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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Behandeln, insbesondere zum Kühlen und/oder Trocknen, von
Substraten mit einer Transporteinrichtung, in der die Substrate
stapelförming übereinander
angeordnet und senkrecht transportierbar sind.
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Bei
der Fertigung von scheibenförmigen
Datenträgern,
wie CD's und DVD's, werden die hierfür verwendeten
Substrate verschiedenen Prozess-Schritten unterzogen. Die Substrate,
aus denen beispielsweise eine DVD besteht, verlassen die Spritzgußmaschine,
in der sie hergestellt werden, mit relativ hoher Temperatur, die
für die
sich anschließenden
weiteren Behandlungsvorgänge
nicht akzeptiert werden kann. Auch beim Verkleben von wenigstens
zwei Substraten zu einem Datenträger,
etwa einer DVD werden die Substrate aufgrund der für den Aushärtvorgang
vorgenommenen UV-Bestrahlung erwärmt.
Für nachfolgende
Behandlungsverfahren oder Prozess-Schritte, beispielsweise für die optische
Vermessung der Substrate, sind jedoch hohe Temperaturen der Substrate
nicht erlaubt. Daher sind zwischen den Prozess-Schritten oder den
einzelnen Behandlungsvorgängen
Kühlvorgänge erforderlich, die
mit entsprechenden Kühlvorrichtungen
durchgeführt
werden. Beispielsweise werden die Substrate, aus denen eine DVD
besteht, in einem ersten Schritt durch UV-Bestrahlung miteinander
verklebt, wobei sich das Substrat, hier die verklebten Teilscheiben, erwärmen. In
einem anschließenden
Prozessschritt wird das Substrat optisch vermessen, darf dabei aber nur
eine Temperatur von höchstens
30°C besitzen. Somit
ist es unter Umständen
erforderlich, zwischen beide Prozessschritte einen Kühlschritt
einzufügen. Dieser
wird in der Regel durch speziell konstruierte Kühlvorrichtungen vollzogen.
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Ein
anderes Beispiel eines Prozessschritts bei der Fertigung von CDs
und DVDs betrifft das Belacken der Substrate. Der in einem ersten
Prozessschritt auf die Substrate aufgebrachte Lack muss in einem
anschließenden
Prozessschritt wirkungsvoll getrocknet werden. Hierzu werden speziell
entwickelte Trocknungsvorrichtungen eingesetzt, die erwärmte Luft über die
Substrate streichen lassen.
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Sowohl
das Kühlen
als auch das Trocknen erfordern einen definierten Zeitraum, der
von der maximal zulässigen
Temperaturdifferenz zwischen Substrat und Kühlluft oder der Flüchtigkeit
des Lösungsmittels
aus dem Lack abhängt.
Daher werden die Kühl-
und Trocknungsvorrichtungen oftmals als dynamische Substratspeicher
realisiert, in denen eine große
Anzahl von Substraten während
einer vorbestimmten Verweilzeit einer gewünschten Atmosphäre zum Kühlen oder
Trocknen ausgesetzt werden kann.
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Herkömmliche
Transporteinrichtungen in Kühl-
und Trocknungsvorrichtungen transportieren die Substrate gemäß der in 1 dargestellten Skizze.
Gemäß dem skizzierten
Beispiel erfolgt die Aufnahme in die Transporteinrichtung an deren
rechtem Ende. Die Substrate werden gekippt, transportiert, erneut
gekippt und am linken Ende abtransportiert.
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Der
zum Kühlen
oder Trocknen verwendete Kühlmittel-
bzw. Luftstrom ist in 1 von
oben nach unten durch die vertikal aufgestellten Substrate angedeutet.
