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Die Erfindung betrifft eine Substratkühlvorrichtung einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage gemäß Anspruch 1 sowie eine Bandsubstratbehandlungsvorrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 7.
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Derartige Bandsubstratbehandlungsvorrichtungen umfassen eine evakuierbare Prozesskammer, in der mindestens eine Behandlungseinrichtung angeordnet ist, und eine Transporteinrichtung für ein Bandsubstrat, die einen Abwickel zum Bereitstellen eines Bandsubstrats, Umlenkwalzen zur Führung des Bandsubstrats durch die Prozesskammer entlang eines Transportpfads, und einen Aufwickel zum Aufnehmen des Bandsubstrats aufweist. Abwickel und Aufwickel können innerhalb der evakuierbaren Prozesskammer angeordnet sein. Alternativ kann mindestens eine Wickelkammer vorgesehen sein, die mit der Prozesskammer durch mindestens eine Substratpassage verbunden ist, und in der zumindest der Abwickel oder/und der Aufwickel angeordnet ist. Es sind auch Ausführungen bekannt, bei denen Abwickel und Aufwickel jeweils in einer eigenen Wickelkammer angeordnet sind.
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Unter Behandlungseinrichtungen sollen dabei Einrichtungen zur Reinigung des Substrats, wie Sputterätzer, oder zur Beschichtung des Substrats, wie Magnetrons, Verdampfungseinrichtungen oder dergleichen, oder zur Vor- oder Nachbehandlung, wie Heiz- und Kühleinrichtungen, Plasmaquellen oder dergleichen, verstanden werden.
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Die zum Betrieb der Behandlungseinrichtungen benötigte Energie wird zu einem großen Teil in Wärme umgesetzt, die beim Vorbeitransport des Bandsubstrats auf dieses übertragen wird. Je dünner das Bandsubstrat ist, desto problematischer ist dieser Energieeintrag in das Bandsubstrat. Wird diese Energie nicht abgeleitet, so kann dies zur Zerstörung des Bandsubstrats führen. Einige Bandsubstrate wie flexibles Glas mit einer Dicke von nur 25 bis 200 µm sind so empfindlich, dass sie möglichst wenig durch Transporteinrichtungen oder dergleichen berührt werden sollen. Die Beschichtung findet vorzugsweise im vertikalen Zustand statt. Ein Vorteil der vertikalen Beschichtung ist, dass Partikel nicht auf das Substrat fallen und so die Beschichtung stören. Sie kann jedoch auch horizontal erfolgen, beispielsweise im Sheet-to-Sheet-Verfahren.
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Wenn das Substrat durch Konvektion und Wärmeleitung durch ein Gas gekühlt werden soll, so muss diese Kühlung in einem vom Prozessbereich abgeschlossenen Kühlbereich stattfinden, um das Prozessvakuum nicht zu stören. Dies ist jedoch insbesondere bei sehr dünnen Bandsubstraten nicht möglich, weil die vakuumdichte Trennung zwischen Prozessbereich und Kühlbereich ein Bandventil erfordert, in welchem das Bandsubstrat eingeklemmt wird. Dieses Einklemmen kann zur Zerstörung des Bandsubstrats (insbesondere bei flexiblem Glas) oder einer darauf abgeschiedenen Beschichtung führen.
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Die Prozesskammer ist evakuierbar, d.h. sie verfügt im Allgemeinen über eine oder mehrere Vakuumpumpen, die den Druck innerhalb der Prozesskammer auf Hochvakuum absenkt. Nur unter diesen Bedingungen sind die üblicherweise verwendeten Beschichtungsverfahren durchführbar. Als Problem erweist sich dabei der Wasseranteil in der Prozesskammer, der mit herkömmlichen Vakuumpumpen nur unvollständig entfernt werden kann. Um auch die verbleibenden Wassermoleküle so weit wie möglich zu entfernen, sind Meissnerfallen bekannt, die auf sehr effiziente Weise den Wasserdampf binden und dadurch helfen, das Vakuum zu verbessern, d.h. den Druck zu senken. Die erforderliche Pumpzeit zur Erreichung des benötigten Prozessdrucks wird durch Meissnerfallen deutlich reduziert.
