TWI494168B - 少量液體噴霧裝置 - Google Patents

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Description

少量液體噴霧裝置
本發明係關於一種少量液體噴霧裝置(噴槍)，其用於使諸如液態光阻劑、表面保護膜劑、功能性塗佈劑等液體極其精細地霧化並將其塗覆至被塗物件(諸如半導體矽晶圓、玻璃基板、各類樹脂、金屬部件等)以形成薄膜。
迄今為止，當在半導體矽晶圓或玻璃基板上形成乾膜厚度為10 μm或小於10 μm的光阻劑膜或功能性膜時，一般使用諸如旋塗機或棒塗機等塗佈技術。
然而，此在半導體矽晶圓或玻璃基板為扁平的情況下或在光阻劑所塗表面平坦時適用，但在表面不平坦、不扁平且用旋塗機塗覆時，塗佈材料可能會在對被塗物件執行必要旋轉時飛出，且難以用旋塗機或棒塗機等在具有不可旋轉之形狀的球形物件或圓柱形被塗物件上形成膜。又，若被塗表面不平坦(具有大的縱橫比)或具有凹陷或孔洞，則無法塗佈不平坦部分或凹陷之側面及底部或孔洞之側面等。
因此，已研究使用噴槍形成塗佈材料膜的方法，但為獲得乾膜厚度為10 μm或小於10 μm的膜，霧化液體之粒徑一般為約10 μm至20 μm，因此存在塗膜波紋、膜厚不一、附帶氣泡等，確定塗佈條件設定需要大量時間，且難以以良好精度獲得膜厚度。使用普通空氣噴槍執行噴霧時，塗佈材料之粒徑一般為約10 μm至15 μm(即便將黏度降低至20 CPS或低於20 CPS)。
在彼情況下，當塗膜顆粒在具有20 μm階躍區域之不平坦部分黏附並積聚時，粒徑變大，因此在凹下部分之角部處，塗佈材料下陷且變得過薄。若欲使粒徑更精細，諸如10 μm或小於10 μm，則無法形成膜，除非霧化氣壓增大至0.4 MPa或高於0.4 MPa並減少所施配之量。在此情況下，霧化氣壓過強，且10 μm或小於10 μm的顆粒不均勻地黏附於被塗物件上，且塗佈效率降低至30%或小於30%，且其與塗佈裝置一樣不成功。若普通扁平表面塗膜中之通常乾膜厚度為10 μm，則噴霧之膜厚度精度為±10%或超過±10%。
當形成薄至10 μm或小於10 μm之膜時，空氣霧化噴霧通常為最低廉的噴霧系統。亦存在噴槍，噴槍可使用超音波霧化系統執行霧化，但噴霧速度太慢，且實務上至被塗物件之黏附不均勻，因此其通常用於增濕器等。又，在無氣噴霧系統及離心霧化系統中，液體黏度降低至20 CPS或低於20 CPS以形成10 μm及小於10 μm之顆粒，但其缺陷在於，在距離噴霧排出口300 mm或遠於300 mm之位置處，形成僅約20%之總施配量，且此外，其不適用於每分鐘向被塗物件塗覆30 cc或小於30 cc之低施配量。因此，當形成薄至10 μm或小於10 μm之膜時，通常考慮使用空氣霧化的雙流體噴霧系統。然而，如上所述，最大缺點在於，塗佈效率極低(約20%至30%)，且如同使用旋塗機，在10 μm或小於10 μm之膜厚度區域中，無法達成±5%或±5%以內之 塗膜厚度精度。
因此，使用稱為氣刷的噴霧系統(其為一種特殊噴霧系統)亦視為空氣噴霧。氣刷為一種利用小型手持式噴槍的系統，當塗佈塑膠組件或小型產品時，常使用此噴槍。其噴嘴孔徑為0.5 mm φ或小於0.5 mm φ，且塗佈材料排出控制中所用的針具有針形狀。當塗佈材料黏附於該針形針並沿該針形針流出時，周圍壓縮空氣藉由噴射效應使塗佈材料霧化。施配量可限於每分鐘5 cc或小於5 cc，且即使當噴嘴近至約10 mm時，仍可能形成10 μm或小於10 μm之微小顆粒，因此，由於噴嘴近，所以可以80%或高於80%之高效率塗佈被塗物件。
