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Die Erfindung betrifft eine Substrathaltevorrichtung, ein Verfahren zum Bestücken einer Substrathaltevorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Substrathaltevorrichtung.
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Im Allgemeinen kann ein Substrat oder können mehrere Substrate, z.B. Gläser, Wafer oder andere plattenförmige Substrate, beispielsweise während eines Beschichtungsprozesses (oder anderer Prozesse zum Behandeln von Substraten) mittels eines Substratträgers gehalten werden. Dabei kann der Substratträger beispielsweise dazu genutzt werden, das Substrat oder die Substrate an einer vordefinierten Position in einer Beschichtungskammer zu halten oder durch eine Beschichtungskammer hindurch zu transportieren und/oder in der Beschichtungskammer zu bewegen. Dabei werden herkömmlicherweise beispielsweise Substratträger verwendet, in welche Substrate nur lose eingelegt werden, wobei die Substrate in diesem Fall leicht aus dem Substratträger herausfallen können, z.B. beim Belüften einer Vakuumkammer aufgrund der eingelassenen Luft oder z.B. aufgrund von Vibrationen des Transportsystems. Daher können herkömmliche Substratträger ein Auflageelement aufweisen, welches von oben auf einem Teil der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats aufliegt und dieses beschwert bzw. das Substrat von oben an den Substratträger presst, wobei jedoch die Oberfläche des Substrats nur teilweise beschichtet werden kann. Das teilweise Beschichten einer Oberfläche eines Substrats kann herkömmlicherweise auch derart erfolgen, dass das Substrat zwischen zwei Masken gehalten wird, welche einen Randabschnitt des Substrats abdecken, so dass der Randabschnitt des Substrats nicht beschichtet wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird hierin eine Substrathalterung (als Substrathaltevorrichtung bezeichnet) für verschiedene Arten von Substraten, z.B. Wafer, Glassubstrate, Abdeckgläser, Linsen und andere optisch transparente Bauelemente, Spiegel oder Ähnliches bereitgestellt. Beispielsweise kann mindestens ein Substrat (d.h. z.B. auch mehrere Substrate) mittels der Substrathaltevorrichtung während eines Beschichtungsprozesses oder eines anderer Behandlungsprozesses in einer Prozessierkammer gehalten werden, wobei zumindest eine freiliegende Oberfläche des mindestens einen Substrats vollständig beschichtet werden kann. Anschaulich kann das Substrat auf einen Träger aufgelegt werden und ausschließlich seitlich mittels federnder Elemente gehalten (bzw. fixiert oder geklemmt) werden, so dass eine nach oben vom Träger weg gerichtete Seite des Substrats vollständig beschichtet werden kann.
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Dabei kann der mit mindestens einem Substrat bestückte Substrathalter vertikal oder horizontal transportiert werden und das mindestens eine Substrat kann beschichtet werden, z.B. mittels PVD (physikalischer Gasphasenabscheidung) oder CVD (chemischer Gasphasenabscheidung). Dabei kann der mit mindestens einem Substrat bestückte Substrathalter auch für atmosphärische Beschichtungsprozesse (Beschichtungsprozesse bei dem jeweils herrschenden Atmosphärendruck) und/oder für Reinigungsprozesse verwendet werden.
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Das Bestücken des Substrathalters mit mindestens einem Substrat kann vollautomatisch erfolgen, z.B. mittels eines Laderoboters. Dabei kann der Substrathalter derart eingerichtet sein, dass sich ein auf den Träger aufgelegtes Substrat nicht mehr seitlich verschiebt. Somit können Kratzer in dem Substrat vermieden werden. Anschaulich wird eine Relativbewegung zischen Substrat und Auflagefläche verhindert.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Substrathalter bereitgestellt, mittels dessen ein sicherer Halt beim Transport in einer Prozessierkammer gewährleistet werden kann, z.B. beim Evakuieren und/oder Belüften der Prozessierkammer, in welche der Substrathalter beispielsweise zum Beschichten des mindestens einen mittels des Substrathalters gehaltenen Substrats eingeschleust und ausgeschleust wird.
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Ferner wird ein Substrathalter bereitgestellt, welcher für einen Beschichtungsprozess, bei welchem ein Wärmeeintrag in das Substrat und somit in den Substrathalter erfolgt, geeignet ist. Mit anderen Worten kann der Substrathalter bezüglich der Prozesstauglichkeit optimiert sein (z.B. bezüglich der Wärmelast, z.B. bezüglich einer Substratbiegung aufgrund eines Temperaturgradientens und/oder aufgrund von Schichtspannungen).
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Ferner wird ein Substrathalter bereitgestellt, mittels dessen eine Schattenfreiheit für die zu beschichtende Seite des Substrats gewährleistet werden kann, sowie beispielsweise eine Rückseitenbeschichtung des Substrats vermieden werden kann.
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Ferner wird ein Substrathalter bereitgestellt, mittels dessen ein Substrat mit einer auf der zu beschichtenden Seite des Substrats umlaufend abgerundeten Kante beschichtet werden kann. Anschaulich kann eine abgerundete Kante der zu beschichtenden Oberfläche nahezu vollständig (z.B. mindestens zu 99%) oder vollständig mit beschichtet werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Substrathaltevorrichtung Folgendes aufweisen: einen Träger mit einer Auflagefläche zum Auflegen eines Substrats auf den Träger; mindestens zwei Haltestrukturen zum Halten eines auf der Auflagefläche aufliegenden Substrats, wobei die mindestens zwei Haltestrukturen derart federnd an dem Träger befestigt sind, dass das auf der Auflagefläche aufliegende Substrat seitlich klemmend gehalten werden kann. Dabei kann unter dem Begriff federnd beispielsweise ausschließlich der Hookesche Bereich verstanden werden.