Darüber
hinaus ist der Luftstrom über
die gesamte horizontale Transportlänge der Transportvorrichtung
gleichförmig
verteilt. Daraus ergeben sich mehrere Nachteile. Ein erster Nachteil
besteht darin, dass die am Eingang des Kühlers noch heißen Substrate
unter Umständen
einen „Temperaturschock" erleiden, wenn sie
der Kühlluft
erstmals ausgesetzt werden. Dies führt dazu, dass aufgrund der hohen
Temperaturunterschiede innere Spannungen in den Substraten auftreten,
so dass sie sich verziehen. Ein weiterer Nachteil besteht bei maximaler Auslastung,
wenn die vertikal aufgestellten Substrate in dem Transportband sehr
eng aneinander angeordnet sind. Der Luftwiderstand ist dann zwischen
den Substraten verhältnismäßig hoch,
so dass der von oben kommende kühlende
oder trocknende Luftstrom nur bedingt zwischen die Substrate eindringen und
dort seine Wirkung entfalten kann. Da ferner die zwischen den Substraten
erwärmte,
durch Konvektion gemäß 2 nach oben steigende Luft
dem Kühlstrom
entgegenströmt,
kann es zwischen oder über den
Substraten zu einem Luftstau kommen, wodurch der Kühlprozess
verschlechtert wird. Dies wiederum führt zu längeren Verweilzeiten in der
Kühl- oder Trocknungsvorrichtung.
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Die
einseitige Zufuhr des Kühl-
oder Trocknungsmittelstroms auf die Substrate führt darüber hinaus zu einer ungleichmäßigen Strömungs- und Temperaturverteilung
an den Substraten. Dies kann zu Beeinträchtigen des fertigen Produkts,
beispielsweise zu Unsymmetrien der Substrate und Spannungen in ihnen
führen.
Ferner erhöhen
sich durch die ungleichmäßige Strömungs- und
Temperaturverteilung die Verweilzeiten im Kühler bzw. Trockner. Auch müssen alle
Abschnitte eines Substrats gleichmäßig über seine gesamte Fläche hinweg
gekühlt
oder erwärmt
werden, was mit den herkömmlichen
Vorrichtungen – wenn überhaupt – nur begrenzt
durchführbar
ist.
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Bekanntermaßen werden
bei der Trocknung und Kühlung
von Substraten vertikale Kühl-
oder Trocknungsvorrichtungen eingesetzt. In diesen Kühl- oder
Trocknungsvorrichtungen werden die Substrate durch Förderbänder vertikal
transportiert. Die Förderbänder weisen
ein geeignetes Profil auf, um die Substrate aufzunehmen. Der Kühl- oder
Trocknungsmittelstrom wird durch die konzentrisch übereinander angeordneten
Substrate geführt.
Das Problem der Konvektion über
die Oberfläche
der Substrate ist zwar durch deren horizontale Anordnung umgangen, jedoch
tritt die Konvektion zwischen den übereinander angeordneten Substraten
auf, so dass die Unterseite der Substrate stets wärmer sein
wird, als die Oberseite. Darüber
hinaus wird der Kühl-
oder Trocknungsstrom durch die Konvektion verwirbelt, so dass es
auf den einzelnen Substraten örtlich
zu unterschiedlichen Kühl-
oder Trocknungswirkungen kommt.
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Aus
der
DE 297 07 657
U1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren mit einer Transporteinrichtung bekannt,
in der die Substrate stapelförmig übereinander
angeordnet und transportierbar sind. Die Substrate liegen bei dieser
Vorrichtung während
des vertikalen Transports direkt auf Zähnen eines Zahnriemens für den senkrechten
Transport auf, so dass Wärme-
bzw. Kältebrücken zwi schen
der Transporteinrichtung und den Substraten an bestimmten Stellen
auftreten, die eine gleichmäßige Behandlung, beispielsweise
Kühlung
des Substrats über
die gesamte Substratfläche
hinweg verhindern.
