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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Substratträger zur Aufnahme und zum Transport eines Substrats, eine Wechselstation mit einem solchen Substratträger sowie ein Verfahren zum Behandeln eines Substrats.
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In unterschiedlichsten industriellen Prozessen werden Substrate, wie zum Beispiel Glasplatten, Wafer etc. auf unterschiedlichste Art und Weise behandelt, beispielsweise beschichtet. Um die Substrate dabei zu unterschiedlichen Prozessstationen zu bewegen, werden in der Regel Substratträger (sogenannte „carrier“) zur Aufnahme und zum Transport eines Substrats (oder auch mehrerer Substrate) verwendet. Bei manchen Prozessen wie zum Beispiel dem Beschichten kann es dabei entscheidend sein, dass die Ausrichtung des Substrats bezogen auf den Substratträger klar definiert und präzise beibehalten wird. Problematisch können hierbei einerseits etwaige Toleranzen der Substrate sein oder aber Probleme beim Heizen während eines bestimmten Prozessschrittes, wenn sich Substratträger und Substrat unterschiedlich stark ausdehnen.
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Daher wurden im Stand der Technik bereits verschiedene Vorrichtungen zum Zentrieren eines Substrats in einem Substratträger beschrieben, vgl. beispielsweise
US 2014/0077431 A1 und
JP 2010-103226 A . Die dort beschriebenen Zentriervorrichtungen haben jedoch gewisse Nachteile. So schlägt die
US 2014/0077431 A1 vor, das Substrat zwischen federvorgespannten Vorsprüngen und Ausrichtungspins einzuspannen, was dazu führt, dass eine Ausdehnung des Substrats (beispielsweise während Erwärmens) lediglich asymmetrisch möglich ist, nämlich ausschließlich in Richtung der Federn. Während die
JP 2010-103226 A einen diesbezüglich symmetrischen Vorgang zulässt, beruht die für das Zentrieren zur Verfügung gestellte Kraft auf der Gewichtskraft des Substrats, was verschiedene Nachteile hat. Zum einen ist die exakte Vertikalposition von der Substratbreite abhängig, was bei entsprechenden Toleranzen zur ungenauen Positionierung führt. Zum anderen wird beim Anheben der Substrate immer auch eine gewisse seitliche Reibungskraft wirksam sein, was nicht gewünscht ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen diesbezüglich verbesserten Substratträger zur Aufnahme und zum Transport eines Substrats bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Substratträger gemäß Anspruch 1.
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Der erfindungsgemäße Substratträger weist eine Zentriervorrichtung auf, die dazu geeignet ist, das Substrat entlang einer ersten Achse zu zentrieren, wobei die Zentriervorrichtung zwei einander gegenüberliegende, nach innen vorgespannte Federn aufweist. Durch das Vorsehen zweier gegenüberliegender Federn ist eine symmetrische Zentrierung möglich, die eine Zentrierung des Substrats im Hinblick auf den Substratträger auch bei unterschiedlichen Temperaturen und unterschiedlichen Ausdehnungseigenschaften von Substratträger und Substrat sicherstellt. Ferner ermöglichen die nach innen vorgespannten Federn eine definierte, vom Gewicht des Substrats unabhängige Zentrierkraft.
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Der erfindungsgemäße Substratträger ist zur Aufnahme und zum Transport beliebiger Substrate geeignet. Besonders bevorzugt sind jedoch großflächige Glassubstrate mit einer Fläche von mindestens 1 m2 und einer Dicke von bevorzugt weniger als 5 mm und besonders bevorzugt weniger als 3 mm.
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Der erfindungsgemäße Substratträger ist nicht auf die Zentrierung eines einzelnen Substrates in einem Substratträger beschränkt. Ein Substratträge kann für die Aufnahme mehrerer Substrate geeignet sein und weist dann mehrere der beschriebenen Zentriervorrichtungen und/oder Verschlussvorrichtungen auf.