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Üblicherweise werden zu Kühlschlangen gebogene, gestrahlte Kupferrohre als Kühlfalle eingesetzt. Diese würden jedoch als Substratkühlvorrichtung nicht effektiv sein, da der vom Substrat sichtbare Raumwinkelbereich der Kaltfläche bei üblicher Bauform zu gering für eine effektive Strahlungskühlung ist und die üblichen Kühlschlangen optisch nicht dicht gegenüber Streustrahlung der Umgebung sind und somit die bessere Kühlwirkung der Kühlschlangen durch Strahlungskühlung nicht wirksam ist.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, Vorrichtungen zur Kühlung und zur Beschichtung von sehr dünnen, empfindlichen Bandsubstraten anzugeben, die eine Beschädigung des Bandsubstrats vermeiden. Eine andere Aufgabe besteht darin, die Evakuierung einer Bandsubstratbehandlungsanlage effektiv zu verbessern und die benötigte Pumpzeit zu verkürzen. Außerdem besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, sowohl die Kühlung empfindlicher Bandsubstrate zu verbessern und gleichzeitig die Evakuierung der Bandsubstratbehandlungsanlage zu verbessern.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Substratkühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Bandsubstratbehandlungsanlege mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
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Dazu wird zunächst eine Substratkühlvorrichtung einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage vorgeschlagen, die mindestens eine Kühlplatte mit einer Grundplatte sowie einer auf einer ersten Seite der Grundplatte angeordneten Kühlmittelleitung und einer auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite angeordneten ersten Oberflächenvergrößerungsstruktur umfasst.
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Durch eine mikroskopische Oberflächenvergrößerungsstruktur wie eine aufgeraute Oberfläche, eine Farbschicht, eine Oxidschicht oder dergleichen, eine makroskopische Oberflächenvergrößerungsstruktur wie Rippen oder vergleichbare Strukturen sowie durch Kombinationen derartiger Oberflächenvergrößerungsstrukturen wird die Absorberfläche stark vergrößert, so dass trotz eventueller Kondensatbildung ein hoher Absorptionsgrad der Fläche erhalten wird.
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Die vorgeschlagene Substratkühlvorrichtung weist, anders als Kühlschlangen, eine optisch dichte Grundplatte, beispielsweise aus Kupfer, auf, auf deren vom Substrat abgewandter Seite die kühlmittelführenden Kühlmittelleitungen, beispielsweise Kupferrohre, thermisch fest aufgebracht sind, beispielsweise durch Löten oder mittels eines die Wärmeleitung herabsetzenden Verbindungselements, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
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Die vorgeschlagene Substratkühlvorrichtung kann nach dem Prinzip der Energieübertragung mittels Schwarzkörperstrahlung (Stefan-Boltzmann-Gesetz), d.h. ohne Wärmeleitung und Konvektion, betrieben werden und dennoch eine effektive Substratkühlung realisieren. Sie kann außerdem für die Nutzung einer Kombination von Substratkühlung und Evakuierung dienen, wobei die Substratkühlvorrichtung gleichzeitig als Meissnerfalle wirkt, die Wassermoleküle bindet.
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Die vorgeschlagene Substratkühlvorrichtung ermöglicht eine signifikante Verkürzung der Abkühlstrecke sowie der Abkühlzeit für Substrate im Vakuum.
