DE102014116476B4

DE102014116476B4 - Device with a movable seat for vacuum chambers

Info

Publication number: DE102014116476B4
Application number: DE102014116476.8A
Authority: DE
Inventors: John Dale; Jens OSTERHOFF; Lucas Schaper; Kai Ludwig
Original assignee: Deutsches Elektronen Synchrotron DESY
Current assignee: Deutsches Elektronen Synchrotron DESY
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2034-11-12
Also published as: DE102014116476A1

Abstract

Vorrichtung mit einer beweglichen Aufnahme (3), wobei die Aufnahme (3) in einer Vakuumkammer (1) angeordnet werden kann,mit einer Manipulatorkammer (9),mit einer Vakuumquelle (49), die mit der Manipulatorkammer (9) verbunden und ausgestaltet ist, in der Manipulatorkammer (9) einen Unterdruck zu erzeugen,mit einer sich von der Manipulatorkammer (9) erstreckenden Balganordnung (19), die ein fest an der Manipulatorkammer (9) angebrachtes erstes Ende (21) und ein freies Ende (23) aufweist, das durch ein Endelement (29) vakuumdicht abgeschlossen ist, wobei die Aufnahme (3) auf der von der Manipulatorkammer (9) abgewandten Seite des Endelements (29) an diesem angebracht ist,wobei die Balganordnung (19) derart ausgestaltet ist, dass das freie Ende (23) relativ zu dem ersten Ende (21) bewegt werden kann,wobei die Manipulatorkammer (9) einen die Balganordnung (19) umgebenden Anschlussflansch (11) aufweist,mit einer in der Manipulatorkammer (9) angeordneten Manipulatoreinrichtung (33), die ein Ausgangselement (41) aufweist,wobei die Manipulatoreinrichtung (33) ausgestaltet ist, ein freies Ende (43) des Ausgangselements (41) entlang dreier senkrecht zueinander verlaufender Achsen zu bewegen, undwobei das freie Ende (43) des Ausgangselements (41) mit dem Endelement (29) verbunden ist.Device with a movable seat (3), which seat (3) can be arranged in a vacuum chamber (1), with a manipulator chamber (9), with a vacuum source (49) connected and configured with the manipulator chamber (9). for creating a negative pressure in the manipulator chamber (9), with a bellows arrangement (19) extending from the manipulator chamber (9) and having a first end (21) fixedly attached to the manipulator chamber (9) and a free end (23). which is closed off in a vacuum-tight manner by an end element (29), the receptacle (3) being attached to the end element (29) on the side of the end element (29) facing away from the manipulator chamber (9), the bellows arrangement (19) being designed in such a way that the free end (23) can be moved relative to the first end (21), the manipulator chamber (9) having a connecting flange (11) surrounding the bellows arrangement (19), with a manipulator device (33) arranged in the manipulator chamber (9), the one A output element (41), the manipulator device (33) being designed to move a free end (43) of the output element (41) along three mutually perpendicular axes, and the free end (43) of the output element (41) being connected to the end element (29) is connected.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer beweglichen Aufnahme, wobei die Aufnahme in einer Vakuumkammer angeordnet werden kann und mit einem Manipulator verbunden ist.The present invention relates to a device with a movable seat, which seat can be arranged in a vacuum chamber and is connected to a manipulator.

Durch eine derartige Anordnung der Aufnahme kann diese in einer Vakuumkammer exakt positioniert werden bzw. ist darin beweglich. Ein solcher Aufbau wird dann verwendet, wenn die Aufnahme dazu dient, eine Probe, einen Detektor oder Ähnliches beweglich im Vakuum zu haltern, wobei es hierfür wiederum eine Vielzahl von Anwendungen gibt. Dabei ist es wünschenswert, wenn es die Vorrichtung erlaubt, die Aufnahme entlang von sechs Bewegungsfreiheitsgraden, nämlich von drei translatorischen und drei rotatorischen, zu bewegen.By arranging the receptacle in this way, it can be positioned exactly in a vacuum chamber or can be moved therein. Such a structure is used when the mount is used to movably hold a sample, a detector or the like in a vacuum, for which there are in turn a large number of applications. It is desirable if the device allows the receptacle to be moved along six degrees of freedom of movement, namely three translational and three rotational.

Insbesondere ist eine solche Vorrichtung für alle Anwendungen interessant, bei denen die Aufnahme im Ultra-Hoch-Vakuum (< 10^-9 mbar) und/oder einer extrem sauberen Umgebung angeordnet ist. Das trifft beispielsweise auch für einige Beschichtungs- oder Dotierungsverfahren zu.In particular, such a device is of interest for all applications in which the recording is arranged in an ultra-high vacuum (<10 ^-9 mbar) and/or an extremely clean environment. This also applies, for example, to some coating or doping processes.