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Im Hinblick auf die symmetrische Kraftwirkung sind die zwei einander gegenüberliegenden, nach innen vorgespannten Federn bevorzugt auf einer Geraden angeordnet, die zur ersten Achse parallel verläuft. Die erste Achse ist wiederum bevorzugt parallel zu einer Seitenkante eines in den Substratträger aufgenommenen Substrats und bevorzugt im Wesentlichen horizontal ausgerichtet.
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Für die Zentriervorrichtung können im Prinzip beliebige Federn verwendet werden, wobei bevorzugt die zwei Federn, die einander gegenüberliegen, dieselbe Federsteifigkeit aufweisen. Die Federn weisen bevorzugt einen Kontaktbereich auf, der dazu vorgesehen ist, mit dem Substrat in Kontakt zu treten, wobei der Kontaktbereich einen Krümmungsradius von mindestens 5 mm, bevorzugt mindestens 10 mm und besonders bevorzugt mindestens 20 mm aufweist. Es versteht sich von selbst, dass aufgrund dieser Krümmung des Kontaktbereichs nicht der gesamte Kontaktbereich mit dem Substrat in Kontakt treten kann. Vielmehr wird je nach Größe des Substrats und Federstellung der Feder lediglich ein sehr kleiner Teil des Kontaktbereichs (beispielsweise ein Kontaktpunkt oder eine Kontaktlinie) mit dem Substrat in Kontakt treten. Mit dem Kontaktbereich wird daher derjenige Teil der Feder bezeichnet, der realistischerweise bei unterschiedlichen Substratgrößen und unterschiedlichen Federpositionen mit einem Substrat in Kontakt treten könnte.
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Während eines entsprechenden Prozessschrittes ist das Substrat mithilfe der gegenüberliegenden Federn in den Substratträger eingespannt und wird durch die Federkräfte der beiden Federn in einer zentrierten Position gehalten. Um jedoch das Substrat in den Substratträger einbringen zu können, sollten die Kontaktbereiche der Federn gegenüber der Kontaktsituation nach außen bewegt sein, um genügend Spielraum für das Einbringen des Substrats zu lassen. Hierfür ist es besonders bevorzugt, dass jede der Federn einen Aufnahmebereich für ein erstes Bewegungselement aufweist und dass die Federn mithilfe der ersten Bewegungselemente nach außen bewegt werden können. Die Bewegungselemente können dabei Teil einer nachfolgend noch detailliert beschriebenen Wechselstation sein, mittels derer die Federn, bevorzugt automatisch, geöffnet und geschlossen werden können.
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Erfindungsgemäß kann der Substratträger ferner ein Substrat aufweisen, das in dem Substratträger aufgenommen ist. Bevorzugt weisen die Federn im Kontaktbereich in Richtung der Substratdicke (d.h. senkrecht zur Substratoberfläche) eine Ausdehnung auf, die größer ist als die Dicke des Substrats. Dadurch können beispielsweise Deformationen des Substrats bei Temperaturvariationen kompensiert werden, indem der Kontaktbereich der jeweiligen Feder auch noch mit einem nach oben oder unten verbogenen Substrat in Kontakt treten kann und somit die Zentrierung sichergestellt wird. Bevorzugt beträgt das Verhältnis zwischen der Ausdehnung des Kontaktbereichs und der Dicke des Substrats mindestens 1,5 und besonders bevorzugt mindestens 2. Bevorzugt beträgt die Ausdehnung der Feder im Kontaktbereich in Richtung der Substratdicke mindestens 2 mm, bevorzugt mindestens 3 mm.
