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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, eine Vakuumkammeranordnung und ein Verfahren zum Abdichten einer Substrat-Transfer-Öffnung.
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Im Allgemeinen können Prozessieranlagen genutzt werden, um Werkstücke oder Substrate, wie plattenförmige Substrate, Glasscheiben, Wafer oder andere Träger, zu prozessieren, z.B. zu bearbeiten, zu beschichten, zu erwärmen, zu ätzen und/oder strukturell zu verändern. Das Prozessieren eines Substrats kann beispielsweise in einer Kammer einer Prozessieranlage erfolgen, wobei die Kammer derart eingerichtet sein kann, dass innerhalb der Kammer die zum Prozessieren notwendigen Bedingungen (Prozessbedingungen) bereitgestellt werden können. Dazu kann es notwendig oder hilfreich sein, die Kammer und/oder weitere Kammern der Prozessieranlage gegeneinander oder gegen die Umgebung der Prozessieranlage abzudichten.
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Verschiedene Kammern einer Prozessieranlage können mittels so genannter Kammerwände oder Schottwände voneinander getrennt sein, beispielsweise bei horizontalen Durchlauf-Beschichtungsanlagen (In-Line-Anlagen) mittels vertikaler Kammerwände bzw. vertikaler Schottwände. Dabei kann jede Kammerwand (oder Schottwand) eine Substrat-Transfer-Öffnung (einen Substrat-Transfer-Spalt) derart aufweisen, dass ein Substrat durch die Kammerwand hindurch transportiert werden kann, z.B. von einer ersten Kammer einer Prozessieranlage in eine zweite Kammer einer Prozessieranlage. Ferner kann die Prozessieranlage eine Substrat-Transfer-Öffnung an einem Eingangsbereich und/oder Ausgangsbereich derart aufweisen, dass ein Substrat in die Prozessieranlage hinein und/oder aus der Prozessieranlage heraus gebracht werden kann.
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Zum Abdichten verschiedener Kammern der Prozessieranlage voneinander oder zum Abdichten einer Kammer der Prozessieranlage von der Umgebung kann eine Substrat-Transfer-Öffnung der jeweiligen Kammer mittels eines Ventils verschlossen und/oder abgedichtet werden.
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Ein herkömmliches Ventil kann beispielsweise als Klappenventil eingerichtet sein, wobei eine Ventilklappe eines Klappenventils beweglich oder um eine Schwenkachse schwenkbar eingerichtet ist zum Abdichten einer Substrat-Transfer-Öffnung einer Kammer. Beispielsweise kann eine herkömmliche Ventilklappe mittels einer Vielzahl in einer Reihe entlang der entsprechenden Schwenkachse angeordneter Scharniergelenke schwenkbar gelagert sein. Aufgrund der Vielzahl von Scharniergelenken kann eine mechanische Stabilität erreicht werden, allerdings kann es somit bei einer herkömmlichen Ventilklappe auch notwendig sein, die Scharniere präzise einzurichten und beim Montieren der Ventilklappe die Scharniere präzise auszurichten, um eine ausreichende Dichtwirkung der Ventilklappe zu erreichen. Anschaulich kann es bei einer Vielzahl von Scharniergelenken schwierig sein, die Ventilklappe präzise zu der die Substrat-Transfer-Öffnung umgebenden Dichtfläche (abzudichtende Dichtfläche) auszurichten. Die damit verbundenen Ansprüche an die Fertigungstoleranzen können beispielsweise mit hohen Kosten verbunden sein.
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Die US 2005 / 0 274 923 A1 beschreibt eine Ventilklappe, welche durch Schwenkarme an ihren beiden Endabschnitten schwenkbar gelagert ist. Die Ventilklappe weist eine gekrümmte Dichtfläche auf, welche beim Anpressen gegen eine Dichtfläche verbogen wird.
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Anschaulich können geringe Abweichungen in der Lagerung der Ventilklappe (Fehlstellung) bezüglich der abzudichtenden Dichtfläche eine Dichtwirkung der Ventilklappe reduzieren oder zur Bildung eines ungleichmäßigen Spalts zwischen der Ventilklappe und der abzudichtenden Dichtfläche führen. Ferner kann der Fertigungsaufwand zum Vermeiden einer Fehlstellung der Ventilklappe größer werden, je breiter die Substrat-Transfer-Öffnung, und damit die Ventilklappe, ist und somit zusätzliche Kosten verursachen.
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Dies sich daraus ergebende Aufgabe wird gelöst gemäß den Patentansprüchen 1 und 10. In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Klappenventil mit schwenkbarer Ventilklappe bereitgestellt, wobei die schwenkbare Ventilklappe einfach zu fertigen und zu montieren ist und vakuumdicht schließen kann. Dazu kann eine an der abzudichtenden Dichtfläche anliegende Dichtung der Ventilklappe zwischen zwei Schwenkarmen derart gelagert werden, dass sich die Dichtung der Ventilklappe an die Form der abzudichtenden Dichtfläche anpassen kann. Anschaulich kann eine Zwei-Punkt-Lagerung mittels Schwenkarmen eine gewisse Flexibilität der Ventilklappe und damit ein Ausgleichen eines ungleichmäßigen Spalts ermöglichen.
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Ferner kann mittels der Schwenkarme ein unkompliziertes Anpassen der Lagerungspunkte, bzw. der Lage der Ventilklappe relativ zu der Substrat-Transfer-Öffnung, erfolgen. Dazu können die Schwenkarme unabhängig voneinander schwenkbar und/oder justierbar eingerichtet sein, so dass die relative Lage und/oder die relative Position der Schwenkarme zueinander eingestellt werden kann. Anschaulich kann eine Fehlstellung oder Abweichung bei der Montage der Ventilklappe im Nachhinein mittels der Schwenkarme ausgeglichen werden, was beispielsweise einen kostengünstigeren Fertigungsaufwand aufgrund größerer Fertigungstoleranzen ermöglichen kann.
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Ferner kann der Fertigungsaufwand für das Klappenventil bei einer breiten abzudichtenden Substrat-Transfer-Öffnung reduziert werden (z.B. bei einer Substrat-Transfer-Öffnung mit einer Breite in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m), da die Lagerung der Ventilklappe unabhängig von der Breite der Substrat-Transfer-Öffnung erfolgen kann. Dies ermöglicht den Einsatz gleicher oder ähnlicher Baugruppen für unterschiedlich breite Substrat-Transfer-Öffnungen, was sich kostensenkend auswirken kann, beispielsweise wenn unterschiedliche Substrat-Geometrien verwendet werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass eine Befestigungsstruktur, mit der eine Ventilklappe an einem schwenkbaren Lager befestigt ist, hohen Belastungen ausgesetzt sein kann, die zu einer Werkstoffermüdung und/oder zu einem Versagen der Befestigungsstruktur führen können. Beispielsweise können die beim Pressen der Ventilklappe gegen eine Dichtfläche der Kammerwand über die Befestigungsstruktur übertragenen Kräfte die Belastbarkeit der Befestigungsstruktur übersteigen. Dies kann aufgrund der häufig wechselnden Belastungen der Befestigungsstruktur beim dauerhaften zyklischen Öffnen und Schließen der Ventilklappe während des Betriebs einer Prozessieranlage verstärkt werden. Anschaulich können die entstehenden Kräfte beispielsweise zum Bruch der verwendeten Schrauben oder Schweißnähte führen, mittels derer die Ventilklappe an dem schwenkbaren Lager befestigt ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Ventilklappe derart mittels einer Befestigungsstruktur an einem schwenkbaren Lager befestigt, dass die entstehenden Kräfte beim Betrieb der Prozessieranlage direkt mittels Formschlusses auf die Ventilklappe anstatt über die Befestigungsstruktur übertragen werden können. Damit kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, eine Belastung der Befestigungsstruktur reduziert werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Substrat-Transfer-Öffnung längs erstreckt sein, wobei sich die Ventilklappe entlang der Längserstreckung der Substrat-Transfer-Öffnung längs erstrecken kann. Anschaulich kann die Substrat-Transfer-Öffnung schlitzförmig sein, um eine geringe Spalthöhe zwischen einem durch die Substrat-Transfer-Öffnung hindurch transportierten plattenförmigen Substrat und der Kammerwand bereitzustellen. Eine geringe Spalthöhe kann eine Druckseparation zwischen zwei an die Substrat-Transfer-Öffnung angrenzende Bereiche, z.B. zwei an die Substrat-Transfer-Öffnung angrenzende Kammern einer Prozessieranlage, erhöhen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranlage im Allgemeinen ein Kammergehäuse aufweisen, in dem eine Kammer oder mehrere Kammern der Prozessieranlage bereitgestellt sein können oder werden können. Das Kammergehäuse kann beispielsweise zum Bereitstellen eines Unterdrucks oder eines Vakuums (Vakuumkammergehäuse) mit einer Vakuumpumpenanordnung gekoppelt sein und derart stabil eingerichtet sein, dem Einwirken des Luftdrucks im abgepumpten Zustand standzuhalten. Dementsprechend kann eine Vakuumkammer oder können mehrere Vakuumkammern in einem Kammergehäuse bereitgestellt sein.
