DE102017103337A1 - Prozessmodul zum Behandeln von bandförmigen Substraten - Google Patents

Prozessmodul zum Behandeln von bandförmigen Substraten Download PDF

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Abstract

Prozessmodul zum Behandeln von bandförmigen Substraten aus Metall, einem Polymer oder anderen Materialien im Rolle-zu-Rolle Verfahren. Mit der Erfindung soll ein Prozessmodul geschaffen werden, das für verschiedene Behandlungsmethoden für bandförmige Substrate auch im Vakuum geeignet ist, wobei mehrere Prozessmodule zu Fertigungslinie aneinander reihbar sein sollen und wobei eine Berührung der Vorderseite des Substrates unterbleibt. Erreicht wird das dadurch, dass das Prozessmodul (1) in einen ersten Bereich (2), einen Transportbereich und einen zweiten Bereich (5), d.h. einen Prozessbereich, für die Bewegung des Substrates (3) und einen Zwischenbereich (4) zur Überführung des Substrates (3) von dem ersten in den zweiten Bereich (2, 5) und zurück eingeteilt ist, wobei der Prozessbereich benachbart und parallel beabstandet zum Transportbereich und dazwischen ein Zwischenbereich angeordnet ist und wobei das Substrat (3) im Prozessbereich den Außenumfang eines fest stehenden trommelartigen Gebildes (6) umläuft und wobei das Substrat (3) im Zwischenbereich (4) mittels schräg gestellter Walzen (9) zwischen dem ersten und zweiten Bereich (2, 5) hin- und zurückgeführt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Prozessmodul zum Behandeln von bandförmigen Substraten aus Metall, einem Polymer oder anderen Materialien mittels ALD, PECVD, Sputtern, oder anderer Beschichtungs- und Bearbeitungsverfahren, wie Bedampfen, im Rolle-zu-Rolle Verfahren, insbesondere für besonders breite Substrate.
  • Bei der Beschichtung von derartigen Substraten mittels ALD (Atomic Layer Deposition bzw. Atomlagenabscheidung), oder auch anderen Bearbeitungsverfahren, wie PECVD, Sputtern oder Bedampfen, oder auch bei einer thermischen Behandlung kommt es gelegentlich darauf an, dass die besonders empfindliche Schichtseite des Substrates zu keinem Zeitpunkt im Prozessmodul mit irgendeinem Bauteil, wie einer Walze, in Berührung kommt.
  • Es muss also in solchen Fällen konstruktiv dafür gesorgt werden, dass die notwendige Führung des Substrates innerhalb des Prozessmoduls immer so erfolgt, dass das Substrat lediglich mit seiner Rückseite mit den notwendigen Führungselementen, wie Walzen, in Berührung kommt. Das ist bei besonders breiten Substraten, d.h. bei Substraten mit einer Breite von > 600 mm besonders schwierig, weil diese zur Vermeidung von Wellen oder gar Faltenbildung möglichst oft rückseitig über gekrümmte Oberflächen geführt werden müssen.
  • Weiterhin muss das Prozessmodul so gestaltet sein, dass einerseits eine Oberflächenbearbeitung/-beschichtung beispielsweise durch PECVD, Sputtern oder Bedampfen möglich ist und andererseits auch ALD-Prozesse realisierbar sind, die eine flexibel einstellbare Anzahl an Zyklen, d.h. Anzahl von Durchläufen des Substrates, bzw. der Anzahl von Umläufen einer ALD-Prozesseinheit erfordern.
  • Für einen effizienten Betrieb sollten beispielsweise die ALD-Prozesseinheiten innerhalb des Prozessmoduls, bestehend aus Zuführeinheiten für Precursorgas und ggf. Plasmaquellen, nahezu kontinuierlich dem Substrat zugewandt sein. Wegen der prozessbedingten Forderung nach einer flexiblen Zyklenanzahl sollten die ALD-Prozesseinheiten relativ zum Substrat beweglich sein, wobei vorzugsweise nur das Substrat, bzw. ggf. mit Ausnahme der Ränder, beschichtet werden.
