DE102011113274A1

DE102011113274A1 - Beschichtungsanlage

Info

Publication number: DE102011113274A1
Application number: DE201110113274
Authority: DE
Inventors: Christian Schmid; Jürgen Haungs
Original assignee: SCHMID VACUUM TECHNOLOGY GmbH
Current assignee: SCHMID VACUUM TECHNOLOGY GmbH
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-03-07
Also published as: TW201327621A; WO2013029982A1

Abstract

Es wird eine Beschichtungsanlage (10) mit mindestens einem gegenüber der Umgebung abdichtbaren Beschichtungsraum (15) angegeben, der evakuierbar und/oder mit Schutzgas beaufschlagbar ist, wobei eine Laserreinigungseinrichtung (24) zur Reinigung von Teilen der Beschichtungsanlage (10) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage mit mindestens einem gegenüber der Umgebung abdichtbaren Beschichtungsraum, der evakuierbar und/oder mit Schutzgas beaufschlagbar ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vakuumbeschichtungsanlage mit mindestens einem evakuierbaren Beschichtungsraum, wie sie etwa zur Beschichtung von Solarzellen und dergleichen verwendet wird.
Während eines Vakuumbeschichtungsprozesses werden nicht nur die zu beschichtenden Substrate, sondern auch die Anlage und deren Zubehörteile beschichtet.
Um eine stabile Prozessführung zu gewährleisten und um saubere Beschichtungen von Substraten garantieren zu können, muss daher die Beschichtungsanlage von Zeit zu Zeit gereinigt werden. Üblicherweise geschieht dies nasschemisch, mit anschließender Trocknung. Hierbei kann es zu Rückständen auf den zu reinigenden Bauteilen kommen, die sich nachteilig auf den eigentlichen Prozess auswirken. Weitere Nachteile im Zusammenhang mit einer nasschemischen Reinigung sind die Verwendung teilweise hochgiftiger Chemikalien, die erforderliche Entsorgung der Chemikalien, der große zeitliche und sicherheitstechnische Aufwand und dass die Anlagen oftmals baulich getrennt von der Vakuumbeschichtungsanlage angeordnet werden müssen.
Bei vielen Beschichtungsanlagen ist der gegenüber der Umgebung abdichtbare Beschichtungsraum zusätzlich mit einer Innenbeschichtung überzogen, um die Prozessführung zu verbessern. Wird in der Beschichtungsanlage bspw. eine Nitridbeschichtung zur Passivierung der Oberfläche von Solarzellen aufgebracht, so ist der Beschichtungsraum in der Regel mit einer Beschichtung versehen. Wird die Beschichtungskammer anschließend nasschemisch gereinigt, so führt dies dazu, dass die Beschichtung gleichfalls mit entfernt wird. Vor der Wiederinbetriebnahme des Beschichtungsraums muss die Beschichtung aufwändig wieder aufgetragen werden, bspw. durch ein Flammspritzverfahren. Entsprechendes gilt, wenn nur Teile der Beschichtungszelle, z. B. Verkleidungsbleche oder der gegenüberliegende Kammerdeckel im Bereich der Aufnahme der Gegenelektrode gereinigt werden sollen.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Beschichtungsanlage gemäß der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass die mit der nasschemischen Reinigung verbundenen Nachteile möglichst vermieden werden. Insbesondere soll eine wirkungsvolle Reinigung für Teile der Beschichtungsanlage offenbart werden, ohne dass Chemikalienabfälle entsorgt werden müssen und ohne dass Anlagenteile verunreinigt werden.
Ferner soll ein geeignetes Reinigungsverfahren zum Reinigen von Teilen einer Beschichtungsanlage mit einem gegenüber der Umgebung abdichtbaren Beschichtungsraum, der evakuierbar und/oder mit Schutzgas beaufschlagbar ist, angegeben werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Beschichtungsanlage gemäß der eingangs genannten Art durch eine Laserreinigungseinrichtung zur Reinigung von Teilen der Beschichtungsanlage gelöst.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass Teile aus dem Beschichtungsraum, insbesondere Werkstückträger und/oder Kammerdeckel und/oder Verkleidungsbleche, mithilfe eines Lasers gereinigt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Durch die Verwendung eines Lasers zur Reinigung von Teilen der Beschichtungsanlage können die betreffenden Teile wirkungsvoll und in kurzer Zeit gereinigt werden, ohne dass Chemikalien anfallen bzw. entsorgt werden müssen. Gleichfalls kann der Reinigungsvorgang mithilfe des Lasers so präzise gesteuert werden, dass unter den zu entfernenden Schichten vorhandene Basisschichten erhalten bleiben.
Laserreinigungsanlagen und Laserreinigungsverfahren sind zwar grundsätzlich im Stand der Technik bekannt (vgl. z. B. US 2010/0038560 A1 , US 2008/0289651 A1 ), jedoch ist die Erfindung hierdurch nicht nahegelegt, da die bekannten Laserreinigungsverfahren nur zur Reinigung von Substraten nicht jedoch zur Reinigung von Anlageteilen verwendet werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Laserreinigungseinrichtung im Beschichtungsraum angeordnet oder in diesen einfahrbar.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die zu reinigenden Teile im Beschichtungsraum selbst unmittelbar gereinigt werden können.
Gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung ist die Laserreinigungseinrichtung als vom Beschichtungsraum separates Modul ausgebildet, mit einem vorzugsweise laserdicht umschlossenen Behandlungsraum.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Laserreinigungseinrichtung den Beschichtungsprozess innerhalb des Beschichtungsraums selbst nicht stört. Dies ist insbesondere bei Vakuumprozessen von Bedeutung. Außerdem kann eine Laserreinigungseinrichtung zur Reinigung von Anlagenteilen aus verschiedenen Beschichtungsräumen verwendet werden.
In vorteilhafter Weiterbildung dieser Ausführung ist der Beschichtungsraum mit dem Behandlungsraum über eine Transporteinrichtung, insbesondere über eine Handlingeinrichtung, gekoppelt.
Auf diese Weise können zu reinigende Teile zwischen dem Beschichtungsraum und dem Behandlungsraum auf einfache Weise transportiert werden. Hierzu kann die Transporteinrichtung im einfachsten Fall beispielsweise eine oder mehrere Schienen umfassen, auf denen ein Werkstückträger zwischen dem Beschichtungsraum und dem Behandlungsraum verfahren werden kann. Weiterhin kann jedoch auch eine Handlingeinrichtung, insbesondere ein Roboter oder dergleichen, vorgesehen sein, um einen automatischen Transport von Teilen zwischen dem Behandlungsraum und dem Beschichtungsraum zu ermöglichen.
In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Laserreinigungseinrichtung einen Laser, der mittels einer Handlingeinrichtung, vorzugsweise mittels eines Roboters, automatisch verfahrbar ist.
Auf diese Weise wird eine hohe Flexibilität zur Reinigung von unterschiedlichen Teilen gewährleistet.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des Behandlungsraums mindestens ein Werkstückträger zur Aufnahme eines Werkstücks vorgesehen. Des Weiteren können mehrere Werkstückträger vorgesehen sein, die verfahrbar, verschwenkbar oder in sonstiger Weise veränderbar innerhalb des Behandlungsraums vorgesehen sein können, um ein Einführen von Teilen in den Behandlungsraum, ein Aufspannen von Werkstücken in einer geeigneten Lage und einen Wiederabtransport der gereinigten Teile aus dem Behandlungsraum zu unterstützen.
Bei dem Laser handelt es sich vorzugsweise um einen über einen Schlitz abstrahlenden Laser, vorzugsweise mit einer Leistung von mindestens 100 Watt.
Ein solcher Laser ist für die betreffende Reinigungsaufgabe besonders geeignet. Es kann sich beispielsweise um einen Nd:YAG-Laser mit Leistung von 150 W und einer Wellenlänge von 1064 nm handeln.
Derartige Laser stehen mit ausreichender Leistung zur Verfügung und sind für die betreffende Reinigungsaufgabe besonders geeignet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Laser eine Absaugeinrichtung.
Auf diese Weise werden bei der Reinigung durch Verdampfung entstehende Abgase und Partikel unmittelbar an der Entstehungsquelle abgesaugt, so dass ein besonders sauberer Reinigungsvorgang ohne Nebenwirkungen gewährleistet werden kann.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Reinigung entweder innerhalb des Beschichtungsraums selbst durchgeführt werden oder aber, wie vorstehend bereits erwähnt, außerhalb des Beschichtungsraums, vorzugsweise innerhalb eines nach außen laserdicht umschlossenen Behandlungsraums.
Dabei kann der Laser während der Reinigung vorzugsweise mittels einer Handlingeinrichtung, insbesondere mittels eines Roboters, automatisch bewegt werden.
Gemäß der Erfindung wird ferner eine Verwendung eines Lasers zur Reinigung von Teilen einer Beschichtungsanlage offenbart, mit mindestens einem gegenüber der Umgebung abdichtbaren Beschichtungsraum, der evakuierbar und/oder mit Schutzgas beaufschlagbar ist, wobei der Laser insbesondere zur Reinigung von Werkstückträgern oder Kammerdeckeln aus dem Beschichtungsraum verwendet wird.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage;
2 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Laserreinigungseinrichtung zur Verwendung bei der Beschichtungsanlage gemäß 1 und
3 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines Absaugschlauches, der gemeinsam mit dem Laser mittels eines Roboterarms bewegbar ist.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Beschichtungsanlage schematisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
Die Beschichtungsanlage 10 umfasst einen Beschichtungsbereich 12 mit insgesamt vier Beschichtungszellen 14, 16, 18, 20 und einer Ladezelle 22, die im Fünfeck zueinander angeordnet sind. Über die Ladezelle 22 wird mithilfe einer Handlingeinrichtung 23 die Zuführung und Entnahme von zu beschichtenden Teilen in einen zentralen fünfeckigen Verteilungsraum 21 zwischen den verschiedenen Beschichtungszellen 14, 16, 18, 20 ermöglicht.