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Ferner kann eine Kammer der Prozessieranlage (z.B. eine Vakuumkammer) entsprechend ihres Verwendungszwecks bezeichnet werden. Beispielsweise kann eine Prozessieranlage zumindest eins von Folgendem aufweisen: eine Prozessierkammer zum Prozessieren eines Substrats, eine Schleusenkammer zum Einschleusen eines Substrats in die Prozessieranlage hinein und/oder zum Ausschleusen eines Substrats aus der Prozessieranlage heraus, eine Pufferkammer zum Vorhalten eines Substrats, eine Transferkammer zum Bilden eines Substratbands (einer kontinuierlichen Folge von Substraten) aus mehreren Substraten und/oder eine Ventilkammer zum vakuumdichten Separieren zweier Abschnitte der Prozessieranlage voneinander.
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Zum Einschleusen eines Substrats in die Prozessieranlage hinein und/oder zum Ausschleusen eines Substrats aus der Prozessieranlage heraus, können beispielsweise eine oder mehrere Schleusenkammern, eine oder mehrere Pufferkammern und/oder eine oder mehrere Transferkammern verwendet werden. Zum Einschleusen eines Substrats in die Prozessieranlage hinein kann beispielsweise das Substrat in eine belüftete Schleusenkammer eingebracht werden. Anschließend kann die Schleusenkammer mit dem Substrat darin mittels einer Ventilklappe vakuumdicht verschlossen und daraufhin evakuiert werden. Danach kann eine Substrat-Transfer-Öffnung zu einer angrenzenden Vakuumkammer (z.B. einer Pufferkammer) mittels einer weiteren Ventilklappe geöffnet werden und das Substrat kann aus der evakuierten Schleusenkammer heraus in die angrenzende Vakuumkammer der Prozessieranlage transportiert werden. Zum Belüften der Schleusenkammern kann die Substrat-Transfer-Öffnung zu der angrenzenden Vakuumkammer mittels der weiteren Ventilklappe wieder verschlossen werden, und ein nächstes Substrat in die belüftete Schleusenkammer eingebracht werden.
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Somit können Substrate schubweise (nacheinander) der Prozessieranlage zugeführt werden. Mehrere Substrate können jeweils einzeln schubweise oder mindestens zwei der mehreren Substrate können gemeinsam schubweise eingebracht werden.
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Mittels der Pufferkammer kann beispielsweise ein Substrat vorgehalten werden und ein Druck kleiner als in der Schleusenkammer bereitgestellt werden. Mittels der Transferkammer können mehrere schubweise eingebrachte Substrate zu einem so genannten Substratband derart zusammengeführt werden, dass zwischen den Substraten nur kleine Lücken verbleiben, während die Substrate in entsprechenden Prozessierkammern der Prozessieranlage prozessiert (z.B. beschichtet) werden. Alternativ kann ein Substrat auch direkt aus der Schleusenkammer in die Transferkammer eingebracht werden, ohne eine Pufferkammer zu verwenden, was beispielsweise eine verlängerte Taktzeit (die zum Einbringen eines Substrat in die Prozessieranlage hinein benötigte Zeit) verursachen kann.
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Ferner können zwei Kammern (z.B. zwei Vakuumbereiche mit jeweils einer Kammer) einer Prozessieranlage (oder zwei Vakuumbereiche der Prozessieranlage mit jeweils mehreren Kammern) mittels einer Ventilkammer voneinander getrennt werden. Eine Ventilkammer kann derart eingerichtet sein, dass zwei an die Ventilkammer angrenzende Vakuumbereiche der Prozessieranlage vakuumdicht voneinander getrennt werden können. Anschaulich kann somit ein erster Vakuumbereich belüftet werden ohne einen zweiten Vakuumbereich belüften zu müssen, z.B. zu Wartungszwecken. Anschaulich kann die Ventilkammer symmetrisch eingerichtet sein, so dass diese keine Vorzugsrichtung beim Abdichten aufweist, z.B. kann die Ventilkammer zwei Klappenventile aufweisen, welche gegensinnig eingerichtet sind. Anschaulich kann es notwendig sein, die Richtung, in der das Klappenventil geklappt (geschenkt) wird, bei der Anordnung des Klappenventils zu berücksichtigen. Beispielweise kann das Klappenventil anschaulich derart angeordnet sein oder werden, dass die Dichtwirkung aufgrund des Druckunterschieds, welchen das Klappenventil bereitstellt, verstärkt wird.
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Zum Transportieren eines Substrats oder mehrerer Substrate in die Prozessieranlage hinein, aus der Prozessieranlage heraus oder in der Prozessieranlage kann die Prozessieranlage eine Transportvorrichtung aufweisen. Die Transportvorrichtung kann beispielsweise mehrere Rollen aufweisen.
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Zum Prozessieren eines Substrats oder mehrerer Substrate in einer Prozessierkammer der Prozessieranlage kann die Prozessierkammer der Prozessieranlage eine Prozessierquelle aufweisen. Eine Prozessierquelle kann z.B. eine Beschichtungsquelle (ein Magnetron, ein Rohr-Magnetron oder ein Doppelrohr-Magnetron, ein Planarmagnetron oder Doppel-Planarmagnetron), eine Belichtungsvorrichtung (eine Lichtquelle, einen Laser, eine Blitzlampe oder eine Blitzlampenanordnung), eine Wärmequelle (z.B. einen Heizer), eine Ätzvorrichtung (z.B. eine Ätzgasquelle oder Ätzplasmaquelle), eine Strahlenquelle (z.B. eine Elektronenstrahlquelle oder Ionenstrahlquelle), oder Ähnliches aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Ventilanordnung zum Abdichten einer Substrat-Transfer-Öffnung eines Vakuumkammergehäuses Folgendes aufweisen: eine Ventilklappe mit einem ersten Endabschnitt, einem zweiten Endabschnitt und einer Dichtung zwischen den beiden Endabschnitten; eine Lager-Anordnung zum schwenkbaren Lagern der Ventilklappe zwischen einer Offen-Position und einer Geschlossen-Position; wobei die Lager-Anordnung ausschließlich mit den beiden Endabschnitten der Ventilklappe gekuppelt sein kann; und wobei die Dichtung zum Abdichten der Substrat-Transfer-Öffnung in der Geschlossen-Position der Ventilklappe eingerichtet sein kann.
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Die Lager-Anordnung kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen einen ersten schwenkbar gelagerten Schwenkarm und einen zweiten schwenkbar gelagerten Schwenkarm aufweisen, wobei der erste schwenkbar gelagerte Schwenkarm an dem ersten Endabschnitt befestigt sein kann, und wobei der zweite schwenkbar gelagerte Schwenkarm an dem zweiten Endabschnitt befestigt sein kann.
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Ferner kann die Lager-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen derart an den Endabschnitten der Ventilklappe befestigt sein, dass sich, in der Geschlossen-Position der Ventilklappe, der erste Endabschnitt zwischen dem ersten schwenkbar gelagerten Schwenkarm und dem Vakuumkammergehäuse erstrecken kann und sich der zweite Endabschnitt zwischen dem zweiten schwenkbar gelagerten Schwenkarm und dem Vakuumkammergehäuse erstrecken kann.
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Ferner kann die Lager-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen derart eingerichtet sein, dass die schwenkbar gelagerten Schwenkarme jeweils unabhängig voneinander bewegbar und/oder einstellbar sind.
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Die Dichtung kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Dichtlippe aufweisen, wobei die Dichtlippe derart eingerichtet sein kann, dass die Dichtlippe in der Geschlossen-Position der Ventilklappe einen Spalt zwischen der Ventilklappe und einer die Substrat-Transfer-Öffnung umgebenden Dichtfläche des Vakuumkammergehäuses vollständig abdichten kann.
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Ferner kann die Dichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Dichtfläche der Ventilklappe definieren; wobei die Ventilklappe eine Biegestruktur zum Verbiegen der Ventilklappe aufweisen kann, wobei die Biegestruktur derart eingerichtet sein kann, dass sich beim Verbiegen der Ventilklappe eine Krümmung der Dichtfläche verändern kann.