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Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, die Kühlfläche, worauf das Substrat Energie abstrahlt, im Vergleich zur Umgebungstemperatur abzukühlen und somit den Netto-Energiefluss durch Schwarzkörperstrahlung vom Substrat zur Kühlfläche zu erhöhen, um damit ein schnelleres Abkühlen des Substrates zu erreichen. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, die Temperatur der Kühlfläche im Vergleich zur Umgebungstemperatur deutlich zu verringern, beispielsweise bis auf Temperaturen unter 0°C, bevorzugt unter –100 °C, besonders bevorzugt unter –130°C. Weiterhin ergibt sich hieraus der Vorteil, dass die Substratkühlvorrichtung als Meissnerfalle das Wasser im Vakuum binden kann und somit eine Kombinationswirkung auftritt. Außerdem entfällt der Einsatz von ansonsten notwendigen wassergekühlten Platten zur Absorption der Strahlungsenergie.
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Die dem Substrat zugewandte Seite der Substratkühlvorrichtung sollte so beschaffen sein, dass diese einen optimalen Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Substrat durch Strahlung ermöglicht. Gemäß einer Ausgestaltung kann daher vorgesehen sein, dass die zweite Seite der Grundplatte und die erste Oberflächenvergrößerungsstruktur einen hohen Absorptionsgrad, vorzugsweise einen Absorptionsgrad von 0,75 oder mehr, aufweist. Dieser hohe Absorptionsgrad kann durch Maßnahmen wie Aufrauen der Oberfläche, Beschichten mit Farbe, Oxidieren der Oberfläche oder dergleichen, sowie durch Kombinationen der genannten Maßnahmen erreicht werden. Hierdurch kann die dem Bandsubstrat zugewandte Seite der Substratkühlvorrichtung besonders gut die von dem Bandsubstrat abgestrahlte Wärme aufnehmen.
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Demgegenüber sollte die vom Substrat abgewandte Seite möglichst wenig Strahlungsenergie mit der übrigen Umgebung der Kammer austauschen und somit die bereitgestellte Kühlleistung eines Kälteaggregates, beispielsweise eines Kryogenerators, bestmöglich zur Substratkühlung nutzen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann daher vorgesehen sein, dass auf der von der Grundplatte abgewandten Seite der Kühlmittelleitung eine zweite Oberflächenvergrößerungsstruktur angeordnet ist. Diese zweite Oberflächenvergrößerungsstruktur kann dazu dienen, eine größere Menge von Wasserdampf zu binden, um damit den Druck in der Prozesskammer effektiv abzusenken.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die zweite Oberflächenvergrößerungsstruktur plattenförmig ist und mindestens eine Entlüftungsöffnung aufweist. Dadurch ist die zweite Oberflächenvergrößerungsstruktur einfach und kostengünstig herstellbar. Gleichzeitig ist durch die Entlüftungsöffnungen sichergestellt, dass auch der Raum zwischen der Grundplatte und der zweiten Oberflächenvergrößerungsstruktur effektiv evakuiert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die erste Seite der Grundplatte oder/und die Kühlmittelleitung oder/und die zweite Oberflächenvergrößerungsstruktur einen geringen Absorptionsgrad, vorzugsweise einen Absorptionsgrad von 0,25 oder weniger, aufweist. Dieser geringe Absorptionsgrad kann beispielsweise durch Maßnahmen wie Polieren erreicht werden. Hierdurch kann die vom Bandsubstrat abgewandte Seite der Substratkühlvorrichtung immer noch Wasserdampf binden, jedoch weniger Wärme aus der Umgebung durch Strahlungsaustausch aufnehmen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zwischen der Grundplatte und der Kühlmittelleitung ein die Wärmeleitung geringfügig herabsetzendes Verbindungselement angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Temperatur der dem Bandsubstrat zugewandten Seite gegenüber der vom Bandsubstrat abgewandten Seite der Substratkühlvorrichtung geringfügig, d.h. beispielsweise um 3...5K, 5...10K oder 10...20K erhöht, so dass eine Kondensation von Wasserdampf auf der dem Bandsubstrat zugewandten Seite verhindert werden kann, wobei jedoch die Kühlleistung nur unerheblich abgesenkt wird.
