DE10236456A1

DE10236456A1 - Haltevorrichtung für Substrate in einer Vakuumkammer

Info

Publication number: DE10236456A1
Application number: DE2002136456
Authority: DE
Inventors: Waldemar Lukhaub; Roland Wagner
Original assignee: Steag Hamatech AG
Current assignee: Steag Hamatech AG
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-02-26

Abstract

Die vorliegende Erfindung zeigt eine Haltevorrichtung (3) zum Halten eines ein Innenloch (9) aufweisenden Substrats (5), insbesondere eines optischen Datenträgers, in einer Vakuumkammer (1), wobei die Haltevorrichtung wenigstens eine mit einem Fluid gefüllte, ausdehnbare Kammer (28) aufweist und der Fluiddruck höher als der Vakuumdruck in der Vakuumkammer ist. Die Haltevorrichtung wird durch das Evakuieren der Vakuumkammer auf einen Druck niedriger als der Fluiddruck in der ausdehnbaren Kammer automatisch betätigt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Haltevorrichtung zum Halten eines Substrates, insbesondere eines optischen Datenträgers, in einer Vakuumkammer.

In der Technik werden solche Haltevorrichtungen beispielsweise in Sputteranlagen genutzt, in denen Substrate zur Herstellung eines optischen Datenträgers, wie einer CD oder einer CD-R usw., durch einen Sputterprozess im Vakuum beschichtet werden. Die bekannten Haltevorrichtungen weisen mechanische Teile auf, wie beispielsweise gefederte Kugeln, Federringe oder Druckstücke, die durch eine eigens dafür vorgesehene Vorrichtung betätigt werden, um das Substrat an seiner Innenlochkante zu greifen. Meistens weist eine solche Auslösevorrichtung eine kompliziert Mechanik auf, bei der sich viele Teile bewegen. Ferner tritt für gewöhnlich beim Betätigen der Haltevorrichtung eine Relativbewegung zwischen dem das Substrat haltenden Greifelement und der Innenlochkante des Substrats auf.

Solche reibende Relativbewegungen, insbesondere zwischen dem Greifelementen und dem Substrat können zu einem Abrieb führen, der die zu bearbeitende Oberfläche des Substrats kontaminiert und daher zu einem hohen Ausschuss bei der Herstellung der optischen Datenträger führt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung des eingangs genannten Typs zu schaffen, die selbsttätig, d.h. ohne gesonderte Ansteuerung ein Substrat in einer Vakuumkammer hält und dabei eine Relativbewegung zwischen dem zu haltenden Substrat und der Haltevorrichtung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Haltevorrichtung zum Halten eines ein Innenloch aufweisenden Substrats, insbesondere eines optischen Datenträgers, in einer Vakuumkammer gelöst, wobei die Haltevorrichtung wenigstens eine mit einem Fluid gefüllte, ausdehnbare Kammer aufweist und der Fluiddruck hö her als der Vakuumdruck in der Vakuumkammer ist. Hierdurch wird erreicht, dass sich die ausdehnbare Kammer ausdehnt, wenn der Vakuumdruck in der Vakuumkammer unter den Fluiddruck fällt. Die Haltevorrichtung wird demgemäß durch das Evakuieren der Vakuumkammer auf einen Druck niedriger als der Fluiddruck in der ausdehnbaren Kammer bzw. durch Einbringen in die Vakuumkammer automatisch betätigt, so dass eine gesonderte Betätigung entfällt. In entsprechender Weise wird die Haltevorrichtung automatisch gelöst, sobald der Druck in der Vakuumkammer ansteigt, bzw. die Haltevorrichtung aus der Vakuumkammer herausgenommen wird.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist die ausdehnbare Kammer im Innenloch plazierbar. Sie kann somit direkt auf das Innenloch zum Greifen des Substrats wirken.

Besonders vorteilhaft ist es wenn die Kammer abgedichtet ist. Die Haltevorrichtung mit einer abgedichteten Kammer kann einfach gestaltet werden und ist vielfältig einsetzbar.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die Haltevorrichtung ein Gegenlager zur Steuerung der Richtung der Ausdehnung der ausdehnbaren Kammer aufweist. Damit kann die Ausdehnung der Kammer im Wesentlichen auf beispielsweise in eine radiale Richtung auf eine Innenlochkante des Substrats zu oder eine gewünschte vertikale Richtung beschränkt werden.

