DE19853418B4

DE19853418B4 - Vacuum coating system and method for coating a film with such a vacuum coating system

Info

Publication number: DE19853418B4
Application number: DE1998153418
Authority: DE
Inventors: Günter Klemm; Klaus Oberle; Wolfgang Achtner
Original assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: DE19853418A1

Abstract

Vakuum-Beschichtungsanlage zum Beschichten einer Folie, bei der eine Beschichtungswalze mit einem Teilbereich ihrer Mantelfläche in eine unter Vakuum stehende Wickelkammer und eine Vakuum-Beschichtungskammer eingreift und die zu beschichtende Folie aus der Wickelkammer entlang eines Teilbereiches der Mantelfläche der Beschichtungswalze durch die Vakuum-Beschichtungskammer und dann zurück zur Wickelkammer geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wickelkammer (4) zumindest über die Breite der Folie (9) eine Gaslanze (15) zum Zuführen eines Kühlgasstromes gegen die Folie (9) angeordnet ist, wobei die Gaslanze (15) in einem keilförmigen Spalt (16) zwischen der Folie (9) und der Mantelfläche der Beschichtungswalze (10) angeordnet ist, und wobei die Gaslanze (15) in dem Spalt (16) zwischen der Folie (9) und der Beschichtungswalze (10) an der Auslaufseite der Folie (9) angeordnet ist.A vacuum coating system for coating a film, in which a coating roller with a partial region of its lateral surface engages in a standing under vacuum winding chamber and a vacuum coating chamber and the film to be coated from the winding chamber along a portion of the lateral surface of the coating roll through the vacuum coating chamber and is then guided back to the winding chamber, characterized in that in the winding chamber (4) at least over the width of the film (9) a gas lance (15) for supplying a cooling gas flow against the film (9) is arranged, wherein the gas lance (15) in a wedge-shaped gap (16) between the film (9) and the lateral surface of the coating roller (10) is arranged, and wherein the gas lance (15) in the gap (16) between the film (9) and the coating roller (10) the outlet side of the film (9) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Beschichtungsanlage zum Beschichten einer Folie, bei der eine Beschichtungswalze mit einem Teilbereich ihrer Mantelfläche in eine unter Vakuum stehende Wickelkammer und eine Vakuum-Beschichtungskammer eingreift und die zu beschichtende Folie aus der Wickelkammer entlang eines Teilbereiches der Mantelfläche der Beschichtungswalze durch die Vakuum-Beschichtungskammer und dann zurück zur Wickelkammer geführt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten einer Folie mit einer solchen Vakuum-Beschichtungsanlage. Eine Vakuum-Beschichtungsanlage der vorstehenden Art ist beispielsweise in der DE 42 07 526 C2 beschrieben.The invention relates to a vacuum coating machine for coating a film, in which a coating roller engages with a partial region of its lateral surface in a standing under vacuum winding chamber and a vacuum coating chamber and the film to be coated from the winding chamber along a portion of the lateral surface of the coating roll through the Vacuum coating chamber and then back to the winding chamber is performed. Furthermore, the invention relates to a method for coating a film with such a vacuum coating system. A vacuum coating system of the above type is for example in the DE 42 07 526 C2 described.

