WO2006102913A1 - Vorrichtung und verfahren zum beschichten von substraten - Google Patents

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WO2006102913A1
WO2006102913A1 PCT/EP2005/003363 EP2005003363W WO2006102913A1 WO 2006102913 A1 WO2006102913 A1 WO 2006102913A1 EP 2005003363 W EP2005003363 W EP 2005003363W WO 2006102913 A1 WO2006102913 A1 WO 2006102913A1
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substrates
chamber
coating
coating chamber
transport
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PCT/EP2005/003363
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Thomas Gebele
Reiner Gertmann
Helmut Grimm
Volker Hacker
Thomas Hegemann
Franz-Josef Helle
Jürgen Henrich
Lutz Kampmann
Jörg KREMPEL-HESSE
Klaus Michael
Peter Sauer
Tobias Stolley
Elisabeth Sommer
Anton Zmelty
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Applied Materials Gmbh & Co. Kg
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05D7/02—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to macromolecular substances, e.g. rubber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
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    • C23C14/568—Transferring the substrates through a series of coating stations
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Definitions

  • the invention relates to a device according to claim 1 and a method according to claim 16.
  • Plastics, e.g. B. PET are not completely gas and liquid-tight, so that plastic bottles and the like often have to be provided with a barrier layer in order to prevent the loss of gases such as CO 2 or aromatic substances or the absorption of gases, e.g. B. O 2 to prevent from the environment.
  • a barrier layer system made of several materials can also be used. Si oxides, metals, metal oxides and nitrides are preferred as barrier materials.
  • Some containers are provided with a decorative layer or a decorative layer system instead of a barrier layer.
  • Other containers are provided with a barrier layer and also with a decorative layer. All metals and their alloys can be used for decorative coatings.
  • Polymer layers for surface sealing are also known. Suitable materials for these layers are monomers which can be polymerized by means of UV light or electron radiation.
  • the containers In order to be able to carry out the coatings mentioned, the containers must be introduced into coating chambers, which are usually vacuum chambers. Special transport devices are required for this. Transport devices are already known with which three-dimensional objects can be transported from a first area to a second area (DE 38 01 061 A1, AT 001 964 Ul, US 6 588 989 B2). However, these transport systems are not suitable for vacuum coating systems.
  • a transport device is known from DE 198 07 032 A1, in which an endless conveyor belt is provided for the transport of substrates, the
  • Conveyor belt is arranged spatially in relation to a coating source of a vacuum coating chamber such that a coherent surface layer can be deposited from the material cloud generated by the coating source on the substrates held on the conveyor belt during two successive coating phases.
  • the substrates are used during a first Coating phase essentially aligned with its cylindrical surface and during a second coating phase with at least one cylinder base to the coating source. In order to coat the lateral surfaces of the substrates uniformly, these substrates are rotated about their cylinder axis during their transport.
  • the invention has for its object to provide a transport device for substrates, which transports the substrates through different coating areas with different pressures.
  • the invention thus relates to an apparatus and a method for coating substrates, in particular plastic bottles.
  • the substrates are introduced from the atmosphere through a special lock system in vacuum and coated there. Several layers can be applied, but at least one layer is applied. After coating, the substrates are returned to the atmosphere via the same lock system.
  • the lock system has a lock wheel, which has recesses on its circumference for receiving substrates. There are sealing rails between the individual recesses, which enable sealing against vacuum chambers.
  • the advantage achieved with the invention is that the substrates are introduced from the atmosphere into a vacuum chamber via a lock system and coated or partially coated there.
  • the coated substrates are brought back into the atmosphere via the same lock system.
  • Vertical sealing rails and two circumferential sealing strips ensure that the vacuum chamber is sealed against atmospheric pressure. This structure allows a transport speed of 20,000 substrates per hour.
  • An additional partition in the transfer chamber can eliminate the disadvantages that arise when using a two-stage lock system.
  • Figure 1 shows a system for coating a substrate, in particular a container made of plastic.