Ferner ist es von Vorteil wenn eine lösbare Befestigungseinheit für die Haltevorrichtung vorgesehen wird. Dadurch kann die Haltevorrichtung für Wartungszwecke schnell und unkompliziert aus der Vakuumkammer herausgenommen werden.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt ist die ausdehnbare Kammer für eine im Wesentlichen radiale Ausdehnung angepasst. Durch die radiale Ausdehnung der Kammer kann das Substrat an einer Innenlochkante gehalten werden, ohne dass eine reibende Relativbewegung zwischen dem Substrat und der Haltevorrichtung auftritt. Dadurch werden Kontaminationen des Substrats durch Abrieb vermieden.

Bei einer besonders einfachen und vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Kammer durch wenigstens ein Schlauchelement definiert ist. Solche Schlauchelement sind einfach und kostengünstig herzustellen.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt ist das Schlauchelement einstöckig aus elastischem Werkstoff. Ein solcher Werkstoff könnt beispielsweise Silikon sein oder ein anderes geeignetes Elastomer. Dies gewährleistet eine kostengünstige und dennoch funktionssichere Haltvorrichtung, die schnell ausgetauscht werde kann.

Zur Verlängerung der Lebensdauer kann das Schlauchelement wenigstens ein Verstärkungselement an einer radial äußeren Oberfläche aufweisen. Besonders einfache Verstärkungselemente können durch einen Sprengring, ein Federblech oder wenigstens einen Blechstreifen realisiert werden.

Ferner kann das Schlauchelement vorteilhaft in seinem Inneren wenigstens ein Formsteuerungselement aufweisen, wobei das Formsteuerungselement vorzugsweise wenigstens ein Fangband aufweist. Solche Formsteuerungselemente geben neben aber auch zusammen mit dem zuvor erwähnten Gegenlager eine einfache Möglichkeit der Steuerung der Ausdehnung der ausdehnbaren Kammer in eine im wesentliche radiale Richtung.

Das Schlauchelement kann ringförmig sein. Eine kreissymmetrische Ringform gewährleistet ein symmetrisches Ausdehnen der Kammer in radialer Richtung, wodurch das Substrat beim Halten auch zum ringförmigen Schlauchelement zentriert werden kann.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung weist das Schlauchelement vertikale, elastische Seitenwänden auf, die sich im Wesentlichen nur in die radi ale Richtung ausbauchen und somit eine Relativbewegung zwischen dem Schlauchelement und dem Substrat unterbunden wird.

Wenn das Schlauchelement zudem zylinderförmig ist, hat dies zum Vorteil, dass bei der Ausdehnung der Seitenwände das Substrat gleichzeitig in Bezug auf das Schlauchelement zentriert wird.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt weisen die Seitenwände des Schlauchelements eine höhere Elastizität auf als Endwände des Schlauchelements. Dadurch wird erreicht, dass sich im Wesentlichen nur die Seitenwände radial ausbauchen und die Endwände des Schlauchelements beim Ausdehnen der ausdehnbaren Kammer im Wesentlichen ihre Position beibehalten.

Weiter können vorzugsweise wenigstens zwei Schlauchelemente vorgesehen sein, mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet sind, wodurch der Einsatz eines Innenlochgreifers ermöglicht wird.

Zusätzlich ist es dann von Vorteil, wenn die wenigstens zwei Schlauchelemente mit einem radial inneren Teil ihrer vertikalen Seitenwand an einem Gegenlager anliegen, so dass ihre Ausdehnung in Richtung auf die Innelochkante des Substrats gelenkt wird. Im Hinblick darauf ist es auch vorteilhaft, wenn das Gegenlager Zwischenräume zwischen den Schlauchelementen für den Zugriff eines Innenlochgreifer freilässt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Kammer durch einen ausdehnbaren Balg definiert, der mit wenigstens einem radial beweglichen Spannelement gekoppelt ist. Auch dadurch wird vorteilhaft bei einer automatischen Betätigung eine reibende Relativbewegung der Haltevorrichtung am Substrat bzw. dessen Innenlochkante vermieden.