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Eine Vakuumkammeranordnung kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen Folgendes aufweisen: ein Vakuumkammergehäuse mit einer Substrat-Transfer-Öffnung; und eine gemäß der vorangehenden Beschreibung eingerichtete Ventilanordnung.
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Das Vakuumkammergehäuse kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Dichtfläche aufweisen, welche die Substrat-Transfer-Öffnung umgibt, wobei die Ventilanordnung derart relativ zu dem Vakuumkammergehäuse angeordnet sein kann, dass die Ventilanordnung in einer Geschlossen-Position mit der Dichtung gegen die Dichtfläche des Vakuumkammergehäuses presst.
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Eine Vakuumkammeranordnung kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen ferner Folgendes aufweisen: eine Transportvorrichtung zum Transportieren eines Substrats durch die Substrat-Transfer-Öffnung des Vakuumkammergehäuses hindurch, wobei die Ventilanordnung derart eingerichtet und relativ zu dem Vakuumkammergehäuse angeordnet sein kann, dass, in einer Offen-Position der Ventilanordnung, ein Substrat durch die Substrat-Transfer-Öffnung des Vakuumkammergehäuses hindurch transportiert werden kann.
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Ein Verfahren zum Abdichten einer Substrat-Transfer-Öffnung eines Vakuumkammergehäuses mittels einer Ventilanordnung kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen Folgendes aufweisen: Vorspannen einer Ventilklappe der Ventilanordnung mittels einer Vorspannvorrichtung der Ventilanordnung derart, dass die Ventilklappe eine gekrümmte Dichtfläche aufweisen kann; und Schwenken der Ventilklappe in eine Geschlossen-Position derart, dass die gekrümmte Dichtfläche gegen eine die Substrat-Transfer-Öffnung umgebende Dichtfläche des Vakuumkammergehäuses gepresst wird und dabei die Substrat-Transfer-Öffnung abgedichtet wird.
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Ein Verfahren zum Abdichten einer Substrat-Transfer-Öffnung eines Vakuumkammergehäuses mittels einer Ventilanordnung kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen Folgendes aufweisen: Anordnen einer gemäß der vorangehenden Beschreibung eingerichteten Ventilanordnung relativ zu der Substrat-Transfer-Öffnung des Vakuumkammergehäuses derart, dass eine Ventilklappe der Ventilanordnung in einer Geschlossen-Position gegen eine die Substrat-Transfer-Öffnung umgebende Dichtfläche des Vakuumkammergehäuses gepresst wird; Prüfen, ob in der Geschlossen-Position der Ventilklappe die Substrat-Transfer-Öffnung vakuumdicht abgedichtet wird; Anpassen einer Verteilung des Drucks, mit dem die Ventilklappe gegen die Dichtfläche des Vakuumkammergehäuses gepresst wird. Dabei kann das Anpassen beispielsweise aufweisen: Vorspannen der Ventilklappe der Ventilanordnung mittels einer Biegestruktur (Vorspannvorrichtung) der Ventilanordnung, z.B. derart, dass die Ventilklappe in der Offen-Position eine gekrümmte Dichtfläche aufweist; und/oder Einstellen der drehbar gelagerten Schwenkarme der Ventilanordnung zum Positionieren der Ventilklappe.
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Anschaulich kann die Ventilklappe mittels der Biegestruktur beim Vorspannen in Richtung der Substrat-Transfer-Öffnung derart gekrümmt werden, dass beim Abdecken der Substrat-Transfer-Öffnung die Endabschnitte der Ventilklappe entgegen der Vorspannung an die Dichtfläche des Vakuumkammergehäuses gepresst werden. Damit kann anschaulich eine gleichmäßige Verteilung des Drucks, mit dem die Ventilklappe gegen die Dichtfläche des Vakuumkammergehäuses presst, eingestellt werden. Mit anderen Worten kann sich die vorgespannte gekrümmte Ventilklappe beim Pressen der Ventilklappe gegen die Dichtfläche des Vakuumkammergehäuses an die Dichtfläche anpassen.
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Mittels Vorspannens der Biegestruktur kann beispielsweise kompensiert werden, dass die Ventilklappe nur an deren Endabschnitten gelagert ist. Somit kann auch in der Mitte der Ventilklappe zwischen den Endabschnitten genügend Anpressdruck bereitgestellt werden, so dass die Ventilklappe über deren gesamten Länge eine Substrat-Transfer-Öffnung abdichten kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumkammeranordnung Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer zum Bereitstellen eines Unterdrucks innerhalb der Vakuumkammer, wobei die Vakuumkammer eine Durchgangsöffnung (Substrat-Transfer-Öffnung) aufweisen kann, zum Transportieren eines Substrats durch die Durchgangsöffnung hindurch in die Vakuumkammer hinein und/oder aus der Vakuumkammer heraus; eine Dichtstruktur (z.B. eine Ventilklappe oder ein Ventilblatt) zum Abdichten der Durchgangsöffnung; wobei die Dichtstruktur einen Dichtbereich und eine an dem Dichtbereich angeordnete Dichtung aufweisen kann; ein erstes Halteelement (z.B. ein erster Schwenkarm) und ein zweites Halteelement (z.B. ein zweiter Schwenkarm), wobei das erste Halteelement und das zweite Halteelement schwenkbar gelagert sein können; und wobei die Dichtstruktur an dem ersten Halteelement und dem zweiten Halteelement derart befestigt sein kann, dass der Dichtbereich der Dichtstruktur zwischen dem ersten Halteelement und dem zweiten Halteelement angeordnet sein kann; wobei die Dichtstruktur mittels des ersten Halteelements und des zweiten Halteelements in eine erste Position (Geschlossen-Position) und in eine zweite Position schwenkbar sein kann; wobei in der ersten Position die Durchgangsöffnung mittels der Dichtung abgedichtet werden kann; und wobei in der zweiten Position (Offen-Position) das Substrat durch die Durchgangsöffnung hindurch transportiert werden kann.
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Eine Dichtstruktur (z.B. eine Ventilklappe oder ein Ventilblatt) kann ein Metall, z.B. ein Aluminium oder Eisen, und/oder eine Metalllegierung aufweisen, z.B. eine Aluminiumlegierung oder Stahl.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ventilklappe eine Versteifungs-Struktur aufweisen, z.B. ein U-Profil auf einer Seite der Ventilklappe, welcher der Dichtung der Ventilklappe gegenüber liegt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
- 1A und 1B eine Ventilanordnung in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
- 1C eine Ventilanordnung in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
- 1D eine Ventilanordnung in einer schematischen Draufsicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
- 2A und 2B eine Ventilanordnung in einer schematischen perspektivischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
- 2C bis 2D eine Ventilanordnung in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
- 3 eine Vakuumkammeranordnung mit einem Vakuumkammergehäuse und einer Ventilanordnung in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
- 4A und 4B eine Vakuumkammeranordnung mit einem Vakuumkammergehäuse und einer Ventilanordnung in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
- 5 eine Ventilkammer mit einem Vakuumkammergehäuse und zwei Ventilanordnungen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
- 6 ein Verfahren zum Abdichten einer Substrat-Transfer-Öffnung eines Vakuumkammergehäuses mittels einer Ventilanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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Eine Ventilanordnung kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen kostengünstig herstellbar und montierbar sein, wobei eine freiliegende Aufhängung eines Ventils erfolgen kann (z.B. mittels einer Ventilklappe ohne fest eingerichtete Scharnierpunkte). Die Aufhängung kann derart bereitgestellt sein, dass die Ventilklappe in allen Koordinaten einstellbar ist. Damit kann beispielsweise ein optimaler Dichteffekt (eine optimale Dichtwirkung) erreicht werden. Anschaulich kann die Ventilanordnung derart ausgerichtet und eingestellt werden, dass sich die Ventilklappe an die abzudichtende Fläche anschmiegt.
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Die hierin gemäß verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Ventilanordnung kann wartungsfreundlich (z.B. wartungsarm oder leicht zu warten) sein und einen Baukastencharakter aufweisen, da die Ventilblattbreite (oder die Breite der Ventilklappe) an verschiedene Substrat-Geometrien (z.B. an unterschiedlich breite Substrate) angepasst werden kann, ohne die Bauform der Lagerung verändern zu müssen. Anschaulich kann das Grundkonzept der Lagerung auf verschieden dimensionierte Vakuumkammergehäuse übertragen werden und damit können beispielsweise Bauteile vereinheitlicht werden, was sich kostensenkend auswirken kann.
