DE102015104039A1

DE102015104039A1 - Bandsubstratbeschichtungsanlage mit einer Magnetronanordnung

Info

Publication number: DE102015104039A1
Application number: DE102015104039.5A
Authority: DE
Inventors: Holger Pröhl; Michael Hentschel; Andreas Daßler; Christoph Kaiser; Andreas Müller
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: CN205473969U; GB201604471D0; DE102015104039B4; JP2016176144A; KR20160113021A; US20160273102A1; GB2536572A; JP5960373B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bandsubstratbeschichtungsanlage mit einer von Kammerwänden gebildeten Vakuumkammer sowie einer in der Vakuumkammer angeordneten Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Bandsubstrats, umfassend eine Prozesstemperierungswalze mit einer zylindrischen Mantelfläche, wobei mindestens ein Teilumfang der Mantelfläche von einem Prozessraum umschlossen ist, der eine Anordnung von durch Trennwandelemente begrenzten Kompartments aufweist, wobei in mindestens einem Kompartment mindestens eine Beschichtungseinrichtung angeordnet ist, sowie eine Transporteinrichtung zum Transportieren des Bandsubstrats über die Mantelfläche, wobei die Größe, Anzahl und Anordnung der Kompartments dadurch variabel ist, dass die Trennwandelemente jeweils an einer von mehreren vorgegebenen Positionen innerhalb des Prozessraums anbringbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bandsubstratbeschichtungsanlage mit einer von Kammerwänden gebildeten Vakuumkammer sowie einer in der Vakuumkammer angeordneten Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Bandsubstrats, die eine Prozesstemperierungswalze mit einer zylindrischen Mantelfläche umfasst, wobei mindestens ein Teilumfang der Mantelfläche von einem Prozessraum umschlossen ist, der eine Anordnung von durch Trennwandelemente begrenzten Kompartments aufweist, wobei in mindestens einem Kompartment mindestens eine Beschichtungseinrichtung angeordnet ist, und die weiterhin eine Transporteinrichtung zum Transportieren des Bandsubstrats über die Mantelfläche umfasst.
Bekannte Bandsubstratbeschichtungsanlagen mit einer Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung, insbesondere zum Beschichten eines Bandsubstrats, beispielsweise einem Metall- oder Kunststoffband/ Folienband, umfassen eine von Kammerwänden gebildete evakuierbare Vakuumkammer, eine darin angeordnete Prozesstemperierungswalze mit einer zylindrischen Mantelfläche zur temperierenden Führung des Bandsubstrates um einen Teilumfang der Mantelfläche sowie eine über einen Teilumfang der Mantelfläche verteilte Anordnung von mittels Vakuumpumpen evakuierbaren Kompartments.
Das zu behandelnde Bandsubstrat wird von einem Abwickel mittels einer Transporteinrichtung entlang der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze und entlang der in den evakuierbaren Kompartments angeordneten Beschichtungseinrichtungen zu einem Aufwickel geführt. Aufwickel und Abwickel können hierbei entweder jeweils in einer eignen evakuierbaren Haspelkammer oder aber auch in der Vakuumkammer angeordnet sein. Das Bandsubstrat ist zwischen Abwickel und Aufwickel von einer Transporteinrichtung, umfassend unter anderem Umlenkrollen, Bandzugmesswalzen, geführt, damit es falten- und knitterfrei entlang der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze geführt wird. Es ist außerdem bekannt, die Transportrichtung des Bandsubstrates zwischen Abwickel und Aufwickel umzukehren, um beispielsweise das Bandsubstrat auf dem Transport vom Aufwickel zum Abwickel ein weiteres Mal zu behandeln, insbesondere ein weiteres Mal zu beschichten.
Mittels der Prozesstemperierungswalze kann zum einen das Bandsubstrat selbst und das auf dem Bandsubstrat abgeschiedenes Beschichtungsmaterial gekühlt und somit vor Überhitzung geschützt werden, zum anderen kann das Bandsubstrat mittels der Prozesstemperierungswalze beheizt werden, um bestimmte Substratbehandlungen zu ermöglichen. Die Prozesstemperierungswalze ist mittels eines außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Antriebs um ihre Mittelachse drehbar ausgebildet.
Hinsichtlich der Anordnung der Kompartments über einen Teilumfang der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze sind verschiedene Ausführungen bekannt.
WO 2014/060468 A1 offenbart eine Bandsubstratbeschichtungsanlage, umfassend eine Prozesstemperierungswalze, wobei mindestens ein Teilumfang der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze von einem Prozessraum umschlossen ist, der eine Anordnung von durch Kompartments aufweist. Die Größe der Kompartments ist jeweils gleich und so bemessen, dass eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung, insbesondere eine Beschichtungseinrichtung, die als Doppel-Rohrmagnetron ausgebildet ist, im Inneren eines von Wandelementen gebildeten Kompartments angeordnet werden kann. Die Wandelemente sind beispielsweise als sich berührende Bleche ausgebildet, so dass ein Volumenstrom aus der Vakuumkammer in das Kompartment auf ein Minimum reduziert wird. Bei einer Prozesstemperierungswalze mit horizontal ausgerichteter Drehachse sind Kompartments mit den darin angeordneten Beschichtungseinrichtungen auf den Positionen 2 Uhr, 4 Uhr, 6 Uhr, 8 Uhr und 10 Uhr beabstandet zueinander angeordnet, wobei analog zu einem Zifferblatt die 6-Uhr-Position dem tiefsten Punkt der Peripherie der Prozesstemperierungswalze entspricht. Ferner sind die Kompartments zusammen mit der jeweils darin angeordneten Beschichtungseinrichtung als zwei voneinander getrennte Teilanordnungen durch eine vakuumdicht verschließbare Öffnung einer Kammerwand der Vakuumkammer aus der Vakuumkammer entnehmbar und wieder in diese verbringbar. Das Innere jedes Kompartments ist mit jeweils einer außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Vakuumpumpe evakuierbar.
Bei dieser bekannten Bandsubstratbeschichtungsanlage ist mithin sowohl die Größe, die Anzahl als auch die Anordnung der Kompartments konstruktiv vorgegeben. In jedem Kompartment kann beispielsweise jeweils ein Doppel-Rohrmagnetron, ein Single-Rohrmagnetron, ein Planarmagnetron, ein thermischer Verdampfer mit Dampfverteilerrohren, eine Ionenquellen oder eine andere Beschichtungsquelle angeordnet sein.
Nachteilig an dieser Konstruktion ist, dass die Größe jedes Kompartments auf die Größe eines Doppel-Rohrmagnetrons ausgelegt und konstruktiv fest vorgegeben ist. Mit anderen Worten ist die Größe jedes Kompartments so bemessen, dass darin ein Doppel-Rohrmagnetron angeordnet werden kann, wobei das Volumen des Inneren des Kompartments so klein wie möglich ist, um das zu evakuierende Volumen zu minimieren. Werden die Kompartments für eine andere Beschichtungsaufgabe, beispielsweise um ein anderes Schichtsystem auf einem Bandsubstrat abzuscheiden, mit einer anderen Beschichtungseinrichtung, beispielsweise einem Single-Rohrmagnetron bestückt, kann es sein, dass diese kleiner sind als ein Doppel-Rohrmagnetron. Auf diese Weise wird der eigentlich um die Mantelfläche zur Verfügung stehende Teilumfang zur Beschichtung des Bandsubstrates nicht vollständig ausgenutzt. Zwar können zwei Single-Rohrmagnetrons in einem Kompartment angeordnet werden, dies aber nur dann, wenn die Prozesse auf den beiden Single-Rohrmagnetrons das gleiche Prozessgas erfordern.
