Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Oberflachenbeschichtung Method and device for producing a surface coating
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer Oberflachenbeschichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10.The invention relates to a method and a device for producing a surface coating according to the preamble of claim 1 and claim 10.
Oberflächenbeschichtungssysteme, welche einen durch energiereiche elektromagnetische Strahlung zu einer Aushärtung bzw. Vernetzung aktivierbaren Bestandteil enthalten, sind seit langem bekannt und im praktischen Einsatz. Hierzu zählen insbesondere mittels ultravioletten Lichtes (UV) aktivier- bzw. vernetzbare Druckfarben oder UV-härtbare Möbellacke. Erhebliche technische Bedeutung hat auch der Einsatz von mit UV-Strahlung oder Röntgenstrahlen härtbaren Fotolacken für die Strukturerzeugung bei hochintegrierten Halbleiterschaltungen gewonnen.Surface coating systems which contain a component which can be activated by high-energy electromagnetic radiation for curing or crosslinking have been known for a long time and are in practical use. These include, in particular, printing inks that can be activated or crosslinked or UV-curable furniture varnishes using ultraviolet light (UV). The use of photoresists that can be hardened with UV radiation or X-rays for the structure generation in highly integrated semiconductor circuits has also gained considerable technical importance.
Druckfarben- bzw. Lacksysteme dieser Art sind, um ein leichtes Aufbringen auf den Träger zu ermöglichen und Oberflächendefekte beim Aufbringen weitestgehend zu vermeiden, normalerweise relativ niedrigviskose Lösungsmittelsysteme. Unter Umweltschutzaspekten strebt man hier verstärkt den Einsatz von Systemen auf Wasserbasis, d. h. mit einem möglichst großen Wasseranteil imPrinting ink systems of this type are normally relatively low-viscosity solvent systems in order to enable easy application to the substrate and to largely avoid surface defects during application. From an environmental point of view, efforts are increasingly being made to use water-based systems, i. H. with the largest possible proportion of water in the
Lösungsmittelsystem, an. Bei diesen Systemen muß vor oder nahezu zeitgleich mit der Aktivierung der aushärt- bzw. vernetzbaren Komponente das Lösungsmittel - bei modernen Systemen also
ein relativ großer Wasseranteil - aus der aufgebrachten Schicht entfernt werden.Solvent system. In these systems, the solvent must be present before or almost simultaneously with the activation of the hardenable or crosslinkable component - in modern systems a relatively large proportion of water - be removed from the applied layer.
Bei UV-aktivierbaren bzw. UV-härtbaren Systemen kann bekannter- maßen durch Einsatz einer breitbandigen Strahlungsquelle, die neben der UV-Strahlung auch bis in den Infrarotbereich hinein emittiert, zugleich eine Erwärmung der aufgetragenen Schicht zum Abdampfen des Lösungsmittels erfolgen. Derartige Lampen sind jedoch wegen ihrer Breitbandigkeit für hochspezifische Systeme, bei denen es auf die Bereitstellung spezifischer Spektralanteile ankommt, nur bedingt geeignet. Zudem arbeiten sie wenig energieeffizient.In the case of UV-activatable or UV-curable systems, it is known that, by using a broadband radiation source which, in addition to UV radiation, also emits into the infrared range, the applied layer can be heated to evaporate the solvent. However, because of their broadband nature, such lamps are only of limited suitability for highly specific systems in which the provision of specific spectral components is important. In addition, they are not very energy efficient.
Für den Einsatz von UV- oder röntgenstrahl-härtbaren Struktu- rierungssystemen in der Halbleiterindustrie ist eine zusätzliche Erwärmung des Trägers, also speziell eines Halbleiterwa- fers, über eine Heizplatte bekannt. Hierbei können jedoch Probleme dahingehend entstehen, daß sich das in vorangehenden Schritten mit hoher Präzision erzeugte Dotierungsprofil 'im Halbleiterwafer in unerwünschter Weise ändert oder andere unerwünschte thermische Effekte im Wafer ablaufen.For the use of UV or X-ray-curable structuring systems in the semiconductor industry, additional heating of the carrier, that is to say especially of a semiconductor wafer, via a heating plate is known. However, problems can arise here in that the doping profile generated in the preceding steps with high precision changes undesirably in the semiconductor wafer or other undesirable thermal effects occur in the wafer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung der gat- tungsgemäßen Art bereitzustellen, die insbesondere optimal auf spezielle Anforderungen moderner Beschichtungssysteme angepaßt werden können und mit verbesserter Energieökonomie arbeiten.The invention is therefore based on the object of providing an improved method and a corresponding device of the generic type which can in particular be optimally adapted to special requirements of modern coating systems and work with improved energy economy.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich ihres . Verfahrensaspektes durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspektes durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.This task is done with regard to their. Method aspect solved by a method with the features of claim 1 and in terms of their device aspect by a device with the features of claim 10.
Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, die Strahlungsaktivierung bzw. -Vernetzung eines durch kurzwellige
elektromagnetische Strahlung zu bearbeitenden Beschichtungssys- tems einerseits und die Abdampfung von Lösungsmittelanteilen der aufgebrachten Schicht andererseits mit zwei getrennten Bestrahlungseinrichtungen zu bewerkstelligen.The invention includes the basic idea that radiation activation or cross-linking by short-wave coating systems to be processed on the one hand and electromagnetic evaporation of solvent components of the applied layer on the other hand with two separate irradiation devices.
Hierdurch kann man für jede der bestehenden Teilaufgaben eine Strahlungsquelle mit optimalem Emissionsspektrum wählen und die Erzeugung und Einwirkung von Anteilen des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung vermeiden-, die für keinen der beiden Prozesse benötigt werden. Hierdurch wiederum werden mögliche schädliche Auswirkungen solcher Strahlungsanteile auf den Ge- samtprozeß weitestgehend unterbunden. Zudem wird grundsätzlich die Energieeffizienz des Verfahrens erhöht.As a result, a radiation source with an optimal emission spectrum can be selected for each of the existing subtasks and the generation and action of parts of the spectrum of the electromagnetic radiation that are not required for either process can be avoided. This in turn largely prevents possible harmful effects of such radiation components on the overall process. In addition, the energy efficiency of the process is fundamentally increased.
Weiterhin schließt die Erfindung den Gedanken ein, zur Entfernung der Lösungsmittelkomponente - insbesondere von Wasser oder einer Mischung aus Wasser und organischen Lösungsmitteln bei wässrigen Systemen - Strahlung im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm, zu nutzen. Diese auch als "NIR-Strahlung" bezeichnete Komponente des Spektrums elektromagnetischer Wellen wird durch solche Systeme besonders gut absorbiert, und ihr Einsatz hat daher einen besonders hohen energetischen Wirkungsgrad des Gesamtverfahrens zur Folge.The invention further includes the idea of removing radiation in the near infrared range, in particular in the wavelength range between 0.8 μm and 1.5 μm, for removing the solvent component - in particular water or a mixture of water and organic solvents in aqueous systems use. This component of the spectrum of electromagnetic waves, also referred to as "NIR radiation", is particularly well absorbed by such systems, and their use therefore results in a particularly high energy efficiency of the overall process.
In einer ersten bevorzugten Verfahrensführung wird - in an sich bekannter Weise - als kurzwellige elektromagnetische Strahlung UV-Strahlung eingesetzt, deren Spektrum in geeigneter Weise auf die Aktivierungs- bzw. Vernetzungscharakteristika des Beschich- tungssystems abgestimmt ist. In Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden System können hier Quecksilberdampflampen oder im UV- Bereich arbeitende Laser, beispielsweise Excimerlaser, genutzt werden.
In einer anderen wichtigen Ausführung werden als Quelle kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung Röntgen- oder Gamma- strahler eingesetzt, beispielsweise zur Resisthärtung in der Halbleitertechnologie .In a first preferred method, UV radiation is used as short-wave electromagnetic radiation in a manner known per se, the spectrum of which is suitably matched to the activation or crosslinking characteristics of the coating system. Depending on the system to be processed, mercury vapor lamps or lasers operating in the UV range, for example excimer lasers, can be used here. In another important embodiment, X-ray or gamma emitters are used as the source of short-wave electromagnetic radiation, for example for resist hardening in semiconductor technology.
