CN101352705B - 用于少量液体的喷射装置 - Google Patents

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Abstract

问题：提供一种少量液体的喷射装置，用于将如液体感光保护剂、表面保护膜、功能涂覆剂等特别精细的液体雾化、且将其涂抹到如半导体硅片、玻璃基板等涂敷目标以形成薄膜。解决手段：当分配液体时针状针尖端部分(8A)和第一喷嘴孔(7a)之间的打开间隙由针运动量调节装置(2C)调节非常微小量，且液体沿针尖端部分(8A)从第一喷嘴孔(7a)渗出，通过流过第一雾化压缩气体通道(5A)的第一雾化压缩气体使液体形成微小颗粒，且将液体从第二喷嘴孔(9a)排出，排出流流过第三喷嘴孔(10a)并被排出，第三喷嘴(10)的第二级雾化/涡流的形成的压缩气体与排出流相遇，由此使排出流形成更小的颗粒，并旋转和分散并被涂抹到涂敷目标。

Description

用于少量液体的喷射装置
技术领域
本发明涉及一种用于少量液体的喷射装置(喷枪)，用于将诸如液态感光保护剂、表面保护膜、功能涂层等特别精细的液体雾化、并且将其涂抹到诸如半导体硅片、玻璃基板、各种类型树脂、金属元件等涂敷目标上，以形成薄膜。
背景技术
迄今为止，当在半导体硅片或者玻璃基板上形成干膜厚度为10μm或者小于10μm的感光保护剂膜或功能膜时，通常采用诸如旋转涂敷机或者刮棒涂布机等的涂敷技术。
然而，这对于平坦的半导体硅片或玻璃基板、或者涂敷抗蚀剂的表面是平面的情况而言运转良好，但是，当在所述表面参差不齐且不平坦的情况下应用旋转涂敷机进行涂敷时，涂敷材料可能会在涂敷目标进行必要旋转时飞溅出，并且利用旋转涂敷机或者刮棒涂布机等装置很难在具有不能旋转的形状的球形目标或圆柱形涂敷目标上形成膜。同样，如果涂敷表面不平坦(具有大的展弦比)或者设有凹陷或孔的话，就不可能涂敷到不平坦的部分、或者凹陷处的侧部和底部、或者孔的侧部等。
因此，已经对利用喷枪来形成涂敷材料膜的方法进行了研究，但是为了获得干膜厚度为10μm或者小于10μm的膜，雾化液体的颗粒直径通常大约为10μm到20μm，因此在涂敷膜上会有起伏，再加上薄膜厚度的变化、气泡等，而且需要大量时间来确定涂敷条件设定，并且很难获得具有良好精度的薄膜厚度。当利用常规空气喷枪实施喷射时，即使将粘性降低到20CPS或者更低，涂覆材料的颗粒直径通常大约为10μm到15μm。
在这种情况下，当将涂覆颗粒粘附并积聚在20μm的梯状区域的不平坦部时，颗粒直径大，因此涂覆材料在凹部的角落处下沉，并变得过薄。如果试图使颗粒直径更细，例如10μm或者更小，将不能形成膜，除非雾化空气压力增大到0.4MPa或者更高并降低分配量。在这种情况下，雾化空气压力过强，10μm或者更小的颗粒不均匀地粘附到涂敷目标上，并且涂敷效率降低到30％或者更低，作为一个涂敷装置这是不成功的。如果在普通平坦表面涂层中一般干膜厚度是10μm的话，喷射的薄膜厚度精度是±10％或者更多。
当形成10μm或者更薄的薄膜时，空气雾化喷射通常是最便宜的喷射系统。还具有利用超声波雾化系统来实施雾化的喷枪，但是喷射速度过低，并且在实际中对涂敷目标的粘附也不均匀，因此它们一般被用在加湿器等装置中。而且，在无空气喷射系统和离心雾化系统中，液体的粘性被降低到20CPS或者更低，以便形成10μm或者更小的颗粒，但是它们具有这样的缺陷：在距离喷射出口300mm或者更远的地方，仅形成了全部配发量的大约20％，另外它们不适用于低的配发量(其中每分钟向涂敷目标上涂敷30cc或者更少的量)。因此，当形成10μm或者更薄的薄膜时，通常考虑采用空气雾化的双流体喷射系统。然而，如上所述，最大的缺点在于涂敷效率极低，大约20～30％，并且当利用薄膜厚度范围是10μm或者更小的旋转涂敷机时，不可能实现具有±5％或者更小的精度的涂覆膜厚度。
