenten Wirbelausstoßstrom. Daraus
folgt, dass der Ausstoßstrom stabil und breit und fein
zerstäubt ist.
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Außerdem
wird der aus der zweiten Düsenöffnung 9a austretende
Ausstoßstrom nicht durch den Strom der den zweiten Zerstäubungs-/Wirbelfluss
bildenden Druckluft am Ort innerhalb des Vorsprungs der dritten
Düsenöffnung 10a beeinträchtigt,
so dass er stabil in Richtung des darunter befindlichen zu beschichtenden
Objekts austritt, und der Flüssigkeitszerstäubungsvorgang
der ersten Stufe, der zwischen der ersten Düse 7 und
der zweiten Düse 9 durchgeführt wird,
wird stabil ausgeführt.
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Die
dritte Düse ist am Kopfkörper 1a mit
einer Schiebemutter 11B befestigt. Innen ist die Schiebemutter 11B kastenförmig
ausgebildet und sie stellt die Druckluftpassage 11A [sic]
für die zweite Zerstäubungsstufe zwischen der
zweiten Düse 9 und dem Äußeren
der dritten Düse 10 dar.
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Ein
Micro-Adjust 2C ist am oberen Endabschnitt des Flüssigkeitssprühkopfes 1 für
kleine Abgabemengen als Einstellvorrichtung für den Nadelbewegungsbetrag
angeordnet, die sehr winzige Einstellungsänderungen des Öffnungsspalts
zwischen dem nadelförmigen Nadelspitzenabschnitt 8A und
der ersten Düsenöffnung 7a der ersten
Düse 7 durchführen kann. Am unteren Ende
des Micro-Adjust 2C ist ein Micro-Adjust-Ende 2D ausgebildet.
Auch ist das Micro-Adjust-Ende 2D auf eine solche Weise
vorgesehen, dass es das hintere (obere) Ende des Nadelkörpers 8 berühren
kann.
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Wird
eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität (10–100
cps) und einer Abgabemenge von 0,1–5,0 cm3/min.
zu winzigen Partikeln geformt und aufgebracht, dann ist der Durchmesser
D1 der Austrittöffnung der ersten Düsenöffnung 7a der
ersten Düse 7 gleich 0,2–0,6 mm ϕ,
der Winkel des nadelförmigen Nadelspitzenabschnitts 8A beträgt
3 bis 10 Grad, der Öffnungsinnendurchmesser D2 der zweiten
Düsenöffnung 9a der zweiten Düse 9 gleich
0,8–1,5 mm ϕ, der Öffnungsdurchmesser
D3 der dritten Düsenöffnung 10a der dritten Düse 10 beträgt
1,0–2,0 mm ϕ und der Bewegung-Bewegungsabstand
[sic] der Nadel zur Durchführung winziger Einstellungsbeträge
des Öffnungsspalts zwischen dem nadelförmigen
Nadelspitzenabschnitt 8A und der ersten Düsenöffnung 7a durch
den Micro-Adjust 2C kann auf jede 8–15 μm
(die Einheit) eingestellt werden.
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Bei
diesem Aufbau läuft der Betrieb des Flüssigkeitssprühkopfes 1 für
kleine Abgabemengen wie folgt ab: Wenn der Kopfantrieb-Elektromagnet 3a in
Betrieb ist, fließt Druckluft aus einem Kopfantrieb-Druckluftrohr 3 in
das Innere des Ventilluftkolbens 2, und der Luftkolben 2B wirkt
auf der Seite des Micro-Adjust 2C gegen die elastische
Kraft der Feder 2F. Der hintere Endabschnitt des Nadelkörpers 8,
der mit dem Luftkolben 2B verbunden ist, wird vorgeschoben
und berührt das Micro-Adjust-Ende 2D, und der
Hub des Nadelkörpers 8 wird an einer eingestellten
Position angehalten, und der Spalt zwischen der ersten Düsenöffnung 7a und
dem Nadelspitzenabschnitt 8A wird in einer vorbestimmten
Trennposition gehalten.
