KR20170086520A

KR20170086520A - 자외선 양생에 대한 공정 감시

Info

Publication number: KR20170086520A
Application number: KR1020177013765A
Authority: KR
Inventors: 오트마르 주게르
Original assignee: 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 페피콘
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-07-26
Also published as: WO2016083342A1; JP6716589B2; JP2018501494A; ES2726992T3; CN107250768A; EP3224599A1; US20170254745A1; US10161858B2; PL3224599T3; EP3224599B1

Abstract

본 발명은 UV 양생가능한 래커로 코팅된 부품의 양생 상태를 측정하기 위한 인-시튜 공정 감시 장치에 관한 것으로, 이 장치는 래커를 양생하기 위한 적어도 하나의 방사선 소스(101), 뿐만 아니라 양생 상태를 결정하기 위해, 적어도 하나의 신호 소스(101) 및 부품으로부터 반사된 신호 소스의 반사를 측정하기 위한 적어도 하나의 분광계(103)를 포함하고, 측정은 무접촉 방식으로 실행되고, 측정을 위한 적어도 하나의 신호 소스는 양생을 위한 적어도 하나의 방사선 소스와 동일하다.

Description

자외선 양생에 대한 공정 감시 {PROCESS MONITORING FOR UV CURING}

본 발명은 부품에 UV 양생가능한 래커에 대한 새로운 인-시튜 공정 감시 장치에 관한 것이다.

부품상의 UV 감응성 래커 필름을 양생하는 동안, 래커 지정 UV는 래커 표면 위로 떨어지는 UV 광 세기 및 조사 시간의 산물로서 초과하지 않아야 하며, 따라서 점성의 액상 래커 필름의 완전한 반응(중합)이 발생하여 고체 표면 코팅이 생성되게 한다. 불완전한 양생의 경우, 경도(hardness) 및 내긁힘성(scratch resistance)과 같은 래커 코팅의 필요한 기계적 속성은 달성되지 않으며; 마찬가지로, 접착 조도 또는 다른 속성은 달성되지 않거나, 불완전 중합 때문에 단지 불완전하게 달성된다. 부품상의 이와 같은 래커 코팅의 산업적 적용에서, 비용 및 제조 공정에 대해, 오직 개별적인 샘플에 대해서만 이 특징들을 점검할 수 있다. 불충분한 양생의 경우, 지난 검사 날짜는 질적인 결함을 가질 수도 있고 따라서 거부반응으로서 허비된다.

이 때문에, 산업적 적용에서 제조 공정에 통합된 검사 또는 감시 장치 및 부품의 품질을 전혀 지연시키지 않도록 표면층으로서 UV 노출된 필름의 속성을 측정하는 방법을 갖는 것이 바람직하다. 이 감시 장치 및 방법에 대해 더욱 바람직한 것은 측정 신호에 의해 UV 노출되는 동안 래커 필름의 연속적인 양생 공정을 추적할 수 있는 가능성이다. 이러한 감시에 의해, 양생 공정이 제어될 수 있으며, 가장 단순한 경우 양생 시간은 제어된 방식으로 조정될 수 있다. 후자는 따라서 완전 양생을 위해 필요한 만큼 가능한 한 짧게, 조절된 방식으로 유지될 수 있다. 이 방식에서, 양생 단계에 대해 일정한 품질로 최고의 가능한 생산성을 달성할 수 있다. 고정된 양생 시간으로 노출되는 경우, 공정 안정성을 이유로, 공정 변화가 있는 모든 경우 완전한 양생을 보장하기 위해 최소값보다 길게 유지할 필요가 있다. 양생 상태 감시의 다른 버전에서, 다른 공정 파라미터는 제어 기술, 예를 들어 UV 광원의 전력 또는 UV 노출 영역을 따라 부품이 이동하는 속도를 통해 영향을 받을 수 있다. 이 방식으로, 완전한 양생을 위한 최소 처리 시간이 달성될 수 있으며, 따라서 생산성을 극대화시킨다.

이러한 공정 감시에 의해, 주로 비접촉 방식으로 수행되어야 하기 때문에, 양생된 래커 필름의 대부분의 기계적인 속성을 직접 측정하는 것은 일반적으로 불가능하다. 단지 관련된 속성은 필요한 속성이 준수되었는지 확실하게 추론할 수 있게 하는 방법으로 측정될 수 있다. 양생 정도를 결정하기 위한 일반적인 방법은 광학 분광법(optical spectroscopy)으로, 래커 필름에 입사하는 광의 반사(또는 투과)의 변화는 스펙트럼 해상도 측정 장치에 의해 분석된다. 이 스펙트럼 변화는 상이한 파장 범위에서 특정한 바니쉬(varnish)이다. UV 범위의 예는 학술논문 "Cure characterization of an unsaturated polyester resin using near-infrared, fluorescence and UV/visible reflection spectroscopies ", (Dissertation Thesis 9924301, The University of Connecticut, 1999)에서 BL Grunden에 의해 적외선 범위에 대해 각각 독일 Ulm의 회사 Microchemicals GmbH의 브로셔에 제공되어 있다.

