DE102011085789B4

DE102011085789B4 - Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage zur kontinuierlichen Vakuumbeschichtung von Substraten

Info

Publication number: DE102011085789B4
Application number: DE102011085789.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Fleischer
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2031-11-05
Also published as: DE102011085789A1

Abstract

Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage zur kontinuierlichen Vakuumbeschichtung von Substraten, umfassend eine Vakuumkammer (1) und eine in der Vakuumkammer (1) angeordnete Transporteinrichtung zum Transport der Substrate (4) entlang eines Transportpfads durch die Vakuumkammer (1) an mindestens einer darin angeordneten Beschichtungseinrichtung (3) vorbei, die Transporteinrichtung umfassend eine Mehrzahl von entlang des Transportpfads hintereinander angeordneten Transportrollen (5), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Anordnungen von je einer Mehrzahl von entlang des Transportpfads hintereinander angeordneten Transportrollen (5) mit einem vertikalen Abstand parallel zueinander so angeordnet sind, dass Substrate (4) in zwei übereinander verlaufenden Transportpfaden an der oder den in derselben Vakuumkammer (1) angeordneten Beschichtungseinrichtungen (3) vorbei bewegt und dabei simultan beschichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage zur kontinuierlichen Vakuumbeschichtung von Substraten.
Eine bedeutende Anwendung von Vakuumbeschichtungsanlagen besteht in der Beschichtung flächiger Substrate, beispielsweise Glasscheiben, mit dünnen Schichten, beispielsweise zur Reflexion infraroter Strahlung. Hierbei werden prinzipiell zwei Anlagentypen unterschieden. In horizontalen Vakuumbeschichtungsanlagen werden die Substrate auf einer Transporteinrichtung liegend durch die Vakuumkammer transportiert. Derartige Transporteinrichtungen umfassen häufig eine Anordnung von Transportwalzen, von denen wenigstens ein Teil antreibbar ist.
In vertikalen Vakuumbeschichtungsanlagen werden die Substrate auf einer Transporteinrichtung stehend durch die Vakuumkammer transportiert. Auch hier kommen häufig Transporteinrichtungen zum Einsatz, die eine Anordnung von zum Teil antreibbaren Transportrollen umfassen. Die Substrate stehen entweder direkt mit einer Kante auf den Transportwalzen (carrierloser Transport) oder sie sind in einem Transportrahmen (Carrier) gehalten, der seinerseits auf den Transportrollen steht. In beiden Fällen sind die Substrate entweder exakt vertikal ausgerichtet oder leicht, beispielsweise mit einer Neigung von 5° bis 15°, üblicherweise insbesondere zwischen 7° und 11°, beispielsweise 9°, aus der vertikalen Richtung gekippt, um eine stabile Gleichgewichtslage zu erreichen.
Vertikale Vakuumbeschichtungsanlagen sind im Allgemeinen für die Beschichtung einer bestimmten Substratgröße ausgelegt. Dies bedeutet, dass die Transporteinrichtung und die Beschichtungsquelle innerhalb der Vakuumkammer und relativ zueinander so angeordnet sind, dass für die vorgesehene Substratgröße ein optimales Beschichtungsergebnis erzielt wird. Aufgrund dieser Tatsache sind bekannte vertikale Vakuumbeschichtungsanlagen relativ unflexibel hinsichtlich der Größe der zu beschichtenden Substrate. Es besteht daher ein Bedarf an technischen Lösungen, die es ermöglichen, den Durchsatz an zu beschichtenden Substraten zu vergrößern.
In DE 10 2007 052 524 A1 wurde bereits vorgeschlagen, die wahlweise Beschichtung von Substraten unterschiedlicher Größe, wahlweise mit oder ohne Carrier, in einer vertikalen Vakuumbeschichtungsanlage dadurch zu ermöglichen, dass in der Vakuumkammer einer derartigen Anlage eine Transporteinrichtung zum Transport der Substrate entlang eines Transportpfads durch die Vakuumkammer angeordnet wird, die eine Mehrzahl von entlang des Transportpfads hintereinander angeordneten Transportrollen umfasst, wobei jede Transportrolle an mindestens zwei verschiedenen, vertikal zueinander beabstandeten Positionen anbringbar ist.
Aus DE 41 25 334 A1 ist eine vertikale Vakuumbeschichtungsanlage bekannt, bei der an einer vertikalen Wand übereinander zwei Reihen von Transportrollen angeordnet sind, an denen sich Substrathalter gleichzeitig abstützen, um ein Umkippen der Substrathalter zu verhindern.
Aus US 2010/0243163 A1 ist es bekannt, oberhalb des Transportpfads der Substrate zusätzliche Stützrollen zur Führung der Substrate anzuordnen, um das Umkippen zu vermeiden.
In US 2010/0044213 A1 sind hingegen an der Oberseite der Substrate magnetische Führungsschienen zum Abstützen der Substratträger angeordnet.
Aus dem DE 94 07 482 U1 ist es bekannt, in einer vertikalen Substratbehandlungsanlage zwei lineare Anordnungen von Vakuumkammern übereinander anzuordnen und die Substrate nacheinander mit entgegengesetztem Richtungssinn durch beide Anordnungen zu bewegen, wodurch die erforderliche Länge einer Vakuumbeschichtungsanlage gegenüber einfachen Kammeranordnungen halbiert werden kann.
