DE9103494U1 - Device for coating substrates - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Belackung von Substraten, mit einem Substrathalter, welcher zum Ausschleudern von Lack drehend antreibbar ist.The invention relates to a device for coating substrates, with a substrate holder which can be driven in rotation to eject paint.
Nach dem Stand der Technik werden rechteckige Substrate zur Belackung horizontal auf einem Drehteller befestigt. Auf den Mittelpunkt des Substrates wird von oben über eine Düse eine bestimmte Lackmenge aufgetropft. Danach wird der Drehteller in Bewegung gesetzt. Durch die Zentrifugalkraft wird der Lack während der Drehbewegung auf dem Substrat verteilt. Ein Teil des Lackes wird dabei über den Rand des Substrates weggeschleudert. Die erreichbare Gleichförmigkeit der Lackdicke hängt von der Größe der Beschleunigung und von der Geschwindigkeit der Drehbewegung ab.According to the current state of the art, rectangular substrates are attached horizontally to a rotating plate for coating. A certain amount of paint is dripped onto the center of the substrate from above via a nozzle. The rotating plate is then set in motion. The centrifugal force distributes the paint over the substrate during the rotation. Part of the paint is thrown over the edge of the substrate. The achievable uniformity of the paint thickness depends on the magnitude of the acceleration and the speed of the rotation.
Schwierigkeiten mit der Gleichförmigkeit der Lackdicke gibt es bei diesem bekannten Verfahren vor allem im Bereich der Ecken des Substrats. Dort bilden sich gewöhnlich Streifen höherer und geringerer Lackdicke aus, welche zum Mittelpunkt des Substrates konzentrisch sind. Damit wird die Gleichförmigkeit der Lackdicke wesentlich verschlechtert. Difficulties with the uniformity of the paint thickness occur with this known process, especially in the area of the corners of the substrate. Stripes of higher and lower paint thickness usually form there, which are concentric to the center of the substrate. This significantly worsens the uniformity of the paint thickness.
Um den Lack abzufangen, der über den Substratrand hinausgeschleudert wird, und um die Belackungsstation überhaupt zu schützen, werden solche Belackungs-Drehteller gewöhnlich in eine Art Topf eingebaut. Dabei läßt es sich nicht vermeiden, daß Lackspritzer auch auf die Seitenflächen der Substrate gelangen. Dies ist für die Weiterbearbeitung der Substrate ungünstig.In order to catch the paint that is thrown over the edge of the substrate and to protect the coating station in general, such coating turntables are usually built into a kind of pot. It is unavoidable that paint splashes also reach the side surfaces of the substrates. This is disadvantageous for further processing of the substrates.
Eine Aufgabe der Erfindung wird deshalb darin gesehen, die bekannten Belackungsvorrichtungen dieser Art im Hinblick auf die vorgenannten Kriterien zu verbessern.An object of the invention is therefore to improve the known coating devices of this type with regard to the aforementioned criteria.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß der Substrathalter in einem an seiner Oberseite verschließbaren Topf angeordnet ist, welcher zusammen mit dem Substrathalter drehend antreibbar ist. Der Drehteller Wird also sozusagen als "Drehtopf" ausgebildet, in dem sich beim Schleudervorgang die Luft mitdreht. Dadurch wird beim Schleudervorgang die Relativbewegung zwischen dem Substrat und der es umgebenden Luft herabgesetzt. Die Erfindung eignet sich mit besonderem Vorteil für die Belackung von Glasmasken für die Halbleiterfertigung und ist besonders dann von Vorteil, wenn die Lackschicht auf dem Substrat sehr gleichförmig sein soll und es vermieden werden soll, daß Lack auf die Seitenflächen des Substrats gelangt.According to the invention, this object is achieved in a device mentioned at the beginning in that the substrate holder is arranged in a pot that can be closed on its top and that can be driven to rotate together with the substrate holder. The turntable is thus designed as a "rotating pot" in which the air rotates during the spinning process. This reduces the relative movement between the substrate and the air surrounding it during the spinning process. The invention is particularly suitable for coating glass masks for semiconductor production and is particularly advantageous when the coating layer on the substrate is to be very uniform and it is to be avoided that the coating gets onto the side surfaces of the substrate.
