DE3939501A1 - Laminar-beschichtungsvorrichtung fuer ebene substrate - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung von ebenen Substraten mit einer Lackschicht, bei der der flüssige Lack auf der zu beschichtenden Fläche des Substrats durch eine Auftragvorrichtung aufgetragen wird, wobei das Substrat in einer Haltevorrichtung austauschbar gehalten ist.

Es ist bekannt, die Lackschicht über Schleuderbeschichtung zu realisieren (Spin-Coating). Dieses Verfahren ist von der Substratgröße begrenzt und für eckige Substrate mit hohem maschinellen Aufwand verbunden. Bei einer Sprühbelackung ist nachteilig, daß nur Niederviskose Medien versprühbar sind und daß die Vorrichtung relativ viel Platz beansprucht. Von besonderem Nachteil ist, daß die Oberfläche sich nicht vollkommen glatt ausbildet, sondern oft in Form einer Orangenhaut, so daß für viele Anwendungszwecke in der Halbleitertechnik die erreichte Oberflächenqualität nicht ausreicht und zu starke Schwankungen in der Schichtdicke auftreten.

Es ist weiter noch bekannt, die Lackschicht durch eine Auftragwalze aufzutragen (Roller-Coating). Hier können aber durch den Walzenabrieb sich Fremdteile auf dem zu beschichtenden Substrat ablagern. Die Schichtdicke hängt von vielen nur schwer exakt einzuhaltenden Parametern ab.

In Vermeidung der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit geringem Aufwand eine exakt definierte Lackschicht auf der gesamten zu beschichtenden Fläche mit hoher Reproduzierbarkeit und konstanten Eigenschaften auftragbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß als Auftragvorrichtung mindestens ein Auftragrohr dient, dessen Innenraum Lack dosiert, vorzugsweise mit konstantem Volumenstrom zuführbar ist, daß das Auftragrohr waagrecht ausgerichtet ist, daß ferner das Auftragrohr mindestens auf seiner langgestreckten oberen Seite lackdurchlässig ausgebildet ist, daß die zu beschichtende Fläche des Substrats nach unten gerichtet frei zugänglich in der Haltevorrichtung gehalten ist und daß das Substrat und das Auftragrohr horizontal relativ zueinander bewegbar aneinander vorbeiführbar sind.

Dadurch, daß die zu beschichtende Oberfläche des Substrats nach unten gerichtet mit einer Lackschicht versehen wird, können sich auf der Lackschicht keine schwebende Teilchen ablagern, so daß auch noch bei einer relativ unreinen Umgebung trotzdem eine hervorragende reine Beschichtung erreicht werden kann.

Zur Einstellung der Schichtdicke kann in besonders vorteilhafter Weise der Abstand der zu beschichtenden Fläche von der lackdurchlässigen Oberseite des Auftragrohrs einstellbar sein. Zur weiteren Beeinflußung der Schichtdicke kann auch zusätzlich noch die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Substrat und dem Auftragrohr vorgebbar sein. Zusätzlich kann auch noch die Temperatur des dem Auftragrohr zugeführten Lack konstant gehalten und vorzugsweise auch vorwählbar sein.

Zur Herabsetzung des Lackverbrauchs kann das Auftragrohr in einer Lackwanne angeordnet sein.

In besonders einfacher Weise kann zur lackdurchlässigen Ausbildung das Auftragrohr auf seiner Oberseite einen Längsschlitz aufweisen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Auftragrohr mindestens im Bereich seiner Oberseite porös ausgebildet sein, wobei hier dann alle unerwünschten Fremdpartikel im Auftragrohr zurückgehalten werden. Zweckmäßigerweise besteht das Auftragrohr aus porösem Material, wobei die Oberfläche des Rohr mit Ausnahme des oberen Bereichs geschlossen ausgebildet ist, vorzugsweise durch eine Abdeckschicht.

Konstruktiv kann das Auftragrohr gegenüber der Haltevorrichtung für das oder die Substrate durch horizontale Führungen beispielsweise in Form von Prismen über einen Antrieb mit vorgegebener Geschwindigkeit verschiebbar sein. Als Antrieb kann ein Riemen- oder Kettenantrieb, eine Spindel, vorzugsweise aber ein Zahnriemenantrieb mit elektrischem Antriebsmotor vorgesehen sein, wobei der elektische Antiebsmotor über eine elektronische Steuerung drehzahlgeregelt sein kann um so auf einfache Weise die Schichtdicke beeinflußen zu können.

