DE102015114187B4 - Durchlauf-Folienbehandlungsanlage vertikal ausgerichteter Substrate - Google Patents

Abstract

Durchlauf-Folienbehandlungsanlage zur Behandlung von flexiblen, bandförmigen Substraten (2) unter Vakuumbedingungen, wobei die Anlage folgende Bestandteile umfasst mit
- einem Abgabeabschnitt (16) mit einer Abgaberolle (7) zur Abgabe eines Substrats (2) und
- einem Aufnahmeabschnitt (17) mit einer Aufnahmerolle (8) zur Aufnahme des Substrats (2),
- mit zumindest einem Behandlungsabschnitt (1) zur Behandlung des zwischen Abgabeabschnitt (16) und Aufnahmeabschnitt (17) durch die Anlage laufenden Substrats (2),
- mit einer Substrattransportvorrichtung mit Führungsrollen (3) zum Transport des Substrats (2) durch die Anlage und zur Halterung des Substrats (2) in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung zumindest während des Transports im Behandlungsabschnitt (1),
- wobei das Substrat (2) von einer zur nächsten Führungsrolle (3) ohne Führung verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Behandlungsabschnitt (1) und die darin befindlichen Führungsrollen (3) derart zueinander angeordnet sind, dass der Transportweg (4) des im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Substrats (2) als ein einer Kurve β folgender Polygonzug (6) ausgebildet ist,
- wobei die Führungsrollen (3) auf einer Seite und die Behandlungsvorrichtung (11) auf der anderen Seite des Transportweges (4) angeordnet sind,
- wobei die Abgaberolle (7) und die Aufnahmerolle (8) horizontal angeordnet sind und
- in dem Abgabeabschnitt (16) und dem Aufnahmeabschnitt (17) jeweils eine Umlenkeinrichtung mit zumindest einer Umlenkrolle (9) angeordnet ist, zur Umlenkung des Substrats (2) von der horizontalen auf die vertikale Ausrichtung und umgekehrt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Durchlauf-Folienbehandlungsanlage, hier auch als Anlage bezeichnet, zur Behandlung von flexiblen, bandförmigen Substraten unter Vakuumbedingungen, wobei die Substrate im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sind.
• Eine solche Anlage weist gattungsgemäß eingangs der Anlage, hier als Abgabeabschnitt bezeichnet, eine Abgaberolle zur Ausgabe und ausgangs der Anlage, hier als Aufnahmeabschnitt bezeichnet, eine Aufnahmerolle zur Aufnahme eines Substrats, zumindest eine Behandlungskammer, welche eine oder mehr Behandlungsabschnitte aufweist zur Behandlung des zwischen Abgabe- und Aufnahmeabschnitt durch die Anlage laufenden Substrats und eine Substrattransportvorrichtung zum Transport des Substrats durch die Anlage und zur Halterung des Substrats in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung während des Transports und während der Behandlung. Das Substrat läuft dabei über Führungsrollen der Substrattransportvorrichtung, die den Transportweg des Substrats definieren und das Substrat auf diesem positionieren.
• Als „Kammer“ wird üblicherweise ein durch Kammerwände umschlossener Raum bezeichnet, der zum umgebenden Raum abgegrenzt und häufig auch abschließbar ist. Eine Behandlungsanlage kann in Abhängigkeit vom Umfang der Behandlungen und von der Substratgröße eine oder mehr Behandlungskammern aufweisen. Eine Behandlungskammer kann einen einzigen Behandlungsabschnitt umfassen oder selbst wiederum in mehrere funktionell unterscheidbare Abschnitte unterteilt werden, indem innerhalb der Kammer Einbauten vorgenommen werden zur Begrenzung des jeweiligen Abschnitts zu benachbarten Abschnitten. Der Umfang der Abgrenzung hängt insbesondere von den jeweiligen Funktionen der Abschnitte ab und kann auch druckbegrenzend bis vakuumdicht ausgeführt sein. Insoweit nachfolgend von einem „Abschnitt“ die Rede ist, kann damit, falls explizit nicht anders dargelegt, sowohl ein Abschnitt von mehreren in einer Kammer oder eine Kammer mit nur einem Abschnitt gemein sein.
• Als funktionelle Abschnitte einer Folienbehandlungsanlage oder vergleichbarer Anlagen zur Behandlung von Substraten sind neben dem Behandlungsabschnitt auch solche Abschnitte bekannt, die nicht direkt der Behandlung dienen, aber für den Gesamtprozess erforderlich sind, wie beispielsweise Abschnitte zur Evakuierung eines oder mehrerer Abschnitte, Abschnitte zur Gasseparation oder Abschnitte zur Änderung des Substrattransportmodus oder der Substrattransportrichtung, wobei in einem Abschnitt auch mehrere der Funktionen realisierbar sein können.
• Derartige Folienbehandlungsanlagen dienen der unterschiedlichen additiven, subtraktiven oder modifizierenden Behandlung der Oberfläche des Substrats, was auch eine Behandlung des Substrats an sich, beispielsweise einer Wärmebehandlung, Vorbehandlungen wie Reinigungs- oder Aktivierungsprozesse und andere, innerhalb der Anlage einschließen kann. Zu den additiven Behandlungen zählen die verschiedensten Beschichtungen. Zu den subtraktiven Behandlungen zählt die vollständige oder teilweise Entfernung von Oberflächenschichten, ob parasitär oder zuvor aufgebracht, insbesondere mit physikalischen oder chemischen Prozessen und ebenso mechanische Behandlungen. Als Modifizierung sind Änderungen in der Struktur oder Zusammensetzung einer Oberflächenschicht bekannt, beispielsweise mittels Wärme- oder Plasmaeinwirkung oder chemische Behandlungen.
• Eine solche Behandlungsanlage ist allgemein als Durchlauf- oder auch als Inline-Anlage bezeichnet, wenn die Anlage in mehrere Stationen untergliedert ist und das zu behandelnde Substrat entlang eines Transportweges durch die Anlage bewegt wird, so dass es dabei nacheinander die Stationen durchläuft, die in irgendeiner Weise zur Behandlung beitragen.
• Als Folie werden bandförmige Substrate bezeichnet, deren Bandlänge wesentlich länger ist als der Transportweg durch die Anlage und die flexibel sind, so dass sie schadlos gewölbte Transportwege durchlaufen können. Behandelt werden sowohl metallische oder dielektrische als auch komplexe Kunststoff- oder Verbundfolien. Derartige bandförmige Substrate werden üblicherweise eingangs der Anlage von einer Abgaberolle abgewickelt, durch die Anlage transportiert und dabei behandelt und ausgangs der Anlage wieder auf einer Aufnahmerolle aufgewickelt bis das gesamte Substrat die Anlage durchlaufen hat.
• Es gibt verschiedene Typen von Folienbehandlungsanlagen, wobei sie zunächst nach der Ausrichtung des Substrats unterschieden werden. Bei einer horizontalen Ausrichtung liegt das Substrat senkrecht zur Schwerkraft. Um eine definierte Lage des Substrats gegenüber der Beschichtungsquelle zu erzielen kann entweder das Substrat mittels der Führungsrollen gespannt werden ( DE 10 2008 029 379 A1 ) oder das Substrat wird über großen Trommeln mit horizontaler Achse geführt, deren Mantelfläche und damit der Substratoberfläche gegenüber liegend die Behandlungsstationen, beispielsweise Beschichtungs- oder Plasmaquellen, angeordnet sind.
• Um mehrere Stationen nacheinander durchlaufen zu können, werden große Trommeln benötigt und möglichst der gesamte Umfang für die Stationen genutzt. Mit der Lage der Behandlungsstation, d. h. deren Winkelposition zur Trommel, wechselt folglich die Richtung der Behandlung zwischen Behandlungsquelle und Substrat von horizontal auf zunehmend vertikal. Ein solcher Rollcoater ist beispielsweise in der DE 101 57 186 C1 beschrieben.
• Die Behandlungsrichtung hat aber Einfluss auf den Behandlungserfolg. Beispielsweise besteht in der Beschichtung die Gefahr, dass Partikel und abgeplatzte Schichtflocken auf das Substrat fallen.
