DE102007031457A1

DE102007031457A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbringung einer Schicht eines Trennmittels auf ein Substrat

Info

Publication number: DE102007031457A1
Application number: DE102007031457A
Authority: DE
Inventors: Stephan KÜPER; Christopher Schmitt
Original assignee: Leybold Optics GmbH
Current assignee: Buehler Alzenau GmbH
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-01-08
Also published as: CN101337220A; US20090011127A1; EP2176440A2; WO2009003701A2; JP2010532426A; WO2009003701A3

Abstract

Bei einem Verfahren zur Aufbringung einer Schicht eines Trennmittels auf ein in einer Vakuumkammer bewegtes oder bewegbares Substrat, wobei das Trennmittel in dem Innenraum einer mit zumindest einer auf das Substrat gerichteten Düse versehenen Verdampferkammer verdampft wird, ist vorgesehen, dass das flüssige Trennmittel zur Verdampfung in den Innenraum der Verdampferkammer eingespritzt wird. Eine entsprechende Vorrichtung zur Aufbringung einer Schicht eines Trennmittels auf ein in einer Vakuumkammer bewegtes oder bewegbares Substrat, wobei die Vakuumkammer zumindest eine Metallverdampfereinrichtung aufweist, mit einer Verdampferkammer, welche mit zumindest einer auf das Substrat gerichteten Düse versehen ist, wobei das Trennmittel dem Innenraum der Verdampferkammer über eine Zufuhrleitung zuführbar ist, beinhaltet, dass die Zufuhrleitung mit einer Einspritzeinrichtung verbunden ist, mittels der das flüssige Trennmittel zur Verdampfung in den Innenraum der Verdampferkammer einspritzbar ist oder eingespritzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbringung einer Schicht eines Trennmittels auf ein in einer Vakuumkammer bewegtes oder bewegbares Substrat, wobei das Trennmittel in den Innenraum einer mit zumindest einer auf das Substrat gerichteten Düse versehenen Vakuumkammer verdampft wird oder verdampft bar ist.
Bei dem bewegten oder bewegbaren Substrat handelt es sich üblicherweise um ein bandförmiges Substrat, das in der Vakuumkammer einer Beschichtungsanlage mit einer Metallbeschichtung versehen wird. Bei der Durchführung der Beschichtung wird das Substrat an einer Metallbeschichtungseinrichtung vorbeigeführt und dabei über Walzen von einer Abwickelrolle auf eine Aufwickelrolle ab bzw. aufgewickelt.
Bei dem Trennmittel kann es sich Allgemeinen um Esther, Glykole, Fluorkohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffe handeln. Bevorzugt ist ein Perfluor-Polyether-Öl. Das Substrat wird an als Freistreifen bezeichneten Bereichen mit einer Maskierung durch Aufbringung des Trennmittels versehen, so dass diese Bereiche nicht mit Metall beschichtet werden.
Dem Inneren der Verdampferkammer für das Trennmittel kann über eine Zufuhrleitung selbiges Trennmittel zugeführt werden. Die Verdampferkammer ist mit einer auf das Substrat gerichteten Düse oder Düsenleiste versehen, über die die Verdampferkammer mit der Vakuumkammer verbunden ist.
Zur Erzeugung der Freistreifen wird das Trennmittel im Innenraum der Verdampferkammer unter einem geringen Vakuum verdampft und meistens unmittelbar vor einer Beschichtung des Substrats aus der Dampfphase mittels der Düse auf das in der Vakuumkammer befindliche Substrat aufgebracht.
Eine wichtige Anforderung bei der Aufbringung des Trennmittels auf das Substrat ist es, die Menge an Trennmittel so zu regulieren, dass nur genau die Menge an Öl verdampft wird, die eine optimale Maskierung erzeugt und das nur dann Trennmittel verdampft wird, wenn es auch zur Aufbringung benötigt wird.
Bekannt, beispielsweise aus der EP 1 035 553 A1 , ist es zur Ölverdampfung einen oder mehrere beheizbare Blöcke, die auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Öls aufgeheizt werden, einzusetzen. Die große Masse eines Metallblocks bedeutet, dass auch bei wechselnden Substratgeschwindigkeiten, die Nachführung der Ölmenge durch eine Änderung der Temperatur des zu verdampfenden Trennmittels nicht oder nicht schnell genug möglich ist.