적절한 측정 장치는 전형적으로 Scherzer, Mehnert 및 Lucht (Polymer Spectroscopy Volume 205, pp.151 -162, 2004)에 의해 "On-line monitoring of the acrylate conversion in UV photo-polymerization by near-infrared reflection spectroscopy"에 기재된 바와 같은 격자 분광계 또는 퓨리에 변환 분광계, 또는 적응된 광학 필터 소자와 조합된 광센서이다. 래커 필름을 양생하는 동안, 특정 영역에서 스펙트럼이 변한다. 이 변화는 양생 정도에 대한 양적 측정으로 사용된다.

이러한 공정 감시는 무작위(random) 품질 보증을 완전히 대체할 수 없다. 그러나, 무작위 샘플로부터 기술적으로 관련된 래커 속성과 분광 특성을 비교함으로써, 일치시키는 것이 가능하고, 분광 데이터는 따라서 래커 필름의 품질을 연속적으로 감시하는데 사용될 수 있으며, 공정을 제어하기 위해 전술된 바와 같이 연장된 형태로 작용할 수 있디.

부품상의 표면 코팅의 속성은 일반적으로 코팅을 파괴하는 기계적 속성의 직접 검사 방법, 또는 경험에 기초하여 필요한 속성과 직접적으로 연관된 다른 속성을 측정하는 비파괴적 방법을 사용하여 제조 공정 밖에서, 무작위로 검사된다.

비파괴적 방법 중에서, 특히 광학적 방법이 알려져 있는데, 독일 Ulm의 회사 Microchemicals GmbH의 브로셔에 상세히 기재되어 있다(http://www.microchemtcals.com/technicalInformation/exposure_photoresist.pdf). UV 래커 필름이 양생될 때, 래커 필름의 광학적 속성 변화를 또한 야기하는 구조적 변화와 함께, 중합체 체인은 점성 유체 래커의 모노머(monomer)/올리고머(oligomer)로부터 중합체 체인이 형성되는 중합 반응이 발생한다. UV-유도 양생의 경우, UV 관 파장의 일부는 파장 함수로서 흡수된다. 이 흡수 작용은 양생 정도와 함께 변화하고 분광계의 도움으로 파장-의존 반사 작용(반사 스펙트럼)의 변화로서 검출될 수 있다. UV 범위의 예는 학술논문 "Cure characterization of an unsaturated polyester resin using near-infrared, fluorescence and UV/visible reflection spectroscopies ", (Dissertation Thesis 9924301, The University of Connecticut, 1999)에서 BL Grunden에 의해 적외선 범위에 대해 각각 독일 Ulm의 회사 Microchemicals GmbH의 브로셔에 제공되어 있다. 230...400nm의 전체 UV 파장 범위의 반사 스펙트럼은 최대 10밀리초 미만에서 측정될 수 있기 때문에, 셀 검출기를 구비한 UV 분광계는 특히 이 목적에 대해 적합하다.

동일한 구조이지만, 800 ~ 1700nm 범위의 근적외선(NIR)에 대한 어레이 검출기를 갖는 분광계가 오늘날 사용가능하며 유사한 판독 데이터로 작동될 수 있다. 따라서, 경과 공정 중에 NIR 영역에서의 스펙트럼 반사 작용의 변화는 Scherzer, Mehner 및 Lucht에 의해 "On-line monitoring of the acrylate conversion in UV photo-polymerization by near-infrared reflection spectroscopy"(Polymer Spectroscopy Volume 205, pp.151-162, 2004)에 기재된 바와 같이 UV 노출에 의해 동시에 감시될 수 있다.

적외선 영역(IR)(1500 ~ 20,000nm)에서, 적외선 반사 스펙트럼의 변화로서 나타나는 여기 밴드는 점성 래커의 양생된 코팅으로의 변환에 의해 변화한다. 특정 파장 밴드에서, 잘 측정할 수 있는 변화가 발행하여 래커 필름의 양생 상태가 결정될 수 있다. Lowry 및 Weesner (Using Real-Time FT-IR to Characterize UV Curable Optical Adhesives, Spectroscopy, Vol. 26, Iss. 8, pp.40-46, 2011)를 참조하라. 오늘날, 적외선 스펙트럼은 퓨리에 변환 적외선 분광계(FTIR)를 사용하여 거의 독점적으로 결정된다.

특정한 적용을 위해, 반사시 스펙트럼 변화는 하나 이상의 적합한 광학 필터 및 단순한 광학적 조도 센서(intensity sensor)를 사용하여 검출될 수 있지만, 필터는 래커 필름의 광 편향의 스펙트럼 속성 및 적용에 특별히 적응되어야 한다. 산업적인 적응을 위해, 이 단순하지만 특수하게 적용할 수 있는 해결책은 광대역 분광계 대신에 더욱 경제적이며 강력한 해결책으로 이해할 수 있다.

특히 종래 기술로부터 다음 장점이 얻어진다.

감시 장비 없이, 단지 품질 문제의 지연된 확인만이 생산된 부품에 대한 무작위 샘플 측정에 의해서만 달성될 수 있다.

또한, 요구되는 노출 량에 확실하게 도달하기 위해서는 장시간의 노출 시간이 요구된다.

또한, 취성(embrittlement)으로 이어질 수 있는, 래커 필름의 과다-노출 위험이 있다.