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1A veranschaulicht beispielhaft eine Ventilanordnung 100 in einer schematischen Ansicht entlang einer Richtung 103 (quer zu einer von einer Richtung 101 und einer Richtung 105 aufgespannten Ebene), wobei die Ventilanordnung 100 eine Ventilklappe 102 aufweisen kann.
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Die Ventilklappe 102 kann entlang der Richtung 101 längserstreckt sein und an eine Form einer Substrat-Transfer-Öffnung angepasst sein. Beispielsweise kann die Ventilklappe eine entsprechende Substrat-Transfer-Öffnung in einer Geschlossen-Position abdecken. Die Breite (entlang Richtung 101) der Ventilklappe 102 kann an die abzudeckende Substrat-Transfer-Öffnung eines Vakuumkammergehäuses angepasst sein oder werden. Die Höhe (entlang Richtung 105) der Ventilklappe 102 kann an die abzudeckende Substrat-Transfer-Öffnung eines Vakuumkammergehäuses angepasst sein oder werden.
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Die Ventilklappe 102 kann einen ersten Endabschnitt 112a und einen zu dem ersten Endabschnitt 112a gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt 112b aufweisen. Der erste Endabschnitt 112a und der zweiten Endabschnitt 112b können sich entlang der Längserstreckung 101 der Ventilklappe 102 gegenüberliegen. Beispielsweise können die Endabschnitte 112a, 112b die Ventilklappe 102 entlang der Längserstreckung 101 der Ventilklappe 102 (z.B. beidseitig) begrenzen.
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Die Ventilklappe 102 kann ferner einen Dichtbereich 109 zwischen den beiden Endabschnitten 112a, 112b aufweisen. Anschaulich kann der Dichtbereich 109 der Ventilklappe 102 zwischen den zwei gegenüberliegenden Endabschnitten 112a, 112b der längserstreckten Ventilklappe 102 angeordnet sein. Ferner kann der Dichtbereich 109 der Ventilklappe 102 von den zwei gegenüberliegenden Endabschnitten 112a, 112b begrenzt werden.
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Der Dichtbereich 109 der Ventilklappe 102 kann zum Abdichten einer Substrat-Transfer-Öffnung einer Vakuumkammeranordnung in einer Geschlossen-Position der Ventilklappe 102 gegen eine die Substrat-Transfer-Öffnung umgebende Dichtfläche der Vakuumkammeranordnung gepresst werden. Anschaulich kann der Dichtbereich 109 die Substrat-Transfer-Öffnung überlappen. Ferner kann der Dichtbereich 109 der Ventilklappe 102 an die Form der Dichtfläche der Vakuumkammeranordnung derart angepasst sein, dass der Dichtbereich 109 der Ventilklappe in der Geschlossen-Position an der Dichtfläche der Vakuumkammeranordnung anliegt oder die Dichtfläche der Vakuumkammeranordnung abdeckt.
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An dem Dichtbereich 109 der Ventilklappe 102 kann eine Dichtung 102d angeordnet sein. Die Dichtung 102d kann in der Geschlossen-Position der Ventilklappe 102 gegen die Dichtfläche der Vakuumkammeranordnung gepresst werden. Anschaulich kann die Dichtung den Kontakt der Ventilklappe 102 zu der Dichtfläche der Kammerwand verbessern oder ermöglichen. Beispielsweise kann die Dichtung einen Spalt abdichten oder Unebenheiten ausgleichen. Somit kann ein verbleibender Spalt zwischen der Ventilklappe 102 und der Dichtfläche mittels der Dichtung 102d gemäß verschiedenen Ausführungsformen vakuumdicht abgedichtet werden.
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Ferner kann die Dichtung 102d eine Dichtfläche 102f der Ventilklappe 102 definieren, wobei die Dichtfläche 102f der Ventilklappe 102 anschaulich Teil einer Oberfläche des Dichtbereichs 109 der Ventilklappe 102 sein kann. Die Dichtfläche 102f der Ventilklappe 102 kann derart eingerichtet sein, dass diese in der Geschlossen-Position der Ventilklappe 102 die Dichtfläche der Kammerwand überlappt oder abdeckt. Beispielsweise kann in der Geschlossen-Position der Ventilklappe 102 ein Spalt zwischen der Dichtfläche 102f der Ventilklappe 102 und der Dichtfläche der Kammerwand bereitgestellt sein, welcher mittels der Dichtung 102d abgedichtet wird.
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Die Dichtfläche der Kammerwand kann eine die Substrat-Transfer-Öffnung umgebende Umfangswandung sein oder mittels einer die Substrat-Transfer-Öffnung umgebende Umfangswandung bereitgestellt sein. Dabei kann die Dichtfläche 102f der Ventilklappe 102 dazu passen eingerichtet sein.
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Die Dichtung 102d kann ferner an die Form der Dichtfläche einer Vakuumkammeranordnung, an den Dichtbereich 109 der Ventilklappe 102 und/oder an den verbleibenden Spalt zwischen der Ventilklappe 102 und der Dichtfläche der Kammerwand angepasst sein oder werden. Dazu kann die Dichtung 102d beispielsweise ringförmig ausgebildet sein und eine Ringdichtung, eine Flachdichtung, ein Dichtungsband, eine Lippendichtung, eine Lippenringdichtung oder eine Dichtlippe aufweisen. Ferner kann die Dichtung 102d ein elastisches Material aufweisen, beispielsweise Gummi (einen Kautschuk), ein eleatisches Polymer oder Silikon.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine ringförmige Lippendichtung 102d derart eingerichtet sein, dass die ringförmige Lippendichtung 102d in der Geschlossen-Position der Ventilklappe 102 an der die Substrat-Transfer-Öffnung umgebenden (ringförmigen) Dichtfläche anliegen kann. Ferner kann die ringförmige Lippendichtung 102d einen sich von dem Dichtbereich 109 der Ventilklappe 102 weg erstreckenden Dichtabschnitt (z.B. eine Dichtlippe) aufweisen, der sich in den verbleibenden Spalt zwischen der Ventilklappe 102 und der die Substrat-Transfer-Öffnung umgebenden Dichtfläche des Vakuumkammergehäuses derart erstreckt, dass der Spalt vollständig (z.B. vakuumdicht) abgedichtet werden kann.
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Die Ventilanordnung 100 kann eine Lager-Anordnung 104 zum schwenkbaren Lagern der Ventilklappe 102d zwischen einer Offen-Position und einer Geschlossen-Position aufweisen. Dazu kann die Lageranordnung 104 um eine Schwenkachse 111 drehbar oder schwenkbar gelagert sein. Beispielsweise kann die Lageranordnung 104 mittels eines Wälzlagers, einer drehbar gelagerten Welle oder einer drehbaren Achse gelagert sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Lager-Anordnung 104 ausschließlich mit den beiden Endabschnitten 112a, 112b der Ventilklappe gekuppelt sein. Beispielsweise kann die Lager-Anordnung 104 derart an der Ventilklappe 102 befestigt sein, dass der Dichtbereich 109 (oder die Dichtung 102d) seitlich neben der Lager-Anordnung 104 gelagert ist.
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Die Lager-Anordnung 104 kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen einen ersten schwenkbar gelagerten Schwenkarm 104a und einen zweiten schwenkbar gelagerten Schwenkarm 104b aufweisen, wobei der erste (schwenkbar gelagerte) Schwenkarm 104a an dem ersten Endabschnitt 112a befestigt sein kann, und wobei der zweite (schwenkbar gelagerte) Schwenkarm 104b an dem zweiten Endabschnitt 112b befestigt sein kann. Die (schwenkbar gelagerten) Schwenkarme 104a, 104b können analog zum vorangehend Beschriebenen um eine Schwenkachse 111 drehbar oder schwenkbar gelagert sein.
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Ferner kann die Lager-Anordnung 104 gemäß verschiedenen Ausführungsformen derart eingerichtet sein, dass die (schwenkbar gelagerten) Schwenkarme 104a, 104b jeweils separat (unabhängig voneinander) bewegbar und/oder einstellbar sind. Anschaulich können die Schwenkarme einzeln schwenkbar gelagert sein. Beispielsweise kann der erste Schwenkarm 104a mittels einer ersten drehbaren Welle gelagert sein, und der zweite Schwenkarm 104b kann mittels einer zweiten drehbaren Welle gelagert sein. Ferner kann der erste Schwenkarm 104a mit einem ersten Antrieb gekuppelt sein, und der zweite Schwenkarm 104b kann mit einem zweiten Antrieb gekuppelt sein. Das Schwenken der Ventilklappe kann beispielsweise mittels der Antriebe und beispielsweise mittels einer zusätzlichen Regelung oder Steuerung erfolgen.
