DE102015117236A1

DE102015117236A1 - Verfahren zum Einbringen von Material in eine Prozesskammer und Vorrichtung zum Behandeln von Substraten in einer Prozesskammer

Info

Publication number: DE102015117236A1
Application number: DE102015117236.4A
Authority: DE
Inventors: Ekkehart Reinhold; Jörg Faber
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2017-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Einbringen von Material in eine Prozesskammer. Ein vorgeschlagenes Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Materials (1) in einem in einer Hilfskammer (3) angeordneten Behälter (6), Herstellen einer kommunizierenden Verbindung der Hilfskammer (3) zu der Prozesskammer (2), zumindest teilweises Bewegen des Behälters (6) in die Prozesskammer (2) hinein, Abgabe des Materials (1) aus dem Behälter (6) in oder auf eine in der Prozesskammer (2) angeordnete Materialaufnahme (11, 12), Bewegen des Behälters (6) aus der Prozesskammer (2) heraus, in die Hilfskammer (3) hinein, Unterbrechen der kommunizierenden Verbindung zwischen Hilfskammer (3) und Prozesskammer (2).

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Einbringen von Material in eine Kammer, insbesondere Vorrichtungen zum Behandeln von Substraten in einer Prozesskammer.
Es werden Verfahren und Vorrichtungen angegeben, die es ermöglichen, Stück- und Schüttgut in eine Kammer hinein zu befördern. Weiterhin werden Verfahren und Vorrichtungen angegeben, die es ermöglichen, Material in eine Vakuumkammer hinein zu befördern. Weiterhin werden Verfahren und Vorrichtungen angegeben, die es ermöglichen, Beschichtungsmaterial in eine Beschichtungsanlage hinein zu befördern. Weiterhin werden Verfahren und Vorrichtungen angegeben, die es ermöglichen, zu behandelnde Substrate in eine Substratbehandlungsanlage hinein zu befördern. Insbesondere werden Verfahren und Vorrichtungen angegeben, die es ermöglichen, als Schüttgut vorliegendes Beschichtungsmaterial in eine Vakuumkammer einer Vakuum-Substratbeschichtungsanlage einzubringen.
Wenn Material in eine geschlossene, von Kammerwänden begrenzte Kammer eingebracht werden soll, muss ein Weg gefunden werden, die Kammerwände zu überwinden. Kann die Kammer ohne Nachteile geöffnet werden, so stellt sich dieses Problem nicht. Anders ist die Sache aber dann, wenn ein Öffnen der Kammer nicht möglich ist, ohne einen darin ablaufenden Prozess in seiner Durchführung oder in dem dadurch angestrebten Ergebnis zu gefährden. Beispielsweise laufen viele Substratbehandlungsverfahren unter besonderen atmosphärischen Bedingungen ab, die sich teilweise erheblich von der natürlichen Atmosphäre unterscheiden, und zwar können solche Unterschiede sowohl die Druckverhältnisse als auch die Gaszusammensetzung oder/und die Temperatur betreffen. In den meisten Fällen kann daher eine Kammer nicht geöffnet werden, weil dann entweder der in der Kammer ablaufende Prozess zusammenbricht oder/und die mit dem Prozess angestrebten Ergebnisse nicht mehr erzielt werden oder/und eine akute Gefährdung der Umwelt entsteht.
Vakuumbeschichtungsverfahren sind bekannt. Thermische Verdampfungsverfahren gehören zu dieser Verfahrensgruppe. Speziell EB-PVD ist ein industriell etabliertes Verfahren. Die Prozesskampagnendauer hängt unter anderem ab vom bevorrateten Verdampfungsgut im Vakuum. Angestrebt werden immer längere Beschichtungskampagnen. Deshalb werden Tiegel mit großen Volumina eingesetzt. Um die Bedampfungsgeometrie (insbesondere den Bedampfungsabstand zwischen Dampfquelle und zu beschichtendem Substrat) während einer Kampagne nicht wesentlich zu verändern, wird das Volumen in erster Linie über eine große Tiegeloberfläche gebildet (Großflächentiegel). Diese Tiegel haben den Nachteil einer großen in Richtung Substrat abstrahlenden Fläche. Oft ist dieser zusätzliche Energieeintrag (Strahlung vom Verdampfungsgut her) ins Substrat zusätzlich zur unvermeidbaren Kondensationswärme bei der Beschichtung unerwünscht und schichtdickenbegrenzend.
