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Die Erfindung betrifft Verfahren zur Prozessstabilisierung bei Beschichtungsprozessen, insbesondere PVD und CVD unter Vakuumbedingungen, gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1 und eine Bandsubstratbehandlungsanlage gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 5.
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Eine derartige Bandsubstratbehandlungsanlage ist beispielsweise in der bisher unveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2012 109 836.0 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 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.
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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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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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In der bereits erwähnten Patentanmeldung
DE 10 2012 109 836.0 wird eine Mehrfachbeschichtungseinrichtung zur Oberflächenbeschichtung eines Bandsubstrats vorgeschlagen, die eine Kühlwalze mit einer zylindrischen Mantelfläche zur kühlenden Führung des Bandsubstrats um einen mehr als 180° umfassenden Teilumfang der Mantelfläche herum sowie eine über einen mehr als 180° umfassenden Teilumfang der Mantelfläche verteilte Anordnung von Beschichtungsquellen mit jeweils einer auf die Mantelfläche gerichteten Beschichtungsrichtung umfasst, wobei die Anordnung von Beschichtungsquellen in zwei durch eine Trennebene getrennte Teilanordnungen aufgeteilt ist, die Beschichtungsquellen jeder Teilanordnung relativ zueinander ortsfest angeordnet sind und jede Teilanordnung einen Teilumfang der Mantelfläche der Kühlwalze von nicht mehr als 180° umschließt, wobei beide Teilanordnungen in einer Richtung senkrecht zur Trennebene von der Kühlwalze weg verschiebbar sind.
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Die beim Sputterprozess entstehenden Streudämpfe werden im Allgemeinen durch Blenden mit einer geeigneten Oberflächenstruktur in der Prozesskammer aufgefangen. Diese Blenden werden üblicherweise direkt oder indirekt mit einem Kühlmedium verbunden um die im Sputterprozess entstehende Abwärme aus der Prozesskammer abzuführen. Dies dient dem Schutz der Blenden als auch der Prozesskammer vor Überhitzung.
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Bei der Beschichtung eines flexiblen Substrats, welches durch eine Beschichtungswalze zur Temperierung und Führung des zu beschichtenden bandförmigen Substrats geführt wird, ergeben sich eine Vielzahl von Beschichtungsrichtungen je nach Anbaulage der Beschichtungsquelle an der Beschichtungswalze.
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Beispielsweise kann sich eine Beschichtungsquelle unterhalb des flexiblen Substrats befinden und das Beschichtungsmaterial wird nach oben abgegeben, oder die Beschichtungsquelle befindet sich oberhalb des flexiblen Substrats und das Beschichtungsmaterial wird nach oben abgegeben, oder die Beschichtungsquelle befindet sich seitlich neben dem flexiblen Substrat und das Beschichtungsmaterial wird entsprechend seitwärts abgegeben.
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Der thermischen Stabilität der Blecheinbauten in der Prozesskammer wie Blenden oder dergleichen kommt in diesen Fällen eine besondere Bedeutung zu, da bei An- und Abschalten der Prozesse, welches beim Wechsel der Substrate, d. h. beim Austausch der Substrathaspeln erforderlich wird, durch die wiederkehrenden Änderungen des thermischen Energieeintrages Spannungen zwischen Streudampfschicht und Blenden entstehen. Diese Spannungen führen zum Ablösen von Partikeln (Streudampfschicht) von den Blenden, welche wiederum das beschichtete Substrat unbrauchbar machen können.
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Die vorliegende Erfindung soll das Entstehen von Partikeln durch das Abplatzen von Streudampfschichten von Blenden oder anderen Blecheinbauten verhindern.
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Dazu wird zunächst ein Verfahren vorgeschlagen zur Prozessstabilisierung bei Beschichtungsprozessen, bei denen von mindestens einer Beschichtungsmaterialquelle mindestens ein Beschichtungsmaterial oder eine Beschichtungsmaterialkomponente als Gas oder Dampf bereitgestellt wird und das Beschichtungsmaterial oder die Beschichtungsmaterialkomponente unter Verwendung mindestens einer Blende so auf ein zu beschichtendes Substrat gelenkt wird, dass sich das Beschichtungsmaterial oder die Beschichtungsmaterialkomponente auf einer Oberfläche des Substrats niederschlägt und auf der Oberfläche eine Schicht ausbildet, wobei die Temperatur der Blende konstant gehalten wird.