Zur Realisierung möglichst kurzer Prozeßdauern, die insbesondere bei thermisch empfindlichen Substraten vorteilhaft sind, weist die längerwellige Strahlung auf der Oberfläche des aufgetragenen Schichtsystems bevorzugt -eine Leistungsdichte von über 300 kW/m2, speziell von über 500 kW/m2 und für spezielle Anwendungen auch über 700 kW/m2, auf. Hierdurch werden Trocknungszeiten der Beschichtung von unter 10 s, speziell von 5 s oder weniger und in ausgewählten Systemen sbgar von 3 s oder weniger, möglich. Bei derart kurzen Einwirkungszeiten der länger- welligen elektromagnetischen Strahlung tritt keine wesentliche Wärmeleitung in die Tiefe des Trägers auf, so daß dieser relativ kalt bleibt.In order to achieve the shortest possible process times, which are particularly advantageous with thermally sensitive substrates, the longer-wave radiation on the surface of the applied layer system preferably has a power density of more than 300 kW / m 2 , especially more than 500 kW / m 2 and also for special applications over 700 kW / m 2 . This enables drying times of the coating of less than 10 s, especially 5 s or less and in selected systems even 3 s or less. With such short exposure times of the longer-wave electromagnetic radiation, there is no significant heat conduction into the depth of the carrier, so that the carrier remains relatively cold.
Bei dem im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Beschich- tungsmaterial handelt es sich insbesondere um eines der unterThe coating material used in the method according to the invention is in particular one of the under
Umweltschutzgesichtspunkten bevorzugten wässrigen Systeme, also eine wässrige Lösung oder Dispersion, deren Lösungsmittelanteile - insbesondere Wasseranteile - durch die NIR-Strahlung in kurzer Zeit im wesentlichen vollständig verdampft werden. Durch geeignete Wahl der Leistungsdichte und Behandlungsdauer läßt sich im Bedarfsfall eine bestimmte Restfeuchte der Schicht für den Behandlungsschritt mit der kurzwelligen Strahlung einstellen. Bei wirtschaftlich besonders bedeutsamen Anwendungen handelt es sich bei den erwähnten Systemen um Flüssiglack oder ei- ne Druckfarbe mit einer UV-härtbaren bzw. vernetzenden Bindemittelkomponente. In der oben bereits erwähnten Anwendung bei der Herstellung hochintegrierter Schaltkreise handelt es sich um einen UV-, röntgen- oder γ-aktivierbaren Strukturierungs- Resist.
Die erwähnten besonderen Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens und der Vorrichtung bei T-sensitiven Materialien kommen beispielsweise bei der Herstellung von Druckerzeugnissen - insbesondere auf Papier, aber auch auf textilen Trägern - , bei der Herstellung veredelter Papierprodukte durch Kaschieren oder Lackbeschichtung oder bei der Holz- oder Kunststofflackierung, insbesondere in der Möbelproduktion oder der Fertigung von Haushaltsartikeln oder Kfz-Innenausstattungen o. ä., vorteilhaft zur Wirkung.From an environmental point of view, preferred aqueous systems, that is to say an aqueous solution or dispersion, the solvent components - in particular water components - of which are essentially completely evaporated in a short time by the NIR radiation. Through a suitable choice of the power density and duration of treatment, a certain residual moisture of the layer for the treatment step with the short-wave radiation can be set if necessary. In economically particularly important applications, the systems mentioned are liquid lacquer or a printing ink with a UV-curable or crosslinking binder component. The above-mentioned application for the production of highly integrated circuits is a structuring resist that can be UV, X-ray or γ activated. The mentioned special advantages of the proposed method and the device for T-sensitive materials come, for example, in the production of printed products - in particular on paper, but also on textile substrates -, in the production of refined paper products by lamination or lacquer coating or in wood or plastic lacquering , in particular in furniture production or the manufacture of household items or vehicle interiors or the like, has an advantageous effect.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lassen sich bekannte Schichtsysteme in Schichtstärken behandeln, die für den jeweiligen Anwendungsfall optimal sind. Es handelt sich hierbei insbesondere um Schichtdicken zwischen 1 μm und 500 mm, wobei größere Werte eher für die Lackbeschichtung von Gebrauchsgütern (z. B.' Möbeln) eingesetzt werden, während Werte im unteren Bereich, insbesondere zwischen 2 μm und 50 μm, für Druckfarben und temporäre Abdeckschichten, beispielsweise in der Halbleitertechnologie, gelten.With the proposed method, known layer systems can be treated in layer thicknesses that are optimal for the respective application. This is in particular layer thicknesses of between 1 micron and 500 mm, with larger values more (eg. B. 'furniture) for the lacquer coating of durable goods are used, while values in the lower region, in particular between 2 .mu.m and 50 .mu.m, for printing inks and temporary cover layers, for example in semiconductor technology, apply.