另一方面，兩階段液體霧化系統(如(例如)專利文獻1中所揭示)已知為用於形成微小顆粒並使用空氣噴霧系統對其進行塗覆的系統。在此霧化方法中，在第一階段中，藉由壓縮空氣使液體霧化，且在第二階段中，渦旋空氣作用於排出液流且額外促進霧化，且作為渦旋排出流執行塗佈。
專利文獻1:JP 2004-89976 A
使用上述氣刷的噴霧系統在控制小施配量或極小施配量方面具有困難。亦即，在調整施配量的系統中，針衝程係藉由人工操作來增大或減小，且因此，其問題在於定量控制及調整需要相當技能，且因此難以自動化塗佈。此外， 此噴霧系統的問題在於所塗圖案寬度狹窄：約5 mm。
又，專利文獻1中所揭示的顆粒形成/塗覆裝置與氣刷系統相比具有霧化圖案更寬的優點，但其問題在於難以執行調整以供應微量之液體。
本發明尋求解決上述習知液體噴霧裝置的問題。其目的係提供一種少量液體噴霧裝置，該裝置可以相同於或高於藉由超音波霧化或氣刷噴霧系統形成之超細顆粒之水準形成液體或熔融材料之微小顆粒，且可容易並可靠地將液體供應量調整至所要少量或極少量，且可有效地對被塗物件執行塗佈及黏附，且可藉由噴塗在被塗物件(諸如半導體矽晶圓、玻璃基板、各種透明部件等)上形成液體(諸如液態光阻劑、表面保護膜劑、功能性塗佈劑等)之均勻薄膜。
為達成上述目的，本發明為以下類別之少量液體噴霧裝置。
亦即，其為一種使少量液體形成微小顆粒並將其塗覆於被塗物件上的噴霧裝置，且其包含：一液體供應通道；一極細之針，其針尖部分呈針形且細長而漸細；一第一噴嘴，其與該針之針尖部分組成閥機構，該第一噴嘴具有形狀對應於針尖部分的極窄之第一噴嘴孔且其中針尖部分可***地裝配於第一噴嘴孔中；一第二噴嘴，其圍繞第一噴嘴之周邊且與第一噴嘴形成環形的第一霧化壓縮氣體通道，且具有形成於其下端的小直徑第二噴嘴孔；一位於第 二噴嘴之下端的第三噴嘴，該第三噴嘴之第三噴嘴孔經形成以圍繞第二噴嘴之第二噴嘴孔，複數個用於第二霧化/渦流形成的壓縮氣體供應通道形成於第三噴嘴孔之周邊；及一針移動量調整裝置，其經設置使得其可接觸針之後端，且可極微量地調整針形針尖部分與第一噴嘴之第一噴嘴孔之開口間隙。當施配液體時，液體沿針尖部分自第一噴嘴之第一噴嘴孔滲出，且藉由流經第一霧化壓縮氣體通道的第一霧化壓縮氣體使液體形成微小顆粒且自第二噴嘴之第二噴嘴孔排出，且接著使排出流通過第三噴嘴之第三噴嘴孔並排出，且第二霧化/渦流形成壓縮氣體與排出流碰撞，從而使排出流形成更小的顆粒且渦旋並分散，且塗覆至被塗物件。
因此，當施配液體時，可藉由針移動量調整裝置將針形針尖部分與第一噴嘴孔之間的開口間隙調整極少量。液體自第一噴嘴孔且沿針尖部分滲出，且藉由流經第一霧化壓縮氣體通道的第一霧化壓縮氣體使液體形成微小顆粒並自第二噴嘴孔排出，且排出流通過第三噴嘴孔並排出，且第三噴嘴之第二霧化/渦流形成壓縮氣體與此排出流碰撞，從而使排出流形成更小的顆粒，且渦旋並分散，且塗覆至被塗物件。
當調整液體施配量時，可藉由針移動量調整裝置調整針形針尖部分與第一噴嘴孔之間的開口間隙量，因此當施配液體時，可決定藉由第一霧化壓縮氣體執行霧化，其中孔徑可使用針衝程長度調整(例如)8-15 μm之單位，較佳10 μm之單位。附接針移動量調整裝置(可將針之衝程調整此實例中所給定之10 μm單位值)確保每次閥打開及關閉時的施配量可再現性並產生穩定的施配。
在此情況下，有可能使用微調整器作為針移動量調整裝置。因此，控制及調整液體施配量不需要經由如在先前技術中需要技能的人工操作來增大或減小針衝程，且可以良好的可再現性執行定量施配量控制，且可執行自動化塗佈。
