DE102015105844B4 - Closure device, pyrometer arrangement and vacuum substrate treatment system - Google Patents
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Abstract
Verschlusseinrichtung mit einem Gehäuse (1), das zwei gegenüberliegende Öffnungen (2) aufweist, die eine optische Achse durch das Gehäuse (1) hindurch definieren, wobei in dem Gehäuse (1) ein prismatischer Hohlraum (3) mit einer Prismenachse so angeordnet ist, dass die Prismenachse quer zur optischen Achse ausgerichtet ist und in dem Hohlraum (3) ein Verschlusselement (4) mit mindestens zwei funktionellen Bereichen (5), von denen mindestens ein erster funktioneller Bereich (5) für IR-Strahlung durchlässig ist, verschiebbar so angeordnet ist, dass wahlweise genau ein funktioneller Bereich (5) der mindestens zwei funktionellen Bereiche (5) in der optischen Achse angeordnet ist. A closure device comprising a housing (1) having two opposing openings (2) defining an optical axis through the housing (1), wherein in the housing (1) a prismatic cavity (3) having a prism axis is arranged, in that the prism axis is aligned transversely to the optical axis and in the cavity (3) a closure element (4) with at least two functional areas (5), of which at least a first functional area (5) is permeable to IR radiation, is displaceably arranged is that optionally exactly one functional area (5) of the at least two functional areas (5) is arranged in the optical axis.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verschlusseinrichtung, eine Pyrometer-Anordnung und eine Vakuum-Substratbehandlungsanlage.The invention relates to a closure device, a pyrometer arrangement and a vacuum substrate treatment system.
Es ist bekannt, Substrate in Vakuum-Substratbehandlungsanlagen Verfahren zu unterziehen, die die Substratoberfläche oder die Substratbeschaffenheit gezielt beeinflussen. So ist es möglich, Substrate im Vakuum zu beschichten, Schichten von Substraten zu entfernen oder Substrate zu tempern. In aller Regel werden die Substrate auf eine Substratauflage gelegt oder in dem Vakuumraum fixiert.It is known to subject substrates in vacuum substrate treatment plants to processes that specifically influence the substrate surface or the substrate texture. It is thus possible to coat substrates in a vacuum, to remove layers of substrates or to temper substrates. As a rule, the substrates are placed on a substrate support or fixed in the vacuum space.
Es sind aber auch kontinuierlich arbeitende Vakuum-Substratbehandlungsanlagen bekannt, bei denen das Substrat auf der Substratauflage durch die Vakuum-Substratbehandlungsanlage hindurch bewegt wird. Dabei ist in aller Regel die Substratauflage als eine Substrattransporteinrichtung ausgebildet, beispielsweise mit Transportrollen, von denen zumindest einige als angetriebene Transportrollen ausgebildet sind.However, continuously operating vacuum substrate treatment systems are known in which the substrate is moved on the substrate support through the vacuum substrate treatment system. As a rule, the substrate support is designed as a substrate transport device, for example with transport rollers, of which at least some are designed as driven transport rollers.
Ein Beispiel für derartige Vakuum-Substratbehandlungsanlagen sind Anlagen zur Behandlung großflächiger plattenförmiger Substrate wie Glasscheiben oder bandförmiger Substrate wie Folien oder Metallbänder, beispielsweise zur Reinigung oder/und Beschichtung solcher Substrate im Durchlaufverfahren, bei dem die Substrate durch eine Eingangsschleuse in die Anlage eingeschleust, durch verschiedene Abschnitte der Anlage hindurch transportiert und dabei einer Behandlung unter atmosphärischen Bedingungen oder im Vakuum oder in einer Prozessgasatmosphäre unterzogen werden und durch eine Ausgangsschleuse aus der Anlage ausgeschleust werden.An example of such vacuum substrate treatment plants are plants for the treatment of large-area plate-shaped substrates such as glass panes or belt-shaped substrates such as films or metal strips, for example for cleaning or / and coating of such substrates in a continuous process in which the substrates are introduced through an entrance lock into the system, by various Sections transported through the system and thereby undergo a treatment under atmospheric conditions or in a vacuum or in a process gas atmosphere and are discharged through an exit lock from the plant.
Die aufeinanderfolgend angeordneten Abschnitte solcher Substratbehandlungsanlagen können zur Durchführung unterschiedlicher Verfahrensschritte oder zur Erfüllung verschiedener anderer Aufgaben ausgebildet sein, beispielsweise zum Transfer zwischen den Atmosphären außerhalb und innerhalb der Substratbehandlungsanlage, dem Zwischenspeichern (Puffern) der Substrate innerhalb der Substratbehandlungsanlage, zum Aufheizen oder Abkühlen der Substrate, zum Evakuieren oder Belüften der Anlagenkammer, zur Vakuumtrennung zwischen aufeinanderfolgenden Prozessbereichen, zur Substratbehandlung usw.The successively arranged sections of such substrate treatment plants can be designed to carry out different process steps or to fulfill various other tasks, for example for transferring between the atmospheres outside and inside the substrate treatment plant, buffering (buffering) the substrates within the substrate treatment plant, heating or cooling the substrates, for evacuation or aeration of the plant chamber, for vacuum separation between successive process areas, for substrate treatment etc.
