DE102012205254A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Temperierung bandförmiger Substrate unter thermisch stimulierter Prozessumgebung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Temperierung bandförmiger Substrate unter thermisch stimulierter Prozessumgebung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperierung bandförmiger Substrate, wobei ein Substratband 1 entlang eines Transportpfades geführt und transportiert wird, wobei das Substratband 1 in einem Abschnitt des Transportpfades temperiert wird, indem eine Wärmeübertragung zwischen dem Substratband 1 und einem temperierten Thermoband 24 erfolgt. Um die Wärmeübertragung auf ein Substratband 1 zu verbessert und den Aufwand zu verringern, wird das Substratband 1 durch zumindest ein relativ zum Transportpfad stationäres Führungssegment 21, mit dem Thermoband 24 als Wärmeüberträger, temperiert, indem das Führungssegment 21 das Thermoband 24 entlang des Transportpfades führt und eine temperierte Führungsfläche 22 aufweist, die dem Substratband 1 mit dazwischen befindlichem Thermoband 24 im Temperaturbereich 20 gegenübersteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung bandförmiger Substrate, bei denen das Substratband während seines Transports auf eine definierte Temperatur oder einen definierten Temperaturbereich einzustellen ist. Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung bandförmiger Substrate unter Verwendung einer solchen Temperierung.
  • Bei einem solchen Verfahren wird das bandförmige Substrat, nachfolgend auch als Substratband bezeichnet, mittels einer Transportvorrichtung entlang eines Transportpfades geführt. Die Führung des Substratbands, das in verschiedenen Anwendungen, z.B. in der flexiblen Solarzellen- oder Displayherstellung, eine Länge von vielen Metern aufweisen kann, erfolgt entlang seines Transportpfades mittels verschiedener Führungsmittel, z.B. um ein gleichmäßiges und reproduzierbares Beschichtungsergebnis zu erzielen. Als Führungsmittel sind Rollen, Walzen oder andere, das Substratband durch die Eigenbewegung des Führungsmittels mitnehmende Vorrichtungen bekannt.
  • So ist es beispielsweise im Rahmen der Substratbeschichtung erforderlich, eine thermisch stimulierte Prozessumgebung herzustellen, indem das Substratband zumindest in einem Abschnitt des Beschichtungsprozesses, währenddessen oder vor oder nach dem Beschichten, auf eine bevorzugte Temperatur oder bevorzugten Temperaturbereich eingestellt, d.h. erwärmt oder Wärme abgeführt wird. Damit kann die abzuscheidende Schicht oder die bereits auf dem Substratband abgeschiedene Schicht in ihren Eigenschaften gezielt beeinflusst werden.
  • Für die verschiedenen Anwendungsfälle sind derzeit Substrattemperaturen im Bereich bis ca. 550°C erforderlich, wobei durchaus auch eine Stabilisierung der Substrattemperatur auf Raumtemperatur oder wenig darüber erforderlich sein kann. Je nach Art des Verfahrens, dem die Substrattemperierung dienen soll, und je Anforderungen an das behandelte Substratband können mittels der Temperatur z.B. die Haftungseigenschaften des Substrats oder von Beschichtungen des Substrats, deren optischen und/oder elektrischen Eigenschaften oder Schichtstrukturen und anderes mehr gezielt beeinflusst werden. Insbesondere für PVD und CVD-Beschichtungsverfahren und bevorzugt für die Vakuumprozesse sind solche gezielten Temperaturregimes des Substratbands bekannt.
  • So wird in der EP 1 881 087 A1 ein plasmaunterstützter CVD-Beschichtungsprozess beschrieben, bei dem das Substratband während seines Laufs über eine Führungsrolle unmittelbar vor dem Beschichten erwärmt wird. Allerdings ist es aufgrund der Ausdehnung des Bandes schwierig, die Führung des Substratbands durch den Beschichtungsbereich unabhängig von der Substrattemperatur stabil zu halten. Zudem ist eine gezielte Einstellung der Substrattemperatur nur in größeren Bereichen des Substratbands möglich.
  • In der EP 2 096 190 A1 wird das Substratband durch den Beschichtungsbereich gemeinsam mit einem Endlosband geführt.