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1B veranschaulicht eine Ventilanordnung in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen entlang der Richtung 103, wobei die Ventilklappe 102 eine Biegestruktur 106 aufweisen kann.
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Die Biegestruktur 106 kann an einer der Dichtung 102d oder dem Dichtbereich 109 gegenüberliegenden Rückseite 102r der Ventilklappe 102 angeordnet sein. Ferner kann die Biegestruktur 106 zum Verbiegen der Ventilklappe 102 eingerichtet sein. Mittels der Biegestruktur 106 kann zum Verbiegen der Ventilklappe 102 eine Kraft auf die Ventilklappe 102 derart ausgeübt werden, dass sich die Ventilklappe 102 krümmt oder eine Krümmung der Ventilklappe 102 eingestellt werden kann.
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Eine Ventilanordnung 100 kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Befestigungsstruktur 104v aufweisen mittels der die Schwenkarme 104a, 104b an der Ventilklappe 102 befestigt sein können. Beispielsweise kann mittels der Befestigungsstruktur 104v eine permanente (unlösbare) Befestigung der Schwenkarme 104a, 104b an der Ventilklappe 102 erfolgen, beispielsweise mittels einer Schweißnaht oder eines Klebers. Eine permanente Befestigung kann beispielsweise für eine hohe Belastung der Befestigungsstruktur 104v ausgelegt sein.
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Alternativ kann mittels der Befestigungsstruktur 104v eine lösbare Befestigung der Schwenkarme 104a, 104b an der Ventilklappe 102 erfolgen, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung oder Klemmverbindung. Dazu kann die Befestigungsstruktur 104v Schrauben oder Gewindestangen und dazu passende Schraubenmuttern aufweisen. Eine lösbare Befestigung kann beispielsweise ein einfaches Austauschen der Ventilklappe ermöglichen.
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1C veranschaulicht eine Ventilanordnung 100 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen quer zur Richtung 103 und zur Richtung 105, wobei die Schwenkarme 104a, 104b auf der Rückseite der Ventilklappe 102 angeordnet oder befestigt sein können.
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Der zweite Schwenkarm 104b kann mittels der Befestigungsstruktur 104 an dem zweiten Endabschnitt 112b der Ventilklappe 102 befestigt sein. Analog dazu kann der erste Schwenkarm 104a mittels der Befestigungsstruktur 104v an dem ersten Endabschnitt 112a der Ventilklappe 102 befestigt sein.
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Wie vorangehend beschrieben ist, kann sich die Dichtung 102d (z.B. eine Dichtlippe der Dichtung 102d) zumindest abschnittsweise von der Ventilklappe 102 weg erstrecken, z.B. in Richtung 103. Beim Pressen der Ventilklappe gegen eine abzudichtende Dichtfläche kann eine sich in den Spalt zwischen der abzudichtenden Dichtfläche und der Ventilklappe 102 erstreckende Dichtlippe komprimiert und/oder verformt werden.
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Mittels der Schwenkarme 104a, 104b kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen die Ventilklappe um die Schwenkachse 111 geschwenkt (siehe Schwenkvorgang 111s) werden. Ferner kann mittels der Schwenkarme 104a, 104b eine Anpresskraft (z.B. entgegen Richtung 111s) auf die Ventilklappe 102 übertragen werden. Dies kann notwendig sein um die Ventilklappe 102 beim Abdichten gegen eine abzudichtende Dichtfläche, z.B. eine die abzudichtende Substrat-Transfer-Öffnung umgebende Dichtfläche, pressen zu können. Beim Pressen der Ventilklappe gegen die abzudichtende Dichtfläche kann ein Spalt zwischen der abzudichtenden Dichtfläche und der Ventilklappe 102 reduziert und eine Dichtwirkung erhöht werden.
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Dazu kann die mittels des Schwenkarme 104a, 104b auf die Ventilklappe ausgeübte Anpresskraft direkt (formschlüssig) auf die Endabschnitte 112a, 112b der Ventilklappe 102 übertragen werden. Dadurch kann beispielsweise vermieden werden, dass die Anpresskraft über die Befestigungsstruktur 104 auf die Endabschnitte 112a, 112b der Ventilklappe 102 übertragen wird. Somit kann eine Belastung der Befestigungsstruktur 104 verringert und beispielsweise ein Bruch der Befestigungsstruktur 104 vermieden werden. Anschaulich können die Schwenkarme 104a, 104b in direktem Kontakt (Formschluss) zu den Endabschnitten 112a, 112b eingerichtet sein.
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1D veranschaulicht eine Ventilanordnung in einer schematischen Draufsicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen quer zur Richtung 103 und quer zur Richtung 101, wobei die Ventilklappe 102 vorgespannt ist.
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Die Biegestruktur 106 kann zum Vorspannen der Ventilklappe derart eingerichtet sein, dass sich beim Vorspannen der Ventilklappe 102 eine Krümmung der Dichtfläche 102f der Ventilklappe 102 verändern kann. Beim Krümmen kann die Ventilklappe 102 mittels der Biegestruktur 106 entgegen einer Rückstellkraft vorgespannt sein oder werden. Anschaulich kann die Rückstellkraft größer werden, je stärker die Dichtfläche 102f gekrümmt ist.
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Dazu kann mittels der Biegestruktur 106 eine Krümmung der Ventilklappe 102 und/oder der Dichtfläche 102f der Ventilklappe 102 angepasst (z.B. eingestellt) werden. Beispielsweise kann mittels der Biegestruktur 106 die Dichtfläche 102f der Ventilklappe 102 konvex gekrümmt werden, wie in 1D veranschaulicht ist.
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Die Biegestruktur 106 kann beispielsweise eine Verbindungsstruktur 106b aufweisen, mittels derer eine Gewindestange an die Ventilklappe 102 montiert sein kann oder werden kann. Die Verbindungsstruktur 106b kann beispielsweise zwei sich von der Ventilklappe 102 weg erstreckende Vorsprünge aufweisen, die jeweils eine Durchgangsöffnung mit Innengewinde aufweisen können. Die Verbindungsstruktur 106b kann an den Endabschnitten 112a, 112b der Ventilklappe 102 bereitgestellt sein. Anschaulich kann sich die Gewindestange 106s durch die Durchgangslöcher mit Innengewinde der Verbindungsstruktur 106b hindurch erstrecken oder die Gewindestange 106s kann in die Verbindungsstruktur 106b eingeschraubt oder eingesteckt sein.
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Die Ventilklappe 102 kann beispielsweise mittels Drehens der Gewindestange 106s verbogen werden. Anschaulich kann mittels der Gewindestange 106s eine Kraft auf die Verbindungsstruktur 106b übertragen werden, so dass sich die Ventilklappe konvex krümmt.
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Alternativ kann jede andere zum Erzeugen einer Kraft und Übertragen der Kraft auf die Ventilklappe 102 geeignete Biegestruktur 106 verwendet werden.
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Beim Schwenken einer Ventilklappe 102 mit einer konvex gekrümmten Dichtfläche 102f in eine Geschlossen-Position kann ein Mittenbereich 115 der Ventilklappe 102 an der abzudichtenden Dichtfläche, z.B. eine planare abzudichtende Dichtfläche, anliegen. Beim Pressen der Ventilklappe 102 gegen die abzudichtende Dichtfläche kann mittels der Stellarme 104a, 104b eine Anpresskraft (in Richtung 103) auf die Endbereiche 112a, 112b der Ventilklappe übertragen werden, wobei sich die Krümmung der konvex gekrümmten Dichtfläche 102f verringern kann, wobei der an der abzudichtenden Dichtfläche anliegende Bereich der Ventilklappe 102 vergrößert werden kann. Dabei kann die Anpresskraft schrittweise erhöht werden bis die Ventilklappe 102 vakuumdicht abdichtet.
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2A und 2B veranschaulichen jeweils eine Ventilanordnung 100 in einer schematischen Perspektivansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei eine Detailansicht des ersten Endabschnitts 112a der Ventilklappe 102 gezeigt ist.
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Wie vorangehend beschrieben ist, kann der erste Schwenkarm 104a mittels einer drehbar gelagerten Welle 114s schwenkbar gelagert sein oder werden. Die drehbar gelagerte Welle 114s kann an einem Befestigungsflansch 114a drehbar gelagert sein und sich durch eine Durchgangsöffnung, z.B. eine abgedichtete Durchführung, des Befestigungsflanschs 114a hindurch erstrecken. Beispielsweise kann in der Durchgangsöffnung des Befestigungsflanschs 114a ein Wälzlager, z.B. ein Rollenlager, ein Kugellager oder ein Gleitlager, zum drehbaren Lagern der Welle 114s angeordnet sein.