Um während der Start- und Endphase der Substratbeschichtung zu verhindern, dass unnötig Trennmittel in die Vakuumkammer eintritt und diese verschmutzt, ist es bekannt, Ventile einzusetzen, mit denen die Zufuhr von Trennmitteldampf zur Düsenleiste gesperrt werden kann. Da jedoch im Allgemeinen eine Druckausgleichsöffnung zur Verfügung gestellt werden muss, kann Trennmitteldampf an anderer Stelle in die Vakuumkammer eintreten und diese verschmutzen.
Bei den heutigen Trennmittelverdampfern wird in einem Bad ein großes Volumen an Trennmittel erhitzt, von denen nur ein Bruchteil während eines Beschichtungslaufs der Anlage verdampft wird, während der nicht verdampfte Rest weiterverwendet wird, bis schwerflüchtige Anteile und Abbauprodukte eine weitere Verwendung unmöglich und eine Reinigung des Verdampfers erforderlich machen. Nachteilig daran ist, dass während der Gebrauchszeit des Trennmittels sich dessen Eigenschaften langsam und unkontrolliert durch die Anreicherung der Schwerflüchtigen Anteile sowie der Abbauprodukte ändern. Es entsteht ferner ein Sumpf von Trennmittel der entsorgt werden muss, damit Kosten verursacht und ggfs. die Umwelt schädigen könnte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbringung einer Schicht eines Trennmittels auf ein in einer Vakuumkammer bewegtes oder bewegbares Substrat zu schaffen, mit dem der Stand der Technik verbessert wird.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufbringung einer Schicht eines Trennmittels auf ein in einer Vakuumkammer bewegtes oder bewegbaren Substrat, wobei das Trennmittel in den Innenraum einer mit zumindest einer auf das Substrat gerichteten Düse versehenen Verdampferkammer verdampft wird, ist vorgesehen, dass das flüssige Trennmittel zur Verdampfung in den Innenraum der Verdampferkammer eingespritzt wird. Im Unterschied zum Stand der Technik wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Trennmittel nicht mittels eines Metallblocks und/oder aus einem Bad oder dergleichen heraus verdampft, sondern vielmehr während oder unmittelbar nach einer Einspritzung einer vorgegebenen Menge in den Innenraum der Verdampferkammer verdampft. Das Problem der Wärmeträgheit eine Metallblocks wird grundsätzlich eliminiert. Durch den Wegfall des Trennmittelbades wird ferner das Problem einer Veränderung der Trennmitteleigenschaften durch Destillation über einen längeren Zeitraum gelöst. Ferner ergibt sich eine Kostenersparnis, da kein Trennmittel durch Verwerfen des Sumpfes verschwendet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Menge des Trennmittels eingespritzt, die bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit des Substrats einer vorgegebenen Schichtdicke des Trennmittels auf dem Substrat entspricht, so dass eine unnötige Verdampfung von Trennmittel vermieden wird und ferner eine Verdampfung von Trennmittel in die Vakuumkammer minimiert oder zumindest reduziert wird. Das Einspritzen ermöglicht auch ein verzögerungsfreies oder verzögerungsverringertes Starten und/oder Beenden der Aufbringung des Trennmittels bzw. der Maskierung des Substrats, da nur eine geringe Menge von Trennmittel in den Innenraum der Verdampferkammer eingebracht wird, die relativ schnell verdampft wird. Ein verzögerungsfreies oder mit reduzierter Verzögerung erfolgtes Starten und/oder Beenden der Maskierung verhindert eine Verschleppung von Trennmittel über Transportelemente, wie beispielsweise Walzen wodurch eine anschließende Qualitätsminderung des Films verhindert wird. Die erfindungsgemäße Einspritzung von Trennmittel zur Verdampfung in den Innenraum ermöglicht ferner eine bessere oder sogar verzögerungsfreie Regelbarkeit der aufgebrachten Trennmittelmenge bei veränderten Geschwindigkeiten des bewegten oder bewegbaren Substrats und ermöglicht damit eine konstante Produktqualität.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Trennmittel über eine Zuleitung aus einem Reservoir zugeführt. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Reservoir sich unter Atmosphärendruck befindet, da damit die Befüllung des Reservoirs in besonders einfacher Weise ohne eine besondere Befüllungseinrichtung erfolgen kann.
