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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung
längserstreckter
Substrate mit einer oder mehreren Beschichtungssektionen und einer
oder mehreren Pumpsektionen, mit mindestens einem Magnetron in einer
Anordnung als Sputter-up-Variante
unterhalb des Substrates mit einer der Unterseite des Substrats
zugewandten Targetfläche
und einer Transporteinrichtung.
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Dieses
Zweiseitenbeschichtungsprinzip findet zum Beispiel in In-line-Mehrkammer-Glasbeschichtungsanlagen
industrielle Anwendung. Ebene und längserstreckte Glasflächen, die
zu beschichten sind, werden horizontal mittels des Transportsystems durch
die aneinander gereihten Beschichtungs- und Pumpsektionen hindurch
transportiert und wahlweise von oben und/oder von unten beschichtet.
Dazu befinden sich die Magnetrons jeweils in der oben beschriebenen
Anordnung zum Substrat in ein und derselben Beschichtungssektion
oder auch in verschiedenen Beschichtungssektionen. Das Transportsystem
mit den Antriebselementen und den Transportelementen für das zu
transportierende Substrat liegt dabei in einer Ebene etwa mittig
zwischen den Magnetrons des Sputter-down- und Sputter-up-Betriebs und
trennt so konstruktiv diese beiden Beschichtungsbereiche in eine
Oberseite und eine Unterseite. An der Oberseite wie an der Unterseite
der Sektionen sind demzufolge gesonderte Befestigungskonstruktion und Öffnungen
in der Vakuumbeschichtungskammer für die Montage und Demontage
der Magnetrons und Pumpen des Sputter-down und des Sputter-up-Betriebes
vorgesehen.
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Der
prinzipielle Aufbau dieser Art von Beschichtungsanlagen ist auch
aus der Druckschrift
EP 1
179 516 A1 bekannt, in der eine Anordnung und Methode für die beidseitigen
Beschichtung von Glasssubstraten unter gleich bleibender Lage des Substrates
während
des Durchlaufes durch die Beschichtungsanlage beschrieben ist.
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Wesentlicher
Nachteil der Beschichtungsanlagen der beschriebenen Art ist, dass
die konstruktiv getrennte Anordnung der Magnetrons und der Pumpen
an der Ober- wie auch der Unterseite der Beschichtungssektion einen
entsprechenden Wartungs- und Montagefreiraum unter der Beschichtungsanlage
oder auch neben der Beschichtungsanlage benötigt, was mit einen erheblichen
apparativen Aufwand verbunden ist. So ist bei einer Montage der Magnetrons
und Pumpen von unten eine gestelzte Unterkonstruktion über die
gesamte Länge
der Beschichtungsanlage erforderlich. Für die seitliche Montage der
Magnetrons und Pumpen sind spezielle Auszugswagen mit hohem Aufwand
in die Beschichtungsanlagen integriert.
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Des
Weiteren dürfen
im Bereich der Sputterquellen im Sputter-up-Betrieb keine Transportelemente und
Antriebskomponenten angeordnet sein, um den Beschichtungsprozess
nicht zu behindern, so dass die entstehenden größeren Stützweiten der Transportelemente
und Antriebskomponenten in diesem Bereich eine insgesamt längere und
breitere Beschichtungssektion als bei einseitiger Beschichtung von
Substraten erfordern.
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Aus
der
US 4,042,128 A ist
eine Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung flacher Substrate
mit mehreren Pump- und Beschichtungssektionen bekannt. Bei dieser
Anlage ist eine Anordnung von Beschichtungssektionen auf beiden
Seiten des Substrat-Transportrichtungmöglich, wobei
der Antrieb aber oberhalb der Transportebene erfolgt. Somit weist
diese Vakuumbeschichtungsanlage ebenfalls die oben beschriebenen
Nachteile auf.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung eine In-line-Beschichtungsanlage für die Zweiseitenbeschichtung
von längserstreckten
Substraten zu gestalten, bei der der konstruktive Aufwand und der Platzbedarf
verringert werden.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die Transporteinrichtung in einer Antriebsebene und in einer Transportebene
unterteilt angeordnet ist, wobei die Antriebsebene so angeordnet
ist, dass in der Sputter-up-Variante die Unterseite eines das Magnetron
beinhaltenden Magnetronkörpers
oberhalb der Antriebsebene liegt.
