DE102007025706A1 - Workpiece e.g. silicon wafer, coating method, involves determining coating thickness function, which reproduces coating thickness distribution on workpiece and calculating time and/or movement function for controlling spraying device - Google Patents
Workpiece e.g. silicon wafer, coating method, involves determining coating thickness function, which reproduces coating thickness distribution on workpiece and calculating time and/or movement function for controlling spraying device Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks, insbesondere zum Beschichten von Halbleitersubstraten.The The invention relates to a method and a device for coating a workpiece, in particular for coating semiconductor substrates.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Das Erzeugen von Beschichtungen, insbesondere das Erzeugen von homogenen Beschichtungen spielt in vielen Anwendungsgebieten der Fertigungstechnik eine wichtige Rolle. Angefangen vom bloßen Lackieren von Bauteilen steigen bis hin zum Beschichten von Halbleitersubstraten in der Mikroelektronik und der Mikromechanik die Anforderungen an die Beschichtungstechnologie.The Production of coatings, in particular the production of homogeneous Coatings plays in many fields of application of manufacturing technology an important role. Starting with the mere painting of components rise up to the coating of semiconductor substrates in the Microelectronics and micromechanics the requirements of the coating technology.
So werden beispielsweise in der Mikromechanik verdünnte lichtempfindliche Polymere, sogenannte Resists, auf die Werkstücke aufgebracht, um mittels lithographischer Verfahren Strukturen und Funktionselemente erzeugen zu können.So For example, in micromechanics, thinned photosensitive polymers, so-called resists, applied to the workpieces, by means of lithographic process generate structures and functional elements to be able to.
Zum gleichmäßigen Beschichten werden insbesondere in der Mikroelektronik Substrate durch Spin-Verfahren beschichtet. Dabei rotiert das Werkzeug und das Beschichtungsmaterial, welches zumeist von durch ein viskoses Polymer gebildet wird, breitet sich aufgrund der Zentrifugalkraft gleichmäßig aus. Mit derartigen Beschichtungsverfahren lassen sich Schichten mit sehr hoher Homogenität erzeugen.To the uniform coating In particular, in microelectronics substrates by spin processes coated. The tool and the coating material rotate, which is mostly formed by a viscous polymer spreads evenly due to centrifugal force. With such coating methods can be produced layers with very high homogeneity.
Nachteilig an derartigen Spin-Verfahren ist aber, dass sich diese Verfahren zumeist nur für im Wesentlichen ebene Werkstücke eignen. Insbesondere in der Mikromechanik, wo ebenfalls lithographische Verfahren eingesetzt werden, sind dreidimensionale Strukturen auf dem Werkstück, wie zum Beispiel Mikrolinsen, Mikrokanäle oder Durchkontaktierungen vorhanden, welche den Einsatz von Spin-Coating-Verfahren erschweren oder unmöglich machen.adversely but in such spin processes is that these methods mostly only for essentially flat workpieces suitable. Especially in micromechanics, where also lithographic Procedures used are three-dimensional structures the workpiece, such as microlenses, microchannels or vias present, which complicate the use of spin-coating process or impossible.
Um derartige Werkstücke gleichmäßig beschichten zu können, wird das sogenannte Sprühbeschichten (Spray Coating) eingesetzt. Dabei wird das Beschichtungsmaterial, mit welchem das Werkstück beschichtet wird, aus einer Düse auf das Werkstück gesprüht. Die dabei verwendeten Polymere werden oft mit einem leicht flüchtigem Lösungsmittel versetzt, um den Sprühvorgang zu verbessern. Gleichmäßige Schichten lassen sich vor allem dadurch erzeugen, dass sich die Sprühdüse relativ zu dem Werkstück bewegt. So können auch Werkstücke mit dreidimensionalen Strukturen von allen Seiten beschichtet werden.Around such workpieces evenly coat to be able to becomes the so-called spray coating (Spray Coating) used. The coating material, with which the workpiece is coated will, from a nozzle sprayed on the workpiece. The used polymers are often with a volatile solvent offset to the spraying process to improve. Even layers Above all, can be generated by the fact that the spray nozzle relative to the workpiece emotional. So can also workpieces be coated with three-dimensional structures from all sides.