  • Das Endlosband führt und kontaktiert das Substratband im Beschichtungsbereich. Durch den Kontakt beider Bänder kann ein Wärmeaustausch erfolgen, so dass über Heiz- und Kühlmittel im Endlosband oder in dessen Führungsrollen eine Einstellung der Temperatur des Endlosbandes und über Wärmeübertragung auch des Substratbands erfolgen kann. Diese Temperierung des Endlosbandes über die rotierenden Teile ist jedoch anlagentechnisch sehr aufwändig.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabenstellung zugrunde, ein Temperierungsverfahren und eine dazu verwendbare Vorrichtung anzugeben, mit denen die Wärmeübertragung auf ein bandförmiges Substrat insbesondere in der Beschichtungsumgebung verbessert und mit geringerem technischen Aufwand realisierbar ist.
  • Die Aufgabe wird mit einem Temperierungsverfahren des Anspruchs 1 und einer dazu verwendbaren Vorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Die jeweils darauf rückbezogenen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar. Die Aufgabe wird ebenso durch ein Beschichtungsverfahren nach Anspruch 6 und eine Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 14 gelöst, das besagte Temperierungsverfahren bzw. die Temperierungsvorrichtung verwenden.
  • Erfindungsgemäß wird das Substratband durch eine temperierbare Führungsfläche erwärmt und/oder abgekühlt, die dem Substratband in einem Abschnitt des Bereichs gegenübersteht, in welchem das Thermoband mit dem Substratband in Kontakt steht. Somit ergibt sich in der Anordnung der drei Komponenten folgende Reihenfolge: Die temperierte Führungsfläche steht unmittelbar dem Thermoband gegenüber und über dessen flächigen Kontakt mittelbar auch dem Substratband. Somit dient die Führungsfläche als Wärmequelle und das Thermoband als Wärmeübertragungsmittel zwischen der Führungsfläche und dem Substratband.
  • Über die flächenhafte Wärmequelle und deren, mittelbare, Anordnung dem Substratband gegenüber ist die Wärmeübertragung stufenlos einstellbar sowie differenziert und dynamisch zu gestalten. Dies wird unterstützt durch die Führung des Thermobandes in dem Temperaturbereich, in welchem die Temperierung des Substratbandes und damit die Wärmeübertragung zwischen beiden Bändern erfolgen sollen, durch das die flächige Wärmequelle umfassende Führungssegment. Zudem ist das Führungssegment stationär zum Transportpfad. D.h. es ist auch keine Rotation erforderlich, so dass jede Art der Energiezu- oder Abführung zur Kühlung und/oder Erwärmung der Führungsfläche ebenfalls stationär ist und sich einfacher gestalten lässt oder auch komplexere Optionen bietet. Eine elektrische Energiezufuhr, z.B. für Widerstandsheizer oder für Peltierelemente, auch die Heizung und/oder Kühlung mittels durch ein Führungssegment geleitetes Heiz- bzw. Kühlmedium oder andere bekannte Heiz- oder Kühlvorrichtungen sind möglich.
  • Über die Größe und Form der Führungssegmente sowie deren temperierbaren Führungsflächen sind Wärmemenge und Energiedichte gut einstellbar. Auch für die Eingliederung des Temperaturbereichs im gesamten Ablauf eines Substratbehandlungs- insbesondere eines Beschichtungsprozesses bieten das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung aufgrund der variablen und lokal differenzierbaren Energiedichte umfangreiche Möglichkeiten. So ist eine Temperatureinstellung mittels der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung während oder zwischen Beschichtungsabschnitten aber auch im Rahmen einer Vorbehandlung des Substrats oder nach der Beschichtung z.B. für eine Aktivierung der abgeschiedenen Schicht möglich. Beispielsweise können zwischen zwei Prozesssektionen, welche eine unterschiedliche Bandtemperatur erfordern, eine thermisch entkoppelte Heiz- oder Kühlstation eingefügt werden.
