TW202010572A - 塗佈機之分配噴嘴 - Google Patents

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TW202010572A
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dispensing
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retraction
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梅卡斯 卡德爾
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德商蘇士微科技印刷術股份有限公司
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Abstract

本發明關於一種用於對基板施加塗料的分配噴嘴(1)，其具有閥座(16)；適於在關閉位置及打開位置之間被位移的閥元件(14)，在關閉位置處，閥元件與閥座(16)交互作用，以關閉分配噴嘴(1)的塗料材料入口(2)與塗料材料出口(3)之間的連接，在打開位置處，此連接被打開；且分配噴嘴還包括回縮元件(24)，其適於在向前位置及向後位置之間被位移，回縮元件(24)在閥元件(16)的下游與分配噴嘴(1)的分配通道(18)流體連通。

Description

塗佈機之分配噴嘴
本發明關於一種分配噴嘴，用於將塗料施加到基板，尤其是晶圓。
為了製造半導體晶片及MEMS，已知對基板(晶圓)施加塗料，塗料被加工或有助於加工基板。由於公差(tolerances)將會造成塗料的厚度高於或低於其應有的厚度，重要的是精確地將理想的量的塗料施加到晶圓的表面。此外，應避免的是，塗料材料的液滴在將塗料施加到基板的加工已經終止之後從分配噴嘴分離。這樣的液滴將造成塗料的表面的顯著干擾，塗料的表面應為盡可能平坦的。 已有各種嘗試用於避免塗料材料的液滴在已終止塗料的施加之後從分配噴嘴分離。被廣泛地使用的方法為使用被連接到分配噴嘴的真空管線，使得能夠在停止施加塗料材料的加工之後，將一定體積的塗料材料“吸回”分配噴嘴中。這導致在分配噴嘴的出口處形成所謂的彎液面(meniscus)，避免液滴在此處形成，並避免液滴將來從分配噴嘴脫離。 與此解決方案相關的問題在於，由於在先前的塗料步驟的結束時無法適當地控制要將多少量的塗料材料“吸回”到分配噴嘴中，存在對於被供給到基板的塗料材料之精確計量的干擾，使得其難以精確地計量在後續的塗料步驟中要被施加的塗料材料。
本發明的目的在於提升能夠以分配噴嘴計量塗料材料的精確性，而在此同時可靠地避免塗料材料的液滴在分配步驟終止之後意外地從分配噴嘴分離。 為此目的，本發明提供一種分配噴嘴，用於將塗料施加到基板，分配噴嘴具有閥座(valve seat)；適於在關閉位置及打開位置之間被位移的閥元件，在關閉位置處，閥元件與閥座交互作用，以關閉分配噴嘴的塗料材料入口與塗料材料出口之間的連接，在打開位置處，此連接被打開；且分配噴嘴還具有回縮元件，其適於在向前位置及向後位置之間被位移，回縮元件在閥元件的下游與分配噴嘴的分配通道流體連通，且回縮元件為隔膜，其在一側上暴露於分配通道。 本發明係基於使用回縮元件的基本概念，回縮元件在閥座的下游機械地“吸回”一定量的分配材料。回縮元件允許在一個分配步驟的結束時非常精確地控制被吸回分配噴嘴之塗料材料的量，使得容易在後續的塗料步驟中正確地計量塗料材料，這是因為藉由將回縮元件移動到向前位置，可在後續的分配步驟中“加入”正好相同的塗料材料的量。額外的優點在於，在靠近分配噴嘴的前端處達成吸回。