Um kleinere Volumina langzeitstabil als Verdampferreservoirs benutzen zu können, wurden verschiedene Nachfüttereinrichtungen gebaut. Stäbe wurden von unten oder seitlich schräg von oben in flüssiges Verdampfungsgut eingeführt. Weiter sind Tablettenfeeder bekannt, die Verdampfungsgut in Tablettenform in die Schmelze einwerfen. Der Nachteil besteht darin, dass das Verdampfungsgut in einem zusätzlich laufende Kosten verursachenden Zwischenprozess in eine verwertbare Form gebracht werden muss. Auch treten beim Einwerfen Materialverspritzungen auf. Ferner wurden Drahtnachfütterungs-Systeme für Materialien, die drahtförmig herstellbar sind, gebaut. Diese Lösung betrifft aber nur wenige Materialien. Das ungünstige Oberflächen-Volumenverhältnis von Draht führt zudem zu erhöhter Verunreinigung von Schmelzen, aus denen die Verdampfung erfolgt. Die kostengünstigste Form von Verdampfungsgut besteht in Granulat bzw. Schüttgut. Diese Lieferform lässt sich auch der Schmelze zuführen. Die Zuführung kann, wenn sie abgeschirmt erfolgt, kontinuierlich geschehen, sonst diskontinuierlich, das heißt zyklisch. Oft ist der Speicherraum für das nachzufütternde Verdampfungsgut in unmittelbarer Nähe zum Verdampfertiegel begrenzt.
Große Vorratsvolumina können nur mit Schwierigkeiten neben den Tiegeln untergebracht werden. Auch sollten die Vorrats- bzw. Nachfüttereinrichtungen nicht zu sehr dem Dampfstrom bzw. einer Streudampfbeschichtung ausgesetzt werden, um durch den Streudampfabscheidung nicht funktionell beeinträchtigt zu werden.
Es besteht ein Bedürfnis, den bekannten Stand der Technik zu verbessern und eine Beschickungseinrichtung ins Vakuum hinein vorzuschlagen, mit der ein Verdampfertiegel oder/und eine im Vakuum befindliche Nachfüttereinrichtung für einen Verdampfertiegel zyklisch durch Einschleusen von Verdampfungsgut gespeist werden kann, um die Unzulänglichkeiten des bekannten Standes der Technik zu überwinden und die Beschichtungskampagnen ohne Vakuumunterbrechung deutlich zu verlängern. Die Erfindung ist vorteilhaft für eine langzeitstabile Beschichtung mittels Vakuumverdampfung, beispielsweise Elektronenstrahlverdampfung (EB-PVD), anwendbar. Sie kann vorteilhaft zur Verlängerung von Beschichtungskampagnen in Beschichtungsanlagen aller Art, beispielsweise Metallband-Beschichtungsanlagen (MSC), Carrier-Inline-Beschichtungsanlagen, usw. genutzt werden.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Einbringen von Material in eine Prozesskammer, umfassend die Schritte

• Bereitstellen eines Materials in einem in einer Hilfskammer angeordneten Behälter,
• Herstellen einer kommunizierenden Verbindung der Hilfskammer zu der Prozesskammer,
• zumindest teilweises Bewegen des Materials in die Prozesskammer hinein,
• Abgabe des Materials aus dem Behälter in oder auf eine in der Prozesskammer angeordnete Materialaufnahme,
• Bewegen des Behälters aus der Prozesskammer heraus, in die Hilfskammer hinein, und
• Unterbrechen der kommunizierenden Verbindung zwischen Hilfskammer und Prozesskammer.

Das Bereitstellen des Materials in der Hilfskammer kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Hilfskammer geöffnet wird, Material in die Hilfskammer eingebracht wird und anschließend die Hilfskammer geschlossen wird. Das Öffnen und Schließen der Hilfskammer bezieht sich dabei darauf, dass die Hilfskammer dadurch von außen zugänglich bzw. nicht zugänglich gemacht wird, um Material in die Hilfskammer einbringen zu können. Das Öffnen und Schließen der Hilfskammer kann beispielsweise durch Öffnen bzw. Schließen eines an einer Einfüllöffnung der Hilfskammer angeordneten ersten Ventils erfolgen. Unter einem Ventil soll dabei beispielsweise ein Klappenventil, Schieberventil oder dergleichen, aber auch eine dicht schließende Kammertür oder ein dicht schließender Kammerdeckel verstanden werden, die bzw. der beispielsweise zum Öffnen der Hilfskammer aufgeschwenkt bzw. von derselben entfernt und zum Schließen der Hilfskammer zugeschwenkt bzw. an derselben angebracht werden kann. Das Einbringen des Materials in die Hilfskammer erfolgt durch Einfüllen des Materials in einen in der Hilfskammer angeordneten Behälter. Das Einfüllen des Materials kann beispielsweise durch Einschütten von Material in einen oben offenen Behälter erfolgen.