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Je nach Prozess können die Substrate in dem erfindungsgemäßen Substratträger unterschiedlich ausgerichtet sein. Gemäß einer ersten Variante ist das Substrat im Substratträger im Wesentlichen vertikal ausgerichtet, wobei das Substrat an seiner unteren Kante, die sich parallel zur ersten Achse erstreckt, auf dem Substratträger aufliegt. Dabei wird mit einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung nicht nur eine direkt senkrechte Anordnung umfasst, sondern auch eine gegenüber der perfekt senkrechten Anordnung leicht, d.h. um bis zu +/- 10°, verkippte Ausrichtung. Mit anderen Worten kann das im Substratträger aufgenommene Substrat (bzw. dessen Oberfläche) einen Winkel zwischen 80° und 100° mit der Horizontalen einnehmen. Dadurch dass das Substrat an seiner unteren Kante auf dem Substratträger aufliegt, besteht zwischen der unteren Kante des Substrats und dem Substratträger eine Haftreibungskraft. Es ist bevorzugt, dass eine Dezentrierung des Substrats entlang der ersten Achse um 2 mm, bevorzugt um 1 mm und besonders bevorzugt um 0,5 mm, eine resultierende Kraft der beiden Federn auf das Substrat generiert, die größer ist als diese Haftreibungskraft. Wird also das Substrat um einen entsprechenden Versatz aus der im Hinblick auf den Substratträger zentralen Position verschoben (beispielsweise weil die unterschiedliche Ausdehnung von Substratträger und Substrat während des Erhitzens eine asymmetrische Positionierung des Substrats im Substratträgers nach sich zieht), so ergeben die Federkräfte der beiden Federn eine resultierende Kraft, die groß genug ist, die Haftreibungskraft zwischen Substrat und Substratträger zu überwinden und dementsprechend das Substrat zurück in seine zentrale Lage zu bewegen. Es ist dabei bevorzugt, dass der Haftreibungskoeffizient kleiner als 0,2, bevorzugt kleiner als 0,15 und besonders bevorzugt kleiner als 0,1 ist.
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Wenn der erfindungsgemäße Substratträger beispielsweise im Rahmen eines Beschichtungsprozesses zum Einsatz kommen soll, ist es ferner bevorzugt, dass der Substratträger eine Maskierung zur teilweisen Abdeckung des Substrats aufweist, wobei die Maskierung bevorzugt ein integraler Bestandteil des Substratträgers ist. Liegt eine solche Maskierung vor, ist die Zentrierung des Substrats im Hinblick auf den Substratträger (und dann auch im Hinblick auf die Maskierung) besonders wichtig, da andernfalls in Randbereichen des Substrats durch die Maskierung womöglich zu große oder zu kleine Ränder abgedeckt werden.
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An dem Substratträger können ferner mehrere Verschlussvorrichtungen vorgesehen sein, die dazu geeignet sind, das Substrat in dem Substratträger formschlüssig und kraftfrei zu halten. Bevorzugt ist an jeder Kante des Substrats mindestens eine solche Verschlussvorrichtung vorgesehen.
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Um das Substrat nicht nur entlang einer ersten Achse zu zentrieren sondern in Bezug auf zwei, bevorzugt senkrecht zueinander angeordnete Achsen, weist der Substratträger bevorzugt eine weitere Zentriervorrichtung auf, die dazu geeignet ist, das Substrat entlang einer zweiten Achse zu zentrieren, wobei die weitere Zentriervorrichtung zwei Paare aneinander gegenüberliegender, nach innen vorgespannter Federn aufweist. Die weitere Zentriervorrichtung und deren Federn weisen bevorzugt dieselben Merkmale auf, die oben im Hinblick auf die erste Zentriervorrichtung und deren Federn diskutiert wurden. Es ist jedoch bevorzugt, dass die weitere Zentriervorrichtung im Gegensatz zur ersten Zentriervorrichtung zwei Paare einander gegenüberliegender, nach innen vorgespannter Federn, d.h. insgesamt vier Federn, aufweist. So soll vermieden werden, dass sich das Substrat gegenüber dem Substratträger verdreht bzw. verkantet. Das Vorsehen zweier Zentriervorrichtungen mit insgesamt sechs Federn ist insbesondere von Vorteil, wenn das Substrat im Substratträger im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, wobei das Substrat an seinen seitlichen Rändern auf dem Substratträger aufliegt. Auch hier wird keine perfekte horizontale Ausrichtung verlangt, sondern vielmehr eine Abweichung von bis zu 20° von der horizontalen Ausrichtung toleriert.
