WO2003046251A1 - Vakuumbeschichtungsanlage zum beschichten von bandförmigen material - Google Patents

Vakuumbeschichtungsanlage zum beschichten von bandförmigen material Download PDF

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WO2003046251A1
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reel
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roller mill
coating system
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Wolfgang Erbkamm
Hans-Christian Hecht
Hans-Jochen Student
Peter UNGÄNZ
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Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates

Definitions

  • the invention relates to a vacuum coating system for coating strip-like material in process chambers, in which in a first evacuable reel chamber a unwinding device with an unwinding of the strip-like material to be coated, which is arranged in a first roller mill, and in a second evacuable reel chamber, a winding device with a removable winding of the coated material, which is arranged in a second roller mill.
  • the strip-shaped material to be coated passes through at least one evacuable process chamber between the reel chambers, a process roller mill with guide devices for the strip-shaped material and a cooling roller being arranged in each process chamber, at least one magnetron sputter source being located above the surface of the latter.
  • Unwinding and rewinding are located in reel chambers.
  • the material to be coated is in the first reel chamber Unwind unrolled, fed to the coating process and then wound up in the second reel chamber.
  • Magnetron sputter sources are used for the coating of the band-shaped material, which are arranged so as to be horizontally adjustable relative to the respective cooling roller in order to be able to adjust them parallel to the axis.
  • the process chambers and the reel chambers are vacuum-separated from one another by means of belt valves in order to be able to work with different gases and with different pressures.
  • the strip-shaped material to be coated is transported through the strip valves.
  • the invention has for its object to increase the precision in the parallelism of all the rollers involved in the system.
  • the object is achieved in a vacuum coating system of the type mentioned in that the roller mill for unwinding on a first fastening point in the first reel chamber, the process roller mill on a second and a third fastening point in the process chamber, and the roller mill for the winding a fourth attachment point is attached in the second reel chamber.
  • the pressure difference between a reel chamber and the process chamber is a maximum of 50 Pa.
  • An attachment point is not necessarily to be understood as a point-like attachment point. Rather, the Attachment to the attachment point can also be carried out as a support surface or the like.
  • first and the second fastening point lie on both sides of a common fastening wall.
  • the third and the fourth fastening point lie on both sides of a common fastening wall.
  • first fastening point in the first reel chamber lies on a first separate fastening wall and the second fastening point in the process chamber on a second separate fastening wall.
  • the third fastening point in the process chamber is on a third separate fastening wall and the fourth fastening point in the second reel chamber is on a fourth separate fastening wall.
  • Separate mounting walls can be used if the individual assemblies, such as reel chambers or process chambers separate assemblies are to be manufactured and used. Due to the low pressure difference of 50 Pa according to the invention in the operating state of the system between the chambers, deformation of the walls lying at almost the same pressure is also minimized.
  • the precision in the alignment of the roller mills can furthermore be increased in that the first and the second fastening wall and / or the third and fourth fastening wall are mechanically connected to one another in a stabilizing manner.
  • the object is further achieved in that several cooling rolls are fastened in a common roll mill.
  • the process chamber is closed with a cover wall which contains openings in the region of the cooling rolls, which can each be closed vacuum-tight by doors.
  • the associated magnetron sputter sources are attached to the magnetron environment of a cooling roller on the doors, the doors have a chassis and can be moved away from the cooling roller. This means that if the process roller mill remains, the target change or maintenance work is made possible without dismantling the process chamber or the process roller mill.
  • the invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the associated Shows drawings
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a vacuum coating system in longitudinal section
  • Fig. 2 is an exploded perspective view.
  • the vacuum coating system consists of a process chamber 1, a reel chamber 2, in which there is an unwind 4, of the strip-like material 6 to be coated, and a reel chamber 3, in which a reel 5 is located.
  • Belt valves 7 and 8 are arranged between the process chamber 1 and the reel chambers 2 and 3, through which the belt-shaped material 6 is guided.
  • the first reel chamber 2 is separated from the process chamber 1 by a first common fastening wall 9 for both chambers.
  • a roller mill 11 and 12 respectively, which unwind the 4 and the rewinder 5 and Guide devices 13 for the material.
  • the process chamber 1 there is a process roller mill 14 in which two cooling rollers 15 and 16 with the associated guide devices 13 are fastened.
  • Magnetron sputter sources 17 are located above the surface of the cooling rollers 15 and 16 for coating the band-shaped material 6.
  • the unwinding roller mill 11 is placed on a first fastening point 18, in the reel chamber 2, on the first common fastening wall 9.
  • the second fastening point 19 is located on the same fastening wall 9 on the process chamber side.
  • the third fastening point 20 is also arranged in the process chamber 1 on a second common fastening wall 10.
  • the process roller mill 14 is on the second and third fastening points 19 and 20 hung up.
  • a second common fastening wall 10 separates the process chamber 1 from the second reel chamber 3.
  • the fourth fastening point 21 is located on this fastening wall 10 in the reel chamber 3.
  • the winding roller mill 12 is fastened.
  • a deformation of the common fastening walls 9 and 10 or the fastening points 18, 19, 20 and 21 is reduced by the pressure difference of at most 50 Pa between the process chamber 1 and a reel chamber 2 or 3.
  • the process chamber 1 is closed by a cover wall 22, in which there are openings 23 for doors 24.
  • the doors 24 can be closed in a vacuum-tight manner.
  • the magnetron environment including the magnetrons 25 of a cooling roller 15 or 16 is attached to the doors 24. Underneath the doors 24, trolleys 26 are mounted, via which the doors 24 can be moved away from the cooling roller 15 or 16 after opening.