In einigen solcher Abschnitte innerhalb derartiger Substratbehandlungsanlagen werden sehr hohe Temperaturen erreicht. Bei allen Vakuumbehandlungsprozessen spielt die Substrattemperatur eine entscheidende Rolle. So werden beispielsweise bei einer Substratbeschichtung die Schichteigenschaften erheblich von der Substrattemperatur beeinflusst. Insbesondere bei großflächigen flachen Substraten, die in einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage beschichtet werden und zu diesem Zwecke durch die Vakuum-Substratbehandlungsanlage hindurch transportiert werden, spielt die Homogenität der Schichteigenschaften sowohl in Längsrichtung, das heißt in Transportrichtung der Substrate, als auch in Querrichtung eine entscheidende Rolle. Um zur Gewährleistung homogener Schichteigenschaften zu gelangen, ist eine gezielte Beeinflussung der Substrattemperatur zwingend erforderlich. Dies betrifft sowohl die Temperatur selbst als auch deren laterale Homogenität.In some such sections within such substrate treatment plants very high temperatures are reached. In all vacuum treatment processes, the substrate temperature plays a crucial role. For example, in the case of a substrate coating, the layer properties are significantly influenced by the substrate temperature. In particular, in the case of large flat substrates which are coated in a vacuum substrate treatment plant and for this purpose are transported through the vacuum substrate treatment system, the homogeneity of the layer properties both in the longitudinal direction, that is in the transport direction of the substrates, as well as in the transverse direction plays a crucial role , In order to achieve a homogeneous layer properties, a targeted influence on the substrate temperature is absolutely necessary. This affects both the temperature itself and its lateral homogeneity.
Es ist bekannt, ebene Substrate oder Bahnen im Vakuum mit metallischen und nichtmetallischen Schichten durch thermisches Verdampfen oder Sputtern der Auftragwerkstoffe zu beschichten. In der Regel müssen die zu beschichtenden Flächen für bestimmte Schichteigenschaften vorbehandelt werden. Beispielsweise müssen die Substrate für eine notwendige Haftfestigkeit der aufgebrachten Schicht auf dem Substrat eine Temperatur aufweisen, die in der Regel durch Beheizen des Substrats oder in einer Plasmabehandlung hergestellt werden kann. Die Temperatur des Substrats muss innerhalb bestimmter Grenzen eingestellt werden. Beispielsweise werden für haftfeste Aluminium-Schichten auf Stahlband Substrattemperaturen von 280 °C bis 320 °C eingestellt. Beim Beschichten von Wafern mit Aluminium für Solarzellen sollen 400 °C nicht überschritten werden. In beiden Fällen darf das Einlegieren von Aluminium in das Grundmaterial nicht erfolgen. Oft erfolgt das Beschichten bei veränderlichen Substratgeschwindigkeiten. Der Prozess muss an die Substratdicke, die Substratgeschwindigkeit und die Dicke der aufgebrachten Schicht angepasst werden. Zur Einstellung der Prozessparameter muss die Temperatur des Substrats vor und nach der Beschichtung gemessen werden. Beispielsweise kann aus der Temperatur nach der Beschichtung auf die Dicke aufgebrachter Schichten geschlossen werden, die durch ihre Kondensationswärme zu einer weiteren Erwärmung des Substrates führt.It is known to coat flat substrates or webs in vacuum with metallic and non-metallic layers by thermal evaporation or sputtering of the application materials. As a rule, the surfaces to be coated must be pretreated for certain layer properties. For example, for a necessary adhesive strength of the deposited layer on the substrate, the substrates must have a temperature which can usually be produced by heating the substrate or in a plasma treatment. The temperature of the substrate must be adjusted within certain limits. For example, substrate temperatures of 280 ° C to 320 ° C are set for adherent aluminum layers on steel strip. When coating wafers with aluminum for solar cells 400 ° C should not be exceeded. In both cases, alloying aluminum into the base material must not occur. Often, coating occurs at variable substrate speeds. The process must be adapted to the substrate thickness, the substrate speed and the thickness of the applied layer. To adjust the process parameters, the temperature of the substrate must be measured before and after the coating. For example, it is possible to deduce from the temperature after the coating on the thickness of applied layers, which leads by their heat of condensation to a further heating of the substrate.
Zur Messung der Substrattemperatur und in der Folge zu deren gezielter Beeinflussung ist der Einsatz von Pyrometern bekannt.The use of pyrometers is known for measuring the substrate temperature and, consequently, for influencing them in a targeted manner.
Das Prinzip der Temperaturmessung mittels Pyrometern besteht darin, dass die von einem Körper, in diesem Falle von dem Substrat, ausgehende Wärmestrahlung gemessen wird und von dem Messsignal auf die Temperatur des Substrates geschlossen wird. Dieses Verfahren setzt die Kenntnis des Emissionsvermögens des zu messenden, das heißt des emittierenden Körpers voraus. Weiterhin ist zur Erzielung eines ausreichenden Messsignals im Pyrometer eine Mindestemission des zu messenden Körpers erforderlich. Hochreflektierende Schichten, wie zum Beispiel gesputterte Metallschichten, sind dafür ungeeignet.The principle of temperature measurement by means of pyrometers is that the thermal radiation emanating from a body, in this case from the substrate, is measured and is closed by the measuring signal to the temperature of the substrate. This method requires knowledge of the emissivity of the body to be measured, that is to say of the emissive body. Furthermore, to obtain a sufficient measurement signal in the pyrometer, a minimum emission of the measured Body required. Highly reflective layers, such as sputtered metal layers, are unsuitable for this.