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Analog zur vertikalen Ausrichtung, die oben diskutiert wurde, besteht bei der horizontalen Ausrichtung zwischen den seitlichen Rändern des Substrats und dem Substratträger eine Haftreibungskraft, wobei bevorzugt eine Dezentrierung des Substrats entlang der ersten Achse oder der zweiten Achse um 2 mm, bevorzugt um 1 mm und besonders bevorzugt um 0,5 mm, eine resultierende Kraft der entsprechenden Federn auf das Substrat generiert, die größer ist als die Haftreibungskraft. Auch hier ist der Haftreibungskoeffizient bevorzugt kleiner als 0,2, stärker bevorzugt kleiner als 0,15 und besonders bevorzugt kleiner als 0,1.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Wechselstation mit einem Substratträger wie oben beschrieben. Die Wechselstation ist dazu eingerichtet, die Substrate in dem Substratträger auszuwechseln, d.h. Substrate in dem Substratträger einzubringen und diese nach dem jeweiligen Prozess wieder aus dem Substratträger zu entnehmen. Wie bereits oben diskutiert weist bevorzugt jede der Federn einen Aufnahmebereich für ein erstes Bewegungselement auf. Entsprechend weist die Wechselstation zwei oder mehr erste Bewegungselemente auf, die dazu geeignet sind, die Federn nach außen zu bewegen. Dies erfolgt bevorzugt automatisch, beispielsweise mithilfe eines Aktuators der Wechselstation.
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Ferner kann die Wechselstation mehrere Verschlussvorrichtungen aufweisen, die dazu geeignet sind, das Substrat in dem Substratträger formschlüssig und kraftfrei zu halten. Auch diese Verschlussvorrichtungen können, bevorzugt automatisch, beispielsweise mithilfe eines Aktuators, bewegt werden.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf ein Verfahren zum Behandeln eines Substrats. Erfindungsgemäß wird zunächst ein Substrat in einen Substratträger wie oben beschrieben eingebracht, bevorzugt unter Zuhilfenahme der oben diskutierten Wechselstation. Anschließend wird das Substrat, während es sich im Substratträger befindet, behandelt, beispielsweise erhitzt, gereinigt, poliert, beschichtet, bestückt, etc.
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Vor dem Einbringen des Substrats in den Substratträger werden die Federn der Zentriervorrichtung, bevorzugt automatisch, nach außen bewegt. Falls der Substratträger die oben diskutierten Verschlussvorrichtungen aufweist, die dazu geeignet sind, das Substrat in dem Substratträger formschlüssig und kraftfrei zu halten, so werden bevorzugt vor dem Einbringen des Substrats in den Substratträger auch die Verschlussvorrichtungen, bevorzugt automatisch, geöffnet. In diesem Zustand, d.h. mit geöffneten Verschlussvorrichtungen und nach außen bewegten Federn, kann das Substrat problemlos in den Substratträger eingebracht werden. Nach dem Einbringen des Substrats werden dann die Federn der Zentriervorrichtung, bevorzugt automatisch, nach innen bewegt und gegebenenfalls die Verschlussvorrichtungen, bevorzugt automatisch, geschlossen. Das Substrat wird dann formschlüssig und kraftfrei in dem Substratträger gehalten und durch die Federn der Zentriervorrichtung in einer mittigen Lage positioniert. In diesem Zustand kann dann die Behandlung des Substrats erfolgen.
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Nach dem Prozessschritt (oder gegebenenfalls mehreren Prozessschritten) wird das Substrat wieder aus dem Substratträger entnommen. Sowohl das Einbringen als auch die Entnahme des Substrats erfolgt bevorzugt mit der oben diskutierten Wechselstation.
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Analog zum Vorgang des Einbringens werden vor dem Entnehmen des Substrats die Federn der Zentriervorrichtung, bevorzugt automatisch, nach außen bewegt und die optionalen Verschlussvorrichtungen vor dem Entnehmen des Substrats, bevorzugt automatisch, geöffnet.
