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Die Erfindung betrifft eine Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung bandförmiger Substrate, wobei eine Abwickelrolle zum Abwickeln des bandförmigen Substrats und eine Aufwickelrolle zum Aufwickeln des bandförmigen Substrats angeordnet ist, und wobei die Anordnung einen Prozessraum mit einer Beschichtungsquelle aufweist, durch welchen das bandförmige Substrat transportiert wird.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Beschichtung bandförmiger Substrate, bei welchem das bandförmige Substrat durch einen Prozessraum mit einer Beschichtungsquelle zum Beschichten einer Oberfläche des bandförmigen Substrats transportiert wird.
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Zum Transport bandförmiger Substrate in Vakuumbeschichtungsanlagen werden üblicherweise Bandlaufsysteme eingesetzt, bei denen das bandförmige Substrat über rotierenden Rollen geführt wird. Im Allgemeinen sind die Rollen so angeordnet, dass das bandförmige Substrat beim Lauf durch die Anlage auf beiden Seiten Rollenberührungen erfährt.
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Für bestimmte Anwendungen sind Rollenberührungen auf einer der beiden Oberflächen des bandförmigen Substrats nachteilig für die zu beschichtenden Substrate oder das beschichtete Produkt.
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Das ist zum Beispiel der Fall, wenn mechanisch relativ instabile bandförmige Substrate oder Schichtwerkstoffe eingesetzt werden, oder wenn geringste mechanische Beschädigungen wie mikroskopische Defekte bereits zu unerwünschten funktionalen Nachteilen für das beschichtete Produkt führen.
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Dieser Fall ist beispielsweise bei der Rolle-zu-Rolle-Herstellung von Bauelementen auf Basis organischer Halbleiter, bei der Rolle-zu-Rolle-Herstellung von Barriereschichtsystemen oder bei der Rolle-zu-Rolle-Prozessierung von Dünnschicht-Elektrokomponenten (z.B. Dünnschichtsolarzellen) gegeben. Ein typischer Fall derartig empfindlicher Materialien ist die Verwendung von flexiblem Glas als bandförmiges Substratmaterial.
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In den oben genannten Fällen ist eine Bandführung unter Vermeidung von Rollenberührungen auf einer oder auf beiden Substratseiten des bandförmigen Substrats erforderlich. Für nur einseitig berührende Bandläufe sind im Stand der Technik Lösungen bekannt wie zum Beispiel Bandlaufsysteme mit einer parallelen Rollenanordnung auf einer Bandseite des bandförmigen Substrats, welche eine von Rolle zu Rolle gleichsinnige Richtungsänderung Bandes, zum Beispiel zur Form einer Kettenlinie, bewirken.
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Andere bekannte Lösungen verwenden nichtparallele Rollen oder andere Bandlaufelemente, welche eine Richtungsänderung des bandförmigen Substrats über eine mehrdimensionale Krümmung des bandförmigen Materials oder einen spiraligen Verlauf bewirken. Allen bekannten Lösungen ist gemeinsam, dass sie entweder einen sehr komplexen mechanischen Aufbau aufweisen, oder das bandförmige Substrat ungleichmäßig mechanisch dehnen. Alternativ können auch starke Beschränkungen bei der Wahl des Bandpfades und der Platzierung von Beschichtungskomponenten bestehen. Für Beschichtungsanlagen unter atmosphärischem Druck sind weiterhin Bandlaufsysteme bekannt, welche den Luftkisseneffekt zur Herstellung eines Luftpolsters zwischen einem Führungselement und dem Band ausnutzen und dadurch eine Bandumlenkung in Richtung der berührungsempfindlichen Seite ohne direkte mechanische Berührung erlauben. Diese Systeme sind in ihrer bekannten Form für Beschichtungsprozesse im Vakuum in vielen Fällen nicht einsetzbar, da der Gasanfall über das Luftpolster ein unzulässiges Ansteigen des Prozessdruckes bewirken würde.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumbeschichtungsanlage und ein Verfahren zur Beschichtung bandförmiger Substrate anzugeben, womit ein mechanisch einfacher, auf zumindest einer Oberfläche des bandförmigen Substrats berührungsfreier Transport des bandförmigen Substrats ermöglicht wird.