又，上述少量液體噴霧裝置為一種具有以下特徵的少量液體噴霧裝置：針之針形針尖部分定位成閥機構打開時突出至第三噴嘴之第三噴嘴孔內部。因此，施配液體通過第一噴嘴孔與針尖部分之間的極小間隙(此間隙為愈接近針尖愈小的環形間隙)且沿極窄的針尖部分滲出，且從而將少量液體穩定地導引至下游方向中之被塗物件並施配。
接著，彼液體的穩定液流藉由因圍繞具有(例如)0.1-0.3 MPa壓力之第一霧化壓縮氣體而形成的負壓效應而霧化並形成微小顆粒，且自具有(例如)0.8-1.5 mm φ之開口直徑的第二噴嘴孔排出。排出流另外通過具有1.0-2.0 mm φ之開口直徑的第三噴嘴孔且與自第三噴嘴之複數個壓縮氣體供應通道排出、具有(例如)0.1-0.3 MPa之壓力的第二霧化/渦流形成壓縮氣體碰撞並被其分散，藉此使液體形成更微小的顆粒並使霧化圖案區域分散。
又，上述少量液體噴霧裝置為一種具有以下特徵的少量液體噴霧裝置：供應至液體供應通道之液體之黏度具有 10-100 CPS之低黏度，第一噴嘴之第一噴嘴孔之出口直徑為0.2-0.6 mm，針形針尖部分之角度為3-10度，第二噴嘴之第二噴嘴孔之開口內徑為0.8-1.5 mm，且第三噴嘴之第三噴嘴孔之開口直徑為1.0-2.0 mm。藉由針移動量調整裝置對針形針尖部分與第一噴嘴之第一噴嘴孔之間的開口間隙執行極微量調整的移動距離可調整至每次8-15 μm(微米)(單位)，且液體施配量可設定為0.1-10 cm3 /min，藉此使少量液體形成微小顆粒並對其進行塗覆。
因此，有可能以良好效率及準確度塗覆少量液體。亦即，有可能達成兩階段微小顆粒之形成：使具有低黏度(10-100 CPS)及0.1-10 cm3 /min之施配量的液體穩定地沿著針尖部分通過第一噴嘴至第三噴嘴且導引至下游被塗物件。針形針尖部分之角度為3-10度，較佳4-6度。若針移動距離單位小於8 μm，則第一噴嘴孔與針尖部分之間的環形間隙相對於針尖部分之角度而言變得過小，且流體無法穩定地通過間隙。若單位大於15 μm，則環形間隙變得過大，且穩定地形成微小顆粒變得困難。
減小第一噴嘴孔之出口直徑使得縮小施配流速成為可能，但若其小於0.2 mm，則可能出現噴嘴孔堵塞。又，若其大於0.6 mm，則難以達成使液體形成微小顆粒之目標，尤其當排出量為微小量(諸如0.2-5.0 cm3 /min)時。據此，第一噴嘴孔之出口直徑更佳為0.3-0.5 mm。若第二噴嘴開口直徑小於0.8 mm，則因與第一噴嘴出口孔徑之關係而難以使用第一霧化壓縮氣流形成液體之微小顆粒，且若開口 直徑大於1.5 mm，則確保穩定的排出流變得困難。若第三噴嘴開口直徑小於1.0 mm，則來自第二噴嘴孔的排出流不穩定地排出，且若其大於2.0 mm，則難以使用自其周圍排出的第二霧化/渦流形成壓縮氣流與彼排出流碰撞並將其分散。
如上所述，本發明之少量液體噴霧裝置可容易並可靠地控制及調整具有低黏度之少量液體之施配量，而不需要經由如在先前技術中需要技能的人工操作來增大或減小針衝程，且可以良好可再現性執行定量施配量控制。又，可執行自動化塗佈。又，可將諸如液態光阻劑、表面保護膜劑、功能性塗佈劑等液體廣泛且精細地霧化而不降低塗佈效率，且有可能在諸如半導體矽晶圓、玻璃基板、各類樹脂、金屬部件等被塗物件上形成薄膜。
以下基於圖式描述本發明之實施例。
圖1為當使用本發明之少量液體噴霧裝置作為用於低施配量之液體自動噴頭時的系統視圖。圖2為用作低施配量之液體自動噴頭之本發明之少量液體噴霧裝置的垂直橫截面圖。圖3為圖2中之部分A之放大視圖，且為第一噴嘴至第三噴嘴之放大詳圖。圖4為圖3之底視圖且為第三噴嘴之底表面之視圖。