현재까지, 공정 드리프트의 조기 검출이 없거나 단지 지연되어, 심각한 품질 문제로 이어질 수 있다.

본 발명의 목적은 부품에 UV 양생가능한 래커에 대한 새로운 인-시튜 공정 감시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 래커를 양생하는데 사용되는 방사선 소스는 양생 정도를 측정하기 위한 신호 소스와 동시에 사용된다. 다른 것들 중에서, 이것은 광-반사 표면의 방향이 부차적인 역할을 하고 광은 항상 검출기에 도달한다는 장점을 갖는다. 이것은 기판이 회전 스핀들(spindle) 상에 장착될 경우 특히 유리하다.

특히 바람직한 실시예에 따르면, 경화층(hardening layer)은 분할된 거울을 거쳐 기판상으로 향하고, 기판은 원래 방향을 따라 연속적인 것으로 보이지만 기판에 의해 반사된 방사선을 따라 투영시 구멍(aperture)으로 나타난다. 구멍(aperture)은 예를 들어, 홀(hole), 하나의 간극(gap) 또는 여러 간극(gaps), 또는 하나 이상의 간극 및/또는 하나 이상의 홀의 조합을 의미한다. 슬릿(slit)도 또한 가능하다.

본 발명에 따르는 자외선 양생에 대한 공정 감시에 의해, 단지 고정된 시간이지만, 완전하게 양생될 래커 필름에 대해 순서대로 실제 부품에 대해 효과적으로 요구되는 최소 시간 동안 노출할 필요가 더 이상 없기 때문에 생산성이 증가할 수 있다. 이러한 방식으로, 잠재적으로 너무 짧은 노출을 피할 수 있고, 따라서 너무 짧은 노출 시간이 편향된 데이터(deviating data)를 기반으로 선택되는 경우의 품질 문제를 피할 수 있다. 게다가, 노출의 균일성(uniformity)은 달성될 반사 스펙트럼의 특정한, 미리결정된 스펙트럼 변화에 대한 감시의 도움으로 노출 공정을 제어함으로써 증가할 수 있다. 가능한 가장 높은 균질성(homogeneity)은 부품의 일정한 속성 및 품질을 일관되게 보장하기 위한, 모든 대량 생산 공정의 목표이다.

도1은 부품상의 UV-양생가능한 래커 필름의 양생 상태의 자동화된 검출을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도2는 UV-양생가능한 래커 필름의 양생 상태의 자동화된 검출을 위해 부품을 이동시키기 위한 동기화를 개략적으로 나타내는 도면으로, 센서는 부품의 위치를 검출하고 트리거 신호(209)는 일련의 미리규정된, 연속적인 위치에 대한 개략적인 스펙트럼 이미지를 발생시킨다.
도3은 회전 스핀들-형 홀더상에 배치하여 부품상의 UV-양생가능한 래커 필름의 양생 상태를 자동 검출하는 것을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도4는 색선별 거울(dichroic mirror)을 사용하여 부품상의 UV-양생가능한 래커 필름의 양생 상태를 검출하기 위한 인-시튜 공정 감시 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도5는 부품상의 UV-양생가능한 래커 필름의 양생 상태를 검출하기 위한 인-시튜 공정 감시 장치를 개략적으로 나타내는 도면으로, 양생은 색선별 거울(511)상에서의 반사에 의한 UV 노출에 의해 발생하고 거울(513)의 홀(hole)은 부품 표면에 의해 반사된 IR 방사선(527)의 일부분을 통해 분광계(503)로 가도록 허용한다,
도6은 부품상의 UV-양생가능한 래커 필름의 양생 상태를 검출하기 위한 인-시튜 공정 감시 장치를 개략적으로 나타내는 도면으로, 분할된 거울 소자(631, 632)는 반사에 의한 UV 노출을 최적화하고, "인-시츄" 측정을 위한 분광계의 입력 창로 떨어지는 측정 신호(627)의 비율을 증가시킴으로써 스펙트럼의 신호 품질 증가를 보장한다.
도7은 도6에 비해 추가의 예시적인 거울 배열에서, 부품상의 UV-양생가능한 래커 필름의 양생 상태를 검출하기 위한 인-시튜 공정 감시 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도8은 본 발명에 따르는 거울 배열을 개략적으로 나타내는 도면으로, 분할된 거울은 방사선 소스의 원래 방향을 따르는 투영시에 나타나지만, 기판에 의해 반사된 방사선을 따라 투영시 구멍(aperture)으로 나타난다
도9는 상이한 기울기(tilting)를 갖는 복수의 분할된 거울을 나타내는 인-시튜 공정 감시 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

부품상의 UV-양생가능한 래커 필름의 양생 정도의 이와 같은 창의적인 자동화된 검출은 도1에 개략적으로 도시되어 있다. 부품은 UV 광원(101)의 광선 안으로 순차적으로 이동한다. 여기에서, 부품은 특정 시간 간격 동안 늦취지며(linger), 그동안 래커 필름은 양생을 위해 UV 광에 노출된다. UV 소스에 의해 방출된 방사선 부분은 래커 필름의 표면에서 반사되고 적절하게 배열된 파장-선택 광센서 어레이(분광계)(103)에 의해 검출될 수 있다. 고조도의 UV 소스는 플라즈마가 UV 광뿐만 아니라 적어도 동일하게 강력한 가시광 및 적외선 방사선을 방출하는 가스 방전 램프(gas discharge lamp)를 기반으로 한다. 이러한 이유로, UV 광원은 분석될 반사광에 대한 소스로서 동시에 작용하고, 일반적으로 분광계에 사용되는 광원은 측정 빔으로 사용될 필요가 없다.