Wichtig ist es dabei, auf dem Werkstück eine reproduzierbare Schichtdickenverteilung, insbesondere eine homogene Schichtdickenverteilung zu erzeugen. Insbesondere bei lithographischen Verfahren muss der Resist gleichmäßig aufgetragen sein, um gleichmäßige Strukturen zu erreichen.Important it is there, on the workpiece a reproducible layer thickness distribution, in particular a to produce homogeneous layer thickness distribution. Especially in lithographic Procedure, the resist must be applied evenly to uniform structures to reach.
Während beim Spin-Coating auf sehr einfache Weise homogene Schichten erzeugt werden können, stellt das Sprühbeschichten einen wesentlich komplexeren Prozess dar, bei dessen Darstellung eine Vielzahl von Parametern beachtet werden müssen. Maßgeblichen Einfluss auf die Beschaffenheit und insbesondere auf die Dicke der aufgesprühten Beschichtung haben materialbezogene Parameter, wie Viskosität des Beschichtungsmaterials, anlagenbezogene Parameter, wie die Bauweise der Düse und die Geometrie von Werkstückdüse und sonstigen Komponenten zueinander sowie die Art und Form des Werkstücks maßgeblichen Einfluss.While at Spin Coating produces homogeneous layers in a very simple way can be provides the spray coating a much more complex process in its presentation a variety of parameters must be considered. Significant influence on the condition and in particular to the thickness of the sprayed coating have material related Parameters, such as viscosity of the coating material, plant-related parameters, such as the construction the nozzle and the geometry of workpiece nozzle and other Components to each other and the type and shape of the workpiece relevant Influence.
Die Bestimmung der prozessrelevanten Parameter ist dabei sehr aufwändig. Oft ist es auch kaum möglich, anhand von prozessrelevanten Parametern die Schichtdickenverteilung auf dem Werkstück hinreichend genau zu bestimmen.The Determining the process-relevant parameters is very complex. Often it is hardly possible based on process-relevant parameters, the layer thickness distribution on the workpiece be determined with sufficient accuracy.
Eine nachträgliche Messung der Homogenität der Schichten am Werkstück ist oft kaum möglich. So sind zerstörungsfreie optische Verfahren bei rauhen Schichten ungeeignet und eine nachträgliche Messung, bei welcher ein Werkstück zerstört wird, erfolgt immer zeitverzögert.A subsequent Measurement of homogeneity the layers on the workpiece is often hardly possible. So are non-destructive optical processes unsuitable for rough layers and subsequent measurement, in which a workpiece destroyed is always delayed.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsverfahren sowie eine Vorrichtung zur Beschichtung bereitzustellen, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik verringert.Of the Invention is in contrast the task is based, a coating method and an apparatus to provide for the coating, which disadvantages mentioned reduced in the prior art.
Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem sich auch dreidimensional strukturierte Werkstücke mit einer definierten Schichtdickenverteilung beschichten lassen.Especially The object of the invention is to provide a method in which Also, three-dimensionally structured workpieces with a defined layer thickness distribution coat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem die Schichtdickenverteilung hinreichend genau vorhergesagt werden kann, so dass auf umfangreiche Try- and Error-Versuche verzichtet werden kann.A Another object of the invention is to provide a method in which the layer thickness distribution predicted with sufficient accuracy can be, so that waived extensive Try and Error attempts can be.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks sowie durch eine Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.The The object of the invention is achieved by a method for coating a workpiece and by a device for coating workpieces one of the independent ones Claims solved.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.preferred embodiments and further developments of the invention are the respective dependent claims remove.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks, bei welchem das Werkstück mit einer Sprühvorrichtung beschichtet wird, die Schichtdickenverteilung auf dem Werkstück bestimmt wird und sodann über die Bestimmung einer Schichtdickenfunktion eine Zeit- und/oder Bewegungsfunktion errechnet wird, um eine gewünschte Schichtdickenverteilung zu erreichen.The The invention relates to a method for coating a workpiece which the workpiece with a spraying device is coated, the coating thickness distribution determined on the workpiece and then over the determination of a layer thickness function a time and / or motion function is calculated to a desired layer thickness distribution to reach.