Das Bewegen des Materials aus der Hilfskammer heraus und in die Prozesskammer hinein kann beispielsweise durch zumindest teilweises Bewegen des Behälters in die Prozesskammer hinein erfolgen. Dabei kann der Behälter beispielsweise zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position hin und her bewegt werden. Beispielsweise kann der Behälter in einer ersten Position vollständig innerhalb der Hilfskammer und in einer zweiten Position vollständig in der Prozesskammer oder in der zweiten Position teilweise in der Hilfskammer und teilweise in der Prozesskammer angeordnet sein.
Das Bewegen des Materials aus der Hilfskammer heraus und in die Prozesskammer hinein oder/und die Abgabe des Materials in der Prozesskammer kann beispielsweise durch Schwerkraftwirkung erfolgen. Beispielsweise kann in einem Behälter angeordnetes Material dadurch von oben her in die Prozesskammer hinein bewegt werden, dass der Behälter aufgrund seines Gewichts in die Prozesskammer ganz oder teilweise hinein bewegt wird. Weiter beispielsweise kann Material in die Prozesskammer, beispielsweise auf eine in der Prozesskammer angeordnete Materialaufnahme, dadurch abgegeben werden, dass das Material aus dem Behälter geschüttet wird. Hierzu kann beispielsweise ein an dem Behälter angeordnetes Abgabeventil im geschlossenen Zustand verriegelt werden. Weiter beispielsweise kann ein an dem Behälter angeordnetes Abgabeventil in einer zweiten Position, in der sich der Behälter ganz oder teilweise in der Prozesskammer befindet, entriegelt werden, so dass das Gewicht des in dem Behälter und auf dem Abgabeventil lagernden Materials das Abgabeventil öffnet und das Material in die Prozesskammer hinein abgegeben wird. Weiter beispielsweise kann eine Verriegelung und Entriegelung eines Abgabeventils selbsttätig erfolgen, wenn der Behälter die zweite Position erreicht.
Das Herstellen und Unterbrechen der kommunizierenden Verbindung zwischen Hilfskammer und Prozesskammer kann beispielsweise durch Öffnen bzw. Schließen eines zwischen Hilfskammer und Prozesskammer an einer Verbindungsöffnung angeordneten zweiten Ventils erfolgen. Unter einem Ventil soll dabei beispielsweise ein Klappenventil, Schieberventil oder dergleichen, aber auch eine dicht schließende Kammertür oder ein dicht schließender Kammerdeckel verstanden werden, die bzw. der beispielsweise zum Herstellen der kommunizierenden Verbindung zwischen Hilfskammer und Prozesskammer aufgeschwenkt bzw. entfernt und zum Unterbrechen der kommunizierenden Verbindung zwischen Hilfskammer und Prozesskammer zugeschwenkt bzw. angebracht werden kann.
Ein in der Hilfskammer wirkender Druck kann beispielsweise vor dem Herstellen einer kommunizierenden Verbindung der Hilfskammer zu der Prozesskammer an einen in der Prozesskammer wirkenden Druck angeglichen werden. Beispielsweise kann der in der Hilfskammer wirkende Druck abgesenkt werden, wenn in der Prozesskammer unteratmosphärischer Druck herrscht. Alternativ kann der in der Hilfskammer wirkende Druck erhöht werden, wenn in der Prozesskammer überatmosphärischer Druck herrscht.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein Füllstand des Behälters oder/und ein Füllstand der Materialaufnahme fortlaufend ermittelt wird.
Mit der Kenntnis dieser Füllstände kann beispielsweise weiterhin vorgesehen sein, dass das Bereitstellen des Materials oder/und das Bewegen des Behälters in die Prozesskammer hinein und aus der Prozesskammer heraus geregelt erfolgt.