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Anschaulich können die mindestens zwei Haltestrukturen federnd mit dem Träger verbunden sein zum Festklemmen (z.B. seitlichen Festklemmen) des auf der Auflagefläche aufliegenden Substrats. Ferner kann das Klemmen derart erfolgen, dass eine Kraft beim Klemmen (z.B. ausschließlich) auf den Substratrand übertragen wird. Die jeweils mittels der Haltestrukturen erzeugte Kraft kann dabei im Wesentlichen parallel zur Auflagefläche wirken. Ferner kann die Auslenkung der federnd eingerichteten Haltestrukturen im Wesentlichen parallel zur Auflagefläche erfolgen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Substrathaltevorrichtung Folgendes aufweisen: einen Träger mit einer Auflagefläche zum Auflegen eines Substrats auf den Träger; mindestens zwei Haltestrukturen zum Halten eines auf der Auflagefläche aufliegenden Substrats, wobei die mindestens zwei Haltestrukturen derart relativ zu der Auflagefläche angeordnet sind, dass das auf der Auflagefläche aufliegende Substrat zwischen den mindestens zwei Haltestrukturen eingeklemmt wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann bei zwei verwendeten Haltestrukturen (z.B. pro zu haltendem Substrat) eine Anordnung dieser zwei Haltestrukturen fluchtend einander gegenüber erfolgen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann bei vier verwendeten Haltestrukturen (z.B. pro zu haltendem Substrat) eine Anordnung jeweils zweier dieser Haltestrukturen fluchtend einander gegenüber erfolgen.
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Ferner kann das auf der Auflagefläche aufliegende Substrat eine zu behandelnde (z.B. zu beschichtende) Oberfläche aufweisen, welche von dem Träger weg gerichtet ist, und die mindestens zwei Haltestrukturen können derart eingerichtet sein, dass die zu behandelnde Oberfläche vollständig freiliegt. Anschaulich kann eine Oberseite des Substrats vollständig freiliegen, so dass diese vollständig beschichtet werden kann.
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Ferner können die mindestens zwei Haltestrukturen derart relativ zu der Auflagefläche angeordnet sein oder werden, dass das auf der Auflagefläche aufliegende Substrat zwischen den mindestens zwei Haltestrukturen eingeklemmt wird. Beispielsweise können drei Haltestrukturen bereitgestellt sein oder werden, welche jeweils zueinander in gleichem Abstand angeordnet sind (anschaulich an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks). Beispielsweise können vier Haltestrukturen jeweils an den Ecken eines Rechtecks oder Quadrats angeordnet sein oder werden.
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Ferner können mindestens zwei Haltestrukturen auf einander gegenüberliegenden Seiten der mindestens einen Auflagefläche derart angeordnet sein oder werden, dass das auf der Auflagefläche aufliegende Substrat zwischen den mindestens zwei Haltestrukturen eingeklemmt wird.
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Ferner kann der Träger zwei planparallele Oberflächen aufweisen. Ferner kann der Träger für jede der mindestens zwei Haltestrukturen eine Aussparung aufweisen, in welcher die jeweilige Haltestruktur federn gelagert ist. Anschaulich kann die Aussparung einen Aufnahmeraum definieren, in welchem die jeweilige Haltestruktur federn gelagert ist und/oder die Aussparung selbst kann derart bereitgestellt sein oder werden, dass die jeweilige federn gelagerte Haltestruktur bereitgestellt wird.
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Ferner kann die jeweilige Haltestruktur ein federnd in (bzw. an) dem Träger befestigtes Grundelement aufweisen, welches bündig mit den zwei planparallelen Oberflächen des Trägers abschließt. Anschaulich kann der Träger derart eingeschnitten sein, d.h. eine Aussparungsstruktur derart aufweisen, dass ein federnd in (bzw. an) dem Träger befestigtes Grundelement bereitgestellt wird. Ferner kann die jeweilige Haltestruktur mindestens ein an dem Grundelement befestigtes Halteelement aufweisen zum seitlichen Klemmen des auf der Auflagefläche aufliegenden Substrats.
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Ferner können das Grundelement und der Träger einstückig sein und die federnde Lagerung des Grundelements in dem Träger kann mittels mindestens einer Aussparung (bzw. mindestens einer Aussparungsstruktur) in dem Träger gebildet sein.
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Ferner kann das Grundelement derart eingerichtet sein und derart in eine passende Aussparung in dem Träger eingeklemmt sein, dass das Grundelement federnd in oder an dem Träger gelagert ist.
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Ferner kann sich die mindestens eine Aussparung von einer der zwei planparallelen Oberflächen des Trägers zu der anderen der zwei planparallelen Oberflächen des Trägers durch den Träger hindurch erstrecken.