Gemäß der Erfindung wird ein Werkstück bereitgestellt, bei welchem, wie es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, es sich auch um ein Dummy-Werkstück handeln kann, welches also nur die Form der eigentlichen zu beschichtenden Werkstücke aufweist.According to the invention becomes a workpiece provided in which, as in a preferred embodiment the invention is provided, it may also be a dummy workpiece, which therefore has only the shape of the actual workpieces to be coated.
Das Werkstück, welches insbesondere als mikroelektronisches oder mikromechaniches Bauteil, beispielsweise als Silizium Wafer ausgebildet ist, wird mittels einer Sprühvorrichtung beschichtet. Unter einer Sprühvorrichtung wird eine beliebige Vorrichtung verstanden, die es ermöglicht, ein flüssiges oder festes Beschichtungsmaterial auf dem Werkstück zu verteilen.The Workpiece, which in particular as a microelectronic or mikromechaniches Component, for example, is designed as silicon wafer, is by means of a spraying device coated. Under a spraying device is meant any device that makes it possible a liquid or distribute solid coating material on the workpiece.
Nachdem das Werkstück mit der Sprühvorrichtung beschichtet wurde, wird die Schichtdickenverteilung auf dem Werkstück zumindest abschnittsweise bestimmt. Insbesondere wenn es sich um einen Dummy handelt, können dabei auch zerstörende Messungen der Schichtdicke vorgenommen werden.After this the workpiece with the spray device has been coated, the layer thickness distribution on the workpiece at least determined in sections. Especially if it is a dummy can act as well as destructive measurements the layer thickness can be made.
Aus der Schichtdickenverteilung wird sodann eine Schichtdickenfunktion bestimmt, welche die Schichtdickenverteilung auf zumindest einem Abschnitt des Werkstücks zumindest näherungsweise wiedergibt. Es wird also das bei dem Sprühvorgang entstandene Höhenprofil beispielsweise in Form eines Datensatzes gemessen.Out the layer thickness distribution then becomes a layer thickness function determines which layer thickness distribution on at least one Section of the workpiece at least approximately. So it is the result of the spraying process height profile measured for example in the form of a data record.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich über diese Schichtdickenfunktion eine Zeit- und/oder Bewegungsfunktion errechnen lässt, mit welcher die Sprühvorrichtung angesteuert werden kann, um das gewünschte Sollhöhenprofil der Beschichtung zu erreichen.The Inventors have found out about this layer thickness function calculate a time and / or motion function with which the spraying device can be controlled to the desired nominal height profile to achieve the coating.
Gemäß der Erfindung sind also nicht mehr aufwändige Try- and Error-Versuche notwendig, sondern es reicht vielmehr aus, das Werkstück in einem ersten Schritt zu beschichten. Aus dem Höhenprofil dieser ersten Beschichtung kann dann eine Funktion zur Ansteuerung der Sprühvorrichtung errechnet werden, mit welcher das gewünschte Profil beim Beschichten des nächsten Werkstücks erreicht wird, wie es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist.According to the invention are no longer expensive Try and error attempts necessary, but rather it is sufficient, the workpiece in a first Step to coat. From the height profile of this first coating can then be calculated a function for controlling the spray device, with which the desired Profile when coating the next workpiece is achieved, as provided in a preferred embodiment of the invention is.
Die Zeit- und/oder Bewegungsfunktion, über welche die Sprühvorrichtung angesteuert wird, wird vorzugsweise anhand eines vorgegebenen Schichtdickensollprofils berechnet. So haben die Erfinder herausgefunden, dass nach der Beschichtung des Werkstücks in einem ersten Sprühgang und dem dabei entstandenen Schichtdickenprofil, es möglich ist, auszurechnen, wie die Sprühvorrichtung geführt werden muss, um ein gewünschtes Sollprofil zu erreichen.The Time and / or motion function over which the spray device is controlled, is preferably based on a predetermined Schichtdickensollprofils calculated. Thus, the inventors have found that after coating of the workpiece in a first spray and the resulting layer thickness profile, it is possible to calculate like the sprayer guided must be to a desired Target profile to reach.