노출 시간 간격 동안, 다수의(적어도 2개의) 스펙트럼이 측정되어, 스펙트럼을 자동으로 비교하고 스펙트럼 변화로부터 적합한 알고리즘에 의해 이 스펙트럼 데이터로부터 양생 정도를 계산하는 감시 유닛(105)으로 제공된다. 특정한, 미리 결정된 경화 정도에 도달하면, 부품(107)의 공급을 추진하도록 다음 부품으로의 전환(changeover)을 수행하는 신호가 제공된다.

고정적인 부품, 특히 UV 소스의 조명 범위 또는 길이의 범위보다 상당히 큰 길이를 갖는 부품에 수행된 경화에 의해, 부품 표면의 조명은 부품의 이동 방향에 직각인 방향으로 연장되는 통상적인 UV 소스에 의해 고르지 않게 되므로, 이것은 일반적으로 매우 균일하지 않다.

따라서 실질적으로 더 우수한 균질성이 얻어질 수 있기 때문에, 조명 영역을 따라 연속적으로 부품을 이동시키는 것이 바람직하다. 연속적으로 이동하는 도중에 감시 유닛(203)과 동시에 반사 스펙트럼이 기록되는 경우, 이 기록 주기는 부품의 이동과 동기화되어야 한다. 이것은 반사 작용이 모든 연속적으로 노출된 부품에 대해 동일한 방식으로 측정되도록 한다. 도2는 센서로 부품의 위치를 측정하고 일련의 미리규정된, 연속적인 위치에 대한 개별적인 스펙트럼 기록을 위한 트리거 신호를 발생시킴으로써, 이동의 동기화를 개략적으로 나타낸다.

반사된 조도는 표면 기하학적 형태로 인한 부품의 이동으로 연속적으로 변할 수 있기 때문에, 기록속도(recording rate)는 부품이 조명 구역을 따라 UV 소스를 지나 이동하는 속도보다 빨라야 한다. 이 검출된 조도의 변화는 연속적인 스펙트럼으로부터 뿐만 아니라 스펙트럼을 기록하는 동안 조도의 변조로 이어진다. 양생 정도 검출을 위한 스펙트럼을 비교하기 위해, 스펙트럼 데이터를 조도 스펙트럼으로서 직접 비교하지 않고, 절대 조도에 대한 직접 의존도가 억제된 수학적으로 변환된 형태로 비교하는 것이 바람직하다. 가능한 형태는 대수적(logarithmic) 조도(Ln[I(λ)]) 또는 파장(λ)에 따르는 조도 스펙트럼(I(λ))의 대수적 미분(δLn[l(λ)]/δλ)이고, Ln은 자연 대수 함수를 나타낸다. 스펙트럼(Ln[I(λ)])은 절대 조도를 변화시킬 만큼 이동하는 반면, 스펙트럼(Ln[l(λ)]/δλ)은 현재 조도와 상관없이 각각의 파장에서 신호가 반드시 동일하게 유지되는 속성을 갖는데, 미분(δLn[l(λ)]/δλ)에 대한 미분(differential)도 또한 스펙트럼(Ln[I(λ)])의 이동을 상쇄하기 때문이다. 스펙트럼 비교를 위해 다른 방법도 사용될 수 있는데, 예를 들어 수치 적용 알고리즘(numerical fit algorithms)으로, 여기에서 측정된 스펙트럼은 적절한 모델에 따라 계산된 미리결정된 스펙트럼과 비교한다. 이 적용 알고리즘들은 스펙트럼의 비교 알고리즘에서 부가적인 자유도(degree of freedom)로서 취급되는, 수치 최적화 파라미터로서 파장-의존 환산 계수(wavelength-dependent scaling factor)를 포함할 수 있다.

검출기 어레이 센서를 구비한 UV-VIS-NIR 격자(llttice) 분광계의 경우, 초당 수십 내지 수백 스펙트럼의 속도가 달성될 수 있는데, 즉, 래커, UV 소스, 기하학적 배열에 따라 전형적으로 1 내지 100초의 노출하는 동안 각각의 경우 다수의 스펙트럼이 측정되어, 특히 파장 영역에서 반사 신호의 일시적인 변화로부터 점진적인 양생이 검출된다.

퓨리에 변환 분광계의 경우, 적외선 범위에 사용된 것처럼, 초당 1 내지 100의 스펙트럼 속도가 고속-스캔 기기에 의해 달성될 수 있다. 변화를 볼 수 있는 전형적인 스펙트럼 영역은 매우 좁지는 않기 때문에(전형적으로 몇 100cm^-1), 낮은 간섭계 위상 스캔 범위를 갖는 저해상도 모드에서 작업하는 것(가장 단순한 경우, 갑섭계의 거울의 선형 움직임)이 가능하며, 그로 인해 스캔 속도가 증가할 수 있는데 이는 이 이동가능한 소자의 관성에 의해 간섭계의 일부의 이동의 역학(가장 단순한 경우 거울의 선형 이동)에 의해 제한되기 때문이다.