  • Die an den Führungssegmenten einzustellenden Temperaturen hängen insbesondere auch von der Wärmebilanz des jeweiligen Prozessschrittes ab. In den Prozessbereichen kann als Heizertemperatur entweder ein etwas höherer Wert als die gewünschte Substrattemperatur eingestellt werden, um die Abstrahlung des Substrates an die Umgebung zu kompensieren. Wenn hingegen durch den Prozess so viel Wärme in das Substrat eingetragen wird, dass es sich weiter erwärmt, kann sogar eine Segmenttemperatur notwendig sein, die unterhalb der erforderlichen Substrattemperatur liegt. Um das Substrat zwischen zwei Prozessbereichen schnell auf eine gewünschte Temperatur aufheizen oder abkühlen zu können, kann in den thermisch entkoppelten Heiz- bzw. Kühlbereichen mit sehr viel höheren oder sehr viel niedrigeren Temperaturen als die gewünschte Bandtemperatur gearbeitet werden.
  • So sind auch innerhalb kurzer Zeiten oder kurzer Transportwege des Substratbands hohe Temperaturänderungen möglich, was unter anderem die Transportweglänge reduzieren lässt oder womit auch höhere als die derzeit gängigen Temperaturen eingestellt werden können.
  • Indem die Führungsfläche jene Fläche des Führungssegments ist, die dem Thermoband gegenüber liegt und damit dessen Führung entlang des Transportpfades des Substratbandes unterstützt, kann auch die Führung des Substratbandes mithilfe des Thermobandes im Temperaturbereich erfolgen. Das hat insbesondere im Beschichtungsbereich Vorteile, da dort eine definierte Lage des Substrats im Beschichtungsbereich für die reproduzierbare und homogene Beschichtung wichtig ist und sich der Beschichtungsbereich mitunter über sehr große Längen von mehreren Metern erstreckt.
  • In Bezug auf die beiden Funktionen des Führungssegments, die Führung des Thermobandes und über dieses des Substratbandes sowie die Temperierung des Substratbandes sind zwei funktionale Bereiche zu unterscheiden. Dies sind der Kontaktbereich, in welchem Thermoband und Substratband miteinander in flächigem Kontakt stehen, und der Temperaturbereich, in welchem Wärme von der Führungsfläche des Führungssegments auf das Substratband übertragen oder abgeleitet wird. Beide Bereiche können, müssen aber nicht übereinstimmen. Der Temperaturbereich kann auch kleiner als der Kontaktbereich gewählt werden oder mehrere getrennte Abschnitte davon einnehmen.
  • Ergänzend oder alternativ zur oben beschriebenen Variation von Größe und Form der Führungsfläche sind entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung die übertragbare Wärmemenge und die Energiedichte auch mittels der Anzahl der Führungssegmente und damit deren Führungsflächen gut einstellbar. So kann durch die Verwendung mehrerer aneinander grenzender Führungssegmente z.B. ein lang gestreckter Temperaturbereich oder eine Splittung in mehrere aufeinanderfolgende Temperaturbereiche realisiert werden.
  • Insbesondere, wenn entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Führungssegmente auf voneinander abweichende Temperaturen eingestellt werden können, sind mit der variablen Energiezu- oder Abführung sowie mit der variablen Gestaltung der temperierenden Segmentflächen auch komplexe Temperaturregimes realisierbar, die z.B. eine abschnittsweise Erwärmung oder Kühlung des Substratbandes oder eine Kombination von beidem umfassen. Eine solche, in einem Substratdurchlauf zu erzielende lokal differenzierte Substraterwärmung wird vorrichtungsseitig unterstützt, wenn die Führungssegmente thermisch voneinander isoliert sind, so dass ein Wärmeaustausch zwischen den Segmenten reduziert wird.
  • Die Führung des Thermobandes kann entsprechend verschiedener Ausgestaltungen des Verfahrens entweder durch einen flächigen Kontakt zwischen Führungsfläche und Thermoband erfolgen oder mit einem Abstand zwischen beiden, der mittels geeigneter Abstandshalter eingestellt wird. Die Wahl der Ausgestaltung hängt von zahlreichen Faktoren ab, wie z.B. dem Temperaturregime des Substratbandes, dessen Transportgeschwindigkeit, dessen Material, des Materials der Führungssegmente sowie des Thermobandes, der bevorzugten Wärmeübertragungsform und vielem mehr.