• Nachteilig an diesem Anlagenkonzept ist weiter die begrenzte Zahl von Behandlungsabschnitten. Ein Austausch oder einer Ergänzung ist nur bedingt möglich. Da die Behandlungsabschnitte eng nebeneinander liegen, ist auch die Separation von benachbarten Abschnitten, insbesondere hinsichtlich der Prozessatmosphären, gering.
• Es ist auch bekannt, derartige Trommelanlagen mit senkrechter Ausrichtung des Substrats zu betreiben, indem die Trommelachsen senkrecht liegen. In der EP 2 773 165 A1 werden beide Transportvarianten miteinander kombiniert, und zwar mit einer Trommel, deren Achse senkrecht steht, so dass ein Drehen des Substrats zwischen den beiden Transportsystemen erfolgt und die Beschichtungsrichtung über der Trommeloberfläche gleich bleibt und horizontal verläuft.
• Zwar wird die Verschmutzung des Substrats durch Partikel und Schichtflocken reduziert, aber die Begrenzung hinsichtlich der Behandlungsabschnitte und der Separation bleibt. Derartige Anlagentypen sind jedoch hauptsächlich im Labormaßstab oder nur für kleine Substratbreiten bei geringerem Behandlungsaufwand im Einsatz.
• Behandlungsanlagen mit einem linearen Transportweg bieten die Möglichkeit, eine Vielzahl von Behandlungskammern und/oder Behandlungsabschnitten nacheinander entlang des Transportwegs anzuordnen. Auch das Einfügen von separierenden Abschnitten zwischen zwei Behandlungsabschnitten ist möglich, wie es aus der Beschichtung von plattenförmigen Substraten bekannt ist. Derartige Anlagen können bei komplexen Behandlungen, insbesondere Beschichtungen, große Längen aufweisen. Für bandförmige Substrate ergibt sich in diesem Anlagentyp das Erfordernis, das Substrat über die gesamte Anlagenlänge in möglichst einer Ebene zu transportieren, um ein gleichmäßiges Behandlungs- oder Beschichtungsergebnis zu erzielen. Dies wird durch Führungsrollensysteme vor und/oder nach jeder Behandlungsstation realisiert, über welche das Substrat geführt und in der Ebene gehalten wird, wobei sich die Anforderungen mit zunehmender Anlagenlänge steigern. Damit ist zwangsläufig auch der Kontakt der zuvor behandelten Seite des Substrats, allgemein als Gutseite bezeichnet, mit den Führungsrollen verknüpft.
• Aus der WO 2007/108952 A2 ist eine Durchlauf-Beschichtungsanlage für Folienbänder beschrieben, in der das Substrat ebenfalls vertikal ausgerichtet ist und mittels magnetischer Führungselemente und einer Stabilisierung des Substratrands in seiner Bahn gehalten wird. Eine solche Anlage beschränkt jedoch das zu behandelnde Substrat und die freie Substratfläche.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Durchlauf-Behandlungsanlage anzugeben, welche bei vertikal ausgerichteten, hinsichtlich des Materials und der Substratgröße variablen Substraten auch bei komplexen Behandlungsabläufen, insbesondere auch bei komplexer Beschichtung, einen hohen Substratdurchsatz erlaubt.
• Das Foliensubstrat soll in einer solchen Anlage für ein gleichförmiges Behandlungsergebnis entlang des gesamten Transportweges in einer zu jeder Behandlungsvorrichtung definierten Lage positioniert sein. Dabei soll die Gutseitenberührung des Substrats entlang des Transportwegs durch die Durchlauf-Behandlungsanlage zumindest weiter vermindert werden. Bevorzugt soll die Anlage gänzlich ohne Gutseitenberührung betrieben werden können.
• Zudem soll die Anlage variabel durch weitere Behandlungsabschnitte und/oder funktionelle Abschnitte ergänzt werden können.
• Die Durchlauf-Folienbehandlungsanlage soll insbesondere geeignet sein, mehrlagige Beschichtungssysteme mittels physikalischer oder chemischer, auch plasmagestützter, Vakuumbeschichtung herzustellen, die aus einer größeren Anzahl von metallischen und oxydischen Einzelschichten bestehen.
• Die Anlage soll variabel auf die Herstellung verschiedener Schichtkombinationen bei verbesserter Separation benachbarter Behandlungsabschnitte anpassbar sein, wobei auch andere als Beschichtungsabschnitte, beispielsweise zur Substratvorbehandlung oder Substrat- oder Schichtmodifikation, geeignete Behandlungsabschnitte integrierbar sein sollen.
• Weiter soll das Anlagenkonzept eine der Variabilität in der Schichtkombination angepasste Minimierung des Anlagen- und des Behandlungskammervolumens gestatten, um so Anlagen-, Energie- und Zeitaufwand zu reduzieren.
• Zur Lösung der Aufgabenstellungen wird eine Durchlauf-Beschichtungsanlage nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Die sich darauf beziehenden abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
• Erfindungsgemäß sind der Behandlungsabschnitt und die dort befindlichen Führungsrollen derart zueinander angeordnet, dass der Transportweg des Substrats in jenem Bereich, in welchem das Substrat im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, als ein einer Kurve β folgender Polygonzug ausgebildet ist. Das schließt ein, dass im Falle von mehreren Behandlungsabschnitten und/oder anderen, ergänzenden Abschnitten der Transportweg auch durch diese Abschnitte Teil dieses Polygonzuges ist.
• Als Kurve soll eine nicht geradlinig verlaufende Linie bezeichnet werden, die durch die Berührungspunkte eines Punkts des Substrats mit jeder Führungsrolle auf seinem Weg durch die Behandlungsabschnitte hindurch definiert wird. Die Richtung der Krümmung der Kurve β bleibt bevorzugt auf dem gesamten Transportweg gleich. Damit ist es entsprechend einer Ausgestaltung der Durchlauf-Folienbehandlungsanlage möglich, jede Gutseitenberührung zu vermeiden. Denn damit ist es möglich, alle Führungsrollen der Substrattransportvorrichtung auf derselben Seite des Substrats anzuordnen.
• Die Richtung der Krümmung der Kurve β kann optional aber auch wechseln. Dies schließt einen frei zu gestaltenden Polygonzug, der erfindungsgemäß keine durchgehende gerade Linie sein soll, ebenso ein wie einen Polygonzug, der einem Kreis- und einem Ellipsenbogen oder auch einer Kombination dieser Varianten folgt.
• Dabei stellen die Achsen der Führungsrollen die Eckpunkte eines Polygonzuges dar, die auf einer neben der Kurve β verlaufenden Kurve β' liegen. Durch die Lage der Führungsrollen, zumindest in einem Bereich gleicher Krümmungsrichtung der Kurven β und β', auf einer Seite des Transportweges, wird ein solcher Transportweg erzeugt, dass das an allen Führungsrollen anliegende Substrat eine mechanische Spannung erhält, welche die Fixierung des Substrats auf dem Transportweg und damit in der gewünschten Position zu den Behandlungsvorrichtungen für jeden Behandlungsabschnitt gewährleistet. Soll die Krümmungsrichtung der Kurve β wechseln, sind am Umkehrpunkt zwei Führungsrollen, je eine auf jeder Substratseite, erforderlich, um auch für das nachfolgende Segment des Polygonzugs die Substratspannung über die Führungsrollen zu erzeugen. Damit sind sehr variable Polygonzüge und damit variable Transportwege realisierbar.
• Die Spannung des Substrats kann mittels der Führungsrollen durch deren Andruck an das Substrat variierbar ausgestaltet sein, sofern eine oder mehr Führungsrollen entsprechend einer Ausgestaltung der Durchlauf-Folienbehandlungsanlage senkrecht zur Substratoberfläche verschiebbar sind.