Um eine Aufnahme nun sowohl translatorisch, als auch rotatorisch beweglich zu gestalten, ist es möglich, diese mit einem Manipulator zu koppeln. Da die Bewegungen in den beschriebenen Anwendungsbereichen der Erfindung meist nicht sehr groß sind, dafür aber eine hohe Genauigkeit im Mikrometerbereich erforderlich ist, werden die Bewegungen über präzise Elektromotoren gesteuert. Dabei kann für jeden Bewegungsfreiheitsgrad ein separates Bewegungssystem vorgesehen sein. Alternativ dazu werden oftmals Bewegungssysteme verwendet, die in der Lage sind, alle sechs Bewegungsfreiheitsgrade kombiniert zu steuern. Diese sogenannten Hexapods sind somit in der Lage, ein mit ihnen verbundenes Aufnahmeelement zu verschieben sowie zu verkippen und zu verdrehen.In order to make a recording movable both in translation and in rotation, it is possible to couple it with a manipulator. Since the movements in the described areas of application of the invention are usually not very large, but a high level of accuracy in the micrometer range is required, the movements are controlled by precise electric motors. A separate movement system can be provided for each degree of freedom of movement. As an alternative to this, movement systems are often used which are able to control all six degrees of freedom of movement in combination. These so-called hexapods are thus able to move, tilt and rotate a receiving element connected to them.

Ein Nachteil derartiger präziser Bewegungssysteme ist jedoch, dass sie nicht für Anwendungen in Ultra-Hoch-Vakuum-Umgebungen geeignet sind. Wäre ein solches Bewegungssystem zusammen mit der Aufnahme in einer geeigneten Vakuumkammer angeordnet, würde das Vakuum durch ausgasende Kontaminanten des Bewegungssystems verunreinigt werden, und ein Ultra-Hoch-Vakuum könnte nicht aufrecht erhalten werden.However, a disadvantage of such precise motion systems is that they are not suitable for applications in ultra-high vacuum environments. Were such a motion system placed in a suitable vacuum chamber along with the susceptor, the vacuum would be contaminated by outgassing contaminants from the motion system and an ultra-high vacuum could not be maintained.

Es ist also erforderlich, den Manipulator außerhalb der Vakuumkammer anzuordnen und die von ihm erzeugten Bewegungen in das Vakuum zu übertragen. Für die Übertragung muss die Vakuumkammer flexible Abschnitte aufweisen, die dennoch die Vakuumkammer dicht gegenüber der Atmosphäre abschließen. Zu diesem Zweck werden meist metallische Bälge verwendet, da diese in der Lage sind, translatorische Bewegungen sowie Kippbewegungen zu übertragen. Wenn zusätzlich an einer beweglichen Endfläche des Balges eine Drehdurchführung vorgesehen ist, lassen sich zusätzlich auch Drehbewegungen um eine Achse, die sich senkrecht zu der Endfläche erstreckt, übertragen.It is therefore necessary to arrange the manipulator outside of the vacuum chamber and to transfer the movements it generates into the vacuum. For transmission, the vacuum chamber must have flexible sections that still seal the vacuum chamber tightly from the atmosphere. Metal bellows are usually used for this purpose, since they are able to transmit translational movements and tilting movements. If a rotary feedthrough is additionally provided on a movable end surface of the bellows, rotary movements about an axis that extends perpendicularly to the end surface can also be transmitted.

Eine Bewegungsübertragung in eine Vakuumkammer mit Hilfe eines Balges ist beispielsweise aus der US 5 899 653 A bekannt, während in der DE 43 09 772 A1 eine Drehdurchführung beschrieben ist.A movement transmission in a vacuum chamber using a bellows is, for example, from U.S. 5,899,653 A known while in the DE 43 09 772 A1 a rotary union is described.