  • Zum ALD-Prozess wäre zu bemerken, dass eine Atomlagenabscheidung dadurch entsteht, dass jeder Teil des bandförmigen Substrates abwechselnd – aber nicht zeitgleich – mit zwei verschiedenen miteinander reagierenden Gasen (Precursoren) in Kontakt gebracht wird. Die Reaktion der Precursoren mit der Oberfläche des Bandes ist selbstlimitierend, so dass pro Zyklus, umfassend den Kontakt mit dem einen und dann mit dem anderen Precursor, nur eine definierte Materialstärke, für gewöhnlich etwas weniger als eine Atomlage, aufwächst.
  • Weiterhin können zur Aktivierung der Precursoren, oder zur Aktivierung der Reaktion der Precursoren miteinander, oder eines Precursors und eines Reaktanden, zusätzliche Plasmaquellen in der ALD-Prozesseinheit vorgesehen sein.
  • Schließlich sollte eine modulare Erweiterung des Prozessmodules z.B. um ein identisches oder anderes Prozessmodul ohne zwischenzeitliche Berührung der Schichtseite des Substrates möglich sein.
  • Die Realisierung von PECVD-Prozessen, Sputterprozessen, oder von Bedampfungsverfahren gestaltet sich etwas einfacher, weil hier das bandförmige Substrat mit Hilfe des Prozessmoduls lediglich an einer PECVD-/Sputterquelle oder im Falle des Bedampfens über einer Bedampfungsquelle vorbeigeführt werden muss.
  • Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, dass sowohl Sputterprozesse, als auch ALD-Prozesse im Vakuum in einer Vakuumkammer durchgeführt werden müssen.
  • So geht aus der EP 2 765 218 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von Atomlagen auf einem Substrat in einem Atmosphärenprozess hervor, bei dem ein flexibles Substrat über eine erste Umlenkrolle um eine Prozesstrommel geführt und schließlich um eine zweite Umlenkrolle geführt wird. Der Abstand zwischen beiden Umlenkrollen ist so gering wie möglich, so dass das Substrat die Prozesstrommel nahezu vollständig umschlingt. Zusätzlich befindet sich zwischen den Umlenkrollen eine Blende.
  • In der Oberfläche der Prozesstrommel befinden sich Zuführungen für Precursorgase und Stickstoff, so dass sich beim Zuführen des Precursorgases ein Gaspolster zwischen der Oberfläche der Prozesstrommel und dem Substrat ausbildet, wodurch dass das Substrat berührungsfrei um die Prozesstrommel geführt werden kann. Umgeben wird diese Anordnung durch ein Verschlusselement.
  • Einzelheiten der Prozesstrommel gehen aus der EP 2 957 656 A1 hervor.
  • Weiterhin wird in der US 8 187 679 B2 ein ALD System als Vakuumprozess beschrieben, bei dem ein Substrat serpentinenförmig zwischen zwei Gasvolumina mit Precursorgas, bzw. einem Reaktionsgas, hin und her bewegt wird. In diesem Fall erfolgt eine Berührung des Substrates nur an den Rändern mittels O-Ringe auf den Umlenkrollen, so dass der dazwischen befindliche Bereich des Substrates berührungsfrei bleibt, so dass eine Umlenkung des Substrates auch über die Frontseite möglich ist.
  • Schließlich ist noch eine ALD Beschichtungsvorrichtung von Substraten mit einer Breite von bis zu 500 mm im Rolle-zu-Rolle Verfahren der Fa. BENEQ mit der Bezeichnung WCS 500 bekannt geworden. Hier befindet sich in einer Prozesskammer im unteren Bereich eine Prozesstrommel sowie über dieser jeweils ein Abwickel- und eine Aufwickelrolle für ein zu beschichtendes Substrat, das auch flexibel sein kann. Das Substrat wird von der Abwickelrolle entweder direkt auf die Prozesstrommel und von dieser auf die Aufwickelrolle geführt. Zusätzlich können über der Prozesstrommel zwei benachbarte Führungsrollen angeordnet sein, mit denen das Substrat gespannt und zugleich eine größere Umschlingung der Prozesstrommel mit dem Substrat erreicht wird. Auf diese Weise können auch flexible Substrate faltenfrei beschichtet werden.
