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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum unterseitigen Auftragen
von Beschichtungsflüssigkeit auf
ein ebenes Substrat, mit zumindest einer Spaltdüse, über der das Substrat horizontal
vorbeibewegt wird, wobei der Spalt der Spaltdüse nach oben in Richtung auf
das Substrat gerichtet ist.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der
JP 09 155 270 A bekannt. Diese Vorrichtung
ist so konzipiert, dass die eingesetzte Beschichtungsflüssigkeit möglichst
effektiv ausgenützt
wird. Zu diesem Zweck wird über
einen Spalt die Beschichtungsflüssigkeit
in Richtung auf das Substrat gefördert,
wohingegen eine zweite Düse
das nicht aufgebrachte Beschichtungsmaterial wieder absaugt, so
dass ein Kreislauf gebildet wird. Bei dieser Vorrichtung kann es
jedoch zu einer Beeinträchtigung
der Beschichtungsqualität aufgrund
von Gasbläschen
in der Beschichtungsflüssigkeit
kommen.
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Bei
einem Verfahren zum Aufbringen von Beschichtungsfluids auf ebene
Substrate, vornehmlich zur Herstellung von Displays bzw. Masken
etc., bzw. Folien mittels einer Spaltdüse, ergibt sich ein sehr zuverlässiger,
kostengünstiger
und über
längere
Zeitdauer hinweg exakt reproduzierbarer Beschichtungsprozess, wenn
ein Substrat mit definiertem Geschwindigkeitsprofil in Beschichtungsrichtung über eine,
durch einen in seiner geodätischen
Höhe definiert
gesteuerten Niveaubehälter,
Umgebungsdruck unabhängig,
mit Beschichtungsfluid versorgten Spaltdüse, horizontal hinweggeführt wird,
welche im Bereich des Eintritts der Beschichtungsflüssigkeit
in den Düsenspalt
auf beiden Seiten des Beschichtungsspaltes von diesem durch scharfe
Kanten getrennte, in einem spitzen Winkel vom Düsenspalt weg verlaufende Gasblasenauffang-
und/oder -absaugkammern aufweist. In allen Bereichen, in denen besonders
dünne und
sehr gleichmäßige Beschichtungen
erforderlich sind, vornehmlich zur Herstellung von LCD's oder von Masken
zur Halbleiterfertigung bzw. zur Photolithografie dazu, werden spezielle
Verfahren und Geräte
benötigt,
die Beschichtungsflüssigkeit
auf ein Substrat aufbringen:
Stand der Technik ist, das zu
beschichtende Substrat auf einem Drehteller zu befestigen. Eine
derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der
DE 196 05 602 C1 beschrieben.
Die Beschichtungsflüssigkeit
wird in die Mitte des Substrats aufgebracht und mittels des in Rotation
versetzten Drehtellers, durch die auftretende Zentrifugalkraft, über das
Substrat verteilt. Dieses Verfahren ist das allgemein in diesem
Bereich übliche und
fast ausnahmslos dort angewandte Verfahren. Es erfüllt sehr
hohe Anforderungen an Schichtdicke, Schichtgleichmäßigkeit
und Reproduzierbarkeit. Es werden dabei jedoch folgende Nachteile
in Kauf genommen:
- – Über 90 % der Beschichtungsflüssigkeit
wird verworfen, da sie über
den Rand des Substrats hinweggeschleudert wird.
- – Die
Handhabung größerer Substrate
gestaltet sich bei den auftretenden Rotationskräften schwierig
- – bei
rechteckigen Substraten bilden sich in den Randbereichen so genannte
Lackwulste, d.h. Bereiche mit größerer Schichtdicke,
welche meist nicht für
die Weiterverarbeitung geeignet sind.
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Um
nun Beschichtungsflüssigkeit
einzusparen und die mechanische Belastung des Substrats gering zu
halten werden sehr vereinzelt auch so genannte Kapillarbeschichtungsverfahren
und so genannte Meniskusbeschichtungsverfahren angewandt.
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Beim
Kapillarbeschichtungsverfahren wird durch zwei parallele, in einer
mit Beschichtungsflüssigkeit
gefüllten
Wanne, stehende Platten eine Kapillare gebildet, welche von unten
an ein horizontal über diese
hinweg geführtes
Substrat herangeführt
wird und dort Beschichtungsfluid ablagert.
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Beim
Meniskusbeschichtungsverfahren wird Beschichtungsfluid in einen
porösen
Zylinder gepumpt, welcher von unten an ein horizontal darüber hinwegbewegtes
Substrat herangeführt
wird und durch den zwischen Substrat und porösem Zylinder entstehendem Flüssigkeitsmeniskus
Beschichtungsfluid ablagert.
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Des
Weiteren sind noch sehr vereinzelt Walzen- und Extrusionsbeschichtungsverfahren
im Einsatz, welche jedoch nicht in Bereichen mit hohen Anforderungen
an Schichtgleichmäßigkeit
verwendet werden können.
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All
diese Verfahren haben jedoch die Eigenschaft, dass:
- a) die sich ergebende Schichtdicke insgesamt nicht reproduzierbar
vorherbestimmbar ist;
- b) Schichtdickenschwankungen im Verlauf eines beschichteten
Substrats auftreten;
- c) sich sehr oft Schlieren auf der beschichteten Fläche ergeben,
welche meist von Gasblasen bzw. eingetrockneten Beschichtungsfluidresten im
Bereich des Austritts der Beschichtungsflüssigkeit herrühren;
- d) der Aufbau solcher Anlagen sehr aufwendig und damit teuer
ist;
- e) nach längeren
Stillstandszeiten alle oben genannten Probleme verstärkt auftreten
und ein erheblicher Wiederinbetriebnahmeaufwand nötig ist,
um befriedigende Beschichtungsergebnisse zu erreichen.
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Aus
der
JP 03 258 369 A ist
eine Beschichtungsvorrichtung bekannt, die eine dem Spalt vorgelagerte,
mit Beschichtungsflüssigkeit
gefüllte
Kammer aufweist. Bei dieser Vorrichtung kann es jedoch wiederum
zu einer Beeinträchtigung
der Beschichtungsqualität
aufgrund von Gasbläschen
in der Beschichtungsflüssigkeit
kommen.
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Aus
der
EP 0 876 848 A1 ist
bekannt, dass in der Beschichtungsflüssigkeit auftretende Gasblasen durch
eine Entlüftung
in der Zuleitung zur Spaltdüse entfernt
werden können.
Da die in der
EP 0
876 848 A1 vorgeschlagene Entlüftung jedoch weit vor dem Düsenspalt
erfolgt, kann durch diese Maßnahme nicht
sicher verhindert werden, dass bei der Aufbringung der Beschichtungsflüssigkeit
durch den entfernt nachgelagerten Spalt an der Spaltdüse nicht
doch noch Gasblasen freigesetzt werden, die in der Zuleitung nicht
entfernt oder aber in der Verteilerkammer aufgenommen werden.