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Ferner kann das Grundelement der jeweiligen Haltestruktur eine Aussparung aufweisen zum Bewegen des Grundelements gegen eine rücktreibende Federkraft. Mit anderen Worten kann die Aussparung bzw. Aussparungsstruktur derart in dem Träger bereitgestellt sein oder werden, dass sich das Grundelement seitlich bewegen kann und somit gegen eine rücktreibende Federkraft ausgelenkt werden kann. Dabei wird die rücktreibende Federkraft dadurch bereitgestellt, dass das Grundelement federnd (bzw. federelastisch) mit dem Träger verbunden ist oder wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bestücken einer Substrathaltevorrichtung, wie hierin beschrieben ist, Folgendes aufweisen: Bewegen der mindestens zwei federnd an dem Träger befestigten Haltestrukturen (z.B. mittels eines Greifers eines Laderoboters) entgegen der Federkraft in eine Ladeposition so dass zwischen den mindestens zwei federnd an dem Träger befestigten Haltestrukturen ein Substrats auf die Auflagefläche aufgelegt werden kann; Auflegen eines Substrats auf die Auflagefläche (z.B. mittels eines Sauggreifers eines Laderoboters); und Bewegen der mindestens zwei federnd an dem Träger befestigten Haltestrukturen (z.B. mittels eines Greifers eines Laderoboters) aus der Ladeposition in eine Klemmposition (und entkoppeln des Greifers des Laderoboters) derart, dass das auf die Auflagefläche aufgelegte Substrat zwischen den mindestens zwei federnd an dem Träger befestigten Haltestrukturen aufgrund der Federkraft festgeklemmt ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Herstellen einer Substrathaltevorrichtung Folgendes aufweisen: Formen einer Aussparungsstruktur in einem plattenförmigen Träger, wobei sich die Aussparungsstruktur von einer ersten Oberfläche des plattenförmigen Trägers zu einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des plattenförmigen Trägers derart erstreckt, dass ein Grundelement teilweise aus dem plattenförmigen Träger ausgeschnitten ist und an mindestens einer Stelle mit dem plattenförmigen Träger verbunden ist, so dass das Grundelement federnd gelagert ist; und Befestigen mindestens eines Halteelements an dem Grundelement, wobei das mindestens eine Halteelement über die erste Oberfläche des plattenförmigen Trägers derart vorsteht, dass ein Substrat auf der ersten Oberfläche des plattenförmigen Trägers mittels des federnd gelagerten Grundelements und des mindestens einen Halteelements festgeklemmt werden kann.
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Es versteht sich, dass die Substrathaltevorrichtung entsprechend gruppierte Haltestrukturen aufweisen kann, welche federnd an dem Träger befestigt sind, so dass eine Vielzahl von Substraten auf dem Träger platziert und seitlich klemmend gehalten werden können. Dabei können die Haltestrukturen platzeffizient angeordnet sein, so dass möglichst viele Substrate pro Fläche des Trägers gehalten werden können. Eine hohe Packungsdichte kann beispielsweise dazu führen, dass der Carrier weniger verunreinigt wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Aussparungsstruktur zum federnden Lagern des Grundelements derart in dem Träger bereitgestellt sein oder werden, dass die Aussparungsstruktur im Wesentlichen von einem auf der Auflagefläche des Trägers aufliegenden Substrat abgedeckt wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können alle Haltestrukturen, ausgenommen der Aussparung (z.B. Bohrung) in dem Grundelement für das Spreizelement, vom auf der Auflagefläche des Trägers aufliegenden Substrat verdeckt sein oder werden. Somit kann beispielsweise eine hohe Packungsdichte der Substrate auf dem Träger erreicht werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine schematische Querschnittsansicht einer Substrathaltevorrichtung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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2 eine schematische Querschnittsansicht einer Substrathaltevorrichtung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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3 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Bestücken einer Substrathaltevorrichtung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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4 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen einer Substrathaltevorrichtung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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5A und 5B jeweils eine Ansicht einer Haltestruktur eines Substrathalters, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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6A und 6B jeweils eine Ansicht einer Anordnung mehrerer Haltestrukturen auf einem Träger eines Substrathalters, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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7 eine perspektivische Ansicht einer Haltestruktur eines Substrathalters, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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8 eine perspektivische Ansicht einer Haltestruktur eines Substrathalters, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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9A und 9B jeweils eine schematische Ansicht einer Haltestruktur eines Substrathalters, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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10A und 10B jeweils eine schematische Ansicht einer Haltestruktur eines Substrathalters, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
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11A und 11B jeweils eine Ansicht einer Anordnung mehrerer Haltestrukturen auf einem Träger eines Substrathalters, 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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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die hierin beschriebene Substrathaltevorrichtung zum Transportieren von Substraten, z.B. Wafern, in einer Prozesskammer, z.B. in einer horizontalen oder vertikalen Beschichtungsanlage, verwendet werden, z.B. zum Beschichten der Substrate mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) und/oder chemischen Gasphasenabscheidung(CVD).
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Anschaulich ist die hierin beschriebene Substrathaltevorrichtung zum Transport von Wafern oder anderen dünnen Substraten (z.B. mit einer Dicke von weniger als 2 mm oder weniger als 1 mm oder weniger als 0,3 mm) in einer Vakuumbeschichtungsanlage geeignet. Dabei kann zumindest eine Seite des Substrats vollständig beschichtet werden.