  • Fig. 2 shows a monomer coating device
  • FIG. 1 shows a coating system 1 with a front table 2, on which incoming substrates, for example bottles to be coated, are divided and fed to a lock wheel 3. Further details on the structure of the lock wheel can be found in DE 198 07 031 A1.
  • the arrangement of two lock wheels arranged one behind the other is described in DE 10 2004 012 663.1.
  • Such a two-stage structure of lock wheels means that one stage no longer has to withstand the entire pressure difference between atmospheric pressure (1013 mbar) and vacuum pressure (approx. 1 - 5 • 10 '5 mbar).
  • the two-stage structure allows an intermediate pressure between the two lock wheels, which is adapted to the higher transport speed, in the range from a few millibars to a few tenths of a millibar.
  • Such a structure allows seals with reduced contact pressure, so that the life of these seals is not reduced at high transport speeds.
  • the substrates are fed by means of an air drive 4, 5 to an inlet star 6, which divides the substrate stream and forwards the substrates to a dividing delay star 9.
  • the graduation delay star 9 brings the substrates to the lock wheel division and transfers the substrates to the lock wheel 3.
  • the returning and coated substrates are transferred from the lock wheel 3 to a inflation delay star 7, which feeds them to a discharge conveyor 8.
  • the front table 2 is surrounded by a protective housing 10.
  • the lock wheel 3 has cutouts on its circumference into which the substrates are inserted.
  • the recesses are laterally limited by sealing rails.
  • the upper and the lower circular edge of the lock wheel 3 also have seals which are not shown in FIG. 1 but are disclosed by DE 198 07 031 A1.
  • the reference number 11 denotes that area of the coating system 1 which serves as the transfer chamber 12.
  • the substrate coating system 1 consists of several areas arranged in a row.
  • the transfer chamber 12 adjoins the front table 2, followed by a coating chamber 13.
  • a metallization chamber 14 forms the end.
  • the coating chamber 13 and the metallization chamber 14 can be subdivided into a flow region and a return region. These areas are formed, for example, by partitions running horizontally in FIG. 1. Such a partition 57 is shown for the coating chamber 13.
  • On the circumference of the lock drum 3 there are several pump connections 15 to 19 or 20 to 24, which are connected to pumps, not shown, which suck off the air flowing in through a gap between the substrates and lock drum 8. The spaces between the individual substrates are therefore pumped out.
  • the substrates 25, 26 etc. are aligned by deflecting drums 27, 28 such that the substrates 25, 26 running parallel to the return substrates
  • Transfer chamber 12 the pressure is pumped down to process chamber level, whereby also the air flowing in through the gaps between the lock drum 3 and the substrates is sucked in despite pumping.
  • a coating device 31 with which a monomer layer is applied to the substrates 25, 26. Details on this are described in connection with FIG. 2.
  • the monomer vapor is passed into the coating chamber 13 to one or more evaporation nozzles 32, 33 and from there directed onto the surface of the substrates 25, 26 etc. to be vaporized in order to condense there.
  • the coating chamber 13 is shielded by a heated box 34, which surrounds the entire local vaporization volume, and is protected against contamination.
  • the substrates are led into this vaporization volume through the opening 35 in a wall 37 and out again through the opening 38 in a wall 40.
  • the monomer layer applied to the substrates is crosslinked by means of the electrons from electron beam guns 41, 42 to form a first polymer layer.
  • the substrates 25, 26 receive a metal, metal oxide or metal nitride layer in a subsequent sputtering station 14, which can likewise be divided in two for the forward and return flow.
  • the sputtering takes place by means of a planar cathode 43, which is held by several holders 44, 45.
  • a cathode with a tubular target can also be used, the target material being deposited from the inner surface of the tube.
  • the substrates 25, 26 are then deflected through a deflection roller 46 by 180 degrees and provided with a metal, metal oxide or metal nitride layer or the like by means of a further sputtering planar cathode 47.
  • a partition can be provided between the targets 43, 47, running parallel to the targets, which functionally corresponds to the partition 57.
  • the substrates After the substrates have been provided with a second sputter layer, they reach the coating chamber 13 via an opening 39 in the wall 40, where they are provided with a second monomer layer by means of a coating device 48. This second monomer layer is cured by means of the electrons from electron beam guns 51, 52 or by means of UV rays.