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Die Aufgabe
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der
vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum unterseitigen
Auftragen von Beschichtungsflüssigkeit
auf ein ebenes Substrat bereitzustellen, welche neben der effizienten
Ausnutzung der eingesetzten Beschichtungsflüssigkeit auch eine verbesserte
Qualität
der Beschichtung ermöglicht.
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Darüber hinaus
soll es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auch möglich
sein, die gute Beschichtungsqualität reproduzierbar mit der gewünschten
Beschichtungshomogenität
zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum unterseitigen Auftragen
von Beschichtungsflüssigkeit
auf ein ebenes Substrat nach Anspruch 1 gelöst.
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Mit
dieser Maßnahme
wird auf einfache Weise vermieden, dass die Qualität der Beschichtung aufgrund
auftretender Gasblasen beeinträchtigt
wird. Somit lässt
sich eine gute Beschichtungsqualität reproduzierbar mit der gewünschten
Beschichtungshomogenität
erreichen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Figur beschrieben:
Ein zu beschichtendes
Substrat (1) wird mit der zu beschichtenden Seite horizontal
in sehr engem Abstand (typischerweise ca. 0,05 mm–0,5 mm) über eine
Spaltdüse
(6) hinweggeführt,
wobei die Spaltdüse
(6) so ausgeführt
ist, dass im Bereich unterhalb des Düsenspalts (3) des
Fluids eine fluidgefüllte,
speziell geformte Kammer (4) befindet, welche zur Homogenisierung
der Strömungsgeschwindigkeit
an der Spalteintrittsöffnung
(5) dient und deshalb darin zwischen 2 im spitzen Winkel
[< 90°] von der
Spalteintrittsöffnung
(5) weg nach oben weglaufenden Schrägen bildet und damit quasi
einen Diffusor formt, wobei diese Schrägen wiederum jeweils in einer
Art Gasblasenauffangkammer (10) münden, welche während des
Beschichtungsvorgangs mit einem über die
geodätische
Höhe des
Beschichtungsfluidaustritts aus dem Düsenspalt hinausreichenden Steigleitung
in Verbindung steht, welche wiederum mit dem Umgebungsdruck in Verbindung
steht und so gewährleistet,
dass sich dort sammelnde Gasblasen von dem Düsenspalteintritt weggeführt werden.
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Da
die Beschichtungsqualität
unter anderem stark von den Strömungsverhältnissen
in und in nächster
Umgebung um den Düsenspalt
(3) abhängt, hat
die Form des Düsenkörpers in
seiner Gesamtheit wesentlichen Einfluß auf das Beschichtungsergebnis.
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Die
Kammer (4) unterhalb des Düsenspaltes (3) ist
so dimensioniert, dass sie im Verhältnis zum Düsenspalt (3) selbst
ein um einige Potenzen größeres Volumen
besitzt und dadurch auch die Strömungsgeschwindigkeit
dort viel kleiner als im Düsenspalt
(3) ist und die Geschwindigkeitsgradienten im Bereich der
Zuführungsöffnungen
gering sind. Durch den spitzen Winkel zwischen den Flanken des Düsenspaltes
(3) und der Kammer (4) unterhalb des Düsenspaltes
(3) wird ein Diffusor gebildet, welcher bewirkt, dass Strömungsinhomogenitäten (Störungen) in
der Kammer (4), welche sich zum Düsenspalt (3) hin ausbreiten
stark abgeschwächt
werden.
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Des
Weiteren wird durch die scharten Kanten am Düseneintritt erreicht, dass
sich dort nur Luftblasen mit einem maximalen Durchmesser, welcher genauso
groß ist
wie die Spaltbreite selbst, stabil ablagern können, die jedoch aufgrund ihrer
bestimmten Größe vor Beschichtungsbeginn
durch den Spalt (3) entweichen können. Gasblasen, welche einen
größeren Durchmesser,
als Spaltbreite besitzen, können sich
nur sehr labil vor dem Düsenspalt
(3) ablagern und sind gezwungen, sich entlang der Schrägen in die
Gasblasenauffangkammern (10) zu bewegen.
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Durch
die Verschieblichkeit des Niveaubehälters (17) in seiner
geodätischen
Höhe wird
erreicht, dass beim Beschichtungsbeginn der Druck im Düsenspalt
(3) erhöht
wird und sich ein, von der Düsenspaltoberkante
(8) abstehender Lackwulst, welcher durch die Oberflächenspannung
des Fluids (22) zusammengehalten wird, bildet, durch welchen
ein Flüssigkeitskontakt
(27) zwischen Düsenspalt
(3) und Substrat (1) hergestellt wird. Dies hat
den Effekt, dass die Spaltdüse
(6) keine Vertikalbewegung (z.B. am Beschichtungsbeginn)
ausführen
muss, sondern fest mit dem Gestell der Maschine verbunden ist. Dies
ermöglicht
einen kostengünstigen,
fehlertoleranten Aufbau des Gesamtapparates und somit reproduzierbare
Ergebnisse.
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Da
sich die Dicke der Fluidschicht (7) über die Länge des zu beschichtenden Substrates
(1) aus vielen, schwer bestimmbaren Parametern ergibt,
ist es vorteilhaft, die Beschichtungsgeschwindigkeit während des
Beschichtungsvorganges derart zu ändern, dass sich eine konstante
Schichtdicke ergibt. Das bedeutet also, durch die Variation der
Geschwindigkeit, sich ansonsten ergebende Schichtdickenschwankungen
zu kompensieren.
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Hierzu
geht man so vor, dass man je nach Beschichtungsfluid (22)
bzw. Substratbeschaffenheit ein Referenz-Substrat beschichtet und
an diesem die Schichtdicke an mehreren Punkten ermittelt und hernach
den Verlauf der Beschichtungsgeschwindigkeit so ändert, das sich eine konstante
Schichtdicke an jedem Punkt des Substrats ergibt. Dieses Geschwindigkeitsprofil
wird in einem File gespeichert und bei der nächsten Beschichtung von der
horizontalen Beschichtungsachse (15) durchfahren.
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Um
dies zu ermöglichen
werden zur Realisierung der Relativbewegung entweder Schritt- oder Servomotoren
verwendet, d.h. Motoren, die sich derart ansteuern lassen, dass
sich exakt vorgegebene Geschwindigkeiten bzw. Geschwindigkeitsprofile
ergeben.
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Eine
Steuerung und Regelung der Beschichtungsgeschwindigkeit kann derart
realisiert werden, dass die sich ergebende Dicke der Fluidschicht
(7) während
der Beschichtung direkt nach dem Beschichtungsspalt kontinuierlich
gemessen (Sensor 35) wird und die Beschichtungsgeschwindigkeit
quasi in-situ derart verändert
wird, dass sich die resultierende Schichtdicke auf einem Substrat
(1) innerhalb einer vorgegebenen Toleranz bewegt, d.h.
dass z.B. optische Meßverfahren
und die Geschwindigkeitsregelung eine geschlossene Regelstrecke
bilden.