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Abstract

Der Erfindung, die eine Vakuumbeschichtungsanlage zum Beschichten von bandförmigen Material (6) in Prozesskammern betrifft, bei der in einer ersten evakuierbaren Haspelkammer (2) eine Abwickeleinrichtung (4) mit einem ersten Walzenstuhl (11) angeordnet ist, und in einer zweiten evakuierbaren Haspelkammern (3) eine Aufwickeleinrichtung (5) mit einem zweiten Walzenstuhl (12) angeordnet ist, zwischen denen das zu beschichtende bandförmige Material mindestens eine evakuierbare Prozesskammer (1) durchläuft, wobei in der ein Prozesswalzenstuhl (14) mit Führungseinrichtungen für das bandförmige Material und eine Kühlwalze (15, 16) angeordnet ist, über deren Oberfläche sich mindestens eine Magnetronsputterquelle (17) befindet, liegt die Aufgabe zugrunde, die Präzision in der Parallelität aller, am Prozess beteiligter, Walzen zu erhöhen. Dies wird dadurch gelöst, dass der Abwickelwalzenstuhl, der Prozesswalzenstuhl und der Aufwickelwalzenstuhl in definierten Punkten (18, 19, 20, 21) befestigt werden und dass im Betriebszustand der Anlage eine Druckdifferenz, zwischen einer Haspelkammer und der Prozesskammer, maximal 50 Pa beträgt und/oder ein gemeinsamer Walzenstuhl für mehrere Kühlwalzen ausgeführt ist.