Als sehr vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung erwiesen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Substrathalter auf einer Erhöhung am Boden des Topfs angeordnet ist. Das Substrat wird hierbei also auf einer Art erhöhtem Sockel oder Podest am Boden des Drehtopfs und in dessen Zentrum angeordnet, so daß vom Substrat weggeschleuderter Lack nach unten abfließen kann und nicht auf das Substrat zurückgespritzt wird.A design has proven to be very advantageous, which is characterized in that the substrate holder is arranged on a raised area on the bottom of the pot. The substrate is thus arranged on a kind of raised base or pedestal on the bottom of the rotating pot and in its center, so that paint thrown off the substrate can flow downwards and is not sprayed back onto the substrate.
Die Vorrichtung wird ferner mit Vorteil so ausgebildet, daß an der Oberseite des Topfes eine Be- und Entladeöffnung vorgesehen ist, der ein Schließorgan zu ihrem dichten Verschluß zugeordnet ist. Dadurch, daß das Schließorgan den Topf oben dicht verschließt, dreht sich die Luft im Topf mit diesem, und es ergeben sich deshalb im Inneren des Topfes beim Schleudern Verhältnisse, welche die Ausbildung einer homogenen Lackschicht auf dem Substrat außerordentlich begünstigen und unterstützen. Zum Be- und Entladen, sowie zum Aufbringen des Lacks, wird das Schließorgan entfernt.The device is also advantageously designed in such a way that a loading and unloading opening is provided on the top of the pot, to which a closing element is assigned for its tight closure. Because the closing element tightly closes the top of the pot, the air in the pot rotates with it, and conditions arise inside the pot during spinning which extremely favor and support the formation of a homogeneous layer of paint on the substrate. The closing element is removed for loading and unloading, as well as for applying the paint.
Als besonders vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, an der peripheren Wand des Topfs mindestens eine Öffnung vorzusehen, welche dessen Innen-It has also proven particularly advantageous to provide at least one opening on the peripheral wall of the pot, which
seite mit der Außenseite verbindet. Zweckmäßig werden mehrere, gleichmäßig verteilte Öffnungen dieser Art vorgesehen, und über diese wird beim Schleudern die überschüssige Lackmenge aus dem Topf herausgeschleudert. Gleichzeitig bewirken diese Öffnungen, daß im Innenraum des Topfs ein Unterdruck entsteht, welcher das Schließorgan dicht gegen den Rand des Topfs saugt.side with the outside. It is advisable to provide several evenly distributed openings of this type, and the excess paint is spun out of the pot through these openings. At the same time, these openings cause a vacuum to develop inside the pot, which sucks the closing element tightly against the edge of the pot.
Dabei wird die Vorrichtung ferner mit Vorteil so ausgestaltet, daß die mindestens eine Öffnung im Bereich des Bodens des Topfs, und vorzugsweise auf dem Niveau dieses Bodens, angeordnet ist. Der Lack kann so in einem natürlichen Gefälle nach außen abfließen. The device is also advantageously designed so that the at least one opening is arranged in the area of the bottom of the pot, and preferably at the level of this bottom. The paint can then flow outwards in a natural gradient.