Das gewünschte Sollprofil ist dabei vorzugsweise eine homogene Schichtdickenverteilung, in Einzelfällen kann aber auch ein alternatives Profil gewählt werden, welches gerade keine homogene Schichtdicke hat.The desired Nominal profile is preferably a homogeneous layer thickness distribution, in individual cases but also an alternative profile can be chosen, which is currently does not have a homogeneous layer thickness.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, der Erfindung wird das Werkstück in dem ersten Sprühvorgang im Wesentlichen bei gleichbleibender Position von Werkstück und Sprühvorrichtung beschichtet. In diesem ersten Beschichtungsgang kann eine statische Sprühfunktion bestimmt werden, in welcher sich vor allem die anlagenspezifischen Parameter widerspiegeln.at a preferred embodiment, The invention is the workpiece in the first spraying process essentially at the same position of workpiece and spray device coated. In this first coating cycle, a static Spray function be determined, in which especially the plant-specific Reflect parameters.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird in einem ersten Sprühgang zumindest eine Kante des Werkstücks beschichtet. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass beim gleichmäßigen Beschichten von Werkstücken, insbesondere die Beschichtung der Kanten problematisch ist. So kommt es insbesondere an Kanten zu inhomogenen Schichten, bei denen meistens die Schichtdicke entlang der Kante abnimmt. Erfindungsgemäß werden nun zunächst die Kanten des Werkstücks beschichtet, um eine gute Kantenbedeckung zu erreichen. Dabei entsteht eine inhomogene Schichtdickenverteilung, deren Korrektur dann durch das erfindungsgemäße Verfahren berechnet wird.at a development of the invention is at least in a first spray at least an edge of the workpiece coated. It has been shown in practice that in uniform coating of workpieces, In particular, the coating of the edges is problematic. So come in particular at edges to inhomogeneous layers, where mostly the layer thickness decreases along the edge. According to the invention now first the edges of the workpiece coated to achieve good edge coverage. It arises an inhomogeneous layer thickness distribution, their correction then by the inventive method is calculated.
Vorzugsweise wird die Schichtdickenfunktion unter Berücksichtigung einer Verweildauerfunktion, welche die Verweildauer einer Sprühvorrichtung in Bezug auf die Position der Sprühvorrichtung umfasst, berechnet. Dabei gibt die Schichtdickenfunktion die Dicke der Schicht in Bezug auf einen Punkt an der Oberfläche des Werkstücks wider, wohingegen die Verweildauerfunktion die Position der Sprühvorrichtung relativ zum Werkzeug und die Dauer an dieser Stelle wiedergibt, um eine bestimmte Schichtdicke aufzutragen.Preferably becomes the layer thickness function taking into account a residence time function, which the residence time of a spraying device calculated with respect to the position of the spray device. The layer thickness function refers to the thickness of the layer to a point on the surface of the workpiece, whereas the residence time function is the position of the spray device relative to the tool and the duration at this point reflects to apply a certain layer thickness.
Weiter wird die Schichtdickenfunktion vorzugsweise unter Berücksichtigung einer Sprühfunktion, welche die Schichtdicke an einer bestimmten Stelle des Werkstücks pro Zeiteinheit in Bezug auf eine feste Position der Sprühvorrichtung umfasst, berechnet. Diese Sprühfunktion, welche in einem ersten Sprühvorgang aufgenommen wird, kann auch als statische Sprühfunktion bezeichnet werden.Furthermore, the layer thickness function is preferably in consideration of a spraying function, which comprises the layer thickness at a certain point of the workpiece per unit time with respect to a fixed position of the spraying device, be expects. This spraying function, which is recorded in a first spraying process, can also be referred to as a static spraying function.