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In
der
US 4 274 535 ist
eine Transporteinrichtung für
Wafer beschrieben, bei der die Wafer bogenförmig transportiert werden und
dabei auf Drahtbögen
aufliegen, die an dem Transportband befestigt sind. Auch diese Anordnung
läßt eine
gleichmäßige Behandlung
der Substrate aufgrund der durch die Drahtbögen ergebenen Wärme- oder
Kältebrücken nicht
zu. Dasselbe gilt für
die aus der
US 3 993 189 bekannte
Transportvorrichtung im Zusammenhang mit der Fertigung von Nahrungsprodukten,
da diese während
der Behandlung ebenfalls mit der Transporteinrichtung in Verbindung
stehen und Wärme-
bzw. Kältebrücken die
gleichmäßige Behandlung
dieser Produkte nicht ermöglichen.
Auch weist die aus der
DE 703
373 beschriebene Förderanlage
für Schokoladenartikel
in Zusammenhang mit deren Kühlung dieselben
Nachteile auf, da diese Artikel ebenfalls in ihrer ganzen Fläche auf
der Transporteinrichtung aufliegen und eine gleichmäßige Kühlung der
Substrate ohne Wärme-
oder Kältebrücken nicht
möglich
ist.
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Angesichts
der obigen Nachteile besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, mit denen das
Kühlen
bzw. Trocknen von Substraten gleichmäßiger und schneller möglich ist.
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Ausgehend
von einer eingangs genannten Vorrichtung, wie sie aus der
DE 297 07 657 U1 bekannt
ist, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Transporteinrichtung
eine Vielzahl von in sie einsetzbaren Trägern für die Substrate aufweist, und dass
ein Mantel um die Transporteinrichtung angeordnet ist, der die Einlass-
bzw. Auslassöffnungen
für das
Behandlungsmittel aufweist.
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Da
nicht das Substrat selbst, sondern der das Substrat tragende Träger mit
der Transporteinrichtung in Verbindung steht, ergibt sich eine wesentlich gleichmäßigere Behandlung,
beispielsweise eine wesentlich gleichmäßigere Erwärmung oder Kühlung über die
gesamte Substratfläche
hinweg, da Wärme- bzw.
Kältebrücken nicht
auftreten und sich der Träger selbst
in der Behandlungsvorrichtung befindet. Der Mantel, der um die Transporteinrichtung
angeordnet ist, bewirkt ebenfalls eine gleichmäßige Behandlungsatmosphäre in der
Transporteinrichtung, wobei die am Umfang des als Kühl- bzw.
Heizmantels ausgebildeten Einlass- und/oder Auslassöffnungen
zum Ein- bzw. Ableiten des Behandlungsmittels, beispielsweise eines
Kühl- oder
Trocknungsmittels dienen. Auch diese Maßnahme verbessert die Gleichmäßigkeit
der Substratbehandlung über
die Substratfläche
hinweg.
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Die
zu behandelnden Substrate werden in die Transporteinrichtung in
einer Ebene eingeführt und
in der gleichen Ebene oder in einer dazu versetzten aus der Transporteinrichtung
wieder entnommen. Dies hat den Vorteil, dass die Substratbehandlungsvorrichtung
sehr kompakt gestaltet werden kann, beispielsweise wenn der Aufnahmeabschnitt
der Transporteinrichtung unmittelbar neben dem Abgabeabschnitt angeordnet
ist. Da ferner die Substrate in der Transporteinrichtung einheitlich
orientiert sind, bedarf es keiner speziellen Handhabungsvorrichtung
zum Kippen oder Drehen der Substrate.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung beginnt und endet das Transportieren der Substrate
auf einer gemeinsamen Ebene. Dadurch ist es möglich, die Zuführung und Abführung der
Substrate, der Träger
ohne Substrate/oder der Träger
mit Substraten mit Handhabungsvorrichtungen vorzunehmen, die in
dieser Ebene angeordnet sind. Gegebenenfalls ist es für bestimmte Ausführungsfälle jedoch
auch vorteilhaft, das Transportieren der Substrate auf verschiedenen
Ebenen beginnen bzw. enden zu lassen, beispielsweise dann, wenn
dies aus Platzgründen
für die
Handhabungsvorrichtungen vorteilhafter ist.