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Der
Behälter,
aus welchem das Beschichtungsfluid (22) der Spaltdüse (6)
zugeführt
wird (im Folgenden als Niveaubehälter
(17) bezeichnet) ist in seiner geodätischen Höhe verschieblich angeordnet. Hierdurch
wird erreicht, dass der aus der geodätischen Höhe relativ zur Düsenoberkante
(8) resultierende Druck in der Spaltdüse (6) sehr exakt
variiert werden kann.
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Zur
Realisierung der geodätischen
Höhenänderung
des Niveaubehälters
(17), ist dieser auf einer vertikal angeordneten Linearachse
(25) montiert. Die Bewegung wird ebenfalls mittels Schritt- oder
Servomotoren, welche von der Prozessteuerung gesteuert werden, bewerkstelligt.
In einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführung kann
diese Vertikalbewegung auch durch hintereinander angeordnete Pneumatikzylinder
ausgeführt werden.
Hierbei ist jedoch zu beachten, dass mindestens drei verschieden
Positionen der geodätischen Höhe eingestellt
werden können
müssen,
um einen Beschichtungsprozess zu realisieren.
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Durch
diese Vorrichtung ist es nun möglich den
Fluiddruck im Düsenspalt
(3), den Verfahrensanforderungen gemäß einzustellen. Beispielsweise wird
am Beschichtungsbeginn der Druck erhöht, um den Flüssigkeitskontakt
(27) zwischen Substrat (1) und Spaltdüse (6)
herzustellen. Während
des Beschichtungsvorganges wird je nach Beschichtungsfluid (22)
ein geringer Über-
bzw. Unterdruck eingestellt. Zum Beschichtungsende wird ein starker
Unterdruck erzeugt, um den Flüssigkeitsfilm
zwischen Substrat (1) und Spaltdüse (6) abreißen zu lassen.
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Die
Konstanthaltung des Fluiddruckes in der Spaltdüse (6) während des
ansonsten unbeeinflussten Beschichtungsvorganges hat sich als äußerst wichtig
für das
Erreichen guter Schichthomogenität auf
dem Substrat (1) erwiesen. Um dies zu erreichen ist in
dem Niveaubehälter
(17) ein Schwimmerventil (30) angeordnet, welches
die Zuführung
des Beschichtungsfluids (22) zum Niveaubehälter (17)
reguliert.
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Hierbei
ist darauf zu achten, dass eine differentielle Änderung des Flüssigkeitsstandes
im Niveaubehälter
(
17)
eine große differentielle Änderung
des Schwimmerstandes
zur Folge hat.
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Hierbei
ist darauf zu achten, dass zwar ein gegenüber Niveauschwankungen sehr
empfindliches, jedoch kein überschwingendes
System entsteht.
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Um
diese hochgenaue Flüssigkeitsniveau-Konstanthaltung
im Niveaubehälter
(17) zu realisieren, muss der Zuführdruck des Beschichtungsfluids
(22) zum Niveaukonstanthaltungsschwimmerventil (30)
möglichst
konstant sein.
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Dies
wird dadurch erreicht, dass direkt oberhalb des Niveaubehälters (17)
ein zweiter Behälter (19)
angeordnet ist, welcher fest mit dem Niveaubehälter (17) verbunden
ist und sich demnach auch mit diesem zusammen auf und ab bewegt.
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Die
Flüssigkeit
in diesem zweiten Behälter wird über das
vorgenannte Schwimmerventil (30) dem Niveaubehälter (17)
zugeführt.
Diesem zweiten Behälter
wird mittels einer Pumpe (20), über einen Filter (23)
kontinuierlich Beschichtungsfluid (22) aus einem Vorratsbehälter (21)
zugeführt.
Um das Niveau in dem Behälter
(19) oberhalb des Niveaubehälters (17) hinreichend
konstant zu halten, wird überschüssiges Beschichtungsfluid
(22) über
einen in diesem Behälter
befindlichen Überlauf
(29) zum Vorratsbehälter
(21) zurückgeführt.
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Zu
beachten ist bei dieser Anordnung, dass der Volumenstrom von der
Pumpe (20) zum Behälter (19)
oberhalb des Niveaubehälters
(17) stets größer als
der Volumenstrom durch den Düsenspalt
(3) zum Substrat (1) ist.
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Während des
Absenkens des Niveaubehälters
(17) unterhalb der Höhe
der Düsenoberkante
(8), fließt
Beschichtungsfluid (22) aus der Spaltdüse (6) zurück in den
Niveaubehälter
(17).
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Um
z.B. den Abriss des Beschichtungsfilmes zwischen Spaltdüse (6)
und Substrat (1) zu gewährleisten,
ist es notwendig, dass eine bestimmte Menge an Fluid (22)
aus der Spaltdüse
(6) in den Niveaubehälter
(17) zurückläuft.
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Um
jedoch zu verhindern, dass der Niveaubehälter (17) überläuft und
sich die Spaltdüse
(6) belüftet,
muss die Menge an Fluid (22), die in den Niveaubehälter (17)
zurückfließen kann
begrenzt werden. Dies geschieht durch ein ebenfalls mit dem Schwimmer
(18) im Niveaubehälter
(17) verbundenes Ventil (31), welches die Leitung
vom Niveaubehälter
(17) zur Spaltdüse
(6) verschließt,
sobald sich der Schwimmer (18) um einen gewissen, genau
definierten Betrag nach oben bewegt hat.
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Um
auch sehr hochviskose, d.h. zähflüssige Medien
auf Substrate (1) aufbringen zu können und auch um hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten
zu erreichen, wird das Beschichtungsfluid (22) unter einem
höheren,
als dem durch die geodätische
Höhendifferenz
zwischen Düsenoberkante
(8) und Niveaubehälter
(17) resultierenden Druck der Spaltdüse (6) zugeführt. Dies
geschieht mit dem im Folgenden beschriebenen Aufbau. Es muss hier
darauf geachtet werden, dass die resultierende Schichtdicke nicht vom
Umgebungsdruck abhängig
ist. Diese Unabhängigkeit
der Beschichtungsdicke vom Umgebungsdruck wird dadurch erreicht,
dass jeweils nur ein Differenzdruck zum aktuellen Umgebungs-Luftdruck,
im System hinzuaddiert wird, wobei dieser Differenzdruck Umgebungsdruckunabhängig sein
muss. Hierzu ist es notwendig, dass alle Behälter (Niveaubehälter (17),
Behälter
(19) über
Niveaubehälter
(17), Vorratsbehälter
(21)) abgedichtet sind und mit jeweils einer Leitung mit
einer Differenzdruckbeaufschlagungsvorrichtung verbunden sind. Der
Aufbau dieser Vorrichtung entspricht im Wesentlichen dem eines Gasometers
einer städtischen
Gasversorgung.