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Insbesondere soll eine weitgehend freie Wahl des Transportwegs des bandförmigen Substrats möglich sein.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung bandförmiger Substrate der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass auf dem Transportweg des bandförmigen Substrats entlang einer Substrattransportbahn, von der Abwickelrolle zur Aufwickelrolle, in einem evakuierten Bereich der Vakuumbeschichtungsanlage, ein das bandförmige Substrat berührungsfrei führendes Bandführungselement angeordnet ist.
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Das zu beschichtende bandförmige Substrat wird von einer Abwickelrolle zu einer Aufwickelrolle transportiert. Entlang dieses Transportweges bildet sich eine virtuelle Substrattransportbahn aus, welche kein physisches Merkmal darstellt, sondern einem gedachten Bahnverlauf des bandförmigen Substrats entspricht.
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Entlang dieser Substrattransportbahn ist in einem evakuierten Bereich das erfindungsgemäße Bandführungselement platziert. Dieses Bandführungselement wird von innen mit einem Trägergas beaufschlagt, welches durch Öffnungen oder Perforationen des Bandführungselements nach außen strömt und derart ein Trägerpolster zwischen der Oberfläche des Bandführungselements und dem bandförmigen Substrat bildet.
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Dieses Trägerpolster ermöglicht ein berührungsfreies Führen des bandförmigen Substrats über das Bandführungselement.
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Das Bandführungselement kann beispielsweise im Prozessraum oder in einem dem Prozessraum beispielsweise benachbarten, ebenfalls evakuierbarem Raum angeordnet sein. Zur Herstellung von Vakuumbedingungen verfügen derartige Räume über Anschlüsse, an denen eine Vakuumpumpe angeschlossen ist.
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Vorgesehen ist die Oberfläche des Bandführungselements eben oder mit einer Rundung versehen auszuführen.
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In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bandführungselement eine in zwei Teilflächen unterteilte Oberfläche aufweist, über welche das bandförmige Substrat berührungsfreien bewegt wird, wobei die erste Teilfläche Trägergaseinlassöffnungen aufweist, über welche eine Trägergas eingelassen wird, dass die zweite Teilfläche Absaugöffnungen aufweist, über welche das eingelassene Trägergas abgesaugt wird und dass die zweite Teilfläche die erste Teilfläche umschließend angeordnet ist.
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Die Erfindung sieht vor, die Oberfläche des Bandführungselements in zwei Teilflächen zu untergliedern. Vorgesehen ist, die erste Teilfläche mit Gaseinlassöffnungen zu versehen, durch welche das Trägergas strömen und derart das Trägergaspolter ausbilden kann, durch welches ein berührungsfreies Führen des bandförmigen Substrats über das Bandführungselement ermöglicht wird. Die zweite Teilfläche ist mit Absaugöffnungen versehen, über welche das aus den Öffnungen der ersten Teilfläche ausströmende Trägergas abgesaugt werden kann. Vorgesehen ist weiterhin, dass die zweite Teilfläche die erste Teilfläche umschließt und dass durch das Absaugen des Trägergases die Vakuumbedingungen in der jeweiligen Kammer nur unwesentlich verändert werden.
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Die Form der ersten Teilfläche kann beispielsweise kreisförmig oder elliptisch ausgeführt sein. Alternativ kann die zweite Teilfläche quadratisch oder rechteckig ausgebildet sein, wobei die Ecken auch verschiedene Radien aufweisen können.