Ferner ist es nachteilig, dass die Anzahl und Position der Kompartments konstruktiv vorgegeben ist. Sollen Schichtsysteme mit einer Anzahl von Materialen auf dem Bandsubstrat abgeschieden werden, die größer ist als die Anzahl der Kompartments, oder soll die abzuscheidende Schichtdicke vergrößert werden, ist dies mit dieser bekannten Bandsubstratbeschichtungsanlage nicht ohne weiteres möglich. Vielmehr müsste eine andere Bandsubstratbeschichtungsanlage mit einer größeren Anzahl von Kompartments zum Abscheiden dieses Schichtsystems verwendet werden.
Im Unterschied zu dieser Bandsubstratbeschichtungsanlage sind andere Bandsubstratbeschichtungsanlagen bekannt, bei denen die Kompartments ortsfest in der Vakuumkammer angeordnet sind, lediglich die Beschichtungseinrichtungen sind einer vakuumdicht verschließbaren Öffnung einer Kammerwand der Vakuumkammer entnehmbar. Auch bei diesen Vorrichtungen zur Oberflächenbehandlung ist sowohl die Größe, die Anzahl als auch die Anordnung der Kompartments konstruktiv fest vorgegeben. In Transportrichtung des Bandsubstrates kann vorgesehen sein, zwischen den Kompartments jeweils eine Gasseparationseinrichtung anzuordnen. Durch die ortsfeste Anordnung der Kompartments ist auch die Größe, Anzahl und Anordnung der Gasseparationseinrichtung konstruktiv fest vorgegeben.
In US 4204942 A ist eine Kühlwalze zum Bandtransport von mehreren, jeweils durch Spalte von der gut evakuierten Vakuumkammer abgeschotteten Beschichtungseinheiten umgeben.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Bandsubstratbeschichtungsanlage anzugeben, bei der sowohl die Anzahl, die Größe als auch die Anordnung von der Kompartments variabel ist, bei der größere Schichtdicken abscheidbar sind und bei der die Flexibilität hinsichtlich der auf dem Bandsubstrat abscheidbaren Schichtsysteme erhöht ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Bandsubstratbeschichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Bei einer Bandsubstratbeschichtungsanlage mit einer von Kammerwänden gebildeten Vakuumkammer sowie einer in der Vakuumkammer angeordneten Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Bandsubstrats, die eine Prozesstemperierungswalze mit einer zylindrischen Mantelfläche umfasst, wobei mindestens ein Teilumfang der Mantelfläche von einem Prozessraum umschlossen ist, der eine Anordnung von durch Trennwandelemente begrenzten Kompartments aufweist, und wobei in mindestens einem Kompartment mindestens eine Beschichtungseinrichtung angeordnet ist, und mit einer Transporteinrichtung zum Transportieren des Bandsubstrats über die Mantelfläche, wird vorgeschlagen, dass die Größe, Anzahl und Anordnung der Kompartments dadurch variabel ist, dass die Trennwandelemente jeweils an einer von mehreren vorgegebenen Positionen innerhalb des Prozessraums anbringbar sind.
Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht es für eine Bandsubstratbeschichtungsanlage erstmals, den Prozessbereich, der sich um einen Teilbereich der Prozesstemperierungswalze herum erstreckt, bedarfsweise in eine größere oder kleinere Anzahl von Kompartments zu unterteilen, die jeweils unterschiedlich groß sein können, und die unterschiedliche Funktionen haben können, so dass ein und dieselbe Beschichtungsanlage schnell und einfach an verschiedene Prozesse zur Herstellung unterschiedlichster Schichtsysteme auf Bandsubstraten anpassbar ist.
Hierfür ist es auch nicht länger notwendig, zumindest die sogenannte Kompartmentanordnung auszutauschen. Vielmehr wird mit dem geringstmöglichen Aufwand eine Anordnung von Trennwandelementen mit der gewünschten Konfiguration eingesteckt oder eingeschoben, wodurch eine beliebige Anordnung verschiedener funktionaler Kompartments mit beliebiger Größe erzeugt wird. Funktionale Kompartments können beispielsweise Kompartments zum Beschichten, Ätzen, Plasmabehandeln, Erwärmen, Kühlen des Substrats usw. sein.
Trennwandelemente, die in der Lage sind, den Prozessraum in mehrere Kompartments zu unterteilen, können beispielsweise ebene Bleche sein, die sich, bezogen auf die Prozesstemperierungswalze, radial und axial, d.h. parallel zu deren Längsachse, erstrecken. Jedes solche Trennwandelement bildet die Grenze zwischen zwei aneinander grenzenden Kompartments. Erfindungsgemäß kann jedes solche Trennwandelement an verschiedenen Positionen angebracht werden, so dass die Position der Grenze zwischen Kompartments auf einfachste Weise verändert werden kann.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass die Flexibilität der Bandsubstratbeschichtungsanlage hinsichtlich der Größe, Anzahl und Anordnung der Kompartments erhöht wird. Im Gegensatz zu bestehenden Bandsubstratbeschichtungsanlagen ist diese Konfiguration aus Größe, Anzahl und Anordnung der Kompartments frei wählbar.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Position der Trennwandelemente auch nach der Herstellung der Bandsubstratbeschichtungsanlage geändert werden kann. Beispielsweise können die Trennwandelemente so an den vorgegebenen Positionen angebracht sein, dass gleichartige Beschichtungseinrichtungen, beispielsweise Sputterbeschichtungseinrichtungen mit dem gleichen Targetmaterial, in einem Kompartment zusammengefasst sind. So ist es möglich, das Kompartment so groß zu wählen, dass beispielsweise mehr als ein Doppel-Rohrmagnetron als Beschichtungseinrichtung in diesem Kompartment anbringbar ist.
Durch diese freie Konfiguration der Trennwandelemente kann der Prozessraum an die jeweils bestehende Beschichtungsaufgabe optimal angepasst werden.
Ferner kann die maximal zur Verfügung stehende Größe des Prozessraums um einen Teilumfang der Mantelfläche bestmöglich ausgenutzt werden, so dass insgesamt höhere Schichtdicken auf dem Bandsubstrat abgeschieden werden können als bei bestehenden Bandsubstratbeschichtungsanlage mit vergleichbarem Prozesswalzendurchmesser.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Anordnung von Kompartments mindestens ein Beschichtungskompartment aufweist, in dem eine Beschichtungseinrichtung angeordnet ist, wobei das Beschichtungskompartment von jeweils zwei Trennwandelementen, zwei Stirnwandelementen, einem Außenwandelement und einer der Prozesstemperierungswalze zugewandten Blende begrenzt ist. Ein Beschichtungskompartment ist ein gegenüber der Umgebung im Wesentlichen abgeschlossener Raum, in dem eine Beschichtungseinrichtung wie beispielsweise ein Einzel- oder Doppelmagnetron mit zylindrischem, rotierendem oder stationärem, ebenem (planarem) Target oder dergleichen angeordnet ist, welches ein zerstäubtes (dampfförmiges) Beschichtungsmaterial bereitstellt und dieses in Richtung auf das über die Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze geführte Bandsubstrat abgibt. Mit anderen Worten ist das Beschichtungskompartment mit einem nur geringen Abstand über der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze angeordnet und in deren Richtung offen, damit die dampfförmigen Teilchen des Beschichtungsmaterials auf das Bandsubstrat gelangen können.
Gemäß der obigen Ausgestaltung werden die beiden Trennwandelemente durch zwei Stirnwandelemente ergänzt, die sich, bezogen auf die Prozesstemperierungswalze, radial und senkrecht, d.h. quer, zu deren Längsachse erstrecken. Diese Stirnwandelemente können darüber hinaus Aussparungen oder Öffnungen aufweisen, die den nötigen Platz für eine Beschichtungseinrichtung bereitstellen, die außerhalb des Kompartments gelagert ist, beispielsweise Magnetrons mit rotierenden, rohrförmigen Targets.