Bei einer Balganordnung ergibt sich jedoch ein großes Problem. Wenn ein möglichst großer Bewegungsbereich durch den Manipulator bereitgestellt werden soll, muss ein Balg ebenfalls entsprechend groß dimensioniert sein. Durch seine große Fläche wirken allerdings starke Kräfte auf den Balg, die aus der Druckdifferenz zwischen dem Vakuum im Inneren der Vakuumkammer und dem außen liegenden Luftdruck entstehen. Das Manipulatorsystem muss dann derart ausgelegt sein, diese starken Kräfte aufzunehmen, um den Balg in Position zu halten, bzw. diesen Kräften entgegenwirken, um die Position des Balges und der zu bewegenden Elemente im Vakuum zu verändern. Manipulatorsysteme, die in der Lage sind, diesen Kräften entgegenzuwirken, sind in der Regel sehr groß, komplex und teuer. Zudem sind sie nicht in der Lage, die Bewegungen mit der erforderlichen Präzision auszuführen.However, a major problem arises with a bellows assembly. If the largest possible range of motion is to be provided by the manipulator, a bellows must also be dimensioned accordingly. Due to its large surface, however, strong forces act on the bellows, which arise from the pressure difference between the vacuum inside the vacuum chamber and the outside air pressure. The manipulator system must then be designed in such a way to absorb these strong forces in order to keep the bellows in position, or to counteract these forces in order to change the position of the bellows and the elements to be moved in the vacuum. Manipulator systems capable of counteracting these forces tend to be very large, complex and expensive. In addition, they are unable to perform the movements with the required precision.

Aus der DE 1 906 310 A ist ein abgedichteter Manipulator für eine Vakuumkammer in Form eines Arms bekannt. Der Arm erstreckt sich durch die Wandung einer Vakuumkammer hindurch und ist in der Wandung über ein Universalgelenk drehbar und in Längsrichtung verschiebbar gehaltert. Der kammerseitige Teil des Manipulatorarms ist von einer Balganordnung umgeben, die sich vom kammerseitigen freien Ende des Manipulatorarms bis zur Durchführung des Manipulators an der Kammerwandung erstreckt, wobei der Zwischenraum zwischen dem Arm und der Balganordnung evakuiert werden kann. Zusätzlich ist an dem kammerseitigen freien Ende des Manipulatorarms über eine Gleitkupplung eine Zange mit dem Manipulatorarm verbunden.From the DE 1 906 310 A a sealed manipulator for a vacuum chamber in the form of an arm is known. The arm extends through the wall of a vacuum chamber and is rotatably and longitudinally slidably supported in the wall by a universal joint. The part of the manipulator arm on the chamber side is surrounded by a bellows arrangement, which extends from the free end of the manipulator arm on the chamber side to the passage of the manipulator on the chamber wall, with the intermediate space between the arm and the bellows arrangement being able to be evacuated. In addition, at the chamber-side free end of the manipulator arm, a pair of tongs is connected to the manipulator arm via a sliding coupling.

Die DE 11 2007 611 T5 offenbart einen Ionenimplanter, der als Teil eines Scanmechanismus einen Hexapodaufbau mit ausziehbaren Beinen aufweist. Über eine koordinierte Längenänderung der ausziehbaren Beine der Hexapodstruktur wird eine Bewegung einer sich auf der Hexapodstruktur befindlichen Probenaufnahme realisiert.The DE 11 2007 611 T5 discloses an ion implanter having a hexapod structure with extendable legs as part of a scanning mechanism. A sample holder located on the hexapod structure is moved by a coordinated change in length of the extendable legs of the hexapod structure.

Aus der DE 10 2011 101 088 A1 ist schließlich eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Substrats und einer Maske zueinander mit einem Substratträger zur Aufnahme des Substrats, mit einem Ausrichtungsmittel zur Verschiebung des Substratträgers in alle Richtungen sowie zum Drehen des Substratträgers um eine Achse, und mit einem Maskenträger bekannt. Das Ausrichtungsmittel kann dabei einen Hexapod aufweisen. Ferner können Teile der Vorrichtung in einer Vakuumkammer angeordnet sein.From the DE 10 2011 101 088 A1 finally discloses a device for aligning a substrate and a mask to one another, with a substrate carrier for receiving the substrate, with an alignment means for displacing the substrate carrier in all directions and for rotating the substrate carrier about an axis, and with a mask carrier. The alignment means can have a hexapod. Furthermore, parts of the device can be arranged in a vacuum chamber.

Aus der EP 0 540 178 A2 ist eine Vorrichtung mit einer beweglichen Aufnahme für einen konvexen Spiegel bekannt. Die Aufnahme und der konvexe Spiegel sind in einer Vakuumkammer angeordnet. Der Spiegel kann mithilfe eines Antriebs verfahren werden, der mit der Aufnahme über einen Grundkörper gekoppelt ist. Zwei Bälge sind an der unteren Seite des Grundkörpers vorgesehen, um ein Vakuum in der Vakuumkammer zu gewährleisten.From the EP 0 540 178 A2 a device with a movable mount for a convex mirror is known. The susceptor and the convex mirror are arranged in a vacuum chamber. The mirror can be moved using a drive that is coupled to the mount via a base body. Two bellows are provided on the bottom of the body to ensure vacuum in the vacuum chamber.

Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mit einer Vakuumkammer zu verbindende Vorrichtung mit einer kammerseitigen beweglichen Aufnahme bereitzustellen, die derart aufgebaut ist, dass präzise Bewegungen der Aufnahme möglich sind, ohne dass eine Kontamination des Vakuums in der Kammer droht und ohne dass die Vorrichtung komplex aufgebaut ist.Based on the prior art, it is therefore the object of the present invention to provide a device to be connected to a vacuum chamber with a chamber-side movable receptacle that is constructed in such a way that precise movements of the receptacle are possible without contamination of the vacuum in the chamber threatens and without the device having a complex structure.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a device according to claim 1 .

Demnach weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine bewegliche Aufnahme auf, wobei die Aufnahme in einer Vakuumkammer angeordnet wird. Des Weiteren sind eine Manipulatorkammer und eine Vakuumquelle vorgesehen, die mit der Manipulatorkammer verbunden und ausgestaltet ist, in der Manipulatorkammer einen Unterdruck zu erzeugen.Accordingly, a device according to the invention has a movable receptacle, with the receptacle being arranged in a vacuum chamber. Furthermore, a manipulator chamber and a vacuum source are provided, which are connected to the manipulator chamber and designed to generate a negative pressure in the manipulator chamber.

Von der Manipulatorkammer erstreckt sich eine Balganordnung weg, die ein fest an der Manipulatorkammer angebrachtes Ende und ein freies Ende aufweist, das durch ein Endelement vakuumdicht abgeschlossen ist, wobei die Aufnahme auf der von der Manipulatorkammer abgewandten Seite des Endelements an diesem angebracht ist und das Innere der Balganordnung mit dem Inneren der Manipulatorkammer verbunden ist und auch unter dem von der Vakuumquelle erzeugten Vakuum steht. Die Balganordnung ist derart ausgestaltet, dass das freie Ende relativ zu dem ersten Ende bewegt werden kann, wobei die Manipulatorkammer einen die Balganordnung umgebenden Anschlussflansch aufweist. Schließlich ist in der Manipulatorkammer eine Manipulatoreinrichtung angeordnet, die ein Ausgangselement aufweist, wobei die Manipulatoreinrichtung ausgestaltet ist, ein freies Ende des Ausgangselements entlang dreier senkrecht zueinander verlaufender Achsen zu bewegen, und wobei das freie Ende des Ausgangselements mit dem Endelement verbunden ist.Extending from the manipulator chamber is a bellows assembly having an end fixedly attached to the manipulator chamber and a free end vacuum-sealed by an end member, the receptacle being attached to the end member on the side remote from the manipulator chamber and the interior thereof the bellows assembly is connected to the interior of the manipulator chamber and is also under the vacuum created by the vacuum source. The bellows arrangement is configured such that the free end can be moved relative to the first end, with the manipulator chamber having a connecting flange surrounding the bellows arrangement. Finally, a manipulator device is arranged in the manipulator chamber, which has an output element, the manipulator device being designed to move a free end of the output element along three mutually perpendicular axes, and the free end of the output element being connected to the end element.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ausgenutzt, dass auch die Kammer, in der die Manipulatoreinrichtung angeordnet ist, mittels der daran vorgesehenen Vakuumquelle ebenfalls unter Vakuum gesetzt wird. Diese Vakuumquelle kann von der getrennt sein, mit der die Vakuumkammer evakuiert wird, an der die Manipulatorkammer angeflanscht ist. Dadurch wird vermieden, dass auf die Balganordnung eine große Druckdifferenz wirkt und die Manipulatoreinrichtung Kräfte aufbringen muss, um dieser Druckdifferenz entgegen zu wirken. Außerdem besteht aufgrund der Trennung der Manipulatorkammer von der Kammer, in der die Aufnahme angeordnet ist, nicht das Problem, dass Kontaminationen, die sich durch ein Ausgasen von Teilen der Manipulatoreinrichtung ergeben, das die Aufnahme umgebende Vakuum beeinträchtigen könnten.In the device according to the invention, use is made of the fact that the chamber in which the manipulator device is arranged is also placed under vacuum by means of the vacuum source provided thereon. This vacuum source can be separate from that used to evacuate the vacuum chamber to which the manipulator chamber is flanged. This avoids a large pressure difference acting on the bellows arrangement and the manipulator device having to apply forces in order to counteract this pressure difference. In addition, due to the separation of the manipulator chamber from the chamber in which the receptacle is arranged, there is no problem that contamination resulting from outgassing of parts of the manipulator device could impair the vacuum surrounding the receptacle.