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Der Befestigungsflansch 114a kann an einer Kammer der Prozessieranlage befestigt werden. Beispielsweise kann der Befestigungsflansch 114a vakuumdicht an einer Durchführung in einer Kammerwand der Prozessieranlage befestigt werden und die drehbar gelagerte Welle 104s stützen.
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Ferner kann ein sich durch den Befestigungsflansch 114a hindurch erstreckender Teil der drehbar gelagerte Welle 114s mit einer Stellvorrichtung 114 gekuppelt sein. Die Stellvorrichtung 114 kann beispielsweise einen Stellarm 114h und einen mit dem Stellarm 114h gekuppelten Antrieb 114p (einen Stellarm-Antrieb 114p) aufweisen. Der Stellarm-Antrieb 114p kann beispielsweise einen pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Hubkolben aufweisen. Die Stellvorrichtung 114 kann derart eingerichtet sein, dass mittels des Stellarm-Antriebs 114p eine Kraft auf den Stellarm 114h derart übertragen werden kann, dass auf die drehbar gelagerte Welle 114s ein Drehmoment wirkt. Ferner kann die Stellvorrichtung 114 derart eingerichtet sein, dass die Ventilklappe um die Schwenkachse 111 geschwenkt werden kann.
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Wie in 2A und 2B veranschaulicht ist, kann die Befestigungsstruktur 104v eine Schraube oder mehrere Schrauben aufweisen die sich durch eine jeweilige Bohrung in dem ersten Schwenkarm 102a hindurch erstrecken können und in einer passenden Bohrung in dem Endabschnitt 112a der Ventilklappe 102 befestigt sein können.
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Ferner kann die Gewindestange 106s zwei auf ein Gewinde der Gewindestange 106s aufgeschraubte Muttern aufweisen, wobei die Muttern jeweils beidseitig der Verbindungsstruktur 106b angeordnet sein können. Die Gewindestange 106s kann derart eingerichtet sein, dass beim Drehen oder Stellen der Muttern eine Kraft auf die Verbindungsstruktur 106b übertragen werden kann.
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2C veranschaulicht eine Ventilanordnung 100 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei eine Offen-Position der Ventilklappe 102 gezeigt ist. Relativ zu der Ventilanordnung 100 kann beispielsweise eine In-Line-Beschichtungsanlage derart eingerichtet sein, dass die Transportrichtung eines Substrats in der In-Line-Beschichtungsanlage parallel zur Richtung 103 gerichtet ist. Dabei kann ein Substrat-Transfer-Spalt zum Transportieren eines Substrats in der In-Line-Beschichtungsanlage in einer Ebene quer zur Transportrichtung 103 eingerichtet sein.
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Zum Schwenken der Ventilklappe 102 in die Offen-Position kann beispielsweise der Hubkolben eines Hubkolbenantriebs 114p gestellt werden. Dazu kann dem Hubkolben Druckluft oder eine Hydraulikflüssigkeit (z.B. Hydrauliköl) zugeführt werden. Beispielsweise kann der Hubkolbenantrieb 114p mit einem Verdichter oder Kompressor zum Erzeugen eines entsprechenden Drucks gekoppelt sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ventilklappe 102 ein Ventilblatt 202b aufweisen. Das Ventilblatt 202b kann beispielsweise zum Bereitstellen des Dichtbereichs der Ventilklappe 102 eingerichtet sein. Ferner kann das Ventilblatt 202b zum Bereitstellen der Dichtfläche 102f der Ventilklappe 102 eingerichtet sein.
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Ferner kann das Ventilblatt 202b zum Aufnehmen der Dichtung eingerichtet sein. Beispielsweise kann das Ventilblatt 202b einen Aufnahmebereich 202a (z.B. eine Nut oder eine Rille) aufweisen, in der die Dichtung 102d, z.B. eine Lippendichtung, aufgenommen (befestigt) sein kann. Der Aufnahmebereich 202a kann beispielsweise ringförmig eingerichtet sein, z.B. oval, ellipsenförmig oder rechteckig, z.B. rechteckig mit abgerundeten Ecken. In dem Aufnahmebereich 202a kann beispielsweise eine ringförmige Dichtung, z.B. eine Ringdichtung, ein Dichtungsring oder ein Lippendichtungsring angeordnet sein. Ferner kann der Aufnahmebereich 202a derart geformt sein, dass die Dichtung formschlüssig in dem Aufnahmebereich 202a befestigt sein kann. Beispielsweise kann der Aufnahmebereich 202a einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen oder eine trapezförmige Nut sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ventilklappe 102 ferner ein Versteifungselement 202v aufweisen, mittels welchem der Ventilklappe 102 eine Steifigkeit oder Flexibilität vorgegeben sein kann. Beispielsweise kann das Versteifungselement 202v derart eingerichtet sein, dass die Ventilklappe 102 eine vordefinierte Steifigkeit aufweisen kann. Die vordefinierte Steifigkeit kann eine notwendige Flexibilität der Ventilklappe 102 beim Pressen der Dichtung 102d gegen eine abzudichtende Dichtfläche oder beim Verbiegen der Ventilklappe 102 mittels der Biegestruktur 106 berücksichtigen. Ferner kann die vordefinierte Steifigkeit eine Rückstellkraft definieren, entgegen der die Ventilklappe 102 beim Verbiegen vorgespannt werden kann.
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Anschaulich kann das Versteifungselement 202v derart eingerichtet sein, dass eine homogene Kraftverteilung beim Abdichten (z.B. Anpressen der Dichtung 102d) bereitgestellt sein kann oder werden kann.
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Das Versteifungselement 202v kann ferner als Hohlkörper ausgebildet sein, z.B. als vakuumtauglicher Hohlkörper. Wenn die Ventilklappe in ein Vakuumkammergehäuse eingebaut ist, kann somit mittels des Versteifungselements 202v ein Innenvolumen des Vakuumkammergehäuses reduziert werden, so dass das Vakuumkammergehäuse schneller evakuiert werden kann.
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2D veranschaulicht die in 2C veranschaulichte Ventilanordnung 100 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei eine Geschlossen-Position der Ventilklappe gezeigt ist. Analog zum vorangehend Beschriebenen kann zum Schwenken der Ventilklappe in die Geschlossen-Position der Hubkolben des Hubkolbenantriebs 114p entsprechend gestellt werden.
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3 veranschaulicht eine Vakuumkammeranordnung 300 mit einem Vakuumkammergehäuse 302 und einer Ventilanordnung 100 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Vakuumkammeranordnung 300 kann Teil einer Prozessieranlage, z.B. einer Durchlauf-Beschichtungsanlage sein.
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Das Vakuumkammergehäuse 302 kann beispielsweise ein Kammergehäuse einer Prozessieranlage sein und mit einer Vakuumpumpenanordnung zum Bereitstellen eines Vakuums gekoppelt sein (nicht dargestellt). Die Vakuumpumpenanordnung kann beispielsweise eine Vorvakuumpumpenanordnung zum Erzeugen eines Vorvakuums (z.B. in einem Bereich von ungefähr 100 mbar bis ungefähr 10-2 mbar) in dem Kammergehäuse aufweisen. Ferner kann die Vakuumpumpenanordnung eine Vorvakuumpumpenanordnung und eine Hochvakuumpumpenanordnung 312b aufweisen (z.B. in einem Bereich von ungefähr 10-2 mbar bis ungefähr 10-7 mbar). Das Vakuumkammergehäuse 302 kann beispielsweise das Kammergehäuse einer Schleusenkammer, einer Pufferkammer, einer Transferkammer und/oder einer Prozessierkammer einer Prozessieranlage sein.