• Erfindungsgemäß liegt der Behandlungsprozessbereich und regelmäßig auch die Behandlungsvorrichtung auf der den Führungsrollen gegenüber liegenden Seite des Transportweges, so dass entlang eines Kurvenabschnitts des Transportweges mit gleicher Krümmungsrichtung keine Führungsrollen zum Spannen und Umlenken des Substrats oder andere Führungselemente erforderlich sind, die die Gutseite des Substrats berühren.
• Die Anordnung der Führungsrollen, vom Behandlungsprozessbereich her betrachtet, hinter dem Substrat hat neben der verbesserten Schichtqualität infolge der fehlenden Gutseitenberührung den weiteren Vorteil, dass für die Führungsrollen längere Standzeiten realisierbar sind, da sie durch das Substrat dem Behandlungsprozessbereich gegenüber weitestgehend abgeschirmt sind.
• Auch wenn die Erfindung sich entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform, auf einen Transportweg bezieht, bei dem alle Führungsrollen an einer Substratoberfläche und alle Behandlungsprozessbereiche über der gegenüber liegenden Substratoberfläche angeordnet sind, schließt die Erfindung auch einen möglichen Wechsel der Krümmungsrichtung im Verlauf des Transportweges infolge der Kombination von zwei Kurven ein, sofern der damit verbundene Gutseitenkontakt nach dem Wechsel unschädlich für die bereits behandelte Substratoberfläche ist. Das kann beispielsweise nach einer geeigneten Substratbehandlung oder erst unmittelbar vor der Aufnahmerolle sein.
• Der Verlauf des Transportweges wird wie oben dargelegt durch die Anordnung der Führungsrollen relativ zueinander realisiert. Da der Transportweg durch die Führungsrollen bestimmt wird und das Substrat von einer zur nächsten Führungsrolle ohne Führung verläuft, ist es leicht einzusehen, dass der Transportweg keine Kurve ist, sondern jeweils durch eine Vielzahl von Eckpunkten eines Polygonzugs gebildet werden, von dem jede Führungsrolle einen Eckpunkt definiert. Dementsprechend ist es möglich, aber nicht erforderlich, den Behandlungsabschnitt oder die Behandlungsabschnitte gewölbt auszubilden. Diese können den Polygonzug durch gerade Wände beidseitig des Transportweges begleiten. Lediglich zur Klarstellung des Verlaufs des Transportweges und der damit verknüpften Spannung und Fixierung des Substrats erfolgt hier die Beschreibung mithilfe von Kurven.
• Die Unterteilung des Transportweges in einzelne funktionelle Abschnitte bietet weiter den Vorteil, dass das Volumen in den Behandlungsabschnitten klein gehalten werden kann. Dies ermöglicht, in Kombination mit der Anordnung von Vakuumpumpen an und zwischen den Behandlungsabschnitten, insbesondere einen niedrigen Basisdruck, das heißt den minimal erreichbaren Druck ohne Einlass von Prozessgas, sowie eine schnelle Evakuationszeit.
• Bekanntermaßen können abhängig von den Prozessanforderungen zwischen benachbarten Behandlungsabschnitten Gasseparationssysteme vorhanden sein, die eine effiziente Trennung zwischen den Prozessatmosphären gewährleisten sollen. Auch auf die Gasseparation benachbarter Behandlungsabschnitte hat das im Vergleich zu den eingangs beschriebenen Trommelanlagen kompakte Anlagenkonzept einen positiven Effekt aufgrund der Möglichkeit der Einrichtung mindestens eines Pumpabschnittes zwischen benachbarten Behandlungsabschnitten. Dieser kann durch weitere eingebaute Vorrichtungen als spezieller Gasseparationsabschnitt ausgeführt werden. Durch Aneinanderreihung von Gasseparationsabschnitten lassen sich sehr hohe Gasseparationsverhältnisse erreichen. Ein kleines Volumen der Pump- bzw. Gasseparationsabschnitte verbunden mit deren hohen Längenausdehnung in Substrattransportrichtung unterstützt den Effekt der Gasseparation.
• Die Lage des Substrats als im „Wesentlichen vertikal“ schließt neben der vertikalen Ausrichtung auch solche geringen Abweichungen davon ein, welche weder der Erzeugung der für die Substratfixierung auf dem Transportweg erforderlichen Substratspannung noch der ungestörten Substratbehandlung entgegenstehen. Letzteres bezieht sich insbesondere auf die oben beschriebenen störenden Partikel und Flocken, die unter Berücksichtigung des Abstandes des Substrats von der Behandlungsvorrichtung oder der Kammerwandung nicht auf die zu behandelnde Oberfläche des Substrats und ebenso nicht auf die Behandlungsvorrichtung fallen sollen. Dies wird für eine Vielzahl von Beschichtungsprozessen und Beschichtungsmaterialien mit Abweichungen bis zu +/- 15° aus der vertikalen Lage erzielbar sein. Jene Führungsrollen der erfindungsgemäßen Anlage, welche diese im Wesentlichen vertikale Ausrichtung des Substrat realisieren, werden hier vereinfacht auch als vertikale Führungsrollen bezeichnet.
• Erfindungsgemäß sind hingegen die Abgabe- und Aufnahmerolle horizontal angeordnet. Aufgrund des Eigengewichts des Foliensubstrats ist es damit möglich, die Wicklungen auf den Rollen sowohl beim laufenden Betrieb der Anlage sowie beim Ein- und Ausbringen der vollen Rollen zu stabilisieren. Dies erweist sich als vorteilhaft gegenüber im Wesentlichen vertikal liegenden Abgabe- und Ausgaberollen, bei denen die Wicklungen insbesondere bei Vakuumerzeugung in der Umgebung dieser Rollen auseinander driften und undefinierte Substratlagen entstehen. Zudem erleichtert es das Handling der, insbesondere bei breiten und langen Substraten, großen Rollen, wenn das Transportieren der Rollen und deren Ein- oder Ausbau in der Anlage in horizontaler Lage der Rolle erfolgt. Es ist einzusehen, dass von der horizontalen Lage solche Abweichungen eingeschlossen sind, für welche diese Vorteile noch erzielbar sind.
• Um das Substrat nach seinem Abwickeln von einer horizontal gelagerten Rolle umzulenken auf die im Wesentlichen vertikale Ausrichtung und/oder in umgekehrter Richtung ausgangs der Anlage umfasst die Anlage erfindungsgemäß eine Umlenkeinrichtung mit zumindest einer Führungsrolle zur Umlenkung des Substrats oder mehreren solcher Führungsrollen, die in Kombination miteinander dem Umlenken des Substrats dienen. Die Führungsrollen, die dem Umlenken des Substrats dienen, fallen grundsätzlich unter die oben zum Stand der Technik beschriebene Definition einer Führungsrolle. Zur besseren Unterscheidung sollen in der Beschreibung der Erfindung jene Führungsrollen als „Umlenkrollen“ bezeichnet werden, die gemeinsam dem Umlenken des Substrat zwischen dessen beiden grundsätzlichen Ausrichtungen, jener auf der Abgabe- und/oder Aufnahmerolle und der im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung, dienen.
• Die Zahl der Umlenkrollen kann in Abhängigkeit insbesondere vom Substrattyp, dessen Breite und der Lage der Abgabe- bzw. Aufnahmerolle zur ersten vertikalen Führungsrolle unterschiedlich sein. Zahl und Lage der Umlenkrollen sind danach zu bestimmen, dass jeder parallel zur Substrattransportrichtung verlaufende Streifen des Substrats zwischen der Abgabe- bzw. Aufnahmerolle und der nächstliegenden, im Wesentlichen vertikal angeordneten Führungsrolle gleich lang ist und infolge dessen gleich gespannt ist. Mittels benachbart zur Abgabe- bzw. Aufnahmerolle und/oder zur nächstliegenden vertikalen Führungsrolle liegender Umlenkrollen kann zudem eine definierte Übernahme und/oder Übergabe des Substrats auf diese Rollen gewährleistet werden.
• Die Umlenkeinrichtung wird bevorzugt mit solch einem Abstand vor dem Einführen des Substrats in die erste Behandlungskammer und/oder im Anschluss an die letzte Behandlungskammer liegen, dass das Substrat weitestgehend unbeeinflusst vom Umlenken durch die jeweilige Behandlungskammer bewegt werden kann.