Die Trennwandelemente bilden gemeinsam mit den Stirnwandelementen einen Rahmen, dessen Wände (Trennwandelemente und Stirnwandelemente) sich radial zur Prozesstemperierungswalze erstrecken. Dieser Rahmen wird auf seiner von der Prozesstemperierungswalze abgewandten Seite durch ein Außenwandelement abgeschlossen. Dadurch wird ein Trog gebildet, der zur Prozesstemperierungswalze hin offen ist. In diesem Trog ist die Beschichtungseinrichtung angeordnet.
Um den Bereich, in dem von der Beschichtungseinrichtung abgegebenes dampfförmiges Beschichtungsmaterial in Richtung auf das über die Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze geführten Bandsubstrats abgegeben wird, zu begrenzen, ist an der der Prozesstemperierungswalze zugewandten Seite des Troges weiterhin eine Blende angeordnet. Diese Blende kann ihrerseits aus mehreren Elementen bestehen, wie weiter unten mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel noch näher ausgeführt wird.
Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, um eine parasitäre Beschichtung des Inneren der Vakuumkammer mit Beschichtungsmaterial zu verhindern. Dabei begrenzen die Trennwandelemente das Beschichtungskompartment in peripherer Richtung, d.h. in Umfangsrichtung der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze. Die Stirnwandelemente begrenzen das Beschichtungskompartment in Richtung der Längsachse der Prozesstemperierungswalze. Die Außenwandelemente begrenzen das Kompartment in radialer Richtung der Prozesstemperierungswalze nach außen, d.h. zu einer Kammerwand hin. Die Blende ist vorgesehen, um den Bereich des Beschichtungskompartments in radialer Richtung hin zur Prozesstemperierungswalze freizugeben. Die Blende weist daher eine Öffnung auf, durch welche das Beschichtungsmaterial aus dem Kompartment heraus auf das Bandsubstrat abgeschieden werden kann, wobei gleichzeitig der Bereich der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze, über dem kein Bandsubstrat angeordnet ist, von der Blende vor parasitärer Beschichtung geschützt wird.
Diese Blende wird, wie auch die der Prozesstemperierungswalze zugewandten Stirnwandelemente im Allgemeinen gekühlt sein, um Längenänderungen und Verformungen aufgrund des mit der Beschichtung einhergehenden Energieeintrages auszuschließen oder zumindest zu begrenzen. Zur Kühlung werden diese Elemente der Blenden entweder an einen von Kühlmittel durchflossenes Profil geeignet angepresst, und können somit ohne Lösen von wasserdurchflossenen Verschraubungen gewechselt werden, oder aber die Blenden beherbergen selbst kühlmitteldurchflossene Kanäle, die eine erhöhte Kühlleistung ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens zwei Beschichtungskompartments gebildet sind und zwischen zwei benachbarten Beschichtungskompartments mindestens ein Segment ein Pumpkompartment zur Vakuumtrennung zwischen den Beschichtungskompartments bildet.
Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass benachbarte Beschichtungskompartments in peripherer Richtung der Prozesstemperierungswalze einen Abstand zueinander aufweisen, und dass dieser Abstand, d.h. der Raum zwischen den beiden Beschichtungskompartments, ein weiteres Kompartment bildet. Dieses Kompartment kann eines oder mehrere Segmente umfassen.
Unter der Voraussetzung, dass jedes Segment durch einen Vakuumanschluss evakuierbar ist, wirkt ein solches zwischen zwei Beschichtungskompartments angeordnetes zusätzliches Kompartment als reines Pumpkompartment, in dem keine Beschichtung stattfindet. Die Evakuierung des Raums zwischen zwei Beschichtungskompartments dient dazu, die Prozessatmosphären der beiden Beschichtungskompartments voneinander zu isolieren, so dass verhindert wird, dass Beschichtungsmaterial und Prozessgase aus dem einen Beschichtungskompartment in das andere Beschichtungskompartment gelangen kann. Dies ist insbesondere dafür von Bedeutung, dass in den beiden benachbarten Beschichtungskompartments verschiedene Beschichtungsmaterialien abgeschieden werden, damit die jeweilige in einem Beschichtungskompartment auf dem Bandsubstrat abzuscheidende Schicht nicht durch die jeweils andere Prozessatmosphäre eines anderen Beschichtungskompartments verunreinigt wird.
Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung gegenüber bekannten Bandsubstratbeschichtungsanlagen ist hierbei, dass sowohl die Anzahl von Pumpkompartments als auch deren Position innerhalb des Prozessraums flexibel ist und auch nach erfolgter Herstellung der Bandsubstratbeschichtungsanlage geändert werden kann. Mit anderen Worten können Beschichtungskompartments und Pumpkompartments dichter und flexibler innerhalb des Prozessraums angeordnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Prozessraum durch die vorgegebenen Positionen der Trennwandelemente in gleich große Segmente aufgeteilt ist.
Beispielweise können dadurch zwei Trennwandelemente so angeordnet sein, dass durch die Anordnung von je einem Trennwandelement an benachbarten Position eines einzelnen Segments in Umfangsrichtung der Prozesstemperierungswalze ein Beschichtungskompartment so groß ist, dass darin ein Single-Rohrmagnetron als Beschichtungseinrichtung angeordnet werden kann. Für eine andere Beschichtungsaufgabe wäre es einfach möglich, eines der beiden Trennwandelemente um ein Segment in Umfangsrichtung zu versetzen, so dass das eingeschlossene Beschichtungskompartment zwei Segmente umfasst. In diesem Kompartment könnte dann beispielsweise ein Doppel-Rohrmagnetron als Beschichtungseinrichtung angeordnet werden.
Der hierdurch erreichte Vorteil besteht in erster Linie darin, dass mit einer überschaubaren Anzahl verschiedener Teile eine größtmögliche Anzahl verschiedener Kompartmentgrößen, und damit eine größtmögliche Anzahl verschiedener Anlagenkonfigurationen, darstellbar ist. Die Trennwandelemente können ohnehin identisch ausgeführt sein, unabhängig davon, an welcher Position bezüglich der Prozesstemperierungswalze diese angeordnet werden sollen, d.h. jedes Trennwandelement kann an jeder beliebigen Position angebracht werden.
Die Größe der Außenwandelemente und der Blenden hingegen hängt davon ab, wie viele Segmente ein Beschichtungskompartment überdecken soll und wie groß jedes dieser Segmente ist. Wenn aber die einzelnen Segmente gleich groß sind, so sind die Größen von Blenden und Außenwandsegmenten nur noch von der Zahl der überdeckten Segmente abhängig, d.h. ein Außenwandelement, das ein Segment überdeckt, kann auch an jedem anderen Segment angebracht werden, ein Außenwandelement, das zwei Segmente überdeckt, kann auch an jedem anderen Segmentpaar angebracht werden, usw. Dasselbe gilt für die Blenden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Bereich jedes Segments mindestens ein Vakuumanschluss zum Anschließen einer Vakuumpumpe angeordnet ist.
Auf diese Weise kann unabhängig davon, durch wie viele Segmente ein Kompartment gebildet ist und wo das Kompartment an der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze angeordnet ist, dieses Kompartment evakuiert werden. Mit anderen Worten steht für Kompartments, die mehrere Segmente umfassen, auch eine höhere Pumpleistung zur Verfügung. Es kann auch vorgesehen sein, mehrere Vakuumanschlüsse, beispielsweise entlang der Längsachse der Prozesstemperierungswalze im Bereich eines Segmentes anzuordnen, was insbesondere vorteilhaft für Bandsubstrate mit großen Abmessungen in Richtung der Längsachse der Prozesstemperierungswalze ist.
