DE102004019060B4 - Device for introducing an arc source into a coating system for large substrates or strips - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Einbringen einer Lichtbogenquelle in eine Beschichtungsanlage für große Substrate, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lichtbogenquelle (1) an einer Platte (3) befestigt ist, diese Platte ein Gefäß (4) abschließt, welches in der Beschichtungskammer frei positioniert und innen belüftet ist, weiterhin dass mindestens eine belüftete Verbindung (5) zwischen Gefäß und Beschichtungskammerwand angebracht ist, welche mit einem Durchbruch durch die Kammerwand abschließt und in der die elektrischen Leitungen für die Quelle verlegt sind.contraption for introducing an arc source into a coating installation for large substrates, characterized in that at least one arc source (1) attached to a plate (3), this plate closes a vessel (4), which is freely positioned in the coating chamber and internally ventilated, continue that at least one ventilated connection (5) between Vessel and coating chamber wall is attached, which terminates with a breakthrough through the chamber wall and in the electrical wiring for the source are relocated.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen einer Lichtbogenquelle in eine Beschichtungsanlage für große Substrate oder Bänder gemäß dem Patentanspruch 1.The The invention relates to a device for introducing an arc source in a coating plant for size Substrates or ribbons according to the claim 1.

Bekannte Vorrichtungen für Lichtbogen-Bedampfung oder ARC Bedampfung zünden einen Lichtbogen und regeln die dem Lichtbogen zugeführte elektrische Energie, um das Material der abschmelzenden Elektrode in einer Vakuumkammer zu verdampfen und dadurch ein Substrat zu beschichten. Solche Vorrichtungen sind vielfach offenbart, so zum Beispiel in DE 195 21 419 C2 . In DE 42 23592 C2 , DE 101 27 013 A1 , DE 102 50 941 A1 , DE 197 02 928 C2 und DE 41 09 213 C1 sind Lichtbogenquellen offenbart, die in Durchbrüchen an der Kammerwand befestigt sind und die Abtragung der Opferelektrode über Magnetfelder regeln. Die Patentschriften DE 43 05 721 C1 und EP 0 516 425 B1 offenbaren Quellen mit außerhalb der Vakuumkammer befindlicher Nachfütterung der Opferelektrode. Die Patentschrift DE 34 13 701 02 offenbart eine Vorrichtung zum Halten von Lichtbogenquellen. Diese Halterung ist als Türe an einer Vakuumkammer ausgeführt. Die bisherigen Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie ortsfest in Durchbrüchen der Vakuumkammer befestigt sind. Die Kammer weist somit für jede Quelle eine fixe Durchführung auf. Für Prozesse bei denen die Position der Quelle variabel sein muss, so zum Beispiel beim Beschichten unterschiedlich breiter Bänder, ist diese Befestigung nicht anwendbar. Dieser Nachteil rührt aus der Art wie solche Quellen betrieben werden. Bei den üblichen Vorrichtungen dieser Art wird der Lichtbogen mit Niedervolt Gleichspannung versorgt und die Quelle bei 10–1–10–3 hPa Gasdruck betrieben. Die eingesetzten Gase (typisch N2, Ar auch unter Zugabe von O2) sollen das Brennen eines Plasmas ermöglichen, um den Lichtbogen mit Ladungsträgern zu versorgen. Ferner werden die Elekt roden meist mit Wasser gekühlt. Die in US 3 625 848 A offenbarte Anbringung einer solchen Quelle innerhalb einer Beschichtungskammer zum Beschichten großer Substrate hat sich in der Praxis nicht bewährt, weil die im Vakuum geführten Gleichstromzuleitungen als unerwünschte Plasmaelektrode fungieren und dazu neigen, während des Beschichtungsprozesses zu verdampfen.Known arc vapor deposition (ARC) devices ignite an arc and control the electrical energy applied to the arc to vaporize the material of the consumable electrode in a vacuum chamber to thereby coat a substrate. Such devices are widely disclosed, such as in DE 195 21 419 C2 , In DE 42 23592 C2 . DE 101 27 013 A1 . DE 102 50 941 A1 . DE 197 02 928 C2 and DE 41 09 213 C1 are disclosed arc sources, which are fixed in openings on the chamber wall and regulate the removal of the sacrificial electrode via magnetic fields. The patents DE 43 05 721 C1 and EP 0 516 425 B1 disclose sources with refeeding of the sacrificial electrode outside of the vacuum chamber. The patent DE 34 13 701 02 discloses a device for holding arc sources. This holder is designed as a door to a vacuum chamber. The previous devices have the disadvantage that they are fixed in place in openings of the vacuum chamber. The chamber thus has a fixed implementation for each source. For processes in which the position of the source must be variable, for example, when coating different width bands, this attachment is not applicable. This disadvantage stems from the way such sources are operated. In the usual devices of this type, the arc is supplied with low-voltage DC and the source operated at 10 -1 -10 -3 hPa gas pressure. The gases used (typically N 2 , Ar also with the addition of O 2 ) should allow the burning of a plasma to supply the arc with charge carriers. Furthermore, the electrodes are usually cooled with water. In the US Pat. No. 3,625,848 The disclosed attachment of such a source within a coating chamber for coating large substrates has not been proven in practice because the vacuum guided DC leads act as an unwanted plasma electrode and tend to evaporate during the coating process.