  • the substrates 25, 26 now return to the transfer chamber 12, where they are deflected via the deflecting rollers 28, 53 and are moved in as substrates 29, 30 into the input chamber or onto the front table 2.
  • partition walls 54, 37, 40 are provided between the individual chambers 2, 12, 13, 14, an additional partition wall 55 being provided in chamber 12. is seen.
  • This partition 55 is required if a two-stage structure of the lock wheels is selected, as described in DE 10 2004 012 663.1. While this two-stage structure solves the problem of pressure separation between the vacuum area and the atmosphere at a very high transport speed, a solution has to be found for the increased pressure due to the outgassing of the increased number of containers in a vacuum immediately after the infeed.
  • This solution consists in the additional partition 55, which keeps the additional gas load from the actual coating area and in which this gas load can be pumped out by means of additional vacuum pumps.
  • the partitions 54, 37, 40, 55 there are openings which have a contour which is larger than the outer contour of the substrates. Different gas pressures prevail in the chambers 2, 12, 13, 14.
  • a device 48 for coating the substrates by means of monomers is shown in more detail in FIG. 2.
  • This device 48 is located in the vacuum chamber 13, not shown in FIG. 2.
  • a liquid monomer or monomer mixture is hereby injected from a storage container 60 through a hose 61 through a nozzle 62 into a heated boiler 63 in the form of very small drops. Since the reservoir 60 is under atmospheric pressure and the boiler 63 is connected to the vacuum system, the liquid monomer is conveyed by this pressure difference. When the drops hit the hot wall of the boiler, the monomer or the monomer mixture evaporates instantaneously.
  • the monomer vapor is conducted into the vacuum chamber to evaporation nozzles 49, 50 via heated pipes.
  • the monomer vapor emerging from these evaporation nozzles 49, 50 is directed onto the surfaces of the substrates 66 to 68 to be vaporized in order to condense there.
  • the applied monomer layer is then processed by UV light or electron beams.
  • a sputtered barrier layer e.g. B. from S-oxides, metals, metal oxides or nitrides or mixtures thereof, preferably Al metals or Al oxides and Al oxynitrides. All metals and / or their mixtures can be sputtered for decorative coatings.
  • a two-layer structure can also be carried out, which in addition to a barrier or decorative layer also has a final polymer layer for surface sealing.
  • a first polymer barrier layer is applied, for example in order to level out surface roughness of the substrate. This is followed by a barrier layer, which is then closed off by a polymer layer.
  • a decorative layer is also applied to the barrier layer, so that the first polymer layer - barrier layer - decorative layer - polymer protective layer results.
  • the substrates three-dimensional, e.g. B. PET bottles they rotate about their axis during transport through the various chambers, so that their entire surface is vaporized. With the aid of a device according to DE 198 07 032 Al, the bottoms of the bottles can also be coated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von Substraten, insbesondere von Flaschen aus Kunststoff. Die Substrate (2, 5) werden dabei von Atmosphäre über ein spezielles Schleusensystem (2) in Vakuum eingeführt und dort beschichtet. Es können mehrere Schichten aufgetragen werden, mindestens wird jedoch eine Schicht aufgetragen. Nach der Beschichtung werden die Substrate über dasselbe Schleusensystem wieder an die Atmosphäre verbracht. Das Schleusensystem weist ein Schleusenrad (3) auf, das auf seinem Umfang Ausnehmungen für die Aufnahme von Substraten besitzt. Zwischen den einzelnen Ausnehmungen befinden sich Dichtungsschienen, die eine Abdichtung gegenüber Vakuumkammern ermöglichen.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM BESCHICHTEN VON SUBSTRATEN Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 16.
