-
Die Erfindung betrifft einen Teleskoparm zum bidirektionalen translatorischen Substrattransport in der Vakuumbehandlung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Dieser Teleskoparm eignet sich vorzugsweise für den der Behandlung zu- und abführenden Transport von Einzelsubstraten beispielsweise in solchen Vakuumkammern, die einen gemeinsamen Schleusenbereich zum Be- und Entladen von Substraten vorsehen.
-
Es sind Vakuumkammern als mechanisch stabile Behälter, die subatmosphärischen Druck im Inneren zulassen, bekannt sowie, dass zur Vakuumbehandlung allgemein Verfahren zum Reinigen des Substrates, zum Erwärmen oder Abkühlen des Substrates und Verfahren zum Auf- und/oder Abtragen von Schichten auf ein bzw. von einem Substrat gehören. Beispiele für solche Verfahren sind Plasmaätzen, Tempern, Magnetronsputtern, Elektronenstrahlverdampfen usw. Wird ein Substrat dabei im Ergebnis beschichtet, spricht man von Vakuumbeschichtung.
-
Schleusenbereiche beziehungsweise Schleusen machen den Teil einer Apparatur oder einer Anlage zur Vakuumbehandlung aus, durch die das Substrat in das oder aus dem Vakuum gelangt.
-
Im Fokus der Erfindung steht eine solche Apparatur, in der der Bereich der Behandlung und der Schleusenbereich unmittelbar aneinander angrenzen. Das Substrat gelangt über die Schleuse in das Vakuum, wird zumindest einem Behandlungsvorgang in einem Behandlungsbereich unterzogen und danach anschließend über den gleichen Weg zurück an Atmosphäre gebracht. Die Substrate sind dabei zumeist so handlich, das sich diese über manuelle Bedienhandlungen der Apparatur zu- oder abführen lassen. Das Anwendungsgebiet ist bevorzugtermaßen die Präzessionsbeschichtung für Halb- und Werkzeuge mit anspruchsvollen optischen und mechanischen Eigenschaften. Diese Spezialisierung lässt auch bei manueller Bedienung ein signifikantes Produktionsergebnis zu. Ähnliches ist auch bei der Behandlung oder Beschichtung von Turbinen oder Bauteilen für Flugzeugtriebwerken vorzufinden.
-
Die Transportmittel betreffend sind zu genannten Apparaturen solche bekannt, die zumindest abschnittsweise das Substrat halten und/oder führen. Transportmittel und Substrat sind im Regelfall so in Kontakt, dass das Substrat festgeklemmt ist oder auf einem Träger/Halter aufliegt, währen des Transportmittel die Subtratbewegung vorgibt und in seinen Bestandteilen mit vollzieht. Solches meint beispielsweise Schwenkarme, die SI-Wafer von Schleusen zu Beschichtungsquellen bewegen usw. Hier nicht von Belang sind Transportmittel wie Rollenbahnen, auf denen Substrate wie Glasscheiben durch Rollreibung auf einem Pfad fortbewegt werden.
-
An aufgezeigten Apparaturen lassen sich auch Substrat-Roboter einsetzen, was für Kleinserien, solche mit geringer Stückzahl, zumeist ineffektiv oder eben nicht kostenvorteilig ist. Dort, wo also Schleusenbereiche und Behandlungsbereiche bestenfalls mit einem Transportmittel bidirektional translatorisch Substrat bewegt werden sollen, fehlt es aufgrund der zu überwindenden Distanz an vergleichsweise konstruktiv einfachen und preiswerten Mitteln.