-
Dann
bewegt sich der Nadelspitzenabschnitt (8A) des Nadelkörpers
(8) weg von der ersten Düsenöffnung 7a und
bildet gegenüber der ersten Düsenöffnung 7a einen
winzigen Spalt, und die Flüssigkeit, die sich in der Flüssigkeitszuführpassage 6A im
Kopf befindet, wird aus dem Innern der ersten Düsenöffnung 7a auf die
Oberfläche des Nadelspitzenabschnitts 8A gedrückt,
und zwar durch Druck, der von der Mengenzuführpumpe 6b für
Flüssigkeit übertragen wird; gleichzeitig wird
die Flüssigkeit auf der Oberfläche des Nadelspitzenabschnitts 8A angesaugt
und aus der Austrittöffnung (unteres Ende) der ersten Düsenöffnung 7a durch
die Ejektorwirkung der Zerstäubungsdruckluft der ersten
Stufe, die von der Druckluftzuführpassage 5A der
ersten Zerstäubungsstufe im Kopf fließt, herausgezogen.
Die aus dem Austrittöffnungsteil der ersten Düsenöffnung 7a herausgezogene
Flüssigkeit wird gleichzeitig durch die Zerstäubungsdruckluft
der ersten Stufe zerstäubt, d. h., sie wird zu winzigen
Partikeln zerstäubt, und passiert die zweite Düsenöffnung 9a der
zweiten Düse 9 und wird in das Innere der dritten
Düsenöffnung 10a der dritten Düse 10 als
Ausstoßstrom geleitet. Hier wird ein Zerstäubungsmuster 12 der
ersten Stufe gebildet.
-
Danach
wird das Zerstäubungsmuster 12 der ersten Stufe,
bei dem es sich um einen Ausstoßstrom von winzigen, durch
Zerstäubung gebildeten Flüssigkeitspartikeln handelt,
durch den Ejektoreffekt, bei dem es sich um Zerstäubungsdruckluft
der zweiten Stufe handelt, zu noch kleineren Partikeln gemacht;
diese Zerstäubungsdruckluft der zweiten Stufe fließt
aus den den zweiten Zerstäubungs-/Wirbelfluss bildenden
Druckluftzuführpassagen 10b der dritten Düse 10 über
die Zerstäubungs-Druckluftzuführpassage 11A der
zweiten Stufe und wird verwirbelt, um einen Wirbelfluss zu bilden,
und es wird ein Zerstäubungsmuster 13 der zweiten
Stufe mit einem wirbelartigen Muster gebildet und haftet an einem
zu beschichtenden Objekt 14 und beschichtet es.
-
In
der vorliegenden Erfindung sind die als Beschichtungsagenzien verwendeten
Flüssigkeiten ein flüssiges Fotoresistagens, ein
Oberflächenschutzfilm und ein Funktionsbeschichtungsagens.
Als zu beschichtende Objekte sind Halbleitersiliziumwafer, Glassubstrate,
verschiedene Arten von Kunstharzen, Metallteile usw. geeignet.
-
Wie
oben beschrieben, wurde in der vorliegenden Ausführungsform
davon ausgegangen, dass eine erste Düse mit der ersten
Düsenöffnung 7a einen Austrittöffnungsdurchmesser
von 0,2–0,6 mm ϕ hat, dass der Nadelspitzenabschnitt 8A,
der die Rolle des die Flüssigkeitsabgabe steuernden Ventils
hat, so ausgebildet ist, dass er einen spitzen Winkel von 3 bis
10 Grad hat und sich zur ersten Düsenöffnung 7a der
ersten Düse 7 und der zweiten Düsenöffnung 9a der
zweiten Düse 9 erstreckt und sich weiter erstreckt
zur Düsenöffnung 10a der dritten Düse 10.
Es wurde entschieden, dass die Zerstäubung von Luft mit
einem Aufbau durchzuführen sei, bei dem die Öffnung
in Einheiten von 8–15 μm über die Nadelhublänge
bei der Abgabe von Flüssigkeit einzustellen sei. Das Anordnen
eines Mikro-Adjust 2D, mit dem der Hub der Nadel 8 in
Einheiten von 8–15 μm einzustellen ist, sicherte
die Wiederholbarkeit der bei jedem Öffnen und Schließen
des Ventils abzugebenden Menge und erzeugte damit eine stabile Abgabe.