物品1為低施配量之液體噴頭；其具有液體供應管6以便使用用於供應液體之定量供應泵6b定量地供應儲存於液體 儲槽4中的液體。又，液體供應開關閥6a在用於供應液體之定量供應泵6b下游內插於液體供應管6內。又，在液體供應開關閥6a處設置液體回流管6c，以便當低施配量之液體噴頭1不進行施配液體之操作時使液體回流至液體儲槽4中。切換液體流動方向使得當噴頭驅動螺線管3a之操作停止時，亦即當針尖部分8A被彈簧2F之彈力推回至第一噴嘴7之第一噴嘴孔7a且閥機構關閉時，液體供應開關閥6a操作且液體自液體供應管6切換至液體回流管6c。
此外，作為第一霧化壓縮氣體之第一階段霧化壓縮空氣供應管5及作為第二霧化/渦流形成壓縮氣體之第二階段霧化壓縮空氣供應管11連接至低施配量之液體噴頭1。壓縮空氣之壓力可藉由各別霧化空氣調節器5b及11b加以調整。又，第一階段霧化壓縮空氣因第一階段霧化螺線管5a之操作而流動至低施配量之液體噴頭1，且第二階段霧化壓縮空氣因第二階段霧化螺線管11a之操作而流動至該噴頭。各別螺線管之操作順序通常為第一階段霧化螺線管5a操作，且約50ms之後，噴頭驅動螺線管3a與第二階段霧化螺線管11a基本上同時操作；此操作順序適用於液體之最佳霧化。
長且極細的針體8經設置而定位於低施配量之液體噴頭1之中央，以使得其可垂直移動。空氣活塞2B固定地設置於針體8之上端部分處。彈簧2F內插於空氣活塞2B與空氣活塞蓋2A之間；其恆定地將針體8向下壓以使針尖部分8A(其針尖部分呈針形且細長而漸細)與第一噴嘴之第一噴嘴孔 7a之間所構成的閥機構關閉。液體供應通道6A形成於針體8與圍繞其之噴頭本體1a之間，且第一噴嘴7黏附於噴頭本體1a之下端。第一噴嘴孔7a(針尖部分8A可***地裝配於其中)形成於第一噴嘴7中，第一噴嘴7具有對應於針尖部分之形狀的錐形。
第二噴嘴9位於第一噴嘴7之外部，固定地附接至噴頭本體1a以圍繞第一噴嘴7之周邊並形成環形第一階段霧化壓縮空氣供應通道5A，通道5A之橫截面積隨著第一噴嘴7而向下變得較小。小直徑的第二噴嘴孔9a形成於第二噴嘴9之下端且環繞第一噴嘴孔7a之出口之周邊縮小。亦即，第二噴嘴9之內壁面以倒圓錐形形成，其下端縮小以形成具有小直徑D2的第二噴嘴孔9a。又，第三噴嘴10固定地附接至第二噴嘴9之下端；第三噴嘴10經形成使得其出口圍繞第二噴嘴9之第二噴嘴孔9a。
又，亦如圖4中所示，複數個第二霧化/渦流形成壓縮空氣供應通道10b形成於第三噴嘴10中。在平面圖中可見，其等距設置於以第一噴嘴孔7a及第二噴嘴孔9a之中央部分為中心(亦即，以針形針尖部分8A之軸為中心)的同一圓上，且其設置成斜向刺出(當在前視圖中觀看時)。又，上述第三噴嘴孔10a形成於第三噴嘴10之下端部分中，且以預定距離突出超出第二噴嘴孔9a之下表面；第三噴嘴孔10a之外壁形成為倒圓錐形斜面10c。因此，自壓縮空氣供應通道10b排出的第二霧化/渦流形成壓縮氣流沿斜面10c流動，且形成在整個周邊經糾正的穩定渦流。此渦流與自 第三噴嘴孔10a排出的排出流碰撞，且形成穩定的非擾動渦旋排出流。因此，排出流穩定且寬且經精細霧化。
此外，自第二噴嘴孔9a排出的排出流在第三噴嘴孔10a突出之空間內部不受第二霧化/渦流形成壓縮空氣之流動的影響，因此其穩定地排向其下方之被塗物件，且第一噴嘴7與第二噴嘴9之間所執行的第一階段液體霧化操作得以穩定地執行。
第三噴嘴藉由止推螺帽11B附接至噴頭本體1a。止推螺帽11B之內部形成為盒形，且構成位於第二噴嘴9與第三噴嘴10之外部之間的第二階段霧化壓縮空氣供應通道11A。
微調整器2C作為可對針形針尖部分8A與第一噴嘴7之第一噴嘴孔7a之間的開口間隙執行極微量調整的針移動量調整裝置而附接至低施配量之液體噴頭1之上端部分。微調整器端部2D形成於微調整器2C之下端。又，微調整器端部2D以其可接觸針體8之後端(上端)之方式而設置。