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Der
Differenzdruck wird über
eine mit Gewichts- bzw. Federkraft (33) belastete Membrane (34)
aufgebracht, welche dem Umgebungsdruck zugänglich ist. Um zu verhindern,
dass durch verdampftes Lösungsmittel
im System der Druck unkontrolliert ansteigt, ist die Membrane (34)
mit einem Ventil (36) verbunden, durch welches Gas ausströmen kann, sobald
sich die Membrane (34) über
ihren zulässigen Bereich
bewegt. Um den Abriss des Flüssigkeitsfilmes
am Ende eines Substrates (1) zu gewährleisten, wird sobald sich
der Niveaubehälter
(17) zum Beschichtungsende absenkt und der Flüssigkeitsstand ebenfalls
absinken soll, ein Druckablassventil (39) ganz geöffnet, sodass
wieder Umgebungsdruck im System herrscht.
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Während des
Beschichtens bzw. beim Abriss des Beschichtungsfilms und vor der
Beschichtung kann Fluid (22) aus dem Düsenspalt (3) austreten. Des
Weiteren gibt es auch Betriebszustände in denen gewollt Beschichtungsfluid
(22) aus dem Düsenspalt
(3) austritt, ohne auf ein Substrat (1) zu gelangen.
Dieses austretende Fluid (22) muss gesammelt und in den
Vorratsbehälter
(21) zurückgeführt werden.
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Neben
dem Beschichtungsspalt sind Fluidauffangrinnen (9) angeordnet,
welche in den Düsenkörper eingearbeitet
sind. Diese Fluidauffangrinnen (9) sind durch eine Abflußleitung
(40) mit dem Vorratsbehälter
(21) verbunden.
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Somit
kann aus dem Düsenspalt
(3) austretendes Fluid (22) an den beiden Außenflächen des Düsenspaltes
(3) hinunterfließen
und sich in den Fluidauffangrinnen (9), im Folgenden Auffangrinnen
(9) genannt sammeln, von wo es dem Vorratsbehälter (21)
zugeführt
wird.
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Während mit
diesem Beschichtungsapparat nicht beschichtet wird, besteht die
Möglichkeit,
dass sich das Beschichtungsfluid (22) entmischt, d.h. es können Konzentrationsinhomogenitäten und
Ablagerungen/Sedimentationen im Fluidsystem entstehen. Des Weiteren
besteht die Möglichkeit,
dass Fluid (22) im Düsenspalt
(3) und an der Düsenoberkante
(8) eintrocknet und sich dort ablagert, bzw. den Düsenspalt
(3) verengt oder verstopft. Beide Effekte führen bei
einer darauffolgenden Beschichtung zu Schichtdickeninhomogenitäten, wie
z.B. Schlieren, Streifen, Partikel etc.
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Diese
Probleme werden dadurch gelöst, dass
während
der Zeit, in der keine Beschichtung stattfindet ein Standbyprogramm
aktiv ist, welches das zyklische Umpumpen und Filtern des Fluids
(22) im System vornimmt. Dies geschieht derart, dass der Niveaubehälter (17)
im Standby-Modus sich oberhalb der Düsenoberkante (8) befindet
und eine Pumpe (20) das Fluid (22) aus einem Vorratsbehälter (21) durch
einen Filter (23) zu dem Behälter (19) oberhalb des
Niveaubehälters
(17) pumpt. Von dort aus fließt das Beschichtungsfluid (22)
dann durch das Schwimmerventil (30) in den Niveaubehälter (17).
Von diesem aus fließt
es zur Spaltdüse
(6) und aufgrund des großen geodätischen Höhenunterschieds zwischen Düsenoberkante
(8) und Niveaubehälter
(17), auch durch den Düsenspalt
(3), so dass kontinuierlich Beschichtungsfluid (22)
aus diesem austritt. Das aus dem Düsenspalt (3) austretende
Fluid (22) sammelt sich dann in den Auffangrinnen neben
dem Düsenspalt
(3) im Düsenkörperund
wird von dort zum Vorratsbehälter
(21), welcher sich weit unterhalb der Düsenoberkante (8) befindet,
zurückgeführt.
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Des
Weiteren saugt eine zweite Pumpe (24) Fluid (22)
und Gas und Fluid auf einer Seite der Spaltdüse (6) aus den Gasblasenauffangkammern (10)
unterhalb des Düsenspaltes
(3) ab und führt
dieses in den Vorratsbehälter
(21) zurück.
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Dieses
Umpumpen mittels der zwei Pumpen (20) + (24) bewirkt,
dass das Beschichtungsfluid (22) im System zirkuliert und
der Raum unterhalb des Düsenspaltes
(3) ohne Gasblasen ist.
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Selbstverständlich muss
die Pumpe (24), welche die Gasblasenauffangkammern (10)
unterhalb der Spaltdüse
(6) absaugt, ein kleineres Fördervolumen als die Zirkulationspumpe
(20) besitzen, da ansonsten die Zirkulation unterbrochen
wäre.
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Dieses
Umpumpen der Beschichtungsflüssigkeit
mittels der zwei Pumpen (20) + (24) wird nicht kontinuierlich
vorgenommen, sondern in bestimmten Zeitabständen für definierte Intervalle wiederholt,
um den Materialstress für
das Beschichtungsfluid (22) möglichst gering zu halten. Die
Pumpintervalle und die dazwischen liegenden Pausenzeiten sind stufenlos
einstellbar, um an die Eigenschaften des jeweiligen Beschichtungsfluids
(22) angepasst werden zu können.
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Um
auch nach längerer
Stillstandzeit des Beschichtungssystems gute Beschichtungsergebnisse zu
erreichen, muss verhindert werden, dass größere Mengen Lösungsmittel
aus dem System entweichen und sich somit die Eigenschaften der Beschichtungsfluide
(22) ändern.
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Sobald
sich die Substratträgereinheit
auf der horizontalen Linearachse (15) in ihrer Ruheposition befindet,
wird der Düsenkörpermittels
eines mechanisch sehr verwindungssteifen und auf seiner Unterseite
spezielle Abtropfkonturen aufweisenden, hermetisch abdichtenden
Deckels (11) verschlossen. Da innerhalb des Volumens unterhalb
des Deckels (11) Lösungsmittel
verdampft, kann sich dieses an der Innenseite des Deckels (11)
niederschlagen und dort Tropfen bilden. Ebenfalls kann evtl. während des Umpumpvorganges
Beschichtungsfluid (22) an den Deckel (11) gelangen.
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Es
muss aus diesem Grunde verhindert werden, dass Fluid (22)
in den Bereich der Deckelabdichtung kriechen bzw. fließen kann,
da es dort den Deckel (11) mit dem Düsenkörper verkleben kann und beim Öffnen der
Spaltdüse
(6) Partikel und Verunreinigungen generieren kann, welche
auf den Düsenspalt
(3) gelangen und das Beschichtungsergebnis beeinflussen
könnten.
Des Weiteren muss verhindert werden, dass am Deckel (11)
haftende Fluidtropfen auf den Düsenspalt
(3) fallen können.