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Wie oben bereits erwähnt wurde, ist die Erfindung besonders vorteilhaft, wenn sich der Substratträger und das Substrat beim Erwärmen oder Abkühlen unterschiedlich verhalten. Es ist daher bevorzugt, dass der Substratträger und/oder das Substrat zwischen dem Einbringen des Substrats und dem Behandeln des Substrats und/oder während dem Behandeln des Substrats von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erhitzt wird/werden. Dabei liegt die erste Temperatur bevorzugt in einem Bereich unter 100°C, stärker bevorzugt unter 80°C und besonders bevorzugt unter 70°C und die zweite Temperatur bevorzugt in einem Bereich über 120°C, stärker bevorzugt über 150°C und besonders bevorzugt über 180°C.
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Zwischen dem Einbringen des Substrats in den Substratträger und dem Behandeln des Substrats und/oder während dem Behandeln des Substrats wird das Substrat bevorzugt mit mehreren Verschlussvorrichtungen formschlüssig und kraftfrei in dem Substratträger, bevorzugt automatisch, gehalten.
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Gemäß einer ersten Variante kann das Substrat während dem Behandlungsschritt und bevorzugt auch beim Einbringen des Substrats in den Substratträger und/oder beim Entnehmen des Substrats aus dem Substratträger im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sein. In diesem Fall befindet sich die Zentriervorrichtung bevorzugt in der unteren Hälfte und besonders bevorzugt im unteren Drittel des Substrats. Es ist ferner bevorzugt, dass dann bei dem Schritt des Einbringens des Substrats in den Substratträger und/oder beim Schritt des Entnehmens des Substrats aus dem Substratträger im Wesentlichen keine Reibungskräfte zwischen dem Substrat und dem Substratträger wirken. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass das Substrat beim Einbringen in den Substratträger in Bezug auf eine durch den Substratträger definierte Ebene geneigt derart in den Substratträger eingebracht wird, dass zunächst die Unterkante des Substrats auf einer unteren Seite des Substratträgers aufliegt und anschließend das Substrat, bevorzugt reibungsfrei, in die Ebene des Substratträgers gekippt wird. Dies erfolgt bevorzugt mittels eines Roboters. Dabei kann eine relativ kleine Neigung des Substrats in Bezug auf die durch den Substratträger definierte Ebene ausreichend sein, beispielsweise ein Winkel von mindestens 1°, bevorzug mindestens 5° oder besonders bevorzug mindestens 15°. Analog ist es bevorzugt, dass beim Entnehmen des Substrats aus dem Substratträger das Substrat zunächst aus der durch den Substratträger definierten Ebene herausgekippt wird, sodass nur noch die Unterkante des Substrats auf einer unteren Seite des Substratträgers aufliegt, und anschließend das Substrat im geneigten Zustand, bevorzugt reibungsfrei, entnommen wird. Auch dies erfolgt bevorzugt mittels eines Roboters.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Diese zeigen:
- - 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Substratträger gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- - 2 die Feder einer erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in der offenen Stellung;
- - 3 die Feder gemäß 2 in der geschlossenen Stellung;
- - 4 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Substratträgers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- - 5 eine Detailansicht zu 4;
- - 6 eine Ansicht analog zur 5, jedoch mit versetztem Substrat;
- - 7 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Substratträger gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
- - 8 eine perspektivische Ansicht der Bewegungselemente für eine Zentriervorrichtung einer erfindungsgemäßen Wechselstation gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- - 9 eine perspektivische Ansicht der Bewegungselemente für eine Verschlussvorrichtung einer Wechselstation gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- - 10 einen vertikalen Querschnitt durch ein Substrat im Substratträger gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; und
- - 11 einen vertikalen Querschnitt durch das Substrat gemäß 10 während der Entnahme.
