DE19853418A1

DE19853418A1 - Vakuum-Besichtungsanlage und Verfahren zum Beschichten einer Folie mit einer solchen Vakuum-Beschichtungsanlage

Info

Publication number: DE19853418A1
Application number: DE19853418A
Authority: DE
Inventors: Guenter Klemm; Klaus Oberle; Wolfgang Achtner
Original assignee: Leybold Systems GmbH
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: DE19853418B4

Abstract

Eine Vakuum-Beschichtungsanlage zum Beschichten einer Folie (9) hat in einem Vakuumkessel (1) eine Beschichtungskammer (3) und eine Wickelkammer (4). In der Wickelkammer (4) ist an der Auslaufseite einer Beschichtungswalze (10), über welche die Folie (9) geführt ist, eine über die Breite der Folie (9) reichende Gaslanze (15) zum Zuführen eines Kühlgasstromes gegen die Folie (9) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine, Vakuum-Beschichtungsanlage zum Beschichten einer Folie, bei der eine Beschichtungs walze mit einem Teilbereich ihrer Mantelfläche in eine unter Vakuum stehende Wickelkammer und eine Vakuum-Be schichtungskammer eingreift und die zu beschichtende Fo lie aus der Wickelkammer entlang eines Teilbereiches der Mantelfläche der Beschichtungswalze durch die Vakuum-Be schichtungskammer und dann zurück zur Wickelkammer ge führt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten einer Folie mit einer solchen Vakuum-Be schichtungsanlage. Eine Vakuum-Beschichtungsanlage der vorstehenden Art ist beispielsweise in der DE 42 07 526 C2 beschrieben.

Folien werden meist durch Kondensation von Metalldampf im Hochvakuum oder durch Sputterprozesse beschichtet. In beiden Fällen kommt es bei hohen Beschichtungsraten zu einer solchen Erwärmung der Folie, dass man diese unmit telbar nach dem Verdampfungsprozess kühlen muss. Das ge schieht bisher mittels Kühlwalzen, über die die Folie mit einem festgelegten Umschlingungswinkel geführt wird. Sol che Kühlwalzen bedingen einen relativ hohen Aufwand in der Vakuum-Beschichtungsanlage und führen dennoch oftmals nur zu einer unzureichenden Kühlung. Das liegt daran, dass infolge des geringen Druckes in der Vakuum-Beschich tungsanlage der Wärmeaustausch nahezu ausschließlich durch die Berührung der Folie mit der Kühlwalze möglich wird. Dieser Kontakt ist jedoch nur unvollkommen, weil Rauigkeiten der Kühlwalze und der Folie zu relativ klei nen Kontaktflächen führen und infolge des Vakuums diese Rauigkeiten nicht durch ein Gas als Wärmeübertragungsmit tel ausgefüllt sind.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vakuum-Be schichtungsanlage der eingangs genannten Art so zu ge stalten, dass auch bei hohen Beschichtungsraten eine un zulässig hohe Temperatur der aufgewickelten Folie vermie den wird. Weiterhin soll ein Verfahren zum Beschichten einer Folie mit einer solchen Beschichtungsanlage aufge zeigt werden, mit welchem unzulässig hohe Temperaturen der aufgewickelten Folie vermieden werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge löst, dass in der Wickelkammer zumindest in etwa über die Breite der Folie eine Gaslanze zum Zuführen eines Kühl gasstromes gegen die Folie angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung einer Gaslanze für einen Kühlgasstrom in einer Vakuumkammer ist eigentlich abwe gig, weil die Erzeugung von Vakuum an sich die Zufuhr ei nes Gases verbietet. Es konnte jedoch herausgefunden wer den, dass bereits so geringe Mengen eines Kühlgases zu einer ausreichenden Kühlung der Folie führen, dass diese Kühlgasmengen bei ausreichender Dimensionierung der Vaku umpumpen der Beschichtungsanlage zu keinem Ansteigen des Prozessdruckes führen. Dank der Erfindung lässt sich so mit zuverlässig und mit sehr geringem Aufwand eine wirk same und leicht zu steuernde Kühlung der Folie erreichen, ohne dass der Beschichtungsprozess nachteilig beeinflusst wird. Es besteht sogar die Möglichkeit, als Kühlgas ein solches Gas zu wählen, welches den Beschichtungsprozess positiv beeinflusst, beispielsweise ein Edelgas zur Er zeugung eines Plasmas in einer Kathodenzerstäubungsan lage. Außer einer guten Kühlung der Folie verbessert sich unabhängig vom Ort der Anbringung der Kühlgaslanze das Abziehverhalten der Folie von der Beschichtungswalze.