  • Ein flächiger Kontakt gestattet z.B. die Wärmeleitung von der Führungsfläche bis zum Substrat, während ein Abstand zumindest ein weiteres Übertragungsmedium, und zwar die Materialien innerhalb des Zwischenraumes, einbezieht oder unter Vakuum eine gute Wärmestrahlung erfordert. Für beide Wärmeübertragungsarten sind die Übertragungs- und Reflexionseigenschaften der beiden Grenzflächen des Thermobandes zu berücksichtigen. Sie können je nach Anforderungen auch durch geeignete Maßnahmen gezielt beeinflusst werden, indem z.B. für die Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung die IR-Reflexion niedrig gehalten wird oder zumindest die Oberfläche des Thermobandes mit einem Material versehen wird, das einen guten Wärmeübergangskoeffizienten aufweist. Beispielsweise kann das Thermoband mit einer geeigneten Beschichtung versehen werden.
  • Neben den Wärmeübertragungseigenschaften sind auch eine hohe Zeit- und Temperatur-Standfestigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit in dem relevanten Temperaturbereich für das Thermoband erforderlich. Beide Anforderungen werden z.B. von verschiedenen Nickel-Chrom-Legierungen erfüllt. So weisen beispielsweise Nickel-Chrom-Legierungen mit Gehalten anderer Materialien wie z.B. Niob, Molybdän und/oder Titan enthalten können, eine hohe Standfestigkeit bei Temperaturen bis einigen hundert Grad Celsius auf. Zudem sind diese Verbindungen z.B. zur Herstellung eines Endlosbandes gut schweißbar mit einer hohen Schweisrissfestigkeit. Ein wesentliches Auswahlkriterium für das verwendbare Material sind neben der Temperaturstandfestigkeit auch die Materialien des Substrats und dessen Beschichtung. Die Einstellung eines Abstandes vermindert wiederum die Reibung zwischen Führungsfläche und Thermoband, was insbesondere für verschiedene Materialkombinationen von Führungssegment und Thermoband zu berücksichtigen ist. Die Einstellung des Abstandes kann durch Abstandshalter erfolgen, die deutlich kleinere Gleitflächen über der Führungsfläche zur Verfügung stellen oder die als Rollen ausgeführt sind, welche ebenfalls die Wärmeübertragung von der Führungsfläche zum Thermoband nicht relevant beeinflussen. Sowohl der Abstand des Thermobandes über der Führungsfläche als auch die Breite der einzelnen Abstandshaltern sowie deren Abstände zueinander sollte in jedem Fall so gewählt sein, dass eine gute Wärmeübertragung gewährleistet ist aber andererseits das Thermoband mit nur solchen geringen Abweichungen vom Transportpfad des Substratbandes geführt wird, das eine für die die Anwendung der Temperierung ausreichend gute Führung des Substratbandes im Bereich des Führungssegments oder der Führungssegmente möglich ist.
  • Als gute heiz- und kühlbare Führungssegmente, die zudem gute Gleiteigenschaften aufweisen und auch vakuumtauglich sind, haben sich entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung Führungssegmente aus Graphit erwiesen, dass auch als Gleitlagerwerkstoff zwischen den Führungssegmenten und dem Thermoband einsetzbar ist. Aber auch andere, z.B. metallische oder keramische, Materialien sind in Abhängigkeit von der Anwendung des Temperierungsverfahrens bzw. der Vorrichtung dafür, vom Temperaturbereich und vom Kontakt zum Thermoband sowie dessen Material möglich.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Führung des Thermobandes und des Substratbandes entlang eines konvexen Transportpfades, indem das Führungssegment oder die Führungssegmente im Bereich der Führungsfläche eine konvexe Form aufweist.