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1 veranschaulicht eine schematische Seitenansicht oder Querschnittsansicht einer Substrathaltevorrichtung 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Substrathaltevorrichtung 100 (auch als Substrathalter bezeichnet) kann beispielsweise einen Träger 102 (auch als Trägerplatte oder Carrier bezeichnet) aufweisen. Der Träger 102 kann eine Auflagefläche 102a aufweisen zum Auflegen eines Substrats 120 auf den Träger 102. Die Auflagefläche 102a kann entsprechend der Größe des aufzulegenden Substrats 120 eingerichtet sein, woraus sich beispielsweise auch die geometrische Anordnung von Haltestrukturen ergibt, welche erforderlich sein können, um ein auf der Auflagefläche 102a aufliegendes Substrat 120 zu halten bzw. seitlich festzuklemmen.
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Wie in 1 veranschaulicht ist, kann die Substrathaltevorrichtung 100 mindestens zwei Haltestrukturen 104 aufweisen, welche derart eingerichtet sind und relativ zueinander sowie relativ zu der Auflagefläche 102a angeordnet sind, dass ein auf der Auflagefläche 102a aufliegendes Substrat 120 gehalten bzw. seitlich festgeklemmt werden kann. Die mindestens zwei Haltestrukturen 104 können derart federnd an dem Träger 102 befestigt sein, dass das auf der Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufliegende Substrat 120 seitlich klemmend gehalten werden kann.
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Anschaulich definiert das zu beschichtende Substrat 120 (insbesondere die seitlichen Ausdehnung des Substrats in Richtung 101 bzw. in der Ebene senkrecht zur Richtung 105) die Auflagefläche 102a sowie die Anordnung der Haltestrukturen 104 auf dem Träger 102.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Haltestrukturen 104 derart angeordnet sein, dass ein auf der Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufliegendes Substrat 120 an den jeweiligen Ecken des Substrats 120 gehalten werden kann. Alternativ können die Haltestrukturen 104 derart angeordnet sein, dass ein auf der Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufliegendes Substrat 120 an den jeweiligen Kanten des Substrats 120 gehalten werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Haltestrukturen 104 zumindest teilweise zylinderförmig sein, so dass das Substrat 120 im Wesentlichen nur entlang einer Kontaktlinie seitlich an den Haltestrukturen 104 anliegt. In diesem Fall können auch Substrate 120 mit einer kreisförmigen Außenkontur oder beispielsweise mit abgerundeten Ecken gehalten werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das auf der Auflagefläche 120a des Trägers 102 aufliegende Substrat 120 eine zu behandelnde Oberfläche 120a aufweisen, welche von dem Träger 102 weg gerichtet ist. Mit anderen Worten kann das Substrat 120 im Wesentlichen plattenförmig sein und mit der nicht zu beschichtenden Oberfläche 120b auf dem Träger 102 aufliegen oder zumindest teilweise auf dem Träger 102 aufliegen. Ferner kann das Substrat 120 leicht gekrümmt oder gewölbt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mindestens zwei Haltestrukturen 104 derart eingerichtet sein, dass die zu behandelnde Oberfläche 120a des Substrats 120 vollständig freiliegt. Mit anderen Worten steht kein Abschnitt der Haltestrukturen 104 über die zu behandelnde Oberfläche 120a des Substrats über.
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Ferner können die mindestens zwei Haltestrukturen 104 derart eingerichtet sein, dass auch ein Teil der Seitenkontur des Substrats 120 freiliegt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger 102 zwei planparallele Oberflächen 102o, 102u aufweisen. Beispielsweise können die mindestens zwei Haltestrukturen 104 weniger von dem Träger 102 vorstehen (in Richtung 105) als das Substrat 120 dick ist. Dabei kann die Dicke des Substrats als maximale Dicke des Substrats angesehen werden, wenn das Substrat keine einheitliche Dicke aufweist.
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Die Haltestrukturen 104 können federnd gelagert sein bzw. federnd an dem Träger 102 befestigt sein oder federnd in dem Träger 102 bereitgestellt sein. Zum Halten eines auf der Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufliegenden Substrats 120 können die Haltestrukturen 104 eine Federkraft 104f auf das Substrat übertragen. Anschaulich werden die Haltestrukturen 104 seitlich parallel zur Richtung 101 aus deren jeweiligen Ruhelage ausgelenkt und mittels der rücktreibenden Kraft 104f kann ein auf der Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufliegendes Substrat 120 seitliche festgeklemmt werden.
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Die beiden Oberflächen 102o, 102u können (z.B. zumindest abschnittsweise) planparallel zueinander sein. Der Träger 102 kann eine Dicke entlang der Richtung 105 (senkrecht zu den beiden Oberflächen 102o, 102u) in einem Bereich von ungefähr 2 mm bis ungefähr 80 mm aufweisen, z.B. eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 4 mm bis ungefähr 10 mm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger 102 aus Edelstahl bestehen oder Edelstahl aufweisen. Alternativ kann der Träger 102 aus jedem anderen geeigneten Werkstoff gefertigt sein, z.B. aus einem Verbundwerkstoff, z.B. aus Titan. Ferner kann der Träger 102 eine Breite entlang der Richtung 101 (parallel zu den beiden Oberflächen 102o, 102u) in einem Bereich von ungefähr 50 cm bis ungefähr 5 m aufweisen, z.B. eine Breite in einem Bereich von ungefähr 0,5 m bis ungefähr 1,5 m. Ferner kann der Träger 102 eine Länge, parallel zu den beiden Oberflächen 102a, 102b und quer zur Breitenrichtung 101, in einem Bereich von ungefähr 50 cm bis ungefähr 5 m aufweisen, z.B. eine Breite in einem Bereich von ungefähr 0,5 m bis ungefähr 1,5 m.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger 102 bezüglich dessen Abmessungen sowohl an die Menge und Größe der aufzunehmenden Substrate 120 als auch an die Größe (z.B. Beschichtungsbreite und/oder Schleusenlänge) der zum Behandeln der Substrate verwendeten Prozessanlage angepasst sein oder werden.