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Dabei werden die Größen der beiden Teilflächen sowie die Trägergaseinlassöffnungen, Absaugöffnungen und Trägergasströme so dimensioniert, dass das im zentralen Abschnitt der ersten Teilfläche eingebrachte Trägergas die erforderliche Tragkraft erzeugt und durch die im peripheren Abschnitt der zweiten Teilfläche erfolgende Absaugung bereits ein Großteil des zugeführten Trägergases erfasst wird, bevor es in den umliegenden Bandführungsraum/Prozessraum entweicht. Durch diese Art der Ausgestaltung kann die beispielsweise im Bandführungsraum frei werdende Gasmenge deutlich reduziert werden, wodurch der erforderliche Aufwand zur Herstellung einer ausreichenden Druckentkopplung zwischen Bandführungsraum und Prozessraum minimiert wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Teilfläche zwei konzentrisch angeordnete ringförmige Teilbereiche aufweist, wobei jeder Teilbereich mit einer separaten Vakuumpumpe verbunden ist.
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Vorgesehen ist, dass die zweite Teilfläche, welche die erste umgibt, in zwei konzentrisch angeordnete, beispielsweise ringförmige, Teilbereiche untergliedert wird. Die Erfindung ist aber nicht auf eine ringförmige Ausformung der Teilbereiche beschränkt. Ebenso kommen Formen wie quadratische oder rechteckige und andere Formen in Frage. Vorgesehen ist, die Teilbereiche zum Absaugen des Trägergases mit einer Vakuumpumpe zu verbinden. Vorteilhafterweise wird jeder Teilbereich separat mit einer eigenen Vakuumpumpe verbunden, wobei verschiedene Druckgefälle einstellbar sind.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei Bandführungselemente, zur Führung des bandförmigen Substrats, derart angeordnet sind, dass das erste Bandführungselement auf einer ersten Seite der Substrattransportbahn und das zweite Bandführungselement auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite, der Substrattransportbahn angeordnet ist, wobei das bandförmige Substrat zwischen beiden Oberflächen entlang der Substrattransportbahn berührungsfrei bewegt wird.
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In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, zwei Bandführungselemente zur gemeinsamen Führen eines bandförmigen Substrats anzuordnen. Zu diesem Zweck wird das erste Bandführungselement mit seiner Oberfläche auf einer ersten Seite der gedachten Substrattransportbahn angeordnet. Das zweite Bandführungselement wird mit seiner Oberfläche auf einer zweiten Seite der gedachten Substrattransportbahn angeordnet. Diese Anordnung erfolgt an einer Stelle, an der sich beiden Seiten gegenüberliegen, wobei nun das bandförmige Substrat zwischen beiden Oberflächen entlang der Substrattransportbahn berührungsfrei bewegt werden kann. In dieser Ausführung werden die Oberflächen der Bandführungselemente eben oder nur mit einem sehr geringen Radius ausgeführt.
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Diese Ausführung ermöglicht eine stabile, lagepräzise Bandführung auch in Fällen, in denen keine Umlenkung des bandförmigen Substrats erfolgen soll.
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In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bandführungselement in einem Bandführungsraum angeordnet ist, welcher vom Prozessraum mittels spaltförmiger Strömungskanäle getrennt ist.
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Zur Verbesserung der Qualität des Vakuums im Prozessraum ist vorgesehen, das Bandführungselement in einem sogenannten Bandführungsraum anzuordnen, welcher von dem Prozessraum mittels spaltförmiger Strömungskanäle, durch welche das bandförmige Substrat transportiert wird, getrennt ist. Da das das Trägerpolster bildende Trägergas nicht vollständig durch die Absaugöffnungen abgesaugt werden kann, werden die Vakuumbedingungen durch das Bandführungselement verändert. Die Anordnung des Bandführungselements in einem dafür vorgesehen Bandführungsraum beseitigt diesen Nachteil. Die spaltförmigen Strömungskanäle ermöglichen eine vakuumtechnische Trennung des Prozessraums vom Bandführungsraum.
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Ein spaltförmiger Strömungskanal ist beispielsweise eine Anordnung von den Bandtransportweg eng umschließenden Strömungswiderständen, welche beispielsweise als eng benachbarte frei stehende Gasblenden, als einseitig schleifend anliegende Gasblenden oder als mitlaufende Rollen ausgeführt sein können.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Prozessraum und der Bandführungsraum mit jeweils separaten Vakuumpumpen verbunden sind.