Kunststoffe, z. B. PET, sind nicht ganz gas- und flüssigkeitsdicht, sodass Kunststoffflaschen und dergleichen oft mit einer Barriereschicht versehen werden müssen, um den Verlust von Gasen wie CO2 oder Aromastoffen oder die Aufnahme von Gasen, z. B. O2, aus der Umgebung zu verhindern. Statt einer einzigen Barriereschicht aus nur einem Material kann auch ein Barriereschichtsystem aus mehreren Materialien verwendet werden. Als Barrierematerialien kommen vorzugsweise Si-Oxide, Metalle, Metall-Oxide und Nitride in Frage. Manche Behälter werden statt mit einer Barriereschicht mit einer Dekorschicht oder einem Dekorschicht-System versehen. Andere Behälter werden mit einer Barriereschicht und zusätzlich mit einer Dekorschicht versehen. Für dekorative Beschichtungen können alle Metalle und deren Legierungen verwendet werden.
Bekannt sind auch Polymerschichten zur Oberflächenversiegelung. Als Materialien für diese Schichten kommen Monomere in Frage, die mittels UV-Licht oder Elektronenbestrahlung polymerisiert werden können.
Um die erwähnten Beschichtungen vornehmen zu können, müssen die Behälter in Beschichtungskammern eingebracht werden, bei denen es sich in der Regel um Vakuumkammern handelt. Hierfür sind besondere Transportvorrichtungen erforderlich. Es sind bereits Transportvorrichtungen bekannt, mit denen dreidimensionale Gegenstände von einem ersten Bereich zu einem zweiten Bereich transportiert werden können (DE 38 01 061 Al, AT 001 964 Ul, US 6 588 989 B2). Diese Transportsysteme sind jedoch nicht für Vakuum-Beschichtungsanlagen geeignet.
Weiterhin ist eine Transportvorrichtung aus der DE 198 07 032 Al bekannt, bei welcher ein Endlostransportband zum Transport von Substraten vorgesehen ist, wobei das
Transportband derart räumlich in Bezug zu einer Beschichtungsquelle einer Vakuum- beschichtungskammer angeordnet ist, dass auf die am Transportband gehaltenen Substrate während zwei in zeitlicher Abfolge aufeinander folgenden Beschichtungsphasen eine zusammenhängende Flächenschicht aus der von der Beschichtungsquelle erzeugten Materialwolke abscheidbar ist. Die Substrate werden dabei während einer ersten Beschichtungsphase im Wesentlichen mit ihrer Zylindermantelfläche und während einer zweiten Beschichtungsphase mit mindestens einem Zylinderboden zur Beschichtungs- quelle ausgerichtet. Um die Mantelflächen der Substrate gleichmäßig zu beschichten, werden diese Substrate während ihres Transports um ihre Zylinderachse gedreht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transportvorrichtung für Substrate zu schaffen, welche die Substrate durch verschiedene Beschichtungsbereiche mit unterschiedlichen Drücken transportiert.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 16 gelöst.
Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von Substraten, insbesondere von Flaschen aus Kunststoff. Die Substrate werden dabei von Atmosphäre über ein spezielles Schleusensystem in Vakuum eingeführt und dort beschichtet. Es können mehrere Schichten aufgetragen werden, mindestens wird jedoch eine Schicht aufgetragen. Nach der Beschichtung werden die Substrate über dasselbe Schleusensystem wieder an die Atmosphäre verbracht. Das Schleusensystem weist ein Schleusenrad auf, das auf seinem Umfang Ausnehmungen für die Aufnahme von Substraten besitzt. Zwischen den einzelnen Ausnehmungen befinden sich Dichtungsschienen, die eine Abdichtung gegenüber Vakuumkammern ermöglichen.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass die Substrate aus der Atmosphäre über ein Schleusensystem in eine Vakuumkammer eingeführt und dort beschichtet oder teilbeschichtet werden. Über dasselbe Schleusensystem werden die beschichteten Substrate wieder in die Atmosphäre gebracht. Dabei sorgen vertikale Dichtungsschienen und zwei umlaufende Dichtungsbänder für die Abdichtung der Vakuumkammer gegenüber dem Atmosphärendruck. Dieser Aufbau erlaubt eine Transportgeschwindigkeit von 20000 Substraten pro Stunde. Durch eine zusätzliche Trennwand in der Transferkammer können die Nachteile beseitigt werden, die sich bei der Verwendung einer zweistufigen Schleusenanlage ergeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Anlage zum Beschichten eines Substrats, insbesondere eines Behälters aus Kunststoff;