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Wie in 2 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht veranschaulicht ist, können die Haltestrukturen 104 des Trägers 102 an das zu haltende Substrat 120 angepasst sein oder werden. Beispielsweise kann das Substrat 120 eine gekrümmte bzw. gewölbte Oberfläche 120b aufweisen, und somit beispielsweise nur abschnittsweise auf der Auflagefläche 102a (mit anderen Worten auf dem Auflagebereich 102a) des Trägers 102 aufliegen. Aufgrund des seitlichen Klemmens 104f des Substrats 120 kann auch eine gekrümmte bzw. gewölbte Oberfläche 120a des Substrats 120 vollständig beschichtet werden.
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3 veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Bestücken einer Substrathaltevorrichtung 100 mit mindestens einem Substrat 120, wobei das Verfahren 300 Folgendes aufweisen kann: in 310, das Bewegen der mindestens zwei federnd an dem Träger 102 befestigten Haltestrukturen 104 entgegen der Federkraft in eine Ladeposition (z.B. mittels eines Laderoboters), so dass zwischen den mindestens zwei federnd an dem Träger 102 befestigten Haltestrukturen 104 ein Substrats 120 auf die Auflagefläche 102a aufgelegt werden kann; in 320, das Auflegen eines Substrats auf die Auflagefläche (z.B. mittels eines Laderoboters); und, in 330, das Bewegen der mindestens zwei federnd an dem Träger 102 befestigten Haltestrukturen 104 aus der Ladeposition in eine Klemmposition (z.B. mittels eines Laderoboters) derart, dass das auf die Auflagefläche 102a aufgelegte Substrat 120 zwischen den mindestens zwei federnd an dem Träger 102 befestigten Haltestrukturen 104 aufgrund der Federkraft 104f festgeklemmt ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bestücken der Substrathaltevorrichtung 100 mit mindestens einem Substrat 120 vollautomatisch erfolgen, z.B. mittels eines kombinierten Greifers (z.B. aufweisend einen Spreizgreifer zum Bewegen der Haltestrukturen 104 und einen Sauggreifer zum Positionieren des Substrats 120). Der Greifer kann ein Laderoboter sein oder Teil eines Laderoboters sein.
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Beispielsweise kann der Sauggreifer ein Substrat aus einem Substratvorrat (auch als Magazin bezeichnet) entnehmen. Das Substrat kann dann mittels eines Kamera-Scans einige Millimeter über der Auflagefläche 102a des Trägers 102 positioniert werden (anschaulich kann der Laderoboter ein optisches Positioniersystem aufweisen). Danach kann der Spreizgreifer die Haltestrukturen 104 entgegen der Federkraft 104f spreizen. Dann kann das Substrat auf die Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufgesetzt werden. Danach kann der Spreizgreifer von den Haltestrukturen 104 entkoppelt werden, wobei sich die Haltestrukturen 104 seitlich an das Substrat 120 anlegen und dieses festhalten.
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Es versteht sich, dass das Substrat 120 in analoger Weise (z.B. in umgekehrter Reihenfolge) von der Substrathaltevorrichtung 100 entfernt werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Haltestrukturen 104 jeweils mindestens eine Aussparung aufweisen, in welche der Spreizgreifer eingreifen kann zum Bewegen der Haltestrukturen 104.
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4 veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Herstellen einer Substrathaltevorrichtung 100, wobei das Verfahren 400 Folgendes aufweisen kann: in 410, das Formen einer Aussparungsstruktur in einem plattenförmigen Träger 102, wobei sich die Aussparungsstruktur von einer ersten Oberfläche 102o des plattenförmigen Trägers 102 zu einer der ersten Oberfläche 102o gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 102u des plattenförmigen Trägers 102 derart erstreckt, dass ein Grundelement teilweise aus dem plattenförmigen Träger 102 ausgeschnitten ist und an mindestens einer Stelle mit dem plattenförmigen Träger 102 verbunden ist, so dass das Grundelement federnd gelagert ist; und, in 420, das Befestigen mindestens eines Halteelements an dem Grundelement, wobei das mindestens eine Halteelement über die erste Oberfläche 102o des plattenförmigen Trägers 102 derart vorsteht, dass ein Substrat 120 auf der ersten Oberfläche 102o des plattenförmigen Trägers 102 mittels des federnd gelagerten Grundelements und des mindestens einen Halteelements festgeklemmt werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Aussparungsstruktur mittels Strahlschneidens (z.B. Wasserstrahlschneidens oder Laserstrahlschneidens) in den Träger 102 eingeschnitten werden. Ferner kann die Aussparungsstruktur mittels Erodierens (z.B. Elektroerodierens) in dem Träger 102 gebildet werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das federnd gelagerte Grundelement und das mindestens eine Halteelement eine jeweilige Haltestruktur 104 bilden, wie vorangehend beschrieben.