-
Eine Apparatur, in die aus seitlich vorgesehen Schleusenbereichen Substrate einer Beschichtungskammer zu- und abgeführt werden, ist aus der
WO 01/31080 A2 bekannt. Über in Schiebevorrichtungen gehaltene Stangen, die die zu beschichtende Substrate halten, werden die Substrate in die Beschichtungskammer gebracht. Nachteiligerweise muss hier ein konstruktiv erforderliches Volumen in den Schleusen angelegt werden, was wiederum Zeit für die Evakuierung der Schleusen in Anspruch nimmt. Das unvorteilhaft große Volumen ist auch in zweierlei Hinsicht keine ansprechende Lösung. Zum Ersten sind die Schleusen in der Länge für den gesamten Schubweg ausgelegt und zum Zweiten fällt der Platzbedarf für Substrate und Schiebevorrichtungen unnötig groß aus.
-
Eine weitere technische Möglichkeit Substrate bidirektional translatorisch zu bewegen sind Stangen als Transportmitte, die die Wand der Vakuumkammer an mechanischen Durchführungen durchdringen. Solche Durchführungen stellen mitunter eine Störquelle für das Vakuum dar und sind daher für Präzisionsbeschichtungen unvorteilhaft.
-
Um eine flexible Wand zum Beschichtungsbereich zu schaffen, in der das Transportmittel bewegbar ist, sind Metallfaltbälge bekannt. Deren Ausdehnung ist jedoch begrenzt. Weiter ließe sich das Substrat über solche Transportmitte bewegen, die mittels einer magnetischen Kupplung, die zwischen Vakuum und Atmosphäre angelegt ist, die Transportbewegung überträgt. Neben dem, dass eine solche Kupplung an einer Wand angeordnet sein muss, ist der dafür notwendige technische Aufwand nicht immer von Vorteil.
-
Die Erfindung stellt sich dem Ziel, aufgezeigte Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und macht es sich zur Aufgabe, ein konstruktiv einfaches Transportmittel zum bidirektionalen translatorischen Substrattransport für die Vakuumbehandlung zu finden.
-
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Die Erfindung geht von einem gattungsgemäßen Teleskoparm zum bidirektionalen translatorischen Substrattransport innerhalb einer Apparatur zur Vakuumbehandlung, die aus Vakuumkammern besteht, die zueinander gasdicht verschließbar sind, aus, Mindestens eine Vakuumkammer ist eine Behandlungskammer, die Mittel zur Vakuumbehandlung aufweist, und mindestens eine weitere Vakuumkammer ist eine Schleusenkammer, die Mittel zum Evakuieren und Belüften sowie eine Schleusenöffnung zum Be- und Entladen der Apparatur mit Substraten aufweist. Der Teleskoparm ist für den Hin- und Rücktransport des Substrates von der Schleusenkammer zu der Behandlungskammer vorgesehen, wofür dieser mindestens einen Substrathalter zur Aufnahme des Substrates aufweist.
-
Es kennzeichnet die Erfindung, dass der Teleskoparm ein Hauptrohr, ein äußeres Schubmittel, ein inneres Schubmittel, mindestens zwei Teleskoprohre als ein äußeres und ein inneres Teleskoprohr sowie Kupplungen und Antriebe aufweist. Das Hauptrohr als Teil der Wand der Vakuumkammer ist derart ausgeführt, dass die Wand der Vakuumkammer eine zylinderförmige Ausstülpung nach Außen aufweist. Das äußere Schubmittel ist vorgesehen, um eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung außerhalb des Hauptrohres in dessen Längsrichtung zu bewegen. Die erste Kupplung ist vorgesehen, innerhalb des Hauptrohres das äußere Teleskoprohr translatorisch parallel zum äußeren Schubmittel zu bewegen. Die zweite Kupplung ist vorgesehen, das innere Schubmittel zu bewegen. Innerhalb des Hauptrohres ist das innere Schubmittel zum translatorischen Auseinanderziehen und Ineinanderschieben der Teleskoprohre vorgesehen und an einem Ende eines Teleskoprohres der Substrathalter. Im Effekt ist mit dem äußeren Schubmittel das äußere Teleskoprohr relativ zum Hauptrohr und mit dem inneren Schubmittel das äußere relativ zum inneren Teleskoprohr translatorisch bewegbar.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Antriebe außerhalb des Hauptrohres vorgesehen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Kupplung zum Übertragen einer translatorischen Bewegung ausgebildet.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das äußere Schubmittel eine äußere Gewindespindel, die gedreht durch einen ersten Antrieb, die erste und die zweite Kupplung translatorisch bewegend vorgesehen ist, auf.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Kupplung zum Übertragen einer Drehbewegung ausgebildet.