Das Verfahren der pyrometrischen Temperaturmessung erfordert es daher, dass die Messung der Temperatur eines Substrates in einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage so erfolgt, dass das Messergebnis durch die Vakuumbehandlung selbst nicht beeinflusst wird, beispielsweise durch eine Veränderung des Emissionsvermögens infolge des Aufbringens von Schichten. So ändert nämlich die Oberfläche des Substrates seine Emissivität während der Beschichtung von Substraten und/oder deren Modifizierung, etwa der Selenisierung oder Sulfurisierung, in Abhängigkeit vom Ort, an dem sich das Substrat in der Vakuum-Substratbehandlungsanlage befindet. Damit sind nur ungenügende Kenntnisse der örtlich variierenden Emissivität vorhanden, was eine zuverlässige und genaue Temperaturmessung des Substrates verhindert. Bei einer derartigen Temperaturmessung von Substraten behilft man sich damit, dass an Oberflächenteilen des Substrates gemessen wird, das heißt die Strahlung von Oberflächenteilen des Substrates empfangen wird, die nicht durch Vakuumbehandlungsprozesse beeinflusst werden. So wird beispielsweise bei einer Temperaturmessung bei einer Beschichtung eines Substrates mit einer Funktionsschicht die Temperatur des Substrates durch eine Messung von der Substratrückseite erfasst, da sehr oft, beispielsweise durch eine Magnetronzerstäubung, das Substrat nur von einer Seite beschichtet wird. Die Temperaturdifferenzen zwischen der Substratrückseite und der aufzubringenden Schicht sind zumeist vernachlässigbar, insbesondere bei dünnen Gläsern von nur einigen Millimetern.The method of pyrometric temperature measurement therefore requires that the measurement of the temperature of a substrate in a vacuum substrate treatment plant be such that the measurement result is not affected by the vacuum treatment itself, for example by a change in the emissivity due to the application of layers. Namely, the surface of the substrate changes its emissivity during the coating of substrates and / or their modification, such as selenization or sulfurization, depending on the location of the substrate in the vacuum substrate treatment plant. Thus, there is insufficient knowledge of the locally varying emissivity, which prevents a reliable and accurate temperature measurement of the substrate. With such a temperature measurement of substrates, it is possible to measure on surface parts of the substrate, that is to say receive the radiation from surface parts of the substrate which are not influenced by vacuum treatment processes. Thus, for example, in a temperature measurement in a coating of a substrate having a functional layer, the temperature of the substrate is detected by a measurement of the substrate back, since very often, for example, by a magnetron sputtering, the substrate is coated only from one side. The temperature differences between the substrate back and the applied layer are usually negligible, especially with thin glasses of only a few millimeters.
Aus
Dabei erweist es sich oftmals als problematisch, dass die Pyrometer in Prozessnähe dem Streudampf ausgesetzt sind, wodurch die Messergebnisse verfälscht werden.It often proves to be problematic that the pyrometers are exposed to the stray steam in the process, whereby the measurement results are falsified.
Eine wesentliche Forderung bei der Nutzung von Pyrometern zur Temperaturmessung besteht darin, dass Kontaminationen des Linsensystems des Pyrometers ausgeschlossen werden müssen. Insbesondere Vakuumbeschichtungsprozesse führen immer wieder zu derartigen Kontaminationen. Abscheidungen auf dem Linsensystem des Pyrometers von nur wenigen Nanometern Schichtdicke können das Signal am Strahlungsempfänger des Pyrometers bereits so stark schwächen, dass eine genaue Temperaturerfassung nicht mehr möglich ist.An essential requirement in the use of pyrometers for temperature measurement is that contamination of the lens system of the pyrometer must be excluded. In particular, vacuum coating processes repeatedly lead to such contamination. Deposits on the lens system of the pyrometer only a few nanometers thick layer can already weaken the signal at the radiation receiver of the pyrometer so much that an accurate temperature detection is no longer possible.
Zur Vermeidung dieses Effekts wird in
Es ist bekannt, dass die Pyrometerhersteller zum Schutz der Pyrometeroptik ein Schutzglas vorsehen. Da diese Schutzgläser immer auch eine Signalschwächung verursachen, wird beim Hersteller das Pyrometer zusammen mit dem Schutzglas kalibriert. Mit einem derartigen Schutzglas werden aber nur Kontaminationen vom Linsensystem des Pyrometers ferngehalten. Das Schutzglas selber kontaminiert weiterhin, wenn keine weiteren Maßnahmen getroffen werden. Damit führt die Kontaminierung des Schutzglases wiederum zu einer Beeinträchtigung des Messergebnisses. Die Schutzgläser können zwar ausgetauscht werden, dies kann jedoch nur im Rahmen einer Anlagenwartung geschehen.It is known that the pyrometer manufacturers provide a protective glass to protect the pyrometer optics. Since these protective glasses always cause a signal attenuation, the manufacturer calibrates the pyrometer together with the protective glass. With such a protective glass but only contaminants are kept away from the lens system of the pyrometer. The protective glass itself will continue to contaminate if no further measures are taken. Thus, the contamination of the protective glass again leads to an impairment of the measurement result. Although the protective glasses can be replaced, this can only be done as part of a system maintenance.