Diese Ausgestaltung gibt größte Flexibilität hinsichtlich der Evakuierung des gesamten Prozessraums, weil jedes einzelne Segment separat evakuierbar ist. Dabei ist es jedoch selbstverständlich möglich, auf die Evakuierung einzelner Segmente zu verzichten, beispielsweise indem die zugehörigen Vakuumanschlüsse nicht mit einer Vakuumpumpe verbunden, sondern durch Blinddeckel verschlossen werden. Wenn beispielsweise ein Beschichtungskompartment drei Segmente überdeckt, kann es unter Umständen ausreichen, nur einen der drei zugehörigen Vakuumanschlüsse mit einer Vakuumpumpe zu verbinden und die beiden anderen Vakuumanschlüsse zu verschließen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vakuumanschlüsse an einer Kammerwand so angeordnet sind, dass daran angebrachte Vakuumpumpen direkten Pumpzugriff in das jeweilige zugehörige Segment haben.
Auf diese Weise wird das zu evakuierende Volumen weiter minimiert, da die Vakuumpumpen in unmittelbarer Nähe zum jeweiligen Segment außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sind.
Mit anderen Worten sind die Kammerwand und damit auch die daran angeordneten Vakuumanschlüsse so nah an den Segmenten angeordnet, dass die Vakuumpumpen auf das Segment eine unmittelbare evakuierende Wirkung haben. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Kammerwand selbst zumindest bereichsweise eine zylindrische Form hat, so dass sie mit dem für die Kompartments benötigten Abstand der Kontur der Prozesstemperierungswalze folgt. Beispielsweise kann die Kammerwand eine trogartige Form aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass alle Blenden an einer gemeinsamen Halteeinrichtung lösbar befestigt und durch die gemeinsame Halteeinrichtung relativ zur Prozesstemperierungswalze in einer festgelegten relativen Position gehalten sind.
Die gemeinsame Halteeinrichtung kann beispielsweise zwei Platten umfassen, die an jeweils einem Ende der Prozesstemperierungswalze angeordnet sind, so dass jede Blende mit je einem ihrer beiden stirnseitigen Enden an einer der beiden Platten angebracht ist. Dadurch bilden die beiden Platten und die Blenden gleichsam einen Korb, der die Prozesstemperierungswalze umgreift.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Positionen der Blenden an der gemeinsamen Halteeinrichtung relativ zur Prozesstemperierungswalze einstellbar sind.
Ebenso wie die Trennwandelemente sind auch die Blenden über dem Umfang der Prozesstemperierungswalze in peripherer Richtung an verschiedenen Positionen anbringbar. Darüber hinaus sind aber gemäß dieser Ausgestaltung die Blenden außerdem hinsichtlich ihres radialen Abstandes zur Prozesstemperierungswalze einstellbar, das heißt ihr radialer Abstand ist veränderlich, je nachdem welche konkreten Anforderungen für einen bestimmten Beschichtungsschritt gefordert sind. Diese Einstellbarkeit kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die gemeinsame Halteeinrichtung Langlöcher aufweist, in denen die Blenden an verschiedenen Positionen, beispielsweise mittels Schrauben, anbringbar sind.
Dies ist vorteilhaft um beispielsweise den Abstand einer Blende zur Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze einzustellen. Durch den Abstand der Blende zur Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze wird auch der Strömungswiderstand zwischen zwei benachbarten Kompartments bestimmt. Durch die Einstellbarkeit dieses Abstandes ist auch der Strömungswiderstand einstellbar und somit maximierbar. Hierdurch ist die Bandsubstratbeschichtungsanlage flexibel an unterschiedliche Stärken des Bandsubstrates anpassbar, wobei die Stärke des Bandsubstrates die Abmessung des Bandsubstrates darstellt, welche sich in radialer Richtung zur Prozesstemperierungswalze erstreckt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Außenwandelement eine der Anzahl der überdeckten Segmente entsprechende Anzahl von Öffnungen aufweist, die jeweils über einem Vakuumanschluss angeordnet sind.
So wird sichergestellt, dass das Innere eines Beschichtungskompartments durch alle zur Verfügung stehenden Vakuumanschlüsse der Segmente des Kompartments evakuierbar ist, wobei ebenfalls das Innere der Kammerwand durch das Außenwandelement vor parasitärer Beschichtung der Beschichtungseinrichtung geschützt ist.
Wie oben bereits beschrieben, dienen die Außenwandelemente in erster Linie der Begrenzung des Beschichtungskompartments gegenüber der unmittelbaren Umgebung, das heißt dem Inneren der Vakuumkammer, um einen Gasaustausch zwischen dem Beschichtungskompartment und der Vakuumkammer zu verhindern. Um das Beschichtungskompartment dennoch evakuieren zu können, ist es erforderlich, der oder den Vakuumpumpen Pumpzugriff zum Beschichtungskompartment zu ermöglichen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Außenwandelemente des Beschichtungskompartments im Bereich jedes Vakuumanschlusses eine Öffnung aufweisen, durch die das Beschichtungskompartment evakuiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Außenwandelemente der Beschichtungskompartments ortsfest an einer Kammerwand der Vakuumkammer angeordnet sind.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die verschiedenen Wandelemente, die ein Beschichtungskompartment begrenzen, relativ zueinander beweglich sein sollen. Dies kann insbesondere erwünscht sein, um zu erreichen, dass einzelne Elemente der Bandsubstratbeschichtungsanlage zu Wartungszwecken gut zugänglich sind und dass diese auf einfache Weise zusammengefügt und bedarfsweise voneinander getrennt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Trennwandelemente jedes Beschichtungskompartments die zugehörige Blende und das zugehörige Außenwandelement linienhaft berühren.
Unter einer linienhaften Berührung soll dabei verstanden werden, dass zwei einander berührende Elemente, wie ein Trennwandelement mit einer Blende, oder ein Trennwandelement mit einem Außenwandelement, so zusammengefügt sind, dass ein Gasaustausch zwischen dem Inneren des Beschichtungskompartments und der Vakuumkammer, d.h. durch die Fügestelle hindurch, auf ein Minimum reduziert wird, d.h. weitestgehend behindert ist.
Mit anderen Worten soll das Innere des Beschichtungskompartments gegenüber der Vakuumkammer an den Fügestellen einander berührender Elemente abgedichtet werden. Linienhaft ist hierbei lediglich als Richtung, beispielsweise in axialer Richtung der Prozesstemperierungswalze, zu verstehen, nicht aber als einschränkend hinsichtlich der Größe der Berührungsfläche. Der Bereich, in dem Elemente einander berühren, kann vielmehr auch flächenhaft ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass von je zwei einander berührenden Elementen eines der Elemente eine in axialer Richtung der Prozesstemperierungswalze verlaufende Nut aufweist, in die das andere Element eingesetzt oder eingeschoben ist.
Durch diese Nut-Feder Ausgestaltung kann die Fläche des Bereichs, in dem zwei Elemente einander berühren, vergrößert werden, wodurch ein Leckvolumenstrom durch die Fügestelle hindurch verkleinert wird.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Außenwandelement an seinen parallel zur Längsachse der Prozesstemperierungswalze verlaufenden Kanten eine Nut aufweist. In diese Nut kann ein Trennwandelement so eingesetzt werden, dass ein Gasstrom zwischen Trennwandelement und Außenwandelement hindurch unter Hochvakuumbedingungen praktisch ausgeschlossen werden kann. Hierdurch ist es außerdem möglich, das Trennwandelement und das Außenwandelement dadurch zusammenzufügen, dass das Trennwandelement parallel zur Längsachse der Prozesstemperierungswalze in die Nut eingeschoben wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass von je zwei einander berührenden Elementen eines der Elemente ein in axialer Richtung der Prozesstemperierungswalze verlaufendes Federblech aufweist, das elastisch auf das andere berührende Element drückt.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Blende an ihren parallel zur Längsachse der Prozesstemperierungswalze verlaufenden Kanten jeweils ein Federblech aufweist, das mit jeweils einem Trennwandelement in elastischen Kontakt tritt, so dass ein Gasstrom zwischen Trennwandelement und Blende hindurch unter Hochvakuumbedingungen praktisch ausgeschlossen werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass alle Trennwandelemente, Stirnwandelemente und Beschichtungseinrichtungen von einer ersten Teilanordnung umfasst sind, und alle Blenden sowie die Prozesstemperierungswalze von einer zweiten Teilanordnung umfasst sind, wobei die erste Teilanordnung und die zweite Teilanordnung in axialer Richtung der Prozesstemperierungswalze relativ zueinander bewegbar sind.