Außerdem kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren weiterhin vorgesehen sein, dass die Abgabe des Materials selbsttätig erfolgt, wenn der Behälter in die Nähe der Materialaufnahme, also beispielsweise eines Verdampfertiegels, einer Transporteinrichtung oder eines Zwischenspeichers, bewegt wird.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Einbringen von Material in eine Prozesskammer, insbesondere eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten in einer Prozesskammer vorgeschlagen, die eine Prozesskammer und eine Hilfskammer umfasst, wobei in der Prozesskammer eine Materialaufnahme angeordnet ist, in der Hilfskammer ein zumindest teilweise in die Prozesskammer hinein bewegbarer Behälter angeordnet ist und zwischen Hilfskammer und Prozesskammer eine kommunizierende Verbindung herstellbar und unterbrechbar ist. Dazu können die Prozesskammer und die Hilfskammer miteinander verbunden sein und im Bereich der Verbindungsstelle eine Verbindungsöffnung angeordnet sein. Zwischen Hilfskammer und Prozesskammer kann beispielsweise eine durch ein zweites Ventil verschließbare Verbindungsöffnung angeordnet sein. Unter einem Ventil soll dabei beispielsweise ein Klappenventil, Schieberventil oder dergleichen, aber auch eine dicht schließende Kammertür oder ein dicht schließender Kammerdeckel verstanden werden, die bzw. der beispielsweise zum Herstellen der kommunizierenden Verbindung zwischen Hilfskammer und Prozesskammer aufgeschwenkt bzw. entfernt und zum Unterbrechen der kommunizierenden Verbindung zwischen Hilfskammer und Prozesskammer zugeschwenkt bzw. angebracht werden kann.
Die Hilfskammer kann beispielsweise eine durch ein erstes Ventil verschließbare Einfüllöffnung aufweisen. Unter einem Ventil soll dabei beispielsweise ein Klappenventil, Schieberventil oder dergleichen, aber auch eine dicht schließende Kammertür oder ein dicht schließender Kammerdeckel verstanden werden, die bzw. der beispielsweise zum Öffnen der Hilfskammer aufgeschwenkt bzw. von derselben entfernt und zum Schließen der Hilfskammer zugeschwenkt bzw. an derselben angebracht werden kann.
Die Prozesskammer und die Hilfskammer können beispielsweise mit mindestens einer Pumpeinrichtung oder mit mindestens je einer Pumpeinrichtung wirkverbunden sein. Beispielsweise kann an der Hilfskammer und der Prozesskammer je eine Vakuumpumpe angeordnet sein. Weiter beispielsweise kann eine gemeinsame Vakuumpumpe an der Hilfskammer und der Prozesskammer angeordnet sein. Jede Vakuumpumpe kann durch Rohrleitungen mit der Hilfskammer oder/und mit der Prozesskammer oder/und mit der Hilfskammer und der Prozesskammer verbunden sein.
In der Hilfskammer ist ein beispielsweise zumindest teilweise in die Prozesskammer hinein bewegbarer Behälter angeordnet. Ein Behälter kann beispielsweise von seitlichen Behälterwänden begrenzt sein. Ein Behälter kann außerdem nach oben offen sein, so dass von oben her Material in den Behälter gegeben werden kann. Ein Behälter kann weiterhin eine Entnahmeeinrichtung haben. Ein Behälter kann beispielsweise in der Hilfskammer zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position hin und her bewegbar geführt sein. Dazu kann in der Hilfskammer beispielsweise eine Führungseinrichtung angeordnet sein, die weiter beispielsweise eine oder mehrere Führungsschienen aufweisen kann. Ein Behälter kann beispielsweise in einer ersten Position vollständig innerhalb der Hilfskammer und in einer zweiten Position vollständig in der Prozesskammer oder in der zweiten Position teilweise in der Hilfskammer und teilweise in der Prozesskammer angeordnet sein.
Der Behälter kann beispielsweise eine Antriebseinrichtung aufweisen. Eine Antriebseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den Behälter zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position hin und her zu bewegen. Eine Antriebseinrichtung kann beispielsweise einen Drehantrieb wie einen Elektromotor, einen Hydraulikmotor oder dergleichen oder/und einen Linearantrieb wie einen Hydraulikzylinder, einen Pneumatikzylinder oder dergleichen aufweisen. Eine Antriebseinrichtung kann beispielsweise einen Spindelantrieb aufweisen, der weiter beispielsweise mit einem Drehantrieb oder/und einem Linearantrieb wirkverbunden sein kann. Eine Antriebseinrichtung kann beispielsweise einen Spindelantrieb aufweisen, der weiter beispielsweise mit einem Drehantrieb oder/und einem Linearantrieb wirkverbunden sein kann. Dabei kann beispielsweise eine Spindelmutter an dem Behälter und eine Spindel in der Hilfskammer angeordnet sein, oder umgekehrt. Eine Antriebseinrichtung kann beispielsweise einen Zahnstangenantrieb aufweisen, der weiter beispielsweise mit einem Drehantrieb oder/und einem Linearantrieb wirkverbunden sein kann. Dabei kann beispielsweise ein Zahnrad an dem Behälter und eine Zahnstange in der Hilfskammer angeordnet sein, oder umgekehrt.