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Der
Deckel (11) ist derart ausgeformt, dass am Deckel (11)
haftendes Fluid (22) sich an einer Art Abtropfkante (12),
welche sich am Deckel (11) zwischen Düsenspalt (3) und Abdichtung
befindet sammelt und von dort in die vorab beschriebene Auffangrinne
(9) tropft.
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Der
Bereich um die Abtropfkante (12) ist hierbei so ausgeformt,
dass die Innenfläche
des Deckels (11) sehr glatt ausgebildet ist und auf beiden
Seiten Gefälle
nach unten zur Abtropfkante (12) hin aufweist und das untere
Ende dieser im Deckel (11) der tiefste Punkt ist.
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Die
Abdichtung des Düsendeckels
(11) geschieht mittels einer flexiblen O-Ring Dichtung.
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Um
zu verhindern, dass nach längerem
Stillstand bzw. Standbybetrieb der Beschichtungsvorrichtung dieser
O-Ring von dem sich öffnenden
Düsendeckel
(11) aus seiner Nut (13) gezogen wird, müssen entsprechende
Maßnahmen
ergriffen werden.
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Die
O-Ring Nut (13) ist im Düsenkörper eingebracht, und umschließt den O-Ring
zu mehr als 180° (a)
seines Querschnittes. Dadurch wird verhindert, dass der O-Ring aus
seiner Nut (13) gesogen werden kann.
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Es
kann nun vorkommen, dass sich Fluidtropfen, welche sich an der Abtropfkante
(12) im Deckel (11) gesammelt haben, beim Öffnen des
Deckels (11) auf die Düsenoberkante
(8) oder neben den Düsenkörper fallen.
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Um
dies zu vermeiden wird der Deckel (11), bevor er ganz geöffnet und über die
Düsenoberkante (8)
hinwegbewegt wird abwechselnd einige Male kurz angehoben und wieder
geschlossen, um anhaftende Fluidtropfen von der Abtropfkante (12)
in die Auffangrinne (9) abzuschütteln. Erst anschließend wird
der Deckel (11) vollständig
abgehoben und während
des Beschichtungsvorganges neben dem Düsenkörper geparkt.
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Insbesondere
bei der Verarbeitung von sehr dünnflüssigen Medien
bzw. von Beschichtungsflüssigkeiten
mit sehr geringer Oberflächenspannung,
ist es notwendig zu gewährleisten,
dass sich beim Beschichtungsbeginn ein genügend großer Flüssigkeitswulst über dem
Düsenspalt
(3) ausbildet um einen Flüssigkeitskontakt (27)
zwischen Düsenoberkante
(8) und Substrat (1) herzustellen.
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Dies
wird durch eine Beschichtung der Düsenoberkante (8) mit
einem Material (vorzugsweise PTFE) bewerkstelligt, welches ein nicht
benetzendes Verhalten für
die Beschichtungsflüssigkeit
zur Folge hat. Dadurch wird erreicht, dass auf der Düsenoberkante
(8) der nicht benetzende Fall zwischen den Phasengrenzen
eintritt d.h., dass sich ein sehr großer bzw. sogar negativer Benetzungswinkel
zwischen Düsenoberkante
(8) und Beschichtungsfluid (22) ergibt, was eine
größere Höhe des Flüssigkeitswulstes auf
der Düsenoberkante
(8) nach sich zieht.
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Diese
Beschichtung ist mit z.B. PTFE nur einige nm bis einige μm Dicke ausgeführt, um
die erwünschten
Oberflächeneigenschaften
zu erzielen, aber die Maßhaltigkeit
der Spaltdüse
(6) nicht zu beeinträchtigen.
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Um
bei sehr dünnflüssigen Medien
bzw. Beschichtungsflüssigkeiten
mit geringer Oberflächenspannung
bzw. kleinen Benetzungswinkeln einen ausreichend großen Abstand
(14) zwischen Substrat (1) und Spaltdüse (6)
realisieren zu können,
ist es notwendig, durch ein Hilfsmittel den ersten Flüssigkeitskontakt
(27) zwischen Spaltdüse
(6) und Substrat (1) beim Beschichtungsbeginn
herzustellen.
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Hierzu
wird ein spitzer Gegenstand z.B. eine Nadel oder ein dünner Blechstreifen
unter sehr leichtem Anpressdruck zwischen Düsenoberkante (8) und Substrat
(1) bewegt, so dass ein zumindest punktförmiger Kontakt
zwischen Substrat (1) und Spaltdüse (6) hergestellt
wird. Sobald nur an einem einzigen Punkt Kontakt zwischen Substrat
(1) und Spaltdüse (6)
besteht, zieht sich der Flüssigkeitsmeniskus
aufgrund der Adhäsion
am Substrat (1) über
die ganze Breite der Spaltdüse
(6) bzw. des Substrates (1), zum Substrat (1)
hin und verbindet Spaltdüse
(6) und Substrat (1) mit einem geschlossenen Flüssigkeitsfilm, die
Beschichtung kann somit stattfinden. Selbstverständlich könnte auch der Abstand (14)
zwischen Substrat (1) und Spaltdüse (6) so klein eingestellt werden,
dass dieses zusätzliche
Hilfsmittel nicht nötig
wäre, aber
dann ist der Abstand (14) zwischen Substrat (1)
und Spaltdüse
(6) sehr klein und Maßtoleranzen
des Substrates (1) bzw. Führungsungenauigkeiten der Linearachse
(15) für
das Substrat (1) hätten
relativ zum Abstand (14) Substrat (1) – Spaltdüse (6)
große Änderungen
bzw. Schwankungen zur Folge. Um dies zu vermeiden bzw. um Substrate
(1) mit großen
Dickentoleranzen verarbeiten zu können und keine hochgenaue Linearachse
(15) und größere Fertigungstoleranzen
des Systems zuzulassen ist es notwendig dieses Hilfsmittel einzusetzen.
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Um
die Genauigkeit des Gesamtsystems zu gewährleisten, ist es notwendig,
sowohl die Spaltdüse
(6) als auch die Achse (15) für die horizontale Linearbewegung
des Substrates (1) exakt waagerecht einstellen zu können. Dies
ist deshalb notwendig, damit der Flüssigkeitsstand in der Spaltdüse (6) über die
gesamte Düsenbreite
konstant ist und der Abstand (14) zwischen Substrat (1)
und Spaltdüse
(6) über
die gesamte beschichtete Substratlänge entlang der Linearbewegung
des Substrates (1) konstant bleibt.
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Um
diese Einstellungen hinreichend genau vornehmen zu können, ist
die Befestigung der Spaltdüse
(6) und der Linearachse (15) am Maschinengrundkörper mit
jeweils 3 Befestigungsstellen ausgeführt, wobei die Befestigung
jeweils mit durch Feingewinde verstellbaren Kugelgelenkhebeln geschieht.
