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Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht auf einem in einer Vakuumanlage beschichteten oder behandelten Substrat. Sie betrifft insbesondere das Aufbringen einer Schutzschicht auf einem flachen, platten- oder bandförmigen Substrat, welches durch eine Vakuumanlage durchläuft, dabei behandelt und/oder beschichtet wird und eingangs sowie ausgangs der Anlage der Atmosphäre ausgesetzt ist. Ein solches Verfahren umfasst das Einbringen eines Substrats in die Vakuumanlage, dessen Behandlung oder Beschichtung in dieser Anlage unter einer Schutzgasatmosphäre und das Ausführen des Substrats aus der Vakuumanlage.
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Als Behandlung soll hierbei jedes Verfahren bezeichnet werden, welches auf die Oberfläche eines Substrats einwirkt, um deren Eigenschaften zu verändern. Dazu zahlen z. B. verschiedene Reinigungsverfahren, thermische Behandlungen, Ätzen, Glimmen und vieles mehr. Da auch die Beschichtung eines Substrats dessen Oberflacheneigenschaften ändert, soll in der nachfolgenden Beschreibung allgemein von Behandlung die Rede sein und dabei Beschichtungen einschließen. Die Behandlungen können ein- oder beidseitig des Substrats erfolgen. Ob der Durchlauf des Substrats innerhalb der Vakuumanlage diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgt, ist nicht maßgeblich, jedoch unterstützt das nachfolgend beschriebene Verfahren insbesondere kontinuierlich betriebene Vakuumbehandlungsanlagen mit hohem Durchsatz einer großen Anzahl von Substraten oder eines bandförmigen Substrats.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vakuumanlage umfasst allgemein eingangs- und ausgangsseitig Schleuseneinrichtungen, um Substrate von Atmosphäre in Vakuumprozessbehälter hinein bzw. aus Vakuumprozessbehältern heraus zu transferieren, ohne dass der erforderliche Prozessdruck des der eingangsseitigen Schleusensektion folgenden bzw. vor der ausgangsseitigen Schleusensektion befindlichen Vakuumbehalters beeinflusst wird. Sie umfasst weiter zumindest eine, regelmäßig jedoch mehrere Prozesssektionen, in denen das Substrat behandelt wird. Weitere Zwischensektionen in denen das Substrat unter Vakuum verbleibt, sind möglich. Die Vakuumanlage umfasst weiter ein Transportsystem zum Transport des Substrats durch die Anlage sowie geeignete Behandlungsvorrichtungen und Vakuumerzeuger.
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Es ist bekannt, dass in Vakuumanlagen, in denen eine Behandlung von Substraten erfolgt, deren Oberfläche durch geeignete Behandlungsverfahren oder infolge der Beschichtung von Verschmutzungen oder anhaftenden Gasen oder Wasser befreit wird. Tritt das Substrat nach dem Ausführen aus der Vakuumanlage wieder an die umgebende Atmosphäre, wird die Oberfläche sofort wieder verändert, so dass die mit der Behandlung des Substrats eingestellten Eigenschaften, wie dessen optische, elektrische oder chemische Dispositionen, verändert, meist verschlechtert werden. So wird z. B. die Oberfläche mit Feuchtigkeit belegt, Oxidationsprozesse oder Diffusionsprozesse können stattfinden. Solche Eigenschaften vermindern die Qualität des Substrats oder behindern nachfolgend durchzuführende Fertigungs- oder Veredelungsschritte.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung soll ein Verfahren und eine dafür verwendbare Vakuumanlage angeben, mit denen eine zuvor behandelte Substratoberfläche auch für den Austritt an die umgebende Atmosphäre entweder bis zur Ausführung des nächsten Fertigungsschrittes oder dauerhaft vor atmosphärischen Einflussen geschützt bleibt.
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Es wird ein Verfahren zum Aufbringen einer Schutzfolie auf dem Substrat angegeben, das innerhalb der Vakuumanlage ausgeführt wird ohne vor dem Aufbringen das Vakuum zu brechen. Auf diese Weise kann das behandelte Substrat für den nachfolgenden Fertigungsprozess sowohl vor Umwelteinflüssen als auch vor Beschädigungen durch das Handhaben der Substrate geschützt werden. Insbesondere können organische Beschichtungen, die z. B. in der Photovoltaik, Display- oder Beleuchtungstechnik zu Anwendung kommen und sehr auf die Anwesenheit von Sauerstoff und Feuchtigkeit reagieren, effektiv geschützt werden. Auch mechanische Beschädigungen der Substratoberfläche z. B. durch Transportrollen oder Greifer und Sauger können vermindert werden.