Durch die Gruppierung dieser Elemente in Teilanordnungen werden sowohl die Konfiguration als auch die Wartung der Bandsubstratbeschichtungsanlage signifikant vereinfacht. Diese Anordnung ist vorteilhaft, da hierdurch die Zugänglichkeit zu den Beschichtungseinrichtungen zum Zwecke deren Austauschs oder Instandhaltung wesentlich verbessert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Beschichtungskompartments durch die relative Bewegbarkeit der beiden Teilanordnungen zueinander geöffnet werden. Mit anderen Worten wird durch die relative Bewegbarkeit der Blenden und der Prozesstemperierungswalze der zweiten Teilanordnung zu den Stirnwandelementen, den Trennwandelementen und den Beschichtungseinrichtungen der ersten Teilanordnung der Zugang zum Inneren des Beschichtungskompartments möglich.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zweite Teilanordnung die Transporteinrichtung umfasst.
Dies ist vorteilhaft, da hierdurch das Bandsubstrat gemeinsam mit der Prozesstemperierungswalze relativ zu den Beschichtungseinrichtungen bewegbar ist. Für ein Bewegen der zweiten Teilanordnung kann mithin das Bandsubstrat an einem Teilumfang der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze anliegen, ein zeitaufwendiges Entfernen des Bandsubstrates im Falle einer Wartung entfällt.
Gegenüber Ausgestaltungen, bei denen separate Haspelkammern für einen Aufwickel und einen Abwickel für das Bandsubstrat vorgesehen sind, sind Aufwickel und Abwickel in diesem Fall innerhalb der Vakuumkammer angeordnet. Das bedeutet, dass das Bandsubstrat mit der zweiten Teilanordnung aus der Vakuumkammer bewegbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zweite Teilanordnung die gemeinsame Halteeinrichtung der Blenden umfasst.
Vorteilhaft ist dabei, dass die Blenden gemeinsam mit der Prozesstemperierungswalze bewegbar sind, wodurch die Position der Blenden zur Prozesstemperierungswalze während der Bewegung nicht verändert wird, so dass beispielsweise der Abstand der Blende zur Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze, welcher den Strömungswiderstand zwischen zwei benachbarten Kompartments bestimmt, konstant bleibt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vakuumkammer zwei gegenüberliegende Öffnungen aufweist, die durch je eine entfernbare Kammerwand vakuumdicht verschließbar sind, wobei die beiden Teilanordnungen durch je eine der beiden Öffnungen aus der Vakuumkammer heraus oder in die Vakuumkammer hinein bewegbar sind.
Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die beiden Teilanordnungen unabhängig voneinander aus der Vakuumkammer heraus und wieder in diese hinein bewegbar sind, wobei die Zugänglichkeit zu den Beschichtungseinrichtungen zudem verbessert wird. Jede der Teilanordnungen kann hierbei jeweils an einem schienengeführten Wagen angeordnet sein. Hierdurch ist es besonders einfach, die Komponenten der Vorrichtung zur Substratbehandlung beispielsweise zu Wartungszwecken aus der Vakuumkammer zu entnehmen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jede Teilanordnung an einer der beiden entfernbaren Kammerwände angebracht ist und dadurch beim Entfernen der jeweiligen Kammerwand aus der Vakuumkammer entfernt wird.
Hierdurch wird erreicht, dass zum Entfernen der beiden Kammerwände keine weitere Vorrichtung vorgesehen sein muss. Diese Ausgestaltung hat außerdem den Vorteil, dass die an den Kammerwänden angebrachten Teilanordnungen mit großer Präzision an den für sie bestimmten Positionen innerhalb der Vakuumkammer anbringbar sind. Gleichzeitig können die Teilanordnungen auf einfachste Weise aus der Vakuumkammer entnommen werden, indem die Kammerwände von der Vakuumkammer gelöst und entfernt werden, beispielsweise indem die entfernbaren Kammerwände auf einem Schienensystem gelagert und darauf verfahrbar sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass außerhalb des Prozessraums ein über einen weiteren Teilumfang der Mantelfläche erstreckter, evakuierbarer Behandlungsraum angeordnet ist.
Dies ist vorteilhaft, da hierdurch der Behandlungsraum unabhängig von der Vakuumkammer und unabhängig von den Kompartments mittels separater, außerhalb der Vakuumkammer angeordneter Vakuumpumpen evakuierbar ist.
Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass im Behandlungsraum mindestens eine Behandlungseinrichtung zum Vorbehandeln oder/und zum Nachbehandeln des Bandsubstrats angeordnet ist.
Mithin unterscheidet sich der Behandlungsraum vom Prozessraum dadurch, dass im Behandlungsraum keine Beschichtung des Bandsubstrates stattfindet. Vielmehr können im Behandlungsraum Behandlungseinrichtungen, wie beispielsweise eine Plasmaquelle oder eine Glimmeinrichtung angeordnet werden, mit denen das Bandsubstrat beispielsweise gereinigt, entgast, oberflächenaktiviert, geheizt oder gekühlt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Transporteinrichtung zum bidirektionalen Transport des Bandsubstrats ausgebildet ist.
Hierdurch wird es möglich, die Bandsubstratbeschichtungsanlage wahlweise in einer oder der anderen Richtung zu betreiben oder die Bandsubstratbeschichtungsanlage sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung zu betreiben.
Dadurch kann erreicht werden, dass die Anordnung von Aufwickel und Abwickel vor einer erneuten Beschichtung des Bandsubstrats nicht getauscht werden müssen und ein erneuter Einzug des Bandsubstrats entlang der Prozesstemperierungswalze entfallen kann, wodurch ebenfalls eine Belüftung der Haspelkammern oder der Vakuumkammer entfallen kann.
Hinsichtlich des bidirektionalen Transports des Bandsubstrats ist es ferner vorteilhaft, wenn mindestens zwei Behandlungsräume vorgesehen sind. Diese können unabhängig voneinander evakuierbar ausgebildet sein. In jedem der beiden Behandlungsräume kann eine Behandlungseinrichtung zum Vor oder/und Nachbehandeln des Bandsubstrats vorgesehen sein, wodurch sowohl ein Vorbehandeln als auch ein Nachbehandeln des Bandsubstrates unabhängig von der Transportrichtung des Bandsubstrats möglich ist.
Weiterhin ist es möglich, dass außerhalb von Prozess- und Behandlungsraum ein separat mit Vakuumpumpen versehener Wickelraum ausgebildet ist, der durch Strömungswiderstände, ausgeführt als Spalte, durch die das Substrat hindurchläuft, ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, Ausdünstungen und Ausgasungen aus dem Substratwickel, die beim Abwickeln des Substrates entweichen, effektiv vom Prozess und Behandlungsraum fernzuhalten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine Vakuumkammer mit den Außenwandelementen, einen Bandlaufwagen und einen Prozesswagen einer Bandsubstratbeschichtungsanlage in Offenstellung,
2 die Außenwandelemente sowie die erste Teilanordnung als auch die zweite Teilanordnung,
3 eine Schnittansicht der Vakuumkammer senkrecht zur Mittelachse der Prozesstemperierungswalze mit einer ersten beispielhaften Anordnung von Beschichtungseinrichtungen,
4 eine Zusammenbauzeichnung einer Blende,
5 eine Explosionszeichnung der Blende gemäß 4, und
6 eine Seitenansicht eines Stirnwandelementes.