단순한 조도 센서와 함께 이산 광학 필터에 의해 스펙트럼 변화를 검출하는 경우, 양생 증가로 인한 반사의 스펙트럼을 검출하기 위해 다수의 파장 범위는 동시에 측정되어야 한다. 조도 센서들은 일반적으로 어레이 센서보다 현저하게 높은 신호 역학 범위를 보통 갖는다. 이들은 따라서 이 응용에서 신호 획득의 반복속도에 실질적인 제한이 거의 없는데, 여기에서 완전 양생을 위한 최소 노출 시간은 전술한 바와 같이, 실제 응용에서 1 내지 100ch 범위인 관련 시간 제한이다.

부품의 노출시 높은 생산성을 달성하기 위해, 200 내지 400nm의 파장(λ)을 갖는 전체 UV 범위에 대한 조도 분포를 갖는 주로 높은 조도의 UV 소스가 사용된다. 일반적으로 이러한 소스는 UV 광을 방출하는 플라즈마가 UV 광을 램프 전면의 적용 영역 안에 묶는 광학 반사 소자와 조합하여 전기적으로 여기되는 고성능 금속 할라이드 램프로 구성된다. UV 래커가 표면에 제공되는, 노출될 부품은 노출을 위한 적용 영역 안으로 가져와 진다. 이 UV 소스들은 특히 관형 램프 및 상응하게 형성된 세장형 거울 소자를 갖는 선형 소스로서 설계될 수 있거나, 점 형상의 램프 및 그에 대한 적적한 반사기를 각각 갖는 일련의 나란히 놓인 UV 소스로 구성될 수 있다. 원하는 UV 광(<20%) 이외에, 이 금속 할라이드 램프들은 또한 강력한 가시광선(<20%) 및 적외선(>70%)을 방출한다. 이 강력한 적외선은 부품의 가열로 이어진다. 플라스틱 재료가 <100℃의 최대 온도를 허용하는 플라스틱 부품의 경우, 부품이 임계 위상 변환 온도 이하로 유지되는 방식으로 필요한 UV 선량이 시간에 따라 적용되는 방식으로 노출이 발생해야 한다.

노출하는 동안의 높은 가열의 문제는 다음과 같이 피할 수 있다. 한편으로는, 부품은 높은 조도의 영역 안으로 순환됨으로써 UV 방사선에 연속적으로 노출되지 않음으로써, 부품이 노출 범위 밖에 존재하는 시간 주기에서 주기적으로 냉각될 수 있다. 부품의 순환적인 이동은 부품을 스핀들-형 홀더상에 배열하고 그 자체 축 주위에서 이 홀더를 회전시킴으로써 대부분 달성된다.

물론, 스핀들 상의 부품의 배치는 적용 영역을 따라 순환적으로 부품을 이동시키는 유일한 방법은 아니다. 회전 디스크 상에 부품을 배치하거나 선형 운송 시스템상에서 부품의 능동적인 선형 순환적 전진 및 후진 움직임으로, 반드시 동일한 것을 달성하는 것이 가능하다. 다른 한편으로, UV 광은 적절하게 코팅된 색선별 거울 소자(411)에 의해 선택적으로 반사될 수 있으며, UV 소스와 적용 영역 사이에 배치되고, 가시 및 적외선 광(425)은 거울 소자의 선택적 전송에 의해 적용 영역으로부터 멀리 유지된다(도4).

이러한 색선별 거울을 사용하여, 가시 및 적외선은 80% 이상 억제될 수 있는 반면, 동시에 UV 방사선(421)은 적용 영역 안으로 향한다. 이 감쇄에 의해서도, 상당한 양의 IR 광(423)이 여전히 적용 영역으로 진입한다. 그러나, 적용 영역에서 전체 광의 상대적 비율은 일반적으로 여전히 30 내지 50%이다.

관련 적외선 범위의 반사 스펙트럼을 감시하기 위해, 이 광은 래커 층의 반사도를 결정하기 위한 소스로서 작용한다.

내부 IR 소스가 설치된 IR 분광계의 통상적인 적용과 대조적으로, 이것은 여기에 도시된 감시 애플리케이션에 사용되지 않지만, 사용되는 UV 램프에 의해 방출된 IR 광(427)이다.