當使具有低黏度(10-100CPS)及0.1-5.0cm3 /min施配量的液體形成微小顆粒並塗覆時，第一噴嘴7之第一噴嘴孔7a之出口直徑D1為0.2-0.6mm φ，針形針尖部分8A之角度為3-10度，第二噴嘴9之第二噴嘴孔9a之開口內徑D2為0.8-1.5mm φ，第三噴嘴10之第三噴嘴孔10a之開口直徑D3為1.0-2.0mm φ，且藉由微調整器2C對針形針尖部分8A與第一噴嘴孔7a之間的開口間隙執行極微量調整的針移動距離可調整至每次8-15μm(單位)。
以此方式構成的低施配量之液體噴頭1如下操作：當噴 頭驅動螺線管3a操作時，壓縮空氣自噴頭驅動壓縮空氣管3流至閥空氣活塞單元2內部，且空氣活塞2B抵抗彈簧2F之彈力而作用於微調整器2C側。針體8之後端部分(其連接至空氣活塞2B)突出且接觸微調整器端部2D，且針體8之衝程在設定位置停止，且第一噴嘴孔7a與針尖部分8A之間的間隙保持預定間距。
接著，針體(8)之針尖部分(8A)遠離第一噴嘴孔7a而移動且與第一噴嘴孔7a形成微小間隙，且位於噴頭內之液體供應通道6A中的液體藉由液體供應定量供應泵6b所傳遞之壓力自第一噴嘴孔7a之內部被壓出至針尖部分8A之表面；同時，針尖部分8A之表面上的液體藉由自噴頭內之第一階段霧化壓縮空氣供應通道5A流出之第一階段霧化壓縮空氣之噴射效應而被吸出及抽離第一噴嘴孔7a之(下端)出口。自第一噴嘴孔7a之出口部分所抽出的液體同時藉由第一階段霧化壓縮空氣霧化(亦即，形成微小顆粒)，且通過第二噴嘴9之第二噴嘴孔9a且作為排出流傳入第三噴嘴10之第三噴嘴孔10a內部。此時，形成第一階段霧化圖案12。
接著，第一階段霧化圖案12(為藉由霧化所形成之微小液體顆粒之排出流)藉由自第三噴嘴10之第二霧化/渦流形成壓縮空氣供應通道10b流出之第二階段霧化壓縮空氣之噴射效應經由第二階段霧化壓縮空氣供應通道11A形成更小的顆粒，且經渦旋而形成渦流，且形成具有漩渦樣圖案的第二階段霧化圖案13，且黏附至並塗佈被塗物件14。
在本發明中，用作塗佈劑的液體為液態光阻劑、表面保 護膜劑及功能性塗佈劑。半導體矽晶圓、玻璃基板、各類樹脂、金屬部件等適用作被塗物件。
如上所述，在本實施例中，假定具有第一噴嘴孔7a的第一噴嘴7具有0.2-0.6mm φ之出口直徑，起液體施配控制閥作用的針尖部分8A經建構具有3-10度之銳角且延伸至第一噴嘴7之第一噴嘴孔7a及第二噴嘴9之第二噴嘴孔9a且延伸更遠至第三噴嘴10之噴嘴孔10a。當施配液體時，可決定藉由其中可以8-15μm之單位藉由針衝程長度來調整孔徑的結構來執行空氣霧化。附接可以8-15μm之單位調整針體8之衝程的微調整器2D確保每次閥打開及關閉時之施配量之可再現性，並產生穩定的施配。
當施配液體沿極細的針尖部分8A滲出時，液體藉由壓力為0.1-0.3MPa之周圍第一階段霧化壓縮氣流之負壓效應而霧化，且自第二施配噴嘴9之0.8-1.5mm φ第二噴嘴孔9a排出，且與來自第三噴嘴10之1.0-2.0mm φ孔徑之第三噴嘴孔10a、壓力為0.1-0.3MPa的第二階段霧化/渦流壓縮氣流碰撞並被其分散，藉此促使液體形成更微小顆粒並將霧化圖案區域分散。
亦即，在本實施例中，噴出並施配少量之液體噴頭1可有效地以霧化圖案流速分布15塗覆並黏附具有低黏度(10-100CPS)的液體，霧化圖案流速分布15具有完整噴霧之梯形分布，其中突出之銳角針尖部分8A控制液體在第一至第三施配噴嘴7、9及10處的施配。