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Die Belegung des Substrats mit einer Schutzfolie gestattet auch den Wechsel zu einer anderen Schutzatmosphäre für einen weiteren Fertigungsschritt, die in der Vakuumanlage nicht integrierbar ist oder dort aus anderen Gründen nicht integriert werden soll. Solch ein Schritt ist zum Beispiel ein nass-chemisches Verfahren, welches unter einer Schutzatmosphäre aber unter normalen Druckverhaltnissen ausgeführt wird. Auch der Transport des Substrats zu anderen Produktionsstätten ist geschützt vor Beschädigungen oder Qualitätsminderungen moglich.
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Vorteilhaft ist weiter, dass insbesondere bei bandförmigen Substraten die Schutzfolie als Trennmittel für das aufgerollte Band dienen kann. Dies kann auch für die Lagerung von einzelnen Substraten genutzt werden. Spiegelnde Flächen werden erst an ihrem Einsatzort von der Schutzfolie befreit.
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Das Verfahren eignet sich für die verschiedensten Substrate sowohl hinsichtlich des Materials als auch der Form. So sind beispielsweise Glasscheiben, Kunststoffplatten oder metallischen Substrate mit einer Schutzfolie zu belegen. Auch flexible Substrate wie Folien oder bandförmige Substrate sind geeignet. Selbst speziell geformte Substrate sind mit dem beschriebenen Verfahren mit einer Schutzfolie zu belegen.
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Die Art der Folie kann abhängig von dem jeweiligen Verwendungszweck, insbesondere entsprechend Art und Material des Substrats, dessen Oberflache und den technologischen Anforderungen ausgewählt werden. Die Auswahl betrifft insbesondere das Folienmatierial und die Foliendicke. So kann das Material an das Substratmaterial und/oder an das Material und die Eigenschaften von auf dem Substrat abgeschiedenen Schichten angepasst sein, um Unverträglichekeiten zu vermeiden und beim Aufbringen oder gegebenenfalls Ablösen der Schutzfolie Beschädigungen des Substrats zu vermeiden. Auch die im Fertigungsprozess nachfolgenden Schritte z. B. hinsichtlich der dabei auftretenden chemischen und physikalischen Beanspruchungen beeinflussen die Wahl der geeigneten Schutzfolie.
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Das Aufbringen der Schutzfolie auf dem Substrat erfolgt mittels belegen. Darunter soll allgemein ein Aufbringen der Schutzfolie verstanden sein, welches die schützende Funktion der aufgebrachten Folie gewährleistet und den nachfolgenden Anforderungen genügt. Auf die schützende Funktion wirkt sich positiv aus, dass die Folie unter Vakuum vollflächig aufgebracht wird und infolge dessen bei spaterem Einwirken von Normaldruck oder zumindest höheren Druckverhältnissen die Verbindung zum Substrat so verstärkt wird, dass ein Kleber zwischen Folie und Substrat nicht unbedingt erforderlich ist.
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Auch die Abschlüsse der Schutzfolie im Randbereich des Substrats haben Einfluss auf die Schutzfunktion und können optional entsprechend ausgebildet sein. Hier kann bei entsprechenden Größenverhältnisse der Schutzfolie zum Substrat gegebenenfalls der Substratrand in den Schutz einbezogen werden, indem die Schutzfolie auch diesen bedeckt.
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Grundsätzlich ist es, wie oben beschrieben, nicht erforderlich eine Klebeschicht zwischen Schutzfolie und Substrat einzufügen. Jedoch kann es sich in bestimmten Anwendungsfällen als günstig erweisen, z. B. wenn das Substrat später einer besonderen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt wird oder die Schutzfolie das Substrat dauerhaft bedecken soll.
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Eine zur Ausfuhrung des Verfahrens geeignete Vorrichtung umfasst neben der für die Behandlung eines Substrats erforderlichen Prozesssektion die für Vakuumanlagen bekannten, eingangs- und ausgangsseitig angeordneten Schleuseneinrichtungen zum Ein- und Ausschleusen von Substraten in und aus der Vakuumanlage sowie eine in der Vakuumanlage angeordnete Folieneinrichtung zum Zuführen einer Schutzfolie zum Substrat und eine Belegungseinrichtung zum Belegen des Substrats mit der Schutzfolie.