相应地，当采用称为气刷(一种特殊的喷射系统)的喷射系统时，也将其认定为空气喷射。气刷是一种利用小型手持喷枪的系统，所述喷枪在涂敷塑料构件或者小型产品时经常被采用。它的喷嘴孔径为0.5mmφ或者更小，并且在涂覆材料排放控制中使用的针具有针的形状。当涂敷材料粘附于针状针并沿针状针流出时，四周的压缩空气通过喷射效应使涂敷材料发生雾化。可以将所述配发量限定到每分钟5cc或者更少，并且甚至当喷嘴靠近到大约10mm时，可能形成10μm或者更小的微小颗粒，因此由于喷嘴很近，就可能以80％或者更高的效率对涂敷目标进行涂敷。
另一方面，已知例如在专利文献1中公开的液体两级雾化系统是一种利用空气喷射系统制造微小颗粒并涂覆它们的系统。在该雾化方法中，在第一阶段，液体通过压缩空气雾化，在第二阶段，旋动空气作用在液体排放流上并进一步促进了雾化，以漩涡排出流来执行涂层。
专利文件1：JP2004-89976A
发明内容
本发明所要解决的问题
采用上述气刷的喷射系统在控制分配小量或者很小量的方面存在困难。也就是，用于调节所分配的量的是一个通过手动操作来增大或减小针的行程的系统，因此存在这样的问题：量的控制和调节需要相当大的技巧，因此自动涂敷很难。另外，这种喷射系统存在涂敷图案宽度过窄的问题：大约5mm。
而且，在专利文献1中公开的颗粒制造/涂敷装置存在下述优点：雾化图案宽于气刷系统，但是它存在这样的问题：很难进行用于供应极小量液体的调节。
本发明致力于解决上述传统液体喷射装置中存在的问题。它的目的是提供一种用于小量液体的喷射装置，该装置形成了与由超声波雾化或气刷喷射系统所形成的超小颗粒相同级别或者更高级别的微小液体或熔化材料的颗粒，并且该装置可以容易且可靠地将液体的供应调节到预期的小量或者非常小的量，并且该装置可以高效地实施对于涂覆目标的涂敷或粘附，并且该装置可以通过喷射涂覆在涂敷目标(例如半导体硅片、玻璃基板、各种透明元件等)上形成液体的均匀薄膜，例如液体感光保护剂、表面保护膜、功能涂覆剂等。
解决所述问题的手段
为了实现上述目的，本发明是下述类型的用于小量液体的喷射装置。
也就是，它是一种用于使小量的液体成为微小颗粒并将它们涂抹到涂敷目标上的喷射装置，并包括：液体供应通道；极纤细的针，针的尖端部分是针状的，并且是长、纤细且渐细的；第一喷嘴，所述喷嘴与针的尖端部分组成阀机构，该喷嘴具有极窄的第一喷嘴孔，喷嘴孔的形状与针尖端部分对应，其中针的尖端部分可插入地装配到第一喷嘴孔内；第二喷嘴，该喷嘴围绕第一喷嘴的周边，并与第一喷嘴形成环形第一雾化压缩气体通道，该喷嘴设有形成在其下端的小直径的第二喷嘴孔；第三喷嘴，位于第二喷嘴的下端，带有第三喷嘴的第三喷嘴孔，其形成为围绕第二喷嘴的第二喷嘴孔，带有在第三喷嘴孔周边形成的用于第二雾化/涡流的形成的多个压缩气体供应通道；以及针运动量调节装置，该装置设置为它可接触针的后端，并且可实现对针状的针尖端部分与第一喷嘴的第一喷嘴孔之间的打开间隙的极微小量调节。当分配液体时，液体沿针尖端部分从第一喷嘴的第一喷嘴孔渗出，通过流经第一雾化压缩气体通道的第一雾化压缩气体使得所述液体成为微小颗粒，并且使其从第二喷嘴的第二喷嘴孔排出，接着该排出流流过第三喷嘴的第三喷嘴孔并被排出，第二雾化/涡流的形成的压缩气体与所述排出流相遇，由此使得该排出流成为甚至更小的颗粒，旋转并散开，并被涂敷到涂敷目标上。
结果，当分配液体时，可利用针运动量调节装置将针状的针尖端部分与第一喷嘴孔之间的打开间隙调节非常小的量。液体沿针尖端部分从第一喷嘴孔渗出，通过流经第一雾化压缩气体通道的第一雾化压缩气体使得所述液体形成微小颗粒，并且从第二喷嘴孔排出，该排出流流过第三喷嘴孔并被排出，第三喷嘴孔的第二雾化/涡流的形成的压缩气体与所述排出流相遇，由此使得该排出流成为甚至更小的颗粒，旋转并散开，并被涂敷到涂敷目标上。