Die Haltevorrichtung kann ein Betätigungselement aufweisen, das mit dem Balg gekoppelt ist und das Spannelement radial nach außen bewegt. Besonders einfach gestaltet sich die Haltevorrichtung, wenn das Betätigungsele ment eine konische Oberfläche aufweist, die in Eingriff mit dem Spannelement steht. Durch eine Vertikalbewegung des Balgs zusammen mit dem Betätigungselement wird das Spannelement radial bewegt und ohne eine reibende Bewegung mit der Innenlochkante des Substrats in Eingriff gebracht.

Ferner ist es von Vorteil, wenn das Spannelement in eine radial innere Position vorgespannt ist. Wenn sich der Balg aufgrund des Druckanstiegs in der Vakuumkammer wieder zusammenzieht, wird dadurch das Spannelement wieder in eine Ausgangsstellung außer Eingriff mit der Innenlochkante des Substrats gebracht.

Die Haltevorrichtung gestaltet sich besonders einfach, wenn das Spannelement Stifte, einen Federring, Kugeln oder einen radial aufweitbaren O-Ring aufweist.

Die zuvor erwähnten und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung verdeutlichen sich dem Fachmann aufgrund der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung, die folgendes zeigt:
1a eine schematische Seitenschnittansicht einer Haltevorrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, und zwar entlang der Linie Ia-Ia der 1b;
1b eine schematische Schnittansicht der Haltevorrichtung der 1a, und zwar entlang der Linie Ib-Ib der 1a;
2a eine schematische Seitenschnittansicht der Haltevorrichtung der 1a in einer Halteposition, und zwar entlang der Linie IIa-IIa der 2b;
2b eine schematische Schnittansicht der Haltevorrichtung der 2a, und zwar entlang der Linie Ilb-Ilb der 2a;
3a eine schematische Seitenschnittansicht einer Haltevorrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, und zwar entlang der Linie IIIa-IIIa der 3b;
3b eine schematische Draufsicht der Haltevorrichtung der 3a;
4a eine schematische Seitenschnittansicht der Haltevorrichtung der 3a in einer Halteposition, und zwar entlang der Linie IVa-IVa der 4b;
4b eine schematische Draufsicht der Haltevorrichtung der 4a;
5a eine schematische Seitenschnittansicht einer Haltevorrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, und zwar entlang der Linie Va-Va der 5b;
5b eine Schnittansicht der Haltevorrichtung der 5a, und zwar entlang der Linie Vb-Vb der 5a;
6a eine schematische Seitenschnittansicht der Haltevorrichtung der 5a in einer Halteposition, und zwar entlang der Linie VIa-VIa der 6b;
6b eine schematische Schnittansicht der Haltevorrichtung der 6a, und zwar entlang der Linie VIb-VIb der 6a;
7a eine schematische Seitenschnittansicht einer Haltevorrichtung eines vierten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, und zwar entlang der Linie VIIa-VIIa der 7b;
7b eine schematische Draufsicht der Haltevorrichtung der 7a;
8a eine schematische Seitenschnittansicht der Haltevorrichtung der 7a in einer Halteposition, und zwar entlang der Linie VIIIa-VIIIa der 8b;
8b eine schematische Draufsicht der Haltevorrichtung der 8a;
9a bis 9c schematische Seitenschnittansichten von Abwandlungen von Schlauchelementen mit einem Verstärkungselement.
Zur Vermeidung von Wiederholungen werden in den Figuren gleiche Bezugszeichen für gleiche oder äquivalente Teile und Merkmale der Ausführungsbeispiele verwendet.
Die 1a und 1b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer in einer Vakuumkammer 1 angeordnete Haltevorrichtung 3 zum Halten eines Substrats 5 auf einem Substratteller 7.
Das Substrat 5 ist beispielsweise ein scheibenförmiges CD-Substrat mit einem Innenloch 9. Wie allgemein bekannt ist, sind solche Substrate aus Kunststoff hergestellt, wobei sie zur Herstellung der CD bzw. eines optischen Datenträgers in einer Sputteranlage mit einem geeigneten Material beschichtet werden.