  • Unterhalb der Prozesstrommel befindet sich ein diese teilweise in einem vorgegebenen Abstand umschlingender Beschichtungskopf mit Düsen zur Zuführung der für die Beschichtung notwendigen Materialien wie beispielsweise ein Precursor AL(CH3)3 sowie Wasserdampf. Die Düsen haben stets einen gleichbleibenden Abstand zum Substrat und zusätzlich wird der Beschichtungskopf in einer Pendelbewegung hin und her bewegt.
  • Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, dass die Länge der Prozesstrecke durch die Fertigungsmöglichkeiten der Prozesstrommel auf etwa 1 m beschränkt ist, wobei jedoch mehrere Trommeln nacheinander angeordnet werden können, was aber Atmosphärendruck und einen hohen Gasdurchsatz erfordert.
  • Weiterhin definiert die Anzahl der Windungen des Substrates die Anzahl der ALD-Zyklen. Das bedeutet, dass die Anzahl an ALD-Zyklen nur durch eine längere Prozessstrecke vergrößert werden kann. Auch lässt sich das Prinzip der Umlenkung ohne Frontseitenberührung über O-Ringe nicht auf beliebig breite Substrate (z.B. > 1m) skalieren. Somit wäre eine solche Ausführung nicht produktionstauglich.
  • Auch fehlen Lösungen für eine Bandumkehr, so dass die Vorrichtung nicht um weitere Prozessmodule erweiterbar ist. Das bedeutet, dass keine der Vakuum basierten Lösungen des Standes der Technik einen modularen Anlagenaufbau bei einer Beschichtung der Substrate ohne Berührung der Frontseite mittels ALD auf breiten Substraten mit einer Breite von > 600 mm möglich ist.
  • Ein etwas anderer Weg wurde in der DE 10 2010 061 939 A1 bei der Herstellung von Mehrfachschichtsystemen auf bandförmigen Substraten beschritten, indem in einer Prozesskammer eine drehbare Prozesswalze zentral angeordnet ist, bei der das Substrat von eine Abwickelrolle innerhalb der Prozesswalze nach außen um diese herum und wieder zurück zu einer Aufwickelrolle innerhalb der Prozesswalze geführt wird. Die die Prozesswalze umgebende Prozesskammer ist mit Hilfe von Trennwänden in einzelne Prozesssektionen unterteilt, in denen jeweils schichtbildende Einrichtungen angeordnet sind.
  • Von Nachteil bei dieser Vorrichtung ist jedoch, dass es nicht möglich ist, einen modularen Aufbau zu realisieren und weitere Prozesssektionen hinzuzufügen.
  • Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Prozessmodul zu schaffen, das sowohl zum Behandeln von bandförmigen Substraten aus Metall oder einem Polymer im Vakuum durch PECVD, Sputtern oder Bedampfen, als auch mittels ALD im Rolle-zu-Rolle Verfahren geeignet ist und das eine Prozessführung im Vakuum erlaubt, bei dem die Frontseite des Substrates keine Bauteile im Prozessmodul berührt, wobei Substratbreiten von > 600 mm realisierbar sein müssen und es muss eine hohe Prozessflexibilität gewährleistet sein, d.h. im Falle der ALD-Beschichtung muss eine unbegrenzte Anzahl von ALD-Zyklen soll pro Prozessmodul möglich sein. Ferner muss es möglich sein, eine Fertigungslinie aus mehreren Prozessmodulen aufzubauen, mit denen gleiche oder unterschiedliche Bearbeitungsprozesse nacheinander ausgeführt werden können.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst bei einem Prozessmodul der eingangs genannten Art durch die Merkmale:
    dass das Prozessmodul in einen ersten und einen zweiten Bereich für die Bewegung des Substrates und einen Zwischenbereich zur Überführung des Substrates von dem ersten in den zweiten Bereich und zurück eingeteilt ist,
    dass der erste Bereich als Transportbereich zur im Wesentlichen geradlinigen Zuführung des Substrates in einem Einlauf und zur Weiterleitung des Substrates in einem Auslauf vorgesehen ist,
    dass der zweite Bereich als Prozessbereich benachbart parallel beabstandet zum ersten Bereich angeordnet ist,
    dass das Substrat vom Zwischenbereich durch einen Spalt in der Umfangsfläche eines räumlich fest stehenden trommelähnlichen Gebildes auf dessen Umfangsfläche und nach einem Umlauf zurück in das trommelähnliche Gebilde zum Zwischenbereich geführt ist,
    dass das Substrat im Zwischenbereich mittels schräg gestellter Walzen zwischen dem ersten und zweiten Bereich hin- und zurückgeführt ist.
