DE19735603C1

DE19735603C1 - Vakuumbeschichtungsanlage für Mehrschichtsysteme

Info

Publication number: DE19735603C1
Application number: DE1997135603
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Lenk; Wolfgang Erbkamm; Akira Nakajima; Kozo Soejima; Erwin Zschieschang; Manfred Kammer
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 1997-08-15
Filing date: 1997-08-15
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2017-08-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumbeschichtungsanlage für Mehrschichtsysteme zum Beschichten von bandförmigem Material mit Magnetronsputterquellen, bei der im Vakuum eine Abwickel einrichtung mit einem einsetzbarem Abwickel des zu beschich tenden bandförmigen Materials und eine Aufwickeleinrichtung mit einem herausnehmbarem Aufwickel des beschichtenden Materi als angeordnet ist. Zwischen der Abwickeleinrichtung und der Aufwickeleinrichtung wird das zu beschichtende bandförmige Material durch eine erste Beschichtungskammer geführt, in der Umlenkrollen, Bandzugmeßwalzen und eine Beschichtungsstation angeordnet sind. Dabei besteht die Beschichtungsstation aus mindestens einer Kühlwalze und mindestens einem über der Ober fläche der Kühlwalze angeordneten Magnetron.

Aus der deutschen Patentschrift DD 136 047 sind Vakuumbe schichtungsanlagen für Mehrschichtsysteme auf bandförmigen Materialien, insbesondere auf Folien bekannt, die aus einem Rezipienten bestehen, in dem die Aufwickel- und Abwickelein richtungen, die Kühlwalze und die Beschichtungseinrichtung untergebracht sind. Die Auf- und Abwickeleinrichtungen sind durch Strömungswiderstände von dem Beschichtungsbereich ge trennt, um Druckschwankungen im Beschichtungsbereich beim Abwickeln klein zu halten.

Die bekannten Vakuumbeschichtungsanlagen können Folien mit einer Dicke größer 80 µm verarbeiten, indem durch kurze Ab stände von Walze zu Walze und durch den Einsatz von Breit streckwalzen eine Faltenbildung verhindert wird. Die bekannten Folienanlagen arbeiten mit geringen Bandzügen. Die Genauigkeit des Bandlaufes wird durch die Lagerung aller am Bandlauf be teiligten Baugruppen in einer gemeinsamen Lagerplatte gewähr leistet.

Abweichungen im Bandlauf und in der Distanz zwischen Substrat und Beschichtungswerkzeug führen zu Fehlern in der Schicht dickenverteilung und müssen deshalb durch hohe Fertigungs genauigkeiten garantiert werden.

Wie auch aus der deutschen Offenlegungsschrift 195 43 781 A1 hervorgeht, sind Beschichtungsanlagen dieser Bauart in ver schiedenen Varianten bekannt, wobei das Grundmerkmal immer wieder benutzt wird, wonach sich alle am Bandlauf beteiligten Baugruppen an einem gemeinsamen Lagerflansch befinden.

Technologische Forderungen zu optischen Schichtsystemen, daß heißt Mehrschichtsystemen mit entsprechender Gasseperation, führen zu immer größeren Kühlwalzen und damit zu größeren Anlagen. Optische Schichtsysteme verlangen aber gleichzeitig hohe Genauigkeiten in der Schichtdickenquerverteilung und damit geringe Toleranzen im Abstand zwischen Substrat und Beschichtungswerkzeug.

Komplizierte Mehrschichtsysteme erfordern meist mehrere gut voneinander zu trennende Druckbereiche mit auch unterschiedli chen Reaktivgaspartialdrücken. Die Grenze für die Realisierung dieser Forderungen stellen die noch zu fertigenden Kühlwalzen durchmesser dar, wobei die Systeme zur funktionssicheren Druckabstufung immer komplizierter werden.