Um den Austausch von Schutzgläsern auch außerhalb der Anlagenwartung durchführen zu können und Kontaminationen des Linsensystems oder von Schutzgläsern in Pyrometern, die durch Prozesse in Vakuum-Substratbehandlungsanlagen hervorgerufen werden, zu verringern, wird in
Aus
Einige Nachteile der bekannten Lösungen bestehen darin, dass das Verschmutzen der Optik des Pyrometers nicht verhindert werden kann, weil bei der Messung stets Streudampfteilchen darauf gelangen können. Dadurch wird wiederholt der Ausbau und die nachträgliche Kalibrierung des Pyrometers notwendig. Hoher Verschleiß der üblichen vakuumtauglichen Schieberventile führt dazu, dass diese im Allgemeinen bereits nach ca. 50.000 bis 100.000 Schaltvorgängen ersetzt werden müssen.Some disadvantages of the known solutions are that the fouling of the optics of the pyrometer can not be prevented, because in the measurement always scattered vapor particles can get on it. This repeatedly requires the removal and subsequent calibration of the pyrometer. High wear of the usual vacuum suitable slide valves means that they generally have to be replaced after about 50,000 to 100,000 switching operations.
Diese Probleme sollen insbesondere für die Temperaturmessung mittels Pyrometer in Vakuumanlagen unter sehr schmutzigen Bedingungen gelöst werden, wobei möglichst 1.000.000 oder mehr Schaltvorgänge bei einem Druck von 10-6 mbar erreichbar sein sollen.These problems should be solved in particular for the temperature measurement by means of pyrometers in vacuum systems under very dirty conditions, with as many as 1,000,000 or more switching operations at a pressure of 10 -6 mbar should be achievable.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verschlusseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Pyrometer-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie eine Vakuum-Substratbehandlungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11.This object is achieved by a closure device having the features of claim 1, a pyrometer arrangement having the features of
Vorgeschlagen wird dafür zunächst eine Verschlusseinrichtung mit einem Gehäuse, das zwei gegenüberliegende Öffnungen aufweist, die eine optische Achse durch das Gehäuse hindurch definieren, wobei in dem Gehäuse ein prismatischer Hohlraum mit einer Prismenachse so angeordnet ist, dass die Prismenachse quer zur optischen Achse ausgerichtet ist und in dem prismatischen Hohlraum ein Verschlusselement mit mindestens zwei funktionellen Bereichen, von denen mindestens ein erster funktioneller Bereich für InfrarotStrahlung (IR-Strahlung) durchlässig ist, verschiebbar so angeordnet ist, dass wahlweise genau ein funktioneller Bereich der mindestens zwei funktionellen Bereiche in der optischen Achse angeordnet ist.Proposed for this is first a closure device with a housing having two opposite openings defining an optical axis through the housing, wherein in the housing, a prismatic cavity with a prism axis is arranged so that the prism axis is aligned transversely to the optical axis and in the prismatic cavity a closure element having at least two functional areas, of which at least a first functional area for infrared radiation (IR radiation) is permeable, slidably arranged so that optionally arranged exactly one functional area of the at least two functional areas in the optical axis is.
Der Begriff „optische Achse“ beschreibt eine gerade Linie, die sich zwischen den beiden Öffnungen erstreckt und die die Richtung angibt, in der bestimmungsgemäß IR-Strahlung durch das Gehäuse geleitet wird. Der Begriff „prismatisch“ umfasst dabei jeden Hohlraum, der durch Parallelverschiebung einer ebenen Figur, beispielsweise eines Vielecks, entlang einer nicht in dieser Ebene liegenden Geraden im Raum erzeugt werden kann, wobei ein Kreis als Spezialfall eines Vielecks mit unendlich vielen Ecken davon ebenso umfasst ist wie andere ebene Figuren, beispielsweise eine Ellipse. Ein zylindrischer Hohlraum mit kreis- oder ellipsenförmigem Querschnitt ist demnach auch als prismatischer Hohlraum im Sinne der offenbarten Lehre anzusehen.The term "optical axis" describes a straight line extending between the two openings and indicating the direction in which IR radiation is directed through the housing as intended. The term "prismatic" encompasses any cavity which can be generated by parallel displacement of a planar figure, for example a polygon, along a straight line not lying in this plane in space, wherein a circle as a special case of a polygon with an infinite number of corners thereof is also included like other flat figures, for example an ellipse. A cylindrical cavity with a circular or elliptical cross section is therefore also to be regarded as a prismatic cavity in the sense of the disclosed teaching.