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Im Folgenden werden verschiedene Modifikationen und Konfigurationen der Substrathaltevorrichtung 100 und Details zu dem Träger 102 und den Haltestrukturen 104 beschrieben, wobei sich die bezüglich der 1 bis 4 beschriebenen grundlegenden Merkmale und Funktionsweisen analog einbeziehen lassen. Ferner können die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Funktionsweisen analog auf die in den 1 bis 4 beschriebene Substrathaltevorrichtung 100 übertragen werden oder mit der in den 1 bis 4 beschriebenen Substrathaltevorrichtung 100 kombiniert werden.
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5A veranschaulicht eine schematische Draufsicht einer Haltestruktur 104 einer Substrathaltevorrichtung 100 und 5B veranschaulicht eine schematische perspektivische Ansicht der Haltestruktur 104, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger 102 der Substrathaltevorrichtung 100 zwei planparallele Oberflächen (in der Ebene, welche von den beiden Richtungen 101, 103 aufgespannt wird) aufweisen, wie vorangehend beschrieben ist, wobei der Träger 102 für jede Haltestruktur 104 eine Aussparung 506 aufweist, in welcher die jeweilige Haltestruktur 104 federn gelagert bereitgestellt ist. Anschaulich können die beiden Richtungen 101, 103 seitliche Richtungen sein, wobei sich das auf der Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufliegende Substrat parallel zur Ebene, welche von den beiden Richtungen 101, 103 aufgespannt wird, erstreckt, und in seitliche Richtung geklemmt wird, z.B. mittels der Haltestruktur 104 in Richtung 101, wie in 5A dargestellt ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haltestruktur 104 ein federnd in dem Träger 102 befestigtes Grundelement 504g aufweisen, welches bündig mit den zwei planparallelen Oberflächen des Trägers 102 abschließt. Beispielsweise kann eine Aussparung 506 oder können mehrere Aussparungen 506 (bzw. anschaulich einen Aussparungsstruktur 506) in dem Träger 102 geformt werden, wobei das von der Aussparungsstruktur 506 definierte Grundelement 504g zumindest an einer Stelle 506f mit dem Rest des Trägers 102 körperlich verbunden bleibt derart, dass das Grundelement 504g federnd gelagert ist.
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Ferner kann die Haltestruktur 104 mindestens ein an dem Grundelement 504g befestigtes Halteelement 504h aufweisen zum seitlichen Klemmen des auf der Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufliegenden Substrats 120. Anschaulich kann das mindestens eine Halteelement 504h entsprechend angepasst sein, wie es das zu klemmende Substrat 120 erfordert. Dabei kann das Grundelement 504g derart eingerichtet sein, dass eine entsprechend vordefinierte Federkraft zum Klemmen des Substrats 120 bereitgestellt wird. Beispielsweise kann der Abschnitt 506f zum Bereitstellen einer vordefinierten Federkraft entsprechend dimensioniert werden.
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Wie in 5B dargestellt ist, kann sich die mindestens eine Aussparung 506 bzw. die Aussparungsstruktur 506 von einer der zwei planparallelen Oberflächen des Trägers 102 zu der anderen der zwei planparallelen Oberflächen des Trägers 102 durch den Träger 102 hindurch erstrecken. Dabei kann das Grundelement 504g der jeweiligen Haltestruktur 104 eine Aussparung 504a aufweisen zum Bewegen des Grundelements gegen eine rücktreibende Federkraft mittels eines Greifers, welcher in die Aussparung 504a eingreifen kann.
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Beispielsweise kann die Andruckkraft zum Klemmen eines auf der Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufliegenden Substrats 120 mittels der Anzahl der Abschnitte 506f, der Länge, der Breite und der Höhe des jeweiligen Abschnitts 506f und des Materials, aus dem der jeweilige Abschnitt 506f besteht, definiert sein. Dabei kann die Höhe des jeweiligen Abschnitts 506f (in Richtung 105, senkrecht zu den beiden seitlichen Richtungen 101, 103) gleich der Dicke des Trägers 102 sein.
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Beispielsweise kann das mindestens eine Halteelement 504h, oder anschaulich jeweils die beiden in 5B dargestellten Halteelemente 504h, eine Niete sein. Diese kann beispielsweise Edelstahl aufweisen oder aus Edelstahl bestehen, z.B. aus gehärtetem Stahl. Ferner kann das mindestens eine Halteelement 504h eine konkave Form aufweisen und die Oberfläche des Halteelements 504h, welche Kontakt zum Substrat 120 hat, kann eine Textur aufweisen, z.B. eine linienförmige Struktur zur Erhöhung der Reibung. Anschaulich kann die Außenkontur des Halteelements 504h entsprechend eingerichtet sein, das Substrat 120 ausreichend fest aber beschädigungsfrei zu klemmen. Beispielsweise kann der Druck auf das Substrat 120 verteilt werden, indem mehrere Halteelemente 504h verwendet werden. Anstellen von Nieten können auch Schrauben oder Ähnliches verwendet werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mittels der Substrathaltevorrichtung 100, wie beispielsweise in 6A und 6B veranschaulicht ist, alle Arten und Formen (vorzugsweise flächig oder konkav) von Substraten 120 gehalten werden. Runde Substrate können beispielsweise mittels drei Haltestrukturen 104 gehalten werden, welche um 120° versetzt zueinander angeordnet sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Substrat 120 Folgendes sein oder aufweisen: ein Display-Glas (z.B. ein Handydisplay oder ein Smartphone-Display), ein Uhrendisplay, Displays für nautische Anzeigeinstrumente, z.B. Radar-Displays, optische Linsen, Schutzgläser, Opfergläser, Displays für Luft- und Raumfahrt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die hierin beschriebene Haltevorrichtung auch zum Halten von Targets, z.B. zur Target-Klemmung (d.h. ohne Schrauben und/oder Pratzen usw.) verwendet werden. Mit anderen Worten kann das Substrat auch ein Target sein oder Targetmaterial aufweisen.