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Üblicherweise ist der Prozessraum zur Erzeugung eines Prozessraumvakuums mit Vakuumpumpen, welche auch mehrstufig angeordnet sein können, verbunden. Um die Störungen der Vakuumbedingungen im Prozessraum gering zu halten, ist vorgesehen, den Bandführungsraum ebenfalls mit Vakuumpumpen zu verbinden. Derart kann das Druckgefälle zwischen beiden Räumen verringert werden.
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In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die spaltförmigen Strömungskanäle in zwei, in Transportrichtung des bandförmigen Substrats, hintereinander angeordnete Abschnitte unterteilt sind, wobei zwischen den Abschnitten Absaugöffnungen angeordnet sind, welche mit einer oder mit je einer Vakuumpumpe verbunden sind.
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Die den Prozessraum vom Bandführungsraum trennenden spaltförmigen Strömungskanäle können in zwei oder mehrere Abschnitte unterteilt werden. Diese Abschnitte sind in der Transportrichtung des bandförmigen Substrats nacheinander angeordnet. Vorgesehen ist, zwischen den Abschnitten Absaugöffnungen zu platzieren, welche zur Verbesserungen der Qualität des Vakuums mit einer Vakuumpumpe zum Absaugen verbunden sind. In einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, jede Absaugöffnung mit einer separaten Vakuumpumpe auszustatten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass Mittel zum Heizen oder Kühlen des Bandführungselements oder des eingelassenen Trägergases angeordnet sind.
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Die Erfindung sieht vor, das Bandführungselement mit Heizmitteln oder mit Mitteln zum Kühlen zu verbinden. Derart kann beispielsweise durch ein aufgeheiztes Bandführungselement, das über dieses Element bewegte bandförmige Substrat erwärmt werden. In einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, das aus dem Bandführungselement ausströmende Trägergas zu heizen oder zu kühlen. Derart kann beispielsweise durch ein gekühltes Trägergas das bandförmige Substrat auf seinem Weg über das Bandführungselement gekühlt werden.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur Beschichtung bandförmiger Substrate, der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das bandförmige Substrat berührungsfrei über ein in einem Vakuumbereich angeordnetes Bandführungselement, aus welches ein Trägergas austritt, geführt wird.
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Um das bandförmige Substrat berührungsfrei, also ohne eine Berührung der Oberfläche des bandförmigen Substrats, zu transportieren, wird das Bandführungselement mit einem Trägergas beaufschlagt, welches vorzugsweise nur in den Bereich aus dem Bandführungselement austritt, über die das bandförmige Substrat geführt wird, da nur in diesem Bereich eine Trägerpolster ausgebildet werden soll. Zu diesem Zweck wird das Bandführungselement in diesem Bereich porös ausgestaltet oder mit Öffnungen versehen. Das Bandführungselement kann als Rolle ausgebildet sein. In einer besonderen Form ist das Bandführungselement nur als ein Teil eines Zylinders ausgeführt, dessen Grundfläche einen Kreisausschnitt darstellt. In einer besonderen Form weist das Bandführungselement eine ebene oder nahezu ebene Oberfläche auf, über welcher das Trägerpolster zum berührungsfreien Transport des bandförmigen Substrats ausgebildet wird.
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In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die berührungsfreie Führung des bandförmigen Substrats in einem vom Prozessraum vakuumtechnisch getrennten, benachbarten Bandführungsraum erfolgt.
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Zur Verminderung der Beeinflussung der Vakuumqualität durch das ausströmende Trägergas wird das Bandführungselement, welches beispielsweise den Verlauf der Substrattransportbahn in einem Winkel von 180 Grad verändern soll, in einem separaten Bandführungsraum angeordnet. Der Bandführungsraum ist vom Prozessraum mittels spaltförmiger Strömungskanäle getrennt und mittels einer angeschlossenen Vakuumpumpe separat evakuierbar. Beispielsweis kann das in einem ersten Schritt beschichtete bandförmige Substrat durch erste spaltförmige Strömungskanäle aus der Prozesskammer in den Bandführungsraum transportiert werden. In diesem Bandführungsraum wird das bandförmige Substrat über das Bandführungselement ohne Berührung der Substratoberfläche beispielsweise um 180 Grad in seiner Substrattransportbahn umgelenkt und durch zweite spaltförmige Strömungskanäle zurück in die Prozesskammer geführt, in welcher ein zweiter Beschichtungsschritt erfolgen kann.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vakuumbedingungen im Prozessraum und im Bandführungsraum getrennt voneinander einstellbar sind.