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Die vorgeschlagene Lösung beruht auf dem Gedanken, dass das Abplatzen von Streudampfschichten, die das Substrat verunreinigen oder/und beschädigen könnten, auf unterschiedlichen Wärmedehnungen von Metallteilen und Streudampfschichten beruhen und dieses Abplatzen folglich dadurch verhindert werden kann, wenn Blecheinbauten zur Aufnahme von Streudämpfen, wie Blenden oder dergleichen, auf konstanter Temperatur gehalten werden, beispielsweise indem sie indirekt oder direkt an ein thermostatisiertes Kühl-/Heizmedium angekoppelt werden und auf einer vom Wärmeeintrag aus dem Prozessraum unabhängigen Temperatur stabilisiert werden. Somit werden Schichtspannungen, die aufgrund von unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten beim Aufheizen bzw. Abkühlen der Blecheinbauten erzeugt werden und zum Ablösen der Streudampfschichten führen, minimiert.
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In der vorliegenden Erfindung werden die Blecheinbauten zur Aufnahme von Streudämpfen in der Prozesskammer, indirekt oder direkt an ein thermostatisiertes Kühl-/Heizmedium angekoppelt. Die Thermostatisierung ist derart ausgeführt, dass die Blecheinbauten zur Aufnahme von Streudämpfen auf einer konstanten Oberflächentemperatur gehalten werden und die unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten von Blech und Streudampfschichten nicht zur Ablösung von Streudampfschichten beim An- und Abschalten des Sputterprozesses führen. Dies bedeutet, dass die Einbauten durch das Kühl-/Heizmedium bei eingeschaltetem Prozess vermehrt gekühlt werden, bei ausgeschaltetem Prozess hingegen vermehrt geheizt werden, um die Temperaturschwankung zu minimieren.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Blende in einen Temperierkreislauf eingebunden und von einem Temperiermittel durchflossen wird, das durch eine ebenfalls in den Temperierkreislauf eingebundene Temperiereinrichtung bedarfsweise geheizt oder gekühlt wird.
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Alternativ kann das Verfahren auch so ausgestaltet sein, dass die Blende wärmeleitend mit einem Wärmetauscher verbunden ist, der bedarfsweise durch eine Temperiereinrichtung geheizt oder gekühlt wird. Bei dieser Verfahrensvariante wird also die Blende nicht selbst vom Temperiermittel durchflossen, sondern das Temperiermittel durchfließt einen Wärmetauscher, der Wärme von der Blende aufnimmt oder an die Blende abgibt, mit dem Ziel, die Blende auf einem konstanten Temperaturwert zu halten.
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Diese beiden Verfahrensvarianten können jedoch auch miteinander kombiniert werden.
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In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Temperiereinrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur der Blende oder/und in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebung der Blende gesteuert wird um möglichst stabile Ergebnisse zu erzielen.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Bandsubstratbehandlungsanlage zur Oberflächenbeschichtung eines Bandsubstrats vorgeschlagen, von der ein Ausführungsbeispiel in 1 dargestellt ist.
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Die Bandsubstratbehandlungsanlage umfasst eine Trommel 1 mit einer zylindrischen Mantelfläche zur Führung des Bandsubstrats um einen Teilumfang der Mantelfläche herum, mindestens eine Beschichtungsquelle 2 mit einer auf die Mantelfläche gerichteten Beschichtungsrichtung sowie mindestens eine Blende 3 zum Aufnehmen von Streudampf, wobei die Blende 3 mit Mitteln zum Konstanthalten der Temperatur der Blende 3 in Wirkverbindung steht.
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Diese Mittel zum Konstanthalten der Temperatur der Blende 3 können beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Blende 3 Kanäle 4 aufweist, die in einen Temperierkreislauf eingebunden und von einem Temperiermittel durchflossen sind, das durch eine ebenfalls in den Temperierkreislauf eingebundene Temperiereinrichtung bedarfsweise beheizbar oder kühlbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Blende 3 wärmeleitend mit einem Wärmetauscher 5 verbunden ist, der bedarfsweise durch eine Temperiereinrichtung beheizbar oder kühlbar ist, wie in 2 dargestellt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Temperiereinrichtung mit einer Steuereinrichtung wirkverbunden ist, die mit einem Temperatursensor an der Blende oder/und in der Umgebung der Blende verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trommel
- 2
- Beschichtungsquelle
- 3
- Blende
- 4
- Kanal
- 5
- Wärmetauscher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012109836 [0002, 0006]