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Um
des Weiteren den Beschichtungsprozess unabhängig von Umgebungsbedingungen,
insbesondere undefinierten Vibrationen bzw. anderen Erschütterungen,
zu machen, wird der Rahmen, an dem Spaltdüse (6), Linearachse
(15) für
Substratbewegung und Linearachse (25) für Niveaubehälter (17) befestigt
sind, von der Umgebung schwingungsisoliert gelagert, wobei jener
Rahmen auf einigen luftgefüllten
Gummibälgen
steht, welche durch Einstellung des Luftdruckes in ihrer Dämpfung verstellt
und so den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden können.
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Weiterhin
wird durch diese Art der Lagerung auch vermieden, dass sich mechanische
Spannungen aufgrund thermischer Ausdehnung etc. auf den Maschinenrahmen übertragen
und so Maßänderungen
bzw. Fehler auftreten können.
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Genauso
wie undefinierte Erschütterungen für das Beschichtungsergebnis
schlecht sind, können definierte
Schwingungen zur Verbesserung des Beschichtungsergebnisses beitragen.
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Um
diesen Effekt ausnützen
zu können
wird das Substrat (1) in gleichmäßige Schwingung versetzt. Dies
geschieht dadurch, dass die Substrathalteplatte in Schwingung versetzt
wird, so dass diese Schwingung auf das Substrat (1) und
das Beschichtungsfluid (22) weitergegeben werden und so
zu einer Homogenisierung von mikro- und makroskopischen Inhomogenitäten der
Schichtdicke führen.
Diese Schwingungsanregung geschieht mit einem in der Frequenz verstellbaren,
oder mehreren in gewissen Frequenzbanden verstellbaren Schwingungserzeugern,
so dass je nach Beschichtungsfluid (22) die entsprechend
günstigste
Anregungsfrequenz gewählt werden
kann, welche zwischen einigen Hertz und dem Megahertzbereich variiert.
Selbstverständlich muss
die Schwingungsamplitude jeweils einstellbar sein.
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Um
weiterhin die Bedingungen für
die Beschichtung von Substraten (1) auch über längere Zeit konstant
zu halten, muss auch die Schwankung der Umgebungstemperatur, welche
eine Schwankung von Substrattemperatur und der Temperatur des Beschichtungsfluids
(22) zur Folge hat berücksichtigt werden.
Um die Temperatur des Beschichtungsfluids (22) konstant
zu halten, wird das Beschichtungsfluid (22) in einem Wärmetauscher
auf konstanter Temperatur gehalten, wobei in dem Wärmetauscher,
je nach Umgebungsbedingungen, Wärme
zugeführt
bzw. entzogen werden kann. Diese Temperierung verhindert Viskositätsschwankungen
des Beschichtungsfluids (22) aufgrund von Temperaturschwankungen.
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Um
auch Änderungen
des Benetzungsverhaltens durch schwankende Temperatur der Substratoberfläche zu verhindern,
wird diese indirekt durch eine Temperierung der Substrathalteplatte
(2) auf die gewünschte
Temperatur gebracht. Die Temperierung kann auch derart eingesetzt
werden, dass die Substratoberfläche
auf eine stark von der Umgebungstemperatur und auch stark von der
Temperatur des Beschichtungsfluids abweichende Temperatur gebracht wird,
um das Beschichtungsergebnis zu variieren.
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Die
Temperierung der Substratoberfläche geschieht
durch Wärmeleitung
zwischen Substrat (1) und Substrathalteplatte (2).
Die Temperierung der Substrathalteplatte (2) wird entweder
durch in der Substrathalteplatte (2) befindliche Bohrungen
durch welche ein Wärmetransportmedium
von einem externen Thermostaten gepumpt wird erreicht oder durch direkt
auf die Substrathalteplatte (2) aufgebrachte Peltier-Elemente erreicht.
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Da
sich die Viskosität
der Beschichtungsflüssigkeit
(22) aufgrund vielfältiger
Einflüsse,
trotz der vorgenannten Maßnahmen über längere Zeiträume hinweg ändern kann,
müssen,
um Einflüsse
auf das Beschichtungsergebnis zu vermeiden Maßnahmen getroffen werden.
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Dies
geschieht dadurch, dass an das Flüssigkeitssystem ein automatisches
Viskositätsmeßgerät (38)
integriert ist, welches mit der Steuerung für die Substratlinearachse (15)
verbunden ist und bei einer Änderung
der Beschichtungsfluidviskosität,
eine entsprechende Änderung
der Beschichtungsgeschwindigkeit und/oder der Niveauhöhe des Niveaubehälters (17)
veranlaßt.
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Um
die Strömungsgeschwindigkeiten
in der Kammer (4) unterhalb des Düsenspaltes (3) generell gering
zu halten, befindet sich in diesem Bereich z.B. ein Rohr (28)
mit teilweise siebartiger Wandung, welches die Flüssigkeitseinlaßöffnungen
auf beiden Seiten der Spaltdüse
(6) verbindet. Dadurch wird erreicht, dass in dieses Rohr
(28) einströmendes
Fluid (22) zuerst abgebremst und Turbulenzen beseitigt werden,
bevor es in Richtung des Düsenspaltes
(3) gelangen kann und ohne diese Vorkehrung während der
Beschichtung evtl. Inhomogenitäten
verursachen würde.
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Die
Fluidschicht (7) auf dem frisch beschichteten Substrat
(1) reagiert sehr empfindlich auf eventuelle Temperaturinhomogenitäten, da
durch diese auch Inhomogenitäten
der Lösungsmittelverdunstungsrate
auf dem Substrat (1) resultieren. Diese Temperaturinhomogenitäten können auch
durch Strahlungswärmetauschinhomogenitäten mit
in der Umgebung befindlichen Konturen resultieren.
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Um
dies zu vermeiden muss der Bereich hinter dem Düsenspalt (3) über welchen
sich das frisch beschichtete Substrat (1) hinwegbewegt
mit einem Material von homogener Oberflächenbeschaffenheit ausgeführt sein.
Hierzu wird eine Platte (32) aus entsprechendem Material,
welche bis an die Kante des Düsenspaltes
(3) reicht und mindestens die Abmessungen des beschichteten
Substrates (1) besitzt verwendet, so dass der vertikale
Abstand zwischen Beschichtung und dieser Strahlungswärmehomogenisierungsplatte
(32) ca. 2–30
mm beträgt.
Auch dürfen sich
keine versenkten Schraubenköpfe
oder ähnliches
in dieser Platte (32) befinden, sondern sie muss optisch
homogen sein.
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Die
Oberflächenbeschaffenheit
dieser Platte ist je nach Beschichtungsfluid (22) entweder
als Schwarzer Strahler, Grauer Strahler oder spiegelnd ausgeführt.
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Eine
weitere Ursache für
Inhomogenitäten
in der Verdunstungsrate auf einem frisch beschichteten Substrat
(1) sind Inhomogenitäten
in der Lösungsmittelkonzentration
und die Strömungsgeschwindigkeit der
umgebenden Atmosphäre.