当调节液体分配量时，针状的针尖端部分与第一喷嘴孔之间的打开间隙量可以由针运动量调节装置调节，由此当分配液体时，决定通过第一雾化压缩气体来实现雾化，其中孔径可以例如通过针的行程长度实现以8～15μm为单位、优选以10μm为单位的调节。该实施例中给出的附带的可以以10μm为单位值来调节针的行程长度的针运动量调节装置确保了阀每次打开和关闭时的分配量的再现性，实现稳定的分配。
在这种情况下，可以使用微调装置作为针运动量调节装置。因此，液体分配量的控制和调节不需要通过手动操作来增大或降低针的行程，其中手动操作需要现有技术中提到的技巧，并且可以以良好的再现性进行量化的分配量的控制，并且可进行自动涂敷。
而且，用于上述小量液体的喷射装置是具有下述特征的用于小量液体的喷射装置：针的针状尖端部分设置为伸到第三喷嘴的第三喷嘴孔的内部，其中阀机构是打开的。结果，分配的液体流过第一喷嘴孔和针尖端部分之间的很小间隙(该间隙是朝尖端变小的环形间隙)，并且沿非常窄的针尖端部分渗出，结果，小量液体沿下游方向被稳定的引导到涂敷目标并被分配。
接着所述液体的稳定流被雾化，并且通过周围的第一雾化压缩气体(例如具有0.1～0.3Mpa的压力)的负压效果形成微小颗粒、并从第二喷嘴孔(例如具有0.8～1.5mmφ的开口直径)排出。该排出流又流过第三喷嘴孔(具有1.0～2.0mmφ的开口直径)并与从所述第三喷嘴的多个压缩气体供应通道排出的第二雾化/涡流的形成的压缩气体(例如具有0.1～0.3Mpa的压力)相遇并被分散开，由此使得液体形成甚至更细小的微粒并疏散雾化图案区域。
而且，用于上述小量液体的喷射装置是具有下述特征的用于小量液体的喷射装置：供应到液体供应通道的液体的粘度具有10～100CPS的低粘度，第一喷嘴的第一喷嘴孔的出口直径是0.2～0.6mm，针状的针尖端部分的角度是3～10度，第二喷嘴的第二喷嘴孔的开口内径是0.8～1.5mm，第三喷嘴的第三喷嘴孔的开口直径是1.0～2.0mm。通过针运动量调节装置实施的用于进行针状的针尖端部分和第一喷嘴的第一喷嘴孔之间的打开间隙的极小量调节的移动运动距离可调节为每次8～15μm(微米)(单位)，并且液体的分配量可设定为0.1～10cm3/min，由此将小量液体形成微小颗粒并涂敷它们。
结果，可以高效和高准确率地涂敷小量液体。也就是，就可能实现两级微粒的形成，其中具有低粘度(10～100CPS)和0.1～10cm3/min分配量的液体流过第一到第三喷嘴，并稳定地流过针尖端部分并被引导到位于下游的涂敷目标。针状的针尖端部分的角度是3～10度，优选4～6度。如果针的运动单位小于8μm，则与针尖端部分的角度相关地，第一喷嘴孔和针尖端部分之间的环形间隙变得过小，流体不能稳定地流过该间隙。如果这个单位大于15μm，则该环形间隙过大，使微粒稳定化将变的困难。
使第一喷嘴孔的出口直径更小将可以限定分配流速，但是如果小于0.2mm的话，容易发生喷嘴孔堵塞。而且，如果大于0.6mm的话，很难实现使得液体形成微小颗粒的目标，特别是当排出量很小时，例如0.2～5.0cm3/min。考虑到这几点，第一喷嘴孔的出口直径更优选的是0.3～0.5mm。如果第二喷嘴口径小于0.8mm，由于与第一喷嘴出口直径之间的关系，将很难利用第一雾化压缩气体形成液体的微小颗粒，如果开口直径大于1.5mm，则很难确保稳定的排出流。如果第三喷嘴口径小于1.0mm，则来自第二喷嘴孔的排出流不能稳定地排放，如果大于2.0mm，则很难利用从其周围排放的第二雾化/涡流的形成的压缩气体而与该排出流相遇并进行分散。
发明效果