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das innere Schubmittel eine innere Gewindespindel, die gedreht durch die zweite Kupplung sowie diese außerhalb des Hauptrohres gedreht durch einen zweiten Antrieb, die Teleskoprohre translatorisch zueinander bewegend vorgesehen sind, auf.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die erste und die zweite Kupplung mit einem Schlitten, der durch die äußere Gewindespindel bewegbar ist, verbunden.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auf dem Schlitten der zweite Antrieb vorgesehen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Antrieb über ein Getriebe die zweite Kupplung drehend vorgesehen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen den Teleskoprohren Gleitlager vorgesehen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Teleskoprohre zueinander und das äußere Teleskoprohr zum Hauptrohr verdrehsicher gelagert.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Antriebe elektrische Motoren.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Antriebe für den Handbetrieb vorgesehen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Teleskoprohre in der Wand Bohrungen auf.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Hauptrohr einen Flansch zur Befestigung an der Kammerwand auf.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Kupplungen als magnetische Kupplung derart ausgeführt, dass je ein äußerer Teil der Kupplung außerhalb des Hauptrohres sowie ein innerer Teil der Kupplung innerhalb des Hauptrohres angeordnet ist und die Kraftübertragung der Kupplung durch die Wand des Hauptrohres hindurch erfolgend vorgesehen ist.
-
Maßgebliche Vorteile der Erfindung sind einfache Ausführung, gewonnene Flexibilität in der Wahl des Einbauortes, hohe Vakuumdichtheit und effiziente Ausnutzung des zu evakuierenden Kammervolumens. Zunächst ist für den Einbau an eine Vakuumkammer lediglich ein Wandanschluss beispielsweise in der Art eines Flansches erforderlich. In das angeflanschte Hauptrohr lässt sich nunmehr der Teleskoparm nahezu vollständig hineinfahren, sodass der Substrathalter in der Schleusenkammer verbleibt. Der eingefahrene beziehungsweise eingezogene Teleskoparm füllt somit das Hauptrohr weitestgehend aus, da Wandungen der Rohre und Spindel bis auf ein geringes Einbauspiel aneinander angrenzen. Die verwendbaren Kupplungen begünstigen das. Wird also die Schleuse evakuiert, ist ein Minimum an für das Transportmittel benötigten Volumen abzupumpen. Löcher in den Teleskoparmen bieten sich an, um Lufteinschlüsse zu vermeiden und ein schnelles Evakuieren zu unterstützen. Durch die Ausführung des Teleskoparmes ist auch erreicht, dass keine Durchführungen wie Drehdurchführungen verwendet werden müssen. Die Apparatur bleibt nach einem ersten Evakuieren beim Einschleusen bei folgender Bewegung der Transportmittel gasdicht. Das erlaubt insbesondere Beschichtungen die keine Störungen des Vakuums während des Beschichtungsprozesses zulassen. Mögliche Anordnungen des Teleskoparmes gestatten es zudem, die Nähe zur Kammerwand zu meiden. Beispielsweise ließe sich so das Substrat zwischen zwei Behandlungsmittel hineinfahren (z.B. Sputterquelle oben; Heizer untern). Zudem wäre vergleichsweise einfach der gesamte Teleskoparm gegenüber der Kammerwand elektrisch isolierbar, indem zumindest am Flansch zur Kammerwand eine solche Isolation vorgesehen wird. Ein zudem entscheidender Vorteil ist die gewonnene Ausfahrbarkeit des Teleskoparmes. Aus dem Hauptrohr heraus lässt sich das Substrat über eine Distanz in nahezu zweifacher Länge des Hauptrohres transportieren. Das wäre beispielsweise dort relevant, wo in einer Schleuse ein auf dem Substrathalter abgelegtes Substrat bis in die Behandlungskammer hinein und zeitversetzt wieder zurück translatorisch zu bewegen wäre. Auf die für solche Zwecke üblichen und aufwändigen Schwenkarme oder Roboter dieser Art, die gattungsgemäß Substrate aus der Schleusenkammer in die Behandlungskammer und zurück transportieren, kann somit verzichtet werden. Es ist sogar so, dass ein voll- oder halbautomatischer Transport entfallen kann und eine manuelle Bedienung möglich ist. Das bietet sich teilweise für Kleinserien, Laborversuche und manchmal auch für Präzisionsbeschichtungen an, wenn flexibel auf Prozessbedingungen einzugehen ist.
