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Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe für ein Beschichtungsmaterialdosiersystem, ein Beschichtungsmaterialdosiersystem und ein Verfahren zum Fördern von einem Beschichtungsmaterial in dem Beschichtungsmaterialdosiersystem.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits mehrere Beschichtungsmaterialdosiersysteme zum Beschichten von beispielsweise einem Wafer bekannt. Für eine genaue Dosierung von Beschichtungsmaterial, wie beispielsweise Lack, auf dem Wafer werden Zahnradpumpen eingesetzt. Da beim Pumpen von Beschichtungsmaterial mittels der Zahnradpumpe Scherkräfte und partielle große Druckunterschiede im Beschichtungsmaterial auftreten, können sich im Beschichtungsmaterial Blasen ausbilden.
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Zur Strukturierung des Wafers ist der Schritt der Fotolithografie notwendig. Dazu muss ein Lack homogen auf dem Wafer verteilt werden, was in der Regel mit einer mittigen Betropfung des Lacks auf den Wafer und anschließendem Abschleudern realisiert wird. Wenn im Lack Blasen vorhanden sind, kommen diese auf den Wafer und hinterlassen beim Abschleudern Schatten bzw. Inhomogenitäten in der Lackschicht, wodurch der Wafer unbrauchbar wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beschichtungsmaterialdosiersystem und/oder eine Pumpe vorzusehen, die wenigstens die oben genannten Nachteile bei einem Beschichtungsvorgang nicht aufweist.
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Die Aufgabe wird durch eine Membranpumpe gemäß Patentanspruch 1, ein Beschichtungsmaterialdosiersystem gemäß Patentanspruch 4 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist eine Membran einer Membranpumpe, die vorzugsweise in einem Beschichtungsmaterialdosiersystem eingesetzt wird, elastisch ausgebildet und mit einem Betätigungsmittel gekoppelt. Bei einer Betätigung des Betätigungsmittels bewegt sich dieses translatorisch und die Membran wird verformt und ein Strömen des Beschichtungsmaterials im Beschichtungsmaterialdosiersystem wird bewirkt. Die aus der Membranpumpe ausgeströmte Menge des Beschichtungsmaterials ist von der Stärke der Verformung der Membran abhängig, wobei die Stärke der Verformung durch das Betätigungsmittel steuerbar ist. So wird die Membran umso stärker verformt, je größer eine Auslenkung des Betätigungsmittels ist. Im Endeffekt kann durch die Stärke der Verformung der Membran die ausgeströmte Menge des Beschichtungsmaterials aus der Membranpumpe und/oder eine Strömung des Beschichtungsmaterials in dem Beschichtungsmaterialdosiersystem kontrolliert werden.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch ein Fördern von Beschichtungsmaterial mittels einer Verformung der Membran die Gefahr einer Blasenbildung reduziert wird, da auf das Beschichtungsmaterial keine bzw. geringe Scherkräfte wirken. Da das Beschichtungsmaterial, insbesondere Lack, Lösungsmittel aufweisen kann, die bei Druckstößen auf das Beschichtungsmaterial ausgasen können, müssen Betätigungsmittel eingesetzt werden, mittels denen kleine Auslenkungsänderungen des Betätigungsmittels und damit sehr kleine Verformungen der Membran erreicht werden können. Die Auslenkung des Betätigungsmittels soll kontinuierlich und somit ohne Sprünge erfolgen, damit keine Druckstöße auf das Beschichtungsmaterial ausgeübt werden, die ein Ausgasen des Beschichtungsmaterials bewirken können. Durch das Ausbilden des Betätigungsmittels als Linearaktor wird das Risiko des Ausgasens des Beschichtungsmaterials verringert, da mittels des Linearaktors ein ruckfreier Antrieb und kleine kontinuierliche Auslenkungsanderungen möglich sind, wodurch keine Druckstöße auf das Beschichtungsmaterial ausgeübt werden. Dabei bietet sich ein Ausbilden des Betätigungsmittels als Piezoaktor an, da durch entsprechende Spannungsanlegung an diesen sehr kleine kontinuierliche Auslenkungsänderungen erreicht werden können.
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Die Auslenkung des Betätigungsmittels ist durch den Hub des Betätigungsmittels begrenzt. Als Hub wird der Abstand des Betätigungsmittels zwischen einer Position des Betätigungsmittels verstanden, bei der dieses in Richtung zur Membran maximal ausgelenkt ist, und einer Position des Betätigungsmittels, bei der diese in eine Richtung weg von der Membran maximal ausgelenkt ist, oder einer Position des Betätigungsmittels, bei der das Betätigungsmittel nicht ausgelenkt ist.