회전 스핀들상에 부품이 배치됨으로써, 전체 스핀들의 동시 움직임 때문에, 전술된 바와 같은 계단식 움직임이 기계적 관성으로 인해 감시 시스템을 사용하여 반사된 광의 스펙트럼을 검출하기 위해 기술적으로 더욱 필요하다. 실질적으로 단순한 것은 연속적인 회전 운동이다. 스핀들상의 부품의 주변 속도가 충분히 느려서 분광계의 측정 싸이클 동안 단지 약간(그 자체 크기에 비해) 이동하면, 검출된 스펙트럼은 정적으로 측정된 스펙트럼과 단지 약간 다르다는 것을 추정할 수 있다. 스펙트럼에 대한 일반적인 기록 시간은 격자 분광계의 검출기 배열 또는 수 밀리 초 내지 수십 밀리 초 범위의 고속 스캔 FTIR 분광계를 사용하는 경우 모두이며, 스핀들상의 주변 속도는 일반적으로 100 내지 500mm/s 범위로, 즉, 분광계의 기록 스캔 도중에, 움직임은 일반적으로 1 내지 10mm이며, 일반적인 크기의 부품에 대한 그 자체 크기에 비해 작다. 전술된 바와 같은 데이터의 추가적인 수치적 평가를 위해, 절대 조도와 무관한, 예를 들어 δLn(I)/δλ처럼 사용되지만 도출된 사용되는 반사 조도(I(λ))가 아닐 경우, 변수 Ln(I) 또는 δLn(I)/δλ를 구비한 부품의 동시 움직임을 통해 스펙트럼을 기록하는 동안 발생하는 조도 변동을 억제하는 것이 가능하다. 물론, 가능한 한 높은 기록 스캔 속도를 갖는 것이 높은 스펙트럼 신호 안정성을 위해 바람직한데, 그럼으로써 조도 변동은 상대적으로 작아지고, 신호 왜곡이 최소화된 뒤 더욱 높은 조도 변동을 갖는 더욱 느린 속도의 선택보다는 복수의 스펙트럼 전체에 따라 평균화된다.

FTIR 분광계의 경우, 스캔 도중에 변동되는 반사 조도는 인터페로그램(interferogram)을 변조를 야기하며, 해상도 함수(resolution function)의 단파 확장(short-wave widening)과의 컨볼루션(convolution)으로서 퓨리에 변환에서 그 자체로 나타난다. 변조 속도는 스캔 속도의 순서의 것이기때문에, 컨볼루션은 반사 스펙트럼의 최소 피크 확장으로 이어진다. 그러나, 래커의 스펙트럼 특성은 매우 좁은 대역이 아니고, 래커의 양생 반응의 결과로서 변하지 않기 때문에, 스캔 도중에 약간 변하는 반사 조도에 의해 야기된 불순물 혼입(adulterations)은 적고 따라서 래커의 양생 정도를 감시하는데 비교적 중요하지 않은 것이다.

그러나, 회전 스핀들과 조합하여 색선별 UV 거울을 구비한 도4의 바람직하게 사용된 버전은, 분광계에 의해 검출될 부품상의 래커 필름에 의해 반사된 광은 색선별 UV 거울을 통해 전송되어야 한다. 거울의 색선별 코팅은 UV 광이 통과하는 것을 허용하지 않지만, 최대 약 2500 내지 3000nm의 파장까지의 가시 및 근적외선 광(NIR)에 대해 투과성이다(427). 장파장 적외선 광은 사용된 UV 거울의 유리 기판에 의해 흡수되고 더 이상 그 뒤의 분광계에 도달할 수 없다. 높은 적외선 투과성을 구비한 UV 거울 기판 물질이 존재하더라도, 매우 비싸며, 특히 수십㎝ 범위의 크기이다(예를 들어, 황화 아연).

종래의 UV 거울용 유리에 의해, 래커 필름의 양생 단계 감시는 따라서 NIR 파장 대역의 제한된 범위에서만 달성될 수 있지만, 다른 한편으로 더욱 긴 파장의 IR의 전형적인 스펙트럼 변화는 달성되지 않는다.

따라서, 소스의 UV 광에 대한 높은 반사가 여전히 달성될 수 있는 구성을 갖는 것이 바람직하지만, 반사된 광은 광학 소자를 통한 전송없이 분광계에 의해 검출되어, 스펙트럼 반사의 전체 공기 투과 적외선 파장 범위를 측정 빔에 생성한다. 도5는 이러한 실시예를 도시한다.

UV 거울의 홀(513)의 도움으로, IR 광(527)은 UV 거울 위의 분광계(503)의 측정 창 상으로 방해받지 않고 통과할 수 있다. 한편으로, 홀의 크기는 부품 표면상의 래커 필름에 의해 반사된 광선이 적어도 분광계 스캔의 시간 간격 동안 분광계의 측정 창를 마주치는 방식으로 선택되어야 한다. 이러한 목적을 위해, 여러 홀, 간극 또는 슬릿이 거울에 사용될 수 있다. 다른 한편으로, UV 거울이 표면의 이 영역에서 효과적이지 않고 따라서 소스로부터 국소적으로 적은 UV 광(521)이 부품의 래커 필름상에 떨어지기 때문에, 홀은 가능한 한 작아야 한다.