Die bekannten Vakuumbeschichtungsanlagen haben den Nachteil, daß mit dem Kühlwalzendurchmesser und der Anordnung der Band laufkomponenten dieser Konzeption Grenzen in der Größe und in der erreichbaren Qualität gesetzt sind. Weiterhin ist es aus technologischen Gründen bei verschiedenen Beschichtungsmate rialien unzweckmäßig, das Beschichtungswerkzeug im nahezu horizontalen Bereich der Kühlwalze anzuordnen, da herabfallen de Schichten zu Prozeßstörungen führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für bandförmige Materialien eine Vakuumbeschichtungsanlage zu konzipieren, die es ermöglicht, mit geringerem Durchmesser der Kühlwalze Mehr schichtsysteme unter Beibehaltung der Beschichtungsqualität aufzubringen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in Bandlaufrichtung hinter der ersten Beschichtungskammer eine zweite Beschichtungskammer angeordnet ist und in beiden Be schichtungskammern je ein Walzenstuhl angeordnet ist. In dem Walzenstuhl sind die Umlenkrollen, Bandzugmeßwalzen und Kühl walzen gelagert, wobei jeder Walzenstuhl in der Beschichtungs kammer derart verstellbar ist, daß die Rollen und Walzen bei der Beschichtungskammern zueinander justierbar sind. Die Ma gnetron sind derart verstellbar, daß ihre Mittellängslinie zur Mittelachse ihrer zugehörigen Kühlwalze achsenparallel ju stierbar ist.

Damit besteht die Vakuumbeschichtungsanlage aus mehreren Kühl walzen, die sich in seperaten, vakuummäßig entkoppelten Behäl tern befinden. Die Magnetronsputterquellen sind an einem Trä gerarm ausrichtbar untergebracht. Jede Kühlwalze mit den da zugehörigen Umlenkrollen ist in einem sogenannten Walzenstuhl angeordnet, der so gestaltet wurde, daß er horizontal und vertikal ausrichtbar ist. Dadurch ist es möglich, mehrere Kühlwalzen zueinander so auszurichten, daß keine unterschied lichen Bandspannungen in dem bandförmigem Material auftreten und Faltenbildungen vermieden werden. Gleichzeitig sind alle Magnetrons an einem Träger mit Flansch befestigt, wobei der Flansch durch Abdrückschrauben jede parallele Position des Magnetron zur Kühlwalze herstellen kann.

In einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einer vorgegebenen Drehzahl der Kühlwalze der ersten Beschichtungskammer die Drehzahl des Abwickels in Abhängigkeit von dem Bandzug zwischen der Abwickeleinrichtung und der ersten Beschichtungskammer geregelt wird. Weiterhin wird die Drehzahl der Kühlwalze der zweiten Beschichtungs kammer in Abhängigkeit von dem Bandzug zwischen der ersten und der zweiten Beschichtungskammer geregelt. Schließlich wird die Drehzahl des Aufwickels in Abhängigkeit vom Bandzug zwischen der zweiten Beschichtungskammer und der Abwickeleinrichtung geregelt.

Mehrere hintereinander angeordnete Kühlwalzen verlangen ins besondere bei dünnen bandförmigen Materialien, wie Folien, eine entsprechende Abstimmung der Drehzahl untereinander, so daß keine Beschädigungen auf der Rückseite der Folie erzeugt werden. In der ausgestaltenden Lösung wird dazu mit bekannten Bandzugmeßwalzen gearbeitet, wobei eine Kühlwalze drehzahl bestimmend ist und die anderen ihre Drehzahl in einem Regel kreis in Abhängigkeit vom gemessenen Bandzug einstellen.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Beschichtungskammern untereinander durch Bandventile vakuumdicht getrennt sind. Somit kann in den Beschichtungskammern mit unterschiedlichen Gasen und mit un terschiedlichen Drücken gearbeitet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Magnetronsputterquellen im vertikalen Bereich der Kühlwalze angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung wird es vermieden, daß sich abgelöste Schichtpartikel auf der Ober fläche des Targetmaterials der Magnetronsputterquellen abla gern, was zu einer Fehlfunktion führen würde.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Magnetronsputterquellen einer Beschichtungskammer an einem Türflansch befestigt sind, der bei Verbleiben des Wal zenstuhles von der Anlage wegfahrbar ist. Damit wird ein Tar getwechsel oder es werden Wartungsarbeiten ermöglicht, ohne daß der Walzenstuhl entfernt werden muß.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vakuumbeschichtungsanlage im Längsschnitt.

Die Vakuumbeschichtungsanlage besteht aus zwei Beschichtungs kammern 1 und 1', einer Haspelkammer 2, in der sich ein Abwic kel 4 befindet und einer Haspelkammer 3, in der sich ein Auf wickel 4' befindet. Zwischen den Beschichtungskammern 1 und 1' und den Haspelkammern 2 und 3 sind Vakuumventile 5 angeordnet.