-
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden. Dazu sind in den Zeichnungen wie folgt dargestellt:
-
1 Teleskoparm – ausgefahren
-
2 Teleskoparm – eingezogen
-
Die 1 zeigt das Hauptrohr 2 mit einem Flansch auf der einen Seite und einem verschlossenen Ende auf der anderen Seite. Der Flansch ist vorgesehen, um das Hauptrohr mit einer Vakuumkammer zu verbinden. Derartige Flanschverbindungen sind üblich. Das verschlossene Ende wäre alternativ mittels einer Flanschverbindung verschließbar. Am Hauptrohr 2 läge somit Außen Normaldruck an und Innen der Druck wie in der Vakuumkammer, was im Fall einer Schleusenkammer ein atmosphärischer oder subatmosphärischer Druck wäre. Das mit der Vakuumkammer verbundene Hauptrohr 2 lässt sich auch als eine zylinderförmige Ausstülpung der Vakuumkammer beschreiben. Entlang der Rohrachse des Hauptrohres 2 liegt folglich die Längsrichtung des Rohres. Transportbewegungen sind translatorisch bidirektional stets parallel zu dieser Rohrachse und somit folglich in Längsrichtung des Rohres vorgesehen.
-
Außerhalb des Hauptrohres 2 ist das äußere Schubmittel angeordnet, das aus den Bestandteilen Schlitten 1, äußere Gewindespindel 3, zwei Lagern 4 und der äußeren Gewindebuchse 6 besteht. Ein erster Antrieb 5 ist vorgesehen, um die äußere Gewindespindel 3 zu drehen. Die in den Lagern 4 gehaltene Gewindespindel 3 bewegt in Folge ihrer Rotation (um die eigene Achse) die äußere Gewindebuchse 6 mit dem Schlitten 1 vor und zurück. Am Schlitten 1 sind die äußeren Teile 16 und 18 der ersten und der zweiten Kupplung befestigt. So wie sich der Schlitten 1 bewegt, bewegen sich die äußeren Teile 16 und 18 der Kupplungen und auch die inneren Teile 15 und 17, da diese beide Kupplungen von der Art sind, dass innerer und äußerer Teil mittels einer magnetische Kraft gekoppelt sind, auch wenn sich zwischen beiden Kupplungsteilen eine Wand wie die des Hauptrohres 2 befindet.
-
Die Teile 15 und 16 der ersten Kupplung sind für eine Schubbewegung derart vorgesehen, dass mit der Bewegung des Schlitten 1 das äußere Teleskoprohr 7 in das oder aus dem Hauptrohr 2 geschoben wird. Die Teile 17 und 18 der zweiten Kupplung folgen dieser Bewegung. Die Zweite Kupplung lässt eine Rotation zu, wobei der äußere Teil 18 der zweiten Kupplung durch das Lager 21 gehalten ist und mittels des zweiten Antriebes 19 über das Getriebe 20 in diese Rotation versetzt wird. Da der innere Teil 17 der zweiten Kupplung folgt, versetzt dieser die innere Gewindespindel 11 in Rotation. Deren innere Gewindebuchse 12 sogt nunmehr dafür, dass das innere Teleskoprohr 8 und somit der Substrathalter 9 sowie das Substrat translatorisch bewegt werden. Die beiden Gleitbuchsen 13 sogen für den notwendigen Halt zwischen den beiden Teleskoprohren 7 und 8, während den beiden Gleitbuchsen 14 diese Funktion zwischen dem Hauptrohr 2 und dem äußeren Teleskoprohr 7 zukommt. Je nach Drehrichtung der beiden Antriebe 5 und 19 wird der Teleskoparm entweder ausgefahren oder eingezogen. Dabei vorzieht sich eine Relativbewegungen sowohl zwischen den Teleskoprohren 7 und 8 als auch dem Hauptrohr 2 und dem äußeren Teleskoprohr 7. Es sind folglich auch gegensinnige zeitgleiche Bewegungen der Rohre zueinander möglich.