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Weiterhin wird für eine Bandsubstratbehandlungsvorrichtung, die eine evakuierbare Prozesskammer, in der mindestens eine Behandlungseinrichtung angeordnet ist, und eine Transporteinrichtung für ein Bandsubstrat umfasst, die einen Abwickel zum Bereitstellen eines Bandsubstrats, Umlenkwalzen zur Führung des Bandsubstrats durch die Prozesskammer entlang eines Transportpfads, und einen Aufwickel zum Aufnehmen des Bandsubstrats aufweist, vorgeschlagen, dass an mindestens einer Stelle des Transportpfads eine Substratkühlvorrichtung angeordnet ist.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Substratkühlvorrichtung im Innern der evakuierbaren Prozesskammer angeordnet ist. Diese Anordnung der Substratkühlvorrichtung hat den Vorteil, dass die Kühlung des Bandsubstrats unmittelbar nach dem Energieeintrag im Bereich der Behandlungseinrichtungen stattfinden kann, wobei kein Kühlmedium wie Gas oder dergleichen benötigt wird, so dass die Einwirkdauer der Wärme auf das Bandsubstrat so gering wie möglich gehalten werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Prozesskammer durch mindestens eine Substratpassage mit einer Wickelkammer verbunden ist, in der zumindest der Aufwickel angeordnet ist, und mindestens eine Substratkühlvorrichtung im Innern der evakuierbaren Wickelkammer angeordnet ist. Hierdurch wird in der Prozesskammer Bauraum gespart, der in der Wickelkammer eher verfügbar ist. Außerdem ist die Substratkühlvorrichtung zu Wartungszwecken leichter zugänglich.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass an mindestens einer Stelle des Transportpfads eine Vorbehandlungseinrichtung, beispielsweise für eine Plasmavorbehandlung, angeordnet ist oder/und an mindestens einer Stelle des Transportpfads eine Nachbehandlungseinrichtung, beispielsweise für eine Temperung, angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Substratkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Substratkühlvorrichtung mit der zweiten Seite der Grundplatte dem Substrat zugewandt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Substratkühlvorrichtung im Betrieb der Bandsubstratbehandlungsvorrichtung mit einer Temperatur des Kühlmittels von unter 0°C, insbesondere unter –50°C, bevorzugt unter –100°C, besonders bevorzugt unter –130°C betrieben wird.
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Besonders vorteilhaft wird eine Verwendung einer Bandsubstratbehandlungsvorrichtung der beschriebenen Art zur Beschichtung flexiblen, bandförmigen Glases vorgeschlagen, bei der die mindestens eine Substratkühlvorrichtung in einem Temperaturbereich betrieben wird, in dem die dem Substrat zugewandte Seite der Substratkühlvorrichtung eine Kühlung des Substrats bewirkt, und gleichzeitig die vom Substrat abgewandte Seite der Substratkühlvorrichtung als Meissnerfalle eine Vakuumverbesserung bewirkt.
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Diese Bauform besitzt als vorteilhafte Nebenfunktion das bekannte Prinzip der Kühlfalle zur Vakuumerzeugung und Bindung von Wasser bei gleichzeitiger Verwendung als Substratkühlung. Es handelt sich also um eine Kombination von sonst in der Vakuumtechnik getrennt verwendeter Verfahren zur Substratkühlung und Vakuumerzeugung, welche einen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik darstellt.
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Die beschriebenen Kühlprinzipien basieren auf einer reinen Strahlungskühlung ohne Zuhilfenahme eines Gases. Sie benötigen dadurch nicht zwingend eine klare Abgrenzung zu umliegenden Vakuumräumen, da kein Gas eventuelle Prozesse stören kann. Besonders vorteilhaft anwendbar sind die vorgeschlagenen Maßnahmen für ein kontinuierliches Abkühlverfahren, welches sich für kontinuierliche Prozesse (z.B. Rolle-zu-Rolle-Verfahren) eignet. Es handelt sich um eine Möglichkeit, die Abkühlstrecke ohne Einsatz von Schleusen zu verkürzen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung für sehr dünne, hoch empfindliche Bandsubstrate wie beispielsweise flexibles Glas im Rolle-zu-Rolle-Verfahren.