Fig. 2 eine Monomer-Beschichtungsvorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt eine Beschichtungsanlage 1 mit einem Vortisch 2, auf dem ankommende Substrate, beispielsweise zu beschichtende Flaschen, aufgeteilt und einem Schleusenrad 3 zugeführt werden. Nähere Einzelheiten über den Aufbau des Schleusenrads können der DE 198 07 031 Al entnommen werden. Die Anordnung von zwei hintereinander angeordneten Schleusenrädern ist in DE 10 2004 012 663.1 beschrieben. Ein solcher zweistufiger Aufbau von Schleusenrädern ermöglicht es, dass eine Stufe nicht mehr die gesamte Druckdifferenz zwischen Atmosphärendruck (1013 mbar) und dem Vakuumdruck (ca. 1 - 5 • 10'5 mbar) aushalten muss. Der zwei- stufige Aufbau erlaubt einen der höheren Transportgeschwindigkeit angepassten Zwischendruck zwischen den beiden Schleusenrädern im Bereich von einigen Millibar bis zu einigen Zehntelmillibar. Ein solcher Aufbau gestattet Dichtungen mit reduziertem Anpressdruck, sodass bei hoher Transportgeschwindigkeit die Lebensdauer dieser Dichtungen nicht reduziert wird. Die Substrate werden hierbei mittels eines Luftantriebs 4, 5 einem Einlaufstern 6 zugeleitet, der den Substratstrom teilt und die Substrate an einen Teilungsverzugsstern 9 weitergibt. Der Teilungsverzugsstern 9 bringt die Substrate auf Schleusenradteilung und übergibt die Substrate an das Schleusenrad 3. Die zurückkommenden und beschichteten Substrate werden von dem Schleusenrad 3 an einen Teüungsverzugsstern 7 übergeben, der sie einem Ausförderer 8 zuführt. Der Vortisch 2 ist von einem Schutzgehäuse 10 umgeben. Das Schleusenrad 3 weist auf seinem Umfang Aussparungen auf, in welche die Substrate eingegeben werden. Die Aussparungen werden seitlich durch Dichtungsschienen begrenzt. Der obere und der untere kreisförmige Rand des Schleusenrads 3 weisen ebenfalls Dichtungen auf, die in der Fig. 1 nicht dargestellt, aber durch die DE 198 07 031 Al offenbart sind.
Mit der Bezugszahl 11 ist derjenige Bereich der Beschichtungsanlage 1 bezeichnet, der als Transferkammer 12 dient.
Die Substrat-Beschichtungsanlage 1 besteht aus mehreren in einer Reihe angeordneten Bereichen. An den Vortisch 2 schließt die Transferkammer 12 an, auf die eine Beschich- tungskammer 13 folgt. Den Abschluss bildet eine Metallisierungskammer 14. Die Be- schichtungskammer 13 und die Metallisierungskammer 14 können dabei in einen Vorlauf - und in einen Rücklaufbereich unterteilt sein. Diese Bereiche werden beispielsweise durch in der Fig. 1 horizontal verlaufende Trennwände gebildet. Eine solche Trennwand 57 ist für die Beschichtungskammer 13 dargestellt. Auf dem Umfang der Schleusentrommel 3 befinden sich mehrere Pumpstutzen 15 bis 19 bzw. 20 bis 24, die mit nicht dargestellten Pumpen verbunden sind, welche die durch einen Spalt zwischen den Substraten und Schleusentrommel 8 einströmende Luft absaugen. Es werden also die Zwischenräume zwischen den einzelnen Substraten abgepumpt.
In der Transferkammer 12 werden die Substrate 25, 26 etc. durch Umlenktrommeln 27, 28 so ausgerichtet, dass die hinlaufenden Substrate 25, 26 parallel zu den rücklaufenden
Substraten 29, 30 etc. verlaufen. In der durch nicht dargestellte Pumpen evakuierbaren
Transferkammer 12 wird der Druck auf Prozesskammerniveau heruntergepumpt, wobei auch die durch die Spalten zwischen Schleusentrommel 3 und Substraten trotz Abpumpen dennoch hereinströmende Luft abgesaugt wird.