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Mit
dieser Anordnung der Transportreinrichtung liegen die Antriebskomponenten
nicht mehr zwischen den Magnetrons für den Sputter-up-Betrieb und
dem Substrat. Die Energieübertragung
von der Antriebsebene in die Transportebene zu den Transportelementen,
wie z.B. Transportrollen, erfolgt senkrecht zur Antriebsebene und
ist an beliebigen Stellen der Beschichtungs- und Pumpsektionen möglich.
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Zum
einen ermöglicht
diese Anordnungsweise Magnetrons sowohl für den Sputter-Up- als auch für den Sputter-Down-Betrieb
grundsätzlich
von oben einzubringen, was zu einer Erleichterung des Handlings
bei der Montage und Wartung führt
und ein Ständern
der Anlage vermeidet. Andererseits bleiben die Antriebskomponenten
ungestört
und außerhalb des
Sputterraumes, was zu einer höheren
Betriebssicherheit führt.
Schließlich
steht nunmehr auch in der Antriebsebene genügend Raum zur Verfügung, die Antriebskomponenten
unterzubringen, so dass die äußeren, konstruktiv
bedingten Abmaße
der Transporteinrichtung reduziert werden können und zu Verringerung der
Vakuumkammerbreiten und -längen führen.
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Die
Anordnungsweise der Transporteinrichtung hat darüber hinaus den großen Vorteil,
dass die Lage der angetriebenen Transportrollen und deren horizontalen
Verbindungselemente zur Energieübertragung
flexibler gestaltet werden können.
Das ermöglicht
größere Stützweiten
und Freiräume
zwischen den angetriebenen Transportrollen. Infolgedessen kann die
Einbringung der Magnetrons und Pumpen für den Sputter-up-Prozess von
oben nach unten erfolgen, da der untere Beschichtungsraum durch
die Transportebene hindurch zugängig
geworden ist. Damit ist der Montageweg der gleiche wie für die Magnetrons
und Pumpen des Sputter-down-Prozesses, weitere Montagezugänge werden
nicht mehr benötigt.
Dies führt
zu erheblichen Einsparungen im konstruktiven Aufwand und Platzbedarf
der Beschichtungsanlagen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vakuumbeschichtungsanlage
sind Transportelemente der Transportebene wahlweise antriebsfrei
schaltbar und demontierbar.
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Von
der Antriebsebene aus wird die Antriebsenergie für das ebene Substrat in kurzen
Strängen an
die Transportrollen in der Transportebene übertragen. Der Transportpfad
besteht dabei aus einer Vielzahl kurzer Stränge von nicht mehr als drei
miteinander verbundener Transportrollen. Die Transportrollen, die
das Strangende bilden, sind dabei leicht aus dem Transportpfad entfernbar,
ohne den Energieübertragungspfad
der Antriebsenergie auf das ebene Substrat zu stören. Diese Ausführungsweise
vereinfacht den Montageaufwand für
die Magnetrons und Pumpen um ein Weiteres und erhöht die Flexibilität in der
Gestaltung der Stützweiten
und Freiräume
zwischen den Transportelementen.
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In
einer zweckmäßigen Fortbildung
der erfindungsgemäßen Vakuumbeschichtungsanlage
ist das Magnetrun in einer Anordnung als Sputter-up-Variante mit
Befestigungselementen verbunden, die sich von der Oberseite der
Vakuumbeschichtungsanlage seitlich neben dem Substrat bis zu dem
Magnetronkörper
erstrecken.
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In
dieser Weise kann das Magnetrun für die Sputter-up-Variante von
oben in den unteren Beschichtungsraum eingehängt werden. Montageaufwand
für die
gesonderte Befestigung im unteren Beschichtungsraum und entsprechender
Montage- und Wartungsplatz entfällt.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass Antriebselemente der Antriebsebene
so verkleidet sind, dass die Verkleidung als Strömungswiderstand wirkt.
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Da
die Transporteinrichtung nunmehr in zwei Ebenen, nämlich der
Antriebsebene und der Transportebene, die Beschichtungs- und Pumpsektionen durchdringt,
ist es günstig,
die Durchdringung der Transporteinrichtung in der Antriebsebene
als Strömungswiderstand
zu gestalten, damit kein zusätzlicher
Druckausgleich zwischen den Sektionen erfolgt. Eine Verkleidung
der Antriebselemente wirkt dabei wie eine Strömungssicherung.
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In
einer günstigen
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vakuumbeschichtungsanlage
sind in der Beschichtungssektion und in der Pumpsektion miteinander
korrespondierende Saugöffnungen oberhalb
und unterhalb der Transportebene angeordnet.