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Die auszuströmende Beschichtungsmaterialmenge kann durch die Auslenkung des Betätigungsmittels bzw. die Stärke der Verformung der Membran eingestellt werden. Dabei kann die Membran durch das Betätigungsmittel in zwei Formen, nämlich eine Kompressionsform und eine Expansionsform verformt werden. So kann das Betätigungsmittel derart ausgelenkt werden, dass sich die Membran in eine Form verformt, bei der die zum Beschichten des zu beschichtenden Gegenstands benötigte Beschichtungsmaterialmenge gefördert wird. Diese Form kann sich zwischen der Kompressions- und der Expansionsform befinden oder der Kompressionsform entsprechen.
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Als Kompressionsform einer Membran wird die Form einer Membran verstanden, bei der sich das Betätigungsmittel in Richtung zur Membran in seiner maximal ausgelenkten Stellung befindet. Als Expansionsform wird die Form der Membran verstanden, bei der das Betätigungsmittel in Richtung weg von der Membran in seiner maximal ausgelenkten Stellung befindet.
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Vorzugsweise wird das Betätigungsmittel derart gewählt, dass in diesem kein Haftgleiteffekt auftritt. Dabei wird als Haftgleiteffekt ein Ruckgleiten eines bewegten Körpers gegenüber einem festen Körper verstanden. Dieser Effekt kann auftreten, wenn die Haftreibung zwischen den beiden Körpern größer ist als die Gleitreibung zwischen den Körpern.
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Das Betätigungsmittel kann über ein Verbindungsmittel direkt mit der Membran gekoppelt werden und/oder über ein Getriebe. Als direkt wird eine Verbindung verstanden, bei der das Betätigungsmittel ohne weitere zwischen dem Betätigungsmittel und der Membran vorgesehene Mittel, wie beispielsweise ein Getriebe, mit der Membran verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Betätigungsmittel über eine Hebelvorrichtung mit der Membran gekoppelt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung kann das Betätigungsmittel an der Membran angebracht sein. D. h., dass durch die Anbringung des Betätigungsmittels an der Membran diese selbst piezoaktiv oder elektrostriktiv ausgebildet ist. So kann beispielsweise ein Piezoaktor in Form eines aktiven Piezokeramikstreifens auf die Membran aufgeklebt werden. Bei einer Änderung der Spannung des Piezokeramikstreifens kommt es zu einer Kontraktion oder Expansion des Piezokeramikstreifens. Da sich die Membran bei der Spannungsänderung nicht dehnt bzw. zusammenzieht, kommt es aufgrund der Kopplung der Membran mit dem Piezokeramikstreifen zu einer Verformung, insbesondere Durchbiegung, der Membran.
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Als Membranpumpe wird eine Einrichtung verstanden, die eine Kammer, innerhalb der sich das Beschichtungsmaterial befindet, und mindestens eine Membran aufweist. Die Membranpumpe kann des Weiteren ein Betätigungsmittel aufweisen. Die Kammer kann einen Kammerhohlraum aufweisen, der durch die mindestens eine Membran und eine Kammerwand begrenzt wird. Die mindestens eine Membran kann an einer Seite durch das Beschichtungsmaterial benetzt werden und ist an der zum Beschichtungsmaterial abgewandten Seite mit dem Betätigungsmittel gekoppelt. Das Beschichtungsmaterial kann über einen Eingangskanal in den Kammerhohlraum strömen bzw. über einen Ausgangskanal aus diesem strömen. Der Eingangskanal und/oder der Ausgangskanal können in einer Kammerwand vorgesehen sein, die der Membran gegenüberliegt, oder in einer Kammerwand, mit der die Membran verbunden ist und die in eine Richtung weg von der Membran verläuft.
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Die Membran kann sich abhängig von der Auslenkung des Betätigungsmittels in Richtung zum Kammerhohlraum oder in eine Richtung weg vom Kammerhohlraum verformen. Das Kammerhohlraumvolumen kann ein Volumen von einigen Mililitern aufweisen. Vorzugsweise kann der Kammerhohlraum derart ausgebildet werden, dass er die Menge des Beschichtungsmaterials enthält, die zum Beschichten des zu beschichtenden Gegenstands, insbesondere Wafers, benötigt wird. Vorteilhafterweise kann bei einem einzigen Hub des Betätigungsmittels und einer damit verbundenen Verformung der Membran das gesamte in dem Kammerhohlraum befindliche Beschichtungsmaterial aus dem Kammerhohlraum ausströmen.