Die oben erwähnten besonderen Verfahrensaspekte finden ihren Niederschlag auch in speziellen Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Vorrichtung, so daß hierauf nicht in allen Einzelheiten nochmals eingegangen wird. Auf eine Reihe besonderer Vorrich- tungsmerkmale soll aber nachfolgend hingewiesen werden:The above-mentioned special method aspects are also reflected in special configurations of the proposed device, so that it will not be discussed in detail again. A number of special device features should be pointed out below:
Die Bestrahlungseinr.ichtung zur Erzeugung von NIR-Strahlung umfaßt in einer vorteilhaften Ausführung mindestens eine, bevorzugt aber mehrere Halogenlampe (n) , die insbesondere mit einer Strahlertemperatur von über 2500 K, bevorzugt über 2900 K, betrieben werden. Für die Mehrzahl der praktisch relevanten Anwendungen sind hierbei langgestreckt röhrenförmige Halogenlampen von an sich bekannter Bauart besonders geeignet, weil sich mit ihnen ein relativ breiter - und durch Reihung mehrerer Lam- pen parallel nebeneinander auch leicht ein langer - Bestrah-
lungsbereich mit hinreichend homogener Leistungsdichteverteilung erzeugen läßt. Für spezielle Anwendungen, beispielsweise für Träger kleiner Abmessungen und/oder mit im wesentlichen kreisförmiger Gestalt - kann aber auch der Einsatz einer nähe- rungsweise als Funkstrahler ausgebildeten Halogenlampe sinnvoll sein.In an advantageous embodiment, the irradiation device for generating NIR radiation comprises at least one, but preferably a plurality of halogen lamps, which are operated in particular at a lamp temperature of over 2500 K, preferably over 2900 K. Elongated tubular halogen lamps of a type known per se are particularly suitable for the majority of the practically relevant applications, because with them a relatively wide - and by arranging several lamps in parallel next to each other also slightly longer - irradiation. can be generated with a sufficiently homogeneous power density distribution. For special applications, for example for carriers of small dimensions and / or with an essentially circular shape - the use of a halogen lamp designed approximately as a radio emitter can also be useful.
Der NIR-Strahlungsquelle - also insbesondere der Halogenlampe oder den Halogenlampen - sind bevorzugt jeweils Reflektoren zur Konzentrierung bzw. Fokussierung der Strahlung auf den Träger des zu behandelnden Beschichtungssystems zugeordnet. Der Reflektor -oder die Reflektoren haben je nach gewünschter Gestalt der Strahlungszone einen teil-elliptischen,' teil-parabolischen oder im wesentlichen W-förmigen Querschnitt. Eine kostengünsti- ge Herstellung der vorgeschlagenen Vorrichtung in dieser Ausführung wird mit Reflektoren möglich, die mehrere entsprechend ausgebildete Reflexionsflächen für jeweils eine Halogenlampe haben, in die also mehrere Halogenlampen eingesetzt werden.The NIR radiation source - in particular the halogen lamp or halogen lamps - is preferably assigned reflectors for concentrating or focusing the radiation on the support of the coating system to be treated. Depending on the desired shape of the radiation zone, the reflector or the reflectors have a partially elliptical, partially parabolic or essentially W-shaped cross section. Inexpensive manufacture of the proposed device in this embodiment is possible with reflectors which have a plurality of appropriately designed reflection surfaces for one halogen lamp each, in which several halogen lamps are therefore inserted.
Um einen zuverlässigen Betrieb der Vorrichtung über eine lange Einsatzdauer zu ermöglichen und unerwünschte Verschiebungen des Strahlungsspektrums zu größeren Wellenlängen hin zu vermeiden, werden die Reflektoren bevorzugt aktiv gekühlt. Dies geschieht in besonders einfacher Weise über eingearbeitete Fluidströ- mungskanäle und eine angeschlossene Wasserkühlung.In order to enable reliable operation of the device over a long period of use and to avoid undesired shifts in the radiation spectrum towards longer wavelengths, the reflectors are preferably actively cooled. This is done in a particularly simple manner by means of integrated fluid flow channels and a connected water cooling.