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Neben der üblichen Einstellung eines Prozessvakuums in der Prozesskammer ist vorgesehen, auch den Bandführungsraum mit eigener Vakuumpumpe zur Evakuierung auszustatten.
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Durch eine Einstellung eines Vakuums im Bandführungsraum vermindern sich die über die spaltförmigen Strömungskanäle in der Prozesskammer auftretenden Vakuumverluste.
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In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Volumenstrom des austretenden Trägergases geregelt und derart ein Druck im Bandführungsraum eingestellt wird.
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Zur Minimierung einer Gasüberströmung im Bandführungsraum oder im Prozessraum ist vorgesehen, den Trägergasstrom möglichst gering zu halten. Auch durch eine entsprechende Absaugung des Trägergases strömt ein Teil des Trägergases vorbei an der Absaugung in den Bandführungsraum oder in den Prozessraum, je nachdem in welchem Raum das Bandführungselement angeordnet ist. Vorgesehen ist, den Volumenstrom des Trägergases zu regeln. Alternativ kann der Druck im Raum erfasst werden und in Abhängigkeit des sich verändernden Drucks eine Regelung des Trägergasstroms erfolgen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das austretende Trägergas oder das Bandführungselement geheizt oder gekühlt wird.
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Vorteilhaft ist ein Aufheizen des austretenden Trägergases, um das am Bandführungselement vorbeigeführte bandförmige Substrat für einen nachfolgenden Beschichtungsprozess vorzuwärmen. Alternativ kann auch das Bandführungselement selbst aufgeheizt werden. Hierfür sind am Bandführungselement oder im Strömungsbereich des Trägergases Heizmittel angeordnet.
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Zur Kühlung des bandförmigen Substrats beispielsweise nach einem Beschichtungsvorgang können im Strömungsbereich des Trägergases Mittel zur Kühlung installiert werden oder das Bandführungselement wird selbst gekühlt.
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In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druck im Bandführungsraum auf einen Wert kleiner 10 mbar einstellbar ist.
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Der im Bandführungsraum einzustellende Druck liegt beispielsweise bei Werten von 10 mbar, 3 mbar oder 1 mbar, ohne dass eine Einschränkung auf diese angegebenen Werte besteht.
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In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägergas Bestandteil des Prozessgases ist.
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Üblicherweise besteht das Gas in der Prozesskammer aus einem Arbeitsgas und bei reaktiven Prozessen aus einem oder mehreren reaktiven Gasen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als Trägergas einer dieser Gasbestandteile gewählt wird.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
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1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bandführungselements,
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2 eine Darstellung einer Draufsicht des Bandführungselements aus der 1,
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3 eine doppelseitige Anordnung des Bandführungselements und
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4 eine Darstellung einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Prozesskammer und einem Bandführungsraum mit einem Bandführungselement.
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In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Bandführungselement 3 dargestellt. Das Bandführungselement 3 hat in dieser Darstellung eine gekrümmte Oberfläche 4, über welche das bandförmige Substrat 1 in einer Transportrichtung 11 des bandförmigen Substrats 1 transportiert wird.
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Vorgesehen ist, in einem zentralen Bereich der Oberfläche 4 eine erste Teilfläche 5 auszubilden, welche mit über dieser Teilfläche 5 verteilten Öffnungen 6 für ein Austreten eines Trägergases versehen sind. Derartige Öffnungen können Bohrungen oder auch ein an dieser Stelle eingesetztes gasdurchlässiges Material.