Die Sprüheinrichtung wird vorzugsweise über die Sprüheinrichtung unter Berücksichtigung der Funktion W(x, y) = S(x, y)**T(x, y) geführt. Dabei gibt die Funktion W(x, y) die Sollverteilung des Beschichtungsmittels auf dem Werkstück wider, es handelt sich dabei also um eine ortsabhängige Funktion über die Werkstückoberfläche. S(x, y) gibt die statische Schichtdickenfunktion wider, welche bei einem ersten Sprühvorgang bestimmt wurde. Es handelt sich dabei also ebenfalls um eine Funktion, die die Schichtdicke in Bezug auf einen Punkt an der Oberfläche des Werkstücks wiedergibt, aber in Abhängigkeit von einer bestimmten Position der Sprühvorrichtung und in Abhängigkeit von der Sprühdauer.The spraying is preferably over the sprayer under consideration of Function W (x, y) = S (x, y) ** T (x, y). There is the function W (x, y) the target distribution of the coating agent on the workpiece, it is therefore a location-dependent function over the Workpiece surface. S (x, y) gives the static layer thickness function, which at a first spraying was determined. It is also a function the layer thickness with respect to a point on the surface of the workpiece reflects, but in dependence from a specific position of the spray device and in dependence from the spraying time.
Schließlich gibt T(x, y) die Verweildauerfunktion der Sprüheinrichtung wieder, über welche letztendlich die Sollverteilung W(x, y) erreicht werden soll. T(x, y) gibt dabei die Zeit der Sprühvorrichtung an dem Ort x, y wieder. Die Verweildauer T(x, y) besagt also, an welcher Position die Sprühvorrichtung wie lange verbleiben muss, um mit der vorher eingemessenen statischen Sprühfunktion S(x, y) eine Schicht W(x, y) zu erzeugen. Über T(y, x) kann eine Zeit- und/oder Bewegungsfunktion der Sprühvorrichtung leicht bestimmt werden.Finally there T (x, y) again the residence time function of the spraying device over which ultimately, the desired distribution W (x, y) is to be achieved. T (x, y) gives the time of the spray device at the place x, y again. The residence time T (x, y) is, then which position the spraying device how long must remain to match the previously measured static Spray function S (x, y) to produce a layer W (x, y). About T (y, x) can be a time and / or motion function the sprayer easily be determined.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich die Sollverteilungsfunktion W(x, y) durch eine doppelte Faltung der statischen Schichtdickenfunktion S(x, y) sowie der Verweildauerfunktion T(x, y) darstellen lässt.The Inventors have found that the desired distribution function W (x, y) by a double convolution of the static layer thickness function S (x, y) and the residence time function T (x, y) can be displayed.
Über eine
Transformation, insbesondere über
eine zweifache Laplace-Transformation kann die doppelte Faltung
in eine einfache Multiplikation der Funktionen überführt werden:
Diese Multiplikation der Funktion wird sodann nach T(x, y) aufgelöst und so letztlich die Verweildauerfunktion und damit eine Bewegung der Sprühvorrichtung bestimmt.These Multiplication of the function is then resolved to T (x, y) and so on ultimately the residence time function and thus a movement of the spray device certainly.
Es versteht sich aber, dass das erfindungsgemäße Ergebnis auch durch andere mathematische Verfahren erreicht werden kann. Insbesondere ist eine numerische Darstellung über die Finite-Elemente Methode denkbar.It but it is understood that the result of the invention by others mathematical method can be achieved. In particular, one is numerical representation about the finite element method conceivable.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken, welche zumindest eine Sprühvorrichtung umfasst, sowie Mittel zur Bestimmung der Schichtdicke und Mittel zum Berechnen einer Zeit- und/oder Bewegungsfunktion für Sprühvorrichtung.The The invention further relates to a device for coating workpieces, which at least one spraying device includes, and means for determining the layer thickness and means for calculating a time and / or movement function for spray device.
Die Sprühvorrichtung, die Mittel zur Bestimmung der Schichtdicke sowie die Mittel zum Berechnen einer Zeit- und/oder Bewegungsfunktion sind vorzugsweise in einer Vorrichtung integriert.The sprayer, the means for determining the layer thickness and the means for Calculate a time and / or Movement function are preferably integrated in a device.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken Mittel zum Speichern von werkstückspezifischen Zeit- und/oder Bewegungsfunktionen auf.at a development of the invention has the device for coating of workpieces means for storing workpiece-specific time and / or motion functions.
So können über die statische Sprühverteilungsfunktion errechnete Bewegungsfunktionen für die Sprühvorrichtung in einer Datenbank hinterlegt werden und je nach dem welches Werkstück beschichtet werden soll, kann auf diese Datenbank zurückgegriffen werden.So can over the static spray distribution function calculated motion functions for the sprayer stored in a database and coated depending on which workpiece be used, this database can be used.