Jede Beschichtungszelle 14, 16, 18, 20 weist einen evakuierbaren Beschichtungsraum auf, wobei dieser nur beispielhaft mit der Ziffer 15 bei der Beschichtungszelle 14 bezeichnet ist. Die betreffenden Beschichtungsräume können evakuiert und ggf. mit Schutzgas befüllt werden.
Beispielsweise werden die Beschichtungszellen 14, 16, 18, 20 zur Beschichtung bei der Herstellung von Solarzellen verwendet. In den einzelnen Zellen kann jeweils derselbe Beschichtungsprozess durchgeführt werden. Es können jedoch auch unterschiedliche Beschichtungsprozesse in den unterschiedlichen Zellen ausgeführt werden.
Da bei Beschichtungsprozessen nicht nur das jeweils zu beschichtende Substrat, sondern auch der Werkstückträger für das Substrat, Verkleidungsbleche und der Kammerdeckel im Bereich der Gegenelektrode automatisch mitbeschichtet werden, müssen die betreffenden Teile aus dem Beschichtungsraum von Zeit zu Zeit gereinigt werden, um eine saubere Prozessführung zu gewährleisten. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Reinigung hierbei durch Verwendung eines Lasers.
In 1 ist eine Laserreinigungseinrichtung 24 in Kombination mit dem Beschichtungsbereich 12 innerhalb der Beschichtungsanlage 10 dargestellt. Die Laserreinigungseinrichtung 24 weist einen Behandlungsraum 26 auf, der nach außen laserdicht durch eine entsprechende Wandung abgeschlossen ist. Innerhalb des Behandlungsraums 26 ist ein Roboter 28 angeordnet, auf dem ein Laser montiert ist. In 1 ist ferner noch ein Werkstückträger 30 erkennbar, der mittels einer Transporteinrichtung 32 auf Schienen durch einen Antrieb 31 verfahrbar ist. Der Werkstückträger 30 kann somit von einer Stellung außerhalb des Behandlungsraums 26 auf den Schienen 32 in den Behandlungsraum 26 eingefahren werden, innerhalb dessen eine Reinigung mittels des Lasers erfolgt.
Um nun einen Transport von schweren, zu reinigenden Teilen zwischen dem Behandlungsraum 26 und den Beschichtungsräumen 15 der Beschichtungszellen 14, 16, 18, 20 zu ermöglichen, ist in 1 beispielhaft mit 34 zusätzlich eine Handlingeinrichtung 34 angedeutet. Es kann sich hierbei z. B. um einen Roboter handeln, der für einen automatischen Transport von Teilen zwischen dem Behandlungsraum 26 und dem betreffenden Beschichtungsräumen, wie etwa bei 15, ausgebildet ist.
Alternativ kann es sich bei der Handlingeinrichtung auch z. B. um einen Portalkran handeln, wie bei 35 angedeutet, der zum Verfahren von Teilen zwischen dem Behandlungsraum 26 und den Beschichtungsräumen 15 genutzt wird, was auch automatisch gesteuert erfolgen kann.
Der Aufbau der Laserreinigungseinrichtung 24 ist aus 2 näher zu ersehen.
Der Behandlungsraum 26 ist hierbei ohne die Verkleidung an seinen Wänden und an der Decke dargestellt, die laserdicht ausgeführt ist. Innerhalb des Behandlungsraums 26 ist der Roboter 28 bspw. auf einem Sockel montiert und umfasst einen Roboterarm 36, mittels dessen ein Laser 38 in eine beliebige Lage verschwenkt werden kann, um zu reinigende Werkstücke in geeigneter Weise zu reinigen. Innerhalb des Behandlungsraums 26 ist ferner ein Werkstückträger 42 mit einem darauf aufgespannten Werkstück 40 dargestellt.
Außerhalb des Behandlungsraums ist ferner ein weiterer Werkstückträger 30 dargestellt, auf dem ein Werkstück in Form eines Kammerdeckels, etwa aus dem Beschichtungsraum 15, gehalten ist. Da solche Deckel sehr schwer sind, werden sie bei der dargestellten Ausführungsform auf einem Werkstückträger 30 aufgenommen, der mithilfe eines Verfahrwagens 46 auf den Schienen 32 bei geöffneter Tür (nicht dargestellt) in den Behandlungsraum 26 eingefahren bzw. nach erfolgter Reinigung wieder aus diesem ausgefahren werden kann.
Ein für den Reinigungsprozess geeigneter Laser ist z. B. als ND:YAG-Laser ausgeführt, mit einer Maximalleistung von 150 Watt und einer Wellenlänge von 1064 nm. Der Laser ist wassergekühlt und weist eine Breite von bspw. 65 mm auf. Außerdem ist der Laser mit einer Absaugung versehen. Es versteht sich, dass natürlich auch andere Laser, insbesondere solche mit höherer Leistung, wie etwa von beispielsweise 500 W, geeignet sind.
In 3 ist eine Absaugeinrichtung 48 in Kombination mit dem Laser 38 dargestellt. Hierbei ist beispielsweise ein Absaugschlauch 50 mit einer Absaugöffnung 52 in unmittelbarer Nähe des Lasers 38 angeordnet und gemeinsam mit dem Laser 38 mittels des Roboterarms 36 bewegbar. Es versteht sich, dass die Absaugeinrichtung auch in den Laser selbst integriert sein kann oder an anderer Stelle des Behandlungsraums 26 vorgesehen sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2010/0038560 A1 [0011]
US 2008/0289651 A1 [0011]