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Das Bandführungselement 3 wird über seinen entsprechenden Anschluss, welcher in der 1 nur angedeutet ist, mit einem Trägergas beaufschlagt, welches dann durch den innenliegenden Kanal des Bandführungselements 3 geleitet wird und an den Trägergaseinlassöffnungen 6 austritt. Dieser Weg des Trägergases ist in der 1 durch Pfeile dargestellt.
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Dieses an den Trägergaseinlassöffnungen 6 austretende Trägergas bildet unter dem darüber hinweg geführten bandförmigen Substrat 1 ein Trägergaspolster aus, sodass das bandförmigen Substrat 1 die Oberfläche 4, wie auch die Teilfläche 5, des Bandführungselements 3 nicht berührt.
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Da durch den Trägergaseinlass der Druck in einer Vakuumkammer beeinflusst wird, ist vorgesehen, das eingelassene Trägergas abzusaugen. Zu diesem Zweck ist das Bandführungselement 3 mit einer zweiten Teilfläche 7 ausgestattet. Die zweite Teilfläche 7 ist die erste Teilfläche 5 umschließend, also um diese herum angeordnet.
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Die zweite Teilfläche 7 weist Absaugöffnungen 8 zum Absaugen des Trägergases auf. Diese Absaugöffnungen 8 sind mit einem im Inneren des Bandführungselements 3 liegenden Kanal verbunden. Über diesen Kanal wird mit Hilfe einer angeschlossenen Vakuumpumpe, welche in der Figur nicht dargestellt ist, das Trägergas im Bereich der zweiten Teilfläche 7 des Bandführungselements 3 abgesaugt.
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Somit kann zumindest ein großer Anteil des einströmenden Trägergases abgesaugt werden und somit nicht in die Atmosphäre der entsprechenden Kammer entweichen.
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Zur Verbesserung der Absaugwirkung ist vorgesehen, dass die zweite Absaugöffnungen 8 aufweisende Teilfläche 7 in zwei konzentrisch angeordnete Teilbereiche unterteilt ist.
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Beide Teilfläche 7 sind mit Absaugöffnungen 8 ausgestattet, und bilden derart eine zweistufige, um die erste Teilfläche 5 herum angeordnete, Absaugung für das Trägergas. Die Ausformung der Teilbereiche richtet sich nach der Form der ersten Teilfläche 5. Ist diese beispielsweise rechteckig ausgeformt, so ist die Form der Teilbereiche der zweiten Teilfläche 7 auch rechteckförmig.
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Besonders vorteilhaft ist es, jeden Teilbereich über die im inneren des Bandführungselements 3 verlaufenden getrennten Kanäle mit einer separaten Vakuumpumpe zu verbinden. Somit können verschiedene Werte für den Unterdruck in den Teilbereichen eingestellt werden. Beispielsweise kann der Unterdruck um äußeren Teilbereich stärker als der im inneren Teilbereich eingestellte sein.
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Zum besseren Verständnis ist in der 2 eine Draufsicht auf das Bandführungselement 3 abgebildet. Dargestellt ist ein Ausschnitt aus dem bandförmigen Substrat 1, welches entlang einer nicht physischen Substrattransportbahn geführt wird.
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Unter dem bandförmigen Substrats 1 ist das Bandführungselement 3 dargestellt. Dieses weist eine nahezu rechteckige erste Teilfläche 5 auf, in welcher die Trägergaseinlassöffnungen 6 schematisch dargestellt sind. Die erste Teilfläche 5 umgebend sind die zwei zur zweiten Teilfläche 7 zugehörigen Teilflächen, ebenfalls in Rechteckform, dargestellt. Beide Teilflächen weisen Absaugöffnungen 8 auf, welche in der Darstellung der 2 nicht eingezeichnet sind. Die Oberfläche des Bandführungselement 3 mit seinen Teilflächen 5 und 7 kann eben oder wie in der 1 gezeigt mit einer Rundung versehen sein.