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Ein Vorteil eines derartigen Aufbaus der Membranpumpe besteht darin, dass die Membran mit dem Beschichtungsmaterial benetzt ist. D. h., dass eine Verformung der Membran unmittelbar ein Ausströmen des Beschichtungsmaterials bewirkt. Durch eine Auslenkung des Betätigungsmittels und eine damit verbundene Verformung der Membran kann auf einfache Weise die auszuströmende Beschichtungsmaterialmenge eingestellt werden. Des Weiteren kann aufgrund der von der Verformung abhängigen auszuströmenden Beschichtungsmaterialmenge der Durchfluss von Beschichtungsmaterial in bzw. aus dem Kammerhohlraum ermittelt werden Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Betätigungsmittel als Linearaktor ausgebildet ist. Dadurch kann die Geschwindigkeit der Kammerhohlraumvolumenänderung mittels der Verformung der Membran und damit der Durchfluss aus der Membranpumpe auf einfache Weise gesteuert werden, ohne Druckstöße auf das Beschichtungsmaterial auszuüben.
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Die Membran kann durch das Beschichtungsmaterial vollständig benetzt werden. Alternativ kann zwischen der Membran und dem Beschichtungsmaterial eine Gasschicht vorgesehen sein. Das Vorsehen einer Gasschicht weist den Vorteil auf, dass diese einen dämpfenden Einfluss bei einer Verformung der Membran aufweist, so dass keine Druckstöße in das Beschichtungsmaterial übertragen werden. Im Ergebnis wird ein Ausgasen aus dem Beschichtungsmaterial verhindert. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass das Gas der Gasschicht nicht mit dem Beschichtungsmaterial in den Ausgangskanal strömt.
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In einer bevorzugten Ausführung kann neben der ersten Membran wenigstens eine zweite Membran vorgesehen sein, die den Kammerhohlraum begrenzt. Die erste und zweite Membran können sich gegenüberliegend angeordnet sein und können sich bei einem Betätigen des Betätigungsmittels in unterschiedliche Richtungen verformen.
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Dabei können sich die erste und zweite Membran in eine Richtung zu dem Kammerhohlraum, insbesondere in die Kompressionsform, oder in eine Richtung weg von dem Kammerhohlraum, insbesondere in die Expansionsform, verformen. Alternativ kann die Verformung der ersten und zweiten Membran in die gleiche Richtung erfolgen. Dabei kann die zweite Membran mit einem Antriebsmittel verbunden sein oder ohne Verbindung zu einem Antriebsmittel als elastische Membran zur Dämpfung von Druckstößen dienen.
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Durch ein Vorsehen von mindestens zwei Membranen kann die Durchflussmenge des ausströmenden Beschichtungsmaterials einfach gesteuert werden. Des Weiteren steht ein höheres Kammerhohlraumvolumen zur Verfügung, insbesondere wenn sich die beiden Membranen jeweils in der Expansionsform befinden, so dass auch die maximal ausströmende Beschichtungsmaterialmenge pro Betätigung des Betätigungsmittels größer ist, da diese von dem Kammerhohlraumvolumen abhängig ist.
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Dabei können die erste und zweite Membran mit dem gleichen Betätigungsmittel oder mit zwei unterschiedlichen Betätigungsmitteln gekoppelt werden. Das Koppeln der ersten und zweiten Membran mit einem ersten und zweiten Betätigungsmittel bietet den Vorteil, dass die erste und zweite Membran mit einer unterschiedlichen Frequenz und/oder Amplitude schwingen können. Natürlich ist es bei einem Vorsehen von mehr als einer Membran möglich, dass jede Membran mit einem separaten Betätigungsmittel gekoppelt ist. Das Betätigungsmittel kann mittels einer Versorgungsvorrichtung, die beispielsweise eine Spannung an das Betätigungsmittel anlegen kann, verbunden sein. Dabei können mehrere Betätigungsmittel mit der gleichen Versorgungsvorrichtung oder mit unterschiedlichen Versorgungsvorrichtungen verbunden sein.
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Die Kammer bzw. die Kammerwand und/oder die Membran kann aus Kunststoff und/oder einem Metall ausgebildet sein. Dabei muss lediglich sichergestellt sein, dass das Material der Membran elastisch ausgebildet ist, so dass sich die Membran verformen, insbesondere biegen, kann.
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Die Membranpumpe kann in einem Beschichtungsmaterialdosiersystem, wie beispielsweise einem Lackdosiersystem, vorgesehen sein. Dabei kann die Membranpumpe über den Eingangskanal mit einem Beschichtungsmaterialbehältnis und über einen Ausgangskanal mit einer Beschichtungsdüse verbunden sein. In dem Beschichtungsmaterialbehältnis ist das zum Beschichten des zu beschichtenden Gegenstands benötigte Beschichtungsmaterial gelagert. Dabei kann ein Beschichten des Gegenstands mittels der Beschichtungsdüse erfolgen, deren Düsenöffnung in Richtung zum zu beschichtenden Gegenstand weist, so dass das aus der Düsenöffnung austretende Beschichtungsmaterial auf den Gegenstand trifft.