  • Der besondere Vorteil einer solchen Konstruktion ist in der Aufteilung in einen Transport- und einen Prozessbereich und einem beide Bereiche verbindenden Zwischenbereich zu sehen, wobei sämtliche Bereiche problemlos in einem Vakuumbereich, z.B. einer Vakuumkammer, angeordnet werden können, wobei dem trommelähnlichen Gebilde mit dem darauf geführten Substrat eine oder mehrere PECVD, Sputtereinrichtungen oder eine Bedampfungseinrichtung zugeordnet werden kann.
  • Weiterhin erlaubt diese Konstruktion eine durchgängige Substratführung ohne jeglichen Frontseitenkontakt.
  • In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Umfangsfläche des trommelähnlichen Gebildes in Form eines N-Ecks aus einer Vielzahl von einzelnen Walzen mit N ≥ 3 mit geringem Durchmesser oder aus einzelnen Bogensegmenten mit physischem Kontakt zur Rückseite des Substrates. Alternativ kann das Substrat mittels Gaspolster kontaktfrei auf den Bogensegmenten geführt werden.
  • Um eine möglichst gleichmäßige Umfangsfläche des trommelähnlichen Gebildes zu erreichen, ist die Vielzahl der einzelnen Walzen entlang der Umfangsfläche äquidistant parallel zueinander angeordnet.
  • Der erste Bereich kann problemlos mit einer Abwickel- und einer Aufwickelrolle für das Substrat innerhalb oder außerhalb des Vakuumbereiches verbunden werden. Genau so ist es möglich den ersten Bereich eines Prozessmoduls mit einem weiteren ersten Bereich eines weiteren Prozessmoduls zu verbinden, wenn Ein- und Auslauf des Substrates auf derselben Ebene angeordnet sind, so dass eine lineare Aneinanderreihung mehrerer Prozessmodule ermöglicht wird.
  • Das trommelähnliche Gebilde kann einen Querschnitt entsprechend eines Kreisbogens, einer Ellipse oder eines Polygons aufweisen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist beiderseits des Spaltes in der Umfangsfläche des trommelartigen Gebildes jeweils eine Führungswalze für das Substrat angeordnet, wobei sich beide Führungswalzen vom zweiten Bereich bis in den ersten Bereich erstecken und dass jeder der Führungswalzen jeweils zwei V-förmig zueinander angeordnete 45°-Walzen zugeordnet sind, die das Substrat jeweils vom ersten in den zweiten Bereich, also von der Transportebene in die Prozessebene und zurück, umlenken.
  • In einer besonderen erfinderischen Fortführung der Erfindung wird das trommelähnliche Gebilde durch eine in Segmente eingeteilte und um dieses drehbare Außentrommel umgeben, die mit Prozessgaszuführungen versehen sind.
  • Diese besondere Fortführung der Erfindung ermöglicht durch die frei drehbare Außentrommel mit den innenliegenden Segmenten, die einzelne Prozesszonen bilden und die jeweils mit Prozessgaszuführungen versehen sind, auf einfache Weise die Realisierung einer nicht begrenzten Anzahl von ALD-Zyklen.
  • Weiterhin bilden die Segmente der Außentrommel jeweils voneinander abgegrenzte Prozesszonen mit einer Breite, die mindestens der Breite des Substrates entspricht, wobei die Außentrommel das trommelähnliche Gebilde möglichst dicht umschließt und wobei die Segmente der Außentrommel seitlich durch Verschlussringe gegenüber der Umgebung abgegrenzt sind.