-
Wenn
die abgegebene Flüssigkeit entlang des extrem schlanken
Nadelspitzenabschnitts 8A kriecht, wird die Flüssigkeit
durch die Unterdruckwirkung des umgebenden Zerstäubungsdruckluftflusses
der ersten Stufe mit einem Druck von 0,1–0,3 MPa zerstäubt
und wird aus der 0,8–1,5 mm ϕ großen
zweiten Düsenöffnung 9a der zweiten Abgabedüse 9 ausgestoßen
und kollidiert mit dem Zerstäubungs-/Wirbel-Druckluftfluss mit
einem Druck von 0,1–0,3 MPa der zweiten Stufe und tritt
aus der Öffnung von 1,0–2,0 mm ϕ der
dritten Düsenöffnung 10a der dritten
Düse 10 aus, wodurch die Flüssigkeit
dispergiert, was eine Bildung von noch winzigeren Partikeln und
Ausweitung des Zerstäubungsmusterbereichs befördert.
-
Das
bedeutet, dass in der vorliegenden Ausführungsform der
Sprühkopf 1, der eine kleine Flüssigkeitsmenge
versprüht und abgibt, eine Flüssigkeit mit niedriger
Viskosität, 10–100 cps, in einem Sprühmuster 15 effizient
aufbringen und haften lassen kann; das Sprühmuster 15 hat
eine trapezförmige Verteilung der vollen Sprühwirkung,
wobei der vorstehende spitzwinklige Nadelspitzenabschnitt 8A die
Flüssigkeitsabgabe an der ersten bis dritten Abgabedüse 7, 9 bzw. 10 steuert.
-
Das
heißt, der Flüssigkeitssprühkopf 1 für
kleine Abgabemengen nach der vorliegenden Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen spitzwinkligen Nadelspitzenabschnitt 8A mit
einem Winkel von 3–10° aufweist zur Steuerung
der Flüssigkeitsabgabe einer Flüssigkeit mit niedriger
Viskosität (10–100 cps) an der ersten Düse 7,
die eine erste Düsenöffnung 7a mit einer
Austrittöffnung von 0,2–0,6 mm ϕ aufweist,
und dass der Nadelspitzenabschnitt 8A sich zur ersten Düsenöffnung 7a,
zur zweiten Düsenöffnung 9a und der dritten
Düsenöffnung 10 erstreckt. Wenn die abgegebene
Flüssigkeit entlang dem Nadelspitzenabschnitt 8A kriecht,
wird die Flüssigkeit durch die Unterdruckwirkung des Luftstroms
der umgebenden Zerstäubungsdruckluft der ersten Stufe mit
einem Druck von 0,1–0,3 MPa versprüht und aus
der zweiten Düsenöffnung 9a von 0,8–1,5
mm ϕ der zweiten Abgabedüse 9 ausgestoßen
und kollidiert mit dem wirbelartigen Luftstrom der Zerstäubungs-/Wirbeldruckluft
der zweiten Stufe aus der Öffnung von 1,0–2,0
mm ϕ der dritten Düse 10 und wird durch
den Druck von 0,1–0,3 MPa dispergiert, was die Flüssigkeit
zu winzigen Partikeln formt und den angestrebten Zerstäubungsbereich
ausweitet. Durch Vorsehen des Micro-Adjust 2D, der die
Bewegungsdistanz des Nadelabschnitts 8, der im hinteren
Teil des Kopfes angeordnet ist, in Einheiten von 8–15 μm
steuern kann, war es möglich, kleine Mengen von Flüssigkeit
mit niedriger Viskosität abzugeben, indem sehr kleine Einstellungsveränderungen
des Spalts zwischen der ersten Düse 7 und dem
Nadelspitzenabschnitt 8A durchgeführt wurden.
-
Auf
diese Weise ermöglicht die vorliegende Ausführungsform
das Bereitstellen eines automatischen Flüssigkeitssprühkopfes
(Sprühpistole) 1 für kleine Abgabemengen,
mit dem eine Flüssigkeit in hohem Maße und fein
zerstäubt werden kann, ohne dass die Beschichtungseffizienz
verringert wird, und mit dem ein dünner Film von beispielsweise
0,1–10 μm gebildet werden kann.
-
In
einem automatischen Sprühkopf 1 nach der vorliegenden
Ausführungsform werden bei der Zerstäubung und
bei dem Auftragen eines flüssigen Schutzagens auf ein zu
beschichtendes Objekt mit einem abgestuften Muster, beispielsweise
auf ein Halbleitersiliziumwafer, die Partikel sehr fein ausgebildet
und das Lösungsmittel verdunstet und erhöht die
Flüssigkeitsviskosität, was die Gefahr, dass der
Beschichtungsfilm nach unten durchhängt selbst an dem erhöhten
Teil der abgestuften Fläche oder an Ecken (Kanten) in Vertiefungen minimiert,
und es ist möglich, einen Film mit der gewünschten
Dicke, beispielsweise 6–10 μm, zu bilden und überall
einen gleichmäßigen Film aufzubringen.