如上所述，用于小量液体的本发明的喷射装置可以很容易和很可靠地控制和调节具有低粘度的小量液体的分配量，并不需要通过现有技术中需要技巧的手动操作来增大或减小针行程，可以以良好的再现性实现量化的分配量的控制。而且，可以实施自动涂敷。同样，诸如液态感光保护剂、表面保护膜、功能涂覆剂等的液体可以在不降低涂敷效率的情况下进行广泛和精细的雾化，从而可以在诸如半导体硅片、玻璃基板、各种类型树脂、金属元件等的涂敷目标上形成薄膜。
附图说明
图1：采用本发明的用于小量液体的喷射装置作为用于低分配量的液体自动喷射头时的该系统的视图。
图2：作为用于低分配量的液体自动喷射头的本发明的用于小量液体的喷射装置的竖直剖视图。
图3：图2中部件A的放大视图，并且是第一到第三喷嘴的放大详细视图。
图4：图3的底部视图，并且是第三喷嘴底面的视图。
图5：显示了测量涂覆图案的结果的曲线图，其为显示了涂覆宽度和薄膜厚度之间关系的曲线图。
图6：显示了在喷射液体后测量粘度增长的结果的曲线图，其为显示了粘度与从喷嘴到涂敷目标之间的距离之间的关系的曲线图。
图7：显示了在表1中的(1)中的用于第一级雾化压缩空气压力和第二级雾化压缩空气压力的涂敷参数下，测量颗粒直径分布的结果的曲线图。
具体实施方式
下面，将参照附图描述本发明的实施例。图1是采用本发明的用于小量液体的喷射装置作为用于低分配量的液体自动喷射头的系统的视图。图2是作为用于低分配量的液体自动喷射头的本发明的用于小量液体的喷射装置的竖直剖视图。图3是图2中部件A的放大视图，同时是第一到第三喷嘴的放大详细视图。图4是图3的仰视图，并且是第三喷嘴底面的视图。
标号1是用于低分配量的液体喷射头；它设有液体供应管道6，用于利用用来供应液体的量化供应泵6b量化地供应存储在液体箱4内的液体。而且，置于液体供应管道6之间的是液体供应开关阀6a，位于用于供应液体的量化供应泵6b的下游。在开关阀6a处还设置有液体返回管道6c，其用于当用于低分配量的液体喷射头1没有操作以分配液体时使液体返回到液体箱4内。切换液体流动方向使得：当中断头部驱动线圈3a的操作时，即当通过弹簧2F的弹性力将针尖端部分8A推回到第一喷嘴7的第一喷嘴孔7a且阀机构关闭时，液体供应开关阀6a进行操作并且液体从液体供应管道6转换到液体返回管道6c。
另外，连接到用于低分配量的液体喷射头1的是供应管道5(用于作为第一雾化压缩气体的第一级雾化压缩气体)和供应管道11(用于作为第二雾化/涡流的形成的压缩气体的第二级雾化压缩气体)。可通过各自的雾化气体调节器5b和11b来调节压缩气体的压力。而且，由于第一级雾化线圈5a的操作，第一级雾化压缩气体流到用于低分配量的液体喷射头1，由于第二级雾化线圈11a的操作，第二级雾化压缩气体流到它那里。各个线圈的操作顺序通常是这样的：第一级雾化线圈5a运行，大约50ms之后，头部驱动线圈3a和第二级雾化线圈11a基本上同时运行；这适合于液体的最佳雾化。
长的和极其纤细的针体8设置成位于用于低分配量的液体喷射头1的中心，由此它可以竖直移动。空气活塞2B固定设置在针体8的上端部。弹簧2F置于空气活塞2B和空气活塞盖体2A之间；它持续向下按压针体8，以关闭设置在针尖端部分8A(其针尖端部分是针状的、并且长、纤细以及渐细的)和第一喷嘴的第一喷嘴孔7a之间的阀机构。流体供应通道6A形成在针体8和其四周的头本体1a之间，第一喷嘴7固定在头本体1a的下端。第一喷嘴孔7a(针尖端部分8A可插入地装配其中)形成在具有与针尖端部分的形状对应的锥形的第一喷嘴7中。