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Flexibles Glas ist besonders dünnes Glas und hochgradig bruchempfindlich, deshalb sollte jede Berührung oder Krafteinwirkung vermieden werden, wie es allerdings durch Vakuum-Bandventile bei einem kontinuierlich verarbeiteten Material unumgänglich wäre. Außerdem ist beim Transport des flexiblen Glases die freie Spannweite zwischen zwei Rollen auf maximal 2 Meter beschränkt, wodurch eine systembedingte obere Grenze für eine Abkühlstrecke zwischen zwei Transportrollen eines Bandlaufes gegeben ist. Durch die hier beschriebene Kühlmethode sowie die vorgeschlagenen Vorrichtungen ist es möglich, diesen Abkühlbereich zu verkürzen und so die freie Spannweite im Kühlbereich zu reduzieren und somit die Spannungen im Substrat zu verringern und damit die Bruchgefahr zu senken.
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Besonders vorteilhaft ist der Einsatz in Vakuumbeschichtungsanlagen zur Verkürzung der Abkühlstrecke und der Abkühlzeit beschichteter Substrate während des Prozesses oder/und nach dem Prozess oder/und vor dem Aufwickelvorgang im Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Daraus ergibt sich als weiterer Vorteil eine kompaktere Bauweise von Vakuum-Substratbehandlungsanlagen wie Bandsubstratbehandlungsanlagen oder dergleichen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen
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1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Substratkühlvorrichtung der vorgeschlagenen Art,
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2 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Substratkühlvorrichtung der vorgeschlagenen Art,
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3 eine schematische Darstellung einer Bandsubstratbehandlungsanlage, und
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4 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Temperaturverlaufs in Abhängigkeit von der Länge der zurückgelegten Kühlstrecke für zwei verschiedene Kühltemperaturen.
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Bei der Substratkühlvorrichtung 1 gemäß 1 ist auf einer Grundplatte 11 eine Kühlmittelleitung 13 mäanderförmig verlegt, die im Betrieb der Vorrichtung von einem Kühlmittel mit sehr niedriger Temperatur durchflossen wird. Die dem Substrat zugewandte zweite Seite der Grundplatte 11 weist eine erste Oberflächenvergrößerungsstruktur 12 in Form einer Anordnung von Rippen auf, wobei die zweite Seite der Grundplatte 11 und die erste Oberflächenvergrößerungsstruktur 12 eine Oberflächenbeschichtung aufweisen, durch die der Absorptionsgrad auf über 0,75 erhöht wird.
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Auf der gegenüberliegenden ersten Seite der Grundplatte 11 ist die Kühlmittelleitung 13 wärmeleitend angebracht, so dass die durch die Grundplatte 11 und die erste Oberflächenvergrößerungsstruktur 12 vom Bandsubstrat aufgenommene Wärme in das Kühlmittel abgeleitet wird, das durch die Kühlmittelleitung 13 zirkuliert. Die erste Seite der Grundplatte 11 sowie die darauf angebrachte Kühlmittelleitung 13 können poliert sein, so dass sie metallisch glänzen und dadurch einen Absorptionsgrad von unter 0,25 aufweisen.
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Von diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel gemäß 2 dadurch, dass zusätzlich auf der der ersten Seite der Grundplatte 11 gegenüberliegenden Seite der Kühlmittelleitung 13 eine zweite Oberflächenvergrößerungsstruktur 14 in Form einer Platte wärmeleitend angebracht ist, die ebenfalls poliert ist und dadurch einen sehr geringen Absorptionsgrad aufweist. Diese zweite Oberflächenvergrößerungsstruktur 14 dient in erster Linie dazu, Wassermoleküle aus der Umgebung zu binden und dadurch das Vakuum in der Prozesskammer zu erhöhen. Um den Raum zwischen der Grundplatte 11 und der zweiten Oberflächenvergrößerungsstruktur 14 effektiv evakuieren zu können, weist die zweite Oberflächenvergrößerungsstruktur 14 mehrere Entlüftungsöffnungen 15 auf.