Folien werden meist durch Kondensation von Metalldampf im Hochvakuum oder durch Sputterprozesse beschichtet. In beiden Fällen kommt es bei hohen Beschichtungsraten zu einer solchen Erwärmung der Folie, dass man diese unmittelbar nach dem Verdampfungsprozess kühlen muss. Das geschieht bisher mittels Kühlwalzen, über die die Folie mit einem festgelegten Umschlingungswinkel geführt wird. Solche Kühlwalzen bedingen einen relativ hohen Aufwand in der Vakuum-Beschichtungsanlage und führen dennoch oftmals nur zu einer unzureichenden Kühlung. Das liegt daran, dass infolge des geringen Druckes in der Vakuum-Beschichtungsanlage der Wärmeaustausch nahezu ausschließlich durch die Berührung der Folie mit der Kühlwalze möglich wird. Dieser Kontakt ist jedoch nur unvollkommen, weil Rauigkeiten der Kühlwalze und der Folie zu relativ kleinen Kontaktflächen führen und infolge des Vakuums diese Rauigkeiten nicht durch ein Gas als Wärmeübertragungsmittel ausgefüllt sind.Films are usually coated by condensation of metal vapor in a high vacuum or by sputtering processes. In both cases, at high coating rates, such a heating of the film occurs that it has to be cooled immediately after the evaporation process. So far, this is done by means of cooling rollers over which the film is guided at a fixed wrap angle. Such cooling rollers require a relatively high effort in the vacuum coating system and yet often lead only to insufficient cooling. This is because as a result of the low pressure in the vacuum coating system, the heat exchange is possible almost exclusively by the contact of the film with the cooling roller. However, this contact is only imperfect, because roughness of the chill roll and the film lead to relatively small contact surfaces and due to the vacuum, these roughnesses are not filled by a gas as a heat transfer medium.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vakuum-Beschichtungsanlage der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass auch bei hohen Beschichtungsraten eine unzulässig hohe Temperatur der aufgewickelten Folie vermieden wird. Weiterhin soll ein Verfahren zum Beschichten einer Folie mit einer solchen Beschichtungsanlage aufgezeigt werden, mit welchem unzulässig hohe Temperaturen der aufgewickelten Folie vermieden werden.The invention is based on the problem to design a vacuum coating system of the type mentioned so that even at high coating rates an unacceptably high temperature of the wound film is avoided. Furthermore, a method for coating a film with such a coating system will be shown, with which unacceptably high temperatures of the wound film can be avoided.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Wickelkammer zumindest über die Breite der Folie eine Gaslanze zum Zuführen eines Kühlgasstromes gegen die Folie angeordnet ist, wobei die Gaslanze in einem keilförmigen Spalt zwischen der Folie und einer Mantelfläche einer Beschichtungswalze angeordnet ist, und wobei die Gaslanze in dem Spalt zwischen der Folie und der Beschichtungswalze an der Auslaufseite der Folie angeordnet ist.The first problem is inventively solved in that in the winding chamber at least over the width of the film, a gas lance for supplying a cooling gas flow is disposed against the film, wherein the gas lance is arranged in a wedge-shaped gap between the film and a lateral surface of a coating roller, and wherein the gas lance is disposed in the gap between the film and the coating roll at the exit side of the film.

Die erfindungsgemäße Anordnung einer Gaslanze für einen Kühlgasstrom in einer Vakuumkammer ist eigentlich abwegig, weil die Erzeugung von Vakuum an sich die Zufuhr eines Gases verbietet. Es konnte jedoch herausgefunden werden, dass bereits so geringe Mengen eines Kühlgases zu einer ausreichenden Kühlung der Folie führen, dass diese Kühlgasmengen bei ausreichender Dimensionierung der Vakuumpumpen der Beschichtungsanlage zu keinem Ansteigen des Prozessdruckes führen. Dank der Erfindung lässt sich somit zuverlässig und mit sehr geringem Aufwand eine wirksame und leicht zu steuernde Kühlung der Folie erreichen, ohne dass der Beschichtungsprozess nachteilig beeinflusst wird. Es besteht sogar die Möglichkeit, als Kühlgas ein solches Gas zu wählen, welches den Beschichtungsprozess positiv beeinflusst, beispielsweise ein Edelgas zur Erzeugung eines Plasmas in einer Kathodenzerstäubungsanlage. Außer einer guten Kühlung der Folie verbessert sich unabhängig vom Ort der Anbringung der Kühlgaslanze das Abziehverhalten der Folie von der Beschichtungswalze.The inventive arrangement of a gas lance for a cooling gas flow in a vacuum chamber is actually out of the question, because the generation of vacuum per se prohibits the supply of a gas. However, it has been found that even such small amounts of a cooling gas lead to a sufficient cooling of the film, that these amounts of cooling gas lead with sufficient sizing of the vacuum pumps of the coating system to no increase in the process pressure. Thanks to the invention can thus reliably and with very little effort to achieve effective and easy to control cooling of the film without the coating process is adversely affected. There is even the possibility of selecting such a gas as cooling gas, which positively influences the coating process, for example a noble gas for producing a plasma in a sputtering plant. Apart from a good cooling of the film, regardless of the location of the attachment of the cooling gas lance, the peeling behavior of the film from the coating roll improves.