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Das Vakuumkammergehäuse 302 kann mindestens eine Substrat-Transfer-Öffnung 302o aufweisen, durch die ein Substrat 308 hindurch transportiert werden kann. Beispielsweise kann ein Substrat 308 durch die Substrat-Transfer-Öffnung 302o hindurch in das Vakuumkammergehäuse 302 hinein oder aus dem Vakuumkammergehäuse 302 heraus transportiert werden. Alternativ kann ein Substrat 308 durch eine erste Substrat-Transfer-Öffnung 302o hindurch in das Vakuumkammergehäuse 302 hinein und durch einer zweite Substrat-Transfer-Öffnung 302o hindurch aus dem Vakuumkammergehäuse 302 heraus transportiert werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Substrat-Transfer-Öffnung 302a in der Kammerwand 302e derart dimensioniert sein, dass ein plattenförmiges Substrat durch die Substrat-Transfer-Öffnung 102a hindurch transportiert werden kann. Dazu kann die Substrat-Transfer-Öffnung 302o spaltförmig oder schlitzförmig sein und quer zu der von der Richtung 103 und der Richtung 105 aufgespannten Ebene erstreckt sein und entlang deren Längserstreckung eine Spaltbreite aufweisen. Die Substrat-Transfer-Öffnung 302o kann eine Spaltbreite in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 4 m.
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Ferner kann die Substrat-Transfer-Öffnung 302o eine Spalthöhe (entlang der Richtung 105) aufweisen, die derart eingerichtet sein kann, dass ein zu transportierendes Substrat 308 durch die Substrat-Transfer-Öffnung 302o hindurch passt. Beispielsweise kann die Substrat-Transfer-Öffnung 302o eine Spalthöhe von ungefähr 5 cm aufweisen zum Transportieren von Substraten 308 durch die Kammerwand hindurch, welche dünner sind als ungefähr 5 cm.
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Alternativ kann die Substrat-Transfer-Öffnung 302o eine Spalthöhe aufweisen, die mehr als doppelt so groß wie die Substratdicke der zu transportierenden Substrate ist. Damit die Substrat-Transfer-Öffnung gleichzeitig eine (Druck-)separierende Funktion bereitstellen kann, kann die Substrat-Transfer-Öffnung mittels einer Blende derart abdeckt sein oder werden, dass die effektive Spaltgeometrie angepasst ist, z.B. so dass die Spalthöhe der Substrat-Transfer-Öffnung auf eine effektive Spalthöhe verringert ist und/oder so dass die Spaltbreite der Substrat-Transfer-Öffnung auf eine effektive Spaltbreite verringert ist.
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Die Substrat-Transfer-Öffnung 302o kann eine Dichtfläche 302d des Vakuumkammergehäuses 302 definieren. Beispielsweise kann die Dichtfläche 302d die Substrat-Transfer-Öffnung 302o ringförmig umgeben. Die Dichtfläche 302d kann Teil einer (z.B. planaren) Oberfläche des Vakuumkammergehäuses 302 (z.B. einer Oberfläche der Kammerwand 302e) sein oder Teil einer (z.B. planaren) Oberfläche einer die Substrat-Transfer-Öffnung abdeckenden Blende sein.
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Ferner kann eine Vakuumkammeranordnung 300 eine Transportvorrichtung 304 zum Transportieren des Substrats in dem Vakuumkammergehäuse 302 oder in das Vakuumkammergehäuse 302 hinein oder aus dem Vakuumkammergehäuse 302 heraus aufweisen. Die Transportvorrichtung 304 kann beispielsweise mehrere Transportrollen zum Transportieren eines plattenförmigen Substrats aufweisen.
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Ferner kann die Vakuumkammeranordnung 300 eine Ventilanordnung 100 aufweisen, wobei die Ventilanordnung 100 eingerichtet sein kann, wie vorangehend beschrieben ist. Die Ventilanordnung 100 kann derart relativ zu dem Vakuumkammergehäuse 302 angeordnet sein, dass die Ventilanordnung 100 in einer Geschlossen-Position mit der Dichtung 102d gegen die Dichtfläche 302d des Vakuumkammergehäuses 302 pressen kann.
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Die Ventilanordnung 100 kann derart eingerichtet und relativ zu dem Vakuumkammergehäuse 302 angeordnet sein, dass, in einer Offen-Position der Ventilanordnung, ein Substrat durch die Substrat-Transfer-Öffnung das Vakuumkammergehäuse hindurch transportiert werden kann, z.B. entlang der Richtung 103.
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4A veranschaulicht eine Vakuumkammeranordnung 400 mit einem Vakuumkammergehäuse 302 und einer Ventilanordnung 100 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei die Ventilklappe 102 in einer Offen-Position gezeigt ist.
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Ein Vakuumkammergehäuse 302 der Vakuumkammeranordnung 500 kann beispielsweise ein Teil einer Prozessieranlage sein. Ferner kann das Vakuumkammergehäuse 302 ein Teil einer Vakuumkammer sein und vakuumdicht eingerichtet und mit einer Vakuumpumpenanordnung, z.B. einer Vorvakuumpumpenanordnung und/oder einer Hochvakuumpumpenanordnung, zum Abpumpen (Evakuieren) des Vakuumkammergehäuse verbunden sein.
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Ferner kann das Vakuumkammergehäuse 302 als Teil einer Prozessierkammer, Transferkammer, Schleusenkammer oder Pufferkammer der Prozessieranlage eingerichtet sein und an weitere Kammern der Prozessieranlage angrenzen. Zum Transportieren eines Substrats durch eine Kammerwand 302w des Vakuumkammergehäuses 302 hindurch kann die Kammerwand 302w eine Substrat-Transfer-Öffnung 302o aufweisen, wie vorangehend beschrieben ist.
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Die Substrat-Transfer-Öffnung 302o in der Kammerwand 302w des Vakuumkammergehäuses 302 kann ferner mittels einer Blendenstruktur 303 abgedeckt sein oder werden. Die Blendenstruktur 303 kann beispielsweise einen effektiven (zugänglichen) Querschnitt der Substrat-Transfer-Öffnung 302o verringern, z.B. kann eine Spalthöhe 302s der Substrat-Transfer-Öffnung 302o auf eine effektive Spalthöhe 303s der Blendenstruktur 303 verringert sein.
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Anschaulich kann eine Substrat-Transfer-Öffnung 302o aus statischen Gründen größer eingerichtet sein, als es notwendig wäre, um ein zu transportierendes Substrat hindurchzuführen.
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Um eine Druckseparation zwischen den Bereichen zu verbessern, die an die Substrat-Transfer-Öffnung 302o angrenzen, kann mittels einer Blendenstruktur 303 eine Blendenöffnung (ein Blendenspalt) mit einer Spalthöhe 303s bereitgestellt sein. Die Spalthöhe 303s kann beispielsweise geringfügig größer sein als eine Dicke eines zu transportierenden Substrats.
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Ferner kann die Blendenstruktur 303 eine abzudichtende Dichtfläche 302d bereitstellen, z.B. an einer vordefinierten Position innerhalb des Vakuumkammergehäuses 302, gegen die eine Dichtung 102d der Ventilanordnung 100 gepresst werden kann.
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4B veranschaulicht eine Vakuumkammeranordnung 400 mit einem Vakuumkammergehäuse 302 und einer Ventilanordnung 100 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei die Ventilklappe 102 in einer Geschlossen-Position gezeigt ist. Dabei deckt die Ventilklappe 102 die Dichtfläche 302d der Blendenstruktur 302 ab. Der Befestigungsflansch 114b kann dabei derart an dem Vakuumkammergehäuse 302 befestigt sein, dass die Dichtung 102d der Ventilanordnung 100 in der Geschlossen-Position an der abzudichtende Dichtfläche 302d anliegen kann.
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Wenn das Innere 311 des Vakuumkammergehäuses 302 abgepumpt ist, kann der äußere Luftdruck eine Kraft auf die Ventilanordnung 100 ausüben, z.B. mit einer Kraftkomponente in Richtung 103, so dass die Dichtung 102d der Ventilanordnung 100 gegen die abzudichtende Dichtfläche 302d gepresst wird.
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Wann das Innere 311 des Vakuumkammergehäuses 302 belüftet ist, kann der Druck im Inneren 311 des Vakuumkammergehäuses 302 dem äußeren Luftdruck entsprechen, was eine verringerte Kraft auf die Ventilanordnung 100 zur Folge haben kann. Um ein Abpumpen des Vakuumkammergehäuses 302 zu erleichtern, kann es hilfreich sein, in der Geschlossen-Position die Dichtung 102d der Ventilanordnung 100 gegen die abzudichtende Dichtfläche 302d zu pressen. Dabei kann anschaulich eine ausreichende Druckseparation bereitgestellt werden, um das Innere 311 des Vakuumkammergehäuses 302 zu evakuieren.
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Zum Pressen der Dichtung 102d der Ventilanordnung 100 gegen die abzudichtende Dichtfläche 302d kann auf die Stellarme 104a, 104b ein Drehmoment wirken, so dass eine Anpresskraft in Richtung 103 auf die Ventilklappe 102 übertragen wird. Das Drehmoment kann beispielsweise mittels einer Stellvorrichtung 114 (oder einem Antrieb) bereitgestellt sein oder werden.