  • In einer weiteren Fortführung der Erfindung besteht die Außentrommel aus einem Außenring und einem Innenring in konzentrischer Anordnung, wobei Außen- und Innenring durch eine Mehrzahl von Stegplatten, die Segmente begrenzend, miteinander verbunden sind und dass der Innenring im Bereich jedes Segmentes mit einer mindestens der Breite des Substrates entsprechenden rechteckigen Aussparung versehen ist.
  • Um das Einfädeln eines neuen zu beschichtenden Substrates in den Prozessmodul zu erleichtern und Wartungen durchführen zu können, ist die Außentrommel gegenüber dem trommelähnlichen Gebilde axial verschiebbar, oder in axialer Richtung abnehmbar.
  • Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
  • 1: eine perspektivische Vorderansicht des Prozessmoduls mit einem ersten hinteren Bereich als Transportbereich zur Zuführung eines Substrates und Weiterleitung des bandförmigen Substrates über einen Zwischenbereich an den zweiten vorderen Bereich, dem Prozessbereich mit einem trommelähnlichen Gebilde um den das Substrat zurück zum ersten Bereich geführt wird;
  • 2: eine Seitenansicht des Prozessmoduls nach 1;
  • 3: eine perspektivische Rückansicht des Prozessmoduls nach 1, mit 45°-Walzen der Zwischenebene, ohne bandförmiges Substrat;
  • 4: das Prozessmodul nach 1 mit einer das trommelähnliche Gebilde umgebenden Außentrommel für ALD-Prozesse als Teilschnittdarstellung;
  • 5: eine perspektivische Schnittdarstellung der Außentrommel;
  • 6: die Außenansicht der Außentrommel nach 4;
  • 7: eine perspektivische Darstellung des Prozessmoduls mit aufgesetzter Außentrommel; und
  • 8: eine schematische Aneinanderreihung von mehreren Prozessmodulen.
  • 1 zeigt eine perspektivische Vorderansicht des Prozessmoduls 1 mit einem ersten hinteren Bereich 2 als Transportbereich zur Zuführung eines Substrates 3 und Weiterleitung desselben über einen Zwischenbereich 4 an den zweiten vorderen Bereich 5, dem Prozessbereich mit einem trommelähnlichen Gebilde 6 um den das Substrat 3 zurück zum ersten Bereich 2 geführt wird.
  • Die Umfangsfläche des trommelähnlichen Gebildes 6 wird durch eine Vielzahl von eng benachbart nebeneinander befindlichen einzelnen Walzen 7 geringen Durchmessers oder aus einzelnen nicht dargestellten Bogensegmenten mit physischem Kontakt zur Rückseite des Substrates 3 gebildet. Alternativ kann das Substrat 3 mittels Gaspolster kontaktfrei auf den Bogensegmenten geführt werden, so dass einerseits der Reibungswiderstand minimiert ist und gleichzeitig die Bildung von Abrieb verhindert wird.
  • Die einzelnen Walzen 7 des trommelähnlichen Gebildes 6 sind entlang dessen Umfangsfläche äquidistant parallel zueinander angeordnet, so dass die Umfangsfläche des trommelähnlichen Gebildes 6 idealerweise einen runden Querschnitt, oder eines Polygons, aufweist.
  • Das Substrat 3 wird von dem Zwischenbereich 4 durch einen Spalt 8 in der Umfangsfläche des räumlich fest stehenden trommelähnlichen Gebildes 6 auf dessen Umfangsfläche und nach einem Umlauf zurück in das trommelähnliche Gebilde 6 zum Zwischenbereich 4 geführt (1). Wesentlich ist, dass das Substrat 3 das trommelartige Gebilde 6 in einem möglichst großen Winkel, d.h. deutlich mehr als 180° oder idealerweise nahezu 360°, umschlingt, ausgenommen den Bereich des Spaltes 8.