位于第一喷嘴7的外侧的是第二喷嘴9，其固定到头本体1a，以围绕第一喷嘴7的周边并形成环形的第一雾化压缩气体通道5A，其同第一喷嘴7一起的横截面积向下变小。小直径的第二喷嘴孔9a形成在第二喷嘴9的下端，并且紧缩在第一喷嘴孔7a的出口周边周围。也就是，第二喷嘴9的内壁面形成倒置的锥形，其下端收缩以形成具有小直径D2的第二喷嘴孔9a。而且，第三喷嘴10固定连接到第二喷嘴9的下端；第三喷嘴10形成为使其出口围绕第二喷嘴9的第二喷嘴孔9a。
而且，也如图4所示，多个第二雾化/涡流的形成的压缩气体供应通道10b形成在第三喷嘴10内。参见俯视图，它们以相等间距设置在以第一喷嘴孔7A和第二喷嘴孔9a的中部为圆心的同一圆上，即以针状的针尖端部分8A的轴线为圆心，当从正视图看时，它们设置为以一倾斜度穿过。而且，上述第三喷嘴孔10a形成在第三喷嘴10的下端部，并伸出超过第二喷嘴孔9的下表面一预定距离；第三喷嘴孔10a的外侧壁形成为反向锥形的倾斜面10c。基于此，从压缩气体供应通道10b排出的第二雾化/涡流的形成的压缩气体沿倾斜面10c流动，并形成在整个周边上进行调整的稳定涡流。这个涡流与从第三喷嘴孔10a排出的排出流相遇，并形成稳定的非紊流旋转排出流。结果，排出流是稳定的、宽的并且经过精细雾化。
此外，从第二喷嘴孔9a排出的排出流不受第三喷嘴孔10a的突起内部空间处的第二雾化/涡流的形成的压缩空气流的影响，因此它朝着位于它下方的涂敷目标稳定排放，在第一喷嘴7和第二喷嘴9之间进行的第一级液体雾化操作平稳进行。
第三喷嘴通过推动螺母11B固定到头本体1a上。推动螺母11B的内部形成为箱形，并构成位于第二喷嘴9与第三喷嘴10外部之间的第二级雾化压缩气体通道11A。
微调装置2C固定到用于低分配量的液体喷射头1的上端部，用作可对针状针尖端部分8A和第一喷嘴7的第一喷嘴孔7a之间的打开间隙进行极小量调节的针运动量调节装置。微调端2D形成在微调装置2C的下端。而且，微调端2D以如此方式设置，即：它可接触针体8的后端(上端)。
当将具有低粘度(10～100CPS)和0.1～5.0cm3/min分配量的液体制成微小颗粒并进行涂敷时，第一喷嘴7的第一喷嘴孔7a的出口直径D1是0.2～0.6mmφ，针状针尖端部分8A的角度是3～10度，第二喷嘴9的第二喷嘴孔9a的开口内径D2是0.8～1.5mmφ，第三喷嘴10的第三喷嘴孔10a的开口直径D3是1.0～2.0mmφ，通过微调装置2C实施的用于进行针状的针尖端部分8A和第一喷嘴孔7a之间的打开间隙的极小量调节的针的移动运动距离可调节为每次8～15μm(微米)(单位)。
以这种方式构造的用于低分配量的液体喷射头1按照下述方式运行：当头部驱动线圈3a运转时，压缩气体从头部驱动压缩气体管道3流入到阀空气活塞2内部，空气活塞2B克服弹簧2F的弹性力而作用在微调装置2C侧。连接到空气活塞2B的针体8的后端部伸出并接触微调端2D，针体8的行程在设定位置中断，第一喷嘴孔7a和针尖端部分8A之间的间隙保持在预定的间隔上。
接着，针体(8)的针尖端部分8A)移动离开第一喷嘴孔7a并且与第一喷嘴孔7a形成微小间隙，通过由液体供应量化供应泵6b所传递的压力将位于头部内的液体供应通道6A中的液体从第一喷嘴孔7a的内部挤压出并使其到达针尖端部分8A的表面；同时，通过从位于头部内的第一级雾化压缩气体供应通道5A流出的第一级雾化压缩气体的喷射效应，抽吸位于针尖端部分8A表面上的液体并将其从第一喷嘴孔7a的出(下端)口吸出。从第一喷嘴孔7a的出口部流出的液体被第一级雾化压缩气体同时雾化，即将液体制成微小颗粒，并且使其流过第二喷嘴9的第二喷嘴孔9a，并且将其作为排出流输送到第三喷嘴10的第三喷嘴孔10a内部。此处，形成第一级雾化图案12。
接着，通过从经由第二级雾化压缩空气供应通道11A的第三喷嘴10的第二雾化/涡流的形成的压缩空气供应通道10b流出的第二级雾化压缩空气的喷射效应，将第一级雾化图案12(通过雾化形成的极小液体颗粒的排出流)制成甚至更小的颗粒，并且旋转形成漩涡流，并形成具有漩涡图案(pattern)的第二级雾化图案13，并且粘附到涂敷目标14从而对其进行涂敷。