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In der 3 sind zwei Bandführungselemente 3 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Diese weisen je eine ebene Oberfläche 4 auf und sind auf zwei verschiedenen, gegenüberliegenden Seiten der Substrattransportbahn angeordnet. Beide Bandführungselemente 3 weisen auf ihrer Oberfläche 4 je eine erste 5 und eine zweite Teilfläche 7 auf. In den ersten Teilflächen 5 sind die Trägergaseinlassöffnungen 6 und in den zweiten Teilflächen 7 die Absaugöffnungen 8 dargestellt. Auf eine detaillierte Darstellung der Kanäle in dem Bandführungselemente 3 sowie den angeschlossenen Vakuumpumpen wurde verzichtet.
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Mittels dieser doppelseitigen Anordnung zweier Bandführungselemente 3 wird von beiden Seiten der Substrattransportbahn ein Trägerpolter aufgebaut und derart das bandförmige Substrat 1 berührungsfrei zwischen den Bandführungselementen 3 entlang geführt.
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Möglich sind auch Ausgestaltungen der beiden Oberflächen 4 der Bandführungselemente 3 derart, dass das erste Bandführungselement 3 eine konvexe Rundung mit einem bestimmten Radius aufweist und die Oberfläche des zweiten Bandführungselementes 3 an diese konvexe Rundung mittels seiner konkaven Rundung angepasst ist.
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In der 4 ist eine Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Prozesskammer 2 und einem Bandführungsraum mit einem Bandführungselement 3 abgebildet. Die Vakuumbeschichtungsanlage weist einen Prozessraum 2 auf, in welchem zwei Prozesswalzen mit zugehörigen Beschichtungsquellen dargestellt sind. Das bandförmige Substrat 1 wird in einer Transportrichtung 11 entlang einer Substrattransportbahn bewegt. Der Prozessraum 2 verfügt über eine Vakuumpumpe 12 über welche das notwendige Prozessvakuum erzeugt werden kann.
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Nach einem Aufbringen einer ersten Schicht auf das bandförmige Substrat 1, mittels der unter der ersten Prozesswalze angeordneten Beschichtungsquelle, wird das bandförmige Substrat 1 über mindestens einen spaltförmigen Strömungskanal 10 vom Prozessraum 2 in den Bandführungsraum 9 transportiert. Die spaltförmigen Strömungskanäle 10 dienen der Vakuumtrennung zwischen dem Prozessraum 2 und dem Bandführungsraum 9. In der Darstellung in der 4 sind mehrere spaltförmige Strömungskanäle 10 hintereinander in Richtung der Substrattransportbahn angeordnet.
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Zwischen den spaltförmigen Strömungskanälen 10 sind Absaugöffnungen angeordnet, über welche mittels einer mit dieser Absaugöffnung verbundenen Vakuumpumpe 12 eine Gasabsaugung zur vakuumtechnischen Trennung des Prozessraums 2 vom Bandführungsraum 9 erfolgt.
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Diese Absaugöffnungen sind auf beiden Seiten der Substrattransportbahn ausgebildet, wobei auch die Möglichkeit besteht, zwei Absaugöffnungen mit einer Vakuumpumpe zu verbinden.
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Der Bandführungsraum 9 ist mit einer eigenen Vakuumpumpe 12 ausgestattet. Somit kann im Bandführungsraum 9 ein Vakuum erzeugt werden und die Differenz zwischen den Vakuumbedingungen des Prozessraums und des Bandführungsraum 9 verringert werden.
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Durch diese Maßnahmen wird es möglich, einen deutlich unter dem Druck des Bandführungsraumes liegenden Prozessdruckes (mindestens Faktor 10 kleiner, typischerweise Faktor 10^4 ... 10^7 kleiner) aufrecht zu halten.
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Im Bandführungsraum 9 ist das erfindungsgemäße Bandführungselement 3, welches nur schematisch in der 4 dargestellt ist, angeordnet. Mittels dieses Bandführungselements 3 wird das bandförmige Substrat 1 berührungsfrei in seiner Transportrichtung um 180 Grad umlenkt.