Die Praxis hat bei den bisher gebräuchlichen Beschich tungsanlagen gezeigt, dass die Folie aufgrund elektri scher Ladungen an der Beschichtungswalze unterschiedlich stark haftet. Das kann insbesondere an nicht beschichte ten Rändern der Folie dazu führen, dass diese Ränder beim Abziehen der Folie zunächst länger an der Beschichtungs walze haften als die beschichteten Bereiche und nach dem Freikommen von der Beschichtungswalze oftmals wie ein Saum umschlagen, wodurch die aufgewickelte Folie un brauchbar wird. Ein solcher Mangel kann durch die erfin dungsgemäße Zufuhr von Kühlgas besonders zuverlässig ver mieden werden, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbil dung der Erfindung die Gaslanze in einen keilförmigen Spalt zwischen der Folie und der Mantelfläche der Be schichtungswalze angeordnet ist.

Überraschenderweise zeigte sich, dass sogar die Anordnung der Gaslanze an der Einlaufseite der Folie das Abziehver halten der Folie von der Beschichtungswalze verbessert, was möglicherweise daran liegt, dass zwischen der Be schichtungswalze und der Folie geringe Gasmengen einge schlossen werden, welche das Abziehen der Folie erleich tern und die zugleich zu einer Verbesserung des Wärme flusses von der Folie zur Beschichtungswalze beitragen. Besonders wirkungsvoll wird das Abziehen der Folie von der Beschichtungswalze verbessert, wenn die Gaslanze in dem Spalt zwischen der Folie und der Beschichtungswalze an der Auslaufseite der Folie angeordnet ist.

Zur Regelung der Menge des zugeführten Kühlgases ist es vorteilhaft, wenn zur berührungslosen Messung der Tempe ratur der Folie ein Pyrometer in Bewegungsrichtung der Folie gesehen hinter der Gaslanze angeordnet ist.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zum Beschichten einer Folie mit einer Vakuum- Beschichtungsanlage wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Wickelkammer zumindest in etwa über die Breite der Folie ein Kühlgasstrom gegen die Folie gelei tet wird. Bei einer solchen Verfahrensweise lässt sich eine gute Kühlung der Folie erreichen, ohne dass die Kühlgasmenge so hoch sein muss, dass es bei ausreichender Bemessung der Vakuumpumpen der Anlage zu einem Anstieg des Prozessdruckes kommt. Zugleich hat sich gezeigt, dass unabhängig von dem Ort der Zufuhr des Kühlgases sich das Abziehverhalten der Folie von der Beschichtungswalze ver bessert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kühlgasstrom in einen keilförmigen Spalt zwischen der Folie und der Man telfläche der Beschichtungswalze eingeleitet wird. Hier durch verbessert sich das Abziehverhalten der Folie von der Beschichtungswalze in einem besonders hohen Maße. Weiterhin werden bei dieser Anordnung der Gaslanze durch das Kühlgas sowohl die Beschichtungswalze als auch die Folie gekühlt.

Eine noch größere Verbesserung des Abziehverhaltens er reicht man, wenn der Kühlgasstrom in dem Spalt zwischen der Folie und der Beschichtungswalze an der Auslaufseite der Folie eingegeben wird.

Die Steuerung des Verfahrens ist besonders einfach ausge bildet, wenn zur Steuerung der Menge des Kühlgasstromes die Temperatur der Folie hinter der Kühlgaseingabe gemes sen wird.

Es hat sich gezeigt, dass es für übliche Beschichtungs vorgänge ausreichend ist, wenn als Kühlgasstrom etwa 0,5 bis 1 l/min Gas eingegeben wird.

Das Kühlgas hat eine hohe Kühlwirkung und reagiert nicht mit dem Beschichtungsmaterial oder der Folie, wenn als Kühlgasstrom Argon verwendet wird.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vakuum-Beschich tungsanlage nach der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teil bereiches der Vakuum-Beschichtungsanlage nach der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Vakuumkessel 1 rechteckigen Quer schnitts, welcher durch eine Trennwand 2 in eine Be schichtungskammer 3 und eine Wickelkammer 4 aufgeteilt ist. Vakuumpumpen 5, 6 dienen der Erzeugung von Hochva kuum in der Beschichtungskammer 3 und der Wickelkammer 4. In der Wickelkammer 4 befinden sich eine Vorratsrolle 7 und eine Aufwickelrolle 8 für eine Folie 9. Eine Be schichtungswalze 10' ragt mit ihrer Mantelfläche hälftig in die Wickelkammer 4 und die Beschichtungskammer 3. Die Folie 9 wird von Umlenkrollen 11, 12 so geführt, dass sie entlang des unteren Bereiches der Beschichtungswalze 10 verläuft.