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Um zu erreichen, dass die Grundplatte 11 mit der ersten Oberflächenvergrößerungsstruktur 12 eine geringfügig, beispielsweise um 3 oder 5 oder 10 oder 20 K, höhere Temperatur aufweist als die Kühlmittelleitung 13 und die zweite Oberflächenvergrößerungsstruktur 14, ist zwischen der Grundplatte 11 und der Kühlmittelleitung 13 ein die Wärmeleitung herabsetzendes Verbindungselement 16, beispielsweise eine Polymerschicht, die gleichzeitig als Kleber zur Verbindung der Grundplatte 11 mit der Kühlmittelleitung 13 wirken kann, angeordnet.
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In 3 ist eine Bandsubstratbehandlungsvorrichtung schematisch dargestellt.
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Diese Bandsubstratbehandlungsvorrichtung weist eine evakuierbare Prozesskammer 2 auf. In der Prozesskammer 2 können beispielsweise insgesamt drei Behandlungseinrichtungen 3, beispielsweise eine Vorbehandlungseinrichtung zum Heizen, zum Kühlen, zur Plasmabehandlung usw. des Bandsubstrats 7, und zwei Beschichtungseinrichtungen, beispielsweise Ätzeinrichtungen zum Reinigen des Bandsubstrats 7, Sputtermagnetrons oder Verdampfer zur Beschichtung des Bandsubstrats 7, oder andere angeordnet sein.
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Weiterhin ist in der Prozesskammer 2 eine Transporteinrichtung für das Bandsubstrat 7 angeordnet, die einen Abwickel 4 zum Bereitstellen eines Bandsubstrats 7, Umlenkwalzen 5 zur Führung des Bandsubstrats 7 durch die Prozesskammer 2 entlang eines Transportpfads, und einen Aufwickel 6 zum Aufnehmen des Bandsubstrats 7 umfasst. Durch die Transporteinrichtung wird das Bandsubstrat 7 vom Abwickel 4 über die Umlenkwalzen 5 zum Aufwickel 6 geführt.
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Dabei führt der Transportpfad des Bandsubstrats 7 an allen drei Behandlungseinrichtungen 3 vorbei, wobei jedes Mal Wärme in das Bandsubstrat 7 eingetragen wird. An einer Stelle des Transportpfads, beispielsweise hinter der letzten Behandlungseinrichtung 3 und vor dem Aufwickel 6, ist eine Substratkühlvorrichtung 1 angeordnet. Diese kühlt das Bandsubstrat 7 vor dem Aufwickeln auf die dafür notwendige Temperatur ab. Sie ist ebenfalls innerhalb der Prozesskammer 2 angeordnet, wird mit einer sehr niedrigen Kühlmitteltemperatur betrieben und wirkt dadurch neben der Kühlung des Bandsubstrats 7 gleichzeitig als Meissnerfalle, die der Prozessatmosphäre ständig Wassermoleküle entzieht, ohne die Kühlwirkung dadurch herabzusetzen, und so das Vakuum verbessert, d.h. den Druck in der Vakuumkammer weiter mindert.
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Sind der Wickelbereich und der Prozessbereich in getrennten Kammern angeordnet, sind verschiedene Varianten möglich: Die Abkühlung des Bandsubstrats kann in diesem Fall in einer Wickelkammer und/oder in der Prozesskammer, aber auch zwischen zwei Beschichtungen erfolgen.