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5 veranschaulicht eine Ventilkammer 500 mit einem Vakuumkammergehäuse 302 und zwei Ventilanordnungen 100 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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Mittels der Ventilkammer 500 kann beispielsweise eine Prozessieranlage mit einer Vielzahl von Kammern in verschiedene, einzeln belüftbare, Bereiche gegliedert sein, welche mittels der Ventilkammer 500 voneinander vakuumdicht separiert werden können. Somit kann beispielsweise eine Vakuumprozessieranlage nur teilweise belüftet werden, z.B. zu Wartungszwecken. Beispielsweise kann einer der einzeln belüftbaren Bereiche belüftet sein, während ein anderer der einzeln belüftbaren Bereiche abgepumpt sein kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ventilkammer 500 mehrere Kammerwände 302w und mindestens eine Transportrolle 304 aufweisen. Die Kammerwände 302w können, wie vorangehend beschrieben ist, zwei Substrat-Transfer-Öffnungen 302o aufweisen, welche jeweils mittels einer Blendenstruktur 303 abgedeckt sein können, wobei jede der Blendenstrukturen 303 eine Blendenöffnung 303o aufweisen kann. Die Blendenöffnungen 303o können jeweils einen effektiven Substrat-Transfer-Spalt 303o definieren, durch welchen ein Substrat hindurch transportiert werden kann.
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Ferner können zwei Ventilanordnungen 100 in der Ventilkammer 500 derart angeordnet und eingerichtet sein, dass die Blendenöffnung 303o und somit die Substrat-Transfer-Öffnungen 302o der Kammerwände 302w vakuumdicht abgedichtet werden können. Beispielsweise kann jeweils ein Klappenventil 102 in einer Schwenkbewegung, z.B. mittels der Schwenkarme 104a, 104b, an die Blendenstruktur 303 angepresst werden, so dass das Klappenventil 102 den mittels der Blendenstruktur 303 bereitgestellten effektiven Substrat-Transfer-Spalt 303o mittels der Dichtung 102d abdichten kann. Die Ventilanordnungen 100 kann an der Ventilklappe 102 eine umlaufende Dichtungslippe 302d aufweisen, welche den mittels der Blendenstruktur 303 bereitgestellten effektiven Substrat-Transfer-Spalt 303o vakuumdicht abdichten kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Ventilanordnungen 100 in der Ventilkammer 500 symmetrisch bezüglich der Transportrichtung 101 eingerichtet sein, so dass beispielsweise sowohl ein Bereich der Vakuumprozessieranlage vor der Ventilkammer 500 als auch nach der Ventilkammer 500 unabhängig von dem jeweils anderen Bereich belüftet werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Blendenstruktur 303 an der jeweiligen Kammerwand 302w befestigt sein oder werden, beispielsweise kann die Blendenstruktur 303 vakuumdicht mit der Kammerwand 302w verbunden sein. Somit kann die Ventilkammer 500 derart eingerichtet sein, dass diese als ein Ventil zwischen den angrenzenden weiteren Kammern der Vakuumprozessieranlage wirken kann.
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6 veranschaulicht ein Verfahren 600 zum Abdichten einer Substrat-Transfer-Öffnung eines Vakuumkammergehäuses mittels einer Ventilanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren Folgendes aufweisen kann: in 602, das Vorspannen einer Ventilklappe 102 der Ventilanordnung 100 mittels einer Vorspannvorrichtung 106 der Ventilanordnung 100 derart, dass die Ventilklappe 102 eine gekrümmte Dichtfläche 102f aufweist, und, in 604, das Schwenken der Ventilklappe 102 in eine Geschlossen-Position derart, dass die gekrümmte Dichtfläche 102f gegen einen die Substrat-Transfer-Öffnung 302o umgebenden Dichtbereich 302d des Vakuumkammergehäuses 302 gepresst wird und dabei die Substrat-Transfer-Öffnung 302o abgedichtet werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Ventilanordnung 100 relativ zu einer Substrat-Transfer-Öffnung 302o des Vakuumkammergehäuses 302 derart angeordnet werden, dass eine Ventilklappe 102 der Ventilanordnung 100 in einer Geschlossen-Position gegen eine die Substrat-Transfer-Öffnung 302o umgebende Dichtfläche 302d des Vakuumkammergehäuses 302 gepresst werden kann. Die Ventilanordnung 100 kann an (oder relativ zu) einem Vakuumkammergehäuse 302 derart montiert oder angeordnet werden, dass die Ventilklappe die Dichtfläche 302d des Vakuumkammergehäuses 302 abdecken kann. Beispielsweise können die Befestigungsflansche 114b an einem Durchgangsloch des Vakuumkammergehäuses 302 befestigt werden, wobei sich die jeweilige, mit einem der Schwenkarme 104, 104b gekoppelte, drehbar gelagerte Welle 114s durch eine Kammerwand des Vakuumkammergehäuses 302 hindurch erstrecken kann.
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Ferner kann eine Lage einer montierten Ventilanordnung 100 mittels Anpassens einer Position einer der drehbar gelagerten Wellen 114s oder einer Lage einer der Befestigungsflansche 114b verändert werden. Das Verändern der Lage der Ventilklappe kann beispielsweise mittels Verschiebens der Lageranordnung 104 entlang der Schwenkachse 111 erfolgen. Ferner kann die Lage der Ventilklappe mittels Anpassens der Befestigungsstruktur 104v verändert werden. Anschaulich ermöglicht eine Ventilanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine in allen Koordinaten einstellbare Ventilklappe 102, so dass ein optimaler Dichteffekt oder eine optimale Dichtwirkung erzielt werden kann.
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Ferner kann jeweils nach einem Einstellen der Lage der Ventilklappe 102 ein Prüfen erfolgen, ob in der Geschlossen-Position der Ventilklappe 102 die Substrat-Transfer-Öffnung 302o vakuumdicht abgedichtet wird. Beispielsweise kann überprüft werden, ob die Dichtung 102d in der Geschlossen-Position der Ventilklappe 102 an der Dichtfläche 302d des Vakuumkammergehäuses 302 anliegt. Anschaulich kann überprüft werden ob die Druckseparation mittels der Ventilklappe 102 einer vordefinierten Druckseparation entspricht.
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Ferner kann eine Verteilung des Drucks oder eine Verteilung der Kraft (Druckverteilung) angepasst werden, mit dem die Dichtung 102d in der Geschlossen-Position der Ventilklappe 102 gegen die Dichtfläche 302d des Vakuumkammergehäuses 302 gepresst werden kann. Ferner kann das Anpassen der Druckverteilung mit dem die Ventilklappe 102 gegen die Dichtfläche 302d des Vakuumkammergehäuses 302 gepresst wird erfolgen. Die Druckverteilung kann eine räumliche Verteilung des mittels der Ventilklappe 102 auf die Dichtung 102d übertragenen Drucks (oder der auf die Dichtung 102d übertragenen Kraft), oder eine räumliche Verteilung des mittels der Dichtung 102d auf die Dichtfläche 302d des Vakuumkammergehäuses 302 übertragenen Drucks (Anpressdruckverteilung) berücksichtigen. Anschaulich kann ein gleichmäßiger Anpressdruck der Dichtung an die Dichtfläche bereitgestellt werden.
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Zum Anpassen der Anpressdruckverteilung kann beispielsweise die relative Lage der beiden Schwenkarme 104a, 104b zueinander oder ein Drehmoment, welches (beim Anpressen der Dichtung) mittels eines jeweiligen Stellarm-Antriebs 114p auf die beiden Schwenkarme 104a, 104b übertragen wird, eingestellt werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Schwenkarme 104a, 104b eine Armlänge (Hebellänge) in einem Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 20 cm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 10 cm.
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Ferner kann mittels Verbiegens der Ventilklappe 102 die Ventilklappe 102 vorgespannt werden. Das Verbiegen der Ventilklappe 102 kann, wie vorangehend beschrieben ist, mittels einer Biegestruktur 106 der Ventilanordnung derart erfolgen, dass die Ventilklappe eine gekrümmte Dichtfläche 102f aufweist. Ferner kann eine Krümmung der Dichtfläche 102f mittels der Biegestruktur 106 derart angepasst werden, dass eine Dichtwirkung oder Druckseparation in der Geschlossen-Position der Ventilklappe 102 eingestellt werden kann. Anschaulich kann die Krümmung der Ventilklappe 102 beim Anpressen der Dichtung reduziert werden.