하나의 홀 대신에 특정 거리(간극)에 배치된 적어도 두 개의 세그먼트로 구성되는 UV 거울에 의해, 구멍과 관련된 노출의 불균일성을 제거할 수 있다. 간극 구멍을 통한 UV 광의 손실은 적절한, 상이한 경사, 크기 및 거울 조각(631, 632)의 수에 의해 크게 제거될 수 있을 뿐만 아니라, 최적화된 배치는 부품상의 UV 조도가 증가하여, 편평하고 연속적인 UV 거울의 값을 초과하게도 할 수 있다. 역반사된 광선의 통과를 위한 구멍은 부품 표면상에서 경화될 래커 필름상의 실질적인 UV 광 손실없이 가능한 한 많은 반사된 적외선 광(627)을 검출할 수 있도록 유지될 수 있다. 이는 분광계(603)의 입력 창에, 더 많은 IR 광이 인가되도록 하고, 양생 공정을 감시하기 위한 스펙트럼의 신호 품질을 개선한다. UV 거울의 이러한 분할은 바람직하게는 UV 거울의 중앙에서 만들어지지 않아야 하는데, 그 이유는 한편으로는 가장 높은 UV 조도가 이 영역에서 떨어져서, 간극에 의해 야기된 UV 광의 손실이 가장 커지고; 다른 한편으로는 중앙 분할과 대조적으로, 상부 영역의 도6 및 거울의 하부의 도7에 도시된 바와 같이, 부품에 의해 반사된 광에 대한 구멍 각도가 비-중앙 분할에 의해 증가할 수 있기 때문이다. 이 방식으로, 측정 신호는 증가할 수 있지만, 동시에 UV 광의 손실을 최소화한다.

그러나, 연속적인 거울 소자에 관해 측 방향으로 오프셋된 분광계의 배치는 도6 및 도7에 기재된 바와 같은 배치에 비해 측정에 대해 상당히 낮은 조도 수율을 가질 것이다.

특히 바람직한 실시예에 따르면, 경화 광은 분할된 거울(831 및 832)을 거쳐 기판(841) 상으로 향하고, 경화 광은 거울은 방사선 소스의 원래 방향을 따르는 투영시 연속적으로 나타나지만, 기판에 의해 반사된 방사선을 따르는 투영시 구멍으로 나타나며, 따라서 기판으로부터 반사된 방사선의 일부는 도8에서 알 수 있듯이, 검출기(803)까지 아무런 방해를 받지 않고 나아간다.

특히 바람직한 실시예는 도9에 도시되어 있는데, 적어도 하나 또는 그 이상의 거울(931, 932, 933)이 방사선 소스의 메인 광축과 거울의 반사 표면의 법선(normal) 사이에 규정된 각도(α1, α1,...αn)로 기울어질 수 있으며, 각도 범위는 0<α1, α1,...αn<90°이어야 하고 각도(α1, α1,...αn)는 동일할 필요는 없다.

UV 소스의 반사된 광을 감시함으로써, 래커 필름의 양생 상태가 제자리에서,즉 공정 도중에, 접촉 없이, 부품상에 기록될 수 있으며, 따라서 달성될 원하는 래커 속성의 온라인 제어가 공정 흐름 동안에 발생한다. 이것은 부품상의 UV-양생가능한 래커 필름에 대한 제조 공정에 적용시 여러 장점을 갖는다.

이러한 감시에 의해, 단지 고정된 시간이지만, 완전하게 양생될 래커 필름에 대해 순서대로 실제 부품에 대해 효과적으로 요구되는 최소 시간 동안 노출할 필요가 더 이상 없기 때문에 생산성이 증가할 수 있다. 이러한 방식으로, 잠재적으로 너무 짧은 노출을 피할 수 있고, 따라서 너무 짧은 노출 시간이 편향된 데이터(deviating data)를 기반으로 선택되는 경우의 품질 문제를 피할 수 있다. 게다가, 노출의 균일성(uniformity)은 달성될 반사 스펙트럼의 특정한, 미리결정된 스펙트럼 변화에 대한 감시의 도움으로 노출 공정을 제어함으로써 증가할 수 있다. 가능한 가장 높은 균질성(homogeneity)은 부품의 일정한 속성 및 품질을 일관되게 보장하기 위한, 모든 대량 생산 공정의 목표이다.

창의적인 공정 감시 장치의 추가 개선점은 측정 신호가 항상, 즉 각도에 무관하게, 분광계에 도달한다는 사실에 있다.

본 발명에 따르는 인-시튜 공정 감시 장치는 따라서 적어도 하나의 방사선 소스, 적어도 하나의 신호 소스, 및 양생가능한 래커로 코팅된 부품의 양생 상태를 측정하기 위한 적어도 하나의 분광계를 포함하고, 측정은 분광계를 거쳐 무접촉(contact-less) 방식으로 발생할 수 있고, 측정을 위한 적어도 하나의 신호 소스는 래커 양생을 위해 사용되는 적어도 하나의 방사선 소스와 동일하다.

인-시튜 공정 감시 장치는 적어도 하나의, 바람직하게는 복수의 색선별 거울을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르는 인-시튜 공정 감시 장치에서, 적어도 하나의 거울은 방사선 소스의 메인 광축과 거울의 반사 표면의 법선(normal) 사이에 규정된 각도(α1, α1,...αn)로 기울어질 수 있으며, 각도 범위는 0<α1, α1,...αn<90°이어야 하고 각도(α1, α1,...αn)는 동일할 필요는 없다는 것을 특징으로 한다.

인-시튜 공정 감시 장치는 결과적인 거울 표면이 방사선 소스의 원래 방향을 따라 연속적으로 나타나도록 하지만, 기판에 의해 반사된 방사선을 따르는 투영시 분광계까지 반사된 방사선에 대해 적어도 부분적으로 방해물이 되지 않는 서로로부터의 간격만큼 분리된 분할 거울을 포함할 수도 있다.