Auch geht man bevorzugt so vor, daß die Innenflächen des Topfs so ausgebildet sind, daß sich Fluide ungehindert vom Substrathalter in Richtung der mindestens einen Öffnung bewegen können. Man vermeidet so ein Zurückschleudern von Lacktropfen, und der vom Substrat abgeschleuderte Lack kann ungehindert an die Außenwand des Topfes geschleudert werden, von wo er über die bereits erwähnten radialen Offnungen aus dem Topf austreten kann.It is also preferred that the inner surfaces of the pot are designed in such a way that fluids can move unhindered from the substrate holder towards the at least one opening. This prevents paint drops from being thrown back, and the paint thrown off the substrate can be thrown unhindered onto the outer wall of the pot, from where it can exit the pot via the radial openings already mentioned.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an einer Innenfläche des Topfs oder des Deckels mindestens ein Element befestigt ist, welches von dieser Innenfläche in das Innere des Topfs ragt. Man erreicht so, daß bei der Beschleunigung des Topfs die in diesem befindliche Luft bereits bei niedrigen Drehzahlen mitbeschleunigt wird und man eine noch gleichmäßigere Verteilung des Lacks auf dem Substrat erhält.A further advantageous development of the invention is characterized in that at least one element is attached to an inner surface of the pot or the lid, which extends from this inner surface into the interior of the pot. This ensures that when the pot is accelerated, the air in it is accelerated even at low speeds and an even more even distribution of the paint on the substrate is achieved.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den übrigen Unteransprüchen. Es zeigt:Further details and advantageous developments of the invention emerge from the embodiments described below and shown in the drawing, which are in no way to be understood as a limitation of the invention, as well as from the remaining subclaims. It shows:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehtopf nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,Fig. 1 shows a longitudinal section through a rotary pot according to the invention according to a first embodiment of the invention,
Fig. 2 eine Abwandlung von Fig. 1, bei der am Deckel Lüfterschaufeln befestigt sind, welche in den Innenraum des Topfs ragen,Fig. 2 is a variation of Fig. 1, in which fan blades are attached to the lid, which protrude into the interior of the pot,
Fig. 3 Eine Draufsicht von unten auf den Deckel des Topfs der Fig. 2, undFig. 3 A bottom view of the lid of the pot of Fig. 2, and
Fig. 4 eine weitere Abwandlung der Erfindung, bei der Lüfterschaufeln im Inneren des Topfs vorgesehen sind.Fig. 4 shows a further modification of the invention in which fan blades are provided inside the pot.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Belackungsvorrichtung 10. Diese hat einen rotierend antreibbaren Topf 11, der auf einem Drehteller 12 befestigt ist. Letzterer hat auf seiner Oberseite einen Substrathalter 13, auf dem schematisch ein Substrat 14 dargestellt ist, gewöhnlich ein rechteckförmiges oder quadratisches Substrat, z.B. eine Glasplatte, die mit Lack beschichtet werden soll, um anschließend eine Glasmaske herzustellen. Das Substrat 14 wird z.B. auf dem Substrathalter 13 durch Vakuum festgesaugt, und dazu hat der Substrathalter 13 entsprechende, nicht dargestellte Vakuumbohrungen. Im Rahmen der Erfindung können aber auch andere Substrathalter verwendet werden, wie sie dem Fachmann bekannt sind.Fig. 1 shows a first embodiment of a coating device 10 according to the invention. This has a pot 11 that can be driven in rotation and is attached to a turntable 12. The latter has a substrate holder 13 on its upper side, on which a substrate 14 is shown schematically, usually a rectangular or square substrate, e.g. a glass plate that is to be coated with paint in order to subsequently produce a glass mask. The substrate 14 is, for example, sucked onto the substrate holder 13 by vacuum, and for this purpose the substrate holder 13 has corresponding vacuum holes (not shown). However, other substrate holders known to the person skilled in the art can also be used within the scope of the invention.