Damit kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einfacher Weise realisiert werden, dass eine Aufnahme zuverlässig und präzise unter Ultra-Hoch-Vakuum bewegt werden kann, ohne dass neben der Manipulatorkammer und der zusätzlichen Vakuumquelle, die aber vergleichsweise einfach ausgestaltet sein kann, weitere komplizierten Aufbauten erforderlich sind.With the device according to the invention, it can thus be realized in a simple manner that a receptacle can be moved reliably and precisely under an ultra-high vacuum without the need for further complicated structures in addition to the manipulator chamber and the additional vacuum source, which can however be of comparatively simple design are.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist an der zu der Manipulatorkammer weisenden Seite des Endelements ein Drehantrieb mit einer Ausgangswelle angebracht, wobei die Ausgangswelle vakuumdicht und drehbar durch das Endelement geführt ist und wobei die Aufnahme an der Ausgangswelle angebracht ist. Mit einem derartigen Aufbau kann einfach realisiert werden, dass die Aufnahme um eine Achse senkrecht zu einer in dem Endelement verlaufenden Ebene rotiert werden kann. Der dafür notwendige Antrieb ist dann aber in der Manipulatorkammer angebracht und stellt kein Problem für das Vakuum im Bereich der Aufnahme dar.In a preferred embodiment, a rotary drive with an output shaft is attached to the side of the end element pointing towards the manipulator chamber, the output shaft being guided through the end element in a vacuum-tight and rotatable manner and the receptacle being attached to the output shaft. With such a structure, it can easily be realized that the receptacle can be rotated about an axis perpendicular to a plane running in the end element. The drive required for this is then installed in the manipulator chamber and does not pose a problem for the vacuum in the recording area.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Manipulatoreinrichtung eine Platte aufweisen, wobei eine Mehrzahl von sich zwischen der Wandung der Manipulatorkammer und der Platte ersteckenden Linearantrieben vorgesehen ist und wobei das Ausgangselement auf der Seite der Platte an dieser angebracht ist, die der mit den Linearantrieben versehenen Seite gegenüberliegt. Durch einen solchen Aufbau kann das Endelement und damit die Aufnahme um beliebige Achsen translatorisch und rotatorisch bewegt werden, indem die Linearantriebe entsprechend angesteuert werden.In a further preferred embodiment, the manipulator device can have a plate, with a plurality of linear drives extending between the wall of the manipulator chamber and the plate being provided, and with the output element being attached to the side of the plate on the side provided with the linear drives opposite. With such a structure, the end element and thus the receptacle can be moved in translation and rotation about any axis by the linear drives being controlled accordingly.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Endelement ein Plattenelement aufweist, dass sich senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Balganordnung über diese hinaus erstreckt, wobei ein sich parallel zur Balganordnung erstreckendes Stützelement vorgesehen ist, das zwischen dem Plattenelement und der Manipulatorkammer sowie zwischen dem Anschlussflansch und der Balganordnung an der Manipulatorkammer angebracht ist. Durch diesen Aufbau wird erreicht, dass dann, wenn in dem Bereich der Aufnahme kein Vakuum herrscht, die entsprechende Kammer also belüftet ist, die Manipulatorkammer aber nach wie vor durch die Vakuumquelle unter Unterdruck steht, der Balg nicht vollkommen zusammengedrückt und große Kräfte von der Manipulatoreinrichtung aufgenommen werden müssen. Vielmehr kann das Plattenelement zur Anlage mit dem Stützelement gebracht werden, sodass dieses dann die auf den Balg und das Endelement wirkenden Kraft aufnimmt. Durch das Stützelement wird also eine Parkposition definiert.It is also preferred if the end element has a plate element that extends perpendicularly to the direction in which the bellows arrangement extends beyond the latter, with a support element that extends parallel to the bellows arrangement being provided, which is attached between the plate element and the manipulator chamber and between the connecting flange and the bellows arrangement attached to the manipulator chamber. This structure ensures that when there is no vacuum in the area of the receptacle, i.e. the corresponding chamber is ventilated, but the manipulator chamber is still under negative pressure from the vacuum source, the bellows are not fully compressed and large forces are generated by the manipulator device have to be included. Rather, the plate element can be brought into contact with the support element, so that this then absorbs the force acting on the bellows and the end element. A parking position is thus defined by the support element.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein System integriert sein, das eine Vorrichtung nach den vorhergehend Beispielen und eine Vakuumkammer aufweist, wobei die Vakuumkammer die Aufnahme umschließt und mit dem Anschlussflansch der Manipulatorkammer verbunden ist.Finally, the device according to the invention can be integrated into a system that has a device according to the previous examples and a vacuum chamber, the vacuum chamber enclosing the receptacle and being connected to the connecting flange of the manipulator chamber.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung erläutert, wobei

1 ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einer Vakuumkammer zeigt.