亦即，本實施例之低施配量之液體噴頭1的特徵在於： 其具有銳角針尖部分8A，針尖部分8A具有3-10度角以便控制低黏度(10-100CPS)液體在第一噴嘴7處之液體施配，第一噴嘴7具有出口直徑為0.2-0.6mm φ的第一噴嘴孔7a，且針尖部分8A突出至第一噴嘴孔7a、第二噴嘴孔9a及第三噴嘴孔10a。當所施配液體沿針尖部分8A滲出時，液體藉由壓力為0.1-0.3MPa之周圍第一階段霧化壓縮空氣之氣流之負壓效應而霧化，且自第二施配噴嘴9之0.8-1.5mm φ第二噴嘴孔9a排出，且與來自1.0-2.0mm φ孔徑之第三噴嘴10、壓力為0.1-0.3MPa的第二階段霧化/渦流壓縮空氣之渦流樣氣流碰撞並被其分散，藉此使液體形成微小顆粒並分散所促成之霧化區域，且藉由具有能夠以8-15μm之單位控制針部分8之移動距離、設置於噴頭尾部的微調整器2D，使得藉由極微量調整第一噴嘴7與針尖部分8A之間的間隙而施配少量低黏度液體成為可能。
以此方式，本實施例使得提供可將液體廣泛並精細霧化而不降低塗佈效率並可形成(例如)0.1-10μm之薄膜的低施配量液體自動噴頭(噴槍)1成為可能。
又，在本實施例之自動液體噴頭1中，當將液態光阻劑霧化並塗覆至具有階躍圖案的被塗物件(諸如半導體矽晶圓)時，可形成極精細的顆粒，且溶劑蒸發而使液體黏度增大，此使塗膜下陷最小化(即使在階躍區域之上升部分處或凹部之角部(邊緣)處)，且有可能形成具有所要厚度(諸如6-10μm)的膜，並有可能塗覆總體均勻的膜。
當上述渦流樣圖案之第二階段霧化圖案13形成且黏附並 塗覆至被塗物件14時，第二階段霧化圖案13之流速分布15為扁平的梯形分布，此分布在整個圖案中基本上占三分之二(2/3)。第一階段霧化壓縮空氣供應壓力及第二階段霧化壓縮空氣供應壓力(或流速)可改變此霧化圖案流速分布15。當兩種霧化壓縮空氣壓力基本上相同時，可獲得扁平的梯形分布，但當第二階段霧化壓縮空氣供應壓力為第一階段霧化壓縮空氣供應壓力之二分之一或小於第一階段霧化壓縮空氣供應壓力之二分之一時，則梯形分布發生改變。
接著，描述量測實驗之結果。
圖5表示當低施配量之液體噴頭1沿單一直線移動時，量測膜厚度之結果之圖案流速分布。如圖5中可見，當第一階段霧化壓縮空氣壓力及第二階段霧化壓縮空氣壓力(其為塗佈參數(3)及(4))分別為0.1MPa至0.15MPa時，霧化圖案之流速分布15為在整個圖案中基本上占2/3的扁平梯形分布。當增大第二階段霧化壓縮空氣壓力時，圖案寬度具有加寬的趨勢，且膜厚度降低至期望值以下。此看來似乎係因為塗佈效率降低。不增大第二階段霧化壓縮空氣壓力可極好地維持塗佈效率並產生相對穩定的梯形分布。量測塗佈效率時，(1)為88%，(2)為86%，(3)為82%，(4)為79%，且(5)及(6)為76%或小於76%。
圖6展示在塗佈參數(1)、(2)、(3)及(6)之情況下以各別距離自噴嘴噴霧至被塗表面之後液體黏度增加之量測。當提高霧化壓縮空氣壓力時，空氣量亦提高，且霧化液體之 黏度具有增大之趨勢。此係由於溶劑進一步蒸發且固體組分增多。參數(3)及(6)詳言之意謂噴霧之後所塗膜具有耐下陷性。
量測1
量測霧化圖案流速分布15。
(1)液體黏度設定於20CPS。
亦即，用溶劑將初始溶液AZ P4330(NV值30%)稀釋至重量比為1，且添加丙二醇單甲醚乙酸酯至重量比為1，從而產生具有20CPS黏度及15%固體組分比率(體積NV值0.11%)的液體。
(2)液體比重：1.33。
(3)液體定量供應泵6b為在0.01MPa液體壓力下以1.5立方厘米/分鐘施配的齒輪泵。
(4)噴嘴與被塗物件之間的距離：40mm。
(5)第一階段霧化壓縮空氣壓力自0.1MPa至0.25MPa不等。
(6)第二階段霧化壓縮空氣壓力自0.02MPa至0.25MPa不等。
(7)低施配量之液體噴頭1沿單一直線移動的速度為900毫米/分鐘。