Der Boden 15 des Topfs 11 ist mit dem Drehteller 12 dicht und drehfest verbunden, z.B. in der dargestellten Weise. Ausgehend vom Substrathalter 13 hat der Boden 15 auf seiner Innenseite zunächst einen flachen Abschnitt 16, der etwa gleich hoch oder etwas tiefer liegt wie die Oberseite des Substrathalters 13. Über eine kegel stumpfförmige Fläche 17 geht dieser Abschnitt über in einen tiefergelegenen, kreisringförmigen Abschnitt 18, von dessen Außenseite radiale Öffnungen 19 zur Außenseite desThe base 15 of the pot 11 is connected to the rotary plate 12 in a tight and rotationally fixed manner, e.g. in the manner shown. Starting from the substrate holder 13, the base 15 has on its inside a flat section 16, which is approximately the same height or slightly lower than the top of the substrate holder 13. Via a truncated cone-shaped surface 17, this section passes into a lower, circular section 18, from the outside of which radial openings 19 lead to the outside of the
Topfs 11 führen. Diese Öffnungen 19 liegen bevorzugt etwas tiefer oder auf dem gleichen Niveau wie der kreisringförmige Abschnitt 18, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Offnungen 19 durchdringen einen senkrechten Wandabschnitt 22 des Topfes 11.Pot 11. These openings 19 are preferably located somewhat lower or at the same level as the circular ring-shaped section 18, as shown in Fig. 1. The openings 19 penetrate a vertical wall section 22 of the pot 11.
Der senkrechte Wandabschnitt 22 schließt, wie dargestellt, an den Boden 15 an und geht nach oben über in einen kegelstumpfförmig nach innen geneigten Wandabschnitt 23, der - wie dargestellt innen eine schräge Wandfläche 25 hat, die ebenfalls kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Der Wandabschnitt 23 endet oben bei einer Be- und Entladeöffnung 26, zu deren lösbarem Verschluß ein abnehmbares Schließorgan 27 dient, hier dargestellt als runder, flacher Deckel, der mit einem Flansch 28 auf dem oberen, flachen Rand 29 des Wandabschnitts 23 dichtend aufliegt und durch beispielsweise vier Stifte 31 gegen Verdrehung gesichert ist.The vertical wall section 22, as shown, adjoins the base 15 and continues upwards into a frustoconical wall section 23 which is inclined inwards and which - as shown - has an inclined wall surface 25 on the inside, which is also frustoconical. The wall section 23 ends at the top at a loading and unloading opening 26, for the detachable closure of which a removable locking element 27 serves, shown here as a round, flat lid which rests sealingly on the upper, flat edge 29 of the wall section 23 with a flange 28 and is secured against rotation by, for example, four pins 31.
Der Drehteller 12 ist, wie dargestellt, mit einer Antriebswelle 33 verbunden, zu deren Antrieb ein nur schematisch angedeuteter Motor 34 dient, gewöhnlich ein kollektorloser Gleichstrommotor. Die ganze Anordnung (Motor, Drehteller, Topf) wird auf einem geeigneten Tisch, Unterschrank oder dergleichen montiert, wie das dem Fachmann bekannt ist, weshalb diese Teile nicht dargestellt sind.The turntable 12 is, as shown, connected to a drive shaft 33, which is driven by a motor 34, which is only indicated schematically, usually a brushless DC motor. The entire arrangement (motor, turntable, pot) is mounted on a suitable table, base cabinet or the like, as is known to those skilled in the art, which is why these parts are not shown.
Wie man erkennt, hat der im Topf 11 gebildete Hohlraum 35 etwa die Form des Seitenrisses eines auf dem Gesicht (face down) liegenden modernen Telefonhörers, oder die Seitenrißform eines auf dem Gesicht liegenden Tellers.As can be seen, the cavity 35 formed in the pot 11 has approximately the shape of the side view of a modern telephone receiver lying face down, or the side view of a plate lying face down.
Der Topf 11 und der Deckel 27 können aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt werden, z.B. aus Polypropylen, oder aus einem metallischen Werkstoff.The pot 11 and the lid 27 can be made of a suitable plastic, e.g. polypropylene, or of a metallic material.
Vor dem Belacken wird zunächst der Deckel 27 abgenommen, und das zu belackende Substrat 14 wird - durch die Öffnung 26 hindurch auf dem Substratträger 13 befestigt, z.B. durch Vakuum.Before coating, the cover 27 is first removed and the substrate 14 to be coated is attached to the substrate carrier 13 through the opening 26, e.g. by vacuum.