在本发明中，用作涂敷剂的液体是液体感光保护剂、表面保护膜、功能涂覆剂。半导体硅片、玻璃基板、各种类型树脂、金属元件等适于用作涂敷目标。
如上所述，在本实施例中，假定带有第一喷嘴孔7a的第一喷嘴7具有0.2～0.6mmφ的出口直径，针尖端部分8A(起到控制液体分配的阀的功能)构造成具有3～10度的锐角，并且延伸到第一喷嘴7的第一喷嘴孔7a以及第二喷嘴9的第二喷嘴孔9a，并进一步延伸到第三喷嘴10的第三喷嘴孔10a。决定利用如下结构实施空气雾化，其中，当分配液体时，通过针的行程长度可以以8～15μm为单位对孔进行调节。附带有可以以8～15μm为单位调节针8的行程的微调解装置2D，这确保了在每次阀打开和关闭时分配量的可再现性，并且产生稳定的分配。
当分配的液体沿极纤细的针尖端部分8A渗出时，液体通过周围的压力为0.1～0.3Mpa的第一级雾化压缩空气的负压效果而被雾化，并且从第二喷嘴9的0.8～1.5mmφ的第二喷嘴孔9a排出，并与来自第三喷嘴10的1.0～2.0mmφ的第三喷嘴孔10a的压力为0.1～0.3Mpa的第二级雾化/涡流压缩空气流相遇并被散开，由此促进了将液体制成甚至更细的颗粒，并且分散雾化图案的区域。
也就是，在该实施例中，喷射头1(喷射和分散小量液体)可以以喷射图案15(具有全喷射的梯形分布)高效涂敷和粘附具有低粘度(10～100CPS)的液体，通过伸出的锐角针尖端部分8A控制第一到第三分散喷嘴7、9和10分配的液体。
也就是，本实施例的用于低分配量的液体喷射头1的特征在于它具有锐角针尖端部分8A，该针尖端部分具有3～10度的角度，用于控制第一喷嘴7(其设有带有0.2～0.6mmφ的出孔的第一喷嘴孔7a)处的具有低粘度(10～100CPS)的液体的液体分配，针尖端部分8A伸出到第一喷嘴孔7a、第二喷嘴孔9a和第三喷嘴孔10a。当分配的液体沿针尖端部分8A渗出时，所述液体通过压力为0.1～0.3Mpa的周围的第一级雾化压缩气体的空气流的负压效应被喷射、并从第二分散喷嘴9的第二喷嘴孔9a(例如具有0.8～1.5mmφ的开口直径)排出，该排出流又与来自第三喷嘴孔的1.0～2.0mmφ的开口的具有0.1～0.3Mpa压力的第二级雾化/涡流压缩气体的漩涡状气流相遇并被其驱散开，由此使得液体形成微小微粒并分散被增进的雾化区域，并且通过设置微调装置2D，其能够以8～15μm为单位控制设置在头的后部的针部8的运动距离，从而就可以通过对第一喷嘴7和针尖端部分8A之间的间隙的极微小的调节来分配很小量的低粘度液体。
这样，本发明实施例使得可以提供用于低分配量的液体自动喷射头(喷射枪)1，它可以在不降低涂敷效率的情况下更广和更细地雾化液体，它可以例如形成0.1～10μm的薄膜。
而且，在本实施例的自动喷射头1中，当将液体防蚀剂雾化和涂敷到具有阶梯模式的涂敷目标(例如半导体硅片)时，颗粒被制造得非常精细，并且溶剂蒸发并增大了液体粘度，这使得即使在台阶区域的升高部或者在凹槽的角落(边缘)处的向下沉的涂层薄膜也最小化，从而可以形成具有理想厚度的薄膜，例如6～10μm，并且可以涂敷整体均匀的薄膜。
当上述漩涡状图案的第二级雾化图案13形成并粘附和涂敷到涂敷目标14上时，第二级雾化图案13的流速分布15是平的梯形分布，其基本上是整个图案的三部分中的两部分(2/3)。雾化图案的流速分布15通过第一级雾化压缩空气供应压力以及第二级雾化压缩空气供应压力(或者流速)改变。当两个雾化压缩空气压力基本相等时，实现平坦的梯形分布，但是当第二级雾化压缩空气供应压力是第一级雾化压缩空气供应压力的一半或者更小时，它发生改变。
接下来，将描述测量试验的结果。