Die vorgeschlagene Verschlusseinrichtung kann beispielsweise so mit einem Pyrometer verbunden werden, dass die optische Achse der Verschlusseinrichtung mit der Messachse des Pyrometers identisch ist. Die Verschlusseinrichtung verschließt durch das darin angeordnete Verschlusselement, das stets mit einem seiner funktionellen Bereiche in der optischen Achse liegt, für Streudampfteilchen den Zugang zum Pyrometer, insbesondere zu den optischen Komponenten des Pyrometers. Dadurch, dass von den mindestens zwei funktionellen Bereichen des Verschlusselements mindestens ein funktioneller Bereich für IR-Strahlung durchlässig ist, wird die Funktionsfähigkeit des Pyrometers für den Fall sichergestellt, dass der mindestens eine für IR-Strahlung durchlässige funktionelle Bereich in der optischen Achse angeordnet ist. Ist ein anderer funktioneller Bereich des Verschlusselements nicht für IR-Strahlung durchlässig und ist dieser funktionelle Bereich in der optischen Achse, d.h. zwischen den beiden Öffnungen des Gehäuses, angeordnet, so kann mit dem Pyrometer keine Messung durchgeführt werden. Da Messungen mit dem Pyrometer bei der Anwendung an einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage häufig nicht ununterbrochen, sondern zyklisch erfolgen, ist dies jedoch unschädlich.The proposed closure device can for example be connected to a pyrometer so that the optical axis of the closure device is identical to the measuring axis of the pyrometer. The closure device closes the access to the pyrometer, in particular to the optical components of the pyrometer, by means of the closure element arranged therein, which always lies with one of its functional regions in the optical axis, for scattered vapor particles. Since at least one functional region of the at least two functional regions of the closure element is permeable to IR radiation, the functionality of the pyrometer is ensured in the event that the at least one functional region permeable to IR radiation is arranged in the optical axis. If another functional region of the closure element is not transparent to IR radiation and this functional region is in the optical axis, i. arranged between the two openings of the housing, so no measurement can be performed with the pyrometer. Since measurements with the pyrometer are often not continuous but cyclical when used on a vacuum substrate treatment plant, this is harmless.
Soll gerade keine Messung durchgeführt werden, so ist nur der funktionelle Bereich des Verschlusselements auftreffenden Streudampfteilchen ausgesetzt, der ohnehin für IR-Strahlung undurchlässig ist. Soll dagegen eine Messung durchgeführt werden, so wird das Verschlusselement in dem Gehäuse so verschoben, dass für die Dauer der Messung der oder ein funktioneller Bereich, der für IR-Strahlung durchlässig ist, in der optischen Achse angeordnet ist, so dass die empfangene IR-Strahlung zum Pyrometer vordringen kann. Da eine solche Messung wenig Zeit erfordert, können nur wenige Streudampfteilchen auf den IR-durchlässigen funktionellen Bereich treffen. Ist die Messung beendet, so wird das Verschlusselement wieder verschoben, so dass der nicht IR-durchlässige funktionelle Bereich in der optischen Achse liegt.If no measurement is currently being carried out, only the scattered vapor particles incident on the functional region of the closure element are exposed, which in any case is for IR radiation is impermeable. If, on the other hand, a measurement is to be carried out, the closure element in the housing is displaced in such a way that, for the duration of the measurement, the or a functional region which is permeable to IR radiation is arranged in the optical axis, so that the IR radiation received is Radiation can penetrate to the pyrometer. Since such a measurement requires little time, only a few scattered vapor particles can strike the IR-transmissive functional region. When the measurement is complete, the closure element is displaced again so that the non-IR-permeable functional region lies in the optical axis.
Das Verschlusselement kann beispielsweise auch zwei oder mehr funktionelle Bereiche aufweisen, die alle IR-durchlässig sind. Ist ein funktioneller Bereich durch Streudampfteilchen zu stark verschmutzt, so kann das Verschlusselement verschoben werden, so dass ein anderer, nicht verschmutzter IR-durchlässiger funktioneller Bereich in der optischen Achse liegt. Vorteilhaft kann das Verschlusselement einen nicht IR-durchlässigen funktionellen Bereich und zwei oder mehr IR-durchlässige funktionelle Bereiche aufweisen. Der nicht IR-durchlässige funktionelle Bereich kann dann immer in der optischen Achse angeordnet sein, wenn keine Messung erfolgt, und im Falle einer Messung wird einer der IR-durchlässigen funktionellen Bereiche in die optische Achse bewegt. Mehrere IR-durchlässige funktionelle Bereiche ermöglichen den Wechsel zu einem sauberen IR-durchlässigen funktionellen Bereich, wenn der zuvor benutzte IR-durchlässige funktionelle Bereich bereits verschmutzt ist.For example, the closure element may also have two or more functional regions, all of which are IR-transmissive. If a functional area is excessively contaminated by scattered vapor particles, the closure element can be displaced so that another, non-contaminated, IR-transmissive functional area lies in the optical axis. Advantageously, the closure element may have a non-IR transmissive functional region and two or more IR-transmissive functional regions. The non-IR transmissive functional region may then always be located in the optical axis when no measurement is taken, and in the case of a measurement one of the IR-transmissive functional regions is moved into the optical axis. Multiple IR-transmissive functional regions allow the switch to a clean IR-transmissive functional region when the previously-used IR-transmissive functional region is already contaminated.