Die US 5 380 415 A zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dampfabscheidung eines dünnen metallischen Films.The US 5 380 415 A shows a method and apparatus for vapor deposition of a thin metallic film.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass diese frei in einer Vakuumkammer positionierbar ist und die gewählte Position ohne Umbau der Vakuumkammer geändert werden kann. Weiterhin sollen die Quellen leicht zu warten sein und hohe Standzeiten aufweisen.task The present invention is a device of the initially mentioned type in such a way that they are free in a vacuum chamber is positionable and the selected Position can be changed without rebuilding the vacuum chamber. Farther the sources should be easy to maintain and have a long service life.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patent anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstände der Unteransprüche.According to the invention Problem solved by the features of patent entitlement 1. advantageous Embodiments are objects the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist mindestens eine Quelle (1) zuzüglich eventuell notwendiger Zündvorrichtung (2) vorzugsweise gemäß Lieferantenvorgabe an einer Platte (3) vakuumdicht befestigt. Auf der Platte (3) können mehrere Quellen befestigt werden. Die Platte (3) ist vakuumdicht mit einem vakuumdichten, belüfteten Gefäß (4) verbunden, vorzugsweise mittels eines Vakuumdichtringes abgedichtet und verschraubt. Eine Verschraubung mit einem Dichtring (9) erlaubt, dass die Platte (3) zwecks Wartung abgenommen werden kann. Das Gefäß (4) ist über eine belüftete, vakuumdichte Verbindung (5) mit einem Durchbruch in der Vakuumkammer vakuumdicht verbunden. Durch diese Verbindung (5) sind die elektrischen Versorgungsleitungen und vorzugsweise auch die Leitungen für das Kühlmittel der Quelle (1) verlegt und werden somit aus der Beschichtungskammer zur Versorgungsquelle nach außen geführt.In the solution according to the invention, at least one source ( 1 ) plus any necessary ignition device ( 2 ) preferably according to supplier specifications on a plate ( 3 ) vacuum-tight. On the plate ( 3 ) multiple sources can be attached. The plate ( 3 ) is vacuum tight with a vacuum tight, vented vessel ( 4 ), preferably sealed by means of a vacuum sealing ring and screwed. A screw connection with a sealing ring ( 9 ) allows the plate ( 3 ) can be removed for maintenance. The container ( 4 ) is via a vented, vacuum-tight connection ( 5 ) with a breakthrough in the vacuum chamber vacuum-tight. Through this connection ( 5 ) are the electrical supply lines and preferably also the lines for the coolant of the source ( 1 ) and are thus led out of the coating chamber to the supply source to the outside.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorzugsweise einen Faltenbalg (6) als Teil der Verbindung (5) aufweisen. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die Quelle leicht in ihrer Position zu verändern. Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung derart, dass zwischen Gefäß (4) und Vakuumkammer ein Teil (7) der Verbindung (5) aus einem elektrisch nicht leitendem Material, vorzugsweise Gummi ausgeführt ist.The device according to the invention may preferably have a bellows ( 6 ) as part of the compound ( 5 ) exhibit. By this embodiment of the invention, it is possible to easily change the source in position. Particularly preferred is the embodiment such that between vessel ( 4 ) and vacuum chamber a part ( 7 ) the connection ( 5 ) is made of an electrically non-conductive material, preferably rubber.

Das erfindungsgemäße Gefäß (4) der Vorrichtung kann vorzugsweise über elektrisch isolierende Platten oder Stifte, vorzugsweise aus Teflon, an die Vakuumkammer befestigt werden. Diese Ausgestaltung der Erfindung erlaubt ein Verfahren mit einer Bias Spannung, vorzugsweise wie in DE 197 54 821 A1 offenbart.The vessel according to the invention ( 4 ) of the device may preferably be secured to the vacuum chamber via electrically insulating plates or pins, preferably Teflon. This embodiment of the invention allows a method with a bias voltage, preferably as in DE 197 54 821 A1 disclosed.

Ferner ist es eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, dass das Gefäß (4) samt Quelle (1) beliebig in der Beschichtungskammer positioniert werden kann. Auch kann das Gefäß an einer beweglichen Vorrichtung, vorzugsweise an einem außerhalb der Beschichtungskammer fahrbaren mehrachsigen Manipulator angebracht sein.Furthermore, it is an advantageous embodiment of the invention that the vessel ( 4 ) together with source ( 1 ) can be positioned anywhere in the coating chamber. The vessel can also be attached to a movable device, preferably to a multi-axis manipulator which can be moved outside the coating chamber.

In der Beschichtungskammer können mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen eingebracht werden.In the coating chamber can several devices according to the invention be introduced.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der angehängten Zeichnung rein schematisch dargestellt:The Invention leaves various execution options to; one of them is in the attached Drawing shown purely schematically:

1 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. Die Beschichtungskammer ist zwecks Übersicht nichtabgebildet. 1 shows a cross section through the device according to the invention. The coating chamber is not shown for clarity.

