DE102013112068A1

DE102013112068A1 - Substratbehandlungsanlage

Info

Publication number: DE102013112068A1
Application number: DE201310112068
Authority: DE
Inventors: Michael Hentschel; Thomas Meyer
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2033-11-02
Also published as: DE102013112068B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Substratbehandlungsanlage, insbesondere Vakuumbeschichtungsanlage für flächige Substrate (1), mit einer Anlagenkammer, mindestens einer Substratbehandlungseinrichtung und mindestens einer Heizeinrichtung (3), bei der zwischen Substrat (1) und Heizeinrichtung (3) eine bewegliche Blende (2) angeordnet ist, die direkte Strahlung von der Heizeinrichtung (3) auf das Substrat (1) in einer ersten Position ermöglicht und in einer zweiten Position verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Substratbehandlungsanlage, insbesondere für die Beschichtung oder/und das Ätzen der Oberflächen flächiger Substrate wie beispielsweise Glasplatten, Kunststofffolien, Metallbändern und dergleichen, insbesondere mittels PVD oder/und CVD unter Vakuumbedingungen, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Beschichtung (Schichtauftrag) und Ätzen (Schichtabtrag) sind Beispiele für Substratbehandlungen im Sinne der nachfolgenden Ausführungen. Beispiele für Substratbehandlungseinrichtungen sind demzufolge Beschichtungsquellen, Ätzeinrichtungen usw.
Eine derartige Bandsubstratbehandlungsanlage ist beispielsweise in der bisher unveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2012 109 836.0 beschrieben.
Bekannte Vakuumbeschichtungsanlagen zum Beschichten von bandförmigem Material in Prozesskammern umfassen in einer ersten evakuierbaren Haspelkammer eine Abwickeleinrichtung mit einem eingesetzten Abwickel des zu beschichtenden bandförmigen Materials, der in einem ersten Walzenstuhl angeordnet ist, und in einer zweiten evakuierbaren Haspelkammern 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 Oberfläche sich mindestens eine Magnetronsputterquelle befindet.
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.
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.
Beispielsweise kann derart eine Kunststofffolie mit mehreren Schichten auf ihrer Oberfläche versehen werden, wobei als Behandlungsschritt auch ein Ätzprozess der Oberfläche denkbar ist, der beispielsweise der Beschichtung vorgelagert sein kann, um die Haftung der abzuscheidenden Schicht auf der Oberfläche des Substrats zu verbessern.
Bei den hier beschriebenen Substratbehandlungsverfahren kann es erforderlich sei, eine thermisch stimulierte Prozessumgebung herzustellen, indem das Substrat zumindest in einem Abschnitt des Transportpfades, d.h. während der Substratbehandlung oder/und vor der Substratbehandlung oder/und nach der Substratbehandlung, auf eine bestimmte gegenüber Normalbedingungen erhöhte Temperatur oder einen bestimmten erhöhten Temperaturbereich eingestellt wird, d.h. erwärmt wird. Damit kann die abzuscheidende Schicht oder die bereits auf dem Substrat abgeschiedene Schicht in ihren Eigenschaften gezielt beeinflusst werden.
Je nach Art des Verfahrens, dem die Substrattemperierung dienen soll, und je nach den Anforderungen an das behandelte Substrat, können mittels der Temperatur beispielsweise die Haftungseigenschaften des Substrats oder von Beschichtungen des Substrats, deren optische und/oder elektrische Eigenschaften oder Schichtstrukturen und andere mehr gezielt beeinflusst werden. Insbesondere für PVD und CVD-Beschichtungsverfahren und bevorzugt für die Vakuumprozesse sind solche gezielten Temperaturregimes des Substrats bekannt.
Beispielsweise kann die Substratbehandlungsanlage zur Beschichtung von Folien aus thermoplastischen Kunststoffen wie PET (Polyethylenterephthalat), PEN (Polyethylennaphthalat), TAC (Celluloseacetat), PI (Polyimid) usw. vorgesehen sein, wobei das Substrat unter Bewegung im Vakuum mittels einer oder mehrerer Heizeinrichtungen auf eine Prozesstemperatur von beispielsweise auf 150°C erwärmt und anschließend mit einer Geschwindigkeit von 5 ... 20 m/min durch die Prozesskammer der Substratbehandlungsanlage bewegt und dort durch eine Substratbehandlungseinrichtung mit einer beispielsweise 200µm dicken Schicht eines Beschichtungsmaterials beschichtet wird.
Aufgrund des in der Anlagenkammer solcher Substratbehandlungsanlagen häufig herrschenden hohen Vakuums findet der Wärmeübergang von einer Heizeinrichtung auf das Substrat fast ausschließlich durch Strahlung statt. Heizeinrichtungen sind daher meist parallel zum Substrat mit einem bestimmten Abstand zu dessen Oberfläche angeordnet.