Gemäß einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass mindestens ein funktioneller Bereich des Verschlusselements eine Vertiefung aufweist, die einer der beiden Öffnungen des Gehäuses zugewandt ist. Beispielsweise kann ein nicht IR-durchlässiger funktioneller Bereich eine solche Vertiefung aufweisen. In dieser Vertiefung sammeln sich die auftreffenden Streudampfteilchen, so dass die Beweglichkeit des Verschlusselements in dem Hohlraum des Gehäuses nicht mit zunehmender Dicke der entstehenden Streudampfschicht eingeschränkt wird. Für viele Anwendungen reicht es, eine Vertiefung bei einem nicht IR-durchlässigen funktionellen Bereich anzuordnen, da dieser in der überwiegenden Zeit dem Streudampf ausgesetzt ist. Besonders vorteilhaft kann jedoch auch in IR-durchlässigen funktionellen Bereichen eine solche Vertiefung angeordnet sein.According to one embodiment, it can be provided that at least one functional region of the closure element has a depression which faces one of the two openings of the housing. For example, a non-IR transmissive functional region may have such a depression. In this depression, the incident scattering vapor particles collect, so that the mobility of the closure element in the cavity of the housing is not limited with increasing thickness of the resulting scattered vapor layer. For many applications, it is sufficient to arrange a depression in a non-IR-permeable functional region, since this is exposed to the scattering vapor for the most part. However, such a depression can also be arranged particularly advantageously in IR-transmissive functional regions.
Letzteres ergibt sich von selbst bei einer Ausgestaltung, in der das Verschlusselement aus einem für IR-Strahlung undurchlässigen Material besteht, wobei das Verschlusselement in dem mindestens einen funktionellen Bereich, der für IR-Strahlung durchlässig ist, eine parallel zur optischen Achse verlaufende durchgehende Öffnung aufweist und die Öffnung durch ein IR-Fensterelement, das aus einem für IR-Strahlung durchlässigen Material besteht, verschlossen ist.The latter arises automatically in a configuration in which the closure element consists of a material that is impermeable to IR radiation, wherein the closure element in the at least one functional region, which is transparent to IR radiation, has a continuous opening running parallel to the optical axis and the opening is closed by an IR window element made of an IR radiation transmissive material.
Für das Verschlusselement kann vorzugsweise ein Kunststoff wie der Murtfeldt-Werkstoff „S“ grün, der eine extreme Verschleißfestigkeit, hervorragende Gleiteigenschaften, gute Antihafteigenschaften, sehr gute Chemikalienbeständigkeit und keine Feuchtigkeitsaufnahme aufweist, oder ein vergleichbarer Kunststoff verwendet werden.For the closure member, a plastic such as the Murtfeldt "S" green material having extreme wear resistance, excellent sliding properties, good non-stick properties, very good chemical resistance and moisture absorption, or a comparable plastic can be preferably used.
Das IR-Fensterelement kann dabei vorteilhaft ein IRdurchlässiges Plättchen, beispielsweise aus Calciumfluorid, sein, das in der durchgehenden Öffnung des Verschlusselements angeordnet und befestigt, beispielsweise eingeklebt ist. Vorteilhaft ist das IR-Fensterelement mittels eins O-Rings auf einem in der durchgehenden Öffnung angeordneten Absatz oder Sims lösbar fixiert, um ein schnelles und einfaches Austauschen verschmutzter IR-Fensterelemente zu ermöglichen. Die beiderseits des IR-Fensterelements verbleibenden funktionellen Bereiche der durchgehenden Öffnung bilden Vertiefungen, von denen die vom Pyrometer abgewandte Vertiefung den beschriebenen Zweck des Auffangens von Streudampfteilchen erfüllt.The IR window element can advantageously be an IR-permeable plate, for example made of calcium fluoride, which is arranged and fixed in the through opening of the closure element, for example glued. Advantageously, the IR window element is releasably fixed by means of a O-ring on a arranged in the through hole paragraph or ledge to allow quick and easy replacement of soiled IR window elements. The remaining on both sides of the IR window element functional areas of the through hole form recesses, of which the remote from the pyrometer depression fulfills the described purpose of collecting scattered vapor particles.
Vorteilhaft kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Verschlusselement in dem Hohlraum des Gehäuses verdrehgesichert ist. Eine Verdrehsicherung kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass der prismatische Hohlraum und das Verschlusselement unrunde Querschnitte aufweisen. Da jedoch runde Querschnitte von Hohlraum und Verschlusselement besonders fertigungsfreundlich sind, kann eine Verdrehsicherung auch bei kreisrunden Querschnitten beispielsweise dadurch realisiert sein, dass das Verschlusselement mindestens eine parallel zur Prismenachse verlaufende Bohrung aufweist und in dem Hohlraum ein in die Bohrung eingreifender Führungsstab angeordnet ist.Advantageously, it can further be provided that the closure element is secured against rotation in the cavity of the housing. An anti-rotation device can be realized, for example, in that the prismatic cavity and the closure element have non-circular cross-sections. However, since round cross-sections of cavity and closure element are particularly easy to manufacture, an anti-rotation can be realized even with circular cross-sections, for example, that the closure element has at least one parallel to the prism axis extending bore and in the cavity an engaging into the bore guide rod is arranged.