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Mittels der Folieneinrichtung zum Zuführung wird eine genaue Positionierung der Schutzfolie zum Substrat erzielt, so dass die Folie das Substrat in der zu schutzenden Flache überdeckt. Die Fläche kann die gesamte Substratfläche oder Teile davon betreffen. Auch eine beidseitige Belegung des Substrats kann erforderlich sein. In jedem Fall erfolgt die Zuführung auch für eine kontinuierliche und lange andauernde Substratbehandlung selbst mit hohem Substratdurchsatz ohne Störung der Prozessbedingungen. Die Belegung selbst erfolgt mittels einer geeigneten Belegungseinrichtung glatt und ohne oder zumindest minimalem Stress für das Substrat oder dessen Oberfläche. Die Belegungseinrichtung ist in Abhängigkeit von dem gewählten Belegungsverfahren mit den erforderlichen Komponenten wie z. B. Druckwalzen oder Heizer ausgestattet.
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Wie oben zur Auswahl des Folienmaterials dargelegt, kann in Abhängigkeit von den mechanischen und physikalischen Anforderungen an das mit Schutzfolie belegte Substrat und von den beteiligten Materialien auch das Verfahren zum Belegen variiert werden. So kann die auf dem Substrat gelegte Schutzfolie mittels Druck- und Temperatureinwirkung zumindest temporär fixiert werden. Z. B. kann bei einem flachen scheiben- oder bandförmigen Substrat mittels Walzen die Schutzfolie auf das Substrat vollflächig gedrückt und dabei mögliche Verschiebungen oder Verwerfungen beseitigt werden. Aufgrund der Belegung unter Vakuum stellen Gaseinschlüsse dabei kein Problem dar. Dies vereinfacht auch die Anforderungen an ein Andrücken der Schutzfolie an besonders geformte Substrate. Mittels Temperatureinwirkung ist sowohl eine rein mechanische Verbindung zwischen Substrat und Schutzfolie herstellbar als auch eine Klebeverbindung. Auch die Belegung von geformten Substraten ist mittels Temperatureinwirkung möglich.
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Von Vorteil erweist es sich auch, wenn die Schutzfolie innerhalb der Vakuumanlage behandelt wird, z. B. zu Reinigungszwecken, zur Aktivierung der Oberfläche für eine reproduzierbare Verbindung zum Substrat oder zur Beschleunigung von störenden gasenden Prozessen. Dies kann sowohl vor als auch nach der Belegung erfolgen.
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Dazu umfasst die Vakuumanlage eine entsprechende Einrichtung. Dies kann z. B. eine Flächenheizung oder Kühlung sein, alternativ eine Einrichtung zum Glimmen oder Ätzen oder Reinigen der Folie. Hierbei hängt es unter anderem auch von den Behandlungsschritten des Substrats oder zu erzielenden Schutzfunktion ab, ob eine solche Behandlung der Schutzfolie in derselben Sektion wie die Belegung oder in einem zeitlichen und räumlichen Abstand dazu erfolgt. Ebenso kann die Belegungssektion selbst auf verschiedene Weise in die Sektionsfolge der Substratbehandlung eingegliedert werden. So kann die Vakuumanlage eine separate Belegungssektion umfassen, die von der Prozesssektion und den Schleusensektionen getrennt ist oder in einer dieser Sektionen integriert sein.
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In einer Durchlaufanlage, in der eine Vielzahl von Substraten durch die Vakuumanlage hindurch bewegt wird, ist das Belegen effektiv ausführbar, indem die Schutzfolie, bandförmig von einer in der Vakuumanlage angeordneten Spenderrolle abgewickelt, zum Substrat geführt und auf diesem abgelegt wird. Dies ist sowohl für bandförmige als auch für eine Abfolge von Einzelsubstraten möglich. Wenn entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens die Trennung der belegten Substrate erst erfolgt, nachdem zumindest ein weiteres Substrat belegt wurde, kann für beide Substratarten die Zuführung der Schutzfolie in der Ausrichtung und in der Spannung des Folienbandes infolge des Substrattransports fortlaufend sehr präzise erfolgen.