Weiter weist die Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken vorzugsweise eine Datenbank auf, in der werkstückspezifische Beschichtungssollprofile gespeichert werden können. Über die Beschichtungssollprofile sowie über die ermittelten statischen Sprühfunktionen errechnet die die Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken die Bewegungs- und/oder Zeitfunktion, mit welcher die Sprühvorrichtung angesteuert wird.Further the device for coating workpieces preferably has a database, in the workpiece specific Coating target profiles can be stored. About the coating target profiles as well as over the determined static spray functions calculates the device for coating workpieces the Movement and / or time function with which the spray device is controlled.
Die Erfindung ermöglicht so das homogene Beschichten auch von dreidimensional strukturierten Werkstücken.The Invention allows so the homogeneous coating of three-dimensionally structured workpieces.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die
Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnungen
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description the drawings
Anhand
von
Das
Beschichtungsmaterial tritt aus der Austrittsdüse
Das Profil des abgeschiedenen Beschichtungsmaterials bei feststehender Sprühvorrichtung bildet die Grundlage für die Errechnung einer statischen Schichtdickenfunktion S(x, y).The Profile of the deposited coating material at fixed Sprayer forms the basis for the calculation of a static layer thickness function S (x, y).
Diese
Funktion ist von zentraler Bedeutung für die Errechnung einer Zeit-
und/oder Bewegungsfunktion für
die Ansteuerung der Sprühvorrichtung
Bei der Planung des Sprühprozesses muss der Anwender eine ganze Reihe von Randbedingungen miteinander in Einklang bringen. So spielen auch Faktoren wie Kantendeckung, Blasenbildung etc. eine Rolle.at the planning of the spraying process the user has a whole bunch of constraints with each other harmonize. So factors like edge coverage, Blistering etc. a role.
Die Einflussfaktoren auf den Sprühvorgang lassen sich grob in vier Klassen einteilen.The Leave influencing factors on the spraying process roughly divided into four classes.
Zum einen gibt es materialbezogene Parameter, wie die Auswahl des Sprühmittels beziehungsweise des Resistes sowie die Auswahl von Verdünner, Mischungsverhältnis und die Fähigkeit des Beschichtungsmaterials, eine gute Kantenbedeckung zu erreichen. Auf diese materialbezogenen Parameter hat der Benutzer nur begrenzte Einflussmöglichkeiten.To the There are material related parameters, such as the choice of spray or the resist and the selection of thinner, mixing ratio and the ability of Coating material to achieve a good edge coverage. The user only has limited access to these material-related parameters Influence.
Weiter gibt es werkstücksbezogene Parameter, wie die Form und Art des Werkstücks, auf welche der Anwender zumeist gar keinen Einfluss hat.Further there are workpiece-related Parameters, such as the shape and type of workpiece to which the user mostly has no influence at all.
Schließlich gibt es sprühbezogene Parameter. So hat die Sprühdüse die Aufgabe, das Sprühmittel zu zerstäuben, so dass sich ein Nebel bildet, der sich gleichmäßig auf dem Werkstück niederschlagen soll. Die Optimierung der sprühbezogenen Parameter ist in aller Regel auf eine gute Kantenbedeckung ausgerichtet, welche nicht zwangsläufig mit einer hohen Schichtdickenhomogenität einhergeht.Finally there it spray-related Parameter. So the spray nozzle has the task the spray to atomise, so that a mist forms, which should be reflected evenly on the workpiece. The optimization of the spray-related Parameter is usually geared to good edge coverage, which not necessarily associated with a high layer thickness homogeneity.
Schließlich gibt es noch kinematische Parameter, welche der Anwender für die Optimierung der Homogenität verwenden kann. Die Kinematik, also die Relativbewegung zwischen Werkstück und Düse, hat nämlich nur geringen Einfluss auf die Kantenbedeckung, da diese vor allem durch die Sprühdosen- und materialbezogenen Parameter bestimmt wird.Finally there It still kinematic parameters, which the user for optimization homogeneity can use. The kinematics, ie the relative movement between workpiece and nozzle, has namely only minor impact on the edge coverage, as these are mainly through the spray can and material-related parameters is determined.