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Das Beschichtungsmaterialdosiersystem kann eine Membranpumpe aufweisen. Des Weiteren kann das Beschichtungsmaterialdosiersystem eine Messeinrichtung zum Messen von Blasen, insbesondere Luftblasen, und/oder Fremdpartikeln aufweisen, die zwischen der Beschichtungsdüse und der Membranpumpe vorgesehen ist. Die Messeinrichtung kann vorteilhafterweise auch zur Detektion von Kavitation und/oder des Beschichtungsmaterialdurchflusses verwendet werden. Die Messeinrichtung kann bei Vorhandensein von Blasen und/oder Fremdpartikeln und/oder beim Ermitteln eines vorgegebenen Durchflusswertes ein Signal an die Steuervorrichtung übermitteln. Alternativ kann das Beschichtungsmaterialdosiersystem eine separat ausgebildete weitere Messeinrichtung zur Durchflussmessung aufweisen, die ebenfalls zwischen der Beschichtungsdüse und der Membranpumpe vorgesehen ist.
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Basierend auf diesem Signal kann die Steuervorrichtung über die Versorgungsvorrichtung das Betätigen bzw. Auslenken des Betätigungsmittels und damit die Verformung der Membran steuern. So kann für den Fall, dass eine Blase im Beschichtungsmaterial detektiert wurde, das Betätigungsmittel angehalten und in weiteren Beschichtungszyklen derart angesteuert werden, dass sich die Auslenkgeschwindigkeit des Betätigungsmittels verkleinert. Durch eine kleinere Auslenkgeschwindigkeit des Betätigungsmittels wird die Membran langsamer verformt, wodurch sich der Durchfluss des aus dem Ausgangskanals austretenden Beschichtungsmaterials verringert. Infolge des geringeren Durchflusses wird sichergestellt, dass sich innerhalb des Beschichtungsmaterials keine Blasen bilden, da aufgrund der langsameren Verformung der Membran die aufgrund der Verformung in das Beschichtungsmaterial eingebrachten Druckstöße kleiner werden. Folglich findet kein Ausgasen aus dem Beschichtungsmaterial statt.
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Ferner kann das Beschichtungsmaterialdosiersystem ein Absperrventil aufweisen, das zwischen der Messeinrichtung und der Beschichtungsdüse vorgesehen ist. Für den Fall, dass die Messeinrichtung eine Blase und/oder ein Fremdpartikel in dem Beschichtungsmaterial ermittelt, übermittelt die Steuervorrichtung ein Schließsignal an das Absperrventil. Durch ein Schließen des Absperrventils wird sichergestellt, dass das mit der Blase und/oder dem Fremdpartikel versehene Beschichtungsmaterial über die Beschichtungsdüse nicht auf den zu beschichtenden Gegenstand gelangt. Somit wird auf einfache Weise sichergestellt, dass der zu beschichtende Gegenstand nicht mit einer mit Blasen und/oder Fremdpartikeln versehenen Beschichtung beschichtet wird.
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Das Absperrventil kann mittels eines Öffnungssignals der Steuervorrichtung geöffnet werden, um das Beschichtungsmaterial mit der Blase und/oder dem Fremdpartikel aus dem Beschichtungsmaterialdosiersystem zu entfernen. Dies kann vorzugsweise erfolgen, nachdem der zu beschichtende Gegenstand derart wegbewegt wird, dass das aus der Düsenöffnung austretende Beschichtungsmaterial nicht auf den zu beschichtenden Gegenstand gelangt.
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Das Absperrventil kann ebenfalls zum Ermöglichen einer Rückströmung von der Beschichtungsdüse über den Ausgangskanal in den Kammerhohlraum dienen. Zur Erzielung einer Rückströmung wird das Absperrventil mittels der Steuervorrichtung für einen vorgegebenen Zeitraum geöffnet und die Membran in Richtung der Expansionsposition verformt. Im Ergebnis kann an der Beschichtungsdüse ein Nachtropfen auf den zu beschichtenden Gegenstand auf einfache Weise vermieden werden.
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Das Beschichtungsmaterialdosiersystem kann zwischen der Membranpumpe und dem Beschichtungsmaterialbehältnis ein Behältnisventil aufweisen. Das Behältnisventil kann als Rückschlagventil ausgebildet sein. Alternativ kann das Behältnisventil analog zum oben genannten Absperrventil als ein Ventil ausgebildet sein, dessen Ventilöffnungsquerschnitt durch die Steuervorrichtung steuerbar ist.
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Das Behältnisventil als auch das Absperrventil können derart ausgebildet werden, dass im jeweiligen Ventil vorzugsweise kein Totraum vorliegt und die auf die Beschichtung ausgeübten Scherkräfte gering sind.
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Ein Vorteil eines zuvor beschriebenen Beschichtungsmaterialdosiersystems ist, dass das System einen geringen Druckverlust aufweist und aufgrund des Vorsehens der Membranpumpe die Gefahr einer Blasenbildung in dem Beschichtungsmaterial gering ist.