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Wie oben dargelegt, kann die Belegung durch die entsprechende Verwendung von Folienmaterial und/oder durch die Anwendung eines geeigneten Belegungsverfahrens alternativ für einen dauerhaften oder für einen temporaren Schutz des Substrats erfolgen. Als dauerhaft soll hier verstanden sein, dass die Schutzfolie zumindest bis zur bestimmungsgemäßen Verwendung des Substrats oder auch noch während dessen auf dem Substrat verbleibt. Eine temporäre Belegung schließt ein, dass die Schutzfolie zu einem Zeitpunkt nach dem Ausschleusen des Substrats von diesem wieder abgelöst wird.
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Je nach Art der Belegung und des Folienmaterials kann das Ablösen rein mechanisch durch ein Abziehen erfolgen oder durch thermische oder chemische Unterstützung, letzteres z. B. durch geeignete Losungsmittel. Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann dies auch in Verbindung mit einem nach dem Ausschleusen durchzufuhrenden Fertigungsschritt erfolgen, wobei die dabei anzuwendenden Prozessbedingungen oder Prozesshandlungen die Ablösung unterstützen können. Dies ist sowohl vor als auch wahrend eines solchen Fertigungsschrittes möglich. Beispielhaft sei die Ablösung während eines nass-chemischen Fertigungsschrittes genannt, welcher unter Schutzatmosphäre ausgeführt wird. Auf diese Weise kann ein Substrat von einer vakuumtechnischen Veredelung zur weiteren Verarbeitung unter normalen Druckverhältnissen wechseln, ohne das es zwischendurch einer schädigenden Atmosphare ausgesetzt wird.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
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1 einen Abschnitt einer Vakuumdurchlaufanlage zur Behandlung von Einzelsubstraten und
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2 eine Ausgestaltung einer Vakuumdurchlaufanlage zur Behandlung von bandförmigen Substraten.
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1 stellt einen Abschnitt einer Vakuumdurchlaufanlage, durch welche eine Vielzahl von scheibenförmigen einzelnen Substraten 1 aufeinanderfolgend mittels einer Transportvorrichtung 4 in Transportrichtung 3 bewegt und dabei behandelt und beschichtet wird. In Transportrichtung 3 weist der dargestellte Abschnitt eine Prozesssektion 5 auf. Diese besteht regelmäßig aus mehreren Kammern, auch als Kompartments bezeichnet, in denen getrennt voneinander und aufeinanderfolgend verschiedene Prozessfunktionen wie Beschichtung, Behandlung, Gasseparation ausgeführt werden.
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An die Prozesssektion 5 schließt sich eine Zwischensektion 7 an, die in Abhangigkeit von der Substratbehandlung und Substratbeschichtung verschiedene Funktionen haben kann. So kann in die Zwischensektion 7 beispielsweise eine thermische Behandlung auch eine Abkuhlung der Substrate 1 erfolgen. Auch ein Transfer der Transportregimes auf einen nachfolgenden veranderten, z. B. langsameren oder diskontinuierlichen Substrattransport ist möglich.
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An die Zwischensektion 7 schließt sich eine Belegungssektion 9 und darauf folgend eine weitere Vakuumkammer, beispielsweise eine Puffersektion 10 an. Letztere dient der Substratpufferung für den Übergang zwischen dem vorherigen kontinuierlichen Transport auf den diskontinuierlichen in einer nachfolgenden Schleuseneinrichtung (in 1 nicht dargestellt).
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Jede der Sektionen ist mit einem Vakuumanschluss 23 zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des jeweils erforderlichen Vakuums versehen.
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In der Belegungssektion 9 sind zwei Folieneinrichtungen 15 und zwei Belegungseinrichtungen 17 angeordnet. Beide Folieneinrichtungen 15 und beide Belegungseinrichtungen 17 sind beidseitig der Substrate 1 einander gegenüber stehend angeordnet. Damit konnen die Substrate 1 gleichzeitig beidseitig mit Schutzfolie 13 belegt werden. Alternativ ist auch nur eine einseitige Belegung möglich.
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Die Folieneinrichtung 15 umfasst eine Spenderrolle 16 auf welcher eine bandförmige Schutzfolie 13 in solch einer Menge aufgewickelt vorliegt, dass eine Vielzahl von Substraten 1 in einer über einige Tage andauernden Langzeitbeschichtung mit Schutzfolie 13 belegt werden kann, ohne den Prozess zu unterbrechen.