(8)當低施配量之液體噴頭1沿單一直線移動時，量測膜厚度。
如此操作時的膜厚度量測展示於圖5中；圖6展示液體噴霧之後黏度增加之量測。圖5之塗佈參數(1)-(6)展示於表1中。
基於以上參數，將低施配量之液體噴頭1安裝於在X軸及Y軸上且在Z軸方向上操作的正交型操縱器上。以下描述在扁平被塗物件上塗覆並形成薄膜的結果。
(1)低施配量液體噴頭
用於施配塗佈材料(液體)的第一噴嘴7之孔徑愈小，施配流量愈小。此實驗中更有效的為小直徑第一噴嘴7，其中第一噴嘴孔7a之出口直徑D1為0.3mm φ，且針8為自針尖具有5°(度)斜角的針形漸細針。低施配量液體噴頭安裝於可在X軸及Y軸上且在Z軸方向上操作的正交型操縱器上，且使用藉由搭接塗覆噴霧圖案之兩端的方法。
(2)塗佈材料
當將Client Japan(Inc.)所製造之起始溶液AZ P4330(NV值30%)用溶劑稀釋至重量比為1且添加丙二醇單甲醚乙酸酯至重量比為1，從而產生15%之固體組分比率及20CPS之黏度時，液態光阻劑之結果最佳。在30-50CPS之其他黏度下，結果亦良好。
(3)施配液體壓力
0.015 MPa
(4)塗覆室溫及相對濕度
20℃ 65%
(5)被塗物件
200平方毫米的扁平玻璃板，及寬度為25 μm且高度為50 μm、具有階躍區域圖案的6英吋晶圓。
(6)目標塗膜厚度
相對於扁平玻璃表面在3 μm±5% (3 σ)內。
在具有階躍區域圖案之6英吋晶圓之各面及角部處，目標厚度為6 μm至10 μm。
(7)其他塗佈參數
使用上述基本參數的實驗結果為獲得所要的良好塗佈狀態。表2展示彼塗佈狀態之結果。
以上資料之目標值為30,000 (Å)之膜厚度、5%精度。
塗佈200平方扁平玻璃板的使用量為3 cc。
在此情況下，若目標精度為5%，USL=31,500，LSL=28,500，UCL=30,330，LCL=29,773，排除數=0.0，樣本數=96，平均膜厚度=30051.5，最小膜厚度=30,002，最大膜厚度=30,810，Diff.=0.17%，Cp=5.391，Cpk=5.206，Stdev.=92.8， 3 Sigma=278.3，3 Sigma%=0.93%。
粒徑分布量測結果展示於圖7中。
1‧‧‧液體噴頭
1a‧‧‧噴頭本體
2‧‧‧閥空氣活塞單元
2A‧‧‧空氣活塞蓋
2B‧‧‧空氣活塞
2C‧‧‧微調整器(針移動量調整裝置)
2D‧‧‧微調整器端部
2E‧‧‧用於活塞密封之O形環
2F‧‧‧彈簧
3‧‧‧噴頭驅動壓縮空氣管
3a‧‧‧噴頭驅動螺線管
3b‧‧‧噴頭驅動空氣調節器
4‧‧‧液體儲槽
5‧‧‧第一階段霧化壓縮空氣供應管
5a‧‧‧第一階段霧化螺線管
5A‧‧‧第一階段霧化壓縮空氣供應通道
5b‧‧‧第一階段霧化空氣調節器
6‧‧‧液體供應管
6a‧‧‧液體供應開關閥
6A‧‧‧液體供應通道
6b‧‧‧定量供應泵
6c‧‧‧液體回流管
7‧‧‧第一噴嘴
7a‧‧‧第一噴嘴孔
8‧‧‧針體
8A‧‧‧針尖部分
8B‧‧‧用於液體密封之O形環
9‧‧‧第二噴嘴
9a‧‧‧第二噴嘴孔
10‧‧‧第三噴嘴
10a‧‧‧第三噴嘴孔
10b‧‧‧第二霧化/渦流形成壓縮空氣供應通道
10c‧‧‧斜面
11‧‧‧第二階段霧化壓縮空氣供應管
11a‧‧‧第二階段霧化螺線管
11A‧‧‧第二階段霧化壓縮空氣供應通道
11b‧‧‧第二階段霧化空氣調節器
11B‧‧‧第三噴嘴止推螺帽
12‧‧‧第一階段霧化圖案
13‧‧‧第二階段霧化圖案
14‧‧‧被塗物件
15‧‧‧霧化圖案流速分布
D1‧‧‧第一噴嘴孔之出口直徑
D2‧‧‧第二噴嘴孔之開口直徑
D3‧‧‧第三噴嘴孔之開口直徑