Description

Vakuumbeschichtungsanlage zum Beschichten von bandförmigen
Material
Die Erfindung betrifft eine Vakuumbeschichtungsanlage zum Beschichten von bandförmigen Material in Prozesskammern, bei der 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.
Aus der DE 197 35 603 Cl sind Vakuumbeschichtungsanlagen für bandförmige Materialien bekannt, die aus zwei Prozesskammern bestehen. 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.
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. Für die Beschichtung des bandförmigen Materials werden Magnetronsputterquellen verwendet, die horizontal zur jeweiligen Kühlwalze verstellbar angeordnet sind, um sie achsenparallel justieren zu können.
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.
Bei geringer werdenden Foliestärken reicht die Präzision der Justierbarkeit der Walzenstühle, die im Bereich von etwa 0,1 - 0,2 mm liegt, nicht mehr aus. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass es trotz exakter Justage der Walzenstühle, die regelmäßig unter atmosphärischen Bedingungen erfolgt, dennoch zu Fehlführungen des Substratmateriales im Prozess kommt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Präzision in der Parallelität aller an der Anlage beteiligten Walzen zu erhöhen.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Vakuumbeschichtungsanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass 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. Im Betriebszustand der Anlage beträgt die Druckdifferenz, zwischen einer Haspelkammer und der Prozesskammer, maximal 50 Pa.
Dabei ist ein Befestigungspunkt nicht notwendiger Weise als punktförmige Befestigungsstelle zu verstehen. Vielmehr kann die Befestigung an dem Befestigungspunkt auch als eine Auflagefläche o.a. ausgeführt werden.
Durch die Erfindung werden Deformationen bei der notwendigen Evakuierung der Haspelkammern und der Prozesskammer zumindest im Bereich der Befestigungsstellen vermieden. Dadurch können Abweichungen von der unter atmosphärischem Druck vorgenommenen Justage der Walzenstühle vermieden werden.
In einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Befestigungspunkt beiderseits einer gemeinsamen Befestigungswand liegen.
In einer weiteren günstigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der dritte und der vierte Befestigungspunkt beiderseits einer gemeinsamen Befestigungswand liegen.
Gemeinsame Befestigungswände bieten den Vorteil, dass die einander benachten Bezugspunkte unmittelbar miteinander mechanisch gekoppelt sind, so dass nahezu jegliche geometrische Abweichung vor und nach der Justage vermieden werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Befestigungspunkt in der ersten Haspelkammer an einer ersten separaten Befestigungswand und der zweite Befestigungspunkt in der Prozesskammer an einer zweiten separaten Befestigungswand liegen.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der dritte Befestigungspunkt in der Prozesskammer an einer dritten separaten Befestigungswand und der vierte Befestigungspunkt in der zweiten Haspelkammer an einer vierten separaten Befestigungswand liegen.
Separate Befestigungswände können eingesetzt werden, wenn die einzelnen Baugruppen, wie Haspelkammern oder Prozesskammer als separate Baugruppen hergestellt und eingesetzt werden sollen. Durch die erfindungsgemäß geringe Druckdifferenz von 50 Pa im Betriebszustand der Anlage zwischen den Kammern wird dann ebenfalls eine Deformation der auf nahezu gleichem Druck liegenden Wände minimiert.
Die Präzision bei der Ausrichtung der Walzenstühle kann weiterhin dadurch erhöht werden, dass die erste und die zweite Befestigungswand und/oder die dritte und vierte Befestigungswand einander stabilisierend, mechanisch miteinander verbunden sind.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe weiterhin dadurch gelöst, dass mehrere Kühlwalzen in einem gemeinsamen Walzenstuhl befestigt sind.
Damit entfällt zum einen die Justage von separaten Walzenstühle für die Kühlwalzen. Zum anderen können keine geometrischen Veränderungen zwischen den Führungen für die einzelnen Kühlwalzen auftreten.
In einer weiteren günstigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Prozesskammer mit einer Abdeckwand verschlossen ist, die im Bereich der Kühlwalzen Öffnungen beinhaltet, die jeweils durch Türen vakuumdicht verschließbar sind.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass an den Türen die zugehörigen Magnetronsputterquellen mit der Magnetronumgebung einer Kühlwalze befestigt sind, die Türen über ein Fahrwerk verfügen und von der Kühlwalze wegfahrbar sind. Damit wird, bei Verbleiben des Prozesswalzenstuhles, der Targetwechsel oder es werden Wartungsarbeiten ermöglicht, ohne die Prozesskammer oder den Prozesswalzenstuhl zu demontieren. Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Vakuumbeschichtungsanlage im Längsschnitt und
Fig. 2 eine perspektivische Explosivdarstellung.
Die Vakuumbeschichtungsanlage besteht aus einer Prozesskammer 1, einer Haspelkammer 2, in der sich ein Abwickel 4, des zu beschichtenden bandförmigen Materials 6, befindet und einer Haspelkammer 3, in der sich ein Aufwickel 5 befindet. Zwischen der Prozesskammer 1 und den Haspelkammern 2 und 3 sind Bandventile 7 und 8 angeordnet, durch die das bandförmige Material 6 geführt wird.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Trennung der ersten Haspelkammer 2 von der Prozesskammer 1 durch eine, für beide Kammern, erste gemeinsame Befestigungswand 9. In den Haspelkammern 2 und 3 befindet sich jeweils ein Walzenstuhl 11 und 12, der den Abwickel 4 bzw. den Aufwiekel 5 und Führungseinrichtungen 13 für das Material . In der Prozesskammer 1 befindet sich ein Prozesswalzenstuhl 14, in dem zwei Kühlwalzen 15 und 16 mit den dazugehörigen Führungseinrichtungen 13 befestigt sind. Zur Beschichtung des bandförmigen Materials 6 befinden sich Magnetronsputterquellen 17 über der Oberfläche der Kühlwalzen 15 und 16. Der Abwickelwalzenstuhl 11 ist auf einem ersten Befestigungspunkt 18, in der Haspelkammer 2, an der ersten gemeinsamen Befestigungswand 9, aufgelegt. Der zweite Befestigungspunkt 19 befindet sich an der gleichen Befestigungswand 9 auf der Prozesskammerseite .
Ebenfalls in der Prozesskammer 1 ist der dritte Befestigungspunkt 20 an einer zweiten gemeinsamen Befestigungswand 10 angeordnet. Der Prozesswalzenstuhl 14 ist auf dem zweiten und dritten Befestigungspunkt 19 und 20 aufgelegt. Eine zweite gemeinsame Befestigungswand 10 trennt die Prozesskammer 1 von der zweiten Haspelkammer 3. An dieser Befestigungswand 10 befindet sich in der Haspelkammer 3 der vierte Befestigungspunkt 21. In diesem Punkt ist der Aufwickelwalzenstuhl 12 befestigt. Eine Deformation der gemeinsamen Befestigungswände 9 und 10 bzw. der Befestigungspunkte 18, 19, 20 und 21 wird durch den Druckunterschied von maximal 50 Pa zwischen der Prozesskammer 1 und einer Haspelkammer 2 oder 3 verringert .
Die Prozesskammer 1 ist durch eine Abdeckwand 22 verschlossen, in welcher sich Öffnungen 23 für Türen 24 befinden. Die Türen 24 können vakuumdicht verschlossen werden. An den Türen 24 ist die Magnetronumgebung inklusive der Magnetrons 25 einer Kühlwalze 15 oder 16 befestigt. Unterhalb der Türen 24 sind Fahrwerke 26 montiert über die sich die Türen 24 nach dem öffnen von der Kühlwalze 15 oder 16 wegfahren lassen.
Vakuumbeschichtungsanlage zum Beschichten von bandförmigen
Material
Bezugszeichenliste
1 Prozesskammer
2 Haspelkammer (für den Abwickel)
3 Haspelkammer (für den Aufwickel)
4 Abwickel
5 Aufwickel
6 bandförmiges Material
7 Bandventil
8 Bandventil
9 Befestigungswand
10 Befestigungswand
11 Walzenstuhl
12 Walzenstuhl
13 Führungseinrichtung
14 Prozesswalzenstuhl
15 Kühlwalze
16 Kühlwalze
17 Magnetronsputterquelle
18 Erster Befestigungspunkt
19 Zweiter Befestigungspunkt
20 Dritter Befestigungspunkt
21 Vierter Befestigungspunkt
22 Abdeckwand
23 Öffnung
24 Türen
25 Magnetronumgebung mit Magnetronsputterquellen
26 Fahrwerk

