Brevet FR2762916A1 — publié le 19981106

CONTRÈLE VOLUMTRIQUE DU DÉBIT D'UNE POMPE FILTRANTE La présente invention concerne une pompe filtrante de dispense d'une quantité donnée d'un fluide. Elle s'applique en particulier aux équipements servant a déposer de la résine sur des plaquettes semiconductrices. L'invention concerne plus parti- culièrement les pompes utilisées pour filtrer et déposer une certaine quantité de résine photosensible provenant d'un réser- voir sur une plaquette semiconductrice lors d'un dépôt de résine à la tournette et sera décrite ci-après dans le cadre de cette application. La figure 1 représente schématiquement une pompe clas- sique de dépôt de résine. La pompe est essentiellement constituée d'un corps 1 pourvu d'un accès 2 d'admission de résine r depuis un réservoir (non représenté) et d'un accès 3 de dispense d'une quantité donnée de résine: sur une plaquette (non représentée) entraînée en rotation pour un dépôt à la tournette. Un élément filtrant 4 masque l'accès 3 à l 'intérieur du corps 1 pour filtrer la résine lors de sa dispense. L'admission et la dispense de la résine X sont commandées au moyen d'une membrane imperméable 5 délimitant, à l'intérieur du corps de pompe 1, une chambre 6 de dispense de résine et une chambre 7 de commande au moyen d'un fluide adapté, par exemple de l'air a. La membrane 5 déformable sous l'action du fluide de commande est généralement en Téflon. La chambre 7 conmunique avec un système de olande (non représenté) par l'intermédiaire d'un conduit 8 sur le trajet duquel sont insérés des vannes 9, 10 d'aspiration ou d'injection d'air dans la chambre 7. Une vanne trois voies peut le cas échéant remplacer des vannes 9 et 10. Les accès 2 et 3 destinés au passage de la résine sont obturables au moyen de clapets respectifs 11 et 12. Le clapet 11 associé à l'accès d'admission 2 est un clapet anti-retour empêchant tout refoulement de résine vers le réservoir. Les clapets 11 et 12 peuvent être commmandés individuellement par le système de commande de la pompe, par exemple, électriquement par des moyens non représentés, ou être pourvus de moyens de rappel élastique vers leurs positions de repos respectives pour être commandés par les différences de pression entre 1' intérieur et 1 'extérieur de la chambre de dispense 6 au niveau des accès 2 et 3. Un cycle de dépôt d'une quantité déterminée de résine sur une plaquette comporte au moins deux étapes. On suppose que la chambre 6 est initialement remplie de résine, c'est-à-dire qu'un cycle d'initialisation de la pompe consistant à remplir la chambre 6 depuis le réservoir a été préalablement effectué et que la chambre 7 est vide, la membrane 5 étant plaquée contre le fond 13 du corps 1. Dans une première étape de dispense de résine, de l'air a est injecté dans la chambre 7 par l'intermédiaire de la vanne 10, la vanne 9 étant fermée. Le volume de la chambre 7 augmente et l'augmentation de pression qui en découle dans la chambre 6 provoque 1 'ouverture du clapet 12 et une dispense de résine r par l'accès 3, le clapet 11 étant fermé lors de cette première étape. L'air est injecté à pression constante pendant un temps donné. Le volume de résine déposé sur la plaquette est donc fonction du temps et de la pression d'air, fixés par le système de commande. Dans une deuxième étape, on inverse les positions (ouverte/fermée) des vannes 9 et 10 et on provoque une aspiration de 1 'air a de la chambre 7. Cette aspiration provoque une augmen- tation du volume de la chambre 6 et la diminution de pression qui en résulte provoque l'ouverture du clapet 11 et un remplissage de la chambre 6 depuis le réservoir de résine, le clapet 12 étant fermé. L'aspiration se poursuit jusqu'à ce que la membrane 5 soit de nouveau plaquée contre le fond 13. Le cas échéant, la deuxième étape est précédée d'une étape d'aspiration partielle pendant laquelle la quantité de résine non utilisée subsistant dans le tuyau reliant l'accès 3 à la zone de dépôt sur une plaquette semiconductrice est réaspiré à l'intérieur de la chambre 6. Le retard à l'ouverture du clapet 11 pour permettre, pendant oette étape intermédiaire, le retour de la résine non dispensée peut être obtenu par le dimensionnement respectif des accès 2 et 3 et par la résistance à 1l'ouverture du clapet 11. Un inconvénient des pompes classiques est que le filtre 4 se colmate progressivement au cours des cycles de dispense. Cela entraine une diminution du volume déposé sur la plaquette pour un temps d'injection d'air donné. Or, le volume déposé sur chaque plaquette doit être régulier d'une plaquette à l'autre d'une même série de fabrica- tion. L'utilisateur doit donc, avec une pompe classique, contrô- ler périodiquement le volume déposé pour adapter le temps du cycle de dispense dans le système de commande, afin de compenser 1 'augmentation de pression