  • Diese Ausgestaltung von Verfahren und Vorrichtung bewirkt bei aneinander liegendem Thermoband und Substratband einen verbesserten thermischen Kontakt zwischen beiden über die gekrümmte Fläche, da die Krümmung zu einer höheren Andruckkraft führt. Damit ist es möglich, die Temperaturänderungsgeschwindigkeit sowie die erreichbare Endtemperatur zu erhöhen. Das heißt Thermoband und Substratband lassen sich in kürzerer Zeit auf höhere Temperaturen aufwärmen bzw. auf niedrigere Temperaturen abkühlen, wenn durch Vergrößerung des Anpressdruckes des Thermobandes am Führungssegment der jeweilige Wärmeübergangskoeffizient angehoben wird. Gleiches gilt für den Wärmeübergang zwischen Substratband und Thermoband.
  • Die Form der Führungssegmente gestattet darüber hinaus die Ausführung des Thermobandes als Endlosband, indem das Thermoband entlang der Umfassungslinie eines Kreissegments oder Ellipse geführt wird. Dabei dient ein Kreisbogen als Temperaturbereich und die die restliche Umfassungslinie der Rückführung des Endlosbandes, wo auch Spann- und Antriebsmittel des Thermobandes angeordnet sein können. Damit lässt sich der Transport des Thermobandes vereinfachen und die Temperiervorrichtung als kompakte Komponente ausgestalten, die in verschiedenen Substratbehandlungsanlagen oder an verschiedenen Einbauorten einer komplexen Anlage einsetzbar ist.
  • Da wie oben bereits dargelegt insbesondere im Rahmen von Beschichtungen bandförmiger Substrate eine thermisch aktivierte Prozessumgebung für verschiedene Zwecke benötigt wird, kann das zuvor beschriebene Temperierungsverfahren und die dafür verwendbare Vorrichtung für diese Anwendung eingesetzt und die entsprechenden Verfahren und Vorrichtungen als zusätzlicher Schritt oder in einen bestehenden Schritt integriert werden.
  • Hierbei ist es entsprechend einer Ausgestaltung der Beschichtungsvorrichtung vorteilhaft, wenn eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung des Thermobandes in einem solchen Bereich angeordnet ist, in welchem das Thermoband nicht im Kontakt zum Substratband steht. Damit ist es möglich, unerwünschte Beschichtungen, die z.B. durch eine größere Breite des Thermobandes gegenüber dem Substratband im Randbereich erfolgt, zu entfernen. Dies ist insbesondere bei Endlosbändern von Vorteil. Hier kann eine Reinigungsvorrichtung im Bereich der Bandrückführung angeordnet werden.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
  • 1 eine Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung in perspektivischer Darstellung und
  • 2 die Temperierungsvorrichtung gemäß 1 in einer Seitenansicht.
  • Mit einer Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsvorrichtung gemäß 1 ist ein bandförmiges Substrat, in der vorliegenden Beschreibung als Substratband 1 bezeichnet, z.B. mittels PVD zu beschichten. Als Beschichtungsquelle 2 dienen im Ausführungsbeispiel Rohrmagnetrons. Alternativ können aber auch andere Beschichtungsverfahren und andere Beschichtungsquellen zu Anwendung kommen, bei PVD-Verfahren zum Beispiel planare Zerstäubungskathoden, Ionenquellen oder Verdampferquellen.
  • Als Substrat wird im Ausführungsbeispiel polyimide oder SiO2-Folie verwendet, die unter anderem mit Molybdän oder aluminiumdotiertem Zinkoxid beschichtet für Rück- oder Frontseitenkontakte oder für Absorber von CIGS-Solarzellen zur Anwendung kommen.
  • In 1 sind schematisch die für den Substrattransport und dessen Temperierung notwendigen Komponenten in Bezug auf den Beschichtungsbereich dargestellt. Ein Anspruch auf Darstellung aller Komponenten einer Beschichtungsvorrichtung oder der Temperiervorrichtung wie beispielsweise notwendige Ver- oder Entsorgungsleitungen und Gehäuse besteht wegen der besseren Übersicht nicht.
  • In der Beschichtungsvorrichtung wird ein Substratband 1 mittels mehrerer Transportrollen 3 in Form von geeigneten Rollen und Walzen in Substrattransportrichtung 4 durch die Beschichtungsvorrichtung transportiert. Das Substratband 1 wird dabei von einer Spenderrolle 5 abgewickelt, durch die Vorrichtung und an den Beschichtungsquellen 2 vorbei bewegt und dabei beschichtet. Das beschichtete Substratband 1 wird anschließend auf einer Aufnehmerrolle 6 wieder aufgewickelt. Die Transportrollen 3 halten das Substratband 1 auf dem Transportpfad, der an den Beschichtungsquellen 2 vorbei führt.