In dem Hinlauf-Bereich der Beschichtungskammer 13 befindet sich eine Beschichtungs- Vorrichtung 31, mit der auf die Substrate 25, 26 eine Monomerschicht aufgetragen wird. Einzelheiten hierzu werden im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben. Der Monomer- dampf wird in die Beschichtungskammer 13 zu einer oder mehreren Verdampfungsdüsen 32, 33 geleitet und von dort auf die zu bedampfende Oberfläche der Substrate 25, 26 etc. gerichtet, um dort zu kondensieren.
Die Beschichtungskammer 13 wird dabei durch einen geheizten Kasten 34, der das gesamte örtliche Bedampfungsvolumen umgibt, abgeschirmt und gegen Verschmutzung geschützt. Durch die Öffnung 35 in einer Wand 37 werden die Substrate in dieses Bedampfungsvolumen hinein und gegenüber wieder durch die Öffnung 38 in einer Wand 40 herausgeführt.
Die auf die Substrate aufgetragene Monomerschicht wird mittels der Elektronen von Elek- tronenstrahlkanonen 41, 42 zu einer ersten Polymerschicht vernetzt. Es ist indessen auch möglich, eine solche Vernetzung mittels UV-Licht vorzunehmen.
In einer sich anschließenden Sputterstation 14, die ebenfalls für Vor- und Rücklauf zweigeteilt sein kann, erhalten die Substrate 25, 26 eine Metall-, Metalloxid- oder Metallnitridschicht. Das Sputtern erfolgt mittels einer Planarkathode 43, die durch mehrere HaI- terungen 44, 45 gehalten wird. Es kann jedoch auch eine Kathode mit rohrförmigem Target verwendet werden, wobei das Targetmaterial von der Innenfläche des Rohres abgeschieden wird.
Die Substrate 25, 26 werden sodann über eine Umlenkrolle 46 um 180 Grad umgelenkt und mittels einer weiteren Sputter-Planarkathode 47 mit einer Metall-, Metalloxid- oder Metallnitridschicht oder dergleichen versehen. Zwischen den Targets 43, 47 kann - parallel zu den Targets verlaufend - eine Trennwand vorgesehen sein, die funktionsmäßig der Trennwand 57 entspricht.
Nachdem die Substrate mit einer zweiten Sputterschicht versehen sind, gelangen sie über eine Öffnung 39 in der Wand 40 wieder in die Beschichtungskammer 13, wo sie mittels einer Beschichtungsvorrichtung 48 mit einer zweiten Monomerschicht versehen werden. Diese zweite Monomerschicht wird mittels der Elektronen von Elektronenstrahlkanonen 51, 52 oder mittels UV-Strahlen ausgehärtet. Die Substrate 25, 26 gelangen nun wieder in die Transferkammer 12, wo sie über die Umlenkrollen 28, 53 umgelenkt und als Substrate 29, 30 in die Eingangskammer bzw. auf den Vortisch 2 eingefahren werden. Wie bereits erwähnt, sind zwischen den einzelnen Kammern 2, 12, 13, 14 Trennwände 54, 37, 40 vorgesehen, wobei in der Kammer 12 noch eine zusätzliche Trennwand 55 vor- gesehen ist. Diese Trennwand 55 ist erforderlich, wenn ein zweistufiger Aufbau der Schleusenräder gewählt wird, wie er in der DE 10 2004 012 663.1 beschrieben ist. Während dieser zweistufige Aufbau das Problem der Drucktrennung zwischen Vakuumbereich und Atmosphäre bei sehr hoher Transportgeschwindigkeit löst, muss für den nun erhöht anfallenden Druck durch das Ausgasen der erhöhten Anzahl von Behältern im Vakuum direkt nach dem Einschleusen eine Lösung gefunden werden. Diese Lösung besteht in der zusätzlichen Trennwand 55, welche die zusätzlich anfallende Gaslast von dem eigentlichen Beschichtungsbereich abhält und in der durch zusätzliche Vakuumpumpen diese Gaslast abgepumpt werden kann. In den Trennwänden 54, 37, 40, 55 befinden sich Öffnungen, die eine Kontur aufweisen, die größer als die äußere Kontur der Substrate ist. In den Kammern 2, 12, 13, 14 herrschen verschiedene Gasdrücke. Während in der Schleusenkammer 2 im gefluteten Zustand noch Atmosphärendruck herrscht, der zum Einschleusen der Substrate 25, 26 an den Druck der Transferkammer 12 angeglichen wird, ist in der Transferkammer 12 der Druck erheblich geringer, um dann in der Prozesskammer 13 extrem niedrig zu sein. Das Hochvakuum der Prozesskammer 13 wird beispielsweise durch Diffusionspumpen erzeugt. Transferkammer 12 und Prozesskammer 13 bilden oft eine vakuumtechnische Einheit und werden gemeinsam mittels Hochvakuumpumpen evakuiert.