In jeder Beschichtungskammer 1 und 1' ist eine Kühlwalze 7 angeordnet, über welche das Bandmaterial 6 über Führungsrollen 13 in bekannter Weise geführt wird. Durch Trennwände 9, die an den Kühlwalzen 7 des Kühlwalzenstuhls dichtend anliegen, ist jede Beschichtungskammer 1 und 1' nochmals je nach Prozeß technologie in Bereiche 10 vakuummäßig unterteilt. Mittels Vakuumpumpen 11 wird jeder Bereich 10 einzeln evakuiert.

Im Beispiel sind zum Aufbringen des Schichtsystems auf das Bandmaterial 6 in den Bereichen 10 der Beschichtungskammer 1 je eine Magnetronzerstäubungsquelle 12 und in der Beschich tungskammer 1' je zwei Magnetronsputterquellen 12 angeordnet. Für die Drehzahl der Anlage wirkt die Kühlwalze 7 in der Be schichtungskammer 1 als drehzahlbestimmende Walze, wobei der Abwickel 4 in seiner Drehzahl durch die Bandzugmeßwalze 8-1 bestimmt wird. Die Kühlwalze 7 in der Beschichtungskammer 1' richtet ihre Drehzahl entsprechend der Angabe der Bandzugmeß walze 8-2 ein und die Drehzahl des Aufwickels 4' wird ent sprechend der Angabe der Bandzugmeßwalze 8-3 geregelt.

Bezugszeichenliste

1

Beschichtungskammer

1

'Beschichtungskammer

2

Haspelkammer

3

Haspelkammer

4

Abwickel

4

'Aufwickel

5

Bandventil

6

bandförmiges Material

7

Kühlwalze

8

-

1

Bandzugmeßwalze

8

-

2

Bandzugmeßwalze

8

-

3

Bandzugmeßwalze

9

Trennwände

10

Bereiche des Prozeßes

11

Vakuumpumpen

12

Magnetronsputterquelle

Claims

1. Vakuumbeschichtungsanlage für Mehrschichtsysteme zum Be schichten von bandförmigem Material mit Magnetronsputter quellen, bei der im Vakuum eine Abwickeleinrichtung mit einem einsetzbarem Abwickel des zu beschichtenden bandför migen Materials und eine Aufwickeleinrichtung mit einem herausnehmbarem Aufwickel des beschichteten Materials angeordnet ist, zwischen denen das zu beschichtende Mate rial durch eine erste Beschichtungskammer geführt wird, in der Umlenkrollen, Bandzugmeßwalzen und ein Beschichtungs station angeordnet sind, wobei die Beschichtungsstation aus mindestens einer Kühlwalze und mindestens einem über der Oberfläche der Kühlwalze angeordneten Magnetron be steht, dadurch gekennzeichnet, daß in Bandlaufrichtung hinter der ersten Beschichtungskammer (1) eine zweite Beschichtungskammer (1') angeordnet ist, und in beiden Beschichtungskammern (1; 1') je ein Walzen stuhl angeordnet ist, in dem die Umlenkrollen, Bandzugmeß walzen (8-1; 8-2; 8-3) und Kühlwalzen (7) gelagert sind, wobei jeder Walzenstuhl in der Beschichtungskammer (1; 1') derart verstellbar ist, daß die Rollen und Walzen (7; 8-1; 8-2; 8-3) beider Beschichtungskammern (1; 1') zueinander justierbar sind und daß die Magnetronsputterquelle (12) derart verstellbar sind, daß ihre Mittellängslinie zur Mittelachse ihrer zugehörigen Kühlwalze (7) achsenparallel justierbar ist.

2. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorgegebenen Drehzahl der Kühlwalze (7) der ersten Beschichtungskammer (1) die Drehzahl des Abwickels (4) in Abhängigkeit von dem Bandzug zwischen der Abwickeleinrichtung und der ersten Beschichtungskammer (1) geregelt wird, daß die Drehzahl der Kühlwalze (7) der zweiten Beschichtungskammer (1') in Abhängigkeit von dem Bandzug zwischen der ersten (1) und der zweiten Beschichtungskammer (1') geregelt wird und daß die Drehzahl des Aufwickels (4') in Abhängigkeit vom Band zug zwischen der zweiten Beschichtungskammer (1') und der Aufwickeleinrichtung geregelt wird.

3. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungskammern (1; 1') untereinander durch Bandven tile (5) vakuumdicht getrennt sind.

4. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetronsputterquellen (12) im vertikalen Bereich der Kühlwalze (7) angeordnet sind.

5. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetronsputterquellen (12) einer Beschichtungskammer (1; 1') an einem Türflansch befestigt sind, der bei Verbleiben des Walzenstuhles von der Anlage wegfahrbar ist.