  • Im Beschichtungsbereich, den Beschichtungsquellen 2 gegenüber liegend ist eine erfindungsgemäße Temperierungsvorrichtung 7 angeordnet. Der Temperaturbereich 20 stimmt im Ausführungsbeispiel mit dem Beschichtungsbereich nahezu überein. Dies ist der Fall, wenn das Substratband 1 im Temperaturbereich in Substrattransportrichtung 4 gleichmäßig oder schrittweise geheizt oder gekühlt werden soll, letzteres z.B. die Substrattemperatur über den gesamten Beschichtungsbereich unterhalb einer Temperaturgrenze zu halten.
  • Die Temperierungsvorrichtung 7 ist in 2 dargestellt. Sie umfasst acht Führungssegmente 21 mit konvexen Führungsflächen 22. Die Führungssegmente 21 grenzen mit dazwischen liegenden thermischen Isolationsschichten 23 aneinander, so dass deren, dem Substratband 1 (in 2 nicht dargestellt) zugewandte Führungsflächen 22 den Kreisbogen eines Kreissegments bilden. Der Kreisbogen bildet den Temperaturbereich 20, in welchem die Temperierung des Substratbandes 1 erfolgen kann.
  • Der Kreisbogen stellt zudem die Transportauflage eines Thermobandes 24 dar, das im Ausführungsbeispiel aus der Chrom-Nickel haltigen Legierung Inconel®Alloy 718 besteht. Es wird über zwei Umlenkrollen 25, die jeweils am Ende des Kreisbogens angeordnet sind und dabei als Antriebsrollen dienen, entlang der Kreissehne des Kreisbogens weiter geführt und ist als Endlosband ausgebildet. Das Thermoband 24 weist im Ausführungsbeispiel im Randbereich eine Perforation (nicht dargestellt) auf, in die die Antriebsrollen eingreifen und das Thermoband 24 mit einer definierten Geschwindigkeit und entlang des Transportpfades des Substratbandes bewegen.
  • Die Antriebsgeschwindigkeit des Thermobandes 24 wird mit der des Substratbandes 1 synchronisiert. Das erfolgt z.B., indem die Substratgeschwindigkeit als Mastergeschwindigkeit verwendet wird, zu der alle übrigen Geschwindigkeiten durch eine geeignete Antriebsteuerung oder mechanische Verbindung synchronisiert werden. Eine Schlupfkontrolle und -regelung ist mit den für Endlosbänder gängigen Verfahren möglich.
  • Die Führungssegmente 21, die im Ausführungsbeispiel aufgrund seiner guten Gleiteigenschaften und seiner Vakuumtauglichkeit aus Graphit bestehen, können alle erwärmt oder gekühlt werden. Dazu weisen die Führungssegmente 21 mehrere Kanäle 27 auf, in die Heiz- oder Kühlelemente (nicht dargestellt) eingeführt sind. Die Heiz- und Kühlelemente gestatten in Verbindung mit den Isolationsschichten 23 eine für jedes Führungssegment 21 getrennte Temperatursteuerung. Alternativ können die Kanäle 27 auch zur Durchführung von Heiz- oder Kühlmitteln dienen. Sofern zwei oder mehr Führungssegmente 21 auf die gleiche Temperatur eingestellt werden, können die Isolationsschichten 23 auch entfallen.
  • Der Kontaktbereich, in welchem das Thermoband 24 mit dem Substratband 1 in flächigem Kontakt steht, erstreckt sich über alle Führungsflächen 22 der Führungssegmente 21 und damit über die gesamte Länge des Kreisbogens, von einer Umlenkrolle 25 bis zur anderen. Je nach Temperaturregime kann der Temperaturbereich sich über den gesamten Kontaktbereich erstrecken oder nur über Abschnitte davon.