In ähnlicher Weise wird in DE 91 13 860 U1 für eine horizontale Anlage vorgeschlagen, zwei lineare Anordnungen von Vakuumkammern übereinander anzuordnen und die Substrate nacheinander mit entgegengesetztem Richtungssinn durch beide Anordnungen zu bewegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vertikale Durchlauf-Vakuumbeschichtungsanlagen zur kontinuierlichen Beschichtung flächiger Substrate dahingehend zu verbessern, dass der Durchsatz zu beschichtender Substrate gegenüber bekannten Lösungen erhöht wird.
Hierzu wird eine vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage zur kontinuierlichen Vakuumbeschichtung von Substraten vorgeschlagen, die eine Vakuumkammer und eine in der Vakuumkammer angeordnete Transporteinrichtung zum Transport der Substrate entlang eines Transportpfads durch die Vakuumkammer an mindestens einer darin angeordneten Beschichtungseinrichtung vorbei umfasst, wobei die Transporteinrichtung eine Mehrzahl von entlang des Transportpfads hintereinander angeordneten Transportrollen umfasst, und wobei mindestens zwei Anordnungen von je einer Mehrzahl von entlang des Transportpfads hintereinander angeordneten Transportrollen mit einem vertikalen Abstand parallel zueinander so angeordnet sind, dass Substrate in zwei übereinander verlaufenden Transportpfaden an der oder den in derselben Vakuumkammer angeordneten Beschichtungseinrichtungen vorbei bewegt und dabei simultan beschichtet werden.
Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht es, Substrate in zwei übereinander verlaufenden Transportpfaden an der oder den in der Vakuumkammer der Anlage angeordneten Beschichtungseinrichtungen, beispielsweise Rohrmagnetrons, vorbei zu bewegen und dabei simultan zu beschichten.
Dabei können die Substrate entweder jeweils in Substrathaltern gehalten sein, die durch die Transporteinrichtung bewegt werden, oder die Substrate werden ohne Substrathalter auf jeweils einer der beiden übereinander angeordneten Gruppen von hintereinander angeordneten Transportrollen gehalten und durch diese durch die Vakuumkammer und an der oder den Beschichtungseinrichtungen vorbei bewegt.
Dadurch wird es erstmal möglich, gleichzeitig zwei oder mehr parallele Ströme von Substraten gleichzeitig und dennoch unabhängig voneinander zu beschichten. Die Produktivität bekannter Anlagen kann durch diese Maßnahme auf einfachste Weise verdoppelt, verdreifacht usw. werden, wobei die Beschichtungseinrichtungen entweder so konfiguriert sein können, dass eine der Anzahl übereinander angebrachter Anordnungen von Transportrollen entsprechende Anzahl von Beschichtungseinrichtungen übereinander angeordnet werden, oder dass eine Beschichtungseinrichtung so groß gewählt wird, dass sie alle parallelen Ströme von Substraten gleichzeitig beschichtet. Beispielsweise können drei Substratströme übereinander angeordnet sein und eine einzige Beschichtungseinrichtung, beispielsweise ein Rohrmagnetron, ist so lang gestaltet, dass alle drei Substratströme von ihr gleichzeitig beschichtet werden, wenn sie an der Beschichtungseinrichtung vorbei bewegt werden.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass parallel zu mindestens einer der mindestens zwei Anordnungen von Transportrollen und mit einem vertikalen Abstand oberhalb der Anordnung von Transportrollen Stützmittel zur Abstützung eines Substrats oder eines Substrathalters angeordnet sind.
Obwohl, wie in der Einleitung beschrieben, Einrichtungen bekannt sind, die ein ungewolltes Kippen der Substrate oder Substrathalter auf andere Weise verhindern, kann es konstruktiv einfacher und damit kostengünstiger sein, die mit ihrer Unterseite auf den Transportrollen stehenden Substrate oder Substrathalter an ihrer Oberseite seitlich zu führen, wie hier nun vorgeschlagen.
Dabei können die Stützmittel beispielsweise eine Führungsschiene oder eine Anordnung von Stützrollen umfassen. Weiter können die Stützmittel zur berührungslosen Abstützung eines Substrats oder Substrathalters magnetisch ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens eine Anordnung von Transportrollen an mindestens zwei verschiedenen, vertikal zueinander beabstandeten Positionen anbringbar ist.
Dadurch ist es einerseits möglich, die Transporteinrichtung an verschiedene Substratgrößen anzupassen, andererseits aber kann durch diese Maßnahme die Anlage insgesamt auch an die Beschichtung von Substraten unterschiedlicher Größe angepasst werden, beispielsweise indem von zwei parallelen Anordnungen von Transportrollen für zwei parallele Substratströme (eine im unteren Bereich der Beschichtungseinrichtung, eine andere etwa auf halber Höhe der Beschichtungseinrichtung) auf drei parallele Anordnungen von Transportrollen für drei parallele Substratströme (eine im unteren Bereich der Beschichtungseinrichtung, eine zweite etwa auf einem Drittel der Höhe der Beschichtungseinrichtung und eine dritte etwa auf zwei Dritteln der Höhe der Beschichtungseinrichtung) übergegangen wird. Dies wird durch die vorgeschlagene höhenvariable Anordnung der Transportrollen ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Transportrolle einen Distanzkörper umfasst, an dessen einem Ende ein Stützrad drehbar gelagert ist und dessen anderes Ende zur Befestigung an einer ebenen Oberfläche so ausgebildet ist, dass das Stützrad in einem Abstand zur Oberfläche gehalten ist.