• Unter der oben angeführten Maßgabe der gleichlangen Substratstreifen liegt die besagte zumindest eine Umlenkrolle in einer Ausgestaltung der Anlage in einer solchen Lage im Raum zwischen der Abgabe- bzw. Aufnahmerolle und der nächstliegenden vertikalen Führungsrolle, bei der sie einen ersten Winkel α zur Achse der Abgaberolle bzw. zur Aufnahmerolle und einen zweiten Winkel γ zur Achse der nächstliegenden vertikalen Führungsrolle aufweist. Beide Winkel liegen im Bereich 0° ≤ α ≤ 90°, bevorzugt zwischen 30° und 60°, unter der Bedingung, dass zumindest einer der Winkel α und γ von 0° und von 90° abweicht. Aufgrund der Notwendigkeit, das Substrat auf seinem Weg zu führen und der Bezüge der Winkel α und γ auf eine, im Wesentlichen, horizontale Linie, die Achse der Abgabe- bzw. Aufnahmerolle, und auf eine vertikale oder mit einem bekannten Winkel davon abweichende Linie, Letzteres ist die Achse der nächstliegenden vertikalen Führungsrolle, ist die Lage der Umlenkrolle im Raum mittels beider Winkel zu definieren. Die obige Winkelbeziehung lässt eine solche Lage der einen oder mehr Umlenkrollen zu, die von zumindest einer der folgenden Ebenen abweicht, jener regelmäßig horizontalen, in welcher die Abgabe- bzw. die Aufnahmerolle liegt, und einer im Wesentlichen vertikalen, in welcher die nächstliegende vertikale Führungsrolle liegt.
• Da die genannten Rollen im Raum verteilt sind, so dass nicht in jedem Fall ein Schnittpunkt der die genannten Winkel bildenden Achsen besteht, kann die Messung der Winkel zwischen der Achse der Umlenkrolle und den genannten Ebenen erfolgen. Winkel α liegt folglich zwischen der Achse der Umlenkrolle und der senkrechten Projektion dieser Achse auf die durch die Achse der Abgabe- bzw. Aufnahmerolle horizontal verlaufende Ebene. Winkel γ ist eindeutig bestimmbar durch die Winkelmessung zwischen der Achse der Umlenkrolle und deren senkrechte Projektion auf die durch die Achse der nächstliegenden vertikalen Führungsrolle verlaufenden Ebene, zu der die Achse der Abgabe- bzw. Aufnahmerolle senkrecht steht.
• In 1A ist an einem Beispiel die Lage der verschiedenen Rollen relativ zueinander und Winkel γ in einer Seitenansicht dargestellt. Es sind die Abgaberolle mit dem Bezugszeichen 7, die beispielhaft und nicht beschränkend verwendeten zwei Umlenkrollen mit 9 und 9', die nächstliegende im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Führungsrolle mit 3, das Substrat mit 2 und die Achsen der Rollen mit 18 bezeichnet. Weiter sind die Drehrichtungen der Rollen 3, 7, 9, 9' um ihre Achsen 18 und die Bewegungsrichtung des Substrats 2 durch Pfeile verdeutlicht. Die Darstellung ist unter Berücksichtigung der umgekehrten Bewegungsrichtung des Substrats 2 und Drehrichtungen der Rollen analog auf die Aufnahmerollen anwendbar.
• Das bandförmige Substrat 2 wird von der Abgaberolle 7 abgewickelt und über eine erste Umlenkrolle 9', deren Achse 18 parallel zu der Achse 18 der Abgaberolle verläuft, abgewickelt. Diese erste Umlenkrolle 9' positioniert das Substrat 2 für den weiteren Verlauf über die Umlenkrolle 9, welche durch seine Lage schräg im Raum, definiert durch die Winkel α und γ, die eigentliche Umlenkung von horizontal auf vertikal ausführt. Dazu wird das Substrat 2 von der Umlenkrolle 9' weiter über die Umlenkrolle 9 bis auf die erste vertikale Führungsrolle 3 geführt. Von dort aus verläuft es weiter entlang des durch die übrigen Führungsrollen (nur die nächste dargestellt) definierten Transportwegs bis zur letzten Führungsrolle 3 transportiert. Dort wird es in analoger Weise über die Umlenkrollen 9 und 9' auf die Aufnahmerolle 8 geführt. Winkel γ kann in der Zeichnungsebene direkt zwischen den beiden Achsen 18 der Umlenkrolle 9 und der ersten vertikalen Führungsrolle 3 dargestellt werden. Eine solche Umlenkung vermeidet durchgehend den Gutseitenkontakt.
• 1B zeigt die Umlenkeinrichtung der 1A in einer Seitenansicht mit Blickrichtung entsprechend der Richtung der Abwicklung des Substrats 2 von der Abgaberolle 7. Aufgrund der Lage der Achse 18 der ersten Umlenkrolle 9' parallel zur Achse 18 der Abgaberolle 7 kann der Winkel α zu deren beiden Achsen 18 angegeben werden. Weitere alternative räumliche Anordnungen der beteiligten Rollen sind möglich. Eine Spiegelung der 1A und 1B an einer vertikalen Spiegelachse (nicht dargestellt) würde diese Ausgestaltung für den Aufnahmeabschnitt am Ende der Anlage darstellen.
• In einer Ausgestaltung sind die Winkel α und γ variierbar, indem die Umlenkrolle in zumindest einem der Winkel schwenkbar ist. Alternativ oder ergänzend ist die Umlenkrolle relativ zur nächstliegenden Führungsrolle verschiebbar. Damit ist die Umlenkung des Substrats mit den verschiedenen, durch die Anlage realisierbaren Parametern des Substrattransports abstimmbar, wie beispielsweise dessen tatsächliche Ausrichtung zur Vertikalen, die Substratspannung oder die Lage der Abgaberolle in Bezug auf die erste Führungsrolle. Auch diese Ausgestaltung unterstützt die Vermeidung oder zumindest Verminderung eines Gutseitenkontakts für die hier beschriebenen Ausgestaltungen der Anlage. Eine solche Verschiebbarkeit ist auch dann von Vorteil, wenn mehr als eine Umlenkrolle verwendet wird, so dass die Wirkung jeder Umlenkrolle variierbar ist. Die Verschiebbarkeit kann sich dabei für eine oder alle Umlenkrollen ausgebildet sein.
• Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Winkel zwischen je zwei Segmenten des Polygonzugs begrenzt, indem jeweils zwei benachbarte Segmente des Polygonzugs einen Winkel δ im Bereich von 90° < δ < 180° aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, unter Beibehaltung der Substratspannung dem Kurvenverlauf eine schwach gekrümmte Form zu geben und so die Behandlungsbedingungen für das Substrats entlang des Transportweges vergleichbar zu machen mit denen in linearen Anlagentypen, bei denen der oben definierte Winkel δ 180° betragen würde. Beispielsweise werden übermäßige Spannungen oder Spannungswechsel im Substrat vermieden.
• In einer Ausgestaltung umfasst die Anlage neben dem einen oder den mehreren Behandlungsabschnitten zusätzliche funktionelle Abschnitte, wie in der einleitenden Beschreibung dargelegt. Diese sollen hier als Ergänzungsabschnitt bezeichnet werden. Solche Ergänzungsabschnitte sind beispielsweise Abschnitte zur Evakuierung, zur Gasseparation, zur Anpassung der Anlagenkrümmung an die Transportrichtungsänderung oder andere, wobei in einem Ergänzungsabschnitt auch mehr als eine Funktion realisiert sein kann.
• Beispielsweise kann ein Ergänzungsabschnitt zur Anpassung der Anlagenkrümmung an die Transportrichtungsänderung zwischen zwei benachbarten Abschnitten, Behandlungs- und/oder Ergänzungsabschnitten, in denen ein von 180° verschiedener Winkel δ zwischen den benachbarten Polygonzugsegmenten des Transportweges besteht, eingefügt werden. Mittels eines solchen Ergänzungsabschnitts kann der Winkel δ, der von den beiden aufeinanderfolgenden Teilstrecken des Transportwegs gebildet ist, anlagentechnisch ausgeführt werden. Ein solcher Ergänzungsabschnitt, der zwischen zwei Abschnitten mit bevorzugt in der Draufsicht rechteckigem Querschnitt liegt, weist dafür in der Draufsicht einen trapezförmigen oder dreieckigen Querschnitt mit Stirnflächen auf, die einen Winkel δ' mit $$\mathrm{\delta }\prime \mathrm{=180°-\delta }$$