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Ausgehend
von der aus der
DE
297 07 657 U1 bekannten Vorrichtung wird die gestellte
Aufgabe mittels eines Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die Substrate auf jeweils einen Träger und während des Transports in einem
die Transporteinrichtung umgebenden Mantel mit einem Behandlungsmittel
behandelt werden, das durch Öffnungen im
Mantel umfangsseitig zu- oder abgeführt wird. Die sich aus diesem
Verfahren ergebenden Vorteile entsprechen den zuvor im Hinblick
auf die erfindungsgemäße Vorrichtung
beschriebenen Vorteilen.
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Vorteilhafte
Weiterentwicklungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Als
besonders vorteilhaft erweist sich, wenn die Substrate in der Transporteinrichtung
auf Trägern transportiert
werden, die Träger
jeweils eine Platte zum gezielten Führen eines Behandlungsstroms
aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze einer Substratkühlvorrichtung
nach dem Stand der Technik;
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2 eine
schematische Darstellung der Strömungsverhältnisse
an einem vertikal angeordneten Substrat bei einer Vorrichtung gemäß 1;
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3 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Substratbehandlungsvorrichtung;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für eine Trägervorrichtung,
wie sie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendbar ist;
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5 eine
Prinzipskizze der Strömungsverhältnisse
in einem vertikalen Substratstapel der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
und
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6 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kühlers mit Kühlmantel.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
für eine erfindungsgemäße Substratbehandlungsvorrichtung mit
einer Transporteinrichtung. Die Transporteinrichtung weist ein vertikal
angeordnetes, erstes Förderpaar 1 und
ein daneben angeordnetes zweites Förderpaar 2 auf. Die
Förderpaare
können
Schlitten, Bänder
oder sonstige geeignete Einrichtungen sein. Jede Fördereinrichtung
dieser Förderpaare 1, 2 weist horizontal
verlaufende, nicht dargestellte Schlitze oder Zahnprofile auf, in
die Substrate 3 direkt oder Träger 4 für die Substrate 3 einschieb-
oder einsteckbar sind. Das erste Förderpaar 1 dreht sich
derart, dass die darin befindlichen Träger 4 gemäß den Pfeilen 5,6 nach
unten transportiert werden. Das zweite Förderpaar 2 dreht sich
gemäß Pfeil 7 derart,
dass die darin befindlichen Träger 4 einschließlich der Substrate 3 nach
oben befördert
werden.
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Zum
Wechsel der Träger
an der unteren Stelle der beiden Förderpaare 1, 2 vom
ersten Förderpaar 1 zum
zweiten Förderpaar 2 ist
eine nicht dargestellte Einrichtung vorgesehen, die die Träger in horizontaler
Richtung bewegt, wie dies durch den Pfeil 8 angedeutet
ist. Vorzugsweise sollten die beiden Förderpaare 1,2 zueinander
synchronisierte schrittweise Bewegungen durchführen, so dass die Schlitze
beider Förderpaare 1, 2 während der
horizontalen Bewegung der Substrate auf derselben Ebene liegen.
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In
der Transporteinrichtung bewegen sich die Träger-Platten-Stapel 9 und 10 gegenläufig, wobei die
Substrate 3 auf die leeren Träger 4 an der Oberseite
des Stapels 9 aufgelegt und an der Oberseite des Stapels 10 wieder
entnommen werden. Das Be- und Entladen der Transporteinrichtung
mit Substraten 3 erfolgt somit auf derselben Ebene. Damit
lässt sich
die Substratbehandlungseinrichtung leichter in eine Produktionsanlage
integrieren, da keine komplizierten Handhabungsvorrichtungen, wie
beispielsweise zum Drehen oder Kippen der Substrate 3,
erforderlich sind.