In der Beschichtungskammer 3 ist unterhalb der Beschich tungswalze 10 eine Verdampferbank 13 angeordnet, in wel cher das für die Beschichtung der Folie 9 vorgesehene Me tall verdampft, welches durch ein Beschichtungsfenster 14 gegen die Folie 9 gelangt. Wichtig für die Erfindung ist eine Gaslanze 15, welche in einem Spalt 16 zwischen der Folie 9 und der Beschichtungswalze 10 an der Auslaufseite der Folie 9 angeordnet ist, über die Breite der Folie 9 führt und nicht dargestellte Auslassöffnungen für ein Gas hat, welches dadurch gegen die Folie 9 zu strömen vermag und diese wirksam kühlt, da es beim Austritt dieses Gases aus der Gaslanze 15 zu einer starken Entspannung des Ga ses und dadurch zu einer entsprechenden Abkühlung kommt. Die Gaslanze 15 steht mit einem Gasreservoir 17 in Ver bindung, bei der es sich um eine Flasche mit Argon han delt. Die aus der Gaslanze 15 in den Spalt 16 strömende Gasmenge wird in Abhängigkeit von der Temperatur der Fo lie 9 geregelt, die mittels eines berührungslos arbeiten den Pyrometers 18 gemessen wird, dass mit geringem Ab stand von der Folie 9 angeordnet ist.

Die Fig. 2 zeigt perspektivisch, wie die Folie 9 mittels der Umlenkwalze 12 von der Beschichtungswalze 10 abgezo gen wird. Ebenfalls zu erkennen sind die Gaslanze 15 mit dem Gasreservoir 17 und das Pyrometer 18 zur Bestimmung der Folientemperatur.

Bezugszeichenliste

1

Vakuumkessel

2

Trennwand

3

Beschichtungskammer

4

Wickelkammer

5

Vakuumpumpe

6

Vakuumpumpe

7

Vorratsrolle

8

Aufwickelrolle

9

Folie

10

Beschichtungswalze

11

Umlenkrolle

12

Umlenkrolle

13

Verdampferbank

14

Beschichtungsfenster

15

Gaslanze

16

Spalt

17

Gasreservoir

18

Pyrometer

Claims

1. Vakuum-Beschichtungsanlage zum Beschichten einer Fo lie, bei der eine Beschichtungswalze mit einem Teilbe reich ihrer Mantelfläche in eine unter Vakuum stehende Wickelkammer und eine Vakuum-Beschichtungskammer ein greift und die zu beschichtende Folie aus der Wickelkam mer entlang eines Teilbereiches der Mantelfläche der Be schichtungswalze durch die Vakuum-Beschichtungskammer und dann zurück zur Wickelkammer geführt ist, dadurch gekenn zeichnet, dass in der Wickelkammer (4) zumindest in etwa über die Breite der Folie (9) eine Gaslanze (15) zum Zu führen eines Kühlgasstromes gegen die Folie (9) angeord net ist.

2. Vakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaslanze (15) in einen keilför migen Spalt (16) zwischen der Folie (9) und der Mantel fläche der Beschichtungswalze (10) angeordnet ist.

3. Vakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaslanze (15) in dem Spalt (16) zwischen der Folie (9) und der Beschichtungswalze (10) an der Auslaufseite der Folie (9) angeordnet ist.

4. Vakuum-Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur berührungslosen Messung der Temperatur der Folie (9) ein Pyrometer (18) in Bewegungsrichtung der Folie (9) gesehen hinter der Gaslanze (15) angeordnet ist.

5. Verfahren zum Beschichten einer Folie in einer Vakuum- Beschichtungsanlage, bei der eine Beschichtungswalze mit einem Teilbereich ihrer Mantelfläche in eine unter Vakuum stehende Wickelkammer und eine Hochvakuum-Beschichtungs kammer eingreift und die zu beschichtende Folie aus der Wickelkammer entlang eines Teilbereiches der Mantelfläche der Beschichtungswalze durch eine Vakuum-Beschichtungs kammer und dann zurück zur Wickelkammer geführt wird, da durch gekennzeichnet, dass in der Wickelkammer zumindest in etwa über die Breite der Folie ein Kühlgasstrom gegen die Folie geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlgasstrom in einen keilförmigen Spalt zwi schen der Folie und der Mantelfläche der Beschichtungs walze eingeleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlgasstrom in dem Spalt zwischen der Folie und der Beschichtungswalze an der Auslaufseite der Folie ein gegeben wird.

8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Menge des Kühlgasstromes die Temperatur der Folie hinter der Kühl gaseingabe gemessen wird.

9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlgasstrom etwa 0,5 bis 1 l/min Gas eingegeben wird.

10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlgasstrom Argon ver wendet wird.