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Substratträgers 1 in Draufsicht. In dem Substratträger 1 ist hier bereits ein Substrat 2 aufgenommen, welches mittels mehrerer Verschlussvorrichtungen 4 in dem Substratträger 1 formschlüssig und kraftfrei gehalten wird. Auch wenn in der dargestellten Ausführungsform zehn Verschlusselemente 4 dargestellt sind, sollte selbstverständlich sein, dass auch weniger oder mehr Verschlusselemente in anderen symmetrischen oder asymmetrischen Anordnungen vorgesehen sein können. Der Substratträger 1 weist ferner eine Zentriervorrichtung auf, die dazu geeignet ist, das Substrat entlang einer ersten Achse zu zentrieren, wobei die Zentriervorrichtung zwei einander gegenüberliegende, nach innen vorgespannte Federn 3 aufweist.
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In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat 2 im Substratträger 1 im Wesentlichen vertikal ausgerichtet, sodass das Substrat 2 an seiner unteren Kante, die sich parallel zur ersten Achse zwischen den beiden Federn 3 erstreckt, auf dem Substratträger 1 aufliegt. Bei einer solchen Anordnung ist die vertikale Ausrichtung des Substrats 2 in Bezug auf den Substratträger 1 eben dadurch definiert, dass das Substrat 2 an seiner unteren Kante auf dem Substratträger aufliegt. Eine Zentrierung erfolgt lediglich in horizontaler Richtung, d.h. entlang der zwischen den beiden Federn 3 verlaufenden ersten Achse. Dafür sind mindestens zwei einander gegenüberliegende Federn 3 an den jeweiligen vertikalen Seitenkanten des Substrats 2 erforderlich, die bevorzugt auf jeweils derselben Höhe in Bezug auf die Unterkante des Substrats 2 angeordnet sind. Bevorzugt befinden sich die Federns 3 der Zentriervorrichtung in der Nähe der Unterkante, wie in 1 dargestellt. Dadurch können die Kräfte zur Zentrierung des Substrats 2 in dessen unteren Bereich angreifen. Die Federn können aber auch weiter oben vorgesehen sein. Ferner können auch zwei oder mehr Paare einander gegenüberliegender Federn vorgesehen sein.
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In den 2 und 3 ist die rechte der beiden Zentrierfedern 3 der 1 im Detail dargestellt, und zwar einmal in der offenen Stellung (vgl. 2) und einmal in der geschlossenen Stellung (vgl. 3). Die Feder 3 weist ein gebogenes Federelement 6 auf, das an zwei Halterungen 7 montiert ist. Dieses Federelement 6 besitzt einen Kontaktbereich 6a, der dazu vorgesehen ist, mit dem Substrat 2 an dessen Seitenkante in Kontakt zu treten. Dieser Kontaktbereich weist, wie in 2 zu sehen ist, eine Krümmung auf, deren Krümmungsradius bevorzugt mindestens 5 mm beträgt. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform endet das bewegliche Ende des Federelements 6 im Bereich des Kontaktbereichs 6a in einer Schlaufe bzw. einem Haken, die/der einen Aufnahmebereich für ein erstes Bewegungselement 9a aufweist bzw. bildet. Dieses erste Bewegungselement 9a kann Teil einer Wechselstation sein, die nachfolgend noch erläutert werden wird. In der dargestellten Ausführungsform ist das erste Bewegungselement 9a im Wesentlichen ein Stift, der in die Schlaufe oder Rundung bzw. den Haken des Federelements 6 eintauchen kann. In der in 2 gezeigten offenen Federstellung wird das Federelement 6 entgegen seiner Vorspannung mithilfe dieses Stifts 9a in der nach außen bzw. rechts ausgelenkten Stellung gehalten, sodass der Kontaktbereich 6a die Seitenkante des Substrats 2 nicht berührt. In dieser Stellung der Feder 3 kann das Substrat 2 auf einfache Weise und ohne Interaktion mit der Feder 3 in den Substratträger eingebracht bzw. aus diesem entnommen werden.