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Damit
kann wahlweise eine Absaugung in die Pumpsektion vom oberen Beschichtungsraum
einer benachbarten Beschichtungssektion im Sputter-down-Betrieb
und/oder vom unteren Beschichtungsraum einer benachbarten Beschichtungssektion
im Sputter-up-Betrieb, sowie von der rechten und/oder linken benachbarten
Beschichtungssektion erfolgen. Mit der Regulierbarkeit der Saugöffnungen durch
entsprechend angeordnete Strömungsblenden ergeben
sich flexible Anpassungsmöglichkeiten
der Pumpsektion bei einer beliebigen Aneinanderreihung von Beschichtungssektionen
in den Betriebsweisen Sputter-down und Sputter-up.
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Ergänzend zur
Anordnung der Saugöffnungen
ist es günstig,
dass in der Pumpsektion eine weitere Vakuumpumpe unterhalb der Transportebene angeordnet
ist.
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Neben
der auf dem Deckel der Pumpsektion angeordneten Vakuumpumpe kann
ebenfalls eine Vakuumpumpe im unteren Beschichtungsbereich unterhalb
der Transportebene seitlich angeordnet werden, so dass eine alternative
Vakuumabsaugung oben oder unten gewählt werden kann oder ein paralleler
Absaugbetrieb von zwei Vakuumpumpen durch eine einzige Pumpsektion
stattfinden kann. Es können
zum Beispiel durch den Einsatz von zwei Vakuumpumpen in nur einer
Pumpsektion und mit entsprechenden Strömungsblenden auch benachbarte Beschichtungssektionen
mit unter schiedlichen Vakuumbetriebsdrücken betrieben werden. Damit
erhöhen
sich die Einsatzflexibilität
und die Optimierung des Platzbedarfes der Pumpsektion für die Zweiseitenbeschichtungsanlage
um ein Weiteres.
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Des
Weiteren ist es vorteilhaft, dass die Verbindung zur Energieübertragung
aus der Antriebsebene in die Transportebene ausschließlich in
der Beschichtungssektion angeordnet ist.
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Mit
dieser Anordnung sind in der Pumpsektion keine vertikal angeordneten
Transportelemente im Bereich unterhalb der Transportebene vorhanden. Die
in ihrer Längsersteckung
maßlich
sehr knapp bemessene Pumpsektion muss bei der Verwendung einer zusätzlichen
Vakuumpumpe mit seitlicher Absaugung im Bereich unterhalb der Transportebene
nicht verlängert
werden. Dagegen steht der Raum für
die Verbindung aus der Antriebsebene in die Transportebene in der
Beschichtungssektion zur Verfügung ohne
eine maßliche
Erweiterung vornehmen zu müssen.
Die Energieübertragung
an die Transportelemente in der Transportebene der Pumpsektion erfolgt über einen
Strang aus miteinander verbundenen Transportrollen, wobei das Strangende
in die Pumpsektion reicht. Dadurch können die bisher verwendeten
Standartlängenmaße für die Beschichtungs-
und Pumpensektionen in Zweiseitenbeschichtungsanlagen fortbestehen
bleiben.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
In den zugehörigen
Zeichnungen zeigt
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1 einen
Längsschnitt
durch eine In-line-beschichtungsanlage
mit Zweiseitenbeschichtungsprinzip und einer in Transportebene und Antriebsebene
unterteilt angeordneten Transporteinrichtung
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2 eine
schematische Darstellung dieser In-line-Beschichtungsanlage.
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Im
linken Teil der Vakuumbeschichtungsanlage 1 wird zwischen zwei
Pumpsektionen 2 eine Beschichtungssektion im Sputter-down-Betrieb 3 dargestellt,
dass heißt,
dass ein Magnetron 4 für
eine Beschichtung des Substrates 5 von oben oberhalb der Substratebene 6 angeordnet
ist, wobei die Targetfläche 7 der
Oberseite des Substrates 5 zugewandt ist. Im rechten Teil
der Vakuumbeschichtungsanlage 1 ist zwischen zwei Pumpsektionen 2 eine
Beschichtungssektion im Sputter-up-Betrieb 8 angeordnet. Hier
erfolgt die Beschichtung von unten auf das Substrat 5 und
zwar dadurch, dass ein Magnetron 4 unterhalb der Substratebene 6 angeordnet
ist, wobei die Targetfläche 7 der
Unterseite des Substrates 5 zugewandt ist.