Die nicht näher dargestellte Vakuumkammer 1 ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel Teil einer solchen Sputteranlage. Beispielsweise ist die Vakuumkammer 1 eine Vakuumschleuse, die zum Einschleusen des Substrats 5 in eine nicht gezeigte Sputterkammer dient. Die Vakuumkammer 1 kann derart aufgebaut sein, dass sie für das Auflegen des Substrats 5 auf den Substratteller 7 auf Atmosphärendruck P_A belüftet werde kann. Ein solcher Zustand ist in den 1a und 1b gezeigt. Anschließend wird die Vakuumkammer 1 durch einen nicht gezeigten, geeigneten Mechanismus abgedichtet und auf einen deutlich unter Atmosphärendruck liegenden Vakuumdruck Pv evakuiert. Dieser Zustand ist in den 2a und 2b gezeigt.
Die Sputterkammer weist ebenfalls einen Vakuumdruck auf, der deutlich kleiner als der Atmosphärendruck P_A ist. Ferner ist die Sputterkammer in geeigneter Weise mit der Vakuumkammer 1 verbunden, so dass der Substratteller 7 zusammen mit dem Substrat 5 in die Sputterkammer transportiert werde kann, sobald die Vakuumkammer 1 auf den Vakuumdruck P_V gebracht wurde. In der Sputterkammer wird das Substrat 5 durch einen Sputterprozess beschichtet. Solche Prozessstationen zum Bearbeiten von beispielsweise optischen Datenträgern sind im Stand der Technik gut bekannt.
Es ist klar, dass das Substrat 5 ausgehend von der Vakuumkammer 1 auch in weitere Vakuumkammern transportiert werden könnte, in denen andere Prozesse als der zuvor erwähnte Sputterprozess durchgeführt werden. In solchen mit der Vakuumkammer 1 verbundenen Vakuumkammern herrschen ebenfalls Vakuumbedingungen mit einem Vakuumdruck deutlich kleiner als dem Atmosphärendruck P_A.
Nachdem das Substrat 5 durch einen Sputterprozess im Vakuum behandelt wurde, wird es wieder der Vakuumkammer 1 zugeführt. Die Vakuumkammer 1 wird dann auf Atmosphärendruck P_A belüftet oder mit trockenem Gas, beispielsweise Stickstoffgas geflutet, so dass sie zur Entnahme des Substrats 5 durch eine nicht gezeigte geeignete Greifvorrichtung, beispielsweise einen Vakuumgreifer, geöffnet werden kann.
Der Substratteller 7 kann Teil eines nicht gezeigten Drehtisches sein, der den Substratteller 7 zusammen mit dem durch die Haltevorrichtung 3 darauf gehaltenen Substrat 5 der Sputterkammer zuführt. Anlagen mit solchen Drehtischen sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Die Haltevorrichtung gemäß der Erfindung kann aber auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine Substratauflage ähnlich zum Substratteller 7 nicht zu einem Drehtisch gehört. Beispielsweise könnte der Substratteller 7 auch mit einem nicht gezeigten Transportarm verbunden sein, der ihn zusammen mit dem darauf gehaltenen Substrat 5 einem in einer weiteren, nicht gezeigten Vakuumkammer durchzuführenden Prozess zuführt.
Wie am besten in den 1a und 2a zu sehen ist, weist der Substratteller 7 eine Substratauflagefläche 11 auf, auf der das Substrat 5 mit einer Unterseite 13 aufliegt. Eine zu bearbeitende Oberseite 15 des Substrats 5 wird beispielsweise durch den zuvor erwähnte Sputterprozess beschichtet.
Im Bereich des Innenlochs 9 des Substrats 5 weist der Substratteller 7 eine Vertiefung 17 auf, in der die Haltevorrichtung 3 montiert ist. Beispielsweise könnte die Haltevorrichtung in die Vertiefung geklebt werden. Es könnte aber auch eine nicht gezeigte Montiervorrichtung bzw. eine lösbare Befestigungseinheit, wie beispielsweise geeignete Klemmen, genutzt werden, die ein einfaches Abnehmen und Austauschen der Haltevorrichtung 3 zu Wartungszwecken gestattet.
