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Die Erfindung betrifft eine Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage, insbesondere für die Beschichtung oder/und das Ätzen der Oberflächen flächiger Substrate wie beispielsweise Kunststofffolien, Metallbändern und dergleichen, insbesondere mittels PVD oder/und CVD unter Vakuumbedingungen, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Beschichtung (Schichtauftrag) und Ätzen (Schichtabtrag) sind Beispiele für Substratbehandlungen im Sinne der nachfolgenden Ausführungen. Beispiele für Substratbehandlungseinrichtungen sind demzufolge Beschichtungsquellen, Ätzeinrichtungen usw.
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Bekannte Vakuumbeschichtungsanlagen zum Beschichten von bandförmigem Material in Prozesskammern umfassen in einer ersten evakuierbaren Haspelkammer eine Abwickeleinrichtung mit einem eingesetzten Abwickel des zu beschichtenden bandförmigen Materials, der in einem ersten Walzenstuhl angeordnet ist, und in einer zweiten evakuierbaren Haspelkammern eine Aufwickeleinrichtung mit einem herausnehmbaren Aufwickel des beschichteten Materials, der in einem zweiten Walzenstuhl angeordnet ist. Zwischen den Haspelkammern durchläuft das zu beschichtende bandförmige Material mindestens eine evakuierbare Prozesskammer, wobei in jeder Prozesskammer ein Prozesswalzenstuhl mit Führungseinrichtungen für das bandförmige Material und eine Kühlwalze angeordnet ist, über deren Oberfläche sich mindestens eine Magnetronsputterquelle befindet.
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Bei anderen bekannten Bandbeschichtungsanlagen sind Abwickel und Aufwickel innerhalb der Prozesskammer angeordnet, mit dem Vorteil, dass keine separaten Haspelkammern benötigt werden, aber mit dem Nachteil, dass ein Austausch der Haspeln nicht ohne Belüftung der gesamten Prozesskammer möglich ist. Auch dieser Anlagentyp kann durch die hierin beschriebene Erfindung vorteilhaft verbessert werden.
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Aus der
DE 197 35 603 C1 ist eine Vakuumbeschichtungsanlage für bandförmige Materialien bekannt, die zwei Prozesskammern aufweist. In jeder Prozesskammer gibt es einen Walzenstuhl, in dem Umlenkrollen, Bandzugmesswalzen und eine Kühlwalze gelagert sind. Jeder Walzenstuhl ist horizontal und vertikal verstellbar ausgeführt, um eine Justage zueinander zu ermöglichen und damit Faltenbildung des bandförmigen Materials zu vermeiden. Die Prozesskammern sowie die Haspelkammern sind durch Bandventile vakuummäßig voneinander getrennt, um mit unterschiedlichen Gasen und mit unterschiedlichen Drücken arbeiten zu können. Durch die Bandventile wird das zu beschichtende bandförmige Material transportiert. Abwickel und Aufwickel befinden sich in Haspelkammern. Das zu beschichtende Material wird in der ersten Haspelkammer vom Abwickel abgerollt, dem Beschichtungsprozess zugeführt und anschließend in der zweiten Haspelkammer aufgewickelt.
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Für die Beschichtung des bandförmigen Materials können beispielsweise Magnetronsputterquellen, aber auch andere Beschichtungsquellen wie beispielsweise thermische Verdampfer mit Dampfverteilerrohren, verwendet werden.
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Beispielsweise kann derart eine Kunststofffolie mit mehreren Schichten auf ihrer Oberfläche versehen werden, wobei als Behandlungsschritt auch ein Ätzprozess der Oberfläche denkbar ist, der beispielsweise der Beschichtung vorgelagert sein kann, um die Haftung der abzuscheidenden Schicht auf der Oberfläche des Substrats zu verbessern.
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In Abhängigkeit von der verwendeten Beschichtungsquelle kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Beschichtungsquellen in jeweils einem Kompartment angeordnet sind, das zur Gasseparation der jeweiligen Beschichtungsquelle gegenüber der Prozesskammer geeignet ist.