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Ferner kann die Substrathaltevorrichtung 100 mittels eines zerstörungsfreien Reinigungsverfahrens gereinigt werden, z.B. von einer AlOxNy-Verschmutzung mittels eines Lasers (z.B. mittels eines CO2-Linienlasers). Ferner kann die Substrathaltevorrichtung 100 chemisch gereinigt werden (z.B. nasschemisch) oder mittels Trockeneisstrahlens.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren Haltestrukturen 104 mittels Laserstrahlschneidens oder Wasserstrahlschneidens in den Träger 102 eingebracht werden.
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Mittels des geeigneten Schneidens in den Träger 102 kann ein schwimmendes Federelement 504g bereitgestellt werden, welches sich in Grenzen bewegen kann. Dieses Federelement 504g (auch als Grundelement bezeichnet) wird (relativ zu der Auflagefläche 102a) mehrseitig benutzt, z.B. zweiseitig gegenüberstehend, zum sicheren (z.B. vertikalen) Halten des Substrats 120 mittels der Substrathaltevorrichtung 100. Da beim Fertigungsverfahren mittels Schneidens in den Träger kein Höhenunterschied entstehen, jedoch Andruckelemente 504h (auch als Halteelemente bezeichnet) benötigt werden, werden diese extra, z.B. mittels Nieten oder Ähnlichem, eingebracht. Diese Nieten 504h oder anderen Halteelemente 504h bilden beispielsweise die einzigen Berührungslinien zu dem auf der Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufliegenden Substrat 120.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ermöglicht die hierin beschriebene Substrathaltevorrichtung 100 eine sehr dichte Substrat-Anordnung auf dem Träger 102, da keine weiteren Spannelemente und/oder Positionierelement benötigt werden. Mit anderen Worten können auf der Oberfläche 102o des Trägers 102 mehrere Auflageflächen 102a und entsprechend den mehreren Auflageflächen 102a zugeordnete Haltestrukturen 104 platzeffizient bereitgestellt sein oder werden.
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Ferner sind die zu erwartenden Fertigungskosten auf ein Minimum gesenkt. Die hierin beschriebenen Ausführungen der Substrathaltevorrichtung 100 sind thermisch resistent und stabil bis beispielsweise ca. 200°C. Etwaige unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Träger 102 und dem Substrat 120 werden von den Haltestrukturen 104 kompensiert.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ermöglicht die hierin beschriebene Substrathaltevorrichtung 100 ein beidseitiges Halten von Substraten am Träger 102. Beispielsweise können an dem Grundelement 504g auf beiden Seiten 102o, 102u des Trägers 102 Halteelemente 504h bereitgestellt sein oder werden, so dass auf beiden Seiten 102o, 102u des Trägers 102 jeweils mindestens ein Substrat gehalten werden kann. Alternativ können die Haltestrukturen 104 derart bereitgestellt sein, dass mittels der Halteelemente 504h an den Grundelementen 504g definiert ist, auf welcher Seite 102o, 102u des Trägers 102 das jeweilige Substrat 120 gehalten werden soll.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein flächiges Substrat 120 vollflächig am Träger 102 anliegen und kann somit überschüssige Wärme abgeben, wie z.B. in 1 veranschaulicht ist.
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Der Träger 102, welcher mit den eingebrachten Haltestrukturen 104 eine monolithische Einheit bilden kann, kann einfach gereinigt werden (z.B. mittels Nasschemie oder Trockeneis-Strahlens). Alle Öffnungen und Schlitze können einen Sputterschutz (nicht dargestellt) aufweisen, so dass diese vor einem Beschichten geschützt werden können. Beispielsweise kann die Aussparungsstruktur 506 der Substrathaltevorrichtung 100 während des Beschichtens mit einem Abdeckelement abgedeckt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann für jede Haltestruktur 104 ein separates Abdeckelement bereitgestellt sein oder werden, wobei das separate Abdeckelement beispielsweise in der Greifer-Öffnungen 506 des Grundelements 504g fixiert sein kann oder werden kann (vgl. 5A und 5B).
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind alle Elemente der Substrathaltevorrichtung 100 ebenflächig mit der Oberfläche des Trägers 102 bereitgestellt, wie beispielsweise in 7 und 8 veranschaulicht ist, wobei nur die vergleichsweise kleinen Halteelemente 504h zum seitlichen Klemmen des Substrats 120 vorstehen, so dass ein auf der Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufliegendes Substrat 120 auch zumindest teilweise seitlich beschichtet werden kann.
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Es versteht sich, dass es, wie hierin beschrieben ist, verschiedenen Möglichkeiten gibt, wie die Haltestrukturen 104 im Detail ausgebildet sein können.