Günstigerweise erfolgt die Zufuhr von Trennmittel zur Verdampferkammer unter einem gegenüber dem Druck der Vakuumkammer erhöhten Druck, damit der Transport des verdampften Trennmittels aus dem Innenraum der Verdampferkammer über die Düse bzw. die mehreren Düsen auf das Substrat vermöge der Druckdifferenz beschleunigt wird.
Eine kontrollierte Zufuhr der Trennmittelmenge erfolgt vorzugsweise durch eine Pumpe, besonders bevorzugt durch eine volumetrische Pumpe.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Flashverdampfung des Trennmittels wobei das Trennmittel unmittelbar und vollständig nach der Einspritzung in den Innenraum der Verdampferkammer verdampft. Es befindet sich, insbesondere während des Verdampfens, keine oder nur eine sehr geringe Menge an flüssigem Trennmittel innerhalb der Verdampferkammer.
Um einer schnelle und vollständige Verdampfung der eingespritzten Menge an Trennmittel zu gewährleisten, werden zumindest ein Teil der Wände der Verdampferkammer auf eine Temperatur deutlich oberhalb der Siedetemperatur des Trennmittels in Vakuum gehalten. Bevorzugt ist eine konstante Temperatur der besagten Kammerwände, da damit die Verdampfung des Trennmittels einfacher kontrolliert werden kann.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn weitere Komponenten, die in Kontakt mit dem flüssigen oder gasförmigen Trennmittel kommen, auf eine Temperatur höher als die Siedetemperatur des Trennmittels, beispielsweise 100°C erhitzt werden. Vorzugsweise wird auch die Düse auf eine derartige Temperatur erhitzt.
Eine schnelle und vollständige Verdampfung der dem Innenraum zugeführten Menge an Trennmittel bei der Einspritzung wird dadurch erleichtert, dass das Trennmittel auf eine beheizte Verdampferfläche im Innenraum der Verdampferkammer gespritzt wird. Besonders bevorzugt ist es, wenn diese Verdampferfläche unabhängig von den Kammerwänden beheizt wird, da die Wärmeträgheit der Verdampferfläche geringer ist als die der Kammerwände und damit eine schnellere Änderung der Temperatur erreicht werden kann. Die Menge an verdampftem Öl wird durch die eingespritzte Menge Öl reguliert. Es ist vorteilhaft, die Verdampferplatte unabhängig zu beheizen, weil das Heizen des kompletten Ofens auf erhöhte Temperaturen, wie beispielsweise 200°C zu Verformungs- und Sicherheitsproblemen führen kann.
Erfolgt die Einspritzung mittels eines Überdruckventils, wie in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann in der Zufuhrleitung ein, beispielsweise geringer Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck gehalten werden, der eine Ausgasung des Trennmittels in der Zufuhrleitung verhindert. Vorzugsweise ist das Überdruckventil beheizbar bzw. wird beheizt. Ferner muss das Überdruckventil min. 1 bar Gegendruck haben, damit kein Öl an der Pumpe vorbei in die Kammer gedrückt wird, sobald die Kammer evakuiert ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine innenraumseitige Öffnung der Düsen mittels einer Labyrinthplatte gegenüber dem Bereich, in den das Trennmittel gespritzt wird abgeschirmt, damit den Düsen ein homogenerer Dampf zugeführt wird und Spritzer die Folie nicht erreichen können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbringung einer Schicht eines Trennmittels auf ein in einer Vakuumkammer bewegtes oder bewegbares Substrat, wobei die Vakuumkammer zumindest eine Metallverdampfereinrichtung aufweist, mit einer Verdampferkammer, welche mit zumindest einer auf das Substrat gerichteten Düse versehen ist, und wobei das Trennmittel dem Innenraum der Verdampferkammer über eine Zufuhrleitung zuführbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Zufuhrleitung mit einer Einspritzeinrichtung verbunden ist mittels der das flüssige Trennmittel zur Verdampfung in den Innenraum der Verdampferkammer einspritzbar ist oder eingespritzt wird.
Weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand einer Zeichnung zu entnehmen.
Es zeigt:
1 In stark schematisierter Weise eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbringung eine Schicht eines Trennmittels auf ein in einer Vakuumkammer bewegtes oder bewegbares Substrat.
Die in 1 dargestellte Verdampferkammer 11 weist einem Innenraum 12 mit entsprechenden, aber nicht mit Bezugszeichen versehenen Wänden auf und ist mit einer Düse 60 versehen, welche auf ein bewegtes bandförmiges Substrat 80 gerichtet ist. Die Düse 60 weist eine innenraumseitige Öffnung auf durch die das verdampfte bzw. dampfförmige Trennmittel auf Bereiche des Substrats 80 gefördert wird. Das Substrat 80 wird über eine in einer Vakuumkammer einer nicht genauer zeichnerisch dargestellten, mit einem Metallverdampfer ausgestatteten Beschichtungsanlage angeordnete Walze 70 geführt, wobei die Rotationsrichtung der Walze 70 mit einem Pfeil bezeichnet ist. Vorzugsweise, aber nicht ausschließlich erfolgt eine Beschichtung mit Aluminium.
Im Innenraum 12 der Verdampferkammer 11 ist eine Verdampferplatte 15 angeordnet, die durch eine beispielsweise mittels einer Spannungsquelle 90 beheizbaren Heizeinrichtung 100 beheizbar ist. Ferner sind die Wände des Innenraums 12 beheizbar. Vorzugsweise ist die Düse 60 geodätisch höher angeordnet als die Verdampferplatte 15.
Die Verdampferkammer 11 ist über eine Zufuhrleitung 20 mit einem Reservoir 10 für Trennmittel verbunden, bei dem es sich um Esther, Glykole, Fluorkohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffe handeln kann. Bevorzugt ist ein Perfluor-Polyether-Öl. In dem Reservoir 10 befindliches Trennmittel kann sich unter Atmosphärendruck befinden. Zur Förderung des Trennmittels in die Verdampferkammer 11 ist in der Zufuhrleitung 20 eine Pumpe 30 angeordnet. Für eine genaue Dosierung von der Verdampferkammer 11 zuzuführenden Trennmittel kann die Pumpe 30 als volumetrische Pumpe ausgeführt sein. Im Anschlussbereich der Zufuhrleitung 20 an den Innenraum 12 der Verdampferkammer 11 ist eine Einspritzeinrichtung 40 vorgesehen. Vorzugsweise ist die Einspritzeinrichtung 40 als Überdruckventil ausgebildet. Die Zufuhr von Trennmittel zur Verdampferkammer 11 erfolgt vorzugsweise unter einem gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhten Druck, um damit ein Ausgasen des Trennmittels in der Zufuhrleitung 20 zu verhindern. Das Überdruckventil 40 ist geodätisch oberhalb der Verdampferplatte 15 und unterhalb der Düse 60 angeordnet.
Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird über die Einspritzeinrichtung 40 flüssiges Trennmittel zur Verdampfung in den Innenraum der Verdampferkammer eingespritzt. Vorzugsweise erfolgt die Einspritzung auf die Verdampferplatte 15 oder zumindest in Richtung der Verdampferplatte 15.
In der Verdampferkammer 11 wird ein relativ geringes Vakuum von beispielsweise 15 mbar aufrecht erhalten, während in der Vakuumkammer typischerweise ein höheres Vakuum, beispielsweise von 10^–3 mbar herrscht. Zumindest Teile der Wände des Innenraums 12 der Verdampferkammer 11 werden auf eine Temperatur deutlich oberhalb der Siedetemperatur des Trennmittels im dort bestehenden Vakuum gehalten. Vorzugsweise sind alle Teile des Verdampfers heißer als die Siedetemperatur, sonst kondensiert das Trennmittel im Verdampfer wieder aus. Ebenso wird die Verdampferplatte 15 auf einer gegenüber der Siedetemperatur des Trennmittels im Vakuum erhöhten Temperatur gehalten.