7 eine Schnittansicht der Vakuumkammer senkrecht zur Mittelachse der Prozesstemperierungswalze mit einer zweiten beispielhaften Anordnung von Beschichtungseinrichtungen, und
8 eine Schnittansicht der Vakuumkammer senkrecht zur Mittelachse der Prozesstemperierungswalze mit einer dritten beispielhaften Anordnung von Beschichtungseinrichtungen,
1 zeigt eine Bandsubstratbeschichtungsanlage, umfassend eine ortsfeste Vakuumkammer 1, einen bewegbaren Bandlaufwagen 2 und einen relativ zum Bandlaufwagen 2 bewegbaren Prozesswagen 3. Die von Kammerwänden 14 gebildete und evakuierbare Vakuumkammer 1 weist zwei sich gegenüberliegende, vakuumdicht verschließbare Öffnungen 15 auf. Sowohl der Bandlaufwagen 2 als auch der Prozesswagen 3 sind auf nicht dargestellten Schienen durch jeweils eine Öffnung 15 in die Vakuumkammer 1 hinein und aus dieser heraus bewegbar. Sowohl der Bandlaufwagen 2 als auch der Prozesswagen 3 umfassen ferner jeweils eine Kammerwand 14, durch welche jeweils eine der sich gegenüberliegenden Öffnungen 15 der Vakuumkammer 1 vakuumdicht verschließbar ist.
Der Bandlaufwagen 2 umfasst eine Transporteinrichtung zum Transportieren eines nicht dargestellten Bandsubstrates von einem nicht dargestellten Abwickel zur Prozesstemperierungswalze 22 hin, Führen des Bandsubstrates entlang eines Teilumfangs der Prozesstemperierungswalze 22 und dem Transportieren des Bandsubstrates zu einem nicht dargestellten Aufwickel hin. 1 zeigt lediglich nicht weiter bezeichnete Umlenkrollen der Transporteinrichtung.
Der Bandlaufwagen 2 umfasst ferner eine Halteeinrichtung 23, an welcher eine Mehrzahl von Blenden 21 angeordnet ist. Der Abstand der Blenden 21 zur Prozesstemperierungswalze 22 ist prozessabhängig einstellbar.
Das entlang der Prozesstemperierungswalze 22 geführte Bandsubstrat kann mittels der Prozesstemperierungswalze 22 sowohl gekühlt als auch beheizt werden, wobei die Prozesstemperierungswalze 22 mittels eines außerhalb der Vakuumkammer 1 angeordneten nicht dargestellten Antriebs, um ihre Mittelachse drehbar ist.
Mithin bilden die Prozesstemperierungswalze 22, die Halteeinrichtung 23 mit den daran angeordneten Blenden 21 und die Transporteinrichtung eine zweite Teilanordnung, die mittels des Bandlaufwagens 2 aus der Vakuumkammer 1 hinaus und wieder in diese hinein bewegbar ist. Ist der Abstand zwischen den Blenden 21 und der Prozesstemperierungswalze 22 eingestellt, wird dieser durch die relative Bewegung von Bandlaufwagen 2 und Prozesswagen 3 zueinander nicht beeinflusst.
Am Prozesswagen 3 ist eine Halteeinrichtung 31 angeordnet. Diese Halteeinrichtung 31 ist gebildet durch Querträger 312, die beispielsweise aus Profilrohren gebildet sind und zwei Stirnwandelementen 311, die beispielsweise als Blech ausgebildet sind. Querträger 312 und Stirnwandelemente 311 bilden eine biegesteife Anordnung. Die beiden Stirnwandelemente 311 sind ferner so ausgebildet, dass sie jeweils den Prozessraum stirnseitig begrenzen.
Die Halteeinrichtung 31 umfasst ferner lösbar an dieser angeordnete Trennwandelemente 313, so dass die Trennwandelemente 313 abseits des Prozesswagens 3 gereinigt werden können.
Zudem ist an der Halteeinrichtung 31 eine Mehrzahl von Beschichtungseinrichtungen 314 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Beschichtungseinrichtungen 314 als Doppel-Rohrmagnetrons und Single-Rohrmagnetrons ausgebildet. Es können jedoch auch andere Beschichtungseinrichtungen 314, wie beispielsweise Planarmagnetrons, thermische Verdampfer mit Dampfverteilerrohren, Ionenquellen oder aber auch andere Beschichtungsquellen vorgesehen sein. Die Beschichtungseinrichtungen 314 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem Beschichtungseinrichtungsöffnung 3111 in einem der beiden Stirnwandelemente 311 gehalten.
Mithin bildet die Halteeinrichtung 31 mit den daran angeordneten Trennwandelementen 313 und Beschichtungseinrichtungen 314 eine erste Teilanordnung, die mittels des Prozesswagens 3 aus der Vakuumkammer 1 hinaus und wieder in diese hinein bewegbar ist.
Im Inneren der Vakuumkammer 1 ist eine Mehrzahl von Halteelementen 12 angeordnet, deren Längserstreckung parallel zur Mittelachse der Prozesstemperierungswalze 22 ausgerichtet ist. Die Halteelemente 12 können an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Vakuumkammer 1 angeordnet sein. Jeweils von zwei benachbarten Halteelementen 12 gehalten ist ein Außenwandelement 11. In jedem Außenwandelement 11 ist mindestens eine Öffnung 111 vorgesehen. Jede Öffnung 111 eines Außenwandelements 11 ist jeweils über einem Vakuumanschluss 13 einer Kammerwand 14 angeordnet. Eine an einem Vakuumanschluss 13 nicht dargestellte, anschließbare Vakuumpumpe erhält somit direkten Pumpzugriff auf das Innere eines Prozessraums.
Die Ausbildung dieses Prozessraums soll anhand von 3 näher beschrieben werden. Hierzu zeigt 3 eine Schnittansicht der Vakuumkammer 1 senkrecht zur Mittelachse der Prozesstemperierungswalze 22.
Der Prozessraum umschließt kreisringförmig einen Teilumfang der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze 22. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt dieser Teilumfang ca. 180 °, wobei dieser Teilumfang in einer anderen Ausgestaltung der Bandsubstratbeschichtungsanlage auch größer oder kleiner gewählt werden kann. Der Prozessraum wird von abwechselnd in Transportrichtung des Bandsubstrates angeordneten Beschichtungskompartments 32 und Pumpkompartments 33 gebildet, wobei die Pumpkompartments 33 zur Vakuumtrennung zwischen den Beschichtungskompartments 32, mithin zur Gasseparation, vorgesehen sind.
Dieses Ausführungsbeispiel umfasst sechs Beschichtungskompartments 32, wobei drei Beschichtungskompartments 32 so ausgebildet sind, dass darin eine Beschichtungseinrichtung 314 in Form eines Doppel-Rohrmagnetron angeordnet werden kann, und wobei drei weitere Beschichtungskompartments 32 so ausgebildet sind, dass darin eine Beschichtungseinrichtung 314 in Form eines Single-Rohrmagnetron angeordnet werden kann.
Jedes der Beschichtungskompartments 32 wird dabei gebildet von jeweils zwei Trennwandelementen 313, einem Außenwandelement 11, einer der Prozesstemperierungswalze zugewandten Blende 21 sowie zwei sich gegenüberliegenden Stirnwandelementen 311. Die Blenden 21 als auch die Außenwandelemente 11 weisen für die unterschiedlichen großen Beschichtungskompartments unterschiedliche Größen in Umfangsrichtung der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze 22 auf. Jedes der Beschichtungskompartments 32 kann mittels einer oder mehrerer außerhalb der Vakuumkammer 1 angeordneter Vakuumpumpe(n) separat evakuiert werden. Hierzu in den jeweiligen Außenwandelemente eine entsprechende Anzahl Öffnungen 111 vorgesehen, die jeweils wiederum über einem Vakuumanschluss 13 der Kammerwand 14 angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine am Vakuumanschluss 13 angeordnete nicht dargestellte Vakuumpumpe direkten Pumpzugriff auf das Innere des Beschichtungskompartments 32 erhalten.