  

  bilden. Zur Lage des Winkels δ' wird auf die unten stehende Beschreibung zu den 5A und 5B verwiesen.
• Ein solcher Ergänzungsabschnitt zur Anpassung der Anlagenkrümmung an die Transportrichtungsänderung kann unterschiedliche Ausstattungsgrade aufweisen. Beispielsweise kann er lediglich als ein Zwischenflansch ausgebildet sein, bei welchem die in einem Winkel δ' zueinander stehenden Stirnflächen die Dichtflächen des Flansches sind. Die Dichtflächen sind dabei jene, mit denen der Anschluss zu den angrenzenden Abschnitten hergestellt wird. Ein höherer Ausstattungsgrad eines solchen Ergänzungsabschnittes kann durch eine enthaltene Führungsrolle zur aktiven Transportrichtungsänderung ausgebildet sein.
• Alternativ kann ein solcher Ergänzungsabschnitt zusätzlich Komponenten und Einbauten haben, die für den Behandlungsprozess indirekt oder direkt benötigt werden. Er kann beispielsweise über einen Vakuumanschluss verfügen und/oder über Saugöffnungen zu benachbarten Abschnitten. In einem solchen Abschnitt kann auch eine Erwärmung oder Abkühlung des Substrats erfolgen und vieles mehr. Er kann eine oder mehr Führungsrollen aufweisen oder ganz ohne Führungsrolle ausgestattet sein, wenn beispielsweise die nächstliegenden Führungsrollen in den angrenzenden Abschnitten unmittelbar benachbart zum jeweiligen Durchgang liegen.
• In beiden Optionen liegen die, in Substrattransportrichtung betrachtet, eingangs und ausgangs des Ergänzungsabschnitts liegenden Stirn- beziehungsweise Dichtflächen nicht parallel zueinander. Sie schließen den Winkel δ' ein, für den bevorzugt, das heißt bei den hier beschriebenen Nachbarabschnitten des betreffenden Ergänzungsabschnitts die obige Beziehung zu δ gilt.
• In einer Alternative zu solch einem winkligen Ergänzungsabschnitt kann der Winkel δ im Transportweg auch durch die auf diesen beiden Teilstrecken des Transportwegs liegenden, benachbarten Behandlungs- und/oder Ergänzungsabschnitte selbst anlagentechnisch realisiert sein. Dazu weisen deren Stirnflächen bevorzugt jeweils einen Winkel δ'' = δ/2 zu ihrer Teilstrecke des Transportwegs auf. Bei asymmetrischer Ausführung können auch andere Winkel ausgeführt sein.
• Mit diesen Ausführungsformen ist es möglich, dass die Abschnitte der Kurve β und deren Polygonzug folgen, ohne gebogene Wandungen aufzuweisen. Auch die Modularität der Anlage wird unterstützt, da mittels der Winkelstellungen der Stirn- bzw. Dichtflächen der Polygonzug an eine geänderte Abschnitts- oder Kammerlänge angepasst werden kann oder umgekehrt. Durch die Verwendung besagter Ergänzungsabschnitte zur Anpassung der Anlagenkrümmung an Transportrichtungsänderungen können auch mehr modulare Behandlungs- oder Ergänzungsabschnitte zur Anwendung kommen.
• Sofern entsprechend einer oben beschriebenen Ausgestaltung der Winkel δ im Bereich zwischen 90° und 180° liegen soll, ergeben sich daraus die Winkel δ' und δ'' im Bereich von 0° < δ' < 90° und 45° < δ'' < 90°.
• Die Variabilität der Anlage ist auch auf Abgabe- bzw. Aufnahmerolle anwendbar. Wie oben dargelegt erfolgt deren Ein- und Ausbau in den Abgabe- beziehungsweise den Aufnahmeabschnitt in horizontaler Lage. Es ist selbstverständlich, dass auch diese Ausrichtung rein technisch bedingte geringfügige Abweichungen einschließen kann.
• Für den Ein- und Ausbau der Rollen können der Abgabe- und/oder der Aufnahmeabschnitt in jeweils einer eigenen vakuumdicht gegenüber der Anlage abschließbaren Kammer angeordnet sein, so dass es möglich ist, dass ein Wechsel der Abgabe- oder Aufnahmerollen unter Aufrechterhaltung der Vakuumbedingungen in der Anlage durchgeführt werden kann.
• Abgabe- und Aufnahmeabschnitt können alternativ auch in die Vakuumanlage einbezogen werden, indem sie zur Umgebung vakuumdicht geschlossen und mit dem jeweils benachbarten ersten beziehungsweise letzten Behandlungsabschnitt durch Schlitzschleusen verbunden sind. Mit letzteren sind Druckstufen zwischen benachbarten Abschnitten oder Kammern realisierbar. In beiden Ausgestaltungen kann auf die Verwendung von Bandschleusen verzichtet und auch hier eine Gutseitenberührung vermieden werden.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Behandlungsabschnitte und/oder die Ergänzungsabschnitte modular ausgebildet, indem sie hinsichtlich ihrer Geometrie und ihrer Schnittstellen zum benachbarten Behandlungs- oder Ergänzungsabschnitt technisch gleichartig sind. Der Begriff „technisch gleichartig“ beschreibt solch ein Kammerdesign, dass eine Kammer durch eine oder mehrere andere ersetzt werden kann oder umgekehrt, ohne die benachbarten Kammern in ihrer Lage oder ihrem Aufbau ändern zu müssen. Auf die Geometrie bezogen bedeutet dass, das die Abschnittsbreite und Abschnittshöhe im Wesentlichen übereinstimmt und die Abschnittslänge einem auf die Krümmung der Kurve β und/oder eine sinnvolle Zahl von auf einen Abschnittsplatz anzuordnenden kleineren Abschnitt abgestimmten Rastermaß unterworfen ist. So können beispielsweise Ergänzungsabschnitte zur Verminderung der Anlagengröße entsprechend ihrer Funktion kürzer sein als Behandlungsabschnitte.
• Der modulare Aufbau soll insbesondere derart gestaltet sein, dass die Transportbahn durch die Anlage verlängerbar oder kürzbar ist durch Einfügen oder Entfernen zumindest eines modularen Behandlungs- oder Ergänzungsabschnitts zwischen Abgabeabschnitt und Aufnahmeabschnitt. Eine Verkürzung oder Verlängerung wird erzielt, indem Abschnitte am Anfang oder Ende des Transportweges ergänzt oder entfernt werden können, wobei die Abgabe- und Aufnahmeabschnitte stets wieder an den Enden des Transportweges angeordnet werden. Aber auch eine Änderung der Abschnittsfolge im mittleren Bereich des Transportweges ist realisierbar, wenn modulare Abschnitte durch andere ersetzt werden und/oder die übrigen Abschnitte entlang der Kurve β beweglich sind, beispielsweise auf einem Schienensystem.
• Zumindest für das Ergänzen und Entnehmen von Abschnitten kann es erforderlich sein, ganze Kammern zu ergänzen oder zu entnehmen, wobei eine Kammer eine oder mehrere Abschnitte aufweisen kann. Eine Kammer weist eingangs- und/oder ausgangsseitig Vakuumventile auf zu deren vakuumdichten Verschluss, so dass die Kammern voneinander vakuumtechnisch und/oder physisch trennbar sind. Eine solche vakuumtechnische Trennung ist auch für das nichtmodulare Design der Anlage von Vorteil, beispielsweise zur Wartung, zum Wechsel der Behandlungsvorrichtung oder zum Austausch der gesamten Behandlungskammer. Auch die oben beschriebenen Abgabe- und Aufnahmeabschnitte können in die Modularität einbezogen werden. Alternativ ist das Austauschen aufgrund der Modularität auch abschnittsweise möglich.
• Die Anlage lässt sich anhand des modularen Aufbaus damit für Nachrüstungen für zukünftige Anwendungen schnell anpassen. Entsprechend des modularen Designkonzepts werden bei dieser Anlage soweit wie möglich technisch gleichartige Abschnitt- oder Kammermodule mit modifizierten Einbauten und Peripheriegeräten für gleiche aber auch grundsätzlich verschiedene Prozesse eingesetzt. Das ermöglicht durch die Nutzung technischer und technologischer Synergien die Erzielung hoher Anlagenverfügbarkeit und Prozessstabilität. Auch einheitliche Werkzeug-und Ersatzteilsätze sowie effiziente Wartungsarbeiten sind nutzbar und somit niedrigere Gesamtbetriebskosten erzielbar.
• Die Modularität der Anlage stellt darüber hinaus einige Vorteile in Bezug auf den Prozess dar. Ein Vorbehandlungsabschnitt kann zwischen dem Aufnahmeabschnitt und dem nachfolgenden Prozessabschnitt eingefügt und von beiden getrennt ausgeführt werden, wodurch sich eine hohe Flexibilität für den Nutzer ergibt, unterschiedliche Vorbehandlungsprozesse zur Optimierung der Behandlungsqualität zu fahren.
• Die beschriebene Anlage ist mit den verschiedenen Ausgestaltungen insbesondere für PVD-Beschichtungen mittels Sputtern oder CVD-Beschichtungen, diese auch mit Plasmaunterstützung, anwendbar. In solchen Durchlaufanlagen werden zunehmend komplexe Schichtsysteme mit zahlreichen Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen nacheinander abgeschieden werden. Auch für Plasmabehandlungen von Foliensubstraten ist diese Anlage verwendbar. Dementsprechend ist die Anlage mit deren Behandlungs- und meist auch Ergänzungsabschnitten für diese Prozesse konfiguriert. Beispielsweise sind in den Behandlungsabschnitten eine oder mehr Behandlungsvorrichtungen, wie z.B. Sputterquellen oder Plasmaquellen angeordnet.
• Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
• 1A, 1B Beispielhafte Anordnungen der Abgaberolle, Umlenkrolle und nächstliegenden Führungsrolle relativ zueinander,
• 2 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Durchlauf-Folienbehandlungsanlage,
