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Die Erfindung betrifft eine Bandsubstratbehandlungsanlage, insbesondere für die Vakuumbeschichtung von Folien, Metallbändern oder dergleichen, gemäß Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Eine derartige Bandsubstratbehandlungsanlage ist beispielsweise in der
DE 11 2013 000 168 A5 beschrieben.
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Bekannte Vakuumbeschichtungsanlagen zum Beschichten von bandförmigem Material in Prozesskammern umfassen in einer ersten evakuierbaren Haspelkammer eine Abwickeleinrichtung mit einem eingesetzten Abwickel eines zu beschichtenden bandförmigen Materials, der in einem ersten Walzenstuhl angeordnet ist, und in einer zweiten evakuierbaren Haspelkammer eine Aufwickeleinrichtung mit einem herausnehmbaren Aufwickel des beschichteten Materials, der in einem zweiten Walzenstuhl angeordnet ist. Zwischen den Haspelkammern durchläuft das zu beschichtende bandförmige Material mindestens eine evakuierbare Prozesskammer, wobei in jeder Prozesskammer ein Prozesswalzenstuhl mit Führungseinrichtungen für das bandförmige Material und eine Kühlwalze angeordnet ist, über deren Mantelfläche sich mindestens eine Magnetronsputterquelle befindet.
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Bei anderen bekannten Bandbeschichtungsanlagen sind Abwickel und Aufwickel innerhalb der Prozesskammer angeordnet, mit dem Vorteil, dass keine separaten Haspelkammern benötigt werden, aber mit dem Nachteil, dass ein Austausch der Haspeln nicht ohne Belüftung der gesamten Prozesskammer möglich ist. Auch dieser Anlagentyp kann durch die hierin beschriebene Erfindung vorteilhaft verbessert werden.
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Aus der
DE 197 35 603 C1 ist eine Vakuumbeschichtungsanlage für bandförmige Materialien bekannt, die zwei Prozesskammern aufweist. In jeder Prozesskammer gibt es einen Walzenstuhl, in dem Umlenkrollen, Bandzugmesswalzen und eine Kühlwalze gelagert sind. Jeder Walzenstuhl ist horizontal und vertikal verstellbar ausgeführt, um eine Justage zueinander zu ermöglichen und damit Faltenbildung des bandförmigen Materials zu vermeiden. Die Prozesskammern sowie die Haspelkammern sind durch Bandventile vakuumdicht voneinander trennbar, um in ihnen unterschiedliche Drücke aufrechterhalten zu können. Durch die Bandventile wird das zu beschichtende bandförmige Material transportiert.
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Abwickel und Aufwickel befinden sich in Haspelkammern. Das zu beschichtende Material wird in der ersten Haspelkammer vom Abwickel abgerollt, dem Beschichtungsprozess zugeführt und anschließend in der zweiten Haspelkammer aufgewickelt.
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Für die Beschichtung des bandförmigen Materials können beispielsweise Magnetronsputterquellen, aber auch andere Beschichtungsquellen wie beispielsweise thermische Verdampfer mit Dampfverteilerrohren, verwendet werden, die relativ zur jeweiligen Kühlwalze verstellbar angeordnet sind, dass ihre Mittellängslinie zur Mittelachse ihrer zugehörigen Kühlwalze achsenparallel justierbar ist.
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Aus
DE 101 57 186 C1 ist eine Vakuumbeschichtungsanlage der eingangs genannten Art bekannt, bei der der Walzenstuhl für den Abwickel auf einem ersten Befestigungspunkt in der ersten Haspelkammer, der Prozesswalzenstuhl auf einem zweiten und einem dritten Befestigungspunkt in der Prozesskammer und der Walzenstuhl für den Aufwickel auf einem vierten Befestigungspunkt in der zweiten Haspelkammer befestigt ist.