  • Werden die Führungssegmente 21 temperiert, wird Wärmeenergie über die Führungsfläche 22, an der das Thermoband 24 anliegt, in das Thermoband 24 und über dieses zum Substratband 1 mittels Wärmeleitung übertragen oder von dort aufgenommen. Aufgrund des großflächigen thermischen Kontakts zwischen jeder Führungsfläche 22 und dem Substratband 1 ist das Substratband 1 während seines Transports entlang des Kreisbogens nacheinander an jeder Führungsfläche 22 auf dieselbe oder eine abweichende Temperatur einstellbar. Die Geschwindigkeit des Substratbandes 1 und des dazu synchron laufenden Thermobandes 24 ist gering genug, dass bei den mit der Temperierungsvorrichtung bereitgestellten Wärmeübertragungseigenschaften die mit den Führungssegmenten 21 bereitgestellte, jeweils benötigte Prozesstemperatur unmittelbar an das Substratband übertragen wird.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Temperiervorrichtung, die separat einstellbare und zu sechs Temperaturblöcken teilweise zusammengefasste Führungssegmente aufweist, ist folgendes Temperaturregime in einem Durchlauf des Substratbandes realisierbar:
    Temperatur block-Nr. Funktion Substrat-Solltemperatur Länge / Verweildauer bei 15 mm/s Temperatur des Führungs segments
    1 (ein Führungs segment) Aufheizen 20 ... 420°C 150 mm / 10 s 725°C
    2 (zwei Führungs segmente) Prozess 1: Temperatur halten 420°C 300 mm / 20 s 540°C
    3 (ein Führungs segment) Aufheizen 420 ... 490°C 150 mm / 10 s 700°C
    4 (zwei Führungs segmente) Prozess 2: Temperatur halten 490°C 300 mm / 20 s 660°C
    5 (ein Führungs segment) Abkühlen 490 ... 375°C 150 mm / 10 s 400°C
    6 (zwei Führungs segmente) Prozess 3: Temperatur halten 375°C 300 mm / 20 s 460°C
  • Der in der Tabelle wiedergegebene beispielhafte Temperaturverlauf ist mit einem Endlosband aus Inconel® 718 und einem Polyimid-Substratband ermittelt, unter der Annahme, dass die Bandgeschwindigkeit 15 mm/s beträgt. Ein Wärmeeintrag durch die Prozesse 1, 2 und 3, z.B. Vakuumbeschichtungsprozesse, soll vernachlässigbar sein und die Wärmeübertragungskoeffizienten sollen sowohl vom Graphit-Führungssegment zum Endlosband als auch vom Endlosband zum Substratband jeweils 200 W/(m2K) betragen. Die einzelnen Temperaturblöcke sind voneinander durch thermische Isolationsschichten thermisch getrennt. Die Führungssegmente in einem Temperaturblock sind in diesem Ausführungsbeispiel hingegen nicht thermisch getrennt. Beispielsweise bestehen zumindest die Temperaturblöcke der Prozesse 1, 2 und 3 jeweils aus zwei unmittelbar aneinander grenzenden Graphit-Führungssegmenten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substratband
    2
    Beschichtungsquelle
    3
    Transportrollen
    4
    Substrattransportrichtung
    5
    Spenderrolle
    6
    Aufnehmerrolle
    7
    Temperierungsvorrichtung
    20
    Temperaturbereich
    21
    Führungssegmente
    22
    Führungsfläche
    23
    Isolationsschicht
    24
    Thermoband
    25
    Umlenkrolle
    26
    Spannrolle
    27
    Kanal
  • 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
    • EP 1881087 A1 [0005]
    • EP 2096190 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Temperierung bandförmiger Substrate, wobei ein solches Substratband (1) mittels einer Transportvorrichtung entlang eines Transportpfades geführt und transportiert wird, wobei das Substratband (1) in einem Abschnitt des Transportpfades temperiert wird, nachfolgend als Temperaturbereich (20) bezeichnet, indem eine Wärmeübertragung zwischen dem Substratband (1) und einem temperierten Thermoband (24) erfolgt, welches im Temperaturbereich (20) in einem flächigen Kontakt zum Substratband (1) gebracht und dabei synchron zum Substratband (1) transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratband (1) durch zumindest ein relativ zum Transportpfad stationäres Führungssegment (21), mit dem Thermoband (24) als Wärmeüberträger, temperiert wird, indem das Führungssegment (21) das Thermoband (24) entlang des Transportpfades führt und eine temperierte Führungsfläche (22) aufweist, die dem Substratband (1) mit dazwischen befindlichem Thermoband im Temperaturbereich (20) gegenübersteht.