nécessaire au maintien d'un même déplacement de la membrane 5 pour obtenir un dépôt de volume constant. La présente invention vise à pallier les inconvénients des pompes classiques en proposant un dispositif de contrôle volumétrique de la quantité de résine déposée à chaque cycle de dispense. La présente invention vise, en particulier, à proposer un dispositif qui permette d'asservir la durée du cycle de dis- pense sur le volume de résine réellement délivré. La présente invention vise également à proposer un dis- positif qui puisse s'adapter aisément à une pompe existante, sans nécessiter de modification de l'intérieur de la pompe. La présente invention vise en outre à permettre de détecter automatiquement un dysfonctionnement de la pompe. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré- voit un dispositif d'asservissement du volume délivré par une pompe de fourniture d'un produit liquide, pourvue d'une membrane, de séparation entre une chambre de dispense et une chambre de commande, déformable par un fluide sous pression, et comportant un capteur de présence capacitif propre à détecter une première position déterminée de la membrane par rapport au fond de la chambre de commande; et un système de conmmande propre à mesurer, à chaque cycle de dispense du produit liquide, la durée mise par la membrane pour atteindre la première position déterminée, et à déduire de cette durée, une durée supplémentaire pour que la mem- brane atteigne une deuxième position prédéterminée correspondant à la fourniture d'un volume souhaité du produit liquide. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la durée supplémentaire est calculée en appliquant, à la première durée, un coefficient multiplicateur, déterminé lors d'une phase d ' étalonnage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le capteur capacitif est choisi pour que la distance entre la première position qu'il détecte et le fond soit nettement infé- rieure à une plage de déplacement de la membrane pour laquelle est conçue la pompe. La présente invention prévoit aussi une pompe de dépôt de résine sur plaquette semiconductrice du type comportant un corps de pompe divisé par une membrane de définition d'une chambre de dispense de résine et d'une chambre de commuande au moyen d'un fluide sous pression; un élément de filtration de la résine avant sa dispense vers un accès de sortie du corps de pompe; un système de commande propre à, alternativement, injecter le fluide sous une pression constante dans la chambre de commande et aspirer le fluide depuis la chambre de commande; et un capteur de présence capacitif propre à détecter une première position de la membrane correspondant à une première distance d'un fond de la chambre de commande. Selon un mode de réalisation de la présenite invention, le système de coCmmande comporte des moyens pour mesurer, à chaque cycle de dispense, le temps mis par la membrane pour parcourir la première distance, et pour calculer le temps d'injection de fluide nécessaire pour que la membrane parcoure une deuxième distance prédéterminée, la somme des deux distances correspondant à un volume souhaité de dispense de résine. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système de commande comporte des moyens pour indiquer un dysfonctionnement de la pompe. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système de commande comporte des moyens pour comparer le temps mesuré et/ou le temps calculé à une valeur seuil prédéterminée indicatrice d'un besoin de remplacement du filtre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système de commande comporte en outre des moyens pour mémo- riser les temps mesurés et/ou calculés, et pour comparer l'évolu- tion de ces temps par rapport à une courbe calculée. Une caractéristique de la présente invention réside dans l'utilisation d'un capteur de déplacement de la membrane de la pompe pour asservir la durée d'un cycle de dispense de résine. Parmi les capteurs de déplacement connus, la présente invention prévoit d'utiliser un capteur capacitif. Les capteurs optiques ne sont en effet pas adaptés en raison du caractère non réfléchissant de la membrane en Téflon. Les capteurs inductifs ne fonctionnent pas, car ni la membrane en Téflon ni la résine sont conductrices. La précision requise ne permet pas d'utiliser un capteur mécanique, sauf à utiliser un capteur linéaire qui est alors particulièrement cher et complexe. Parmi les capteurs capacitifs, on préférera un capteur capacitif à détection de présence plutôt qu'un capteur capacitif linéaire qui est beaucoup plus onéreux. De plus, un capteur capa- citif linéaire est beaucoup plus encombrant. Cet encombrement doit être rapporté à la taille d'une pompe classique qui est généralement de 1 'ordre d'une dizaine de centimètres de haut et de 5 à 10 cm de diamètre. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures Jointes parmi lesquelles: la figure 1, décrite précédemment, est destinée à expo- ser 1 'état de la technique et le problème posé; et la figure 2 représente partiellement une pompe de dépôt de résine équipée d'un capteur selon la présente invention. Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes réfé- rences aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. La présente invention s'applique à une pompe classique telle que représentée schématiquement à la figure 1, par exemple une pompe commercialisée par la société MILLIPORE sous la dési- gnation commerciale WCDS. A la figure 2 illustrant un mode de réalisation de la présente invention, seule la partie du corps de pompe 1 compre- nant la chambre de commande 7 et la membrane 5 délimitant la chambre de dispense 6 a été représentée. Cette partie comprend généralement le fond 13 du corps de pompe 1 d'o débouche le tuyau 8 de communication entre la chambre 7 et un système d'aspi- ration et d'injection d'air a (non représenté). Selon l'invention, un capteur de présence capacitif 14 est placé à proximité du tuyau 8 pour détecter une position don- née de la membrane 5. Ce capteur 14 est relié, par exemple par une liaison 15, au système de commande de la pompe. Comme précédemment, un cycle de fonctionnement de la pompe comprend une étape de dispense de résine r et une étape de remplissage de la chambre avec, le cas échéant, une étape d'aspi- ration de la quantité résiduelle de résine non dispensée. Les étapes d'aspiration et de remplissage ne sont pas modifiées par la mise en oeuvre de la présente invention. Comme précédemment, la membrane 5 se trouve plaquée contre le fond 13 à l'issue de l'étape de remplissage de sorte que le volume de la chambre 7 est quasi nul et que le volume de la chambre 6 est maximal. On suppose que le capteur 14 détecte la présence de la membrane 5 jusqu'à une distance dl du fond 13. A chaque cycle de dispense, on injecte de 1 'air à pres- sion constante par le tuyau 8 et on mesure le temps que prend la membrane pour parcourir la distance dl depuis le fond 13 du corps de pompe en détectant, au moyen du système de commande, la perte de détection par le capteur de présence 14. Comme la pression d'injection d'air est constante, la durée pendant laquelle on doit prolonger 1' injection d'air pour que la membrane 5 se déplace d'une distance supplémentaire d2 donnée, fixant le volume de résine souhaité, se déduit de la durée précédente. On peut, en première approximation, considérer que la relation entre le volume dispensé et le déplacement de la mem- brane est linéaire, de sorte que le temps pour parcourir la dis- tance d2 peut se déduire du temps mis pour parcourir la distance dl par une simple règle de trois. En effet, la résine est incom- pressible et le diamètre de la membrane (de 1 'ordre de 5 à 10 acn) est très grand devant le déplacement (de l'ordre de 1 à 3 mm) qui lui est imprimé. Toutefois, pour affiner cette approximation, on préfé- rera étalonner le système lorsque le filtre est neuf. Ainsi, avec un filtre neuf, on détermine la durée nécessaire pour dispenser le volume de résine souhaité. Pendant cette dispense initiale, on mesure également le temps mis par la membrane pour parcourir les distances dl et d2. Le système de commande calcule alors un coefficient a de proportionnalité, entre le temps supplémentaire nécessaire pour parcourir la dis- tance d2 et le temps de perte de détection par le capteur de pré- sence, et mémorise ce coefficient. Par la suite, le système de commanide affecte, à chaque cycle de dispense, ce coefficient à la durée mesurée pour parcourir la distance dl, de façon à obtenir la durée nécessaire pour parcourir la distance d2, donc le volume souhaité. Plus le filtre est encrassé, plus le temps mesuré, nécessaire pour couvrir la distance dl, augmente et plus le temps calculé, nécessaire pour parcourir la distance d2, augmente par voie de conséquence. Ainsi, plus le filtre est encrassé, plus le système de commande augmente automatiquement le temps d'injection d'air pour conserver la distance dl + d2 constante, donc un volume dispensé constant. De préférence, le système de commande mémorise les différentes durées qu'il calcule et/ou qu'il mesure, afin de détecter des aberrations dans 1 'évolution de ces durées, donc un dysfonctionnement de la pompe, par exemple, une rupture du filtre 4 ou de la membrane 5. Une telle détection s'effectue, par exemple, en comparant l'évolution des durées d'injection d'air (mesurées et/ou calculées) à une courbe d'évolution calculée. La durée (mesurée et/ou calculée) d'injection d'air peut également être comparée à une valeur seuil mémorisée pour indiquer un encrassement trop important du filtre et un besoin de changement de filtre. Un avantage de la présente invention est qu'en asser- vissant la durée d'injection d'air sur le déplacement réel de la membrane, on évite tout besoin de contrôle du volume dispensé au cours de l'encrassement du filtre, tout en respectant le volume précis souhaité. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle permet de générer des signaux d'alarme à destination de 1 'opéra- teur en cas d'encrassement trop important du filtre ou de dys- fonctionnement de la pompe, ces conditions étant détectées auto- matiquement par le système de commande. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle s'adapte facilement à une pompe existante. Il suffit de percer un trou dans le fond 13 de la pompe pour placer le capteur capaci- tif, et d'utiliser un système de commande adapté aux fonctionna- lités décrites ci-dessus. A titre d'exemple particulier, on pourra utiliser un capteur capacitif fabriqué par la société allemande SENSORIC. Le diamètre d'un tel capteur est d'environ mmin. Le capteur 14 est, de préférence, choisi et positionné pour que la distance dl soit nettement inférieure à la distance (dl + d2) minimale de déplacement de la membrane 4 pour laquelle est prévue la pompe. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la réalisation pratique du système de com- mande pour mettre en oeuvre la présente invention est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles décrites cidessus. De plus, bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'une application particulière, elle s'applique de façon générale à toute pompe destinée à assurer la fourniture d' une quantité déterminée d'un fluide filtré, en particulier d'un fluide visqueux. REMM 1. Dispositif d'asservissement du volume délivré par une pompe de fourniture d'un produit liquide (r), pourvue d'une membrane (5), de séparation entre une chambre de dispense (6) et une chambre de commande (7), déformable par un fluide (a) sous pression, caractérisé en ce qu'il comporte: un capteur de présence capacitif (14) propre à détecter une première position (dl) déterminée de la membrane par rapport au fond (13) de la chambre de commande (7); et un système de conmmande propre à mesurer, à chaque cycle de dispense du produit liquide, la durée mise par la membrane (5) pour atteindre la première position déterminée (dl), et à déduire de cette durée, une durée supplémentaire pour que la membrane atteigne une deuxième position prédéterminée (d2) correspondant à la fourniture d'un volume souhaité du produit liquide. 2. Dispositif d'asservissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite durée supplémentaire est calculée en appliquant, à ladite première durée, un coefficient multipli- cateur (a), déterminé lors d'une phase d'étalonnage. 3. Dispositif d'asservissement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur capacitif (14) est choisi pour que la distance (dl) entre la première position qu'il détecte et le fond (13) soit nettement inférieure à une plage de déplacement de la membrane (5) pour laquelle est conçue la pompe. 4. Pompe de dépôt de résine sur plaquette semiconduc- trice du type comportant: un corps de pompe (1) divisé par une membrane (5) de définition d'une chambre (6) de dispense de résine (r) et d'une chambre (7) de commande au moyen d'un fluide (a) sous pression; un élément (4) de filtration de la résine (r) avant sa dispense vers un accès (3) de sortie du corps de pompe; et un système de commande propre à, alternativement, injecter le fluide (a) sous une pression constante dans la chambre de commande (7) et aspirer le fluide depuis la chambre de commande, caractérisée en ce qu'elle comporte: un capteur de présence capacitif (14) propre à détecter une première position de la membrane (5) correspondant à une pre- mière distance (dl) d'un fond (13) de la chambre (7) de commande. 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le système de commande comnporte des moyens pour mesurer, à chaque cycle de dispense, le temps mis par la membrane (5) pour parcourir la première distance (dl), et pour calculer le temps d'injection de fluide (a) nécessaire pour que la membrane par- coure une deuxième distance (d2) prédéterminée, la somme des deux distances correspondant à un volume souhaité de dispense de résine (r). 6. Pompe selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le système de conxmmnde comporte des moyens pour indiquer un dysfonctionnement de la pompe. 7. Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que le système de commande comporte des moyens pour comnparer le temps mesuré et/ou le temps calculé à une valeur seuil prédéter- minée indicatrice d'un besoin de remplacement du filtre (4). 8. Pompe selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le système de commande comporte en outre des moyens pour mémoriser les temps mesurés et/ou calculés, et pour comparer 1 'évolution de ces temps par rapport à une courbe calculée.