The present invention is explained below with reference to a drawing showing only one preferred exemplary embodiment, in which

1 shows a cross section through an embodiment of a device according to the invention together with a vacuum chamber.

Die in 1 gezeigte Anordnung weist eine Vakuumkammer 1 auf, in der eine Aufnahme 3 zentral beweglich angebracht ist, sodass an der Aufnahme 3 beispielsweise eine Probe befestigt und zu Flanschen 5, 7 an der Vakuumkammer 1 mit hoher Präzision ausgerichtet werden kann. An den Flanschen 5, 7 können beliebige Analyse- oder Beschichtungseinrichtungen angebracht sein.In the 1 The arrangement shown has a vacuum chamber 1 in which a receptacle 3 is mounted so that it can move centrally, so that a sample, for example, can be attached to the receptacle 3 and aligned with flanges 5, 7 on the vacuum chamber 1 with high precision. Any analysis or coating devices can be attached to the flanges 5, 7.

In der Vakuumkammer 1 wird mit Hilfe einer nicht dargestellten Einrichtung ein Ultra-Hoch-Vakuum aufrecht erhalten, das es verbietet, dass in der Vakuumkammer 1 Einrichtungen mit Bauteilen angeordnet werden, die Ausgasen und damit zu Kontaminationen im Vakuum der Vakuumkammer 1 führen würden. Das verbietet insbesondere, dass in der Vakuumkammer 1 Antriebe vorgesehen sind, mit denen die Aufnahme 3 bewegt werden kann.An ultra-high vacuum is maintained in the vacuum chamber 1 with the aid of a device, not shown, which prohibits devices with components from being arranged in the vacuum chamber 1 that would lead to outgassing and thus to contamination in the vacuum of the vacuum chamber 1 . In particular, this prohibits drives being provided in the vacuum chamber 1 with which the receptacle 3 can be moved.

Zu diesem Zweck ist eine Manipulatorkammer 9 vorgesehen, die mit einem Anschlussflansch 11 versehen ist, über den sie in dichtender Weise mit einem Flansch 13 an der Vakuumkammer 1 verbunden ist. Im Inneren des Anschlussflanschs 11 an einem ebenfalls mit dem Anschlussflansch 11 verbundenen Wandungselement 15 der Manipulatorkammer 9 ist eine Aussparung ausgebildet 17, um die herum eine an sich bekannte Balganordnung 19 angeordnet ist. Die Balganordnung 19 hat ein an dem Wandungselement 15 und damit der Manipulatorkammer 9 fest angebrachtes Ende 21 sowie ein davon entferntes freies Ende 23, zwischen denen ein flexibler Balgabschnitt 25 vorgesehen ist. Die Balganordnung 19 ist in der Weise flexibel, dass das freie Ende 23 sowohl entlang der Achse 27, entlang derer sich die Balganordnung 19 erstreckt, als auch in begrenztem Umfang senkrecht zu dieser Achse 27 bewegt werden kann. Außerdem lässt die Balganordnung 19 ein Verkippen des freien Endes 23 gegenüber der Achse 27 zu.For this purpose, a manipulator chamber 9 is provided, which is provided with a connecting flange 11, via which it is connected to a flange 13 on the vacuum chamber 1 in a sealed manner. Inside the connecting flange 11 on a wall element 15 of the manipulator chamber 9, which is also connected to the connecting flange 11, a recess 17 is formed, around which a bellows arrangement 19, known per se, is arranged. The bellows arrangement 19 has an end 21 firmly attached to the wall element 15 and thus the manipulator chamber 9 and a free end 23 remote therefrom, between which a flexible bellows section 25 is provided. The bellows assembly 19 is flexible in such a way that the free end 23 can be moved both along the axis 27 along which the bellows assembly 19 extends and to a limited extent perpendicular to this axis 27. In addition, the bellows arrangement 19 allows the free end 23 to tilt in relation to the axis 27 .