Jedes Pumpkompartment 33 wird durch die Trennwandelemente 313 zweier benachbarter Beschichtungskompartments 32 gebildet. Für ein Pumpkompartment 33 ist kein Außenwandelement 11 und keine Blende 21 vorgesehen. Jedem Pumpkompartment ist ebenfalls ein Vakuumanschluss 13 zugeordnet, wodurch eine nicht dargestellte Vakuumpumpe direkten Pumpzugriff auf das Innere des Pumpkompartments 33 erhält, wodurch eine Gasseparation zweier benachbarter Beschichtungskompartments 32 erreicht werden kann.
Um von der Offenstellung der Bandsubstratbeschichtungsanlage zur Geschlossenstellung zu gelangen, wird vorzugweise zuerst die erste Teilanordnung mittels des Prozesswagens 3 in die Vakuumkammer 1 bewegt. Dabei werden die Trennelemente 313 in parallel zur Mittelachse der Prozesstemperierungswalze 22 ausgerichtete Nuten der Halteelemente 12 geschoben. Anschließend wird die zweite Teilanordnung mittels des Bandlaufwagens 2 in die Vakuumkammer 1 bewegt. Dabei legt sich jeweils ein Federblech 213 der Blende 21 an ein Trennwandelement 313 der ersten Teilanordnung an. Der jeweils linienförmige Bereich der Berührung eines Trennwandelementes 313 mit einem Halteelement 12 und einem Federblech 213 ist dabei so ausgebildet, dass ein Volumenstrom auf Grund eines Druckunterschiedes zwischen Vakuumkammer 1 und dem Inneren eines Beschichtungskompartments 32 auf ein Minimum reduziert wird. Eine Dichtwirkung der linienförmigen Berührung sollte so groß wie möglich sein.
Der Erfindungsgedanke besteht darin, dass die Größe, Anzahl und Anordnung der Kompartments 32, 33 variabel ist. Um dies zu erreichen können die Trennwandelemente 313 an unterschiedlichen vorgegebenen Positionen des Prozessraums angeordnet werden. Dies soll anhand des auf der 9-Uhr-Position befindlichen Beschichtungskompartments 32 näher erläutert werden. Soll in diesem Beschichtungskompartment 32 beispielsweise ein Single-Rohrmagnetron angeordnet werden, kann dessen Größe viel kleiner sein, um die für dieses Beschichtungskompartment 32 benötigte Pumpleistung der Vakuumpumpe zu reduzieren. Hierzu wird das weiter unten dargestellte Halteelement 12 von der Kammerwand 14 der Vakuumkammer 1 gelöst und an eine Position zwischen zwei benachbarten Vakuumanschlüssen 13 näher an dem oben dargestellten Halteelement 12 wieder an der Kammerwand 14 befestigt. Zudem wird das diesem Halteelement 12 zugeordnete Trennwandelement 313 an der ersten Teilanordnung versetzt, damit dieses Trennwandelement 313 wieder in die Nut des Halteelements 12 eingeführt werden kann. An der zweiten Teilanordnung muss die Blende 21 gegen eine in Umfangsrichtung der Prozesstemperierungswalze 22 kleinere Blende 21 ausgetauscht werden. Das Außenwandelement 11 muss in diesem Fall ebenfalls durch ein kleineres Außenwandelement ersetzt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Halteelemente 12 in regelmäßigen Abständen jeweils zwischen zwei Vakuumanschlüssen 13 angeordnet werden können. Auf diese Weise ist es möglich den Prozessraum in gleich große Segmente aufzuteilen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind es mithin vierzehn Segmente. Die Beschichtungskompartments 32 eines Ausführungsbeispiels könnten sodann ein oder mehrere, beispielsweise vier oder sechs Segmente umfassen. Hierdurch können gleichartige Beschichtungsaufgaben, beispielsweise die Beschichtung des Bandsubstrats mit ein und demselben Beschichtungsmaterial, zusammengefasst werden. Durch die Zuordnung von jeweils einem Vakuumanschluss 13 zu einem Segment wird die Pumpleistung bei Vergrößerung von Beschichtungskompartments ebenfalls mit erhöht.
Wesentlich ist, dass die Änderung der Größe, Anzahl und Anordnung der Kompartments 32, 33 auch nach der Herstellung der Bandsubstratbeschichtungsanlage durchgeführt werden kann, wodurch sehr flexibel auf beispielsweise neuartige Schichtsysteme reagiert werden kann, ohne das hierzu eine speziell für dieses neuartige Schichtsystem angepasste Bandsubstratbeschichtungsanlage angeschafft werden müsste.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ferner vorgesehen sein, oberhalb der beiden Beschichtungskompartments 32 auf der 3-Uhr-Position und der 9-Uhr-Position gemäß 3, mithin außerhalb des Prozessraums, mindestens einen evakuierbaren, nicht dargestellten Behandlungsraum entlang eines Teilumfangs der Mantelfläche der Prozesstemperierungswalze 22 anzuordnen. In diesem, mittels außerhalb der Vakuumkammer 1 angeordneten Vakuumpumpen, evakuierbaren Behandlungsraum können wiederum Behandlungseinrichtungen zum Vor- oder/und Nachbehandeln des Bandsubstrats angeordnet werden. Hierdurch wird der Umfang der Prozesstemperierungswalze 22 optimal durch Vorrichtungen zur Oberflächenbehandlung genutzt, sei ein Vorbehandeln, ein Beschichten oder ein Nachbehandeln des Bandsubstrates. Es kann zudem vorgesehen sein zwei Behandlungsräume in der Vakuumkammer 1 anzuordnen, die jeweils sowohl Vorrichtungen zum Vor- und Nachbehandeln des Bandsubstrates aufweisen. Auf diese Weise ist es auch möglich, eine Transporteinrichtung zum bidirektionalen Betrieb des Bandsubstrates vorzusehen. Bei Umkehr der Transportrichtung ist mithin sichergestellt, dass das Bandsubstrat auch dann sowohl vorbehandelt als auch nachbehandelt werden kann. Es ist auch möglich das Bandsubstrat jeweils lediglich einer Vorbehandlung oder einer Nachbehandlung zu unterziehen.
Die in 6 dargestellte Halteeinrichtung 31 des Prozesswagens 3 ist entsprechend der Konfiguration des Prozessraums der 1 bis 3 konfiguriert. Die hier nicht dargestellten Beschichtungseinrichtungen 314 sind in den Beschichtungseinrichtungsöffnungen 3111 angeordnet, wohingegen diese Beschichtungseinrichtungsöffnungen 3111 im Bereich der Pumpkompartments 33 durch jeweils einen Verschluss 3112 verschlossen sind, um Leckströmungen zu vermeiden.
Die 4 und 5 zeigen den Aufbau ein und derselben Blende 21 für ein Doppel-Rohrmagnetron. Die dargestellte Blende 21 umfasst einen Grundträger 214 mit daran befestigten Federblechen 213, die mit den Trennwandelementen 313 in Kontakt bringbar sind. Zum Schutz vor parasitärer Beschichtung des Grundträgers sind an diesem austauschbar jeweils zwei Stück Längs-Schutz 211 und jeweils vier Stück Stirn-Schutz 212 angeordnet, beispielsweise durch eine Schraubverbindung. Ferner kann vorgesehen sein ebenfalls nicht dargestellte Kühlkanäle zum Kühlen der Blende 21, als auch nicht dargestellte Gaskanäle anzuordnen, wobei die Gaskanäle geeignet sind, Prozessgas, beispielsweise ein Reaktivgas, für bestimmte Beschichtungseinrichtungen zur Verfügung zu stellen.