图5显示的是当用于低分配量的液体喷射头1沿单独的直线移动时，测量薄膜厚度的结果的图案流速分布(pattern flow ratedistribution)。从可图5中看到，当作为涂敷参数(3)和(4)的第一级雾化压缩空气压力以及第二级雾化压缩空气压力分别是0.1MPa到0.15MPa时，雾化图案流速分布15是平坦的梯形分布，其基本上是整体图案的2/3。当第二级雾化压缩空气压力增大时，图案宽度具有放宽的趋势，并且薄膜厚度下降到低于预期的数值。这种情况的出现是因为涂敷效率降低。不将第二级雾化压缩空气压力增大太多可保持涂敷效率并且产生相对稳定的梯形分布。当测量涂敷效率时，(1)是88％，(2)是86％，(3)是82％，(4)是79％，(5)和(6)是76％或更少。
图6显示了在不同的涂敷参数(1)、(2)、(3)和(6)下，在从喷嘴到涂敷表面之间的相应的距离处进行喷射之后对液体粘度增长的测量。当雾化压缩空气压力增大后，空气量也增大，雾化液体的粘度有增大的趋势。这是因为溶液蒸发更多、固体组分增大。特别地，参数(3)和(6)表示了喷射后所涂敷的薄膜是防下沉的。
测量1
雾化图案流速分布15的测量
(1)液体粘度设置为20CPS。
也就是，利用溶剂将原始溶液AZ P4330(NV值是30％)稀释成数值为1的重量比，将乙酸丙二醇单甲基醚酯添加成数值为1的重量比，产生粘度为20CPS和固体组分比为15％(体积NV数值为0.11％)的液体。
(2)液体的比重：1.33。
(3)液体供应量化泵6b是齿轮泵，在0.01MPa的液体压力下以1.5cc/min进行分配。
(4)喷嘴和涂敷目标之间的距离：40mm。
(5)第一级雾化压缩空气压力从0.1MPa变化到0.25MPa。
(6)第二级雾化压缩空气压力从0.02MPa变化到0.25MPa。
(7)当沿单独的直线移动用于低分配量的液体喷射头1时，速度是900m mm/分。
(8)当沿单独的直线移动用于低分配量的液体喷射头1时，测量薄膜厚度。
当这样进行时，薄膜厚度的测量值在图5中示出，图6显示了在喷射液体之后对粘度增长的测量。图5中的涂敷参数(1)～(6)在表1中示出。
表1
  编号   第一级雾化压缩空气压力(MPa)   第二级雾化压缩空气压力(MPa)
  (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
基于上述参数，用于低分配量的液体喷射头1安装在正交类型的操作装置上，该装置在X、Y轴线和Z轴线方向上运行。在平坦的涂敷目标上涂敷和形成薄膜的结果将在下文中描述。
(1)用于低分配量的液体喷射头
用于分配涂敷材料(液体)的第一喷嘴7的孔径越小，对所分配的流量进行的压缩就越多。在该试验中更有效的是小直径的第一喷嘴7(其中第一喷嘴孔7a的出口直径D1是0.3mmφ)，并且针8是针状的锥形针，具有从尖端开始的5°(度)的倾斜。用于低分配量的液体喷射头安装在正交类型的操作装置上，该装置在X、Y轴线和Z轴线方向上运行，并且采用的方法是，在该方法中喷射图案的两端通过搭叠进行涂敷。
(2)涂敷材料
液体防蚀剂的最佳结果是当利用溶剂将由Client Japan(Inc.)制造的原始溶液AZ P4330(NV值为30％)稀释到重量比为1时，将乙酸丙二醇单甲基醚酯添加成数值为1的重量比，产生15％的固体组分比和20CPS的粘度。在30～50CPS的其它粘度上，结果同样良好。
(3)分配液体压力：0.015MPa
(4)涂敷室温度和相对湿度：20℃、65％
(5)涂敷目标：200mm的正方形的平坦玻璃基板；和支撑有宽度为25μm、高度为50μm的台阶区域图案的6英寸晶片。
(6)目标涂覆薄膜厚度：相对于平坦玻璃基板在3μm±5％(3σ)以内.