Der Behälter kann beispielsweise ein Abgabeventil aufweisen. Ein Abgabeventil kann beispielsweise an einer Unterseite eines Behälters angeordnet sein. Ein Behälter kann beispielsweise ganz oder teilweise konisch ausgeführt sein. Ein Abgabeventil kann beispielsweise an der tiefsten Stelle eines konischen Bereichs eines Behälters angeordnet sein. ein konischer Bereich eines Behälters kann beispielsweise die Form eines Kegels oder eines Kegelstumpfs, einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfs aufweisen.
Beispielsweise kann ein an einem Behälter angeordnetes Abgabeventil verriegelbar sein. Weiter beispielsweise kann ein an einem Behälter angeordnetes Abgabeventil in einer zweiten Position, in der sich der Behälter ganz oder teilweise in der Prozesskammer befindet, entriegelt werden, so dass das Gewicht des in dem Behälter und auf dem Abgabeventil lagernden Materials das Abgabeventil öffnet und das Material in die Prozesskammer hinein abgegeben wird. Weiter beispielsweise kann eine Verriegelung und Entriegelung eines Abgabeventils selbsttätig erfolgen, wenn der Behälter die zweite Position erreicht. Hierzu kann beispielsweise in der Prozesskammer ein Auslöseelement angeordnet sein, das auf das Abgabeventil einwirkt. Beispielsweise kann ein Auslöseelement dann auf ein Abgabeventil einwirken und eine Entriegelung des Abgabeventils bewirken, wenn der Behälter in eine zweite Position gelangt, in der der Behälter ganz oder teilweise in der Prozesskammer angeordnet ist.
In der Prozesskammer ist eine Materialaufnahme angeordnet. Eine Materialaufnahme kann beispielsweise eine Transporteinrichtung oder/und einen Verdampfertiegel oder/und einen Zwischenspeicher umfassen. Beispielsweise kann die Abgabe des Materials in die Prozesskammer hinein auf eine Transporteinrichtung wie ein Förderband oder dergleichen erfolgen. Beispielsweise kann die Abgabe des Materials in die Prozesskammer hinein in einen Verdampfertiegel erfolgen. Beispielsweise kann die Abgabe des Materials in die Prozesskammer hinein in einen Zwischenspeicher erfolgen. Ein Zwischenspeicher kann dabei beispielsweise in Bezug zu einer Transporteinrichtung oder/und in Bezug zu einem Verdampfertiegel so angeordnet sein, dass Material jederzeit aus dem Zwischenspeicher auf die Transporteinrichtung oder/und in den Verdampfertiegel abgegeben werden kann. Das Abgabeventil kann beispielsweise einen durch Bewegen des Behälters betätigten, selbsttätig wirkenden Mechanismus zum Öffnen und Schließen oder/und zum Entriegeln und Verriegeln des Abgabeventils aufweisen. Beispielsweise kann die Materialaufnahme ein Auslöseelement aufweisen, das das Öffnen und Schließen bzw. das Entriegeln und Verriegeln des Abgabeventils bewirkt, wenn das Abgabeventil mit dem Auslöseelement in Berührung kommt.
Am Behälter oder/und an der Materialaufnahme können beispielsweise Mittel zur Erfassung eines Füllstands des Behälters bzw. der Materialaufnahme angeordnet sein.
Eine Steuer- oder Regeleinrichtung kann mit dem ersten Ventil oder/und dem zweiten Ventil oder/und einer Pumpeinrichtung oder/und der Antriebseinrichtung oder/und dem Abgabeventil sowie gegebenenfalls mit den Mitteln zur Erfassung eines Füllstands des Behälters bzw. der Materialaufnahme in Wirkverbindung stehen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungsfiguren näher erläutert. Die 1 bis 3 zeigen dabei eine beispielhafte Vorrichtung in drei verschiedenen Zuständen.
Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von Material 1 in eine Prozesskammer 2. Diese Vorrichtung ist verwendbar als Einschleusvorrichtung für Schüttgut zur zyklischen Nachfüllung einer Materialaufnahme in Form eines Zwischenspeichers 11, der als Vorratsbehälter ausgebildet ist. Der Zwischenspeicher 11 ist in einer Prozesskammer 2, die als Vakuum-Anlagenkammer einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage ausgebildet ist, angeordnet. Aus dem Zwischenspeicher 11 kann während eines Verdampfungsprozesses kontinuierlich oder zyklisch, d.h. diskontinuierlich, bedarfsweise als Schüttgut vorliegendes Verdampfungsmaterial 1 in einen Verdampfertiegel 12 nachgefüttert werden.