Der Erfinder ist daher davon ausgegangen, dass werkstücksbezogene Parameter als vorgegeben gelten.Of the The inventor has therefore assumed that workpiece related Parameters are considered as predefined.
Sodann erfolgt eine Optimierung der Kantenbedeckung über die material- und sprühbezogenen Parameter. Die Homogenität der Schichtdicke über das Werkstück wird in diesem Schritt zunächst ignoriert.thereupon the edge coverage is optimized via the material- and spray-related parameters. The homogeneity the layer thickness over the workpiece will be in this step first ignored.
Sobald
ein zufriedenstellendes Ergebnis bezüglich der Kantenabdeckung erreicht
ist, erfolgt eine Optimierung der Homogenität ausschließlich über die verbleibenden kinematischen
Parameter, also über die
Zeit-/Wegführung
der Sprühvorrichtung
In der Sprühdüse wird unabhängig von der Konstruktionsform das Beschichtungsmittel, meist eine Mischung aus Resist und Verdünner, zerstäubt und in Richtung Werkstück beschleunigt.In the spray nozzle is independently from the construction form the coating agent, usually a mixture made of resist and thinner, atomized and towards the workpiece accelerated.
Bezug
nehmend auf
So
zeigt
Diese Verteilungen dienen der Beschreibung einer statischen Sprühfunktion. Dabei wird das Resist/Verdünnergemisch ohne Relativbewegung auf einem planen Werkstück in einer begrenzten Zeit aufgebracht. Dies Darstellung dieses Profils wird nachfolgend als statische Sprühfunktion S(x, y) bezeichnet und ist eine dreidimensionale Funktion, welche die Schichtdicke in Abhängigkeit des Ortes auf dem Werkstück sowie in Abhängigkeit von der Sprühzeit darstellt. Die Funktion S(x, y) kann dabei als diskretes Datenfeld als auch kontinuierlich, beispielsweise als Approximationspolynom oder als Spline gebildet sein.These distributions serve to describe a static spray function. In this case, the resist / thinner mixture is applied without relative movement on a planar workpiece in a limited time. This representation of this profile is referred to below as the static spray function S (x, y) and is a three-dimensional function which represents the layer thickness as a function of the location on the workpiece and as a function of the spray time. The function S (x, y) can be used as a discrete data field as well as continuously, for example be formed as an approximation polynomial or as a spline.
Der Erfinder hat herausgefunden, dass über die hinreichend genaue Beschreibung dieser Sprühfunktion beziehungsweise Schichtdickenfunktion S(x, y) eine Kinematik errechnet werden kann, über die gewünschte Homogenität ohne Beeinflussung weiterer Faktoren erreicht werden kann.Of the Inventor has found that about the sufficiently accurate Description of this spray function or layer thickness function S (x, y) calculates a kinematics can be over the desired homogeneity can be achieved without influencing other factors.
In diesem Ausführungsbeispiel wird zur Berechnung eine Verweildauerfunktion T(x, y) eingeführt. Die Verweildauerfunktion beschreibt dabei, wie lange die Sprühvorrichtung an einer Position x, y über dem Werkstück verbleiben soll, um ein bestimmtes Schichtdickenprofil zu erreichen. Die Verweildauerfunktion kann dabei auch diskret oder kontinuierlich dargestellt werden.In this embodiment For the calculation, a residence time function T (x, y) is introduced. The Dwell time function describes how long the spray device at a position x, y above the workpiece should remain in order to achieve a certain layer thickness profile. The residence time function can also be shown discretely or continuously become.
Das Beschichtungsmaterial auf dem Werkstück wird durch eine Funktion W(x, y) beschrieben werden, wobei W(x, y) eine dreidimensionale Funktion ist, bei welcher die Schichtdicke in Abhängigkeit des Ortes auf der Oberfläche des Werkstücks beschrieben wird.The Coating material on the workpiece is by a function W (x, y), where W (x, y) is a three-dimensional Function is, in which the layer thickness in dependence of Place on the surface of the workpiece is described.