Zur Erhöhung der Homogenität des durch die Düse 60 geförderten Trennmittels ist geodätisch oberhalb des Bereichs des Innenraums 12, in dem die Verdampfung des flüssigen Trennmittels erfolgt eine Labyrinthplatte 50 zur Abschirmung der innenraumseitigen Öffnung der Düse 60 vorgesehen.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Menge Trennmittel vom Reservoir 10 durch die volumetrische Pumpe 30 zur Verdampferkammer 11 gefördert und durch das Ventil 40 in den Innenraum 12 eingespritzt. Ein typisches Volumen des Innenraums 12 ist im Bereich zwischen 0.5- und 5 l. Ein typischer Volumenstrom an eingespritztem Trennmittel beträgt 0.2 ml/min bis 5 ml/min.
Die eingespritzte Menge Trennmittel verdampft sehr schnell und weitgehend vollständig. Vorzugsweise erfolgt eine Flashverdampfung, bei der die eingespritzte Menge Trennmittel sofort und vollständig verdampft. Anschließend wird das Trennmittel gasförmig der Düse 60 zur Aufbringung einer Maskierung auf Bereiche des Substrats 80 zugeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1035553 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Aufbringung einer Schicht eines Trennmittels auf ein in einer Vakuumkammer bewegtes oder bewegbares Substrat, wobei das Trennmittel in dem Innenraum einer mit zumindest einer auf das Substrat gerichteten Düse versehenen Verdampferkammer verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Trennmittel zur Verdampfung in den Innenraum der Verdampferkammer eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Menge des Trennmittels eingespritzt wird, die bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit des Substrats einer vorgegebenen Schichtdicke des Trennmittels auf dem Substrat entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Trennmittel über eine Zufuhrleitung aus einem, vorzugsweise unter Atmosphärendruck befindlichen Reservoir zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr zur Verdampferkammer unter einem gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhten Druck erfolgt
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flashverdampfung des Trennmittels erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung des Trennmittels bei Beginn einer Bewegung des Substrats begonnen und/oder bei Ende einer Bewegung Substrats beendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingespritzte Menge des Trennmittels in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Substrats geändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr mittels einer, vorzugsweise volumetrischen Pumpe erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung mittels eines vorzugsweise beheizbaren Überdruckventils erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Betriebsphase der Verdampferkammer der Innenraum evakuiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände des Innenraums und/oder der Düse auf eine Temperatur höher als die Siedetemperatur des Trennmittels erhitzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Betriebsphase der Verdampferkammer zwischen Innenraum und Vakuumkammer eine Druckdifferenz aufrechterhalten bleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel auf eine, vorzugsweise unabhängig von den Wänden des Innenraums beheizte Fläche im Innenraum gespritzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine innenraumseitige Öffnung der Düsen mittels einer Labyrinthplatte gegenüber dem Bereich, in den das Trennmittel gespritzt wird, abgeschirmt wird.
Vorrichtung zur Aufbringung einer Schicht eines Trennmittels auf ein in einer Vakuumkammer bewegtes oder bewegbares Substrat, wobei die Vakuumkammer zumindest eine Metallverdampfereinrichtung aufweist, mit einer Verdampferkammer, welche mit zumindest einer auf das Substrat gerichteten Düse versehen ist, wobei das Trennmittel dem Innenraum der Verdampferkammer über eine Zufuhrleitung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung mit einer Einspritzeinrichtung verbunden ist, mittels der das flüssige Trennmittel zur Verdampfung in den Innenraum der Verdampferkammer einspritzbar ist oder eingespritzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung ein vorzugsweise beheizbares Überdruckventil umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung mit einer vorzugsweise volumetrischen Pumpe verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum der Verdampferkammer eine vorzugsweise unabhängig von den Kammerwänden heizbare Verdampferfläche angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil geodätisch oberhalb der Verdampferfläche angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das die Düse eine geodätisch oberhalb des Überdruckventils angeordnete innenraumseitige Öffnung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum der Verdampferkammer geodätisch oberhalb des Überdruckventils und geodätisch unterhalb der Innenraumseitigen Öffnung der Düse eine Labyrinthplatte angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung mit einem Reservoir für das Trennmittel verbunden ist.