Die Haltevorrichtung 3 des ersten Ausführungsbeispiels weist ein im Wesentlichen zylinderförmiges Schlauchelement 20 mit einer Seitenwand 22 und kreisrunden Endwänden 24 und 26 auf. Das Schlauchelement 20 ist einstückig aus einem elastischen Werkstoff, wie beispielsweise aus Silikon gefertigt. Die Seitenwand 22 besitzt eine Dicke, die zum einen gewährleistet, dass das Schlauchelement eine ausreichende Stabilität hat, so dass es nicht zusammensackt, und andererseits ausreichend Elastizität vorsieht, so dass sich die Seitenwand 22 unter Druckbeaufschlagung verformen kann. Die Endwände 24 und 26 sind dagegen dicker, so dass sie bei einer Druckbeaufschlagung weniger leicht nachgeben.
Das Schlauchelement 20 bildet in seinem Inneren eine Kammer 28, die mit einem Fluid 30 gefüllt ist, dessen Druck höher als der Vakuumdruck P_V in der Vakuumkammer 1 ist. Der Druck des Fluids 30 entspricht im Wesentlichen dem Atmosphärendruck P_A. Ferner ist die Kammer 28 abgedichtet, so dass das Fluid 30 nicht daraus entweichen kann.
Im in den 1a und 1b gezeigten Zustand ist die Vakuumkammer 1 auf Atmosphärendruck P_A belüftete. Da der Fluiddruck im Wesentlichen dem Atmosphärendruck P_A entspricht, liegt kein bemerkenswerter Druckunterschied zwischen dem die Kammer 28 definierenden Schlauchinneren und der durch die Vakuumkammer definierten Schlauchaußenseite vor, so dass die Seitenwand 22 unverformt ist und im Wesentlichen vertikal verläuft. Das Schlauchelement 20 wiest einen radialen Durchmesser auf, so dass es in das Innenloch 9 des Substrats 5 plaziert werden kann. In anderen Worten ist der Außendurchmesser des zylinderförmigen Schlauchelements 22 kleiner als der Innendurchmesser des Innenlochs 9 des Substrats 5, so dass bei belüfteter Vakuumkammer 1 das Substrat 5 über das Schlauchelements 22 auf den Substratteller 7 aufgelegt werde kann, ohne mit der Innenkante des Innenlochs 9 an der Seitenwand 22 des Schlauchelements 20 zu reiben.
Sobald die Vakuumkammer 1 auf den Vakuumdruck P_V gebracht wird, entsteht ein deutlicher Druckunterschied zwischen dem Fluid 30 in der Kammer 28 und der Vakuumkammer 1. Der so erzeugte Druckunterschied ruft eine Ausdehnung der Kammer 28 hervor, und zwar in eine radiale Richtung des Schlauchelements 20. Wie in den 2a und 2b gezeigt, wird dies dadurch erreicht, dass die Seitenwand 22 des Schlauchelements 20 leichter verformbar ist als die Endwände 24 und 26. Insbesondere wird die Seitenwand 22 bei einem Druckunterschied nach außen, also vorwiegend in eine Richtung parallel zur Substratauflagefläche 11 ausgebaucht. Die sich ausbauchende Seitenwand 22 kommt unter Spannung an der Innenkante des Innenlochs 9 des Substrats 5 zur Anlage und hält es auf dem Substratteller 7. Durch die symmetrische Ausdehnung des zylindrischen Schlauchelements 20 wird gleichzeitig eine Zentrierung des Substrats auf dem Substratteller 7 erreicht.
Die Haltevorrichtung 3 wird beim Evakuieren der Vakuumkammer 1 somit automatisch zum Halten des Substrats 5 betätigt, indem sich die ausdehnbare Kammer 28 in radialer Richtung ausdehnt und die elastische Seitenwand 22 des Schlauchelements 20 unter Spannung an der Innenlochkante des Substrats 5 anliegt. Sobald die Vakuumkammer 1 wieder auf Atmosphärendruck P_A belüftet wird, kehrt die elastische Seitenwand 22 des Schlauchelements 20 wieder in ihre vertikale Ausgangsstellung zurück und gibt die Innenlochkante des Substrats 5 frei, so dass dieses vom Substratteller 7 abgenommen werde kann.
In den 3a bis 4b ist eine Haltevorrichtung 33 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist die Haltevorrichtung 33 in einer Vakuumkammer 1 angeordnet und dient zum Halten eines Substrats 5 auf einem Substratteller 7, wobei die Vakuumkammer 1, das Substrat 5 und der Substratteller 7 im Wesentlichen ähnlich aufgebaut sind wie im ersten Ausführungsbeispiel und daher zur Vermeidung von Wiederholungen eine genauere Beschreibung derselben an dieser Stelle nicht erfolgt.