Ausführungsbeispiel 1:embodiment 1:

Eine handelsübliche Lichtbogenquelle (1) mit getrenntem Zünder (2) ist an einer handelsüblichen runden Flanschplatte (3) vakuumdicht über Dichtringe (9) angebracht. Die Platte (3) ist an einem Rohrflansch (4) angeflanscht. Der Rohrflansch (4) ist auf der der Platte (3) gegenüberliegenden Seite mit einer Metallplatte (10) zugeschweißt und bildet so das Gefäß (4). An dem Gefäß (4) ist ein kegelstumpfförmiger Stutzen (11) angeschweißt. Darauf anschließend baut sich die Verbindung (5) auf über einen Gummibalg (7) gefolgt von einem Faltbalg (6). Die gesamte Vorrichtung ist am Boden der Beschichtungsanlage positioniert, in diesem Beispiel ohne besondere Befestigung.A commercial arc source ( 1 ) with separate igniter ( 2 ) is on a commercially available round flange plate ( 3 ) vacuum-tight via sealing rings ( 9 ) appropriate. The plate ( 3 ) is on a pipe flange ( 4 ) flanged. The pipe flange ( 4 ) is on the plate ( 3 ) opposite side with a metal plate ( 10 ) and thus forms the vessel ( 4 ). On the vessel ( 4 ) is a frusto-conical neck ( 11 ) welded. Then the connection builds up ( 5 ) on a rubber bellows ( 7 ) followed by a bellows ( 6 ). The entire device is positioned at the bottom of the coater, in this example without any special attachment.

Ausführungsbeispiel 2:embodiment 2:

Der Unterschied zum Beispiel 1 liegt darin, dass die Metallplatte (10) des Gefäßes (4) mit einer Teflonplatte (8) verschraubt ist. Diese liegt wiederum auf dem Boden der Beschichtungskammer und führt dazu, dass Gefäß und Quelle elektrisch von der Beschichtungskammer isoliert sind.The difference to Example 1 is that the metal plate ( 10 ) of the vessel ( 4 ) with a teflon plate ( 8th ) is screwed. This again lies on the bottom of the coating chamber and causes the vessel and source to be electrically isolated from the coating chamber.

Auflistung der Einzelteile:listing of the items:

11
LichtbogenquelleArc source
22
Zündvorrichtungdetonator
33
Platteplate
44
Gefäßvessel
55
Verbindung zwischen Gefäß und Beschichtungskammerconnection between vessel and coating chamber
66
Faltenbalgbellow
77
Isolierende Gummiverbindunginsulating rubber compound
88th
TeflonplatteTeflon plate
99
Dichtringseal
1010
Metallplattemetal plate
1111
StutzenSupport

Claims (7)

Vorrichtung zum Einbringen einer Lichtbogenquelle in eine Beschichtungsanlage für große Substrate, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lichtbogenquelle (1) an einer Platte (3) befestigt ist, diese Platte ein Gefäß (4) abschließt, welches in der Beschichtungskammer frei positioniert und innen belüftet ist, weiterhin dass mindestens eine belüftete Verbindung (5) zwischen Gefäß und Beschichtungskammerwand angebracht ist, welche mit einem Durchbruch durch die Kammerwand abschließt und in der die elektrischen Leitungen für die Quelle verlegt sind.Device for introducing an arc source into a coating system for large substrates, characterized in that at least one arc source ( 1 ) on a plate ( 3 ), this plate is a vessel ( 4 ), which is freely positioned in the coating chamber and internally ventilated, further that at least one ventilated connection ( 5 ) is mounted between the vessel and the coating chamber wall, which terminates with an opening through the chamber wall and in which the electrical lines for the source are laid. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder Quelle (1) mindestens eine Zündvorrichtung (2) an der Platte (3) befestigt ist.Device according to claim 1, characterized in that to each source ( 1 ) at least one ignition device ( 2 ) on the plate ( 3 ) is attached. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserleitungen durch die Verbindung (5) verlegt sind.Apparatus according to claim 1 to 2, characterized that water pipes are routed through the connection (5). Vorrichtung nach Anspruch 1 bis, 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Verbindung (5) aus einem Faltbalg besteht.Device according to claims 1 to 3, characterized in that in that at least part of the connection (5) consists of a folding bellows. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Verbindung (5) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.Device according to Claims 1 to 4, characterized that at least a part of the compound (5) consists of an electric insulating material. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß (4) auf einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise Teflon angebracht ist und nur dieses Material die Beschichtungskammer berührt.Apparatus according to claim 1 to 5, characterized in that the vessel ( 4 ) is mounted on an electrically insulating material, preferably Teflon and only this material touches the coating chamber. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß (4) auf einem fahrbaren Podest angebracht ist.Apparatus according to claim 1 to 6, characterized in that the vessel ( 4 ) is mounted on a mobile pedestal.
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