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Es
muss deshalb darauf geachtet werden, die Lösungsmittelkonzentration und
die Strömungsgeschwindigkeit
an der frisch beschichteten Fläche weitgehend
konstant zu halten. Zu diesem Zwecke sind seitlich neben dem frisch
beschichteten Substrat (1) so genannte Strömungsschutzbleche
(37) angebracht um etwaige Luftströmungen unter dem frisch beschichteten
Substrat (1) zu vermeiden. Diese Strömungsschutzbleche (37)
befinden sich in einem horizontalen Abstand von den Seitenkanten
der Substratträgereinheit
von ca. 0–30
mm zu beiden Seiten des Substrates (1) und reichen dort
vertikal ca. 20 mm über
die Oberfläche
des Substrates (1) hinaus.
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Nach
dem Verdunsten des Lösungsmittels auf
einem beschichteten Substrat (1), zeigen sich oft an den
Beschichtungsrändern,
Bereiche mit erhöhter Schichtdicke.
Dies rührt
daher, dass die Randbereiche der Beschichtung, vor allem wenn die
Schichtdicke noch sehr groß ist,
also erst wenig Lösungsmittel verdampft
ist, eine im Verhältnis
zu ihrem differentiellen Volumen größere differentielle Oberfläche, als Bereiche
in der Mitte der Beschichtung haben und deshalb auch eine größere Verdunstungsoberfläche besitzen.
Aus diesem Grund wird beim Lösungsmittelverdunsten
am Rand mehr verdunstet als in der Mitte der Beschichtung und es
findet eine Flüssigkeitsströmung innerhalb
der Schicht von der Mitte zum Rand hin statt. Dadurch wird am Rand
die Schichtdicke größer als
in der Mitte. Es handelt sich also um den gleichen Prozess, wie
er auch beim Verdunsten eines Kaffeefleckes stattfindet und dort scharfe
Ränder
(= größere Schichtdicke)
hinterlässt. Aus
diesem Grunde ist es notwendig, bei der Trocknung des beschichteten
Substrates (1) geeignete Maßnahmen zu treffen, um dieses
Phänomen
zu verhindern.
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Hierzu
muss die Verdunstungsrate an den Rändern der Beschichtung derart
vermindert werden, dass keine Strömung von der Mitte zu den Beschichtungsrändern hin
stattfindet. Die Verdunstungsrate muss an den Rändern also geringer sein, damit
das unterschiedliche Verhältnis
von Fläche/Volumen
zwischen Mitte und Rändern
kompensiert wird.
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Nach
dem Beschichten werden die Substrate (1) um 180° gedreht,
so dass die beschichtete Seite nach oben zeigt. Anschließend wird
das beschichtete Substrat (1) in einen Ofen gelegt. Um
das zuvor beschriebene Phänomen
zu vermeiden wird nun das Substrat (1) auf eine Platte
gelegt, welche von der Mitte aus nicht ganz bis zu den Beschichtungsrändern hin
reicht. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Wärmeleitung
und dadurch die Verdunstung von Lösemittel auf der Beschichtung
in der Mitte größer als
in den Randbereichen ist. Der Abstand zwischen Beschichtungsrand
und darunter liegender Auflageplatte ist abhängig von der Trocknungstemperatur, der
Substratdicke, Substratmaterial, Beschichtungsflüssigkeit, der Oberflächenbeschaffenheit
der Auflageplatte, der Auflagefläche
im Ofen.
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Mit
dieser Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten (1)
ist es auch möglich
nur einzelne Flächen
eines Substrates (1) zu beschichten. Dies wird im Weiteren
selektive Beschichtung genannt. Hierzu wird die Breite des zu beschichtenden
Streifens dadurch eingestellt, indem die Abschnitte des Beschichtungsspaltes,
welche das Substrat (1) nicht beschichten sollen, mit dünnen Kunststoffplättchen verschlossen
werden, welche von oben in den Düsenspalt
(3) gedrückt
werden, so dass sie mit der Düsenoberkante
(8) bündig
sind und so den Düsenspalt (3)
an den gewünschten
Stellen abdichten.
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Die
Länge des
beschichteten Streifens wird in der Art realisiert, dass jeweils
eine komplette Beschichtungsprozedur wie eingangs beschrieben auf der
entsprechenden Länge
abgefahren wird.
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Dies
bedeutet, zu Beginn des Streifens Niveaubehälter in obere Position, dann
nachdem Flüssigkeitskontakt
(27) zwischen Spaltdüse
(6) und Substrat (1) hergestellt ist, Niveaubehälter (17)
in Beschichtungsposition und Linearbewegung von Substrat (1)
und am Ende Niveaubehälter
(17) zum Abriss des Flüssigkeitsfilmes
in unterste Abrissposition.
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Diese
beiden Maßnahmen
können
dann so kombiniert werden, dass ganze Schachbrettmuster bzw. einige
Rechtecke definierter Größe auf einem Substrat
(1) beschichtet werden können.
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Oftmals
ergibt sich aus prozesstechnischen Gegebenheiten die Anforderung,
dass aufeinander folgend verschiedene Beschichtungsarten, d.h. verschiedene
Beschichtungsfluide (22) aufgebracht werden müssen. Diese
Abfolge bzw. das Beschichten mit verschiedenen Medien muss deshalb
innerhalb eines Zeitraumes von wenigen Minuten stattfinden können. Somit
ist es unzweckmäßig nach
jeder Beschichtung das jeweilige Beschichtungsfluid (22) aus
der hier beschriebenen Vorrichtung abzulassen, die Anlage zu reinigen
und das nächste
Beschichtungsfluid (22) einzufüllen. Deshalb sind vorteilhafter Weise
mehrere Düsen
(6) hintereinander angeordnet, inklusive der dazugehörigen Fluidsysteme,
Deckel (11), Niveaubehälter
(17) etc. wobei dann je nach gewünschtem Beschichtungsfluid
(22) die jeweilige Spaltdüse (6) benützt wird.
Hierdurch ist es möglich
durch die Auswahl an der Maschinensteuerung das Substrat (1)
mit der gewünschten
Flüssigkeit
zu beschichten.
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Des
Weiteren besteht auch oftmals die Forderung, Substrate (1)
zu beschichten, die nicht starr, wie zum Beispiel Glasscheiben sind,
sondern flexible Materialien mit großer Länge, wie z.B. Folien u.ä.
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Vorteilhafter
Weise kann die Beschichtung von Bändern mit dieser Vorrichtung
derart vorgenommen werden, dass anstelle der Linearachse (15)
für die
Relativbewegung zwischen Substrat (1) und Spaltdüse (6),
sich vor und hinter der Spaltdüse
(6) jeweils Rollen befinden, welche das zu beschichtende
Band bzw. die Folie zur Beschichtung über die Spaltdüse (6)
hinwegführen.