圖1：使用本發明之少量液體噴霧裝置作為低施配量液體自動噴頭之系統的視圖。
圖2：用作低施配量液體自動噴頭之本發明之少量液體噴霧裝置的垂直橫截面圖。
圖3：圖2中之部分A的放大視圖；第一噴嘴至第三噴嘴之放大詳圖。
圖4：圖3之底視圖；第三噴嘴之底表面之視圖。
圖5：展示塗佈圖案量測結果的曲線圖；展示塗佈寬度與膜厚度之間關係的曲線圖。
圖6：展示液體噴霧之後量測黏度增加之結果的曲線圖；展示黏度與噴嘴至被塗物件距離之間關係的曲線圖。
圖7：展示在表1之(1)中之第一階段霧化壓縮空氣壓力及第二階段霧化壓縮空氣壓力之塗佈參數情況下的粒徑分布之量測結果的曲線圖。
1‧‧‧液體噴頭
1a‧‧‧噴頭本體
2‧‧‧閥空氣活塞單元
2A‧‧‧空氣活塞蓋
2B‧‧‧空氣活塞
2C‧‧‧微調整器(針移動量調整裝置)
2D‧‧‧微調整器端部
2E‧‧‧用於活塞密封之O形環
2F‧‧‧彈簧
3‧‧‧噴頭驅動壓縮空氣管
5‧‧‧第一階段霧化壓縮空氣供應管
5A‧‧‧第一階段霧化壓縮空氣供應通道
6‧‧‧液體供應管
6A‧‧‧液體供應通道
7‧‧‧第一噴嘴
8‧‧‧針體
8A‧‧‧針尖部分
8B‧‧‧用於液體密封之O形環
9‧‧‧第二噴嘴
10‧‧‧第三噴嘴
11‧‧‧第二階段霧化壓縮空氣供應管
11A‧‧‧第二階段霧化壓縮空氣供應通道
11B‧‧‧第三噴嘴止推螺帽
12‧‧‧第一階段霧化圖案
13‧‧‧第二階段霧化圖案
14‧‧‧被塗物件
15‧‧‧霧化圖案流速分布

Claims (3)

  1. 一種使少量液體形成微小顆粒且將該微小顆粒塗覆至一被塗物件之噴霧裝置，該噴霧裝置包含：一液體供應通道；一針，其界定一針軸並且包括一後端與一針尖部分，該針尖部分係呈針形且細長而由該針軸以一角度漸細；一第一噴嘴，其與該針之該針尖部分構成一閥機構，該第一噴嘴包括一形狀對應於該針尖部分之第一噴嘴孔，該針尖部分可***地裝配於該第一噴嘴孔中，且該第一噴嘴孔與該針尖部分可界定一開口間隙；一第二噴嘴，其圍繞該第一噴嘴且與該第一噴嘴形成一環形第一霧化壓縮氣體通道，該第二噴嘴包括一下端以及一形成於該下端的第二噴嘴孔；一第三噴嘴，設置於該第二噴嘴之該下端，並且包括一第三噴嘴孔，其具有一周邊且圍繞該第二噴嘴之該第二噴嘴孔，另包括複數個用以形成第二霧化/渦流的壓縮氣體供應通道，該壓縮氣體供應通道形成於該第三噴嘴孔之周邊；及一針移動量調整裝置，其可操作地接觸該針之後端且可對該針之針尖部分與該第一噴嘴之該第一噴嘴孔之開口間隙進行大小調整；其中，當施配液體時，液體沿該針尖部分自該第一噴 嘴之該第一噴嘴孔滲出，且藉由壓縮氣體流經該第一霧化壓縮氣體通道而使該液體形成微小顆粒且自該第二噴嘴之該第二噴嘴孔排出成一排出流，且接著該排出流穿通過該第三噴嘴之該第三噴嘴孔，並與穿通過該第三噴嘴內之複數個壓縮氣體供應通道之壓縮氣體碰撞，從而使該排出流形成均勻更小的顆粒且渦旋並分散，而塗覆至該物件上。
  2. 如請求項1之噴霧裝置，其中該針之針尖部分在該閥機構打開時突出至該第三噴嘴之該第三噴嘴孔內部。
  3. 如請求項1之噴霧裝置，其中供應至該液體供應通道之該液體的黏度為10-100CPS，並且以0.1-10cm3 /min之流率流動，該第一噴嘴之該第一噴嘴孔包括一出口直徑為0.2-0.6mm，該針形針尖部分之角度係與針軸成3-10度，該第二噴嘴之該第二噴嘴孔之開口包括一開口內徑為0.8-1.5mm，該第三噴嘴之該第三噴嘴孔包括一開口直徑為1.0-2.0mm，且該針移動量調整裝置對該開口間隙進行大小調整量為8-15μm(微米)。
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