Wie am besten in den 3a und 4a zu sehen ist, ist die Haltevorrichtung 33 in einer Vertiefung 35 des Substrattellers 7 angebracht. Wie bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann die Haltevorrichtung 33 in die Vertiefung 35 geklebt sein oder durch eine nicht gezeigte geeignete Befestigungseinheit, wie beispielsweise Klemmen, darin gehalten sein, so dass ein einfacher und schneller Austausch der Haltevorrichtung gewährleistet ist.
Die Haltevorrichtung 33 des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst ein ringförmiges, hohles Schlauchelement 37 gleich einem hohlen O-Ring. Das Schlauchelement 37 ist einstückig aus einem elastischem Werkstoff, beispielsweise Silikon, gefertigt. Das Schlauchelement 37 weist eine Wand 39 mit gleichförmiger Dicke auf, die bei Druckbeaufschlagung elastisch verformbar ist.
Durch das Innere des Schlauchelements 37 wird eine ausdehnbare Kammer 41 definiert, die mit einem Fluid 43 gefüllt ist. Die Kammer 41 ist abgedichtet, so dass das Fluid 43 nicht entweichen kann. Das Fluid 43 weist einen Druck auf, beispielsweise Atmosphärendruck P_A, der deutlich höher ist als der Vakuumdruck P_V der abgepumpten bzw. evakuierten Vakuumkammer 1.
Bei auf Atmosphärendruck P_A belüfteter Vakuumkammer 1 weist das ringförmige Schlauchelement 37 einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser eines Innenlochs 9 des Substrats 5, so dass die Haltevorrichtung 33 in das Innenloch 9 passt und das Substrat ohne Reibung am Schlauchelement 37 auf den Substratteller 7 aufgelegt werden kann.
Wie in den 4a und 4b gezeigt ist, entsteht beim Evakuieren der Vakuumkammer 1 auf einen Vakuumdruck P_V zwischen der Kammer 41 und der Vakuumkammer 1 ein deutlicher Druckunterschied, der zu einer Ausdehnung der Kammer 41 führt. Diese Ausdehnung erfolgt gleichmäßig, also auch in radiale Richtung, bis die Außenseite des ringförmigen Schlauchelements 37 an einer Innenlochkante des Substrats 5 zur Anlage kommt und dieses unter elastischer Spannung auf dem Substratteller 7 hält. Solange der Druckunterschied beibehalten wird, hält die Haltevorrichtung 33 das Substrat 5 auf dem Substratteller 7.
Sobald der Druckunterschied abgebaut wird, beispielsweise durch Belüften der Vakuumkammer 1 auf Atmosphärendruck P_A, kehrt das ringförmige Schlauchelement 37 aufgrund seiner Elastizität wieder in die in den 3a und 3b gezeigte Ausgangsstellung zurück. Das Substrat 5 kann dann wieder leicht vom Substratteller 7, beispielsweise durch einen nicht gezeigten Vakuumgreifer, abgenommen werden.
Die 5a bis 6b zeigen eine Haltevorrichtung 53 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Haltevorrichtung 53 ist in einer Vakuumkammer 1 angeordnet und dient zum Halten eines Substrats 5 auf einem Substratteller 7, wobei die Vakuumkammer 1, das Substrat 5 und der Substratteller 7 im Wesentlichen ähnlich aufgebaut sind wie im ersten Ausführungsbeispiel und sie daher zur Vermeidung von Wiederholungen nicht genauer beschrieben werden.
Die Haltevorrichtung 53 ist wie die Haltevorrichtung 3 des ersten Ausführungsbeispiels in einer Vertiefung 17 des Substrattellers 7, beispielsweise durch Kleben oder eine nicht gezeigte, lösbare Befestigungseinheit, angebracht. Die Haltevorrichtung 53 weist drei gleich aufgebaute, zylindrische Schlauchelemente 55 mit einer jeweiligen Seitenwand 57 und jeweiligen kreisrunden Endwänden 58 und 59 auf. Die Schlauchelemente 55 sind einstückig aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise aus Silikon, gefertigt. Wie am besten aus 5b ersichtlich ist, sind die Schlauchelemente 55 kreisförmig mit gleichmäßigem Winkelabstand zueinander in der Vertiefung 17 des Substrattellers 7 angeordnet.