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Um
die Möglichkeit
zu realisieren, das flexible Band bzw. die Folie auf einer Seite
von einer Rolle abzuwickeln und auf der anderen Seite auf die nächste Rolle
wieder aufzuwickeln sowie dazwischen zu beschichten wird nach der
Spaltdüse
(6) eine Trockenstation angeordnet, welche das frisch beschichtete
Band trocknet, d.h. Lösemittel
verdampft, so dass es auf der zweiten Rolle wieder aufgewickelt
werden kann ohne zu verkleben. Diese Heizstation ist so angeordnet,
dass entweder eine Infrarotheizung (-lampe) von dem Band/der Folie durchlaufen
wird, welche das Band bzw. die Beschichtungsflüssigkeit erwärmt und
dadurch Lösemittel
verdampft, oder nach der Spaltdüse
(6) über
eine beheizte Rolle geführt
wird, welche auf der Oberseite des Bandes läuft und durch den Wärmetransport, welcher
durch Konduktion erfolgt, Lösemittel
auf dem Band/der Folie verdampft.
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Diese
Apparatur zum Beschichten von Substraten kann beim Herstellungsprozess
für Flachbildschirme,
in der Maskentechnik und sonstiger Halbleitertechnik eingesetzt
werden, da die Beschichtungsgüte
den dort gestellten Anforderungen entspricht. Diese Techniken werden
allesamt in sauberer Umgebung bzw. in Reinräumen durchgeführt. Da
Reinräume
aber sehr aufwendig und damit teuer sind, ist bei allen darin befindlichen
Gerätschaften
aus Kostengründen
darauf zu achten, dass sie einen möglichst geringen Platzbedarf
haben, um möglichst
wenig Reinraumfläche
zu belegen. Aus diesem Grunde ist es sehr vorteilhaft bei diesem
Verfahren, die horizontale Relativbewegung zwischen Substrat (1)
und Spaltdüse
(6) durch eine horizontale Bewegung der Spaltdüse (6)
auszuführen.
Hierbei ist so vorzugehen, dass die Substrathalteplatte an drei
einstellbaren Gelenkstäben
aufgehängt
ist und sich der Düsenkörper auf
einer Linearführung
(15) befindet, welche ebenfalls an drei einstellbaren Gelenkstäben befestigt
ist.
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Durch
die beschriebene Ausführung
der Relativbewegung zwischen Substrat (1) und Spaltdüse (6)
durch eine Horizontalbewegung der Spaltdüse (6) kann unter
bestimmten Voraussetzungen eine Strömungsbeunruhigung in der Spaltdüse (6)
aufgrund der eventuell auftretenden Beschleunigungen der Spaltdüse (6)
auftreten, wodurch das Beschichtungsergebnis negativ beeinflusst
wird.
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Da
dieses Problem vorrangiger Weise bei der Beschichtung sehr dünnflüssiger Medien
auftritt, wird bei der Verarbeitung von sehr dünnflüssigen Medien die Relativbewegung
zwischen Substrat (1) und Spaltdüse (6) durch eine
Horizontalbewegung des Substrates (1) ausgeführt.
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Dieses
Verfahren stellt trotz aller hier beschriebenen Maßnahmen
relativ hohe Anforderungen an den mechanischen und softwaremäßigen Aufbau
eines derartigen Beschichtungssystems. Des Weiteren gestaltet es
sich schwierig bzw. beinhaltet Prozessrisiken, wenn z.B. in einer
Fertigungslinie der seitherige Beschichtungsprozess, welcher meist
mit Spin-Belackern durchgeführt
wird, nun auf das vorab beschriebene Verfahren umgestellt wird.
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Um
jedoch die Vorteile dieses Verfahrens wie z.B. sehr niedriger Fluidverbrauch
und die Vorteile des Spinbeschichtungsverfahrens vereinigen zu können, ist
es vorteilhaft, ein zu beschichtendes Substrat zuerst mit dem hier
beschriebenen Verfahren zu beschichten und anschließend mittels
eines Drehtellers in Rotation zu versetzen, um wie beim Spinbeschichtungsverfahren
evtl. überschüssiges Fluid
abzuschleudern und die Beschichtungsgüte wie beim gebräuchlichen
Spinverfahren zu erhalten.
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Durch
diese Vorgehensweise kann ein sehr kostengünstiger Aufbau für die Beschichtungsanlage realisiert
werden, da sich die Vorteile des Spaltbeschichtungsverfahrens und
des Spinbeschichtungsverfahrens kombinieren lassen.
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Da
die Substratdicke oftmals recht große Schwankungen aufweist, ist
ein möglichst
großer
Abstand zwischen Substrat und Düse
einzustellen, damit der prozentuale Fehler des Abstandes der Substratoberfläche zur
Düse möglichst
klein ist. Dies kann jedoch dazu führen, dass am Beschichtungsbeginn kein
Kontakt zwischen Flüssigkeitsmeniskus
und Substrat erreicht wird. Um dieses Kontaktproblem zu beheben
wird die in der Düse
befindliche Flüssigkeit mit
einem kurzen Druckpuls beaufschlagt, um den Flüssigkeitsmeniskus auf der Düsenoberkante
kurz anzuheben und so einen Flüssigkeitskontakt
zwischen Substrat und Düse
herzustellen.
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Die
Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit
geschieht mittels eines an der Fluidzuführung (26) zur Düse angebrachten
Pneumatikzylinders, welcher zur Druckpulserzeugung die Zuführleitung
kurzzeitig um einen sehr geringen Betrag deformiert und so einen Druckpuls
auslöst.
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- 1
- Substrat
- 2
- Substrathalteplatte
- 3
- Düsenspalt
- 4
- Kammer
unterhalb des Düsenspaltes
- 5
- Spalteintrittsöffnung
- 6
- Spaltdüse
- 7
- Fluidschicht
(auf Substrat)
- 8
- Düsenoberkante
- 9
- Fluidauffangrinnen
- 10
- Gasblasenauffangkammern
- 11
- Düsendeckel
- 12
- Abtropfkante
- 13
- O-Ring-Nut
für Deckeldichtung
- 14
- Abstand
Substrat-Düse
- 15
- Linearführung für Beschichtungsachse
- 16
- Gas-/Fluidabsaugung
- 17
- Niveaubehälter
- 18
- Schwimmer
- 19
- Behälter über Niveaubehälter
- 20
- Pumpe
zur Fluidbeschickung der Düse
- 21
- Vorratsbehälter
- 22
- Beschichtungsfluid/Beschichtungsflüssigkeit
- 23
- Filter
- 24
- Pumpe
zum Gas-/Fluidabsaugen
- 25
- Linearachse
für Niveaubehälter
- 26
- Fluidzuführung
- 27
- Flüssigkeitskontakt
Substrat-Düse
- 28
- Rohr
- 29
- Überlauf
- 30
- Schwimmerventil
- 31
- Rücklaufventil
- 32
- Platte
- 33
- Gewicht
- 34
- Membrane
- 35
- Sensor
zur Schichtdickenmessung
- 36
- Entlüftungsventil
- 37
- Strömungsschutzbleche
- 38
- Viskositätsmesssystem
- 39
- Druckablassventil
- 40
- Abflussleitung
der Fluidauffangrinnen
- 41
- Steigleitung
zur Folge hat.