-
Die
Fließratenverteilung 15 des Zerstäubungsmusters 13 der
zweiten Stufe bei der Bildung und beim Aufbringen auf dem zu beschichtenden
Objekt 14 des oben beschriebenen wirbelartigen Musters
des Zerstäubungsmusters 13 der zweiten Stufe ergibt
eine flache trapezförmige Verteilung, die im Wesentlichen
zwei von drei Teilen (2/3) des Gesamtmusters ausmacht. Diese Zerstäubungsmuster-Fließratenverteilung 15 wird
durch den Zerstäubungs-Druckluftzufuhrdruck der ersten
Stufe und den Zerstäubungs-Druckluftzufuhrdruck (oder Fließrate)
der zweiten Stufe verändert. Sind beide Zerstäubungs-Druckluftdrücke
im Wesentlichen identisch, wird eine trapezförmige Verteilung
erreicht, wenn jedoch der Zerstäubungs-Druckluftzufuhrdruck
die Hälfte oder weniger des Zerstäubungs-Druckluftzufuhrdrucks
der ersten Stufe beträgt, ändert sich das.
-
Als
Nächstes werden die Ergebnisse von Messversuchen beschrieben.
-
5 stellt
die Musterfließratenverteilung des Ergebnisses von Filmdickenmessungen
dar, wenn der Flüssigkeitssprühkopf 1 für
kleine Abgabemengen entlang einer einzigen geraden Linie bewegt
wurde. Wie aus 5 hervorgeht, war, wenn der
Zerstäubungs-Druckluftdruck der ersten Stufe und der Zerstäubungs-Druckluftdruck
der zweiten Stufe, die die Beschichtungsparameter (3) und (4) waren,
jeweils 0,1 MPa bis 0,15 MPa betrugen, die Fließratenverteilung 15 des
Zerstäubungsmusters eine flach trapezförmige Verteilung,
die im Wesentlichen 2/3 des Gesamtmusters ausmachte. Wurde der Zerstäubungs-Druckluftdruck
der zweiten Stufe erhöht, hatte das Muster die Tendenz,
sich auszuweiten, und die Filmdicke verringerte sich unter die erwartete
Zahl. Der Grund dafür schien eine Verringerung der Beschichtungseffizienz
zu sein. Wurde der Zerstäubungs-Druckluftdruck der zweiten
Stufe nicht sehr stark erhöht, wurde die Beschichtungseffizienz
aufrechterhalten und erzeugte eine verhältnismäßig
stabile trapezförmige Verteilung. Als die Beschichtungseffizienz
gemessen wurde, war (1) 88%, (2) war 86%, (3) war 82%, (4) war 79%
und (5) und (6) waren 76% oder weniger.
-
6 zeigt
Messungen der Zunahme an Flüssigkeitsviskosität
nach dem Sprühen aus der entsprechenden Entfernung von
der Düse auf die zu beschichtende Oberfläche unter
Beschichtungsparametern (1), (2), (3) und (6). Wurde der Zerstäubungs-Druckluftdruck
erhöht, erhöhte sich auch die Menge an Luft und
die Viskosität der zerstäubten Flüssigkeit
erhöht sich tendenziell. Dies trat ein, weil das Lösungsmittel
stärker verdunstete und der feste Bestandteil zunahm. Insbesondere
die Parameter (3) und (6) bedeuten, dass der aufgebrachte Film nach
dem Sprühen resistent gegenüber dem Durchhängen
war.
-
Messung 1
-
Messung der Zerstäubungsmuster-Fließratenverteilung 15.
-
- (1) Die Viskosität der Flüssigkeit
wurde auf 20 cps eingestellt.
Das heißt, die Ausgangslösung
AZ P4330 (Nichtflüchtigkeitswert (NV) 30%) wurde mit einem
Lösungsmittel auf ein Gewichtsverhältnis von 1
verdünnt und es wurde Propylenglykolmonomethylätherazetat
auf ein Gewichtsverhältnis von 1 hinzugefügt,
was eine Flüssigkeit mit einer Viskosität von
20 cps und einem Festkomponentenverhältnis von 15% ergab
(der Wert des Volumens des nichtflüchtigen Bestandteils,
des NV-Werts, betrug 0,11%).