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Von jeder Spenderrolle 16 wird mit fortlaufendem Substrattransport Schutzfolie 13 zum Substrat 1 hin abgerollt und mittels jeweils einer Umlenkrolle 18 parallel zu Substrat 1 und in Transportrichtung 3 umgelenkt. Innerhalb der Belegungseinrichtung 17 werden beide Schutzfolien 13 mittels mehrerer, einander gegenüberstehender Andruckwalzen 19 auf jedes der nacheinander durchlaufenden Substrate 1 gepresst. Alternativ kann die Schutzfolie 13 mit einem Klebefilm versehen sein, der mittels erwärmter Andruckwalzen 19 mit den Substraten 1 verklebt wird.
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Am Ausgang der Belegungssektion erfolgt die Vereinzelung der über die bandförmige Schutzfolie 13 noch miteinander verbundenen Substrate 1 mittels einer geeigneten Trenneinrichtung 20. Damit wird die Schutzfolie 13 noch solange durch das vorangegangene Substrat 1 zum nachfolgenden Substrat 1 positioniert, bis die Schutzfolie 13 auf dem nachfolgenden zumindest abschnittsweise fixiert ist. Alternativ kann die Schutzfolie 13 auch an anderer Stelle unmittelbar nach Durchlauf des gerade vollständig belegten Substrats 1 durchtrennt werden.
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Eine Ausgestaltung einer Vakuumdurchlaufanlage gemäß 1 ist in 2 dargestellt. Dementsprechend sind gleiche funktionale Bestandteile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Als Substrat 1 wird hier ein Metallband durch die Anlage transportiert, behandelt und mit Schutzfolie belegt.
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Auch die Anlage gemäß 2 weist in Transportrichtung 3 des bandförmigen Substrats 1 eine Prozesssektion 5, eine Zwischensektion 7 und daran anschließend eine Belegungssektion 9 auf. Insofern wird auf die obigen Darlegungen zu 1 verwiesen. An die Belegungssektion 9 schließt sich in 2 eine Schleusensektion 11 an, die mit einer Bandschleuse 12 von der Belegungssektion 9 vakuumtechnisch entkoppelt ist und ausgangsseitig mittels einer weiteren Bandschleuse (nicht dargestellt) der Ausschleusung des Substrats 1 an Atmosphäre dient. Die einzelnen Sektionen weisen wiederum Vakuumanschlüsse 23 auf.
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Die Belegungssektion 9 weist, wie oben zu 1 dargelegt, zwei sich gegenüber stehende Folieneinrichtungen 15 mit je einer Umlenkwalze 18 und zwei sich gegenuber stehende Belegungseinrichtungen 17 mit Andruckwalzen 19 auf. Mittels dieser Komponenten der Belegungssektion 9 wird das bandförmige Substrat 1 fortlaufend beidseitig mit bandförmiger Schutzfolie belegt. Auch hierzu wird wiederum auf die obigen Darlegungen verwiesen.
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Ergänzend erfolgt in der Vorrichtung gemäß 2 vor der Belegung eine Behandlung beider Schutzfolien 13 auf ihrer dem Substrat zugewandten Oberfläche mittels Glimmen. Zu diesem Zweck sind oberseitig und unterseitig des Substrats 1 jeweils im Bereich zwischen Spenderrolle 16 und Umlenkwalze 18 eine der Schutzfolie 13 gegenüber liegend eine Behandlungseinrichtung angeordnet, so dass die soeben behandelte Schutzfolie 13 unmittelbar darauf auf das Substrat gelegt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Substrat
- 3
- Transportrichtung
- 4
- Transportvorrichtung
- 5
- Prozesssektion
- 7
- Zwischensektion
- 9
- Belegungssektion
- 10
- Puffersektion
- 11
- Schleusensektion
- 12
- Bandschleuse
- 13
- Schutzfolie
- 15
- Folieneinrichtung
- 16
- Spenderrolle
- 17
- Belegungseinrichtung
- 18
- Umlenkwalzen
- 19
- Andruckwalzen
- 20
- Trenneinrichtung
- 21
- Behandlungseinrichtung
- 23
- Vakuumanschluss