Die vorgeschlagene Transportrolle ermöglicht die Abstützung und den Transport eines Substrats vor der Oberfläche, an der die Transportrolle angebracht ist, beispielsweise einer Kammerwand einer Vakuumbeschichtungsanlage. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Drehachse des Stützrads schräg oder senkrecht zur Oberfläche, an der die Transportrolle angebracht ist, ausgerichtet ist.
Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass der Distanzkörper ein Wellengehäuse ist, in dem eine mindestens einseitig aus dem Wellengehäuse ragende Welle drehbar gelagert ist und auf dem aus dem Wellengehäuse ragenden Ende der Welle ein Stützrad angeordnet ist.
Der Distanzkörper kann beispielsweise an seinem dem Stützrad gegenüberliegenden Ende einen Flansch mit Durchgangsbohrungen, die der Befestigung des Distanzkörpers an einer Kammerwand einer Vakuumbeschichtungsanlage dienen, aufweisen. Die Welle kann beispielsweise in Wälzlagern oder Gleitlagern gelagert sein, die in dem Wellengehäuse angeordnet sind.
In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Welle auch an dem dem Stützrad gegenüberliegenden Ende aus dem Wellengehäuse ragt und dass auf diesem Ende der Welle ein Antriebsrad angeordnet ist.
Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Transportrolle beispielsweise mit Hilfe einer Antriebseinrichtung anzutreiben, wobei die Antriebseinrichtung innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein kann. Eine außerhalb der Vakuumkammer angeordnete Antriebseinrichtung ist vorteilhaft, um die Antriebseinrichtung vor hohen Temperaturen und ungewollter Beschichtung zu schützen. Hierzu kann das Antriebsrad beispielsweise so ausgestaltet sein, dass seine Umfangsfläche für das Zusammenwirken mit einem Zahnriemen ausgebildet ist.
Daher ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass mindestens ein Teil der Transportrollen antreibbar ist und dass die dafür vorgesehene Antriebseinrichtung außerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist.
In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in einer Wand der Vakuumkammer Öffnungen zur Befestigung der Transportrollen vorgesehen sind, so dass das dem Stützrad gegenüberliegenden Ende der Welle aus der Vakuumkammer ragt. In diesem Fall können zum Verschließen nicht benötigter Öffnungen Blinddeckel vorgesehen sein.
Nachfolgend wird die vorgeschlagene Vakuumbeschichtungsanlage anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine Schnittdarstellung der Vakuumbeschichtungsanlage gemäß Ausführungsbeispiel.
In einer Vakuumkammer 1 ist eine Beschichtungseinrichtung 3 in Form eines Rohrmagnetrons angeordnet. Das Rohrmagnetron ist vertikal ausgerichtet, um die Substrate 4, die daran vorbeibewegt werden, über ihre gesamte Breite zu beschichten. Die Vakuumkammer 1 weist an einem Ende eine Eingangsschleuse und an ihrem anderen Ende eine Ausgangsschleuse auf. Die Substrate 4 werden von der Eingangsschleuse zur Ausgangsschleuse und dabei an der Beschichtungseinrichtung vorbei bewegt, welche im Innern der Vakuumkammer 1 zwischen Eingangsschleuse und Ausgangsschleuse angeordnet ist.
Dazu weist die Vakuumkammer 1 in ihrem Innern eine Transporteinrichtung auf, welche zwei übereinander angeordnete Anordnungen von Transportrollen 5 sowie zu jeder Anordnung von Transportrollen 5 jeweils darüber angeordnete Stützmittel 2, die als um eine vertikale Achse drehbare Stützrollen ausgestaltet sind, umfasst.
Die Substrate 4 stehen auf den Transportrollen 5 und stützen sich mit ihren oberen Kanten an den Stützmitteln 2 ab. Die Substrate sind geringfügig aus der Vertikalen auf die Stützmittel 2 zu geneigt, um eine stabile Lage zu erreichen.
Die Transportrollen 5 umfassen jeweils ein Wellengehäuse 51, das an einer Kammerwand 11 der Vakuumkammer befestigt ist und in welchem eine Welle 52 drehbar gelagert ist, sowie ein am inneren Ende der Welle 52 angebrachtes Stützrad 53, auf welchem das Substrat 4 steht, und ein am äußeren Ende der Welle 52 angebrachtes und damit außerhalb der Vakuumkammer 1 befindliches Antriebsrad 54, welches durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung antreibbar ist.
Im Ausführungsbeispiel sind zwei Anordnungen von Transportrollen 5 übereinander und parallel zueinander angeordnet, so dass zwei Reihen von Substraten 4 gleichzeitig an der Beschichtungseinrichtung 3 vorbei bewegt werden und dabei gleichzeitig beschichtet werden können. Oberhalb jeder der beiden Anordnungen von Transportrollen 5 ist je eine Anordnung von Stützrädern 2 so angeordnet, dass die Substrate 4 an ihren oberen Rändern dadurch abgestützt werden.
Bezugszeichenliste