• 3 eine Darstellung eines Teilstücks des Transportwegs des Substrats gemäß 2,
• 4 ein Abgabeabschnitt mit Umlenkeinrichtung während des Betriebs der Anlage,
• 5A, 5B Darstellung von Ausgestaltungen eines Ergänzungsabschnitts für die Anpassung der Anlagenkrümmung an die Transportrichtung des Substrates und
• 6 Darstellung einer Reihe von Abschnitten der Anlage mit Stirnflächen, die in der Draufsicht keinen rechten Winkel mit der Transportrichtung bilden.
• Die Darstellungen in den Figuren sind lediglich schematisch zum Verständnis der Erfindung. Sie erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder Maßstäblichkeit.
• In 2 ist der grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen Durchlauf-Folienbehandlungsanlage schematisiert dargestellt. Die Beschreibung soll beispielhaft, jedoch nicht beschränkend anhand einer Sputterbeschichtungsanlage beschrieben werden.
• Eine Mehrzahl von Behandlungsabschnitte 1 und Ergänzungsabschnitten 20 sind nebeneinander derart angeordnet, dass sie, beispielhaft, jedoch nicht beschränkend, einen Kreisbogen bilden. Die Anlage ist mit nach oben offenen Kammern dargestellt, so dass das vertikal ausgerichtete Substrat 2 in Form einer Linie, die in Blickrichtung und damit ebenfalls vertikal ausgerichteten Führungsrollen 3 zum Transport des Substrats 2 und der Transportweg 4, auf welchem das Substrat 2 durch die Anlage in Transportrichtung, in 2 von links nach rechts, bewegt wird, darstellbar sind.
• Die Behandlungsabschnitte 1 und Ergänzungsabschnitte 20, nachfolgend auch als Abschnitte 1, 20 bezeichnet soweit nicht explizit unterschieden wird, sind mittels Vakuumventilen (nicht dargestellt) oder Trennwänden mit Schlitzen 19 miteinander verbunden, so dass das Substrat 2 durch die geöffneten Ventile oder Schlitze 19 (in 2 nicht dargestellt) hindurch bewegt werden kann. Die Unterteilung der Anlage in Kammern ist der 2 nicht zu entnehmen. Dementsprechend wird in 2 auch nicht zwischen Kammer- und Trennwänden innerhalb einer Kammer unterschieden. Beides wird anhand üblicher Parameter konfiguriert.
• Die Abschnitte 1, 20 weisen alle, derselben Seite des Substrats 2 gegenüber liegend, in der den Kammerdeckel 14 bildende Kammerwandung montierte Vakuumanschlüsse 10 zur Evakuierung der Anlage oder vertikal ausgerichtete Vorbehandlungsvorrichtungen 13 und Behandlungsvorrichtungen 11 auf. Das können beispielhaft, jedoch nicht beschränkend Plasmaquellen zur Vorbehandlung und Sputterquellen zur Beschichtung sein. Einige der Abschnitte 1, 20 die weder mit Vakuumanschlüssen 10 noch mit Vorbehandlungs- oder Behandlungsvorrichtung 13, 11 dargestellt sind, können der Gasseparation und/oder Vor- bzw. Nachbehandlung des Substrats 2 dienen.
• In einigen Behandlungsabschnitten 1 sind auf der den Behandlungsvorrichtung 11 gegenüber liegenden Seite des Substrat 2 und an diesem anliegende Führungsrollen 3 angeordnet. Mittels der Führungsrollen 3, von denen zumindest einige durch Motoren mit Getrieben angetrieben werden, wird das Substrat 2 durch die Anlage bewegt. Die sich in Blickrichtung erstreckenden Berührungslinien zwischen den Mantelflächen der Führungsrollen 3 und dem Substrat 2 definieren die Eckpunkte 5 des Polygonzugs 6 des Transportwegs 4 und damit die Kurve β, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aufgrund der Anordnung der Abschnitte 1, 20, lediglich mit geringen Abweichungen bei abweichenden Abständen zwischen den Führungsrollen 3, ein Kreisbogen ist und welchem der Polygonzug 6 durch die gesamte Anlage folgt. Parallel zur Kurve (Kreisbogen) β zu einem geringeren Radius hin bilden die Achsen der Führungsrollen die zweite Kurve β', die zwangsläufig gleichermaßen ein Kreisbogen ist. In der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels sollen die Kurven β und β' daher als Kreisbogen bezeichnet sein.
• Die Führungsrollen 3 sind im Ausführungsbeispiel nur in den Abschnitten 1, 20 angeordnet, in denen keine Sputterquelle vorhanden ist. Sie befinden sich dort jeweils unmittelbar vor dem Eingang in einen Behandlungsabschnitt 1, im Ausführungsbeispiel mit einer Sputterquelle als Behandlungsvorrichtung 11 ausgestattet und zur Konkretisierung als Beschichtungsabschnitt 12 bezeichnet, und nach dessen Ausgang, so dass eine Beschichtung der Führungsrollen 3 in der gesamten Anlage vermieden werden kann. Die so erzielten Abstände zwischen zwei Führungsrollen 3 sind unterschiedlich, jedoch klein genug, um eine definierte Lage des Substrats auf dem Transportweg 4 auch in den Beschichtungsabschnitten 12 zu gewährleisten.
• Die Abschnitte 1, 20 sind modular gestaltet, indem sie alle die gleiche Breite aufweisen und eine einheitliche Schnittstelle (nicht dargestellt) zum benachbarten Abschnitt 1, 20 aufweisen. Mittels eines Servicewagens 15 lassen sich die Kammerdeckel 14 zur Ausrüstung und Wartung der Anlage, beispielsweise zum Austausch der Behandlungsvorrichtung 11, öffnen oder die Abschnitte 1, 20 zur Variation der Anlage austauschen.
• Eingangs und ausgangs der Durchlauf-Folienbehandlungsanlage befindet sich jeweils ein Abgabe- und Aufnahmeabschnitt 16, 17. Diese stellen gleichzeitig die Beladestation der Abgaberolle 7 beziehungsweise die Entladestation der Aufnahmerolle 8 dar und sind durch ein vakuumdichtes Ventil (nicht dargestellt) eingangs des ersten beziehungsweise ausgangs des letzten Abschnitts 1, 20 von allen dazwischen liegenden Abschnitten 1, 20 vakuumtechnisch trennbar.
• Zwischen dem Abgabe- beziehungsweise Aufnahmeabschnitt 16, 17 und dem vakuumdichten Ventil ist jeweils ein solcher besonderer Ergänzungsabschnitt angeordnet, der der Änderung der Transportrichtung dient und hier zur Unterscheidung auch als Ergänzungs- und Richtungsabschnitt 21 bezeichnet sein soll. In diesen ist im Ausführungsbeispiel eine erste beziehungsweise letzte Führungsrolle 3 angeordnet. Mit Letzteren und mit den in Abgabe- und Aufnahmeabschnitt 16, 17 angeordneten Umlenkrollen 9 wird das Substrat 2 von seiner horizontalen Lage auf der Abgaberolle 7 auf die vertikale Ausrichtung an der ersten Führungsrolle 3 umgelenkt und umgekehrt am Ende der Anlage. Zur Umlenkung der Lage der einzelnen Rollen zueinander wird auf die obigen Darlegungen zu 1A und 1B verwiesen.
• Weitere Servicewagen 15 dienen dem Austausch der vollen und leeren Folienrollen 9 an dem Abgabeabschnitt 16 und Aufnahmeabschnitt 17 eingangs bzw. ausgangs der Anlage. In 2 ist lediglich einer am Abgabeabschnitt 16 dargestellt.
• Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 liegt zwischen dem Aufnahmeabschnitt 16 und vor der ersten Beschichtungsabschnitt 12 ein erster Prozessbereich mit einer Plasmaquelle für die Oberflächenbehandlung des Substrats. Der Prozess in diesem Vorbehandlungsbereich sorgt für eine hohe Haftfestigkeit der Beschichtungen und gewährleistet für einige Verfahren die Reinigung und Aktivierung der danach zu beschichtenden Oberfläche des Substrats 2 in den nachfolgend Beschichtungsabschnitten 12. Deren Kammerdeckel 14 sind für den jeweiligen Bedürfnisse der Beschichtungsprozesse angepasst und tragen die Magnetrons als Sputterquellen. In diesem Prozessbereich befinden sich ebenfalls die für die Magnetronquellen notwendige Medienvorsorgung, wie z.B. Gas-, Wasserleitungen, Elektronik und Medien-Schnittstellen.
• 3 zeigt einen Ausschnitt des Transportwegs 4 des Substrats 2 durch die Anlage gemäß 2 zur Darstellung der Kreisbögen β und β' in Bezug auf die Führungsrollen 3, deren Polygonzug 6' und das Substrat 2. Auch diese Darstellung ist eine Draufsicht, so dass die in senkrechter Ausrichtung montierten Führungsrollen 3 nur als Kreis sichtbar sind und das senkrecht ausgerichtete Substrat 2 lediglich als Linie.
• Die Führungsrollen 3 der Durchlauf-Folienbehandlungsanlage, von denen auszugsweise lediglich drei dargestellt sind, sind entlang eines langgestreckten Kreisbogens β' angeordnet. Die Achsen 18 der Führungsrollen 3 bilden die Eckpunkte 5 eines Polygonzugs 6', welcher dem Kreisbogen β' folgt, indem die Eckpunkte 5 auf dem Kreisbogen β' liegen. Der Winkel zwischen zwei benachbarten Teilstrecken des Transportwegs 4, der durch die Krümmung des Kreisbogens β' definiert wird, ist mit δ bezeichnet.