&tgr; "6 '--&tgr; "6 '--
Danach wird auf das - noch stillstehende - Substrat 14 in der Mitte Lack aufgebracht, z.B. von Hand oder mittels einer geeigneten automatischen Lackdüse, die in der Zeichnung nichtThen, paint is applied to the still stationary substrate 14 in the middle, e.g. by hand or by means of a suitable automatic paint nozzle, which is not shown in the drawing.
dargestellt ist. Dieser Lack bildet dort ein kleine Pfütze 40 mit einem Durchmesser von z.B. 3 cm.This paint forms a small puddle 40 with a diameter of e.g. 3 cm.
Nun wird der Deckel 27 mit seinem Flansch 28 auf den oberen Rand 29 des Topfes 11 aufgesetzt. Über die Stifte 31 wird er gegen Drehung gesichert. Danach wird der Motor 34 eingeschaltet, der innerhalb eines genau vorgeschriebenen Zeitraums die Drehzahl linear, also rampenförmig, auf eine gewünschte Schleuderdrehzahl hochfährt. Während des Schleudervorgangs entsteht durch die Öffnungen 19 ein leichter Unterdruck im Hohlraum 35, und dieser Unterdruck saugt den Deckel 27 dicht auf den Rand 29 und dichtet den Topf 11 dadurch an seiner Oberseite ab. Gleichzeitig wird, bedingt durch die Fliehkraft, der Lack 40 in Richtung der Pfeile 41 gleichmäßig nach außen über das gesamte Substrat 14 verteilt. Überschüssiger Lack wird über den Rand des Substrats 14 hinaus zu den Seitenflächen des Hohlraums 35 geschleudert, wie mit den Pfeilen 43 angedeutet, und wird dann über die Bohrungen 22 aus dem Topf 11 herausgeschleudert (Pfeile 44). Durch die schräge Ausbildung der Fläche 24 wird die ungehinderte Bewegung des Uberschußlackes in Richtung der Offnungen 19 begünstigt. Durch die schräge Ausbildung der Flache 25 wird außerdem dafür gesorgt, daß Lacktropfen, die vom Substrat 14 gegen diese Fläche 25 geschleudert werden, nicht auf das Substrat 14 oder dessen Rand zurückgeschleudert werden, sondern ebenfalls in Richtung der Offnungen 19 abfließen können.Now the lid 27 is placed with its flange 28 on the upper edge 29 of the pot 11. It is secured against rotation by the pins 31. The motor 34 is then switched on, which increases the speed linearly, i.e. in a ramp-like manner, to a desired spinning speed within a precisely prescribed period of time. During the spinning process, a slight negative pressure is created in the cavity 35 through the openings 19, and this negative pressure sucks the lid 27 tightly onto the edge 29 and thereby seals the pot 11 on its upper side. At the same time, due to the centrifugal force, the paint 40 is evenly distributed outwards over the entire substrate 14 in the direction of the arrows 41. Excess paint is thrown over the edge of the substrate 14 to the side surfaces of the cavity 35, as indicated by the arrows 43, and is then thrown out of the pot 11 via the holes 22 (arrows 44). The slanted design of the surface 24 promotes the unhindered movement of the excess paint in the direction of the openings 19. The slanted design of the surface 25 also ensures that paint drops thrown by the substrate 14 against this surface 25 are not thrown back onto the substrate 14 or its edge, but can also flow off in the direction of the openings 19.
Fig. 2 zeigt eine Variante zu Fig. 1. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in Fig. 1 werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und werden gewöhnlich nicht nochmals beschrieben.Fig. 2 shows a variant of Fig. 1. Parts that are the same or have the same effect as in Fig. 1 are designated with the same reference numerals as there and are usually not described again.