Claims

Beschichtungsanlage mit mindestens einem gegenüber der Umgebung abdichtbaren Beschichtungsraum (15), der evakuierbar und/oder mit Schutzgas beaufschlagbar ist, gekennzeichnet durch eine Laserreinigungseinrichtung (24) zur Reinigung von Teilen (40, 44) der Beschichtungsanlage.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserreinigungseinrichtung (24) im Beschichtungsraum (15) angeordnet ist oder in diesen einfahrbar ist.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserreinigungseinrichtung (24) als vom Beschichtungsraum (15) separates Modul mit einem vorzugsweise laserdicht umschlossenen Behandlungsraum (26) ausgebildet ist.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsraum (15) mit dem Behandlungsraum (26) über eine Transporteinrichtung (32, 34, 35), insbesondere über eine Handlingeinrichtung (34, 35), gekoppelt ist.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (34, 35) zur automatischen Überführung von Teilen (40, 44) zwischen dem Beschichtungsraum (15) und dem Behandlungsraum (26) ausgebildet ist.
Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserreinigungseinrichtung (24) einen Laser (38) umfasst, der mittels einer Handlingeinrichtung, vorzugsweise mittels eines Roboters (28), automatisch verfahrbar ist.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Behandlungsraums (26) mindestens ein Werkstückträger (30, 42) zur Aufnahme eines Werkstücks (40, 44) vorgesehen ist.
Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (38) ein über einen Schlitz (53) abstrahlender Laser ist, vorzugsweise mit einer Leistung von mindestens 100 W.
Beschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (38) eine Absaugeinrichtung (48) umfasst.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (48) einen Absaugschlauch (50) umfasst, der gemeinsam mit dem Laser (38) mittels einer Handlingeinrichtung, insbesondere mittels eines Roboters (28) bewegbar ist.
Verfahren zum Reinigen von Teilen (40, 44) einer Beschichtungsanlage (10) mit einem gegenüber der Umgebung abdichtbaren Beschichtungsraum (15), der evakuierbar und/oder mit Schutzgas beaufschlagbar ist, bei dem Teile (40, 44) aus dem Beschichtungsraum (15), insbesondere Werkstückträger und/oder Kammerdeckel, mit Hilfe eines Lasers (38) gereinigt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Reinigung innerhalb des Beschichtungsraums (15) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei die die Reinigung außerhalb des Beschichtungsraums (15), vorzugsweise innerhalb eines nach außen laserdicht umschlossenen Behandlungsraums (26), durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der Laser (38) während der Reinigung mittels einer Handlingeinrichtung, insbesondere mittels eines Roboters (28), automatisch bewegt wird.
Verwendung eines Lasers zur Reinigung von Teilen (40, 44) einer Beschichtungsanlage (10) mit mindestens einem gegenüber der Umgebung abdichtbaren Beschichtungsraum (15), der evakuierbar und/oder mit Schutzgas beaufschlagbar ist, insbesondere zur Reinigung von Werkstückträgern (40, 44), Verkleidungsblechen oder Kammerdeckeln aus dem Beschichtungsraum (15).