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Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass eine dreidimensionale, d.h. eine in allen drei Raumrichtungen eines kartesischen Koordinatensystems erfolgende Justierung der Walzenstühle aneinandergereihter Kammern bei den bekannten Bandsubstratbehandlungsanlagen nur mit erheblichem Aufwand zu bewerkstelligen ist. In der Regel braucht es mehrere Iterationsschritte mit jeweils anschließendem Probelauf, um einen knitterfreien Substrattransport gewährleisten zu können.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, bekannte Bandsubstratbehandlungsanlagen zur Vakuumbehandlung bandförmiger Substrate dahingehend zu verbessern, dass die Ausrichtung der Walzenstühle aneinandergereihter Kammern schnell und exakt möglich ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, bekannte Bandsubstratbehandlungsanlagen zur Vakuumbehandlung bandförmiger Substrate dahingehend zu verbessern, dass eine Neuausrichtung der Kammern sowie der darin angeordneten Walzenstühle für den Fall schneller und exakter als bisher möglich ist, dass die Anlage neu konfiguriert wird, d.h. dass eine oder mehrere Kammern hinzukommen, wegfallen oder an eine andere Position verrückt werden.
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Außerdem besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, die Anlagenkonfiguration möglichst flexibel und änderbar zu gestalten.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Bandsubstratbehandlungsanlage zur Vakuumbehandlung bandförmiger Substrate mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den nachfolgenden Ausführungen sowie den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Vorgeschlagen werden Änderungen einer Bandsubstratbehandlungsanlage, die mindestens zwei aufeinanderfolgende Kammern umfasst, in denen je ein Walzenstuhl angeordnet ist, wobei jeder Walzenstuhl zwei durch Verbindungselemente miteinander verbundene Platinen aufweist und zwischen den Platinen drehbar angeordnete Walzen zum Transport oder/und zum Umleiten oder/und zum Behandeln des Substrats trägt, und die Position des Walzenstuhls in der Kammer einstellbar ist.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist jeder Walzenstuhl verstellbare Lagerelemente auf, die den Walzenstuhl in mindestens einer Raumrichtung überragen, wobei die Lagerelement mit dem Walzenstuhl so verbunden sind, dass sie jeweils in eine Position schwenkbar sind, in der sie den Walzenstuhl in mindestens einer Raumrichtung nicht überragen.
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Dadurch ist es möglich, den kompletten Walzenstuhl durch eine Kammertür zu entnehmen, wenn die Kammertür kleiner ist als der Walzenstuhl mit den Lagerelementen im eingebauten Zustand.
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Beispielsweise kann jeder Walzenstuhl vier dreidimensional, d.h. in allen drei Raumrichtungen eines kartesischen Koordinatensystems verstellbare Lagerelemente aufweisen.
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Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kammern eine Trennwand angeordnet ist, die im Bereich eines Lagerelements mindestens eine vakuumdicht verschließbare Sichtöffnung aufweist, die zumindest im nicht verschlossenen Zustand eine Sichtverbindung in die andere Kammer ermöglicht.
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Hierdurch können die Walzenstühle in mehreren aufeinanderfolgenden Kammern dadurch exakt ausgerichtet werden, dass eine Sichtverbindung von Kammer zu Kammer herrscht, so dass bei der Ausrichtung der Walzenstühle entlang der Platinen oder/und entlang der Lagerelemente gepeilt werden kann. Für eine besonders gute Atmosphärentrennung zwischen den Kammern kann weiter vorgesehen sein, dass die mindestens eine Sichtöffnung durch ein Fenster, d.h. ein durchsichtiges Element, verschlossen ist.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Trennwand mit der Sichtöffnung eine eigenständige Baueinheit ist, die mit beiden aufeinanderfolgenden Kammern verbunden ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft zwischen einer Haspelkammer und einer daran anschließenden Prozesskammer. Die als eigenständige Baueinheit ausgeführte Trennwand mit der Sichtöffnung kann weiterhin ein Bandventil zur bedarfsweisen vakuumdichten Trennung der aufeinanderfolgenden Kammern, beispielsweise einer Haspelkammer und einer daran anschließenden Prozesskammer, aufweisen. Besonders vorteilhaft sind alle Haspelkammern identisch oder spiegelbildlich identisch ausgeführt und alle Prozesskammern sind ebenfalls identisch oder spiegelbildlich identisch ausgeführt.