這防止與先前技術的方法有關的問題，在先前技術的方法中，吸回是在遠距離位置進行的，因此存在精確性方面的問題，並進一步造成材料傾向除氣(outgassing)的問題。由於隔膜被使用來作為回縮元件，可從閥元件的“背側”非常輕易地密封閥元件的分配通道側。 在一個實施例中，回縮元件被佈置在分配通道的側向，尤其是在分配噴嘴的噴嘴本體中。回縮元件的此位置導致簡單的設計。 在另一個實施例中，回縮元件被佈置在閥元件中，且與分配通道流體連通。這種設計允許形成具有非常小的尺寸的分配噴嘴，使得兩個或更多個分配噴嘴可在應用裝置上彼此非常靠近地被佈置。 藉由使閥元件採用套筒的形式並使隔膜被夾設到閥元件，非常緊湊的設計可被達成。 為了避免塗料材料污染分配噴嘴之不應該承受塗料材料的區域，設置密封元件，其在閥元件及分配噴嘴的噴嘴本體之間密封。 為了將隔膜可靠地連接到閥元件而不需要過多的空間，密封元件可被螺合到閥元件中，以將隔膜夾設在內。 在另一個實施例中，回縮元件為活塞，其在一側上暴露於分配通道。由於活塞為剛性的，其可能非常精確地控制被吸回到分配噴嘴中的塗料材料的量。 較佳地，設置有回縮控制腔室，其被操作性地連接到回縮元件。藉由對在回縮控制腔室中暴露於壓力之下的控制元件的側部施加不同水平的壓力，回縮控制腔室允許非常輕易地在向前及向後位置之間使回縮元件位移。作為範例，對回縮控制腔室施加第一(正)壓力造成回縮元件處於向前位置，而改變到第二(負或較低)壓力造成回縮元件被位移到向後位置中，使得所界定體積的塗料材料被吸回到分配噴嘴中。可能繼續使用真空管線和相關的控制元件以及現有分配閥的控制邏輯(control logic)，以控制根據本發明之回縮元件或分配閥的操作。 根據一個實施例，設置有回縮控制活塞，其在回縮控制腔室中暴露於壓力。回縮控制活塞為回縮元件與，例如，真空管線，之間的中間元件，並確保回縮元件被精確地控制，尤其是在回縮元件為隔膜或膜片的情況下。回縮控制活塞可被機械性地連接到回縮元件。 較佳地，設置有可調整的回縮支座(abutment)，用於調整回縮控制活塞的最大行程(stroke)。回縮支座允許對於不同塗料材料之具體特性調整被吸回分配噴嘴中的塗料材料的量，使得在分配步驟的結束時吸回“正確”量的塗料材料，而與正在被加工的具體塗料材料無關。 回縮支座可為螺釘或與螺紋相關，且藉由使用步進馬達而可被手動地或遙控地調整。 根據本發明的較佳實施例，設置有分配控制腔室，其被操作性地連接到閥元件。以類似於控制回縮元件的移動的方式，分配控制腔室被使用來控制閥元件的位置及位移。這可藉由改變分配控制腔室中的壓力水平來達成，使得當作用在閥元件上之朝向閥座的力高於將閥元件偏壓離開閥座的力時，閥元件被壓向閥座，且反之亦然。 較佳地，密封元件在回縮控制活塞上被引導，使得對閥元件提供徑向引導功能。 較佳地，回縮控制活塞被螺合到隔膜的突出上，這導致緊湊而可靠的連接。 同樣地，對於閥元件，可設置可調整的分配支座，用於調整閥元件的最大行程。這允許對分配控制腔室中的壓力水平使用非常基本的控制，這是因為其中的壓力水平對於在打開位置控制閥元件的位置而言為非必要的。相反地，使用壓力來使閥元件在固定的關閉位置(其由閥座所界定)及由分配支座所界定之固定的(但可調整)打開位置之間位移為足夠的。 分配支座可為螺釘的形式或使用螺紋連接，其將旋轉轉換為平移，使得閥元件的打開行程能夠適應不同塗料材料之具體特性。 驅動機構(例如，具有齒輪的步進馬達)可被設置用來基於控制信號以自動的方式去調整分配支座。