In der Fig. 2 ist eine Vorrichtung 48 zum Beschichten der Substrate mittels Monomeren näher dargestellt. Diese Vorrichtung 48 befindet sich in der in Fig. 2 nicht dargestellten Vakuumkammer 13. Ein flüssiges Monomer oder Monomergemisch wird hierbei aus einem Vorratsbehälter 60 durch einen Schlauch 61 über eine Düse 62 in einen beheizten Kessel 63 in Form von sehr kleinen Tropfen eingespritzt. Da der Vorratsbehälter 60 unter Atmosphärendruck steht und der Kessel 63 mit dem Vakuumsystem verbunden ist, wird das flüssige Monomer durch diese Druckdifferenz gefördert. Beim Auftreffen der Tropfen auf die heiße Kesselwand findet eine augenblickliche Verdampfung des Monomers bzw. der Monomermischung statt. Über beheizte Rohre wird der Monomerdampf in die Vakuumkammer zu Verdampfungsdüsen 49, 50 geleitet. Der aus diesen Verdampfungsdüsen 49, 50 austretende Monomerdampf wird auf die zu bedampfenden Oberflächen der Substrate 66 bis 68 gerichtet, um dort zu kondensieren.
Anschließend erfolgt eine Bearbeitung der aufgetragenen Monomerschicht durch UV-Licht oder Elektronenstrahlen.
Es versteht sich, dass bei der Beschichtung der Substrate nicht immer alle Beschichtungs- einrichtungen aktiviert werden müssen. So ist es beispielsweise möglich, bei dem Hinlauf der Substrate auf die Metallisierung mittels der Sputterkathode 43 zu verzichten und/oder beim Rücklauf der Substrate die Monomerbeschichtung mittels der Vorrichtung 48 nicht durchzuführen. Es ist auch möglich, die Substrate nur einmal mit einer gesputterten Barriereschicht z. B. aus S-Oxiden, Metallen, Metalloxiden oder -nitriden oder deren Mischungen zu versehen, vorzugsweise AI-Metallen bzw. AI-Oxiden und Al-Oxinitriden. Für dekorative Beschich- tungen können alle Metalle und/oder deren Mischungen gesputtert werden. Außer einem solchen Ein-Schicht-Aufbau kann auch ein Zwei-Schichten-Aufbau durchgeführt werden, der neben einer Barriere- oder Dekorschicht auch noch eine abschließende Polymerschicht zur Oberflächenversiegelung aufweist.
Bei einem Drei-Schichten- Aufbau wird eine erste Polymerbarriereschicht aufgebracht, um beispielsweise Oberflächenrauigkeiten des Substrats einzuebnen. Hierauf folgt dann eine Barriereschicht, die anschließend von einer Polymerschicht abgeschlossen wird.
Bei einem Vier-Schichten-Aufbau wird auf die Barriereschicht noch eine Dekorschicht aufgebracht, sodass sich die Schichtenfolge Erste Polymerschicht - Barriereschicht - Dekorschicht - Polymer-Schutzschicht ergibt.