Am freien Ende 23 der Balganordnung 19 ist ein Endelement in Form eines Plattenelements 29 in zu dem freien Ende 23 dichtender Weise angebracht, wobei sich das Plattenelement 29 in einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu der Achse 27 verläuft. Radial zu der Achse 27 erstreckt sich das Plattenelement 29 insbesondere über den Balgabschnitt 25 und damit auch über die Balganordnung 19 insgesamt hinaus, und zwischen dem Plattenelement 29 und dem Wandungselement 15 der Manipulatorkammer 9 ist ein Stützelement in Form eines Rings 31 vorgesehen, der sich parallel zur Balganordnung 19 erstreckt und außerdem zwischen dem Anschlussflansch 11 und der Balganordnung 19 an der Manipulatorkammer 9 angebracht ist.Attached to the free end 23 of the bellows assembly 19 is an end member in the form of a plate member 29 in a sealing manner relative to the free end 23, the plate member 29 extending in a plane perpendicular to the axis 27. The plate element 29 extends radially to the axis 27, in particular beyond the bellows section 25 and thus also beyond the bellows arrangement 19 as a whole, and a support element in the form of a ring 31 is provided between the plate element 29 and the wall element 15 of the manipulator chamber 9, which extends parallel extends to the bellows arrangement 19 and is also attached to the manipulator chamber 9 between the connecting flange 11 and the bellows arrangement 19 .

Im Inneren der Manipulatorkammer 9 ist eine Manipulatoreinrichtung 33 vorgesehen, die ausgestaltet ist, das freie Ende 23 der Balganordnung 19 entlang dreier senkrecht zueinander verlaufender Achsen zu bewegen, wobei dies in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wie im Folgenden beschrieben realisiert ist.Inside the manipulator chamber 9 there is a manipulator device 33 which is designed to move the free end 23 of the bellows arrangement 19 along three mutually perpendicular axes, this being implemented in the exemplary embodiment described here as described below.

Die Manipulatoreinrichtung 33 weist eine Platte 35 auf, wobei sich eine Mehrzahl von sich zwischen der Wandung bzw. dem Boden 35 der Manipulatorkammer 9 und der Platte 35 ersteckenden Linearantriebe 39 vorgesehen sind, deren Länge über nicht dargestellte Elektromotoren veränderlich ist. An der Seite der Platte 35, die der Seite gegenüberliegt, die mit den Linearantrieben 39 versehen ist, ist ein Ausgangselement in Form einer Stange 41 angebracht, die ein freies Ende 43 aufweist. Das freie Ende 43 der Stange 41 kann durch eine Längenänderung der Linearantriebe entlang dreier, senkrecht zueinander verlaufender Achsen verfahren werden, und das freie Ende 43 ist über einen Drehantrieb 45 mit dem Plattenelement 29 und damit auch dem Endelement der Balganordnung 19 fest verbunden.The manipulator device 33 has a plate 35, with a plurality of linear drives 39 extending between the wall or the floor 35 of the manipulator chamber 9 and the plate 35, the length of which can be changed via electric motors (not shown). On the side of the plate 35 opposite to the side provided with the linear actuators 39, an output element in the form of a rod 41 having a free end 43 is attached. The free end 43 of the rod 41 can be moved by changing the length of the linear drives along three mutually perpendicular axes, and the free end 43 is connected via a rotary drive 45 to the plate element 29 and thus also to the end element of the bellows arrangement 19.

Der an der zu der Manipulatorkammer 9 weisenden Seite des Plattenelements 29 befestigte Drehantrieb 45 weist eine Ausgangswelle 47 auf, wobei die Ausgangswelle 47 vakuumdicht und drehbar durch das Plattenelement 29 geführt ist und die Aufnahme 3 an der Ausgangswelle 47 fest angebracht ist. Damit kann die Aufnahme 3 um eine senkrecht zur Ebene des Plattenelements 29 verlaufende Achse rotiert werden, was mit der Manipulatoreinrichtung 33 nicht möglich wäre.The rotary drive 45 attached to the side of the plate element 29 facing the manipulator chamber 9 has an output shaft 47, the output shaft 47 being guided through the plate element 29 in a vacuum-tight and rotatable manner and the receptacle 3 being fixedly attached to the output shaft 47. The receptacle 3 can thus be rotated about an axis running perpendicularly to the plane of the plate element 29 , which would not be possible with the manipulator device 33 .

Schließlich ist eine nur schematisch dargestellte Vakuumquelle 49 vorgesehen, die mit der Manipulatorkammer 9 verbunden ist und mit der in der Manipulatorkammer 9 ein Unterdruck erzeugt werden kann.Finally, a vacuum source 49 , shown only schematically, is provided, which is connected to the manipulator chamber 9 and with which a negative pressure can be generated in the manipulator chamber 9 .