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Das Beschichtungsmaterialdosiersystem kann zum Beschichten von Wafern eingesetzt werden. In diesem Fall wird Lack als Beschichtungsmaterial eingesetzt. Natürlich ist es möglich, dass Beschichtungsmaterialdosiersystem zum Beschichten von anderen zu beschichtenden Gegenständen einzusetzen.
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Die Steuerung des Absperrventils und/oder des Behältnisventils und/oder die Signalauswertung der Messeinrichtung durch die Steuervorrichtung kann in Echtzeit analog und/oder digital erfolgen. Des Weiteren kann die Steuervorrichtung die aus der Membranpumpe austretende Beschichtungsmaterialmenge und den Durchfluss aus der Membranpumpe steuern. Die aus dem Kammerhohlraum der Membranpumpe ausströmende Beschichtungsmaterialmenge ist von der Verformung der Membran in Richtung zum Kammerhohlraum abhängig. Dabei ist die ausgetretene Beschichtungsmaterialmenge umso größer je weiter die Membran in den Kammerhohlraum eindringt, wobei das Verformen der Membran von der Auslenkung des Betätigungsmittels abhängt. So kann die Auslenkung des Betätigungsmittels bzw. die Verformung der Membran derart erfolgen, dass das im Kammerhohlraumvolumen befindliche Volumen vollständig ausströmt. Der Durchfluss aus der Membranpumpe wird durch die Auslenkungsgeschwindigkeit des Betätigungsmittels beeinflusst.
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In der Steuereinrichtung können Kennlinien zur Steuerung des Betätigungsmittels und/oder des Absperrventils hinterlegt werden. Basierend auf diesen Kennlinien kann die Auslenkgeschwindigkeit des Betätigungsmittels, die aus der Membran austretende Beschichtungsmaterialmenge, der Zeitpunkt der Betätigung des Betätigungsmittels und/oder die Öffnungs-/Schließzeit bzw. der Öffnungs-/Schließzeitpunkt des Absperrventils gesteuert werden. Die Steuerung kann beispielsweise abhängig von dem in der Messeinrichtung ermittelten Signal erfolgen. Natürlich kann die Steuerung auch abhängig von anderen Parameter, wie beispielsweise der Zeit, erfolgen.
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Die Steuervorrichtung kann über die Versorgungsvorrichtung und das Betätigungsmittel die Verformung der Membran steuern. So kann durch ein Ansteuern der Versorgungsvorrichtung durch die Steuervorrichtung die an den Piezoaktor angelegte Spannung gesteuert werden. In der Steuervorrichtung kann ein Verlauf für die aus der Membranpumpe abzugebende Beschichtungsmaterialmenge über die Zeit hinterlegt werden. Dadurch kann abhängig von den Eigenschaften des Beschichtungsmaterials und/oder der Abmessung des zu beschichtenden Gegenstands eine genaue Dosierung des an den zu beschichtenden Gegenstand abzugebenden Beschichtungsmaterials erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird, nachdem das Beschichtungsmaterial aus der Kammer ausgeströmt ist und eine Beschichtung des zu beschichtenden Gegenstands stattgefunden hat, die wenigstens eine Membran in eine Form verformt werden, bei der sich das Beschichtungsmaterial, das sich in dem Ausgangskanal nachgeschalteten Bereich befindet, über den Ausgangskanal in den Kammerhohlraum zurückströmt. Bei der Form kann es sich um eine Form handeln, die sich zwischen der Kompressionsform und der Expansionsform ausbildet. Durch eine derartige Verformung der Membran wird erreicht, dass sich an der Beschichtungsdüse keine Tropfen bilden.
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Ein Einströmen des Beschichtungsmaterials aus dem Beschichtungsmaterialbehältnis in den Kammerhohlraum kann erfolgen, wenn die Membran in Richtung zur Expansionsform verformt wird und das Absperrventil geschlossen ist. Falls das Behältnisventil als ansteuerbares Ventil ausgebildet wird, muss dieses beispielsweise durch ein Stellglied wenigstens teilweise geöffnet werden, damit Beschichtungsmaterial aus dem Beschichtungsmaterialbehältnis in den Kammerhohlraum strömen kann. Des Weiteren kann ein Austauschen des zu beschichtenden Gegenstands erfolgen während das Kammerhohlraumvolumen befüllt wird. Dies bietet den Vorteil, dass der Beschichtungsvorgang optimiert wird, da keine Zeitverluste auftreten, da ein Nachfüllen von Beschichtungsmaterial in den Kammerhohlraum und ein Austauschen des zu beschichtenden Gegenstands gleichzeitig erfolgen.
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Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und deren Rückbeziehung.