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Analog zu den vorangehend dargestellten Haltestrukturen 104, welche im Wesentlichen mittels linearen Verschiebens gespannt werden, kann die Federwirkung auch basierend auf einem Drehen (Verdrehen aus einer Ruhelage) oder Kippen (Verkippen aus einer Ruhelage) erfolgen. Anschaulich kann die Haltestruktur 104 basierend auf einem Drehfederprinzip bereitgestellt sein oder werden.
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Dazu kann beispielsweise die Aussparungsstruktur 506 derart bereitgestellt sein oder werden, wie in 9A und 9B veranschaulicht ist, dass das Grundelement 504g relativ zu dem Träger 102 drehbar federnd gelagert ist. Dabei kann das Grundelement 504g an mindestens einer Stelle körperlich mit dem Träger 102 derart verbunden sein, dass beim Verdrehen des Grundelements 504g eine Kraft erzeugt wird zum Klemmen eines auf der Auflagefläche 102a des Trägers 102 aufliegenden Substrats 120 mittels des Halteelements 504h, welches an dem Grundelement 504g befestig ist. In diesem Fall kann ein Drehgreifer anstelle des Spreizgreifers verwendet werden, um die Substrathaltevorrichtung 100 mit einem Substrat zu bestücken.
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Wie in 9A und 9B veranschaulicht ist, stellt der Träger 102 die Führung für das drehbar gelagerte Grundelement 504g bereit, z.B. aufgrund der passenden Formkonturen, und mittels der Abschnitte 506f wird beim Auslenken (beim Verdrehen) des Grundelements 504g aus dessen Ruhelage eine rücktreibende Kraft erzeugt.
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In analoger Weise kann die Aussparungsstruktur 506 beispielsweise derart bereitgestellt sein oder werden, wie in 10A und 10B veranschaulicht ist, dass das Grundelement 504g relativ zu dem Träger 102 schwenkbar federnd gelagert ist. Beispielsweise stellt der Träger 102 die Führung für das schwenkbar gelagerte Grundelement 504g bereit, z.B. aufgrund der passenden Formkonturen, und mittels des Abschnitts 506f wird beim Auslenken (Schwenken) des Grundelements 504g aus dessen Ruhelage eine rücktreibende Kraft erzeugt.
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Es versteht sich, dass je nach Bedarf auch von einander verschiedene Haltestrukturen 104, wie beispielsweise hierin beschrieben sind, gemeinsam auf einem Träger 102 verwendet werden können.
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In analoger Weise kann die Aussparungsstruktur 506 beispielsweise derart bereitgestellt sein oder werden und derart auf dem Träger 102 angeordnet sein oder werden, wie in 11A und 11B veranschaulicht ist (vgl. analog 6A und 6B), dass das auf der Auflagefläche des Trägers 102 aufliegende Substrat 120 die Aussparungsstruktur 506 teilweise abdeckt. Mit anderen Worten können die Haltestrukturen 104 beispielsweise derart bereitgestellt sein oder werden und derart auf dem Träger 102 angeordnet sein oder werden, dass das auf der Auflagefläche des Trägers 102 aufliegende Substrat 120 die Haltestrukturen 104 teilweise abdeckt. Anschaulich können mehrere Haltestrukturen 104 derart auf dem Träger 102 angeordnet sein oder werden, dass die Haltestrukturen 104 möglichst wenig seitlich unter dem auf der Auflagefläche des Trägers 102 aufliegenden Substrat 120 hervorsteht.
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Beispielsweise kann das jeweilige Grundelement der Haltestrukturen 104 seitlich unter dem auf der Auflagefläche des Trägers 102 aufliegenden Substrat 120 hervorstehen, so dass das Substrat 120 auf den Träger 102 aufgelegt werden kann, d.h. anschaulich so dass die Haltestrukturen 104 noch gespreizt werden können. Im Wesentlichen wird die Auflagefläche für das Substrat dann von den Halteelementen 504h der Haltestrukturen 104 definiert, da das Substrat 120 dann teilweise auf den Haltestrukturen 104 aufliegen kann. Die Haltestrukturen 104 können dabei derart eingerichtet sein, z.B. zumindest teilweise abgesenkt sein, dass diese bei einer Bewegung der Haltestrukturen 104 nicht an dem auf der Auflagefläche des Trägers 102 aufliegenden Substrat 120 kratzen oder schleifen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Abschnitte, welche die Federwirkung verursachen, derart bereitgestellt sein, dass diese ausschließlich im Hookeschen Bereich ausgelenkt (gedehnt und/oder gestaucht) werden. Dabei können beispielsweise erhöhte Temperaturen berücksichtigt sein oder werden, welche die Dehnungseigenschaften beeinflussen können. Die Haltestrukturen 104 der Substrathaltevorrichtung 100 können somit auch nach einer hohen Anzahl von Bewegungszyklen (z.B. beim Bestücken der Substrathaltevorrichtung 100 mit Substraten und beim Entferner der Substrate von der Substrathaltevorrichtung 100) zuverlässig funktionieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dicke des Trägers 102 die elastischen (federelastischen) Eigenschaften der Abschnitte 506f beeinflussen. Die Abschnitte 506f können beispielsweise anschaulich Verbindungsabschnitte sein, welche das jeweilige Grundelement 504g mit dem restlichen Träger 102 körperlich verbinden und somit das Grundelement 504g federnd lagern. Die Abschnitte 506f können beispielsweise anschaulich Halteabschnitte sein, welche das jeweilige Grundelement 504g halten und somit federnd lagern.