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Neben den benannten Beschichtungsquellen kann auch andere zusätzlich benötigte Prozesstechnik in der Peripherie der Kühlwalze angeordnet werden. Hinsichtlich der Montage der Prozesstechnik können zwei Gruppen unterschieden werden. So ist Prozesstechnik bekannt, die vor dem Verschließen der Kammerwand einer Prozesskammer in der Prozesskammer angeordnet wird. Die andere Gruppe von Prozesstechnik kann auch noch nach oder mit dem Verschließen der Kammerwand in der Prozesskammer angeordnet werden, indem diese Prozesstechnik durch eine Öffnung in der Kammerwand in die Prozesskammer bringbar ist, wobei diese Prozesstechnik einseitig nach Art eines Kragträgers (Cantilever) an der Kammerwand selbst gehaltert ist.
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Aus
DE 101 57 186 C1 ist eine Vakuumbeschichtungsanlage der eingangs genannten Art bekannt, bei der der Walzenstuhl für den Abwickel auf einem ersten Befestigungspunkt in der ersten Haspelkammer, der Prozesswalzenstuhl auf einem zweiten und einem dritten Befestigungspunkt in der Prozesskammer und der Walzenstuhl für den Aufwickel auf einem vierten Befestigungspunkt in der zweiten Haspelkammer befestigt ist.
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Je nach dem konkret durchzuführenden Prozess, d.h. der Abfolge der Verfahrensschritte und ihrer Parameter, den Substrateigenschaften, dem verwendeten Targetmaterial und dem Verfahrensmodus, beispielsweise DC oder AC Mode, muss eine definierte Substrattemperatur erreicht und während des Beschichtungsprozesses gehalten werden. Dabei spielen physikalische und dynamische Konstanten und Variable, wie beispielsweise die Wärmekapazität des Substrats, Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Substrat und Anlagenkomponenten wie Umlenkwalzen, Heizwalzen, Kühlwalzen usw., die Transportgeschwindigkeit des Substrats, der Anpressdruck des Substrates an die Oberflächen von Umlenkwalzen, Heizwalzen, Kühlwalzen usw., eine wesentliche Rolle.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, bekannte Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlagen dahingehend zu verbessern, dass eine aktive Beeinflussung der Substrattemperatur auf einfache Weise ermöglicht wird.
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Hierzu wird eine Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage vorgeschlagen, die eine evakuierbare Anlagenkammer umfasst, in der eine Anordnung von Führungswalzen zur Führung des Bandsubstrats entlang eines Transportpfads sowie mindestens eine Substratbehandlungseinrichtung angeordnet sind, wobei die Anordnung von Führungswalzen mindestens eine Gruppe von drei achsparallel zueinander ausgerichteten Führungswalzen aufweist, die entlang des Transportpfads unmittelbar hintereinander angeordnet sind, wobei die mittlere Führungswalze aktiv temperierbar ist, und wobei mindestens eine der beiden anderen, vor und hinter der mittleren Führungswalze angeordneten Führungswalzen senkrecht zu ihrer Längsachse relativ zu der mittleren Führungswalze beweglich angeordnet ist.
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Diese Beweglichkeit der vor der mittleren Führungswalze angeordneten Führungswalze oder/und der hinter der mittleren Führungswalze angeordneten Führungswalze bewirkt, dass der Umschlingungswinkel des Bandsubstrats bezüglich der aktiv temperierbaren Führungswalze verändert wird, so dass die Größe der Berührungsfläche zwischen dem Bandsubstrat und der aktiv temperierbaren Führungswalze aktiv beeinflusst werden kann.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die aktiv temperierbare Führungswalze eine Kühlwalze ist und mindestens eine Substratbehandlungseinrichtung unter Bildung eines Spalts, durch den das Bandsubstrat geführt wird, mit einem Abstand zur Mantelfläche der Kühlwalze angeordnet ist. In diesem Fall dient die mittlere Führungswalze dazu, die Temperatur im Bereich der Substratbehandlung durch Abtransport der anfallenden Prozesswärme konstant zu halten.
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Die mindestens eine Substratbehandlungseinrichtung kann beispielsweise ein Sputtermagnetron sein, das vorteilhaft in einem Gehäuse angeordnet sein kann. Dabei kann das Gehäuse separat evakuierbar sein, um den Druck in unmittelbarer Umgebung der Substratbehandlung einstellen zu können.