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Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung ist die Bandsubstratbehandlungsanlage so ausgeführt, dass die Kammern auf einem Schienensystem mit ersten Schienen gelagert sind, die ein Verschieben mindestens einer Kammer gegenüber einer benachbarten Kammer so ermöglichen, dass zwischen den Kammern ein Abstand herstellbar ist. Einerseits erleichtert dies die Wartung der Anlage, andererseits ermöglicht es das Einfügen oder auch das Entfernen einzelner Kammern, wobei durch das Schienensystem jedoch die Ausrichtung der Kammern zueinander erhalten bleibt.
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Das Schienensystem kann weiterhin zweite Schienen umfassen, die ein Verschieben mindestens einer Kammer quer zur Richtung der ersten Schienen ermöglicht. Wiederum werden dadurch das Entfernen oder Einfügen einzelner Kammern erleichtert. Außerdem können die zweiten Schienen genutzt werden, um Kammerdeckel zu entfernen bzw. wieder anzubringen, wenn die als Kammerdeckel ausgeführte vertikale Kammerwand auf den zweiten Schienen verschiebbar ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist die Bandsubstratbehandlungsanlage so ausgeführt, dass der Walzenstuhl eine mittig gelagerte Umlenkwalze trägt, über deren Mantelfläche mindestens eine Substratbehandlung erfolgt, und die beiden Platinen je eines Walzenstuhls flächensymmetrisch ausgeführt sind bezüglich einer vertikalen Symmetrieebene, in der auch die Drehachse der Umlenkwalze liegt. Diese Symmetrie ermöglicht einen stark vereinfachten Aufbau sowie geringere Fertigungskosten. Gleichzeitig wird jeder Walzenstuhl in jeder Kammer verwendbar, so dass die Anlage mit größtmöglicher Flexibilität konfigurierbar ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
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1 eine Gesamtansicht einer Bandsubstratbehandlungsanlage in Explosivdarstellung, und
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2 mehrere gleichartige Walzenstühle aufeinanderfolgender Kammern.
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Um aktuellen Marktbedürfnissen nachzukommen ist es notwendig, Flexibilität von vorherein in der Konstruktion zu berücksichtigen. Dem trägt die in den Figuren dargestellte Bandsubstratbeschichtungsanlage auf mehrere Weise Rechnung:
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Die in 1 dargestellte Bandbeschichtungsanlage umfasst zwei Haspelkammern 1 sowie zwei zwischen den beiden Haspelkammern 1 angeordnete Prozesskammern 2. Die Verwendung baugleicher Haspelkammern und baugleicher Prozesskammern 2, welche jeweils einen symmetrischen Aufbau aller notwendigen Konstruktionselemente um eine Beschichtungswalze aufweist, führt zu einer stark modularisierten Anlage, die bedarfsweise jederzeit um Prozesskammern 2 ergänzt werden kann.
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Die Prozesskammern 2 weisen seitlich je eine als Kammerdeckel 23 ausgeführte vertikale Kammerwand auf, die auf Schienen 4 quer zur Längserstreckung der Anlage verfahrbar ist.
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Die baugleiche Konstruktion der Prozesskammern 2 zeigt jeweils eingangsseitig und ausgangsseitig in Transportrichtung des Bandsubstrats offene Kammerwände 21 mit umlaufender Dichtung 22.
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Am Anfang und am Ende der Anordnung von Prozesskammern sind die Prozesskammern 2 mit den Haspelkammern 1 verbunden, die an Schienen 3 aufgehängt sind, welche eine seitliche Entfernung der Haspelkammern 1 ermöglichen.
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Die notwendigen geschlossenen Trennwände 51 zwischen Haspelkammern 1 und Prozesskammern 2 sind in den gezeigten Zwischenkammern 5 vorhanden, die als eigenständige Baugruppe und konstruktiv sehr steif ausgeführt sind, so dass sie im Ausführungsbeispiel einen Teil der Haspelkammer 1 bilden, die Abgrenzung zur anschließenden Prozesskammer realisieren und zusätzliche statische Stabilität erzeugen. Außerdem weisen die Trennwände 51 je ein Bandventil 52 auf, um die Haspelkammern 1 beispielsweise zum Austausch einer Substrathaspel, d.h. eines Abwickels oder Aufwickels, belüften zu können, während die Prozesskammern 2 unter Prozessvakuum verbleiben können.