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Die
Höhe der
Transporteinrichtung lässt
sich an die jeweiligen Bedürfnisse
anpassen, beispielsweise in Abhängigkeit
von der gewünschten
Verweildauer der Substrate in der Substratbehandlungsvorrichtung.
Der Behandlungsvorgang, beispielsweise der Kühlvorgang, ist dabei auch durch
die Taktung des Träger-Platten-Stapeltransports,
aber auch durch die Einstellung und Steuerung des Behandlungsstroms,
etwa des Kühlstroms,
oder die Höhe der
Transporteinrichtung einstell- und anpaßbar.
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Wie
bereits zuvor beschrieben wurde, kann der Transport der Träger 4 bzw.
Substrate 3 in der Transporteinrichtung schrittweise oder
stetig erfolgen. Dabei kann es vorteilhaft sein, die Transportbewegung
der Förderbänder mechanisch
oder elektronisch an die Transportbewegungen vorgeschalteter oder
nachgeschalteter Behandlungseinrichtungen zu koppeln oder anzupassen.
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Die
Bewegung der Fördereinrichtungen,
beispielsweise von Schlitten der Förderpaare 1, 2,
und die Übergabe
der Substrate oder Substratträger
ist entsprechend angepaßt
und kann über
separate oder gekoppelte Antriebe erfolgen.
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Der
Transport der Substrate in der Transporteinrichtung erfolgt somit
zusammenfassend folgendermaßen:
Ein
Substrat 3 bzw. ein Träger 4 mit
einem Substrat 3 wird gemäß Pfeil 11 in 3 in
den Stapel 9 gebracht. Das Substrat 3 wird innerhalb
des Substrat-Träger-Stapels 9 gemäß den Pfeilen 5, 6 mit
dem Förderpaar 1 nach
unten transportiert. Am unteren Ende des Stapels 10 wird
der unterste Träger 4 mit dem
Substrat 3 in horizontaler Richtung gemäß Pfeil 8 unter den
Stapel 10 transportiert. Innerhalb des Stapels 10 wandert
das Substrat 3 bzw. der Träger 4 mit ihm entsprechend
der Förderbewegung
des rückwärtigen Förderpaars 2 (Pfeil 7)
nach oben. An der obersten Stelle des Stapels 10 wird das
Substrat 3 gemäß Pfeil 12 entnommen
und der leere Träger 4 wird
entsprechend Pfeil 13 von Stapel 10 zu Stapel 9 überführt. Das
Beschicken des Sta pels 9 und das Entnehmen eines Substrats
von Stapel 10 erfolgt somit auf einer Ebene.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Trägers 4 für die Substrate 3.
Zur detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen für diesen Träger sei
auf die Parallelanmeldung mit dem Titel „Trägervorrichtung für Substrate" mit dem gleichen Zeitrang
wie die vorliegende Patentanmeldung mit der dazugehörigen Beschreibung
verwiesen. Wesentliche Elemente des Trägers 4 sind eine Platte 14 zum
horizontalen Führen
eines Behandlungsstroms, mit einem Durchgangsloch 15, durch
das ein Behandlungsstrom strömen
kann, und Halterungsarme 16 zur Aufnahme in die Fördereinrichtung.
Ein derartiger Träger 4 hat
den Vorteil, dass keine nachteiligen Wärme- bzw. Kältebrücken zwischen Fördereinrichtung
und Substrat 3 der am Rand der Substrate 3 wie bei
herkömmlichen
Einrichtungen entstehen können, bei
denen die Substrate direkt mit der Fördereinrichtung in Verbindung
stehen.
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5 zeigt
schematisch den Kühl-
bzw. Trocknungs-Stromverlauf bei einem derartigen Substratstapel.