  2. Verfahren zur Temperierung bandförmiger Substrate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratband (1) mittels zumindest zwei aneinander grenzender Führungssegmente (21) temperiert wird.
  3. Verfahren zur Temperierung bandförmiger Substrate nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungssegmente (21) auf voneinander abweichende Temperaturen eingestellt werden.
  4. Verfahren zur Temperierung bandförmiger Substrate nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoband (1) in einem flächigen Kontakt zur Führungsfläche (22) oder mit einem Abstand dazu geführt wird.
  5. Verfahren zur Temperierung bandförmiger Substrate nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoband (24) mittels des Führungssegments (21) in einer konvexen Bahn geführt wird.
  6. Verfahren zur Beschichtung bandförmiger Substrate, wobei ein solches Substratband (1) mittels einer Transportvorrichtung entlang eines Transportpfades geführt durch einen Beschichtungsraum transportiert wird, so dass es zumindest abschnittsweise einer Beschichtungsquelle (2) ausgesetzt und dabei beschichtet wird und wobei das Substratband (1) in einem Bereich des Beschichtungsprozesses, nachfolgend als Temperaturbereich (20) bezeichnet, temperiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche erfolgt.
  7. Vorrichtung zur Temperierung bandförmiger Substrate mit einer Transportvorrichtung zum geführten Transport eines solchen Substratbands (1) entlang eines Transportpfades und mit einem temperierbaren Thermoband (24), welches in einem Bereich des Transportpfades, nachfolgend als Temperaturbereich (20) bezeichnet, entlang des Transportpfades mittels Führungsmittel transportiert und geführt wird, so dass in ein thermischer Kontakt zu einem Substratband (1) zur Einstellung dessen Temperatur herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel zumindest ein relativ zum Transportpfad stationäres Führungssegment (21) umfassen, welches im Temperaturbereich (20) zur Führung des Thermobandes (24) entlang des Transportpfades angeordnet ist und welches eine temperierbare Führungsfläche (22) aufweist, die dem Thermoband (24) gegenübersteht.
  8. Vorrichtung zur Temperierung bandförmiger Substrate nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei aneinander grenzende Führungssegmente (21) angeordnet sind.
  9. Vorrichtung zur Temperierung bandförmiger Substrate nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungssegmente (21) thermisch voneinander isoliert sind.
  10. Vorrichtung zur Temperierung bandförmiger Substrate nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (22) einen flächigen Kontakt oder mittels Abstandshalter einen Abstand zum Thermoband (24) aufweist.
  11. Vorrichtung zur Temperierung bandförmiger Substrate nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungssegment (21) im Bereich der Führungsfläche (22) eine konvexe Form hat.
  12. Vorrichtung zur Temperierung bandförmiger Substrate nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoband (24) aus einer Nickel-Chrom-Legierung besteht.
  13. Vorrichtung zur Temperierung bandförmiger Substrate nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungssegmente (22) aus einem graphithaltigen Material bestehen.
  14. Vorrichtung zur Beschichtung bandförmiger Substrate mit einer Transportvorrichtung zum geführten Transport eines solchen Substratbands (1) entlang eines Transportpfades, mit zumindest einer Beschichtungsquelle (2) zur Beschichtung des Substratbands (1) im Verlauf seines Transports, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratband (1) in einem Bereich des Beschichtungsprozesses, nachfolgend als Temperaturbereich (20) bezeichnet, mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13 temperiert wird.
  15. Vorrichtung zur Beschichtung bandförmiger Substrate nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung des Thermobandes (24) in einem solchen Bereich angeordnet ist, in welchem das Thermoband (24) nicht im Kontakt zum Substratband (1) steht.
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