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In jeder Prozesskammer 2 kann eine begrenzte Anzahl von hier nicht dargestellten Beschichtungseinrichtungen wie Magnetrons oder dergleichen, beispielsweise vier Stück, rund um eine hier nicht dargestellte, zentral angeordnete Beschichtungswalze angeordnet sein.
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Sollte eine Anwendung von mehr als vier Beschichtungseinrichtungen beim Anlagenbetreiber notwendig werden, ist es nun möglich, einfach eine oder mehrere weitere Prozesskammern 2 einzufügen, indem beispielsweise eine Haspelkammer 1 in der Längsrichtung der Anlage entfernt wird und, wenn der Abstand der Haspelkammer 1 von der ersten Prozesskammer 2 groß genug ist, eine weitere Prozesskammer 2 quer zur Längsrichtung der Anlage eingefügt werden, woraufhin schließlich die weitere Prozesskammer 2 mit der bereits vorhandenen Prozesskammer 2 verbunden wird und schließlich die weitere Prozesskammer 2 mit der separaten Kammerwand 21 und diese mit der Haspelkammer 1 verbunden wird. So kann die Anzahl der Beschichtungseinrichtungen auf einfache Weise erweitert werden, beispielsweise auf acht, zwölf oder sechzehn Beschichtungseinrichtungen.
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Um eine möglichst konsequente Modulbauweise zu erreichen, wird – wie in 2 dargestellt – eine getrennte Bauweise der Walzenstühle 6 für jede einzelne Prozesskammer 2 vorgeschlagen, mit dem Ziel, Prozesskammern 2 hinzufügen oder entfernen zu können. Vorteilhaft an dieser Lösung ist es, dass der Anwender auch zu jedem späteren Zeitpunkt auf relativ einfache Weise Veränderungen der Anlagenkonfiguration vornehmen kann.
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Die Walzenstühle 6 bestehen aus jeweils zwei absolut baugleichen und symmetrischen Platinen 61, die jeweils durch vier Verbindungselemente 62 miteinander verbunden sind, sowie jeweils vier Lagerelemente 63, die an jedem Ende der beiden Platinen 61 angeordnet sind, bestehen.
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Die Lagerelemente 63 stützen sich im Ausführungsbeispiel in den Öffnungen der Kammerwände 21 ab. Um eine möglichst einfache Justierung der Walzenstühle 6 für einen knitterfreien Substrattransport zu ermöglichen, weisen die Trennwände 51 der Zwischenkammern 5 jeweils links und rechts des Transportpfads des Bandsubstrats eine Sichtöffnung 53 auf, durch die gepeilt werden kann, ob die Platinen 61 der Walzenstühle 6 aller Prozesskammern 2 fluchten, auch wenn die Zwischenkammer 5 mit der Anordnung von Prozesskammern 2 verbunden ist.
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Die dreidimensional verstellbaren Lagerelemente 63 ermöglichen eine Ausrichtung jedes Walzenstuhls 6 in der Transportrichtung des Bandsubstrats, quer zur Transportrichtung und in der Höhe, und das für jeden Walzenstuhl 6 an allen vier Ecken.
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Außerdem sind die Lagerelemente 63 an den Platinen 61 so befestigt, dass sie wegschwenkbar sind, so dass die Walzenstühle 6 durch die Kammerdeckel 3 aus den Prozesskammern 2 im Ganzen entnehmbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Haspelkammer
- 2
- Prozesskammer
- 21
- Kammerwand
- 22
- Dichtung
- 23
- Kammerdeckel
- 3
- Schienen
- 4
- Schienensystem
- 5
- Zwischenkammer
- 51
- Trennwand
- 52
- Bandventil
- 53
- Sichtöffnung
- 6
- Walzenstuhl
- 61
- Platine
- 62
- Verbindungselement
- 63
- Lagerelement