Probleme beim Betrieb einer derartigen Substratbehandlungsanlage können beispielsweise dadurch entstehen, dass der Substrattransport unerwartet zum Stillstand kommt, beispielsweise im Falle eines Stromausfalls, einer Fehlfunktion der Steuerungselektronik, eines Ausfalls mechanischer Komponenten der Substrattransporteinrichtung oder dergleichen. Üblicherweise wird bei einer erkannten Havarie jede Heizeinrichtung sofort abgeschaltet. Die verbleibende Reststrahlung reicht jedoch aus, um das Substrat in Sekundenbruchteilen unzulässig hoch aufzuheizen, was zu einer Schädigung des Substrates selbst oder zumindest zu einer Schädigung des schon aufgebrachten Schichtsystems führen kann.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, bekannte Substratbehandlungsanlagen der genannten Art havariesicherer zu gestalten, um eine Zerstörung des Substrats zu verhindern und die Anlage schnell wieder in Betrieb nehmen zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Substratbehandlungsanlage, insbesondere eine Vakuumbeschichtungsanlage für flächige Substrate, mit einer Anlagenkammer, mindestens einer Substratbehandlungseinrichtung und mindestens einer Heizeinrichtung, bei der zwischen Substrat und Heizeinrichtung eine bewegliche Blende angeordnet ist, die direkte Strahlung von der Heizeinrichtung auf das Substrat in einer ersten Position ermöglicht und in einer zweiten Position verhindert.
Dabei kann die Blende allein durch ihr Eigengewicht oder durch die Kraft einer Feder von der ersten in die zweite Position bewegbar sein.
Insbesondere im ersteren Fall kann es sinnvoll sein, dass die Blende plattenförmig ist und senkrecht angeordnet ist. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass die Blende in zwei Führungsschienen gelagert ist. Die Blende kann durch ein Haltemittel in der ersten Position gehalten sein, das beispielsweise ein elektrisches Schaltelement und ein mechanisches Verriegelungselement oder/und einen Elektromagneten umfasst.
Um die Einwirkung der Heizeinrichtung auf das Substrat wiederherzustellen, kann die Blende durch eine Rückholeinrichtung von der zweiten in die erste Position bewegbar sein.
Für eine besonders wirksame Strahlungsabschirmung kann vorgesehen sein, dass die Blende mehrere parallele, zueinander beabstandete Bleche umfasst oder/und mit einer aktiven Kühlung ausgerüstet ist.
Mehrere parallele, zueinander beabstandete Bleche stellen einen wirksamen Schutz des Substrats vor der von der Heizeinrichtung ausgehenden Wärmestrahlung dar. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine gekühlte Platte vorgesehen sein, die von der Heizeinrichtung abgegebene Reststrahlung absorbiert. Im Fall einer aktiven Kühlung kann die Wasserzufuhr zu einer aktiv gekühlten Platte beispielsweise über flexible Verbindungselemente wie Schläuche oder dergleichen erfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel ist in den 1 und 2 gezeigt.
Im gezeigten Bereich einer nicht dargestellten Anlagenkammer verläuft ein bandförmiges Substrat 1 senkrecht. Parallel dazu ist eine Heizeinrichtung 3 angeordnet.
Die Abschirmung der Wärmestrahlung von der Heizeinrichtung 3 auf das Substrat 1 wird dadurch erreicht, dass zwischen den Heizelementen der Heizeinrichtung 3 und dem Substrat 1 eine vertikal bewegliche Blende 2 angebracht ist, die mehrere parallel und beabstandet zueinander angeordnete Bleche umfasst. Die Blende 2 ist plattenförmig und senkrecht angeordnet.
Zwei Führungsschienen 4, die an je einer Seite der Blende 2 angeordnet sind, geben die Bewegungsrichtung der Blende 2 von der oberen ersten in eine untere zweite Position vor, wobei die Blende an ihren Rändern Rollen aufweist, die in den Führungsschienen 4 laufen, um den Einfluss der Reibung gering zu halten. Die Blende 2 bewegt sich allein aufgrund ihres Eigengewichts von der ersten in die zweite Position.
1 zeigt die normale Prozessstellung der Blende 2, in der die Blende 2 sich oberhalb der Heizeinrichtung 3 befindet, so dass die Wärmestrahlung freien Zugang zum Substrat 1 hat.
Stoppt nun der Substrattransport beispielsweise aufgrund einer Havarie, so wird das als Elektromagnet ausgeführte Haltemittel 5 stromlos und lässt die Blende 2 nach unten gleiten, wie in 2 dargestellt. In dieser unteren Position fängt die Blende 2 die verbleibende Reststrahlung der Heizeinrichtung 3 ab. Das Substrat ist unmittelbar vor weiterer Wärmeeinwirkung geschützt.
Vorteilhaft wird die Heizeinrichtung dabei im selben Moment oder kurz danach abgeschaltet, um ein thermisches Hochlaufen, d.h. eine starke Erhitzung der Blende selbst zu vermeiden. Die Blende kann andernfalls selbst zur Strahlungsquelle werden und das Substrat schädigen.
Die Heizeinrichtung muss jedoch nicht abgeschaltet werden, insbesondere wenn die Blende aktiv gekühlt wird, da ein thermisches Hochlaufen der Blende und in der Folge eine zeitverzögerte Substratschädigung dann nicht erfolgt. Vorteilhaft ist hierbei, dass beim Wiederanlauf des Substrattransportes eine thermisch eingeschwungene Umgebung vorliegt und nach Bewegung der Blende in Position 1 die Substrattemperierung in der gewünschten Weise erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Blende
3: Heizeinrichtung
4: Führungsschiene
5: Haltemittel