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Hierzu zeigen:
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1: einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterialdosiersystems gemäß einer ersten Ausführung,
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2: einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterialdosiersystems gemäß einer zweiten Ausführung,
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3: einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterialdosiersystems gemäß einer dritten Ausführung,
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4: einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterialdosiersystems gemäß einer vierten Ausführung,
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5: einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterialdosiersystems gemäß einer fünften Ausführung,
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6: einen zeitabhängigen Verlauf des Beschichtungsmaterialdurchflusses im Kammerhohlraum.
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Das in 1 gezeigte Beschichtungsmaterialdosiersystem 1 weist eine Membranpumpe 2, ein Beschichtungsmaterialbehältnis 10 und eine Beschichtungsdüse 12 auf. Die Beschichtungsdüse 12 ist derart angeordnet, dass eine Düsenöffnung einem zu beschichtendem Wafer 11 zugewandt ist, so dass sichergestellt ist, dass das aus der Düsenöffnung austretende Beschichtungsmaterial, insbesondere Lack, auf den Wafer 11 gelangen kann.
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Des Weiteren weist das Beschichtungsmaterialdosiersystem 1 ein mechanisches Rückschlagventil 17 auf, das zwischen der Membranpumpe 2 und dem Beschichtungsmaterialbehältnis 10 angeordnet ist. Ein über eine Steuervorrichtung 16 ansteuerbares Absperrventil 14 ist zwischen der Beschichtungsdüse 12 und der Membranpumpe 2 angeordnet. Der Ventilöffnungsquerschnitt des Absperrventils 14 kann durch ein Stellglied 18 verändert werden, das mit der Steuervorrichtung 16 verbunden ist. Zwischen dem Absperrventil 14 und der Membranpumpe 2 ist eine Messeinrichtung 13 angeordnet, die mit der Steuervorrichtung 16 verbunden ist. Zum Betätigen des Betätigungsmittels 23 ist eine Versorgungsvorrichtung 15 vorgesehen, die mit der Steuervorrichtung 16 verbunden ist. Das Betätigungsmittel 23 ist mit einer Membran 22 der Membranpumpe 2 verbunden.
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Die Membranpumpe 2 weist neben der Membran 22 Kammerwände 21 auf, die zusammen mit der Membran 22 einen Kammerhohlraum 20 begrenzen. Die Membran 22 ist am Randbereich mit den Kammerwänden 21 befestigt. Des Weiteren weist die Membranpumpe 2 einen Ausgangskanal 24 und einen Eingangskanal 25 auf. Der Ausgangskanal 24 ist über die Messeinrichtung 13 und das ansteuerbare Absperrventil 14 mit der Beschichtungsdüse 12 verbunden. Der Eingangskanal ist über das Rückschlagventil 17 mit dem Beschichtungsmaterialbehältnis 10 verbunden. Der Eingangskanal 25 und der Ausgangskanal 24 erstrecken sich durch die jeweilige Kammerwand 21. Innerhalb des Kammerhohlraums 20 ist das Beschichtungsmaterial vorgesehen, dass eine Seite der Membran 22 vollständig benetzt.
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Das Betätigungsmittel 23 ist als ein Piezoaktor ausgebildet, der sich abhängig von der an ihm anliegenden Spannung ausdehnen oder zusammenziehen kann. Die an den Piezoaktor anzulegende Spannung wird von der Versorgungsvorrichtung 15, bei der es sich um ein Netzteil handelt, zur Verfügung gestellt. Der Piezoaktor ist direkt über ein Verbindungsmittel 27 mit der Membran 22 verbunden.
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Die 2 bis 5 zeigen jeweils einen schematischen Aufbau eines Beschichtungsmaterialdosiersystems 1 und weisen im Wesentlichen den gleichen Aufbau auf wie die in 1 gezeigte erste Ausführungsform. Folglich wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zwischen der jeweiligen Ausführungsform und der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform eingegangen.
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In der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist das Betätigungsmittel 23, das als Piezoaktor ausgebildet ist, über eine Hebelvorrichtung mit der Membran 22 gekoppelt. Der Piezoaktor wird über die Versorgungsvorrichtung 15, die als Netzteil ausgebildet ist, mit Spannung versorgt. Die Hebelvorrichtung weist ein Verbindungsmittel 27 auf, das sowohl mit dem Betätigungsmittel 23 als auch der Membran 22 verbunden und an einem Angelpunkt 26 drehbar gelagert ist.