1: Vakuumkammer
11: Kammerwand
2: Stützmittel
3: Beschichtungseinrichtung
4: Substrat
5: Transportrolle
51: Wellengehäuse
52: Welle
53: Stützrad
54: Antriebsrad

Claims

Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage zur kontinuierlichen Vakuumbeschichtung von Substraten, umfassend eine Vakuumkammer (1) und eine in der Vakuumkammer (1) angeordnete Transporteinrichtung zum Transport der Substrate (4) entlang eines Transportpfads durch die Vakuumkammer (1) an mindestens einer darin angeordneten Beschichtungseinrichtung (3) vorbei, die Transporteinrichtung umfassend eine Mehrzahl von entlang des Transportpfads hintereinander angeordneten Transportrollen (5), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Anordnungen von je einer Mehrzahl von entlang des Transportpfads hintereinander angeordneten Transportrollen (5) mit einem vertikalen Abstand parallel zueinander so angeordnet sind, dass Substrate (4) in zwei übereinander verlaufenden Transportpfaden an der oder den in derselben Vakuumkammer (1) angeordneten Beschichtungseinrichtungen (3) vorbei bewegt und dabei simultan beschichtet werden.
Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu mindestens einer der mindestens zwei Anordnungen von Transportrollen (5) und mit einem vertikalen Abstand oberhalb der Anordnung von Transportrollen (5) Stützmittel (2) zur Abstützung eines Substrats (4) oder eines Substrathalters angeordnet sind.
Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützmittel (2) eine Führungsschiene umfassen.
Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützmittel (2) eine Anordnung von Stützrollen umfassen.
Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützmittel (2) zur berührungslosen Abstützung eines Substrats (4) oder Substrathalters magnetisch ausgebildet sind.
Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anordnung von Transportrollen (5) an mindestens zwei verschiedenen, vertikal zueinander beabstandeten Positionen anbringbar ist.
Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportrolle (5) einen Distanzkörper (51) umfasst, an dessen einem Ende ein Stützrad (53) drehbar gelagert ist und dessen anderes Ende zur Befestigung an einer ebenen Oberfläche (11) so ausgebildet ist, dass das Stützrad (53) in einem Abstand zur Oberfläche (11) gehalten ist.
Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzkörper (51) ein Wellengehäuse ist, in dem eine mindestens einseitig aus dem Wellengehäuse ragende Welle (52) drehbar gelagert ist und auf dem aus dem Wellengehäuse ragenden Ende der Welle (52) ein Stützrad (53) angeordnet ist.
Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (52) auch an dem dem Stützrad (53) gegenüberliegenden Ende aus dem Wellengehäuse (51) ragt und dass auf diesem Ende der Welle (52) ein Antriebsrad (54) angeordnet ist.
Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Transportrollen (5) antreibbar ist und dass die dafür vorgesehene Antriebseinrichtung außerhalb der Vakuumkammer (1) angeordnet ist.
Vertikale Durchlaufbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Wand (11) der Vakuumkammer (1) Öffnungen zur Befestigung der Transportrollen (5) vorgesehen sind, so dass das dem Stützrad (53) gegenüberliegenden Ende der Welle (52) aus der Vakuumkammer (1) ragt.