Eine weitere Erhöhung der Energieökonomie des Verfahrens wird durch den Einsatz von Seiten- oder Gegenreflektoren möglich, wobei letztere insbesondere bei transparenten oder semi-trans- parenten Beschichtssystemen und Trägern vorteilhaft sein können. Die Anordnung der Strahlungsquelle mit den zugeordneten Reflektoren (auch als Hauptreflektoren zu bezeichnen) sowie der Seiten- bzw. Gegenreflektoren ist bevorzugt derart, daß sich ein im wesentlichen geschlossener Strahlungsraum ausbildet, in dem nahezu keine Strahlungsverluste auftreten.
Sofern die Art des eingesetzten Strahlers für die kurzwellige bzw. energiereiche Strahlung dies als vorteilhaft erscheinen läßt, sind auch diesen Strahlern Mittel zur optischen Strahl- formung zugeordnet. Bei herkömmlichen UV-Strahlern handelt es sich hierbei insbesondere ebenfalls um Reflektoren. Bei geeigneter Ausbildung der Gesamtanlage können für bestimmte Anwendungen die dem NIR-Strahler oder den NIR-Strahlern zugeordneten Reflektoren zugleich als Reflektoren für die UV-Strahlung die- nen . Sofern als UV-Strahlungsquelle ein Laser eingesetzt wird, kann im Gegensatz hierzu eine Strahlaufweitung (mittels eines an sich bekannten Systems) sinnvoll sein.A further increase in the energy economy of the method is possible by using side or counter reflectors, the latter being particularly advantageous in the case of transparent or semi-transparent coating systems and supports. The arrangement of the radiation source with the assigned reflectors (also referred to as main reflectors) and the side or counter reflectors is preferably such that an essentially closed radiation space is formed in which almost no radiation losses occur. If the type of radiator used for the short-wave or high-energy radiation makes this appear advantageous, means for optical beam shaping are also assigned to these radiators. Conventional UV lamps are in particular also reflectors. With a suitable design of the overall system, the reflectors assigned to the NIR emitter or the NIR emitters can also serve as reflectors for the UV radiation for certain applications. In contrast, if a laser is used as the UV radiation source, a beam expansion (using a system known per se) can be useful.
Bei der Bestrahlung kleinerer Objekte ist die Anlage in beson- ders einfacher Weise derart auszubilden, daß der Träger mit dem Beschichtungssystem insgesamt in einer durch den oder die Strahler für die langwellige Strahlung erzeugten Strahlungszone liegt und kurzzeitig in einer Art "Flash"-Prozeß bestrahlt wird. Dies wäre beispielsweise in der Halbleitertechnologie praktikabel.When irradiating smaller objects, the system can be designed in a particularly simple manner in such a way that the carrier with the coating system as a whole lies in a radiation zone generated by the radiator (s) for the long-wave radiation and is briefly irradiated in a kind of "flash" process , This would be practical, for example, in semiconductor technology.
Für größere und insbesondere für quasi-endlose Träger, insbesondere Möbelplatten oder Papierbahnen in einem Druckprozeß, durchläuft der Träger des Beschichtungssystems hingegen eine feststehende Bestrahlungseinrichtung, die eine Bestrahlungszone mit vorgegebener Kontur erzeugt, oder die Bestrahlungseinrichtung wird über den Träger hinweggefahren. Es versteht sich, daß bei dieser Ausbildung des Verfahrens und der Vorrichtung der Träger oder die Bestrahlungseinrichtung einen, insbesondere auf eine exakte Vorschubgeschwindigkeit einstellbaren, Antrieb hat.For larger and in particular for quasi-endless carriers, in particular furniture panels or paper webs in a printing process, the carrier of the coating system, on the other hand, passes through a fixed irradiation device which creates an irradiation zone with a predetermined contour, or the irradiation device is moved over the carrier. It goes without saying that in this embodiment of the method and the device, the carrier or the irradiation device has a drive, which can be adjusted in particular to an exact feed rate.