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Das Verbindungsmittel 27 weist drei Abschnitte 27', 27'', 27''' auf. Ein erster Abschnitt 27' des Verbindungsmittels 27 verbindet das Betätigungsmittel 23 mit dem zweiten Abschnitt 27'', der an dem Angelpunkt 26 drehbar gelagert ist. Ein dritter Abschnitt 27''' des Verbindungsmittels 27 verbindet die Membran 22 mit dem zweiten Abschnitt 27''. Der erste und dritte Abschnitt 27', 27''' sind jeweils senkrecht zu dem zweiten Abschnitt 27'' vorgesehen. Dabei ist der Abstand zwischen dem Angelpunkt 26 und einem Kontaktpunkt des ersten Abschnitts 27' mit dem zweiten Abschnitt 27'' kleiner als der Abstand zwischen dem Angelpunkt 26 und einem Kontaktpunkt des dritten Abschnitts 27''' mit dem zweiten Abschnitt 27''.
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In der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform weist die Membranpumpe 2 eine erste Membran 22 und eine zweite Membran 22' auf. Die erste und zweite Membran 22, 22' sind einander gegenüberliegend angeordnet. Ferner weist die Membranpumpe 2 Kammerwände 21 auf, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und mit der ersten und zweiten Membran 22, 22' den Kammerhohlraum 20 begrenzen. Die erste und zweite Membran 22, 22' sind in ihrem Randbereich mit den Kammerwänden 21 verbunden.
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Ein erstes Betätigungsmittel 23 ist an die erste Membran 22 und ein zweites Betätigungsmittel 23' ist an die zweite Membran 22' angebracht. Bei dem Betätigungsmittel 23, 23' handelt es sich jeweils um einen Piezoaktor in Form eines aktiven Piezokeramikstreifens. Sowohl das erste als auch das zweite Betätigungsmittel 23, 23' sind mit der gleichen Versorgungsvorrichtung 15, insbesondere dem Netzteil, verbunden.
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In der in 4 gezeigten vierten Ausführungsform weist die Membranpumpe 2 eine erste Membran 22 und eine zweite Membran 22' auf. Die erste Membran ist mit einem ersten Betätigungsmittel 23 und die zweite Membran 22' mit einem zweiten Betätigungsmittel 23' verbunden. Bei dem ersten und zweiten Betätigungsmittel 23, 23' handelt es sich jeweils um einen Piezoaktor. Beide Betätigungsmittel 23, 23' sind mit der gleichen Versorgungsvorrichtung 15, insbesondere einem Netzteil zum Anlegen einer Spannung an den Piezoaktor, verbunden.
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5 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Beschichtungsmaterialdosiersystems 1, bei der eine einzige Membran 22 vorgesehen ist, die neben den Kammerwänden 21 den Kammerhohlraum 20 begrenzt. Das Betätigungsmittel 23 ist an der Membran 22 angebracht und mit der Versorgungsvorrichtung 15 verbunden. Bei dem Betätigungsmittel 23 handelt es sich um einen Piezoaktor in Form eines aktiven Piezokeramikstreifens, der durch die Versorgungsvorrichtung 15 mit Spannung beaufschlagt wird.
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6 zeigt den Durchflussverlauf des Beschichtungsmaterials über die Zeit durch den Ausgangskanal 24 der Membranpumpe 2. In einer Ausströmphase 100 erhöht sich bei einem Verformen der Membran 22 in eine Kompressionsform der Durchfluss des aus dem Kammerhohlraum 20 austretenden Beschichtungsmaterials. Wie aus 6 ersichtlich ist, steigt bei der Verformung der Membran 22 der Durchfluss bis auf einen maximalen Durchfluss zum Zeitpunkt t1 an und fällt danach. Sobald sich die Membran 22 in der Kompressionsform befindet, erfolgt kein Ausströmen des Beschichtungsmaterials aus dem Kammerhohlraum. Die Kompressionsform wird nach einer Zeitdauer t2 erreicht.
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Im Anschluss an die Ausströmphase 100 erfolgt eine Rückströmphase 110. In der Rückströmphase 110 wird bei geöffnetem Absperrventil 14 die Membran 22 derart verformt, insbesondere in Richtung Expansionsform, dass das Beschichtungsmaterial, das sich in dem dem Ausgangskanal nachgeschalteten Bereich bis zur Beschichtungsdüse befindet, in Richtung Kammerhohlraum zurückströmt.
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Im Anschluss an die Rückströmphase 110 erfolgt eine in der 6 nicht gezeigte Einströmphase, bei der bei geschlossenem Absperrventil 14 die Membran derart verformt wird, insbesondere in die Expansionsform verformt wird, dass Beschichtungsmaterial aus dem Beschichtungsmaterialbehältnis 10 in den Kammerhohlraum 20 strömt.
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Im Folgenden wird der Beschichtungsvorgang eines zu beschichtenden Materials, wie beispielsweise eines Wafers 11 erläutert. Damit ein Beschichtungsmaterial dem Wafer 11 zugeführt werden kann, wird das Betätigungsmittel 23 ausgelenkt. Genauer gesagt übermittelt die Steuervorrichtung 16 ein Signal an die Versorgungsvorrichtung 15, das eine Information über die an das Betätigungsmittel 23, insbesondere den Piezoaktor, anzulegende Spannung enthält. Infolge der durch die Versorgungsvorrichtung 15 an dem Piezoaktor angelegten Spannung wird das Betätigungsmittel 23 ausgelenkt, indem es sich zum Beispiel dehnt.