Es ergibt sich der mathematische Zusammenhang W(x, y) = S(x, y)**T(x, y). Die Operation ** ist die doppelte Faltung der Funktion S(x, y) und T(x, y). Eine derartige Faltung kann sowohl mit diskreten als auch mit kontinuierlichen Funktionen erfolgen.It the mathematical relationship W (x, y) = S (x, y) ** T (x, y). The operation ** is the double convolution of the function S (x, y) and T (x, y). Such a folding can be done with both discrete and also with continuous functions.
Die Gleichung W(x, y) = S(x, y)**T(x, y) muss nach T(x, y) aufgelöst werden, um eine Vorgabe die für die Zeit- und/oder Bewegungsfunktion der Sprühvorrichtung zu erhalten.The Equation W (x, y) = S (x, y) ** T (x, y) must be resolved to T (x, y), a default for the the time and / or Motion function of the spray device to obtain.
Die
Berechnung der Verweildauerfunktion T(x, y) kann beispielsweise
durch eine zweifache Laplace-Transformation erfolgen, welche die
doppelte Faltung in eine einfache Multiplikation der Funktionen überführt:
Über Auflösen nach
L(T(x, y)
ergibt
sich die gewünschte
Funktion
The result is the desired function
Die mathematischen Operationen können dabei mit handelsüblicher Software wie MathCAD auf einem PC durchgeführt werden.The Mathematical operations can do this with commercial Software like MathCAD can be done on a PC.
Bezug
nehmend auf
Über dieses
Höhenprofil
kann, wie Bezug nehmend auf
In
einem nächsten
Schritt wird die Schichtdickenfunktion W(x, y) vorgegeben, wie anhand
von Figuren
Bei
der Schichtdickenfunktion kann es sich sowohl um eine homogene Verteilung,
wie in
Nach
Berechnung der Verweildauerfunktion T(x, y) kann mittels der Sprühvorrichtung
die Schichtfunktion W(x, y) aufgesprüht werden, wie Bezug nehmend
auf
Bezug
nehmend auf
In
einem ersten Schritt wird ein Werkstück-Dummy
Sodann
wird die Beschichtungsverteilung auf dem Werkstück gemessen
Sodann
können
folgende Werkstücke
unter Beachtung der Verweildauerfunktion T(x, y) beschichtet werden
Der Erfinder hat herausgefunden, dass über das erfindungsgemäße Verfahren ohne die Anwendung von mehreren Try- und Error-Versuchen optimale Sprühverteilungsergebnisse erzielt werden.Of the The inventor has found that via the inventive method optimal without the use of multiple try and error attempts Sprühverteilungsergebnisse be achieved.
Weiter
weist die Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks
Die Erfindung ist nicht auf eine Kombination vorstehend genannter Merkmale beschränkt, sondern es versteht sich, dass der Fachmann sämtliche vorstehend genannten Merkmale kombinieren wird, soweit dies sinnvoll ist.The The invention is not a combination of the above-mentioned features limited, but it is understood that the skilled person all the above Features will combine, as appropriate.
- 11
- Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstückscontraption for coating a workpiece
- 22
- Sprühvorrichtungsprayer
- 33
- Beschichtungcoating
- 44
- Oberflächesurface
- 55
- Austrittsdüseexhaust nozzle
- 66
- Messvorrichtungmeasuring device
- 77
- Höhenprofilheight profile
- 88th
- Kartesisches KoordinatensystemCartesian coordinate system
- 1010
- Beschichten eines Werkstück-Dummyscoating a workpiece dummy
- 1111
- Vermessung der Beschichtungsverteilungmeasurement the coating distribution
- 1212
- Bestimmen einer statischen Sprühfunktion S(x, y)Determine a static spray function S (x, y)
- 1313
- Bestimmung einer Sollverteilung W(x, y)determination a desired distribution W (x, y)
- 1414
- Berechnen einer Verweildauerfunktion T(x, y)To calculate a residence time function T (x, y)
- 1515
- Beschichten des Werkstücks mit T(x, y)coating of the workpiece with T (x, y)
- 2020
- Werkstückworkpiece
- 2121
- Förderbandconveyor belt
- 2222
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- 2323
- Recheneinrichtungcomputing device
- 2424
- SpeicherStorage
- 2525
- SpeicherStorage
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