Zur Vermeidung von Einstellfehlern und Automatisierung kann zur Abstandseinstellung beschichtende Oberfläche - lackdurchlässige Oberseite des Auftragsrohrs ein Abstandssensor vorgesehen sein, durch den ein vorgegebener Abstand einstellbar ist, so daß auch unterschiedlich dicke Substrate im Wechsel, praktisch ohne Umrüstzeit, beschichtbar sind. Die Toleranzen der Substrate bleiben dann für die Lackbeschichtung ohne Einfluß, da die Toleranzen dann automatisch ausgeglichen werden.

Zur Erhöhung der Produktivität können durch die Haltevorrichtung gleichzeitig mehrere Substrate mit ihren zu beschichtenden Flächen frei von unten zugänglich gehalten sein, besonders einfach automatisierbar mit Hilfe von Unterdruck.

Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen anhand der beiliegenden Zeichnungen in den nachstehenden Beschreibungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zur Beschichtung von ebenen Substraten mit einer Lackschicht,

Fig. 2 eine schematisierte Darstellung der Lackversorgung der Vorrichtung,

Fig. 3, 4 zwei verschiedene Ausführungsformen von Auftragrohren,

Fig. 5 eine schematisierte Darstellung der Lackauftragung mit dem in Fig. 4 dargestellten Auftragrohr.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Beschichtungsvorrichtung weist im wesentlichen eine Haltevorrichtung 1 für ein ebenes Substrat 2 auf dessen zu beschichtenden Fläche 3 nach unten frei zugänglich an einer Substrataufnahme 4 gehalten ist. Zur Beschichtung der Fläche 3 mit einem Lack ist unterhalb der Haltevorrichtung 1 eine Auftragvorrichtung 5 auf einem horizontal verschiebbarem Schlitten 6, auf Führungsprismen 7 verschiebbar geführt und durch einen elektrischen Antriebsmotor 8 über einen Zahnriemen 9 mit konstanter, einstellbarer Geschwindigkeit bewegbar. Auf einer Führungsplatte 10 der Auftragvorrichtung 5 ist, über eine Mikrometerschraube 11 höheneinstellbar, eine Lackwanne 12 angeordnet, die ein horizontal verlaufendes Auftragrohr 13 aufweist, dessen Innenraum 14 mit Lack versorgbar ist, wie dies anschließend beschrieben wird.

Zur Höheneinstellung des Auftragrohrs 13 ist die Lackwanne 11 über Gelenke 15 höhenveränderbar stets horizontal ausgerichtet an einer Halterung 16 gelagert.

Zur exakten Einstellung des Abstands 26 der mit Lack zu beschichtenden Fläche 3 von der Oberseite 17 des Auftragrohrs 13 kann ein Abstandssensor 18 an der Lackwanne 12 vorgesehen sein, wobei dann anstelle der Mikrometerschraube 11 ein nicht dargestellter elektronisch gesteuerter Höheneinstellantrieb vorgesehen ist.

Zur Lackversorgung des Auftragrohrs 13 ist ein Vorratsbehälter 19 vorgesehen, aus dem durch eine Pumpe 20 über ein Filter 21 der aufzutragende Lack in den Innenraum 14 des Auftragrohrs 13 mit konstantem Volumenstrom oder bei konstantem Innendruck im Innenraum 14 zuführbar ist, je nach der Auführungsform des Auftragrohrs 13. Das Filter 21 kann ein Mikrofilter sein, das unerwünschte Schmutzteilchen herausfiltert, die größer sind als 0,2 µm.

Eine erste Ausführungsform eines Auftragrohrs 13 ist in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt. Das Auftragrohr 13 besteht aus porösen Material, insbesondere aus Sinterwerkstoff. Die Oberfläche dieses Auftragrohrs 13 ist mit Ausnahme eines Bereichs an der Oberseite 17 mit einer Abdeckschicht 22 überzogen und so dort lackundurchlässig. Lack kann nur im Bereich der Oberseite 17 in Abhängigkeit vom Innendruck aus dem Innenraum 14 austreten. Er bildet im Bereich der Oberseite 17 einen Miniskus 23 und läuft, wie durch die Pfeile 24 angedeutet, in die Lackwanne 12 zurück.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform eines Auftragrohrs 13 dargestellt, das auf seiner Oberseite 17 über seine ganze Länge einen Längsschnitt 25 aufweist, durch den der Lack aus dem Innenraum 14 heraustreten kann und ebenfalls so einen Miniskus 23 bildet.