Bestandteil der gezeigten Einschleusvorrichtung ist eine mit einer Prozesskammer 2 verbundene Hilfskammer 3, die als Schleusenkammer mit einem ersten Ventil 4 in Form einer normaldruckseitigen, d.h. den außerhalb der Anlage herrschenden Druckverhältnissen zugewandten, oberen vakuumgedichteten Kammertür und mit einem zweiten Ventil 5 in Form eines zwischen Prozesskammer 2 und Hilfskammer 3 angeordneten Schieberventils. Außerdem sind sowohl die Prozesskammer 2 als auch die Hilfskammer 3 mit nicht dargestellten Mitteln zur Vakuumerzeugung, nämlich einer oder je einer Pumpeinrichtung, ausgerüstet.
In der Hilfskammer 3 ist ein Behälter 6 für das nachzufüllende Material 1 angeordnet und an mindestens einer Führungsschiene für die Realisierung einer Auf- und Abwärtsbewegung geführt. Die Auf- und Abwärtsbewegung erfolgt durch einen motorischen Antrieb, der auf eine Spindel 7 wirkt und diese in Rotation versetzt. Hierzu ist im Ausführungsbeispiel ein nicht dargestellter Elektromotor vorgesehen. Die Kraftübertragung von der Spindel 7 zum Behälter 6 ist durch mindestens eine Spindelmutter 8 hergestellt. Da die angetriebene Spindel 7 oberhalb des prozesskammerseitigen zweiten Ventils 5 endet, ist die mindestens eine Spindelmutter 8 in einem oberen Bereich des Behälters 6 mit dem Behälter 6 verbunden.
Mit einer einfachen motorgetriebenen Drehbewegung gelingt es, über eine Drehdurchführung im Bereich einer oberen Hilfskammerwand, d.h. beispielsweise der Schleusenkammerdecke, die Auf- und Abwärtsbewegung des Behälters 6 zu treiben, wobei eine erste Position, d.h. die Befüllposition des Behälters 6, bei der höchsten Position der Spindelmutter 8 oder Spindelmuttern 8 erreicht ist und eine zweite Position, d.h. die Nachfüllposition, bei der niedrigsten Position der Spindelmutter 8 oder Spindelmuttern 8 erreicht ist.
Der Behälter 6 ist nach oben offen und weist an seinem Boden eine nach unten gerichtete Auslassvorrichtung auf. Die Auslassvorrichtung ist am unteren Ende des Behälters in Form einer sich nach unten verjüngenden Auslaufschnauze mit Kegelstumpfform angeordnet. Die Auslassvorrichtung weist ein Abgabeventil 9 mit einer schwenkbar gelagerten Verschlussklappe auf, die mittels eines nicht dargestellten Verriegelungsmechanismus verriegelbar ist. Vorteilhafterweise kann die Auslaufschnauze des Behälters 6 schräg gestellt sein, d.h. beispielsweise die Form eines schrägen Kegel- oder Pyramidenstumpfes oder dergleichen aufweisen.
Der im Prozessraum, d.h. innerhalb der Prozesskammer 2, zu befüllende Zwischenspeicher 11, der als Vorratsgefäß für das Material 1 innerhalb der Prozesskammer 2 dient, kann zum Beispiel mit einer ortsfesten Positionsführung für den abwärts bewegten Behälter 6 ausgerüstet sein, die zum Beispiel ein Auslöseelement 10 aufweist, beispielsweise mit mindestens einem ortsfesten Führungs- und Manipulationsfinger ausgestattet ist. Der oder wahlweise die Führungs- und Manipulationsfinger wirken auf den abwärts bewegten Behälter 6, indem sie im letzten Teil der Bewegungsstrecke an der Auslassvorrichtung zum Beispiel folgende Manipulationen auslösen können:

a) Entriegelung der Verschlussklappe des Abgabeventils 9 der Auslassvorrichtung
b) Anheben und Öffnen der Verschlussklappe des Abgabeventils 9 der Auslassvorrichtung

Bei Aufwärtsbewegung des Behälters 6 wird zuerst die Verschlussklappe des Abgabeventils 9 der Auslassvorrichtung wieder angehoben und damit die Auslassvorrichtung verschlossen, und danach kann wahlweise die Verschlussklappe des Abgabeventils 9 der Auslassvorrichtung wieder verriegelt werden.
Nachdem der Behälter 6 seine obere, erste Position erreicht hat, kann das prozesskammerseitige zweite Ventil 5 geschlossen werden und die Hilfskammer 3 belüftet werden.