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Die Dehnung des Betätigungsmittels 23 wird über das Verbindungsmittel 27 auf die Membran 22 übertragen, wodurch sich die Membran 22 verformt. Dabei kann die Membran 22 abhängig von der Dehnung bzw. Auslenkung des Betätigungsmittels in eine Kompressionsform oder in eine zwischen der Expansions- und der Kompressionsform befindliche Form verformt werden.
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Aufgrund der Verformung der Membran 22 wird auf das in dem Kammerhohlraum 20 befindliche Beschichtungsmaterial eine Kraft ausgeübt, die ein Ausströmen des Beschichtungsmaterials über den Ausgangskanal 24 bewirkt. Ein Ausströmen des Beschichtungsmaterials über den Eingangskanal 25 wird durch das Rückschlagventil 17 verhindert. In der Messeinrichtung 13 wird detektiert, ob in dem ausgeströmten Beschichtungsmaterial Blasen, insbesondere Luftblasen, und/oder Fremdpartikel, vorhanden sind.
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Sollte in der Messeinrichtung 13 ermittelt werden, dass in dem Beschichtungsmaterial Blasen und/oder Fremdpartikel vorhanden sind, übermittelt die Messeinrichtung 13 ein Signal an die Steuervorrichtung 16. Die Steuervorrichtung 16 übermittelt basierend auf dem durch die Messeinrichtung 13 übermittelten Signal ein Schließsignal an das Absperrventil 14, das ein Schließen des Absperrventils 14 bewirkt. Das geschlossene Absperrventil 14 verhindert ein Austreten des Beschichtungsmaterials, das Blasen und/oder Fremdpartikel enthält. Nachdem der Wafer 11 in eine Position bewegt wurde, in der das Beschichtungsmaterial nicht auf diesen gelangen kann, öffnet das Absperrventil 14 und das Beschichtungsmaterial mit den Blasen und/oder Fremdpartikeln kann aus dem Beschichtungsmaterialdosiersystem austreten.
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Die Steuervorrichtung 16 kann zusätzlich zu dem Schließsignal an das Absperrventil 14 ein Signal an die Versorgungsvorrichtung 15 übermitteln, damit beispielsweise die Dehngeschwindigkeit des Piezoaktors in den weiteren Auslenkvorgängen des Piezoaktors verringert wird. Somit wird sichergestellt, dass das weitere Verformen der Membran 22 langsamer erfolgt, so dass eine Blasenbildung im Beschichtungsmaterial verhindert wird.
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Das Betätigungsmittel 23 wird nach einem Ausströmen des Beschichtungsmaterials in eine Zwischenposition ausgelenkt, so dass sich die Membran in eine Richtung zur Expansionsform verformt. Dadurch wird erreicht, dass das in der Beschichtungsdüse befindliche Beschichtungsmaterial wieder in Richtung zum Kammerhohlraum zurückströmt, wobei das Absperrventil 14 während des Rückströmvorgangs geöffnet ist.
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Anschließend wird das Betätigungsmittel 23 über die Versorgungsvorrichtung 15 derart ausgelenkt, dass sich die Membran 22 in die Expansionsform zurückverformt. Folglich kann aus dem Beschichtungsmaterialbehältnis 10 Beschichtungsmaterial über das Rückschlagventil 17 in den Kammerhohlraum 20 der Membranpumpe 2 einströmen und ein neuer Beschichtungsvorgang durch ein Verformen der Membran 22 in die Kompressionsform erfolgen. Das Absperrventil 14 wird vor der Auslenkung des Betätigungsmittels 23 geschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beschichtungsmaterialdosiersystem
- 2
- Membranpumpe
- 10
- Beschichtungsmaterialbehältnis
- 11
- Wafer
- 12
- Beschichtungsdüse
- 13
- Messeinrichtung
- 14
- Absperrventil
- 15
- Versorgungsvorrichtung
- 16
- Steuervorrichtung
- 17
- Behältnisventil
- 18
- Stellglied
- 20
- Kammerhohlraum
- 21
- Kammerwand
- 22
- erste Membran
- 22'
- zweite Membran
- 23
- erstes Betätigungsmittel
- 23'
- zweites Betätigungsmittel
- 24
- Ausgangskanal
- 25
- Eingangskanal
- 26
- Angelpunkt
- 27
- Verbindungsmittel
- 27'
- erster Verbindungsabschnitt
- 27''
- zweiter Verbindungsabschnitt
- 27'''
- dritter Verbindungsabschnitt
- 100
- Ausströmphase
- 110
- Rückströmphase