In Fig. 5 ist der Lackauftrag schematisch dargestellt. Das Auftragrohr 13 wird mit seiner Oberseite 17 mit einem Abstand 26 unterhalb der zu beschichtenden Fläche 3 des Substrates 2 vorbeigeführt. Der Abstand 26 ist in der Regel kleiner als die Höhe des sich ausbildenden Miniskus 23, so daß die Fläche 23 mit Lack benetzt wird. Die Dicke der sich so bildenden Lackschicht 27 ist abhängig von der Viskosität des Lacks, dem Abstand 26 und der Relativgeschwindigkeit V zwischen Substrat 2 und Auftragrohr 13 und dem Volumenstrom des dem Auftragrohr 13 zugeführten Lack und kann durch Änderung eines oder mehrerer der angeführten Einflußgrößen eingestellt und konstant gehalten werden.

Nach der Beschichtung kann das Substrat 3 mit der Substrataufnahme 4 automatisiert ausgetauscht werden.

Claims (20)

1. Vorrichtung zur Beschichtung von ebenen Substraten (2) mit einer Lackschicht (27) bei der der flüssige Lack auf der zu beschichtenden Fläche (3) des Substrats (2) durch eine Auftragvorrichtung (5) aufgetragen wird, wobei das Substrat (2) in einer Haltevorrichtung (1) austauschbar gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragvorrichtung (5) mindestens ein Auftragrohr (13) dient, dessen Innenraum (14) Lack dosiert, vorzugsweise mit konstantem vorwählbarem Volumenstrom zuführbar ist;
daß das Auftragrohr (13) waagrecht ausgerichtet ist,
daß ferner das Auftragrohr mindestens auf seiner langgestreckten Oberseite (17) lackdurchlässig ausgebildet ist,
daß die zu beschichtende Fläche (3) des Substrats (2) nach unten gerichtet frei zugänglich in der Haltevorrichtung (1) gehalten ist und,
daß das Substrat (2) und das Auftragrohr (13) horizontal relativ zueinander bewegbar und aneinander vorbeiführbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (26) der zu beschichtenden Fläche (3) von der lackdurchlässigen Oberseite (17) des Auftragrohrs (13) einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativgeschwindigkeit (V) zwischen dem Substrat (2) und dem Auftragrohr (13) vorwählbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des dem Auftragrohr (13) zugeführten Lacks konstant gehalten ist und vorzugsweise vorwählbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragrohr (13) in einer Lackwanne (12) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur lackdurchlässigen Ausbildung das Auftragrohr (13) auf seiner Oberseite (17) einen Längsschlitz (25) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur lackdurchlässigen Ausbildung das Auftragrohr (13) mindestens im Bereich seiner Oberseite (17) porös ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragrohr (13) aus porösem Material besteht und daß die Oberfläche des Auftragrohrs (13) mit Ausnahme des oberen Bereichs (Oberseite 17) geschlossen ist, vorzugsweise durch eine Abdeckschicht (22).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragrohr (13) gegenüber der Haltevorrichtung (1) für das Substrat (2) durch horizontale Führungen (Prismen 7) verschiebbar geführt ist und durch einen Antrieb mit vorgegebener Geschwindigkeit verschiebbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb ein Riemen- oder Kettentrieb, vorzugsweise in Form eines Zahnriemens (9) und ein elektrischer Antriebsmotor (8) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Antriebsmotor (8) über eine elektronische Steuerung drehzahl- und positionsgeregelt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstandseinstellung zu beschichtenden Fläche (3) lackdurchlässige Oberseite (17) des Auftragrohrs (13) ein Abstandssensor (18) vorgesehen ist, durch den ein vorgegebener Abstand (26) einstellbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (14) des Auftragrohrs (13) über ein Filter (21) und Pumpe (20) mit einem Vorratsbehälter (19) verbunden ist und daß weiter das Auftragrohr (13) in oder über einer Lackwanne (12) angeordnet ist und daß diese Lackwanne (12) mit dem Vorratsbehälter (19) in Verbindung steht.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Haltevorrichtung (1) gleichzeitig mehrere Substrate (2) mit ihren zu beschichtenden Flächen (3) frei von unten zugänglich gehalten sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Substrate (2) mittels Unterdruck über eine Substrataufnahme (4) gehalten sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Lack ein fotoresistenter Lack oder ein Schutzlack verwendet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein automatischer Substrabnachlauf von Kassette (Sender) zu Kassette (Empfänger) möglich ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (1) zur Be- und Entladung mit dem Substrat (2) klappbar ist (Substrat auf Oberseite).

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Haltevorrichtungen (1) vorgesehen sind und daß einzelne Vorgänge (Be-, Entladen, Beschichten) zeitlich parallel verlaufen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufzeit unter 30 s liegt.