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfaßt vorzugsweise mindestens einen Meßfühler zur Erfassung einer für den Vorgang der Entfernung des Lösungsmittels aus der Beschichtung relevanten physi- kaiischen Größe der Beschichtung, insbesondere einen beruh-
rungslos arbeitenden Temperaturfühler (speziell ein Pyrometerelement) und/oder einen Feuchtesensor und/oder eine optische Meßeinrichtung zur Erfassung des Reflexions- oder Absorptionsvermögens der Beschichtung.The proposed device preferably comprises at least one measuring sensor for detecting a physical size of the coating which is relevant for the process of removing the solvent from the coating, in particular a based smoothly working temperature sensor (especially a pyrometer element) and / or a moisture sensor and / or an optical measuring device for detecting the reflectivity or absorption capacity of the coating.
Anhand der Meßsignale dieses Meßfühlers oder dieser Meßfühler kann die längerwellige Strahlungsquelle mittels einer geeigneten Bestrahlungssteuereinrichtung "manuell" gesteuert werden. Hierbei können insbesondere die Betriebsspannung einer Halogen- lampe als NIR-Strahler und/oder der Abstand zwischen Strahler und Beschichtungssystem gesteuert werden.Using the measurement signals from this sensor or these sensors, the longer-wave radiation source can be controlled "manually" by means of a suitable radiation control device. In particular, the operating voltage of a halogen lamp as an NIR emitter and / or the distance between the emitter and the coating system can be controlled.
In einer weiter bevorzugten Ausführung ist die Bestrahlungssteuereinrichtung eingangsseitig mit dem Meßfühler bzw. -den Meßfühlern verbunden und enthält' eine Regeleinrichtung für einen Betrieb der Vorrichtung in einer geschlossenen Regelschleife.In a further preferred embodiment, the irradiation controller input is connected to the sensor or sensors and -the 'includes a control device for operation of the device in a closed control loop.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:Advantages and advantages of the invention result from the subclaims and the following description of two preferred exemplary embodiments with reference to the figures. Of these show:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer Anla- ge zur Bearbeitung einer mit einem UV-härtendenFig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a system for processing a with a UV-curing
Druckfarbensystem bedruckten Papierbahn undInk system printed paper web and
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Re- sistbehandlung auf Halbleiterwafern im Rahmen eines IC-Herstellungsverfahren.2 shows a sectional illustration of a device for resist treatment on semiconductor wafers in the context of an IC production process.
Fig. 1 zeigt eine Druckfarbentrocknungs- und - vernetzungsstrecke 100 zur Trocknung einer schnell durchlaufenden, mit Aufdrucken 101 aus einer UV-härtbaren Druckfarbe ver- sehenen Papierbahn 103. Die Aufdrucke 101 liegen beim Passieren
der Drucktarbentrocknungs- und -Vernetzungsstrecke 100 als flüssige, insbesondere wässrige, Schicht mit einer UV- vernetzbaren Bindemittelkomponente vor. Sie können - wie in der Figur dargestellt - lokalisiert sein, es kann sich aber auch um eine die gesamte Oberfläche der Papierbahn 103 bedeckende Farboder Lackschicht handeln. Die Papierbahn 103 wird durch Transportwalzen unter der Drucktarbentrocknungs- und - vernetzungsstrecke 100 durch Transportwalzen 105 hindurchtransportiert. Die Trocknungs- und -vernetzungsstrecke 100 umfaßt zwei Grundkomponenten, nämlich ein NIR-Trocknungsmodul 107 mit einer Trocknungssteuereinheit 109 und ein UV-Vernetzungsmodul 111.1 shows a printing ink drying and crosslinking path 100 for drying a fast-running paper web 103 provided with prints 101 made from a UV-curable printing ink. The prints 101 lie on passing the printing ink drying and crosslinking section 100 as a liquid, in particular aqueous, layer with a UV-crosslinkable binder component. As shown in the figure, they can be localized, but it can also be a layer of paint or lacquer covering the entire surface of paper web 103. The paper web 103 is transported by transport rollers under the printing ink drying and crosslinking line 100 through transport rollers 105. The drying and crosslinking section 100 comprises two basic components, namely an NIR drying module 107 with a drying control unit 109 and a UV crosslinking module 111.