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Sobald das Substrat 2 in den Substratträger 1 eingebracht wurde, wird der Stift 9a entlang des Langlochs 8 auf einer Kreisbahn nach links bewegt (vgl. 3), sodass das Federelement 6 aufgrund seiner Vorspannung nach innen bzw. links federt und der Kontaktbereich 6a mit einer Seitenkante des Substrats 2 in Kontakt tritt. Um sicher zu stellen, dass sich das Federelement 6 nicht verhakt oder verkantet, kann ein zweites Bewegungselement 9b vorgesehen sein, das gemeinsam mit dem ersten Bewegungselement 9a entlang des gekrümmten Langlochs 8 bewegt wird und in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform von außen auf die Schlaufe bzw. den Haken des Federelements 6 drückt, um das Federelement 6 in die in 3 gezeigte Stellung zu bewegen. Anschließend können die beiden Stifte 9a und 9b aus den entsprechenden Aufnahmebereichen der Feder 3 entfernt werden, da das Federelement 6 nun allein aufgrund seiner Vorspannung auf die Seitenkante des Substrats 2 einwirkt.
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Dabei ist in 3 eine Situation dargestellt, in der der Kontaktbereich 6a des Federelements 6 der Feder 3 gerade mit einer Seitenkante des Substrats 2 in Kontakt tritt, ohne eine wesentliche Kraft auf das Substrat 2 auszuüben, da das bewegliche Ende des Federelements 6 in der in 3 dargestellten Stellung an dem Anschlag 14 anliegt. Würde sich jedoch nun ausgehend von der in 3 dargestellten Stellung das Substrat 2 entlang der ersten Achse, d.h. hier in horizontaler Richtung, ausdehnen (oder der Substratträger 1 entsprechend zusammenziehen), so würde die rechte Seitenkante des Substrats 2 den Kontaktbereich 6a des Federelements 6 nach außen bzw. rechts drücken, sodass das Federelement 6 nicht länger am Anschlag 14 anliegt. Die dann vom Federelement 6 auf die Seitenkante des Substrats 2 ausgeübte Federkraft (sowie die entsprechende Kraft des gegenüberliegenden Federelements) würden dann für eine symmetrische bzw. zentrierte Anordnung des Substrats 2 im Substratträger 1 sorgen.
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In 8 ist ein entsprechender Aktuator 11 einer nicht weiter dargestellten und an sich bekannten Wechselstation für das Öffnen und Schließen der Federn in perspektivscher Ansicht zu sehen. Der Aktuator 11 ist mit zwei Bewegungselementen versehen, von denen das erste Bewegungselement 10a deutlich zu erkennen ist. Dieses ragt durch das gekrümmte Langloch 8 hindurch in die von dem Federelement 6 im Bereich des Kontaktbereichs 6a gebildete Schlaufe hinein, wie zuvor unter Bezugnahme auf die 2 und 3 diskutiert wurde. Der Aktuator 11 bewirkt dabei eine Bewegung der beiden Bewegungselemente bzw. Stifte entlang des Langlochs 8 wie oben beschrieben. Ein weiterer nicht dargestellter Aktuator kann die beiden Bewegungselemente aus den entsprechenden Aufnahmebereichen 9a und 9b der Feder zurückziehen.
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Ein entsprechender Aktuator 13 und entsprechende Eingriffselemente oder Stifte 12a und 12b können für das Öffnen und Schließen der Verschlussvorrichtungen 4 vorgesehen sein (vgl. 9). Der Aktuator 13 bewegt für das Öffnen und Schließen mittels der Stifte 12a und 12b die in 9 dargestellte Verriegelungsschlaufe 4a, die das Substrat bspw. gegen ein Herauskippen aus dem Substratträger sichert.
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4 zeigt eine Schnittansicht des Substratträgers gemäß 1 gemäß der ersten Achse. Wie dort gut zu erkennen ist, liegt das Substrat 2 an seinen seitlichen Rändern an dem Substratträger 1 an und die beiden gegenüberliegenden (hier vertikalen) Seitenkanten des Substrats 2 stehen in Kontakt mit den Kontaktbereichen 6a des Federelements 6 der beiden Federn 3.