Die Praxis hat bei den bisher gebräuchlichen Beschichtungsanlagen gezeigt, dass die Folie aufgrund elektrischer Ladungen an der Beschichtungswalze unterschiedlich stark haftet. Das kann insbesondere an nicht beschichteten Rändern der Folie dazu führen, dass diese Ränder beim Abziehen der Folie zunächst länger an der Beschichtungswalze haften als die beschichteten Bereiche und nach dem Freikommen von der Beschichtungswalze oftmals wie ein Saum umschlagen, wodurch die aufgewickelte Folie unbrauchbar wird. Ein solcher Mangel kann durch die erfindungsgemäße Zufuhr von Kühlgas besonders zuverlässig vermieden werden, wenn gemäß der Erfindung die Gaslanze in einem keilförmigen Spalt zwischen der Folie und der Mantelfläche der Beschichtungswalze angeordnet ist.The practice has shown in the conventional coating systems that the film adheres to different degrees due to electrical charges on the coating roller. This can in particular lead to uncoated edges of the film to the fact that these edges when removing the film initially adhere to the coating roller than the coated areas and often turn over like a seam after coming off the coating roller, whereby the wound film is useless. Such a defect can be particularly reliably avoided by the supply of cooling gas according to the invention, when according to the invention, the gas lance is arranged in a wedge-shaped gap between the film and the lateral surface of the coating roller.

In einem für das Verständnis hilfreichen Beispiel zeigte sich, dass sogar die Anordnung der Gaslanze an der Einlaufseite der Folie das Abziehverhalten der Folie von der Beschichtungswalze verbessert, was möglicherweise daran liegt, dass zwischen der Beschichtungswalze und der Folie geringe Gasmengen eingeschlossen werden, welche das Abziehen der Folie erleichtern und die zugleich zu einer Verbesserung des Wärmeflusses von der Folie zur Beschichtungswalze beitragen. Besonders wirkungsvoll wird das Abziehen der Folie von der Beschichtungswalze verbessert, wenn die Gaslanze in dem Spalt zwischen der Folie und der Beschichtungswalze an der Auslaufseite der Folie angeordnet ist.In a helpful example, even the arrangement of the gas lance at the inlet side of the film has improved the peel performance of the film from the coating roll, possibly due to the inclusion of small amounts of gas between the coating roll and the film, which cause peeling facilitate the film and at the same time contribute to an improvement in the heat flow from the film to the coating roller. Particularly effective, the peeling of the film from the coating roller is improved when the gas lance is arranged in the gap between the film and the coating roller at the outlet side of the film.

Zur Regelung der Menge des zugeführten Kühlgases ist es vorteilhaft, wenn zur berührungslosen Messung der Temperatur der Folie ein Pyrometer in Bewegungsrichtung der Folie gesehen hinter der Gaslanze angeordnet ist.To control the amount of the supplied cooling gas, it is advantageous if, for non-contact measurement of the temperature of the film, a pyrometer is arranged in the direction of movement of the film behind the gas lance.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zum Beschichten einer Folie mit einer Vakuum-Beschichtungsanlage wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Wickelkammer zumindest über die Breite der Folie ein Kühlgasstrom gegen die Folie geleitet wird, wobei der Kühlgasstrom in einen keilförmigen Spalt zwischen der Folie und einer Mantelfläche einer Beschichtungswalze eingeleitet wird, und wobei der Kühlgasstrom in dem Spalt zwischen der Folie und der Beschichtungswalze an der Auslaufseite der Folie eine gute Kühlung der Folie erreichen, ohne dass die Kühlgasmenge so hoch sein muss, dass es bei ausreichender Bemessung der Vakuumpumpen der Anlage zu einem Anstieg des Prozessdruckes kommt. Zugleich hat sich gezeigt, dass unabhängig von dem Ort der Zufuhr des Kühlgases sich das Abziehverhalten der Folie von der Beschichtungswalze verbessert. The second-mentioned problem, namely the provision of a method for coating a film with a vacuum coating system is inventively achieved in that in the winding chamber, at least over the width of the film, a cooling gas flow is directed against the film, the cooling gas flow into a wedge-shaped gap between the Film and a lateral surface of a coating roller is introduced, and wherein the cooling gas flow in the gap between the film and the coating roller at the outlet side of the film to achieve good cooling of the film, without the amount of cooling gas must be so high that it is sufficient sizing of the vacuum pumps the plant comes to an increase in process pressure. At the same time, it has been found that, regardless of the location of the supply of the cooling gas, the peel behavior of the film from the coating roller improves.