• Die Mantelflächen der Führungsrollen 3 bilden einen parallelen langgestreckten Kreisbogen β. Diesem Kreisbogen β folgend wird das Substrat 2 von Führungsrolle 3 zu Führungsrolle 3 geführt, so dass dieses einen zweiten Polygonzug 6 bildet, der relativ zum Polygonzug 6' der Führungsrollen 3 außen liegt. Aufgrund seiner äußeren Lage ist der Polygonzugs 6 geeignet, im Zusammenspiel mit Zugkräften entlang der Substrattransportrichtung und Positionierung von speziellen, Führungsrollen (Spannrollen) senkrecht zur Substratfläche die mechanische Spannung des Substrats 2 und die Normal-Andruckkräfte des Substrates 2 zu den Führungsrollen 3 zu erzeugen. Durch die Krümmung der Kreisbögen β und β' steht daher ein Parameter zur Variation der Intensität der Spannung zur Verfügung. Dabei kann es bis zu einer experimentell oder rechnerisch zu ermittelnden Länge des Transportweges bereits ausreichend sein, lediglich im Angangs- und Endbereich des Transportweges 4 des Substrats 2 die Kreisbögen β und β' stärker zu krümmen, indem lediglich die Abgaberolle 7 (nicht dargestellt) und die Aufnahmerolle 8 (nicht dargestellt) in Richtung des Mittelpunktes der Kreisbögen verschoben werden.
• 4 stellt beispielhaft die Abgaberolle 7 im Abgabeabschnitt 16 dar und zwar während der Durchführung des Transports. Die Darlegungen zu 4 sind in analoger Weise auf die Aufnahmerolle 8 im Aufnahmeabschnitt 17 übertragbar.
• 4 zeigt den vorderen Teil der Durchlauf-Folienbehandlungsanlage mit dem dortigen Teil der Substrattransportvorrichtung mit einer nicht leeren Abgaberolle 7. Diese liegt horizontal im Abgabeabschnitt 16.
• Die dort angeordnete Umlenkeinrichtung weist im Ausführungsbeispiel zwei Umlenkrollen 9, 9' auf, eine Umlenkrolle 9' direkt nach der Abgaberolle 7 und parallel zu dieser eine darauf folgende zweite Umlenkrolle 9, welche im Ausführungsbeispiel die eigentliche Umlenkung realisiert. Von der Abgaberolle 7 wird das Substrat 2 abgerollt (dargestellt durch einen Pfeil) und über die erste, horizontale Umlenkkrolle 9' geführt. Anschließend wird es, wie zu 1A beschrieben, um die zweite, beispielsweise diagonal liegende Umlenkrolle 9 bis zur ersten vertikalen Führungsrolle 3 geführt. Letztere liegt in einem ersten, sich an den Abgabeabschnitt unmittelbar anschließenden Ergänzungs- und Richtungsänderungsabschnitt 21 oder alternativ in einem Abschnitt 1, 20. Sie kann aber auch noch im Abgabeabschnitt 16 liegen. Von der ersten vertikalen Führungsrolle 3 aus wird das Substrat 2 in vertikaler Ausrichtung durch die Anlage geführt.
• An den Abgabeabschnitt 16 schließt sich ein erster Ergänzungs- und Richtungsänderungsabschnitt 21 an. Dieser umfasst eine Führungsrolle 3 und ist, wie auch der nachfolgende erste Ergänzungsabschnitt 20 mit einem Vakuumanschluss 10 ausgestattet. Während der Beladung des Abgabeabschnitts 16 mit einer neuen Abgaberolle 7 ist der Abgabeabschnitt 16 im Bereich des Zugangs des Servicewagens 15 offen und zum Ergänzungs- und Richtungsänderungsabschnitt 21 durch ein Vakuumventil geschlossenen, wobei das Ende der vorhergehenden Substratfolie in dem Vakuumventil so vakuumdicht eingeklemmt ist, dass es in den Abgabeabschnitt hineinragt und der Anfang der folgenden Substratfolie an dem Ende befestigt werden kann. Auf diese Weise kann der Anlagenbereich ab dem geschlossenen Vakuumventil, insbesondere der Hochvakuumbereich der Behandlungsabschnitte, während des Wechsels der Abgaberolle unter Vakuum gehalten werden. Dies gestattet es, die Dauer des Anlagenstillstands aufgrund des Abgaberollenwechsels, d.h. von Herunterfahren der Anlage aus dem Normalbetrieb bis zur Wiederaufnahme des Normalbetriebs wesentlich zu verringern. Der Normalbetrieb ist hier durch Transport und Behandlungsprozesse gekennzeichnet.
• Alternativ kann der Ergänzungs- und Richtungsänderungsabschnitt 21 zum darauf folgenden ersten Ergänzungsabschnitt 20 vakuumdicht schließbar ausgeführt werden, so dass die nachfolgenden Abschnitte 1, 20 unter Vakuum verbleiben können. Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, der Anschluss einer neuen Rolle im Ergänzungs- und Richtungsänderungsabschnitt 21 durchzuführen anstatt wie oben beschrieben im Abgabeabschnitt 16. Nach Beendigung des Abgaberollenwechsels einschließlich Verbindung der Substarfolienenden wird das Prozessvakuum in den zuvor belüfteten Abschnitten eingestellt und die Anlage ist bereit für den Normalbetrieb.
• Derartige Systeme zum Transport eines bandförmigen Substrats durch die Anlage sind bekannt. Der Abwickler (nicht dargestellt) der Abgaberolle 7 besteht üblicherweise hauptsächlich aus einer Schwingeinheit (nicht dargestellt) und einer Folien-Einstelleinrichtung (nicht dargestellt). Die Schwingeinheit gewährleistet einen reibungslose Ablauf und stabile Substrat-Abwicklungsbedingungen. Eine Substratkantenmessvorrichtung (nicht dargestellt) überprüft kontinuierlich die Substratposition und ein Steuersystem (nicht dargestellt) verstellt die Position der Abgaberolle 7 bezüglich der Schwingeinheit zur Gewährleistung einer perfekten Einführung des Folienbands in das Transportsystem hinein.
• Die Substratführung in den Abschnitten 1, 20 erfolgt wie oben beschrieben durch den Kontakt mit den Führungsrollen 3, die sich alle auf der nicht zu behandelnden Seite des Substrats 2, der Gutseite, befinden und nicht mit dieser in Berührung kommen.
• Am Ende des Transportsystems (nicht dargestellt) befindet sich im Aufnahmeabschnitt eine weitere Umlenkeinrichtung (nicht dargestellt) zur Umlenkung des Substrats von der vertikalen Ausrichtung in die horizontale Ausrichtung der Aufnahmerolle, wie oben beschrieben. Im Aufnahmeabschnitt befindet sich weiter eine Aufwickeleinheit (nicht dargestellt), die hauptsächlich aus einer Schwingeinheit und Substrateinstelleinrichtung besteht. Eine Folienbandkantenmessvorrichtung überprüft auch hier kontinuierlich die Substratposition und das Steuersystem verstellt die Position der Aufnahmerolle 8 (nicht dargestellt) bezüglich der Schwingeinheit zur Gewährleistung einer perfekten Aufwicklung des Substrats zu einer Rolle.
• Auch im Aufnahmeabschnitt sind Hochvakuumbedingungen während der Behandlung der Folie vorhanden. Nach dem Abschluss der Aufwicklung wird das Vakuumventil (nicht dargestellt), welches analog zum Eingang in die Anlage ausgangs des letzten Abschnitts 1, 20 vor dem sich daran anschließenden Ergänzungs- und Richtungsänderungsabschnitt (nicht dargestellt) angeordnet ist, geschlossen mit eingeklemmtem Folienende, der Aufnahmeabschnitt belüftet und zum Servicewagen für die Entladung der Aufnahmerolle geöffnet. Dann wird das Folienband getrennt und es kann die Aufnahmerolle, die sich in horizontaler Position befindet, von einem Servicewagen aufgenommen und abtransportiert werden.
• In den 5A, 5B und 6 sind Ausführungsformen für die Richtungsänderung des Transportwegs 4 um den Winkel δ in der Draufsicht dargestellt. Das Substrat 2 wird entlang des Transportwegs 4, welcher durch den Polygonzug 6 definiert ist, durch die Abschnitte 1, 20, 21 transportiert, wobei in deren Stirn- und Dichtflächen 22, 23 Schlitze 19 angeordnet sind, die gerade groß genug sind, um einen berührungslosen Transport des Substrats 2 durch die Schlitze 19 zu gewährleisten.
• Die Ausführungsbeispiele der 5A, 5B und 6 zeigen symmetrische Abschnitte zur Änderung der Transportrichtung. Alternativ sind auch asymmetrische Ausführungen möglich.
• In den Ausführungsformen der 5A und 5B wird ein Ergänzungs- und Richtungsänderungsabschnitt 21 zwischen zwei Behandlungs- oder Ergänzungsabschnitten 1, 20, welche jeweils einen in Blickrichtung rechteckigen Querschnitt haben, angeordnet. Der Ergänzungs- und Richtungsänderungsabschnitt 21, der in der Draufsicht einen dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt hat, ist als Ergänzungsabschnitt mit einem Vakuumanschluss 10 und einer Führungsrolle 3 (5B) oder alternativ als Zwischenflansch ohne weitere Einbauten (5B). Die Stirnflächen 22 und in gleicher Weise die Dichtflächen 23 des Ergänzungs- und Richtungsänderungsabschnitt 21 stehen in einem Winkel δ' zueinander, welcher aufgrund der benachbarten, rechtwinklig zum Transportweg 4 stehenden Stirnflächen 22 mit δ durch die Formel δ' = 180° - δ verknüpft ist.
• Die in den 5A und 5B dargestellten Abschnitte 1, 20, 21 weisen zum Teil Vakuumanschlüsse 10 auf, mit welchen der jeweilige Abschnitt und über Saugöffnungen 24 in den Stirn- beziehungsweise Dichtflächen 22, 23 auch der benachbarte Abschnitt evakuierbar sind. Die Anordnung der Vakuumanschlüsse und Saugöffnungen ist nur beispielhaft und nicht beschränkend vorgenommen.
• 6 zeigt eine Alternative, in welcher die Behandlungs- oder Ergänzungsabschnitte selbst Stirnflächen 22 aufweisen, die in einem von 90° abweichenden Winkel δ'' zum Transportweg 4 stehen. Beispielhaft und nicht beschränkend ist ein Behandlungsabschnitt 1 zwischen zwei Ergänzungsabschnitten 20 zur Evakuierung benachbarter Abschnitte über Saugöffnungen 24 in den Stirnflächen 22 dargestellt. Alle dargestellten Stirnflächen 22 der Abschnitte 1, 20 weisen einen Winkel δ'' zum Transportweg 4 auf, der aufgrund der symmetrischen Anordnung stets δ/2 beträgt. In der Behandlungseinrichtung 1 sind zwei Führungsrollen 3 angeordnet, wie es bevorzugt bei anderen als Beschichtungsabschnitten der Fall ist.
• Bezugszeichenliste