Claims

Vakuumbeschichtungsanlage zum Beschichten von bandförmigenMaterialPatentansprüche
1. Vakuumbeschichtungsanlage zum Beschichten von bandförmigen Material in Prozesskammern, bei der 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 Aufwiekeleinrichtung mit einem herausnehmbaren Aufwickel des beschichteten Materials, der in einem zweiten Walzenstuhl angeordnet ist, zwischen denen das zu beschichtende bandförmige Material mindestens eine evakuierbare Prozesskammer durchläuft, 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, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenstuhl (11) für den Abwickel (4) auf einem ersten Befestigungspunkt (18) in der ersten Haspelkammer (2) , der Prozesswalzenstuhl (14) auf einem zweiten und einem dritten Befestigungspunkt (19; 20) in der Prozesskammer (1) und der Walzenstuhl (12) für den Aufwickel (5) auf einem vierten Befestigungspunkt (21) in der zweiten Haspelkammer (3) befestigt ist und dass im Betriebszustand der Anlage eine Druckdifferenz, zwischen einer Haspelkammer (2; 3) und der Prozesskammer (1), maximal 50 Pa beträgt.
2. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Befestigungspunkt (18; 19) beiderseits einer gemeinsamen Befestigungswand (9) liegen.
3. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte und der vierte Befestigungspunkt (20; 21) beiderseits einer gemeinsamen Befestigungswand (10) liegen.
4. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Befestigungspunkt (18) in der ersten Haspelkammer (2) an einer ersten Befestigungswand und der zweite Befestigungspunkt (19) in der Prozesskammer (1) an einer zweiten Befestigungswand liegen.
5. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Befestigungspunkt (20) in der Prozesskammer (1) an einer dritten Befestigungswand und der vierte Befestigungspunkt (21) in der zweiten Haspelkammer (3) an einer vierten Befestigungswand liegen.
6. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Befestigungswand und/oder die dritte und vierte Befestigungswand einander stabilisierend, mechanisch miteinander verbunden sind.
7. Vakuumbeschichtungsanlage zum Beschichten von bandförmigen Material in Prozesskammern, bei der 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 Aufwiekeleinrichtung mit einem herausnehmbaren Aufwickel des beschichteten Materials, der in einem zweiten Walzenstuhl angeordnet ist, zwischen denen das zu beschichtende bandförmige Material mindestens eine evakuierbare Prozesskammer durchläuft, 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, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kühlwalzen (15; 16) in einem gemeinsamen Prozesswalzenstuhl (14) befestigt sind.
8. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer (1) mit einer Abdeckwand (22) verschlossen ist, die im Bereich der Kühlwalzen (15; 16) Öffnungen (23) beinhaltet, die jeweils durch Türen (24) vakuumdicht verschließbar sind.
9. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Türen (24) die zugehörigen Magnetronsputterquellen mit der Magnetronumgebung (25) einer Kühlwalze (15; 16) befestigt sind, die Türen (24) über ein Fahrwerk (26) verfügen und von der Kühlwalze (15; 16) wegfahrbar sind.
PCT/DE2002/004300 2001-11-22 2002-11-22 Vakuumbeschichtungsanlage zum beschichten von bandförmigen material WO2003046251A1 (de)

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