將參照圖1至9說明用於將塗料材料施加到基板上的分配噴嘴1。分配噴嘴1特別適用於用於製造半導體晶片和MEMS的機器。 分配噴嘴1具有噴嘴本體10，其設有塗料材料入口2及塗料材料出口3。塗料材料入口2經由管路或其他適合的部件被連接到塗料材料的供給。塗料材料出口3可為噴嘴或其他配置的形式，適用於將特定的塗料材料施加到基板上。 在噴嘴本體10的內部，腔室12被設置在塗料材料入口2及塗料材料出口3之間。在腔室12中佈置有閥元件14，其可與環形的閥座16配合，閥座16被形成以外接作為塗料材料出口3的分配通道18。 閥座16的側或朝向閥座16的方向在下文中將被稱為“向前”，而相反的側或方向將被稱為“向後”。 閥元件14可在關閉位置及打開位置之間被位移。在關閉位置處，閥元件14以其前環形端部接觸閥座16。由於閥元件14相對於噴嘴本體10被密封(這將在下文中被詳細說明)，分配噴嘴1的塗料材料入口2及塗料材料出口3之間的連接在閥元件14處於此關閉位置的情況下被關閉。在打開位置處，閥元件14(以可控制的方式)從閥座16被間隔開來，使得塗料材料入口2及塗料材料出口3之間的流體連接為打開的。被以分配噴嘴1經由分配通道18分配的塗料材料的量接著取決於供給塗料材料的壓力、塗料材料的黏性、以及閥元件14之被從閥座16抬起的行程。 閥元件14為中空的套筒(請特別參見圖3及4)，其具有漸斜且帶圓角的前端面20，此端面20適於與閥座16接觸。 在閥元件14的內部具有用於隔膜24的支座22(請特別參見圖5及6)，其被佈置在閥元件14的前方部分中。在支座22的後方(當從端面20視之時)，閥元件14具有內螺紋26。 隔膜24具有碟狀的前膜片28及圓柱狀的突出30，突出30被連接到膜片28的中央。螺紋32被形成在突出30的外表面上。 隔膜24由聚四氟乙烯(PTFE)或全氟烷氧基(PFA)所形成。然而，亦可使用其他的材料。 在此，膜片28及突出30被形成為單一件。然而，亦可能將突出30形成為分離件，並接著將其連接到膜片28。 藉由將膜片28的外周緣夾設到形成在套筒狀的閥元件14中的支座22上，將隔膜24安裝在閥元件14的內部。為此，使用密封元件34(請參見圖7)。 密封元件34為中空(通常為套筒狀)的本體，具有在其前端的導引套筒36，以及在其後端的密封伸縮管(bellow)38。 導引套筒36具有向內漸斜的端面40，其形成隔膜24的膜片28的支撐表面。在其外表面上形成外螺紋37。 導引套筒36在其後端具有控制突起42，其被設有外螺紋44。 導引套筒36及控制突起42在此形成連續圓柱狀的導引表面46。 密封伸縮管38設有環形的連接強化件48，其被使用於將其夾設到噴嘴本體10。 密封元件34可由與隔膜24相同的材料所形成，尤其是PTFE。然而，亦可使用其他材料。 藉由將導引套筒36以其螺紋37螺合到閥元件14的螺紋26中，膜片28的外周緣被夾設到支座22。突出30凸入到閥元件14的內部空間中。 密封伸縮管38之環形的連接強化件48以緊密的方式被夾設在噴嘴本體10的兩個部分之間，從而密封腔室12，使得閥元件14在塗料材料入口2及閥座16“之間”被佈置在腔室12中。隔膜24在腔室12及閥元件14的內部之間密封。 藉由分配控制活塞50來控制閥元件14的位移，分配控制活塞50被佈置在形成於噴嘴本體10中的分配控制腔室52中。 分配控制活塞50具有連接突起51，其在其前端具有內螺紋，內螺紋被螺合到形成在密封元件34的控制突起42上的外螺紋44上。據此，分配控制活塞50的任何軸向位移經由密封元件34被轉移到閥元件14上。當分配控制活塞50在噴嘴本體10中被引導，其提供閥元件14引導效果。 可藉由變化腔室52中的壓力來控制分配控制活塞50在分配控制腔室52中的位移。為此目的，提供壓力連接(pressure connection)54(請參見圖1)。彈簧56在分配控制活塞50之與佈置有壓力連接54的側相反的側上被佈置在分配控制腔室52中。 為了控制分配控制活塞50在將閥元件14從閥座16抬起的方向上(在向後方向上)的最大位移，可調整的分配支座58被設置。