- (2) Spezifische Schwere der Flüssigkeit: 1,33
- (3) Bei der Flüssigkeitsmengenzuführpumpe 6b handelte
es sich um eine Getriebepumpe, die 1,5 ccm/min. bei einem Flüssigkeitsdruck
von 0,01 MPa abgab.
- (4) Abstand zwischen Düse und zu beschichtendem Objekt:
40 mm
- (5) Der Druck der Zerstäubungsdruckluft der ersten
Stufe wurde von 0,1 MPa bis 0,25 MPa verändert.
- (6) Der Druck der Zerstäubungsdruckluft der zweiten
Stufe wurde von 0,02 MPa bis 0,25 MPa verändert.
- (7) Der Flüssigkeitssprühkopf 1 für
kleine Abgabemengen wurde entlang einer einzigen geraden Linie mit 900
m mm/min. [sic] bewegt.
- (8) Es wurde die Filmdicke gemessen, während der Flüssigkeitssprühkopf 1 für
kleine Abgabemengen entlang einer einzigen geraden Linie bewegt
wurde.
-
Die
sich daraus ergebenden Filmdicken sind in
5 gezeigt;
6 zeigt
Messungen der Viskositätszunahme nach dem Aussprühen
der Flüssigkeit. Die Beschichtungsparameter von (1) bis
(6) in
5 sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1
| Nr. | Luftdruck
(MPa) der Druckluft der ersten Zerstäuberstufe | Luftdruck
(MPa) der Druckluft der zweiten Zerstäuberstufe |
| (1) | 0.25 | 0.02 |
| (2) | 0.20 | 0.10 |
| (3) | 0.15 | 0.10 |
| (4) | 0.10 | 0.10 |
| (5) | 0.10 | 0.15 |
| (6) | 0.08 | 0.18 |
-
Auf
der Basis der oben angegebenen Parameter wurde der Flüssigkeitssprühkopf 1 für
kleine Abgabemengen an einer rechteckförmigen Handhabungsvorrichtung
angebracht, die in X- und Y-Achsen- sowie in Z-Achsenrichtung zu
betreiben war. Die Ergebnisse des Aufbringens und Bildens eines
dünnen Films auf einem ebenen, zu beschichtenden Objekt
werden nachfolgend beschrieben.
-
(1) Flüssigkeitssprühkopf
für kleine Abgabemengen
-
Je
kleiner der Öffnungsdurchmesser der ersten Düse 7 zur
Abgabe des Beschichtungsmaterials (Flüssigkeit) war, desto
stärker war die abgegebene Flussmenge eingeschränkt.
Bei diesem Experiment war es wirksamer, dass eine erste Düse 7 einen
kleinen Durchmesser aufwies, bei der die Austrittöffnung
D1 der ersten Düsenöffnung 7a einen Durchmesser
von 0,3 mm ϕ hatte, und dass es sich bei der Nadel 8 um
eine nadelförmige, sich schräg verjüngende
Nadel mit einer Schrägheit von 5° (Grad) von der
Spitze her handelte. Der Flüssigkeitssprühkopf
für kleine Abgabemengen war an einer Handhabungsvorrichtung
von rechtwinkliger Art befestigt, die in X- und Y-Achsenrichtung
sowie in Z-Achsenrichtung zu betreiben war, und es wurde ein Verfahren
angewendet, bei dem beide Enden des Sprühmusters überlappend
aufgebracht wurden.
-
(2) Beschichtungsmaterial
-
Das
optimale Ergebnis für ein flüssiges Resistagens
wurde erreicht, wenn die Ausgangslösung AZ P4330 (Nichtflüchtigkeitswert
(NV) 30%) der Firma Client Japan (Inc.) mit einem Lösungsmittel
auf ein Gewichtsverhältnis von 1 verdünnt wurde
und Propylenglykolmonomethylätherazetat bis zu einem Gewichtsverhältnis
von 1 hinzugefügt wurde, was ein Festbestandteilverhältnis
von 15% und eine Viskosität von 20 cps erzeugte.
-
(3) Flüssigkeitsdruck bei Abgabe
-
-
(4) Raumtemperatur und relative Feuchtigkeit
des Anwendungsraums
-
-
(5) Beschichtetes Objekt
-
Eine
ebene Glasplatte, 200 mm2
und ein 6-Zoll-Wafer
mit einem Bereich, der mit einem Stufenmuster versehen war, mit
einer Breite von 25 μm und einer Höhe von 50 μm.