  • Im Zwischenbereich 4 wird das Substrat 3 mittels schräg gestellter Walzen 9 (45°-Walzen) zwischen dem ersten und zweiten Bereich 2, 5 hin- und zurückgeführt, wobei beiderseits des Spaltes 8 jeweils eine Führungswalze 10, 11 für das Substrat 3 angeordnet ist (2). Jeder der Führungswalzen 10, 11 sind jeweils zwei V-förmig zueinander angeordnete 45°-Walzen 9 zugeordnet, die das Substrat 3 jeweils vom ersten in den zweiten Bereich 2, 5, also von der Transportebene in die Prozessebene und zurück, umlenken (2, 3) und die zueinander einen Winkel von 90° einschließen, jedoch zur Transportebene bzw. zur Umfangsfläche des trommelähnlichen Gebildes 6 einen Winkel von 45° einschließen. Sämtliche Walzen 7, 9, 10, 11, oder einzelne derselben können mit einem geeigneten Antrieb verbunden sein.
  • Dadurch, dass das bandförmige Substrat 3 im Prozessbereich über eine Vielzahl von Walzen geführt wird, wird jegliche Faltenbildung vermieden. 3 veranschaulicht den glatten Verlauf des Substrates 3 um das trommelähnliche Gebilde 6, im Zwischenbereich 4 und im ersten Bereich 2.
  • Das Prozessmodul 1 kann in einem Vakuumbereich 12, beispielsweise in einer Vakuumprozesskammer, angeordnet sein, wobei der erste Bereich 2 (Transportbereich) mit einer Abwickel- und einer Aufwickelrolle (nicht dargestellt) für das Substrat 3 innerhalb oder außerhalb des Vakuumbereiches 12, oder einem weiteren Prozessmodul 1 verbunden ist. Voraussetzung hierfür ist, dass Ein- Und Auslauf des Substrates 3 auf derselben Ebene angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, mehrere Prozessmodule 1 miteinander zu einer Anlagenlinie zu verketten. Ein Beispiel für eine solche Verkettung zeigt 8. Das ermöglicht die Realisierung einer Anlage, in der in jedem Prozessmodul 1 unterschiedliche Bearbeitungsschritte, wie eingangs erwähnt, ausgeführt werden können. Es versteht sich, dass in diesem Fall nur je eine Abwickel- und eine Aufwickelrolle jeweils am Anfang und am Ende der Anlagenlinie vorzusehen ist.
  • Beispielsweise kann das trommelähnliche Gebilde 6 für ALD-Prozesse gemäß 46 durch eine in Segmente 13 eingeteilte und um dieses drehbare Außentrommel 14 umgeben werden, die mit nicht dargestellten Zuführungen für Prozessgase, wie Precursoren, versehen sind. Die Segmente 13 der Außentrommel 14 bilden jeweils voneinander abgegrenzte Prozesszonen mit einer Breite, die mindestens der Breite des Substrates 3 entspricht, wobei die Außentrommel 14 das trommelähnliche Gebilde 6 möglichst dicht umschließt und wobei die Segmente 13 der Außentrommel 14 seitlich durch eine Abdeckung 15 begrenzt sind.
  • Die Außentrommel 14 besteht aus einem Außenring 16 und einem Innenring 17 in konzentrischer Anordnung, wobei Außen- und Innenring 16, 17 durch Stegplatten 18, die Segmente 13 begrenzend, miteinander verbunden sind. Weiterhin ist der Innenring 17 im Bereich jedes Segmentes 13 mit einer der Breite des Substrates 3 entsprechenden rechteckigen Aussparung 19 versehen (5), so dass das auf dem trommelartigen Gebilde 6 befindliche Substrat 3 für die den Segmenten 13 zugeführten Gase zugänglich ist.
  • Um das Einfädeln eines neuen zu beschichtenden Substrates 3 in das Prozessmodul 1 zu erleichtern, ist die Außentrommel 14 gegenüber dem trommelähnlichen Gebilde 6 in Pfeilrichtung axial verschiebbar, oder in axialer Richtung abnehmbar, wodurch auch Wartungsarbeiten am Prozessmodul erleichtert werden (7).