Das NIR-Trocknungsmodul 107 besteht aus einem einstückigen mas- siven AI-Reflektor 113 mit vier innenseitig polierten, im Querschnitt annähernd W-förmigen Reflektorabschnitten 113a und vier Halogen-Glühfadenlampen 115, die jeweils im Zentrum eine's Reflektorabschnittes 113a sitzen, und ist über Kühlwasserleitungen 117 mit einer externen Kühleinrichtung verbunden. Ein Pyro- meterelement 119, welches in den Reflektorblock 113 eingelassen und mit einem Meßsignaleingang der Trocknungssteuereinheit 109 verbunden ist, erfaßt die Oberflächentemperatur der Papierbahn 103 bzw. der Aufdrucke 101 in der durch den Reflektor 113 im Zusammenwirken mit den Halogenlampen 115 festgelegten Trock- nungs-Bestrahlungszone.The NIR drying module 107 consists of a one-piece solid Al reflector 113 with four internally polished reflector sections 113a with an approximately W-shaped cross section and four halogen filament lamps 115, each located in the center of a reflector section 113a, and is via cooling water pipes 117 connected to an external cooling device. A pyrometer element 119, which is embedded in the reflector block 113 and is connected to a measurement signal input of the drying control unit 109, detects the surface temperature of the paper web 103 or the imprints 101 in the drying method defined by the reflector 113 in cooperation with the halogen lamps 115. irradiation zone.
In Abhängigkeit von .den Meßsignalen des Pyrometerelementes 119 wird die Betriebsspannung der Halogenlampen 115 derart gesteuert, daß die Oberflächentemperatur auf der Papierbahn 103 mit hoher Genauigkeit konstant gehalten wird.The operating voltage of the halogen lamps 115 is controlled as a function of the measurement signals of the pyrometer element 119 in such a way that the surface temperature on the paper web 103 is kept constant with high accuracy.
Das UV-Vernetzungsmodul 111 als zweite Komponente der Trocknungs- und Vernetzungsstrecke 100 umfaßt einen zweiten AI- Reflektor 121 mit zwei Reflektorabschnitten 121a mit paraboli-
schem Querschnitt, in denen jeweils eine Quecksilberdampflampe 123 als UV-Strahlungsquelle sitzt.The UV crosslinking module 111 as the second component of the drying and crosslinking section 100 comprises a second Al reflector 121 with two reflector sections 121a with parabolic schematic cross section, in each of which a mercury vapor lamp 123 is seated as a UV radiation source.
In der mit dem Pfeil bezeichneten Förderrichtung der Papierbahn durchlaufen die frisch aufgebrachten Aufdrucke 101 zuerst dieIn the direction of conveyance of the paper web indicated by the arrow, the freshly applied prints 101 first pass through the
Trocknungszone unter dem NIR-Trocknungsmodul 107, wo im wesentlichen sämtliche Lösungsmittelkomponenten abgedampft werden, und anschließend die Vernetzungs-Bestrahlungszone unter dem UV- Vernetzungsmodul 111, wo die Vernetzung der zurückgebliebenen Bindemittelkomponente erfolgt.Drying zone under the NIR drying module 107, where essentially all of the solvent components are evaporated, and then the crosslinking irradiation zone under the UV crosslinking module 111, where the remaining binder component is crosslinked.
Fig. 2 zeigt eine Resisttrocknungs- und -härtungsvorrichtung 200 zum Einsatz im Rahmen eines ICE-Herstellungsprozesses.2 shows a resist drying and curing device 200 for use in an ICE manufacturing process.
Auf einer Platte 201 ist eine Mehrzahl von Halbleiterwafern 203 abgelegt, die mit einer durch Aufschleudern in konstanter, geringer Dicke aufgebrachten (nicht dargestellten) flüssigen Re- sistschicht mit einem UV-härtbaren Fotoresist bedeckt sind.A plurality of semiconductor wafers 203 are deposited on a plate 201 and are covered with a liquid resist layer (not shown) with a UV-curable photoresist, which is applied by spinning in a constant, small thickness.
Über der Platte 201 sind Führungsschienen 205 angebracht, an denen über einen Elektromotor 207 mit einstellbarer Geschwindigkeit verschieblich eine Bestrahlungsanordnung 209 hängt. Die Bestrahlungsanordnung 209 umfaßt als UV-Strahlungsquelle einen Excimerlaser 211 mit einer Strahlaufweitungseinrichtung 213 zur Erzeugung einer im wesentlichen rechteckigen, die Breite der Platte 201 überdeckenden UV-Bestrahlungszone.Guide rails 205 are attached above the plate 201, on which an irradiation arrangement 209 is displaceably suspended by an electric motor 207 at an adjustable speed. The irradiation arrangement 209 comprises an excimer laser 211 as a UV radiation source with a beam expansion device 213 for producing a substantially rectangular UV radiation zone covering the width of the plate 201.