分配支座58由螺釘所形成，其延伸到分配控制腔室52中。藉由更多或更少地使分配支座58被螺合到分配控制腔室52中，可調整分配控制活塞50的最大行程。 如圖2所見，分配支座58可被形成為中空的，以與形成在分配控制活塞50上的突出交互作用，用於達成引導功能。 以習知的方式，密封件60可使用來將活塞50密封在分配控制腔室52及噴嘴本體10上。 分配控制活塞50被形成為中空的，使得回縮控制腔室62被形成於其中。在回縮控制腔室62中，回縮控制活塞64被佈置。其設置有突起66，其具有在其前端帶有內螺紋68的空腔。螺紋68被螺合到隔膜24的螺紋32上。 藉由回縮控制活塞62，隔膜24的膜片28可在向前及向後位置之間被位移。由於膜片28在閥元件14處於關閉位置時作用為分配通道18之確定體積的邊界之一，使膜片28回縮造成分配通道18的體積的增加，因此，在膜片28被回縮時，小體積的塗料材料回縮到分配通道18中。由於隔膜24的膜片28在塗料材料上所賦予的回縮效果，隔膜24被稱為回縮元件。 回縮控制活塞64在回縮控制腔室62中的位移藉由使回縮控制腔室62中的壓力變化而被控制。為此目的，提供壓力連接69(請參見圖1及2)。彈簧70在回縮控制活塞64之與佈置有壓力連接69的側相反的側上被佈置在回縮控制腔室62中。 壓力連接69可被形成在回縮支座72中，回縮支座72在此被實施為中空的調整螺釘，其以外螺紋74接合到形成在分配控制活塞50的後部分中的內螺紋76中。據此，當閥元件14正被位移時，回縮支座72與分配控制活塞50一起移動。 回縮控制活塞64可被向後地(遠離閥座16)位移，直到其抵靠在回縮支座72為止。藉由更多或更少地使回縮支座72被螺合到分配控制活塞50的後部分中，可調整對應的行程。 為了分配塗料材料，藉由將分配控制腔室52中的壓力增加到克服彈簧56的力且分配控制活塞50沿著向後方向被移動的程度，使閥元件14變成打開狀態。據此，分配控制活塞50經由密封元件34從閥座16抬起閥元件14。在如圖10所示的此情況下，經由塗料材料入口2被供給的塗料材料流動通過腔室12，並經由分配通道18離開。 當塗料材料被分配時，隔膜24處於向前位置。這藉由適當地控制回縮控制腔室62中的壓力來完成。 當塗料材料的流動正要被停止時，分配控制腔室52中的壓力被減少，使得分配控制活塞50藉由彈簧56的作用以及可能藉由對分配控制腔室52所施加的壓力水平而在向前方向上被移動，直到閥元件14抵靠在閥座16為止。接著，塗料材料的流動被停止。此狀態顯示於圖11。 為了防止塗料材料從分配噴嘴1的前端滴落，少量的塗料材料要被吸回到分配通道18中。這藉由將回縮元件24從向前位置移動到圖12所示的向後位置來達成。當閥元件14接觸閥座16時，回縮元件24(更具體地：膜片28)的位移僅在閥座16的“下游”之塗料材料上產生效果。據此，被吸回到閥元件14的前端中的體積使得小的彎液面被形成在分配通道18的外端，且沒有塗料材料可從分配噴嘴1滴落到要被塗佈的基板上。
1:分配噴嘴 2:塗料材料入口 3:塗料材料出口 10:噴嘴本體 12:腔室 14:閥元件 16:閥座 18:分配通道 20:端面 22:支座 24:隔膜 26:(內)螺紋 28:膜片 30:突出 32:螺紋 34:密封元件 36:導引套筒 37:外螺紋 38:密封伸縮管 40:端面 42:控制突起 44:外螺紋 46:導引表面 48:環形的連接強化件 50:(分配控制)活塞 51:連接突起 52:(分配控制)腔室 54:壓力連接 56:彈簧 58:分配支座 60:密封件 62:(回縮控制)腔室 64:回縮控制活塞 66:突起 68:(內)螺紋 69:壓力連接 72:回縮支座 74:外螺紋 76:內螺紋