Nach der Belüftung der Hilfskammer 3 wird das normaldruckseitige obere erste Ventil 4 der Hilfskammer 3 geöffnet. Der Behälter kann jetzt über das geöffnete erste Ventil 4 neu befüllt werden. Nach Schließen des ersten Ventils 4 wird die Hilfskammer 3 mit dem darin angeordneten, neu befüllten, nach oben offenen Behälter 6 über eine Vakuumpumpeinrichtung evakuiert, bis das prozesskammerseitige zweite Ventil 5 ohne Störung des Prozessdrucks in der Prozesskammer 2 geöffnet werden kann.
Der Beschickungsablauf kann beispielsweise einem bestimmten Programmablauf folgend automatisiert ablaufen.
Die beschriebene Vorrichtung zum Einbringen von Material 1 in eine Kammer 2 kann für Granulat, Tabletten, Pulver, Stückgut (Masseln), Ronden eingesetzt werden, wobei die Auslassvorrichtung des Behälters 6 der Materialform entsprechend angepasst wird. Sie kann auch zum Einschleusen von zu behandelndem Massenstückgut benutzt werden. Die beschriebene Vorrichtung zum Einschleusen von Material 1 kann auch zur Nachfütterung von Verdampfungsmaterial für Schmelzprozesse eingesetzt werden. Die Vorrichtung ist hervorragend geeignet, um Material, seien es zu behandelnde Substrate oder Verbrauchsmaterial wie Verdampfungsmaterial oder dergleichen, in eine Vakuumkammer einzubringen. Im Blick auf Verdampfungsprozesse kann sie zum direkten diskontinuierlichen Nachfüttern von Verdampfertiegeln 12 eingesetzt werden oder zum zyklischen Befüllen eines Zwischenspeichers 11 im Vakuum, aus welchem kontinuierlich oder diskontinuierlich ein Verdampfertiegel 12 oder mehrere Verdampfertiegel 12 nachgefüttert werden können.
Die beschriebene Vorrichtung zum Einbringen von Material 1 in eine Kammer 2 kann weiterhin Mittel zur Bestimmung des Füllstandes des Behälters 6 und/oder des Zwischenspeichers 11 aufweisen (z.B. Wägeeinrichtung, Berührungssensor, optische Abstandssensoren), anhand derer einerseits der Zeitpunkt zur Einleitung der Nachfüllprozedur festgelegt wird. Andererseits werden sie auch zur dosierten Abgabe von Material 1 genutzt, wobei dann das oben beschriebene Abgabeventil 9 geregelt eingesetzt werden kann.
Die beschriebene Vorrichtung zum Einbringen von Material 1 in eine Kammer 2 ermöglicht eine zyklische Nachfüllung für Schüttgut, die Einschleusung von Material aus einer Umgebung mit Normaldruck in eine Umgebung mit Hochvakuum, eine Vermeidung der Kontamination von Anlagenteilen wie Ventilen, Transportelementen usw. durch das Schüttgut selbst sowie einen Antrieb des Behälters 6 über nur eine Bewegung (Drehbewegung oder Linearbewegung).
Eine Bedienung eines Abgabeventils 9, beispielsweise einer schwenkbaren Verschlussklappe, kann durch eine Bewegung des Behälters 6 selbsttätig erfolgen. Durch Erfassung des Füllstandes des oder der Behälter 6 kann ein geregeltes Entleeren des oder der Behälter 6 erreicht werden. Ebenso kann eine Steuerung des Ausschleus- und Befüllzeitpunktes anhand des Füllstandes eines Behälters 6 und/oder eines Zwischenspeichers 11 erfolgen.
In 1 sind das erste Ventil 4 und das zweite Ventil 5 gleichzeitig geschlossen. In diesem Zustand kann die Hilfskammer 3 evakuiert werden.
In 2 ist das zweite Ventil von der Hilfskammer zu der Prozesskammer geöffnet. In diesem Zustand kann mit oder ohne Füllstandsregelung durch eine Hin- und Herbewegung des Behälters zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, im Ausführungsbeispiel durch Absenken und Anheben des Behälters, und damit verbundenem Öffnen und Schließen der Verschlussklappe des Abgabeventils des Behälters, zur Befüllung des Zwischenspeichers erfolgen, wobei der Zwischenspeicher zur Nachfütterung eines rotierenden Verdampfertiegels mit Verdampfungsmaterial dient, der im Ausführungsbeispiel unterhalb des Zwischenspeichers angeordnet ist.