Ein Ziel besteht darin, das Verschlusselement in dem Hohlraum so gut wie möglich dichtend anzuordnen. Dies kann beispielsweise durch eine eng tolerierte Passung zwischen Verschlusselement und Hohlraum erreicht werden, jedoch wird die Beweglichkeit des Verschlusselements in dem Hohlraum mit enger werdender Passung immer weiter eingeschränkt. Deshalb ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass das Verschlusselement an seiner Außenseite mindestens einen auf Wände des Hohlraums des Gehäuses wirkenden Dichtring aufweist. Beispielsweise können mehrere Dichtringe aus einem geeigneten Elastomer wie DuPont Viton oder dergleichen so auf dem Verschlusselement angeordnet sein, dass jeder funktionelle Bereich von zwei Dichtringen begrenzt ist.One goal is to seal the closure element in the cavity as much as possible. This can be achieved, for example, by a tight tolerance between the closure element and the cavity, but the mobility of the closure element in the cavity becomes narrower and narrower. Therefore, it is provided in a further embodiment that the closure element has on its outer side at least one acting on walls of the cavity of the housing sealing ring. For example, multiple sealing rings of a suitable elastomer such as DuPont Viton or the like may be disposed on the closure member such that each functional region is bounded by two sealing rings.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verschlusselement mit einer Stelleinrichtung wirkverbunden ist, die dafür eingerichtet ist, jeden funktionellen Bereich des Verschlusselements in die optische Achse zu bewegen. According to a further embodiment it is provided that the closure element is operatively connected to an adjusting device which is adapted to move each functional area of the closure element in the optical axis.
Eine solche Stelleinrichtung kann beispielsweise ein so genannter Mehrstellungszylinder sein, beispielsweise ein pneumatischer Mehrstellungszylinder, wie er von Festo vertrieben wird. Das Verschlusselement ist dabei so auf die Stelleinrichtung abgestimmt (oder umgekehrt) dass jede der möglichen Stellungen des Mehrstellungszylinders bewirkt, dass einer der funktionellen Bereiche des Verschlusselements in der optischen Achse der Verschlusseinrichtung, d.h. zwischen den beiden Öffnungen des Gehäuses, angeordnet ist.Such a control device may for example be a so-called multi-position cylinder, such as a pneumatic multi-position cylinder, as sold by Festo. The closure element is adapted to the actuator (or vice versa) so that each of the possible positions of the multi-position cylinder causes one of the functional regions of the closure element in the optical axis of the closure device, i. between the two openings of the housing, is arranged.
Weiterhin wird eine Pyrometer-Anordnung vorgeschlagen mit einem Pyrometer, das eine Messachse aufweist, und einem an dem Pyrometer befestigten Messkanal mit einer Längsachse, die mit der Messachse des Pyrometers identisch ist, wobei ein Teil des Messkanals durch eine Verschlusseinrichtung der beschriebenen Art gebildet ist, die so angeordnet ist, dass ihre optische Achse ebenfalls mit der Messachse des Pyrometers identisch ist. Der Messkanal kann beispielsweise durch ein Rohr gebildet sein, das auf einen Messort gerichtet werden kann, dessen Temperatur ermittelt werden soll. Das Rohr kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein, wobei die vorgeschlagene Verschlusseinrichtung zwischen zwei Teilen des Rohres oder zwischen dem Pyrometer und dem Rohr angeordnet ist. Dazu können beispielsweise alle Teile über Flanschverbindungen miteinander verbunden sein.Furthermore, a pyrometer arrangement is proposed with a pyrometer having a measuring axis, and a measuring channel attached to the pyrometer with a longitudinal axis that is identical to the measuring axis of the pyrometer, wherein a part of the measuring channel is formed by a closure device of the type described, which is arranged so that its optical axis is also identical to the measuring axis of the pyrometer. The measuring channel can be formed, for example, by a tube which can be directed to a measuring location whose temperature is to be determined. The tube can be made in one or more parts, wherein the proposed closure device between two parts of the tube or between the pyrometer and the tube is arranged. For this example, all parts can be connected to each other via flange.