Mit Hilfe der Manipulatoreinrichtung 33 kann die Aufnahme 3 translatorisch und rotatorisch bewegt werden, wobei der Drehantrieb 45 eine weitere Rotation um die Achse 27 erlaubt. Dadurch, dass auch in der Manipulatorkammer 9 mittels der Vakuumquelle 49 ein Unterdruck erzeugt werden kann, besteht normalerweise keine wesentliche Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Balganordnung 19. Dadurch werden auf diese keine große Kräfte ausgeübt, gegen die die Manipulatoreinrichtung 33 beim Verändern der Position der Aufnahme 3 entgegen wirken müsste. Da dieses Problem gerade hier nicht auftritt, werden keine erhöhten Anforderungen an die Manipulatoreinrichtung 33 gestellt, und die erforderliche Präzision bei deren Bewegungen bleibt gewahrt.With the aid of the manipulator device 33, the receptacle 3 can be moved in translation and rotation, with the rotary drive 45 allowing further rotation about the axis 27. Due to the fact that a negative pressure can also be generated in the manipulator chamber 9 by means of the vacuum source 49, there is normally no significant pressure difference between the two sides of the bellows arrangement 19. As a result, no large forces are exerted on them, against which the manipulator device 33 when changing the position of the Recording 3 would have to counteract this. Since this problem does not occur precisely here, no increased demands are placed on the manipulator device 33, and the required precision in its movements is maintained.

Wenn in der Vakuumkammer 1 bei einer Wartung jedoch kein Vakuum herrscht, die Manipulatorkammer 9 hingegen evakuiert ist, wird die Balganordnung aufgrund des Luftdrucks zusammengepresst. Damit diese Kräfte nicht unmittelbar auf die Manipulatoreinrichtung 33 wirken, kann das Plattenelement 29 mittels der Manipulatoreinrichtung 33 zunächst in Anlage mit Ring 31 gebracht werden, bevor die Vakuumkammer 1 belüftet wird. Dann nimmt der Ring 31 die dann entstehenden Kräfte auf, sodass der Ring eine Parkposition definiert.However, if there is no vacuum in the vacuum chamber 1 during maintenance, but the manipulator chamber 9 is evacuated, the bellows arrangement is compressed due to the air pressure. So that these forces do not act directly on the manipulator device 33, the plate element 29 can first be brought into contact with the ring 31 by means of the manipulator device 33 before the vacuum chamber 1 is vented. The ring 31 then absorbs the forces that then arise, so that the ring defines a parking position.

Claims

Device with a movable holder (3), wherein the holder (3) can be arranged in a vacuum chamber (1), with a manipulator chamber (9), with a vacuum source (49) which is connected to the manipulator chamber (9) and designed to generate a negative pressure in the manipulator chamber (9), with a bellows arrangement (19) extending from the manipulator chamber (9) and having a first end (21) firmly attached to the manipulator chamber (9) and a free end (23) which is closed off in a vacuum-tight manner by an end element (29), the receptacle (3) being attached to the end element (29) on the side of the end element (29) facing away from the manipulator chamber (9), wherein the bellows arrangement (19) is designed such that the free end (23) can be moved relative to the first end (21), wherein the manipulator chamber (9) has a connecting flange (11) surrounding the bellows arrangement (19), with a manipulator device (33) which is arranged in the manipulator chamber (9) and has an output element (41), wherein the manipulator device (33) is designed to move a free end (43) of the output element (41) along three mutually perpendicular axes, and the free end (43) of the output element (41) being connected to the end element (29).

device after claim 1 , wherein a rotary drive (45) with an output shaft (47) is attached to the side of the end element (29) pointing to the manipulator chamber (9), the output shaft (47) being guided through the end element (29) in a vacuum-tight and rotatable manner and wherein the receptacle (3) is attached to the output shaft (47).

device after claim 1 or 2 , wherein the manipulator device (33) has a plate (35), wherein a plurality of linear drives (39) extending between the wall (37) of the manipulator chamber (9) and the plate (35) is provided and wherein the output element (41) attached to the plate (35) on the side thereof which is opposite to the side provided with the linear actuators (39).

Device according to one of Claims 1 until 3 , wherein the end element has a plate element (29) which extends beyond the bellows arrangement (19) perpendicularly to the direction in which it extends and wherein a support element (31) is provided which extends parallel to the bellows arrangement (19) and which is positioned between the plate element (29) and the manipulator chamber (9) and between the connecting flange (11) and the bellows arrangement (19) on the manipulator chamber (9).

System with a device according to one of the preceding claims and with a vacuum chamber (1), wherein the vacuum chamber (1) encloses the receptacle (3) and is connected to the connecting flange (11) of the manipulator chamber (9).