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Die
Transporteinrichtung 9 befindet sich in zwei Ebenen, der
Antriebsebene 10 und der Transportebene 11. In
der Antriebsebene 10 sind die Antriebselemente wie zum
Beispiel der nicht dargestellte Motor mit der Antriebswelle, das
Zahnriemengetriebe 12 und die Antriebsrollen 13 untergebracht, wogegen
in der Transportebene 11 nur das Zahnriemengetriebe 12 und
angetriebene oder unangetriebenen Transportrollen 14 angeordnet
sind.
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Die
Funktionsweise dieser Transporteinrichtung wird insbesondere in
der schematischen Darstellung in 2 verdeutlicht.
Die Übertragung
der Antriebsenergie aus der Antriebsebene 10 in die Transportebene 11 erfolgt
durch eine senkrecht zur Antriebsebene 10 geführte Verbindung
des Zahnriemengetriebes 12. Diese Verbindung befindet sich
jeweils zweifach in den Beschichtungssektionen 3, 8, wodurch
gewährleistet
wird, dass jede zweite bis maximal jede dritte Transportrolle 14 durch
eine Antriebsrolle 13 der Antriebsebene 10 angetrieben
wird. Dadurch sind die horizontalen Verbindungen des Zahnriemengetriebes 12 zur
Energieübertragung
in der Transportebene 11 kurze Stränge und erstrecken sich maximal über 3 Transportrollen 14.
Die Energieübertragung
der Transporteinrichtung 9 kann durch diese Verzweigungen
abschnittsweise parallel oder alternativ in der Antriebsebene 10 und
in der Transportebene 11 erfolgen.
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Der
konstruktive Unterbau für
die Lagerung der Antriebselemente 15 in der Antriebsebene 10 ist auf
dem Boden der Beschichtungs- und
Pumpsektionen 2, 3, 8 befestigt, die
Transportrollen 14 dagegen sind auf einem Unterbau für die Transportelemente 16 in
der Transportebene 11 gelagert. Der Unterbau für die Transportelemente 16 besteht
aus fest an den Seitenwänden
der Beschichtungs- und Pumpsektionen 2, 3, 8 befestigten
Kammerelementen 17 und demontierbaren Brückenelementen 18.
Für die
Einbringung und Positionierung des Magnetrons 4 in der
Beschichtungssektion der Sputter-up-Variante 8 wird eine
horizontale Verbindung des Zahnriemengetriebes 12 in der
Transportebene 11 und ein demontierbares Brückenelement 18 mit
eine oder zwei Transportrollen 14 entfernt, ohne dass die
Energieübertragung
der Antriebsenergie auf das Substrat 5 beeinträchtigt wird.
Es entsteht eine ausreichend große Stützweite der Transportrollen 14 für die Montage des
Magnetrons 4 und der anderen prozessspezifischen Einbauten
in der Sputter-up-Variante von oben über die gleiche vorhandene Öffnung wie
für die
Wartung und Montage des Magnetrons 4 in der Sputter-down-Variante.
Die Befestigung der Einbauten für die
Sputter-up-Variante erfolgt dabei durch eine nicht dargestellte
Abhängekonstruktion,
die außerhalb
der Substratbreite am Substrat 5 vorbei unterhalb der Transportebene 11 führt. Für eine multivalente
Nutzung der Pumpsektionen 2 wird die Vakuumpumpe 19 in
der klassischen Anordnung auf der Pumpsektion 2 für eine Absaugung
nach oben oder alternativ unterhalb der Transportebene 11 für eine seitliche Absaugung
angeordnet.
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- 1
- Vakuumbeschichtungsanlage
- 2
- Pumpsektion
- 3
- Beschichtungssektion
der Sputter-down-Variante
- 4
- Magnetron
- 5
- Substrat
- 6
- Substratebene
- 7
- Targetfläche
- 8
- Beschichtungssektion
der Sputter-up-Variante
- 9
- Transporteinrichtung
- 10
- Antriebsebene
- 11
- Transportebene
- 12
- Zahnriemengetriebe
- 13
- Antriebsrolle
- 14
- Transportrolle
- 15
- Unterbau
für die
Antriebselemente
- 16
- Unterbau
für die
Transportelemente
- 17
- feste
Kammerelemente
- 18
- demontierbare
Brückenelemente
- 19
- Vakuumpumpe