Durch das Einleiten des Kühlgasstromes in einen keilförmigen Spalt zwischen der Folie und der Mantelfläche der Beschichtungswalze, verbessert sich das Abziehverhalten der Folie von der Beschichtungswalze in einem besonders hohen Maße. Weiterhin werden bei dieser Anordnung der Gaslanze durch das Kühlgas sowohl die Beschichtungswalze als auch die Folie gekühlt.By introducing the flow of cooling gas into a wedge-shaped gap between the film and the lateral surface of the coating roller, the peel behavior of the film from the coating roller improves to a particularly high degree. Furthermore, in this arrangement, the gas lance are cooled by the cooling gas, both the coating roller and the film.

Eine noch größere Verbesserung des Abziehverhaltens erreicht man, wenn der Kühlgasstrom in dem Spalt zwischen der Folie und der Beschichtungswalze an der Auslaufseite der Folie eingegeben wird.An even greater improvement in peel performance is achieved by introducing the flow of cooling gas in the nip between the film and the coating roll at the exit side of the film.

Die Steuerung des Verfahrens ist besonders einfach ausgebildet, wenn zur Steuerung der Menge des Kühlgasstromes die Temperatur der Folie hinter der Kühlgaseingabe gemessen wird.The control of the method is particularly simple if, for controlling the amount of the cooling gas flow, the temperature of the film is measured behind the cooling gas input.

Es hat sich gezeigt, dass es für übliche Beschichtungsvorgänge ausreichend ist, wenn als Kühlgasstrom etwa 0,5 bis 1 l/min Gas eingegeben wird.It has been found that it is sufficient for conventional coating operations, when about 0.5 to 1 l / min gas is entered as the cooling gas flow.

Das Kühlgas hat eine hohe Kühlwirkung und reagiert nicht mit dem Beschichtungsmaterial oder der Folie, wenn als Kühlgasstrom Argon verwendet wird.The cooling gas has a high cooling effect and does not react with the coating material or the film when argon is used as the cooling gas stream.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe invention allows for various embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in

1 einen Querschnitt durch eine Vakuum-Beschichtungsanlage nach der Erfindung, 1 a cross section through a vacuum coating system according to the invention,

2 eine perspektivische Darstellung eines Teilbereiches der Vakuum-Beschichtungsanlage nach der 1. 2 a perspective view of a portion of the vacuum coating system according to the 1 ,

Die 1 zeigt einen Vakuumkessel 1 rechteckigen Querschnitts, welcher durch eine Trennwand 2 in eine Beschichtungskammer 3 und eine Wickelkammer 4 aufgeteilt ist. Vakuumpumpen 5, 6 dienen der Erzeugung von Hochvakuum in der Beschichtungskammer 3 und der Wickelkammer 4. In der Wickelkammer 4 befinden sich eine Vorratsrolle 7 und eine Aufwickelrolle 8 für eine Folie 9. Eine Beschichtungswalze 10 ragt mit ihrer Mantelfläche hälftig in die Wickelkammer 4 und die Beschichtungskammer 3. Die Folie 9 wird von Umlenkrollen 11, 12 so geführt, dass sie entlang des unteren Bereiches der Beschichtungswalze 10 verläuft.The 1 shows a vacuum kettle 1 rectangular cross-section, which through a partition wall 2 in a coating chamber 3 and a winding chamber 4 is divided. vacuum pumps 5 . 6 serve to create high vacuum in the coating chamber 3 and the winding chamber 4 , In the winding room 4 are a supply roll 7 and a take-up roll 8th for a slide 9 , A coating roller 10 protrudes with its lateral surface in half in the winding chamber 4 and the coating chamber 3 , The foil 9 is by pulleys 11 . 12 Guided so that they go along the bottom of the coating roller 10 runs.