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Die Beweglichkeit der vor und hinter der mittleren Führungswalze angeordneten Führungswalzen kann dadurch realisiert sein, dass die mindestens eine beweglich angeordnete Führungswalze einen Exzenterantrieb aufweist.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass beide vor und hinter der mittleren Führungswalze angeordneten Führungswalzen relativ zu der mittleren Führungswalze beweglich angeordnet sind. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass beide vor und hinter der mittleren Führungswalze angeordneten Führungswalzen unabhängig voneinander bewegbar sind.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann weiterhin vorgesehen sein, dass entlang des Transportpfads unmittelbar vor und hinter der Gruppe der drei Führungswalzen je eine Breitstreckwalze, also beispielsweise eine leicht tonnenförmige Walze, angeordnet ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine Ansicht der Führungswalzen im Bereich der Gruppe von drei aufeinanderfolgenden Führungswalzen.
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Von den im Transportpfad des Substrats 1 angeordneten Führungswalzen 4, 5 und 6 ist die mittlere Führungswalze aktiv temperierbar, im Ausführungsbeispiel kühlbar. Das Bandsubstrat 1 bewegt sich im Betrieb der Anlage von der rechten Seite der Darstellung zur linken Seite.
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Zunächst wird das Bandsubstrat 1 über eine stationäre Führungswalze 2 geleitet, anschließend über eine ebenfalls stationär angeordnete Breitstreckwalze 3. Dann tritt das Bandsubstrat 1 in den Bereich der drei aufeinanderfolgenden Führungswalzen 4, 5, 6 ein. Die mittlere Führungswalze 6 hat einen deutlich größeren Durchmesser als alle anderen Führungswalzen 2, 3, 4 und 5.
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Über den Umfang der mittleren Führungswalze 6 sind mehrere, hier nicht dargestellte Substratbehandlungseinrichtungen mit geringem Abstand zur Mantelfläche der mittleren Führungswalze 6 verteilt. Das Bandsubstrat 1 wird durch den so gebildeten Spalt bewegt und dabei durch die Substratbehandlungseinrichtungen behandelt, beispielsweise aktiviert oder/und geätzt oder/und beschichtet.
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Die mittlere Führungswalze 6 kann durch ein hindurchgeleitetes Kühlmittel steuerbar gekühlt werden, um die bei der Substratbehandlung anfallende Wärme abzuführen und so die Substrattemperatur konstant zu halten.
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Nach dem Verlassen des Bereichs der drei aufeinanderfolgenden Führungswalzen 4, 5, 6 wird das Bandsubstrat 1 über eine stationäre Breitstreckwalze 3 geleitet, anschließend über eine ebenfalls stationär angeordnete Führungswalze 2.
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Die Kontaktfläche zwischen Substrat und mittlerer Führungswalze 6 kann um die mit dem Bezugszeichen 7 bezeichneten Beträge dadurch vergrößert oder verkleinert werden, dass die Führungswalzen 4 und 5 in verschiedene Stellungen 4a, 4b beziehungsweise 5a, 5b bewegt werden können. Durch diese Bewegung der Führungswalzen 4, 5 senkrecht zu ihrer jeweiligen Symmetrieachse wird der Umschlingungswinkel des Bandsubstrats bezüglich der mittleren Führungswalze 6 direkt beeinflusst.
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Die Verstellung der beweglichen Führungswalzen 4 und 5 erfolgt über Exzenterantriebe, so dass sich die beweglichen Führungswalzen 4 und 5 im Ausführungsbeispiel mit konstantem Abstand zur Oberfläche der mittleren Führungswalze 6 bewegen. Durch die getrennte Ansteuerbarkeit der beweglichen Führungswalzen 4 und 5 besteht auch die Möglichkeit, eingangsseitig oder ausgangsseitig verschiedene Stellungen anzufahren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bandsubstrat
- 2
- stationäre Führungswalze
- 3
- Breitstreckwalze
- 4
- bewegliche Führungswalze
- 5
- bewegliche Führungswalze
- 6
- aktiv temperierbare Führungswalze
- 7
- Änderung des Umschlingungswinkels
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19735603 C1 [0005]
- DE 10157186 C1 [0010]