  • Die Beschichtung eines Substrates 3 per ALD erfolgt dergestalt, dass jeder Abschnitt des Substrates 3 abwechselnd mit verschiedenen Prozesszonen, die durch die Segmente 13 definiert sind, wie Precursorexposition, Gasseparation, Plasma) in Kontakt kommen muss. Durch das erfindungsgemäße Prozessmodul 1 ist es möglich, die Zahl der ALD-Zyklen variabel einzustellen, indem die Relativbewegungen dieser Prozesszonen gegenüber dem Substrat 3, d.h. die Anzahl der Umdrehungen der Außentrommel 14, unabhängig von der Bewegung des Substrates 3 durchgeführt werden können.
  • Dazu wird das Substrat 3 auf den Walzen 7 um die Umfangsfläche des räumlich fest stehenden trommelähnlichen Gebildes 6 geführt und die Außentrommel 14 rotiert um das Substrat 3, das um das trommelähnliche Gebilde 6 geführt ist. Die Prozesszonen befinden sich in den Segmenten 13 der Außentrommel 14 zwischen Außen- und Innenring 16, 17 und können somit unabhängig von der Bewegung des Substrates 3 um dieses herumgeführt werden.
  • Der Abstand zwischen dem Innenring 17 zum Substrat 3 sollte möglichst gering sein, um die Vermischung von Gasen zwischen den einzelnen Prozesszonen möglichst gering zu halten.
  • Die Zuführung von Prozess- und Spülgasen und bei Bedarf auch der Pumprohranschluss für die Erzeugung des nötigen Vakuums, sowie der Leistungsanschluss für die Plasmaerzeugung in der Außentrommel 14 erfolgt einseitig über die Drehachse der Außentrommel 14. Die hierfür notwendige stirnseitige Drehdurchführung in der Außentrommel 14 befindet sich auf der der Transportebene abgewandten Seite (nicht dargestellt).
  • Die Anzahl und Ausgestaltung der Prozesszonen in der Außentrommel 14, bzw. der Segmente 13 richtet sich nach den Erfordernissen des ALD-Prozesses, sowie dem Druckniveau des umgebenden Vakuumbereiches 12. Dabei muss mindestens das Ein- oder das Vielfache eines ALD-Zyklus realisierbar sein.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, die Anzahl N der Walzen des trommelähnlichen Gebildes 6 mit N > 3 soweit zu reduzieren, dass aus dem Kreis der Umfangsfläche der trommelartigen Gebildes 6 mit n = 3 ein Dreieck wird. In diesem Fall würde die Beschichtung im Freespan erfolgen, was wegen des dabei erfolgenden Wärmeeintrages die Auswahl des Substratmateriales einschränkt. Die Beschichtung würde dann durch fest stehende Beschichtungsquellen erfolgen, die dann gegenüber den geraden Abschnitten des Substrates 3 zu positionieren wären.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Prozessmodul
    2
    erster Bereich
    3
    Substrat
    4
    Zwischenbereich
    5
    zweiter Bereich
    6
    trommelähnliches Gebilde
    7
    Walze
    8
    Spalt
    9
    schräg gestellte Walzen
    10
    Führungswalze
    11
    Führungswalze
    12
    Vakuumbereich
    13
    Segment
    14
    Außentrommel
    15
    Verschlussring
    16
    Außenring
    17
    Innenring
    18
    Stegplatte
    19
    Aussparung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2765218 A1 [0011]
    • EP 2957656 A1 [0013]
    • US 8187679 B2 [0014]
    • DE 102010061939 A1 [0020]

Claims (10)

  1. Prozessmodul zum Behandeln von bandförmigen Substraten aus Metall, einem Polymer oder anderen Materialien mittels ALD, Sputtern, PECVD oder anderer Beschichtungs- und Bearbeitungsverfahren, wie Bedampfen, im Rolle-zu-Rolle Verfahren, insbesondere für besonders breite Substrate, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmodul (1) in einen ersten und einen zweiten Bereich (2, 5) für die Bewegung des Substrates (3) und einen Zwischenbereich (4) zur Überführung des Substrates (3) von dem ersten in den zweiten Bereich (2, 5) und zurück eingeteilt ist, dass der erste Bereich (2) als Transportbereich zur im Wesentlichen geradlinigen Zuführung des Substrates (3) in einem Einlauf und zur Weiterleitung des Substrates (3) in einem Auslauf vorgesehen ist, dass der zweite Bereich (5) als Prozessbereich benachbart parallel beabstandet zum ersten Bereich (2) angeordnet ist, dass das Substrat (2) vom Zwischenbereich (4) durch einen Spalt (8) in der Umfangsfläche eines räumlich fest stehenden trommelähnlichen Gebildes (6) auf dessen Umfangsfläche und nach einem Umlauf zurück in das trommelähnliche Gebilde (6) zum Zwischenbereich (4) geführt ist, und dass das Substrat (3) im Zwischenbereich (4) mittels schräg gestellter Walzen (9) zwischen dem ersten und zweiten Bereich (2, 5) hin- und zurückgeführt ist.