Die 7 und 8 zeigen zwei weitere beispielhafte Konfigurationen von Beschichtungseinrichtungen, die durch die erfindungsgemäße variable Aufteilung des die Prozesstemperierungswalze teilweise umschließenden Prozessraums.
Wie bei der in 3 gezeigten Konfiguration wird dieser Prozessraum durch mehrere 313 in Beschichtungskompartments 32 und Pumpkompartments 33 unterteilt, wobei in jedem Beschichtungskompartment 32 eine oder mehrere Beschichtungseinrichtungen 314 angeordnet sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 sind insgesamt sechs Beschichtungskompartments 32 und zwischen je zwei Beschichtungskompartments 32 je ein Pumpkompartment 33 angeordnet. Dabei sind in den in Transportrichtung des Substrats gesehen ersten fünf Beschichtungskompartments 32 jeweils ein Doppel-Rohrmagnetron 314 und im letzten Beschichtungskompartment 32 ein Planarmagnetron angeordnet. Jedes Beschichtungskompartment 32 und jedes Pumpkompartment 33 werden durch je eine außen angebrachte Vakuumpumpe evakuiert.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 sind insgesamt 2 Beschichtungskompartments 32 und zwei Pumpkompartments 33 abwechselnd angeordnet, wobei in dem in Transportrichtung des Substrats gesehen ersten Beschichtungskompartment 32 fünf Doppel-Rohrmagnetrons 314 und im zweiten Beschichtungskompartment 32 ein Planarmagnetron angeordnet sind. An allen vorhandenen Vakuumanschlüssen 13 sind Vakuumpumpen angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Vakuumkammer
11: Außenwandelement
111: Öffnung
12: Halteelement
13: Vakuumanschluss
14: Kammerwand
15: Öffnung
2: Bandlaufwagen
21: Blende
211: Längs-Schutz
212: Stirn-Schutz
213: Federblech
214: Grundträger
22: Prozesstemperierungswalze
23: Halteeinrichtung
3: Prozesswagen
31: Halteeinrichtung
311: Stirnwandelement
3111: Beschichtungseinrichtungsöffnung
3112: Verschluss
312: Querträger
313: Trennwandelement
314: Beschichtungseinrichtung
32: Beschichtungskompartment
33: Pumpkompartment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/060468 A1 [0006]
US 4204942 A [0011]

Claims

Bandsubstratbeschichtungsanlage mit einer von Kammerwänden (14) gebildeten Vakuumkammer (1) sowie einer in der Vakuumkammer (1) angeordneten Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Bandsubstrats, umfassend eine Prozesstemperierungswalze (22) mit einer zylindrischen Mantelfläche, wobei mindestens ein Teilumfang der Mantelfläche von einem Prozessraum umschlossen ist, der eine Anordnung von durch Trennwandelemente (313) begrenzten Kompartments (32, 33) aufweist, wobei in mindestens einem Kompartment (32, 33) mindestens eine Beschichtungseinrichtung (314) angeordnet ist, sowie eine Transporteinrichtung zum Transportieren des Bandsubstrats über die Mantelfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe, Anzahl und Anordnung der Kompartments (32, 33) dadurch variabel ist, dass die Trennwandelemente (313) jeweils an einer von mehreren vorgegebenen Positionen innerhalb des Prozessraums anbringbar sind.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Kompartments (32, 33) mindestens ein Beschichtungskompartment (32) aufweist, in dem eine Beschichtungseinrichtung (314) angeordnet ist, wobei das Beschichtungskompartment (32) von jeweils zwei Trennwandelementen (313), zwei Stirnwandelementen (311), einem Außenwandelement (11) und einer der Prozesstemperierungswalze (22) zugewandten Blende (21) begrenzt ist.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Beschichtungskompartments (32) gebildet sind und zwischen zwei benachbarten Beschichtungskompartments (32) mindestens ein Segment ein Pumpkompartment (33) zur Vakuumtrennung zwischen den Beschichtungskompartments (32) bildet.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessraum durch die vorgegebenen Positionen der Trennwandelemente (313) in gleich große Segmente aufgeteilt ist.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich jedes Segments mindestens ein Vakuumanschluss (13) zum Anschließen einer Vakuumpumpe angeordnet ist.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumanschlüsse (13) an einer Kammerwand (14) so angeordnet sind, dass daran angebrachte Vakuumpumpen direkten Pumpzugriff in das jeweilige zugehörige Segment haben.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle Blenden (21) an einer gemeinsamen Halteeinrichtung (23) lösbar befestigt und durch die gemeinsame Halteeinrichtung (23) relativ zur Prozesstemperierungswalze (22) in einer festgelegten relativen Position gehalten sind.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der Blenden (21) an der gemeinsamen Halteeinrichtung (23) relativ zur Prozesstemperierungswalze (22) einstellbar sind.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenwandelement (11) eine der Anzahl der überdeckten Segmente entsprechende Anzahl von Öffnungen (111) aufweist, die jeweils über einem Vakuumanschluss (13) angeordnet sind.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandelemente (11) der Beschichtungskompartments (32) ortsfest an einer Kammerwand (14) der Vakuumkammer (1) angeordnet sind.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwandelemente 313) jedes Beschichtungskompartments (32) die zugehörige Blende (21) und das zugehörige Außenwandelement (11) linienhaft berühren.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass von je zwei einander berührenden Elementen eines der Elemente eine in axialer Richtung der Prozesstemperierungswalze (22) verlaufende Nut aufweist, in die das andere Element eingesetzt oder eingeschoben ist.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass von je zwei einander berührenden Elementen eines der Elemente ein in axialer Richtung der Prozesstemperierungswalze (22) verlaufendes Federblech (213) aufweist, das elastisch auf das andere berührende Element drückt.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass alle Trennwandelemente (313), Stirnwandelemente (311) und Beschichtungseinrichtungen (314) von einer ersten Teilanordnung umfasst sind, und alle Blenden (21) sowie die Prozesstemperierungswalze (22) von einer zweiten Teilanordnung umfasst sind, wobei die erste Teilanordnung und die zweite Teilanordnung in axialer Richtung der Prozesstemperierungswalze (22) relativ zueinander bewegbar sind.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teilanordnung die Transporteinrichtung umfasst.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teilanordnung die gemeinsame Halteeinrichtung (23) der Blenden (21) umfasst.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (1) zwei gegenüberliegende Öffnungen (15) aufweist, die durch je eine entfernbare Kammerwand (14) vakuumdicht verschließbar sind, wobei die beiden Teilanordnungen durch je eine der beiden Öffnungen (15) aus der Vakuumkammer (1) heraus oder in die Vakuumkammer (1) hinein bewegbar sind.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jede Teilanordnung an einer der beiden entfernbaren Kammerwände (14) angebracht ist und dadurch beim Entfernen der jeweiligen Kammerwand (14) aus der Vakuumkammer (1) entfernt wird.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Prozessraums ein über einen weiteren Teilumfang der Mantelfläche erstreckter, evakuierbarer Behandlungsraum angeordnet ist.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Behandlungsraum mindestens eine Behandlungseinrichtung zum Vorbehandeln oder/und zum Nachbehandeln des Bandsubstrats angeordnet ist.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung zum bidirektionalen Transport des Bandsubstrats ausgebildet ist.
Bandsubstratbeschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Substrathaspel zur Bereitstellung eines zu beschichtenden Substrats und mindestens eine zweite Substrathaspel zur Aufnahme des Substrats vorgesehen sind und mindestens eine Substrathaspel in einem Haspelraum angeordnet ist, der durch Strömungswiderstände von der Vakuumkammer (1) abgetrennt und separat evakuierbar ist.