-
(6) Ziel für die Filmdicke der
Beschichtung
-
Innerhalb
von 3 μm ± 5% (3 σ) bezüglich
der ebenen Glasfläche.
-
Das
Ziel war 6 μm bis 10 μm auf jeder Fläche
und an den Ecken des 6-Zoll-Wafers mit einem Bereich mit Stufenmuster. (7)
Weitere Beschichtungsparameter
| Geschwindigkeit
der Düsenbewegung (X-Achse) | 300
mm/min. |
| Abstand
zwischen Düse und zu beschichtendem Objekt | 40
mm |
| Abgegebenen
Menge | 1,5
ccm/min. |
| Anzahl
der Aufbringungsvorgänge | 1 |
| Oberflächentemperatur
bei Beschichtung des zu | |
| beschichtenden
Objekts | 30°C |
| Luftdruck
der Zerstäubungsdruckluft der ersten Stufe | 0,15
MPa |
| (nachfolgend
als „Zerstäubungsluftdruck" bezeichnet) | |
| Luftdruck
der Zerstäubungsdruckluft der zweiten Stufe | 0,1
MPa |
| (nachfolgend
als „Musterluftdruck" bezeichnet) | |
| Trocknungsparameter
nach Beschichtung | 100°C |
| Trocknungszeit | 3
Minuten |
-
Das
Ergebnis des Experiments mit den oben angegebenen Grundparametern
ergab den erwünschten guten Beschichtungszustand. in Tabelle
2 sind die Ergebnisse für diesen Beschichtungszustand angegeben. Tabelle
2
| Eingestellte
Heizplattentemperatur: 30°C | Anzahl
der Anwendungen: 1 |
| Erste Losbeschichtungsdicke
(Angström) |
| Beschicht.-position | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Oben | 30011 | 30015 | 30022 | 30014 | 30028 | 30022 |
| Mitte | 30028 | 30038 | 30010 | 30025 | 30002 | 30006 |
| Unten | 30010 | 30007 | 30021 | 30105 | 30020 | 30024 |
| Links | 30021 | 30026 | 30021 | 30028 | 30012 | 30042 |
| Rechts | 30021 | 30007 | 30023 | 30081 | 30034 | 30018 |
| Zweite Losbeschichtungsdicke
(Angström) |
| Beschicht.-position | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Oben | 30810 | 30025 | 30029 | 30023 | 30022 | 30022 |
| Mitte | 30051 | 30179 | 30030 | 30212 | 30152 | 30201 |
| Unten | 30029 | 30029 | 30021 | 30021 | 30026 | 30113 |
| Links | 30114 | 30026 | 30029 | 30034 | 30208 | 30021 |
| Rechts | 30025 | 30017 | 30022 | 30029 | 30036 | 30040 |
| Dritte Losbeschichtungsdicke
(Angstrom) |
| Beschicht.-position | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Oben | 30021 | 30020 | 30051 | 30016 | 30052 | 30018 |
| Mitte | 30022 | 30044 | 30022 | 30015 | 30045 | 30058 |
| Unten | 30013 | 30053 | 30096 | 30040 | 30093 | 30050 |
| Links | 30020 | 30015 | 30020 | 30083 | 30052 | 30016 |
| Rechts | 30166 | 30055 | 30024 | 30018 | 30076 | 30020 |
-
Der
Zielwert für die oben angegebenen Daten war eine Filmdicke
von 30.000 (Angström) und eine Präzision von 5%.
-
Die
zum Beschichten einer ebenen Glasplatte von 200 mm2 verwendete
Beschichtungsmenge betrug 3 ccm. In diesem Fall bei einer Zielpräzision
von 5%
USL = 31.500, LSL = 28.500, UCL = 30.330, LCL = 29.773,
Anz.d.Ausnahmen
= 0,0, Anz.d.Proben = 96, mittlere Filmdicke = 30051,5,
Mindestfilmdicke
= 30.002, Max. Filmdicke = 30.810
Diff. = 0,17%, cp = 5,391,
cpk = 5,206, Stdev. = 92.8,
3Sigma = 278,3, 3Sigma% = 0,93%.
-
Die
Ergebnisse der Messung der Partikeldurchmesser sind in 7 gezeigt.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 Eine
Ansicht des Systems bei Verwendung der erfindungsgemäßen
Sprühvorrichtung für kleine Flüssigkeitsmengen
als automatischer Flüssigkeitssprühkopf für
kleine Abgabemengen.