An der Unterseite 50 des Deckels 27 sind hier, ausgehend von der Drehachse 51, vier flache Elemente 51 festgeschweißt, die senkrecht nach unten ragen und kreuzweise in radialer Richtung verlaufen, vgl. Fig. 3. Diese Elemente 51 drehen sich bei Rotation zusammen mit dem Deckel 27 und bewirken, daß die im Hohlraum 35 befindliche Luft schon bei niedrigen Drehzahlen in Umdrehung versetzt wird. Man erreicht hierdurch eine noch bessere LackverteilungFour flat elements 51 are welded to the underside 50 of the cover 27, starting from the axis of rotation 51, which protrude vertically downwards and run crosswise in a radial direction, see Fig. 3. These elements 51 rotate together with the cover 27 during rotation and cause the air in the cavity 35 to rotate even at low speeds. This achieves an even better distribution of paint.
auf dem Substrat 14.on the substrate 14.
Gemäß Fig. 4, die im übrigen mit Fig. 1 übereinstimmt, können derartige Luftschaufeln 55 auch - ebenfalls radial verlaufeniG-auf der Oberseite 16 des Topfbodens 15 befestigt sein, und zwar radial außerhalb des Substratträgers 13.According to Fig. 4, which otherwise corresponds to Fig. 1, such air vanes 55 can also be attached - also running radially - to the upper side 16 of the pot base 15, namely radially outside the substrate carrier 13.
Die Maßnahmen nach Fig. 2 und Fig. 4 können auch kombiniert werden, wobei dann die vier Luftschaufeln 55 nach der Montage des Deckels 27 jeweils zwischen den Elementen 51 liegen, wie das in Fig. 3 mit gestrichelten Linien angedeutet ist.The measures according to Fig. 2 and Fig. 4 can also be combined, in which case the four air vanes 55 are located between the elements 51 after the assembly of the cover 27, as indicated by dashed lines in Fig. 3.
Bei der Gestaltung der Luftschaufeln 51, 55 ist darauf zu achten, daß nach Möglichkeit im Hohlraum 35 eine innere Luftzirkulation vermieden wird.When designing the air vanes 51, 55, care must be taken to avoid internal air circulation in the cavity 35 if possible.
Die Arbeitsweise stimmt bei den Figuren 2 bis 4 mit derjenigen von Fig. 1 überein, mit dem Unterschied, daß die Luft im Hohlraum 35 schneller beschleunigt wird.The mode of operation in Figures 2 to 4 corresponds to that of Fig. 1, with the difference that the air in the cavity 35 is accelerated more quickly.
Durch die Erfindung erhält man also eine sehr gute Gleichförmigkeit der Lackdicke, auch im Bereich der Ecken des Substrats 14.The invention therefore provides very good uniformity of the lacquer thickness, even in the area of the corners of the substrate 14.
Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich. So brauchen z.B. die Öffnungen 19 nicht genau radial zu verlaufen, sondern können auch schräg verlaufen, z.B. von innen nach außen schräg nach unten verlaufen^. Die Neigungen der Flächen 17 und 25 stellen zwar in der dargestellten Form bevorzugte Werte dar, doch sind auch andere Neigungswinkel nicht ausgeschlossen.Naturally, numerous variations and modifications are possible within the scope of the invention. For example, the openings 19 do not have to run exactly radially, but can also run diagonally, e.g. from the inside to the outside, diagonally downwards^. The inclinations of the surfaces 17 and 25 in the form shown represent preferred values, but other angles of inclination are also not excluded.
Der Topf 11 selbst wird bevorzugt innerhalb eines größeren Topfes (nicht dargestellt) angeordnet, z.B. um Lack aufzufangen, der aus den Offnungen 19 austritt. Solche und andere Modifikationen liegen im Rahmen des fachmännischen Tuns.The pot 11 itself is preferably arranged within a larger pot (not shown), e.g. to catch paint that escapes from the openings 19. Such and other modifications are within the scope of professional practice.
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