In der Beschichtungskammer 3 ist unterhalb der Beschichtungswalze 10 eine Verdampferbank 13 angeordnet, in welcher das für die Beschichtung der Folie 9 vorgesehene Metall verdampft, welches durch ein Beschichtungsfenster 14 gegen die Folie 9 gelangt. Wichtig für die Erfindung ist eine Gaslanze 15, welche in einem Spalt 16 zwischen der Folie 9 und der Beschichtungswalze 10 an der Auslaufseite der Folie 9 angeordnet ist, über die Breite der Folie 9 führt und nicht dargestellte Auslassöffnungen für ein Gas hat, welches dadurch gegen die Folie 9 zu strömen vermag und diese wirksam kühlt, da es beim Austritt dieses Gases aus der Gaslanze 15 zu einer starken Entspannung des Gases und dadurch zu einer entsprechenden Abkühlung kommt. Die Gaslanze 15 steht mit einem Gasreservoir 17 in Verbindung, bei der es sich um eine Flasche mit Argon handelt. Die aus der Gaslanze 15 in den Spalt 16 strömende Gasmenge wird in Abhängigkeit von der Temperatur der Folie 9 geregelt, die mittels eines berührungslos arbeitenden Pyrometers 18 gemessen wird, dass mit geringem Abstand von der Folie 9 angeordnet ist.In the coating chamber 3 is below the coating roller 10 an evaporator bank 13 arranged, in which for the coating of the film 9 provided metal evaporates, which through a coating window 14 against the foil 9 arrives. Important for the invention is a gas lance 15 which is in a gap 16 between the slide 9 and the coating roller 10 at the outlet side of the film 9 is arranged across the width of the film 9 leads and not shown outlet openings for a gas, which thereby against the film 9 is able to flow and this effectively cools, since it at the exit of this gas from the gas lance 15 to a strong relaxation of the gas and thereby to a corresponding cooling comes. The gas lance 15 stands with a gas reservoir 17 in conjunction, which is a bottle of argon. The from the gas lance 15 in the gap 16 flowing gas quantity is dependent on the temperature of the film 9 regulated by means of a non-contact pyrometer 18 is measured that at a small distance from the film 9 is arranged.

Die 2 zeigt perspektivisch, wie die Folie 9 mittels der Umlenkwalze 12 von der Beschichtungswalze 10 abgezogen wird. Ebenfalls zu erkennen sind die Gaslanze 15 mit dem Gasreservoir 17 und das Pyrometer 18 zur Bestimmung der Folientemperatur.The 2 shows in perspective how the film 9 by means of the guide roller 12 from the coating roller 10 is deducted. Also visible are the gas lance 15 with the gas reservoir 17 and the pyrometer 18 for determining the film temperature.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vakuumkesselvacuum vessel
22: Trennwandpartition wall
33: Beschichtungskammercoating chamber
44: Wickelkammerwinding chamber
55: Vakuumpumpevacuum pump
66: Vakuumpumpevacuum pump
77: Vorratsrollesupply roll
88th: Aufwickelrolleup roll
99: Foliefoil
1010: Beschichtungswalzecoating roll
1111: Umlenkrolleidler pulley
1212: Umlenkrolleidler pulley
1313: Verdampferbankevaporator Bank
1414: Beschichtungsfenstercoating window
1515: Gaslanzegas lance
1616: Spaltgap
1717: Gasreservoirgas reservoir
1818: Pyrometerpyrometer

Claims

A vacuum coating system for coating a film, in which a coating roller with a partial region of its lateral surface engages in a standing under vacuum winding chamber and a vacuum coating chamber and the film to be coated from the winding chamber along a portion of the lateral surface of the coating roll through the vacuum coating chamber and then guided back to the winding chamber, characterized in that in the winding chamber ( 4 ) at least across the width of the film ( 9 ) a gas lance ( 15 ) for supplying a cooling gas flow against the film ( 9 ), wherein the gas lance ( 15 ) in a wedge-shaped gap ( 16 ) between the film ( 9 ) and the lateral surface of the coating roller ( 10 ), and wherein the gas lance ( 15 ) in the gap ( 16 ) between the film ( 9 ) and the coating roller ( 10 ) at the outlet side of the film ( 9 ) is arranged.

Vacuum coating system according to claim 1, characterized in that for non-contact measurement of the temperature of the film ( 9 ) a pyrometer ( 18 ) in the direction of movement of the film ( 9 ) seen behind the gas lance ( 15 ) is arranged.

Process for coating a film in a vacuum coating installation, in which a coating roller engages with a partial region of its lateral surface in a vacuum winding chamber and a high vacuum coating chamber and the film to be coated from the winding chamber along a partial region of the coating surface of the coating roll by a vacuum Coating chamber and then fed back to the winding chamber, characterized in that in the winding chamber, at least over the width of the film, a cooling gas flow is directed against the film, wherein the cooling gas flow is introduced into a wedge-shaped gap between the film and the lateral surface of the coating roller, and wherein the flow of cooling gas is introduced in the gap between the film and the coating roll at the exit side of the film.

A method according to claim 3, characterized in that for controlling the amount of the cooling gas flow, the temperature of the film is measured behind the cooling gas input.

Method according to at least one of claims 3 and 4, characterized in that as the cooling gas about 0.5 to 1 l / min gas is input.

Method according to at least one of claims 3 to 5, characterized in that argon is used as the cooling gas.