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

DE 102012109836 [0003]

Claims

Substratbehandlungsanlage, insbesondere Vakuumbeschichtungsanlage für flächige Substrate (1), mit einer Anlagenkammer, mindestens einer Substratbehandlungseinrichtung und mindestens einer Heizeinrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Substrat (1) und Heizeinrichtung (3) eine bewegliche Blende (2) angeordnet ist, die direkte Strahlung von der Heizeinrichtung (3) auf das Substrat (1) in einer ersten Position ermöglicht und in einer zweiten Position verhindert.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (2) allein durch ihr Eigengewicht von der ersten in die zweite Position bewegbar ist.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (2) durch die Kraft einer Feder von der ersten in die zweite Position bewegbar ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (2) plattenförmig ist und senkrecht angeordnet ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (2) in zwei Führungsschienen (4) gelagert ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (2) durch ein Haltemittel (5) in der ersten Position gehalten ist.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (5) ein elektrisches Schaltelement und ein mechanisches Verriegelungselement umfasst.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (5) einen Elektromagneten umfasst.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (2) durch eine Rückholeinrichtung von der zweiten in die erste Position bewegbar ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (2) mehrere parallele, zueinander beabstandete Bleche umfasst.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (2) mindestens eine aktiv gekühlte Platte umfasst.