Weiter umfaßt die Bestrahlungsanordnung 209 einen massiven, als Strangpreßprofil ausgebildeten Aluminiumreflektor 215, der über Kühlwasserleitungen 217 mit einer (nicht dargestellten) Wasserkühlung verbunden ist und einen annähernd W-förmigen Querschnitt hat, und eine im Zentrum des "W" angeordnete, langgestreckte Halogen-Glühfadenlampe 219.
Der Halogenlampe 219 ist eine Bestrahlungssteuereinheit 221 zugeordnet, welche über einen Steuereingang mit einem zur berührungslosen Temperaturmessung dienenden Pyrometerelement 223 verbunden ist. Die Halogenlampe 219 erzeugt im Zusammenwirken mit dem AI-Reflektor 215 auf der die Halbleiterwafer 203 tragenden Platte 201 eine NIR-Bestrahlungszone, die in der - durch den Pfeil unterhalb der oberen Führungsschiene 205 symbolisierten - Bewegungsrichtung der Bestrahlungsanordnung 209 während des Trocknungs- und Härtungsschrittes der UV-Bestrahlungszone voraneilt. In der NIR-Bestrahlungszone werden im wesentlichen sämtliche Lösungsmittelanteile des Fotoresists durch die mit hoher Leistungsdichte eingestrahlte NIR-Strahlung der Halogenlampe abgedampft, bevor in der UV-Bestrahlungszone eine Härtung des getrockneten Resists erfolgt. Die Steuerung der NIR- Bestrahlung erfolgt auf die oben für das erste Ausführungsbeispiel beschriebene Weise.The irradiation arrangement 209 further comprises a solid aluminum reflector 215 designed as an extruded profile, which is connected via cooling water lines 217 to a water cooling system (not shown) and has an approximately W-shaped cross section, and an elongated halogen filament lamp arranged in the center of the "W" 219th The halogen lamp 219 is assigned an irradiation control unit 221, which is connected via a control input to a pyrometer element 223 used for contactless temperature measurement. The halogen lamp 219, in cooperation with the Al reflector 215, generates an NIR irradiation zone on the plate 201 carrying the semiconductor wafers 203, which in the direction of movement of the irradiation arrangement 209 - symbolized by the arrow below the upper guide rail 205 - during the drying and curing step UV radiation zone leads ahead. In the NIR radiation zone, essentially all of the solvent components of the photoresist are evaporated by the NIR radiation of the halogen lamp irradiated with a high power density before the dried resist is cured in the UV radiation zone. The NIR radiation is controlled in the manner described above for the first exemplary embodiment.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele und hervorgehobenen Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.The implementation of the invention is not limited to the examples and highlighted aspects described above, but is also possible in a variety of modifications that are within the scope of professional action.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
100 Druckfarbentrocknungs- und -vernetzungsstrecke100 ink drying and crosslinking line
101 Aufdruck 103 Papierbahn 105 Transportwalze 107 NIR-Trocknungsmodul101 Imprint 103 Paper web 105 Transport roller 107 NIR drying module
109 Trocknungssteuereinheit109 drying control unit
111 UV-Vernetzungsmodul111 UV crosslinking module
113, 121; 215 AI-Reflektor113, 121; 215 AI reflector
113a, 121a Reflektorabschnitt 115; 219 Halogen-Glühfadenlampe
117; 217 Kühlwasserleitung113a, 121a reflector section 115; 219 halogen filament lamp 117; 217 cooling water pipe
119; 223 Pyrometerelement119; 223 pyrometer element
123 Quecksilberdampflampe123 mercury vapor lamp
200 Resisttrocknungs- und -härtungsvorrichtung 201 Platte200 resist drying and curing device 201 plate
203 Halbleiterwafer203 semiconductor wafers
205 Führungsschiene205 guide rail
207 Elektromotor207 electric motor
209 Bestrahlungsanordnung 211 Excimerlaser209 irradiation arrangement 211 excimer laser
213 Strahlaufweitungseinrichtung213 beam expander
221 Bestrahlungssteuereinheit
221 radiation control unit