본 발명에 따르는 인-시튜 공정 감시 장치는 양생 공정뿐만 아니라 양생 공정 측정 모두에 대해 필요한 파장 범위의 방사선을 방출하는 방사선 소스로서 하나 이상의 램프를 포함할 수 있다.

인-시튜 공정 감시 장치는 방사선 소스로서 금속 할라이드(halide) 램프를 포함할 수도 있다.

인-시튜 공정 감시 장치는 방사선 소스로서 할로겐 램프를 포함할 수도 있다.

인-시튜 공정 감시 장치는, 양생 구역을 지나 선형으로 이동하는, 양생가능한 래커로 코팅된 부품에 대해 사용될 수 있다.

인-시튜 공정 감시 장치는 측정 공정을 트리거하기 위한 트리거 유닛 및 부품의 위치를 측정하기 위한 위치 센서를 포함할 수도 있다.

부품상의 래커 양생 공정에 대한 인-시튜 공정 감시 방법은 하나 이상의 전술된 실시예에 따라 본 발명에 따르는 공정 감시 장치를 사용할 수 있다.

전술된 바와 같은 인-시튜 공정 감시 방법은 코팅된 부품상의 양생가능한 래커로서 UV-양생가능한 래커를 사용할 수 있다.

101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901 : UV 소스(신호 소스, 방사선 소스)
103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903 : 스펙트럼 분석 광 센서 유닛
105, 205, 305, 405, 505, 605, 705 : 반사 감시 시스템
107, 207 : 부품 움직임 드라이브
307, 407, 507, 607, 707 : 각도 위치 센서
209, 309 : 스펙트럼 스캔을 위한 트리거
409 : 게이팅 모드 트리거
509, 609, 709 : 트리거 신호
411, 511, 631, 632, 731, 732, 831, 832, 931, 932, 933 : 색선별 거울(들)
413 : IR 덤프(dump)
421 : UV 광
423 : 반사된 가시 광 +IR 광
425, 525 : 전송된 광(가시광+NIR 광; 400....3000nm)
427 : 측정 신호(가시광+NIR 광; 400....3000nm)
527, 627, 727 : 측정 신호(UV 광 + 가시광 +IR 광; 250....50000nm)
841, 941 : 양생가능한 코팅으로 코팅된 부품

Claims

적어도 하나의 방사선 소스,
적어도 하나의 신호 소스, 및
양생가능한 래커로 코팅된 부품의 양생 상태를 측정하기 위한 적어도 하나의 분광계를 포함하고,
측정은 분광계를 거친 접촉 없이 이뤄질 수 있고, 측정을 위한 적어도 하나의 신호 소스는 래커를 양생하는데 사용될 수 있는 적어도 하나의 방사선 소스와 동일한 것을 특징으로 하는 인-시튜 공정 감시 장치.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 색선별 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 인-시튜 공정 감시 장치.
제2항에 있어서,
사용되는 적어도 하나의 거울은 방사선 소스의 메인 광축과 거울의 방사 표면의 법선 사이에 규정된 각도(α1, α1,...αn)로 경사지고,
각도 범위는 0< α1, α1,...αn <90°이고, 각도(α1, α1,...αn)는 동일할 필요가 없는 것을 특징으로 하는 인-시튜 공정 감시 장치.
제1항 내지 제4항 중 적어도 한 항에 있어서,
사용되는 거울은 하나 이상의 홀(hole), 하나 이상의 간극, 하나 이상의 슬릿 또는 하나 이상의 간극 및/또는 하나 이상의 슬릿 및/또는 하마 이상의 홀의 조합을 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 인-시튜 공정 감시 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
분할된 거울은 서로 거리를 두고 분리되고,
결과적인 거울 표면은 방사선 소스의 원래 방향을 따라 연속적으로 나타나지만, 기판에 의해 반사된 방사선을 따르는 투영시 분광계까지 반사된 방사선에 대해 적어도 부분적으로 방해물이 되지 않는 것을 특징으로 하는 인-시튜 공정 감시 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
양생 공정뿐만 아니라 양생 공정 측정 모두에 대해 필요한 파장 범위로 방사선을 방출하는 방사선 소스로서 하나 이상의 램프를 포함하는 인-시튜 공정 감시 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
방사선 소스로서 금속 할라이드 램프를 포함하는 인-시튜 공정 감시 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
방사선 소스로서 할로겐 램프를 포함하는 인-시튜 공정 감시 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
양생가능한 래커로 코팅된 부품은 양생 구역을 지나 선형으로 이동할 수 있는 인-시튜 공정 감시 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
양생가능한 래커로 코팅된 부품은 양생 구역을 지나 회전하여 이동할 수 있는 인-시튜 공정 감시 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
측정 공정을 트리거하기 위한 트리거 유닛 및 부품의 위치를 측정하기 위한 위치 센서를 포함하는 인-시튜 공정 감시 장치.
제1항 내지 제11항 중 하나 이상의 항에 따르는 공정 감시 장치를 사용하는, 부품상의 래커 양생 공정을 위한 인-시튜 공정 감시 방법.
제12항에 있어서,
코팅된 부품상의 양생가능한 래커로서 UV-양생가능한 래커를 사용하는 인-시튜 공정 감시 방법.