1

Behandlungsabschnitt

2

Substrat

3

Führungsrolle

4

Transportweg

5

Eckpunkte

6, 6'

Polygonzug

7

Abgaberolle

8

Aufnahmerolle

9, 9'

Umlenkrolle

10

Vakuumanschluss

11

Behandlungsvorrichtung

12

Beschichtungsabschnitt

13

Vorbehandlungsabschnitt

14

Kammerdeckel

15

Servicewagen

16

Abgabeabschnitt

17

Aufnahmeabschnitt

18

Achse

19

Schlitz

20

Ergänzungsabschnitt

21

Ergänzungs- und Richtungsänderungsabschnitt

22

Stirnfläche

23

Dichtfläche

24

Saugöffnung

β, β'

Kurve, Kreisbogen

α

Winkel zwischen Abgabe- bzw. Aufnahmerolle und Umlenkrolle

γ

Winkel zwischen Umlenkrolle und benachbarter Führungsrolle

δ

Winkel zwischen zwei Teilstrecken des Transportwegs

δ'

Winkel zwischen Stirnwänden eines winkligen Ergänzungsabschnitts

δ"

Winkel zwischen Stirnwand eines Behandlungs- oder Ergänzungsabschnitts und Transportweg

Claims (11)

1. Durchlauf-Folienbehandlungsanlage zur Behandlung von flexiblen, bandförmigen Substraten (2) unter Vakuumbedingungen, wobei die Anlage folgende Bestandteile umfasst mit - einem Abgabeabschnitt (16) mit einer Abgaberolle (7) zur Abgabe eines Substrats (2) und - einem Aufnahmeabschnitt (17) mit einer Aufnahmerolle (8) zur Aufnahme des Substrats (2), - mit zumindest einem Behandlungsabschnitt (1) zur Behandlung des zwischen Abgabeabschnitt (16) und Aufnahmeabschnitt (17) durch die Anlage laufenden Substrats (2), - mit einer Substrattransportvorrichtung mit Führungsrollen (3) zum Transport des Substrats (2) durch die Anlage und zur Halterung des Substrats (2) in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung zumindest während des Transports im Behandlungsabschnitt (1), - wobei das Substrat (2) von einer zur nächsten Führungsrolle (3) ohne Führung verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass - der Behandlungsabschnitt (1) und die darin befindlichen Führungsrollen (3) derart zueinander angeordnet sind, dass der Transportweg (4) des im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Substrats (2) als ein einer Kurve β folgender Polygonzug (6) ausgebildet ist, - wobei die Führungsrollen (3) auf einer Seite und die Behandlungsvorrichtung (11) auf der anderen Seite des Transportweges (4) angeordnet sind, - wobei die Abgaberolle (7) und die Aufnahmerolle (8) horizontal angeordnet sind und - in dem Abgabeabschnitt (16) und dem Aufnahmeabschnitt (17) jeweils eine Umlenkeinrichtung mit zumindest einer Umlenkrolle (9) angeordnet ist, zur Umlenkung des Substrats (2) von der horizontalen auf die vertikale Ausrichtung und umgekehrt.
2. Durchlauf-Folienbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (18) der zumindest einen Umlenkrolle (9) einen Winkel 0° ≤ α ≤ 90° zur Achse (18) der Abgaberolle (7) oder zur Achse (18) der Aufnahmerolle (8) und einen Winkel 0° ≤ γ ≤ 90° zur Achse (18) der nächstliegenden, im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Führungsrolle (3) angeordnet ist, wobei zumindest einer der Winkel α und γ von 0° und 90° abweicht.
3. Durchlauf-Folienbehandlungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung eine weitere Umlenkrolle (9') aufweist, deren Achse (18) mit einen Winkel 0° ≤ α ≤ 90° zur Achse (18) der Abgaberolle (7) oder zur Achse (18) der Aufnahmerolle (8) und einen Winkel 0° ≤ γ ≤ 90° zur Achse (18) der nächstliegenden, im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Führungsrolle (3) angeordnet ist.
4. Durchlauf-Folienbehandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Umlenkrolle (9, 9') relativ zur nächstliegenden Führungsrolle (3) verschiebbar und/oder zur Änderung von zumindest einem der Winkel α oder γ schwenkbar ist.
5. Durchlauf-Folienbehandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Segmente des Polygonzugs (6) in einem Winkel δ im Bereich von 90° < δ < 180° zueinander angeordnet sind.
6. Durchlauf-Folienbehandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Führungsrolle (3) senkrecht zur Substratoberfläche verschiebbar ist.
7. Durchlauf-Folienbehandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zumindest einen zusätzlichen funktionellen Abschnitt umfasst, welcher nicht der Behandlung dient und nachfolgend als Ergänzungsabschnitt (20) bezeichnet ist.
8. Durchlauf-Folienbehandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel δ, zwischen zwei benachbarten Teilstrecken des Polygonzuges (6) des Transportwegs (4) gebildet wird durch die auf diesen beiden Teilstrecken liegenden Stirnflächen (22) der benachbarten Behandlungsabschnitte (1) und/oder Ergänzungsabschnitte (20), welche jeweils einen Winkel δ'' zu ihrer Teilstrecke des Transportwegs (4) aufweisen oder durch einen Ergänzungs- und Richtungsänderungsabschnitt (21), dessen Stirnflächen (22) einen Winkel δ` einschließen.
9. Durchlauf-Folienbehandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportweg (4) durch die Anlage verlängerbar oder kürzbar ist durch Einfügen oder Entfernen zumindest eines modularen Behandlungsabschnitts (1) und/oder Ergänzungsabschnitts (20) zwischen Abgabeabschnitt (16) und Aufnahmeabschnitt (17) und dass die Modularität durch eine technisch gleichartige Geometrie und technisch gleichartige Schnittstellen zu benachbarten Behandlungsabschnitten (1) oder Ergänzungsabschnitten (20) ausgebildet ist.
10. Durchlauf-Folienbehandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrollen (9, 9') und alle Führungsrollen (3) der Substrattransportvorrichtung auf derselben Seite des Substrats (2) angeordnet sind.
11. Durchlauf-Folienbehandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage für zumindest einen der folgenden Prozesse konfiguriert ist: PVD, PACVD und Plasmabehandlung.

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