-
Dem Prinzip nach lässt sich die gesamte Anordnung auch so gestalten, dass der Schlitten im Inneren eines doppelwandigen Hauptrohres angelegt wäre, und auch so, dass ein äußeres Teleskoprohr den Substrathalter 9 tragen könnte. Dazu sind lediglich die Bauteile gleichwirkend umzugestalten.
-
Deutlich wird aus der 1, dass die beiden Teleskoprohre 7 und 8, die in etwa so lang sind wie das Hauptrohr 2, aus diesem soweit herausfahrbar sind, das damit das Substrat 10 etwa über die Distanz der zweifachen Länge des Hauptrohres 2 transportierbar ist. Das ist abzüglich der Länge zu verstehen, die sicheren Halt und für die Gleitlager notwendig sind.
-
Der Dimension der Ausführung des Teleskoparmes sind zunächst keine Grenzen gesetzt. Für kleinformatige Substrate sind Durchmesser des Hauptrohres zwischen 3 und 10 cm relevant. Bestenfalls wird der Durchmesser wie der eines sogenannten in der Vakuumtechnik üblichen ISO-Flansches bemessen sein. Auch größere Ausführungen bezüglich Durchmesser und Länge des Hauptrohres 2 wären geeignet, auch größere und schwerere Substrate zu bewegen. Gegebenenfalls sind die Kupplungen dazu anzupassen. Die vom zweiten Antrieb 19 bereitgestellt Drehbewegung ist zudem nutzbar, um inneres Teleskoprohr und somit auch den Substrathalter in Rotation zu versetzen. Bestenfalls ist durch mehr als zwei Teleskoprohre eine noch größere Distanz für den Substrattransport realisierbar.
-
Mit der 2 wird gezeigt, wie sich die in das Hauptrohr 2 eingefahrenen Teleskoprohre 7 und 8 anordnen, und zudem, wo sich die übrigen bewegbaren Teile: Substrathalter 9 und Substrat 10, Schlitten 1 mit äußerer Gewindebuchse 6, usw., die beiden Kupplungen mit ihren Teilen, 15, 16, 17 und 18 sowie die Gleitbuchsen 13 und 14 befinden. Würde der Flansch des Hauptrohres 2 an einer Kammerwand befestigt sein, ragt aus dem Hauptrohr 2 primär der Substrathalter 9 ggf. mit Substrat 10 in die Schleusenkammer (rechts in der Fig.).
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schlitten
- 2
- Hauptrohr
- 3
- äußere Gewindespindel
- 4
- Lager
- 5
- erster Antrieb
- 6
- äußere Gewindebuchse
- 7
- äußeres Teleskoprohr
- 8
- inneres Teleskoprohr
- 9
- Substrathalter
- 10
- Substrat
- 11
- innere Gewindespindel
- 12
- innere Gewindebuchse
- 13
- Gleitbuchse
- 14
- Gleitbuchse
- 15
- erste Kupplung (innerer Teil)
- 16
- erste Kupplung (äußerer Teil)
- 17
- zweite Kupplung (innerer Teil)
- 18
- zweite Kupplung (äußerer Teil)
- 19
- zweiter Antrieb
- 20
- Getriebe
- 21
- Lager
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