  2. Prozessmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche des trommelähnlichen Gebildes (6) aus einer Vielzahl von einzelnen Walzen (7) geringen Durchmessers oder aus einzelnen Bogensegmenten mit physischem Kontakt zur Rückseite des Substrates (3) besteht, oder dass das Substrat (3) mittels Gaspolster kontaktfrei auf den Bogensegmenten geführt ist.
  3. Prozessmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der einzelnen Walzen (7) des trommelähnlichen Gebildes (6) entlang der Umfangsfläche äquidistant parallel zueinander angeordnet ist.
  4. Prozessmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (2) mit einer Abwickel- und einer Aufwickelrolle für das Substrat (3) innerhalb oder außerhalb des Vakuumbereiches, oder einem weiteren Prozessmodul (1) verbunden ist, wobei Ein- Und Auslauf des Substrates (3) auf derselben Ebene angeordnet sind.
  5. Prozessmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das trommelähnliche Gebilde (6) einen Querschnitt entsprechend eines Kreisbogens, einer Ellipse oder eines Polygons aufweist.
  6. Prozessmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits des Spaltes (8) jeweils eine Führungswalze (10, 11) für das Substrat (3) angeordnet ist, wobei sich beide Führungswalzen (10, 11) vom zweiten Bereich (5) bis in den ersten Bereich (2) erstecken und dass jeder der Führungswalzen (10, 11) jeweils zwei v-förmig zueinander angeordnete 45°-Walzen (9) zugeordnet sind, die das Substrat (3) jeweils vom ersten in den zweiten Bereich (2, 5) also von der Transportebene in die Prozessebene und zurück, umlenken.
  7. Prozessmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das trommelähnliche Gebilde (6) durch eine in Segmente (13) eingeteilte und um dieses drehbare Außentrommel (14) umgeben ist die mit Prozessgaszuführungen versehen ist.
  8. Prozessmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (13) der Außentrommel (14) jeweils voneinander abgegrenzte Prozesszonen mit einer Breite bilden, die mindestens der Breite des Substrates (3) entspricht, wobei die Außentrommel (14) das trommelähnliche Gebilde (6) möglichst dicht umschließt und wobei die Segmente (13) der Außentrommel (14) seitlich durch Verschlussringe (15) begrenzt sind.
  9. Prozessmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außentrommel (14) aus einem Außenring (16) und einem Innenring (17) in konzentrischer Anordnung besteht, wobei Außen- und Innenring (16, 17) durch eine Mehrzahl von Stegplatten (18), die Segmente (13) begrenzend, miteinander verbunden sind und dass der Innenring (17) im Bereich jedes Segmentes (13) mit einer der Breite des Substrates (3) entsprechenden rechteckigen Aussparung (19) versehen ist.
  10. Prozessmodul nach Anspruch 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außentrommel (14) gegenüber dem trommelähnlichen Gebilde (6) axial verschiebbar ist.
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US8187679B2 (en) 2006-07-29 2012-05-29 Lotus Applied Technology, Llc Radical-enhanced atomic layer deposition system and method
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