Durch die Durchgangslöcher 17 der
Substrate 3 und Träger 4 strömt das Kühl- bzw.
Trocknungsmittel entsprechend Pfeil 18 nach oben. Die in der
Zeichnung dargestellten Scheiben stellen dabei abwechselnd Substrate 3 und
Platten 14 von Trägern 4 dar.
Zwischen den Substraten 3 und Trägerplatten 14 strömt jeweils
ein Teil des Kühl-
bzw. Trocknungsmittels entsprechend Pfeil 19 vom Zentrum
nach außen
oder umgekehrt. Außerhalb
des Stapels strömt das
Kühl- bzw.
Trocknungsmittel, in der Regel gekühlte oder erwärmte Luft,
von oben nach unten (vgl. Pfeil 20) bzw. von oben nach
unten.
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6 stellt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung dar,
die im Wesentlichen mit der in 3 dargestellten
Behandlungsvorrichtung übereinstimmt. 6 zeigt
darüber
hinaus Kühl-
bzw. Heizmäntel 21, 22, die
die Träger-Platten-Stapel 9 bzw. 10 umgeben, und
in die durch eine Einlaß-
bzw. Auslaßöffnung Kühl- bzw.
Trocknungsmittel eingeleitet bzw. abgeleitet wird.
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Um
die Substrate noch gleichmäßiger in
dem Kühl-
bzw. Trocknungsmittelstrom zu kühlen
oder zu trocknen, können
die Substrate während
des Transports in der Behandlungsvorrichtung gedreht werden. Diese
Drehbewegung der Substrate bezüglich
des Kühl-
bzw. Trocknungsstroms kann durch geeignete Anordnung von Einlaß- und/oder
Auslaß-Öffnungen am
Umfang des Kühl-
bzw. Heizmantels simuliert werden. Die Einlaß und/oder Auslaß-Öffnungen sind beispielsweise
spindelförmig
am Innenumfang des Kühl-
bzw. Heizmantels verteilt. Beim Transport der Substrate von unten
nach oben oder umgekehrt wird das Kühl- bzw. Trocknungsmittel somit
immer wieder von unterschiedlichen Seiten eingeleitet und/oder abgesogen,
was einer Drehung eines Substrats in einem festen Kühlmittelstrom
entsprechen würde.
Bewegliche Teile sind daher für
die Drehung der Substrate oder des Kühlmittelstroms vorteilhafterweise nicht
erforderlich.
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Der
in 5 schematisch angedeutete Kühl- bzw. Trocknungstrom kann
je nach den Gegebenheiten und Erfordernissen auch in anderer Weise
verlaufen. Beispielsweise kann der Kühl- bzw. Trocknungstrom statt
im Zentrum eingeleitet und im Verlauf des Stapel ausgeleitet zu
werden, über
die Kühlmäntel 21, 22 eingeleitet
und zentral abgeführt
werden. Dies würde
bedeuten, dass beispielsweise das Kühlmittel von außen dem
Stapel zugeführt
wird, durch die Spalte zwischen den Trägern und Substraten dringt und über die
Löcher
in der Mitte der Substrate und Träger abgesogen wird. Dies wäre insbesondere dann
vorteilhaft, wenn starke Temperaturunterschiede am Eingang der Kühlvorrichtung
vermieden werden sollen. Falls der Kühlmantel in unterschiedlichen Höhen Kühlmittelöffnungen
aufweist, können
diese mit Kühl- oder Trocknungsmitteln
unterschiedlicher Temperatur beaufschlagt werden. Somit kann das Kühl oder
Trockungsmittel am Eingang der Kühlvorrichtung
durchaus etwas wärmer
sein als im weiteren Verlauf. Mit einer derartigen Temperatursteuerung lässt sich
der Abkühlprozess
optimieren und stetig durchführen,
so dass eine Beeinträchtigung
der Substrateigenschaften, wie beispielsweise innere Spannungen,
vermieden wird.