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Im Beschichtungsprozess kann das Substrat Temperaturen von bis zu 300°C und darüber erreichen. Flexibles Glas kann jedoch nur unterhalb einer Temperatur von 100°C gewickelt werden, da es zwischen ca. 100°C und 200°C erhöhte Bruchgefahr besitzt. Dieser in der Behandlung des Bandsubstrats notwendige Schritt der Abkühlung kann damit bauraummäßig verkürzt werden, was sich unter Umständen direkt auf die Baugröße der Gesamtanlage auswirken kann, ohne dass komplizierte Gasführungsstrukturen und gasdichte Schleusen vor und nach dem Abkühlbereich notwendig sind.
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Eine besonders vorteilhafte Anwendung der vorgeschlagenen Vorrichtungen wird anhand von 4 am Beispiel von flexiblem Glas erläutert.
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Unter der Annahme einer Dichte von 2500 kg/m3 für übliche Gläser und einer Dicke von 50 µm für flexibles Glas ergibt sich eine Masse von 125 g/m2. Die Wärmekapazität von Glas beträgt ca. 0,8 kJ/(kg·K), woraus für flexibles Glas mit 50 µm Dicke eine flächenbezogene Wärmekapazität von 0,1 kJ/(m2K) abgeleitet werden kann. Bei Kühlung des Substrates von 300°C auf 100°C ergibt sich eine abzuführende Energiemenge von 20 kJ/m2.
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4 zeigt die simulierte Gegenüberstellung einer Abkühlung flexiblen Glases mit im vorigen Absatz genannten Eigenschaften durch reine Strahlungskühlung einerseits bei einer Temperatur der Kühlfläche von 20°C und andererseits bei einer Temperatur der Kühlfläche von –130°C, wie im Rahmen dieser Erfindung beispielhaft vorgeschlagen. Das Substrat habe vor der Abkühlung eine Temperatur von 300°C.
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Es ist aus 4 ersichtlich, dass die Abkühlung auf eine Wickeltemperatur von unter 100°C bei einer Kühlflächentemperatur von 20°C ca. 7,2 s dauert, bei einer Kühlflächentemperatur von –130°C jedoch ca. 5,6 s, was einer vergleichsweisen Verkürzung der Abkühlzeit um fast 25% entspricht. Die bedeutet gleichfalls bei gleicher benötigter Abkühlleistung eine Verkürzung der Abkühlstrecke um fast 25% und damit eine möglicherweise kompaktere Bauweise einer Gesamtanlage.
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Bei einer realistischen Beschichtungsgeschwindigkeit von 5 m/min und 1000 mm Substratbreite resultiert eine Durchlaufmenge von 0,083 m2/s und damit eine abzuführende Leistung von 1,7 kW. Dies liegt in der Größenordnung der Kühlleistung eines marktüblichen Kryogenerators von ca. 4 kW Leistung. Daraus wird ersichtlich, wie die vorgeschlagenen Vorrichtungen zur Verbesserung der Kühlleistung durch Strahlungskühlung im Vakuum wirken. Dieses Ergebnis ist ebenso auf andere Substrate wie Folien oder dergleichen übertragbar.
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Die Erfindung kann technologisch notwendige Abkühlstrecken im Vakuum verkürzen und somit einerseits für eine kompaktere Bauform von Anlagen sorgen oder andererseits höhere Eingangs-Substrattemperaturen bei gleicher Abkühlstrecke ermöglichen. Außerdem lässt sich der Einsatz wassergekühlter Absorberflächen vermeiden, deren Durchführungen der Wasserleitungen stets kritische Punkte für Leckagen in den Vakuumraum sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlplatte
- 11
- Grundplatte
- 12
- erste Oberflächenvergrößerungsstruktur
- 13
- Kühlmittelleitung
- 14
- zweite Oberflächenvergrößerungsstruktur
- 15
- Entlüftungsöffnung
- 16
- Wärmeleitung herabsetzendes Verbindungselement
- 2
- Prozesskammer
- 3
- Behandlungseinrichtung
- 4
- Abwickel
- 5
- Umlenkwalze
- 6
- Aufwickel
- 7
- Substrat