Die vorgeschlagene Pyrometer-Anordnung kann dadurch weitergebildet sein, dass auf der dem Pyrometer abgewandten Seite der Verschlusseinrichtung ein Teil des Messkanals durch ein Schieberventil gebildet ist. Das Schieberventil kann dabei ebenso durch Flanschverbindungen in den Messkanal eingebunden sein, wie oben bereits beschrieben. Insbesondere für Vakuumanwendungen wird durch das Schieberventil ermöglicht, das Pyrometer (beispielsweise zum Nachkalibrieren) oder/und die Verschlusseinrichtung (beispielsweise zum Austauschen des Verschlusselements oder der IR-Fensterelemente) im laufenden Betrieb zu entnehmen, ohne dass die Vakuumkammer belüftet werden muss. Das Schieberventil muss nur in diesen Fällen, und damit sehr selten betätigt werden, so dass über einen sehr langen Zeitraum nur wenige Schaltvorgänge erforderlich sind. Im normalen Betrieb hingegen kann das Schieberventil ständig offen sein, weil das Pyrometer durch die Verschlusseinrichtung permanent vor Streudampf geschützt ist, entweder durch einen IR-durchlässigen funktionellen Bereich des Verschlusselements, der eine Messung durch das Pyrometer ermöglicht, oder durch einen nicht IR-durchlässigen funktionellen Bereich, der eine Messung des Pyrometers zwar nicht ermöglicht, das Pyrometer aber vor ungewollter Verschmutzung durch Streudampf schützt.The proposed pyrometer arrangement can be further developed in that on the side facing away from the pyrometer of the closure device, a part of the measuring channel is formed by a slide valve. The slide valve can also be incorporated by flange into the measuring channel, as already described above. In particular, for vacuum applications, the spool valve allows the pyrometer (for example, for recalibration) or / and the closure device (for example, to replace the closure element or the IR window elements) to be removed during operation without having to ventilate the vacuum chamber. The slide valve must be operated only in these cases, and thus very rarely, so that over a very long period of time only a few switching operations are required. In normal operation, however, the gate valve may be permanently open because the pyrometer is permanently protected from stray vapor by the shutter, either by an IR-transmissive functional area of the shutter which allows measurement by the pyrometer or by a non-IR-transmissive functional one Range that does not allow a measurement of the pyrometer, but protects the pyrometer from unwanted pollution by scattered vapor.
Die beschriebene Verschlusseinrichtung sowie die Pyrometer-Anordnung sind vorteilhaft bei einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage mit einer von Kammerwänden begrenzten Vakuumkammer verwendbar, in der mindestens eine Substratbehandlungseinrichtung angeordnet ist, wobei eine Pyrometer-Anordnung der oben beschriebenen Art an der Vakuumkammer so angebracht ist, dass das Pyrometer und die Verschlusseinrichtung außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sind und ein dem Pyrometer gegenüberliegendes Ende des Messkanals innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist.The described closure device and the pyrometer arrangement are advantageously used in a vacuum substrate treatment plant with a vacuum chamber bounded by chamber walls, in which at least one substrate treatment device is arranged, wherein a pyrometer arrangement of the type described above is attached to the vacuum chamber such that the pyrometer and the closure means are disposed outside the vacuum chamber and a pyrometer-opposed end of the measurement channel is disposed within the vacuum chamber.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pyrometer-Anordnung, -
2 die Pyrometer-Anordnung aus1 in einer Seitenansicht, -
3 die Pyrometer-Anordnung aus1 in einer vertikalen Schnittdarstellung, und -
4 die Pyrometer-Anordnung aus1 in einer horizontalen Schnittdarstellung.
-
1 a perspective view of an embodiment of a pyrometer arrangement according to the invention, -
2 the pyrometer arrangement off1 in a side view, -
3 the pyrometer arrangement off1 in a vertical sectional view, and -
4 the pyrometer arrangement off1 in a horizontal sectional view.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel umfasst die Pyrometer-Anordnung von oben nach unten ein horizontal angeordnetes Schieberventil
Das Schieberventil
Der obere Flansch des Schieberventils
Der Ventilschieber des Schieberventils
Unterhalb des Schieberventils
In dem Hohlraum
Der in den Darstellungen der
Mit dem Verschlusselement
Im Grundzustand, der in den
Im Verbindungsbereich zwischen der Verschlusseinrichtung und der Stelleinrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gehäusecasing
- 22
- Öffnungopening
- 33
- Hohlraumcavity
- 44
- Verschlusselementclosure element
- 55
- funktioneller Bereichfunctional area
- 66
- Vertiefungdeepening
- 77
- IR-FensterelementIR window element
- 88th
- O-RingO-ring
- 99
- FührungsstabCorporate Office
- 1010
- Stelleinrichtungsetting device
- 1111
- Zwischenabsaugunginterstage
- 1212
- Schieberventilspool valve
- 1313
- Rohrstückpipe section
- 1414
- Pyrometerpyrometer
- 1515
- Flanschverbindungflange
Claims (11)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102015105844.8A DE102015105844B4 (en) | 2015-04-16 | 2015-04-16 | Closure device, pyrometer arrangement and vacuum substrate treatment system |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102015105844.8A DE102015105844B4 (en) | 2015-04-16 | 2015-04-16 | Closure device, pyrometer arrangement and vacuum substrate treatment system |
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Publication Number | Publication Date |
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DE102015105844A1 DE102015105844A1 (en) | 2016-10-20 |
DE102015105844B4 true DE102015105844B4 (en) | 2019-08-14 |
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2015
- 2015-04-16 DE DE102015105844.8A patent/DE102015105844B4/en active Active
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DE102012207510A1 (en) | 2011-07-15 | 2013-01-17 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Pyrometer arrangement for use in vacuum treatment plant, has slide valve arranged in tube outer side of vacuum chamber between chamber wall and pyrometer and vacuum-tightly locking vacuum chamber before pyrometer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102015105844A1 (en) | 2016-10-20 |
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