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Nach der Änderung der Transportrichtung wird das bandförmige Substrat 1 wider durch spaltförmige Strömungskanäle 10 in den Prozessraum geführt. Auch hier sind zwischen den spaltförmigen Strömungskanälen 10 Absaugöffnungen, verbunden mit Vakuumpumpen, zur Gasabsaugung/Gastrennung angeordnet.
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Das in den Prozessraum 2 geführte bandförmige Substrat 1 kann nun über die zweite Prozesswalze geführt und mittels einer zweiten Beschichtungsquelle beschichtet werden, wobei sich beispielsweise ein zweilagiger Schichtaufbau ergibt.
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Durch die Umlenkung des bandförmigen Substrats 1 mittels des erfindungsgemäßen Bandführungselements 3 kann eine oberflächenberührungsfreier Transport des bandförmigen Substrats 1 zwischen den Prozesswalzen gewährleistet werden, wobei das bandförmige Substrat 1 eine Änderung seiner Transportrichtung erfährt.
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Die Lösung der beschriebenen Aufgabe wird erreicht durch die Kombination von an Vakuumbedingungen angepassten Luftkissen-Bandführungselementen mit Vorrichtungen zur Druckentkopplung zwischen einem Bandführungsraum und einem Prozessraum.
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Als Bandführungselemente können zum Beispiel auch am Mantel perforierte oder poröse Hohlzylinder eingesetzt werden, welche von innen mit einem Trägergas beaufschlagt werden, welches durch die Perforation nach außen strömt und ein Trägergaspolster zwischen der Rolle und dem um die Rolle geführten Band herstellt.
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Das erfindungsgemäße Bandführungselement ist mit einem an den geringen Umgebungsdruck angepassten Luftkissen-Druck (Trägergaspolster) zu betreiben, welcher etwa um den Betrag p = 2·F/(D·b) über dem Druck p im Inneren des Bandführungsraumes liegen muss, wobei F die Bandzugkraft, D den Durchmesser der Krümmung des Luftkissenelementes und b die Breite des Bandes beschreibt.
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In einer anderen Ausgestaltung kann das Bandführungselement auch als rotierende zylindrische Rolle ausgeführt sein, welche mit der Bandbewegung synchron mitläuft. In diesem Fall kann der Trägergasaustritt aus dem Inneren der Rolle durch in der Rolle und/oder am äußeren Umfang platzierte strömungsbehindernde Elemente weitgehend auf die Bereiche der ersten Teilfläche 5 des Rollenumfanges beschränkt werden, an welchen außen das bandförmige Substrat 1 vorbeigeführte wird, um die Gaslast, verursacht durch das Bandführungselement 3, zu begrenzen.
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Durch Veränderung des Volumenstroms des Trägergases kann der Abstand zwischen dem bandförmigen Substrat und dem Bandführungselement beeinflusst werden. Andererseits beeinflusst der Volumenstrom des Trägergases im Zusammenhang mit den installierten Vakuumpumpen und der mechanischen Dimensionen der spaltförmigen Strömungskanäle (Strömungswiderstände) die Druckverhältnisse im Bandführungsraum und die Gasüberströmung zum Prozessraum.
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Für eine Minimierung dieser Gasüberströmung ist vorteilhaft, den Trägergasstrom möglichst gering einzustellen. Zur Regulierung des Trägergasstromes kann eine direkte Regelung des Volumenstromes oder eine Regelung des Druckes im Bandführungsraum über Stellung des Gasstromes erfolgen.
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Dabei ist es vorteilhaft, den Druck im Bandführungsraum kleiner als 10 mbar, bevorzugt kleiner als 3 mbar oder kleiner als 1 mbar einzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- bandförmiges Substrat
- 2
- Prozessraum
- 3
- Bandführungselement
- 4
- Oberfläche des Bandführungselements
- 5
- erste Teilfläche
- 6
- Trägergaseinlassöffnungen
- 7
- zweite Teilfläche
- 8
- Absaugöffnungen
- 9
- Bandführungsraum
- 10
- spaltförmiger Strömungskanäle
- 11
- Transportrichtung des bandförmige Substrats
- 12
- Vakuumpumpe