Sind die Substrate dreidimensional, z. B. PET-Flaschen, so rotieren sie während ihres Transports durch die verschiedenen Kammern um ihre Achse, sodass ihre gesamte Oberfläche bedampft wird. Mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß DE 198 07 032 Al können auch noch die Böden der Flaschen beschichtet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Beschichten von Substraten mit einem die Substrate tragenden Transportsystem, das den Transportweg der Substrate an wenigstens einer Stelle um 180 Grad umlenkt, und mit einer Schleusenkammer, in welcher die unbeschichteten Substrate dem Transportsystem zugeführt und die beschichteten Substrate aufgenommen werden, gekennzeichnet durch a) eine Transferkammer (12) im Anschluss an die Schleusenkammer (2), b) eine erste Beschichtungskammer (13) im Anschluss an die Transferkammer (12), c) eine zweite Beschichtungskammer (14) im Anschluss an die erste Beschichtungs- kammer (13).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferkammer (12) durch eine Trennwand (55) in zwei Bereiche unterteilt ist und der der ersten Beschichtungskammer (13) zugewandte Bereich durch zusätzliche Vakuumpumpen evakuierbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Beschichtungskammern (13, 14) durch eine Trennwand (57) in eine Vorlaufkammer und eine Rücklaufkammer unterteilt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Beschichtungskammer (13) in Vorlaufrichtung des Transportsystems ein Verdampfer (31) und danach eine Strahlungsquelle (41, 42) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Beschichtungskammer (14) in Vorlaufrichtung des Transportsystems eine Sputtervoπϊchtung (43) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Beschichtungskammer (14) in Rücklaufrichtung des Transportsystems eine Sputtervorrichtung (47) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Beschichtungskammer (13) in Rücklaufrichtung des Transportsystems ein Verdampfer (48) und danach eine Strahlungsquelle (51, 52) vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ver- dampfer (31 , 48) ein Monomerverdampfer ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine UV-Lichtquelle ist.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine Elektronenstrahlkanone (42, 41; 51, 52) ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (31, 48) einen Behälter (60) mit dem zu verdampfenden Stoff aufweist, der über einen Schlauch (61) mit einer Düse (62) eines Vakuumkessels (63) verbunden ist, der mit Sprühdüsen (49, 50) in Verbindung steht, die gegenüber den zu besprühenden Substraten (66, 67) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumkessel (63) erhitzt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenkammer (2), die Transferkammer (12) und die erste und zweite Beschichtungskammer (13, 14) linear hintereinander angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Verdampfer (31 , 48) und/oder eine der Sputter- vorrichtungen (43, 47) während eines Beschichtungsvorgangs deaktiviert sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (55) bei einer zweistufigen Anordnung von Schleusenrädern (3) vorgesehen ist.
16. Verfahren zum Beschichten von Substraten, die mittels einer Transportvorrichtung nacheinander durch verschiedene Kammern bewegt werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) die Substrate werden bei ihrem Transport in Vorwärtsrichtung in einer ersten Beschichtungskammer (13) mit ersten Monomeren beschichtet; b) die ersten Monomere werden in der ersten Beschichtungskammer (13) polymerisiert; c) die Substrate werden bei ihrem Transport in Vorwärtsrichtung in einer zweiten Beschichtungskammer (13) mit einer ersten gesputterten Schicht versehen; d) die Substrate werden bei ihrem Transport in Rückwärtsrichtung in der zweiten Beschichtungskammer (14) mit einer zweiten gesputterten Schicht versehen; e) die Substrate werden bei ihrem Transport in Rückwärtsrichtung in der ersten Beschichtungskammer (13) mit zweiten Monomeren beschichtet; f) die zweiten Monomere werden in der ersten Beschichtungskammer (13) polymerisiert.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate vor dem Eintreten in die erste Beschichtungskammer (13) und nach dem Austreten aus dieser
Beschichtungskammer eine Transferkammer (12) durchlaufen.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate vor dem Eintreten in die Transferkammer (12) und nach dem Austreten aus dieser Transferkammer eine Schleusenkammer (2) durchlaufen.
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