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5 zeigt ein vergrößertes Detail für die linke Feder 3, wo gut zu erkennen ist, dass die linke Seitenkante des Substrats 2 direkt am Kontaktbereich 6a der Feder 3 anliegt. Dabei ist es bevorzugt, dass die Ausdehnung bzw. Dicke D1 der Feder 3 im Kontaktbereich 6a senkrecht zur Substratoberfläche deutlich größer ist als die Dicke D2 des Substrats. Wie bereits erläutert, ist das Verhältnis zwischen D1 und D2 bevorzugt mindestens 1,5 und besonders bevorzugt mindestens 2.
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Der Vorteil dieses Merkmals wird in 6 ersichtlich, die analog zur 5 ist, wobei jedoch das Substrat 2 hier um einen Versatz V nach unten versetzt ist, was beispielsweise durch eine Krümmung des Substrats verursacht sein kann. Da die Dicke D1 größer ist also die Dicke D2, liegt die Außenkante des Substrats 2 in dieser Situation noch immer im Kontaktbereich 6a der Feder 3 an, sodass eine Zentrierung durch die Feder 3 weiterhin sichergestellt werden kann.
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Der erfindungsgemäße Substratträger ermöglicht unter anderem eine reibungsfreie Entnahme eines Substrats aus dem Substratträger, was anhand der schematischen Querschnittsansichten der 10 und 11 erläutert werden soll. 10 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch ein Substrat 2 im Substratträger 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wobei das Substrat 2 an seiner unteren Kante 2a auf dem Substratträger 1 aufliegt. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform weist der Substratträger im Bereich der Auflagefläche eine Leiste 15 aus einem Material mit einem geringen Haftreibungskoeffizienten auf, um die Haftreibungskraft zwischen Substrat und Substratträger zu minimieren. In der in 10 dargestellten Situation wird das Substrat mittels der Verriegelungsschlaufe 4a (vgl. auch 9) der Verschlussvorrichtung 4 gegen ein Herauskippen aus dem Substratträger gesichert. Der in 9 dargestellte Aktuator 13 bewegt nun für das Öffnen der Verschlussvorrichtung 4 die Verriegelungsschlaufe 4a nach unten (vgl. 11). In diesem Zustand kann nun das Substrat zunächst, bevorzugt mittels eines Roboters, aus der durch den Substratträger definierten (hier: vertikalen) Ebene herausgekippt werden, so dass nur noch die Unterkante 2a des Substrats 2 auf einer unteren Seite 15 des Substratträgers aufliegt, wie dies in 11 dargestellt ist. Anschließend kann das Substrat im geneigten Zustand, bevorzugt reibungsfrei, entnommen werden. Auf analoge Weise kann das Substrat reibungsfrei in den Substratträger eingebracht werden.
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Anstelle einer vertikalen Ausrichtung des Substrats kann das Substrat auch im Wesentlichen horizontal im Substratträger ausgerichtet sein, wie dies beispielhaft in 7 gezeigt ist. In diesem Fall ist es jedoch bevorzugt, dass zusätzlich zu den beiden Federn 3 der ersten Zentriervorrichtung eine weitere Zentriervorrichtung mit zwei Paaren einander gegenüberliegender, nach innen vorgespannter Federn 23 vorgesehen ist, die dazu geeignet ist, das Substrat entlang einer zweiten Achse zu zentrieren, die senkrecht zur ersten Achse verläuft. Die Anordnung der Federn 3 und 23 in 7 ist dabei exemplarisch, wobei jedoch die symmetrische Anordnung bevorzugt ist.
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In den dargestellten bevorzugten Ausführungsformen sind die Federn als Blattfedern ausgeführt. Es können jedoch auch andere Federtypen im Kontext der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Feder durch einfaches Aufstecken leicht montierbar und demontierbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0077431 A1 [0003]
- JP 2010103226 A [0003]