In 3 ist das zweite Ventil von der Hilfskammer zu der Prozesskammer geöffnet. Das erste Ventil von der Umgebung zur Hilfskammer ist geöffnet, so dass eine Befüllung des Behälters erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

1: Material
2: Prozesskammer
3: Hilfskammer
4: erstes Ventil
5: zweites Ventil
6: Behälter
7: Antriebseinrichtung, Spindel
8: Antriebseinrichtung, Spindelmutter
9: Abgabeventil
10: Auslöseelement
11: Materialaufnahme, Zwischenspeicher
12: Materialaufnahme, Verdampfertiegel

Claims

Verfahren zum Einbringen von Material (1) in eine Prozesskammer (2), umfassend die Schritte • Bereitstellen eines Materials (1) in einem in einer Hilfskammer (3) angeordneten Behälter (6), • Herstellen einer kommunizierenden Verbindung der Hilfskammer (3) zu der Prozesskammer (2), • zumindest teilweises Bewegen des Behälters (6) in die Prozesskammer (2) hinein, • Abgabe des Materials (1) aus dem Behälter (6) in oder auf eine in der Prozesskammer (2) angeordnete Materialaufnahme (11, 12), • Bewegen des Behälters (6) aus der Prozesskammer (2) heraus, in die Hilfskammer (3) hinein, • Unterbrechen der kommunizierenden Verbindung zwischen Hilfskammer (3) und Prozesskammer (2).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bereitstellen des Materials (1) in der Hilfskammer (3) dadurch erfolgt, dass die Hilfskammer (3) geöffnet wird, Material (1) in die Hilfskammer (3) eingebracht und in den Behälter (6) eingefüllt wird und anschließend die Hilfskammer (3) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Öffnen und Schließen der Hilfskammer (3) durch Öffnen bzw. Schließen eines an einer Einfüllöffnung der Hilfskammer (3) angeordneten ersten Ventils (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das zumindest teilweise Bewegen des Behälters (6) in die Prozesskammer (2) hinein oder/und die Abgabe des Materials (1) in der Prozesskammer (2) durch Schwerkraftwirkung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Herstellen und Unterbrechen der kommunizierenden Verbindung zwischen Hilfskammer (3) und Prozesskammer (2) durch Öffnen bzw. Schließen eines zwischen Hilfskammer (3) und Prozesskammer (2) an einer Verbindungsöffnung angeordneten zweiten Ventils (5) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein in der Hilfskammer (3) wirkender Druck vor dem Herstellen einer kommunizierenden Verbindung der Hilfskammer (3) zu der Prozesskammer (2) an einen in der Prozesskammer (2) wirkenden Druck angeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Füllstand des Behälters (6) oder/und ein Füllstand der Materialaufnahme (11, 12) fortlaufend ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Bereitstellen des Materials (1) oder/und das Bewegen des Behälters (6) in die Prozesskammer (2) hinein und aus der Prozesskammer (2) heraus geregelt erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Abgabe des Materials (1) selbsttätig erfolgt, wenn der Behälter (6) in die Nähe der Materialaufnahme (11, 12) bewegt wird.
Vorrichtung zum Behandeln von Substraten in einer Prozesskammer (2), umfassend eine Prozesskammer (2) und eine Hilfskammer (3), wobei in der Prozesskammer (2) eine Materialaufnahme (11, 12) angeordnet ist, in der Hilfskammer (3) ein zumindest teilweise in die Prozesskammer (2) hinein bewegbarer Behälter (6) angeordnet ist und zwischen Hilfskammer (3) und Prozesskammer (2) eine kommunizierende Verbindung herstellbar und unterbrechbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Hilfskammer (3) eine durch ein erstes Ventil (4) verschließbare Einfüllöffnung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der zwischen Hilfskammer (3) und Prozesskammer (2) eine durch ein zweites Ventil (5) verschließbare Verbindungsöffnung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die Prozesskammer (2) und die Hilfskammer (3) mit mindestens einer Pumpeinrichtung oder mit mindestens je einer Pumpeinrichtung wirkverbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der der Behälter (6) eine Antriebseinrichtung (7, 8) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der der Behälter (6) ein Abgabeventil (9) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der das Abgabeventil (9) einen durch Bewegen des Behälters (6) betätigten, selbsttätig wirkenden Mechanismus zum Öffnen und Schließen oder/und zum Entriegeln und Verriegeln des Abgabeventils (9) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei der am Behälter (6) oder/und an der Materialaufnahme (11, 12) Mittel zur Erfassung eines Füllstands angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, bei der eine Steuer- oder Regeleinrichtung mit dem ersten Ventil (4) oder/und dem zweiten Ventil (5) oder/und einer Pumpeinrichtung oder/und der Antriebseinrichtung (7, 8) oder/und dem Abgabeventil (9) in Wirkverbindung steht.