在支撑有台阶区域图案的6英寸晶片的每个表面和角落处，目标是6μm到10μm。
(7)其它涂敷参数
喷嘴移动速度(X轴线)                   300mm/min
喷嘴和涂敷目标之间的距离              40mm
分配量                                1.5cc/min
涂敷数量                                 1
当对涂敷目标进行涂敷时的表面温度         30℃
第一级雾化压缩空气压力                   0.15MPa(下文称“雾化空气压力”)
第二级雾化压缩空气压力                   0.1MPa(下文称“模式空气压力”)
涂敷间距(pitch)                          10mm
涂敷后的绘制(drawing)参数                100℃
干化时间                                 3分钟
采用上述基础参数的试验结果表明实现了良好的涂敷状态。表2显示了所述涂敷状态的结果。
表2
热板设定温度：30℃                     涂敷数量：1
上述数据的目标值是30000(埃)的薄膜厚度，精度是5％。
用于涂敷200的正方形平坦玻璃板的量是3cc。
在这种情况下，如果目标精度是5％，
USL＝31500，LSL＝28500，UCL＝30330，LCL＝29773
#excp.＝0.0  #样本＝96  平均薄膜厚度＝30051.5
最小薄膜厚度＝30002     最大薄膜厚度＝30810
Diff.＝0.17％  Cp＝5.391  Cpk＝5.206  Stdev.＝92.8
3Sigma＝278.3        3Sigma％＝0.93％
颗粒直径分布测量结果在图7中示出。
附图标记解释
1    用于低分配量的液体自动喷射头(用于小量液体的喷射装置)
1a   喷射头本体
2    阀空气活塞单元
2A   空气活塞盖体
2B   空气活塞
2C   微调装置(针运动量调节装置)
2D   微调端
2E   用于活塞密封的O型环
2F   弹簧
3    头部驱动压缩空气管道
3a   头部驱动线圈
3b   头部驱动空气调节器
4    液体箱
5    第一级雾化压缩空气供应管道
5a   第一级雾化线圈
5b   第一级雾化空气调节器
5A   头部内的第一级雾化压缩空气通道
6    液体供应管道
6a   液体供应开关阀
6b   液体供应量化供应泵
6c   液体返回管道
6A   头部内的液体供应通道
7    第一喷嘴
7a   第一喷嘴孔
8    针体
8A   针尖端部分
8B   用于液体密封的O型环
9    第二喷嘴
9a   第二喷嘴孔
10   第三喷嘴
10a  第三喷嘴孔
10b  第二雾化/涡流的形成的压缩空气通道
10c  倾斜面
11   第二级雾化压缩空气供应管道
11a  第二级雾化线圈
11b  第二级雾化空气调节器
11A  头部内的第一级雾化压缩空气通道
11B  第三喷嘴推动螺母
12   第一级雾化图案
13   第二级雾化图案
14   涂敷目标
15   雾化图案流速分布
D1   第一喷嘴孔的出口直径
D2   第二喷嘴孔的口径
D3   第三喷嘴孔的口径

Claims (3)

1.一种使小量液体成为微小颗粒并将其涂抹到涂敷目标上的喷射装置，包括：
液体供应通道；
极纤细的针，所述针的尖端部分是针状的、长的、纤细的且渐细的；
第一喷嘴，所述第一喷嘴与所述针的所述尖端部分组成阀机构，所述第一喷嘴具有极窄的第一喷嘴孔，所述第一喷嘴孔的形状与所述针尖端部分对应，其中所述针尖端部分能够可插入地装配到所述第一喷嘴孔中；
第二喷嘴，所述第二喷嘴围绕所述第一喷嘴的周边，并与所述第一喷嘴形成环形的第一雾化压缩气体通道，并且所述第二喷嘴具有形成在其下端处的小直径的第二喷嘴孔；
第三喷嘴，该第三喷嘴位于所述第二喷嘴的下端处，其中所述第三喷嘴的第三喷嘴孔形成为围绕所述第二喷嘴的第二喷嘴孔，其中用于第二雾化/涡流的形成的多个压缩气体供应通道形成在所述第三喷嘴孔的周边处；和
针运动量调节装置，该针运动量调节装置设置为使得它能够接触所述针的后端，并且能够实现对所述针状的针尖端部分与所述第一喷嘴的第一喷嘴孔的打开间隙的极微小量的调节；
当分配液体时，液体沿所述针尖端部分从所述第一喷嘴的第一喷嘴孔渗出，并且通过流过所述第一雾化压缩气体通道的第一雾化压缩气体使所述液体成为微小颗粒，并且将所述液体从所述第二喷嘴的第二喷嘴孔排出，然后所述排出流穿过所述第三喷嘴的第三喷嘴孔并被排出，并且第二雾化/涡流的形成的压缩气体与所述排出流相遇，由此使所述排出流成为甚至更小的颗粒，并且旋转且散开，并被涂抹到所述涂敷目标上。
2.根据权利要求1的使小量液体成为微小颗粒并将其涂抹到涂敷目标上的喷射装置，其中，所述针的针状尖端部分设置为伸到所述第三喷嘴的第三喷嘴孔的内部，其中所述阀机构打开。
3.根据权利要求1或权利要求2的使小量液体成为微小颗粒并将其涂抹到涂敷目标上的喷射装置，其中，供应到所述液体供应通道的液体的粘度具有10～100CPS的低粘度，所述第一喷嘴的第一喷嘴孔的出口直径是0.2～0.6mm，所述针状的针尖端部分的角度是3～10度，所述第二喷嘴的第二喷嘴孔的开口内径是0.8～1.5mm，所述第三喷嘴的第三喷嘴孔的开口直径是1.0～2.0mm，用于通过所述针运动量调节装置进行所述针状的针尖端部分和所述第一喷嘴的第一喷嘴孔之间的打开间隙的极小量调节的移动运动距离能够被调节成每次8～15μm，并且液体的分配量能够被设定为0.1～10cm3/min，由此使得小量液体成为微小颗粒并将其涂抹。
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