現在將參照所附圖式描述本發明。在圖式中， 圖1顯示分配噴嘴的示意截面圖， 圖2顯示圖1的分配噴嘴的核心元件的截面圖， 圖3顯示在分配噴嘴中被使用的閥元件的截面圖， 圖4顯示圖3的閥元件的透視圖， 圖5顯示在分配噴嘴中被使用的隔膜的截面圖， 圖6顯示圖5的隔膜的透視圖， 圖7顯示在分配噴嘴中被使用的密封元件的截面圖， 圖8顯示在分配噴嘴中被使用的可調整的回縮支座的截面圖， 圖9顯示圖8的可調整的回縮支座的透視圖， 圖10以放大比例顯示在塗料材料正在被分配的情況下之分配噴嘴的部分， 圖11顯示在分配已被關閉的情況下之圖10的分配噴嘴，以及 圖12顯示在部分的塗料材料已被吸回的情況下之圖10的分配噴嘴。
1:分配噴嘴
2:塗料材料入口
3:塗料材料出口
10:噴嘴本體
12:腔室
14:閥元件
16:閥座
18:分配通道
20:端面
24:隔膜
28:膜片
34:密封元件
50:(分配控制)活塞
52:(分配控制)腔室
54:壓力連接
56:彈簧
58:分配支座
60:密封件
62:(回縮控制)腔室
64:回縮控制活塞
66:突起
69:壓力連接

Claims (14)

  1. 一種分配噴嘴(1)，用於將塗料施加到基板，該分配噴嘴具有閥座(16)；適於在關閉位置及打開位置之間被位移的閥元件(14)，在該關閉位置處，該閥元件與該閥座(16)交互作用，以關閉該分配噴嘴(1)的塗料材料入口(2)與塗料材料出口(3)之間的連接，在該打開位置處，該連接被打開；且該分配噴嘴還包括回縮元件(24)，其適於在向前位置及向後位置之間被位移，該回縮元件(24)在該閥元件(14)的下游與該分配噴嘴(1)的分配通道(18)流體連通，且該回縮元件(24)為隔膜，其在一側上暴露於該分配通道(18)。
  2. 如申請專利範圍第1項之分配噴嘴(1)，其中，該回縮元件(24)被佈置在該分配通道(18)的側向，尤其是在該分配噴嘴(1)的噴嘴本體(10)中。
  3. 如申請專利範圍第1項之分配噴嘴(1)，其中，該回縮元件(24)被佈置在該閥元件(14)中，且與該分配通道(18)流體連通。
  4. 如申請專利範圍第1項之分配噴嘴(1)，其中，該閥元件(14)為套筒，該隔膜(24)被夾設到該閥元件(14)。
  5. 如申請專利範圍第1項之分配噴嘴(1)，其中，設置密封元件(34)，其密封在該閥元件(14)與該分配噴嘴(1)的該噴嘴本體(10)之間。
  6. 如申請專利範圍第5項結合第4項之分配噴嘴(1)，其中，該密封元件(34)被螺合到該閥元件(14)中且將該隔膜(24)夾設在內。
  7. 如申請專利範圍第1項之分配噴嘴(1)，其中，該回縮元件為活塞，其在一側上暴露於該分配通道(18)。
  8. 如申請專利範圍第1項之分配噴嘴(1)，其中，設置有回縮控制腔室(62)，其被操作性地連接到該回縮元件(24)。
  9. 如申請專利範圍第8項之分配噴嘴(1)，其中，設置有回縮控制活塞(64)，其在該回縮控制腔室(62)中被暴露於壓力。
  10. 如申請專利範圍第9項之分配噴嘴(1)，其中，設置可調整的回縮支座(72)，用於調整該回縮控制活塞(64)的最大行程。
  11. 如申請專利範圍第9項結合第6項之分配噴嘴(1)，其中，該密封元件(34)在該回縮控制活塞(64)上被引導。
  12. 如申請專利範圍第11項之分配噴嘴(1)，其中，該回縮控制活塞(64)被螺合到該隔膜(24)的突出(30)上。
  13. 如申請專利範圍第1項之分配噴嘴(1)，其中，設置有分配控制腔室(52)，其被操作性地連接到該閥元件(14)。
  14. 如申請專利範圍第13項之分配噴嘴(1)，其中，設置有可調整的分配支座(58)，用於調整該閥元件(14)的最大行程。
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