-
2 Eine
vertikale Querschnittansicht der erfindungsgemäßen
Sprühvorrichtung für eine kleine Flüssigkeitsmenge
als automatischer Flüssigkeitssprühkopf für
kleine Abgabemengen.
-
3 Eine
vergrößerte Ansicht des Teils A der 2;
eine vergrößerte Detailansicht der ersten bis dritten
Düse.
-
4 Eine
Ansicht von unten auf die 3; eine
Ansicht der Bodenfläche der dritten Düse.
-
5 Eine
grafische Darstellung der Messergebnisse des Beschichtungsmusters;
eine grafische Darstellung, die das Verhältnis von Beschichtungsbreite
und Filmdicke zeigt.
-
6 Eine
grafische Darstellung des Messergebnisses der Viskositätszunahme
nach dem Versprühen einer Flüssigkeit; eine grafische
Darstellung, die das Verhältnis zwischen Viskosität
und dem Abstand der Düse zum zu beschichtenden Objekt darstellt.
-
7 Eine
grafische Darstellung, die das Ergebnis der Messung der Verteilung
der Partikeldurchmesser bei Anwendung der Beschichtungsparameter
für den Luftdruck der Zerstäubungsdruckluft der
ersten Stufe und dem Luftdruck der Zerstäubungsdruckluft
der zweiten Stufe in (1) in Tabelle 1 zeigt.
-
- 1
- automatischer
Flüssigkeitssprühkopf für kleine Abgabemengen
(Sprühvorrichtung für eine kleine Flüssigkeitsmenge)
- 1a
- Sprühkopfkörper
- 2
- Ventilluftkolbeneinheit
- 2A
- Luftkolbenabdeckung
- 2B
- Luftkolben
- 2C
- Micro-Adjust
(Einstellvorrichtung für Nadelbewegungsbetrag)
- 2D
- Micro-Adjust-Ende
- 2E
- O-Ring
für Kolbenabdichtung
- 2F
- Feder
- 3
- Kopfantrieb-Druckluftrohr
- 3a
- Kopfantrieb-Elektromagnet
- 3b
- Kopfantrieb-Luftregler
- 4
- Flüssigkeitstank
- 5
- Zerstäubungsdruckluftzuführrohr
der ersten Stufe
- 5a
- Zerstäubungs-Elektromagnet
der ersten Stufe
- 5b
- Zerstäubungsluftregler
der ersten Stufe
- 5A
- Zerstäubungs-Druckgaspassage
der ersten Stufe im Kopfinnern
- 6
- Flüssigkeitszuführrohr
- 6a
- Flüssigkeitszuführschaltventil
- 6b
- Mengenzuführpumpe
der Flüssigkeitszufuhr
- 6c
- Flüssigkeitsrückführrohr
- 6A
- Flüssigkeitszuführpassage
im Kopfinnern
- 7
- erste
Düse
- 7a
- erste
Düsenöffnung
- 8
- Nadelkörper
- 8A
- Nadelspitzenabschnitt
- 8B
- O-Ring
als Flüssigkeitsdichtung
- 9
- zweite
Düse
- 9a
- zweite
Düsenöffnung
- 10
- dritte
Düse
- 10a
- dritte
Düsenöffnung
- 10b
- zweite
Zerstäubungs-/Wirbelflussbildungs-Druckluftpassage
- 10c
- abgeschrägte
Fläche
- 11
- Zerstäubungsdruckluftzuführrohr
der zweiten Stufe
- 11a
- Zerstäubungs-Elektromagnet
der zweiten Stufe
- 11b
- Zerstäubungsluftregler
der zweiten Stufe
- 11A
- Zerstäubungs-Druckluftpassage
der zweiten Stufe im Kopfinnern
- 11B
- Schiebemutter
der dritten Düse
- 12
- Zerstäubungsmuster
der ersten Stufe
- 13
- Zerstäubungsmuster
der zweiten Stufe
- 14
- zu
beschichtendes Objekt
- 15
- Zerstäubungsmuster-Fließratenverteilung
- D1
- Austrittöffnungsdurchmesser
der ersten Düsenöffnung
- D2
- Öffnungsdurchmesser
der zweiten Düsenöffnung
- D3
- Öffnungsdurchmesser
der dritten Düsenöffnung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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