Mit einem zum Inneren der kreisförmigen Anordnung weisenden Teil liegen die Seitenwände 57 an einem Gegenlager 61 an. Am Gegenlager 61 sind Ausnehmungen ausgebildet, die eine runde Anlagefläche 63 für die Seiten wände 57 der Schlauchelemente 55 bieten. Die Seitenwände 57 können mit dem Gegenlager 61 an den Anlageflächen 63 fest verbunden sein oder sie können lediglich dort anliegen ohne damit durch beispielsweise Verkleben verbunden zu sein. Ferner hat das Gegenlager 61 eine im wesentlichen dreieckige Querschnittsform mit Seitenwänden 65. Die Anlageflächen 63 sind sozusagen an den Ecken der dreieckigen Grundform angeordnet. Somit werden zwischen dem Gegenlager 61 und dem Innenloch 9 Zwischenräume 67 gebildet, die einen ausreichenden Raum zwischen dem Gegenlager 61 und der Innenlochkante des Substrats 5 vorsehen, so dass das Substrat 5 durch einen Innenlochgreifer aufgenommen und abgelegt werden kann. Das Gegenlager 61 ist aus einem festen, nicht elastischen Werkstoff gefertigt, wie beispielsweise aus Metall.
Wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bilden die Schlauchelemente 55 in ihrem Inneren Kammern 69, die mit einem Fluid 71 gefüllt sind, dessen Druck höher als der Vakuumdruck P_V in der Vakuumkammer 1 ist. Der Druck des Fluids 71 entspricht im Wesentlichen dem Atmosphärendruck P_A. Ferner sind die Kammern 69 abgedichtet, so dass das Fluid 71 nicht daraus entweichen kann.
Im in den 5a und 5b gezeigten Zustand ist die Vakuumkammer 1 auf Atmosphärendruck P_A belüftete. Da der Fluiddruck im Wesentlichen dem Atmosphärendruck P_A entspricht, liegt kein bemerkenswerter Druckunterschied zwischen dem die Kammern 69 definierenden Inneren der Schlauchelemente 55 und der durch die Vakuumkammer definierten Schlauchaußenseite vor, so dass die Seitenwände 57 unverformt sind und im Wesentlichen vertikal verlaufen. Die zylinderförmigen Schlauchelement 57 sind in der kreisförmigen Anordnung derart plaziert, dass die nach außen weisenden Seitenwände 57 einen Umfang definieren, der kleiner als der Innendurchmesser des Innenlochs 9 des Substrats 5 ist und die Haltevorrichtung 53 in das Innenloch 9 passt. Somit kann das Substrat bei belüfteter Vakuumkammer 1 über die Schlauchelement 57 auf den Substratteller 7 aufgelegt werde, ohne Wesent lich mit der Innenkante des Innenlochs 9 an den Seitenwänden 57 der Schlauchelemente 55 zu reiben.
Sobald die Vakuumkammer 1 auf den Vakuumdruck P_V gebracht wird, entsteht ein deutlicher Druckunterschied zwischen dem Fluid 71 in den Kammern 69 und der Vakuumkammer 1. Der so erzeugte Druckunterschied ruft eine Ausdehnung der Kammern 69 hervor, und zwar vorzugsweise in eine radiale Richtung des Schlauchelements 20 nach außen in Richtung auf die Innenlochkante des Substrats 5 zu. Wie in den 6a und 6b gezeigt, wird dies dadurch erreicht, dass die Seitenwände 57 der Schlauchelemente 55 in der kreisförmigen Anordnung innen am Gegenlager 61 anliegen und durch dieses gehalten werden. Nach außen in Richtung auf die Innenlochkante des Substrats 5, also vorwiegend in eine Richtung parallel zur Substratauflagefläche 11, können sich die Seitenwände 57 aufgrund des Druckunterschieds ausdehnen. Die sich ausbauchenden Seitenwände 57 kommen unter Spannung an der Innenkante des Innenlochs 9 des Substrats 5 zur Anlage und halten es auf dem Substratteller 7. Durch die symmetrische Ausdehnung der zylindrischen Schlauchelemente 55 nach außen wird gleichzeitig eine Zentrierung des Substrats auf dem Substratteller 7 erreicht.
Wie bei den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen wird die Haltevorrichtung 53 beim Evakuieren der Vakuumkammer 1 somit automatisch zum Halten des Substrats 5 betätigt, indem sich die ausdehnbaren Kammern 69 in radialer Richtung ausdehnen und die elastischen Seitenwände 57 der Schlauchelement 55 unter Spannung an der Innenlochkante des Substrats 5 anliegt. Sobald die Vakuumkammer 1 wieder auf Atmosphärendruck P_A belüftet wird, kehren die elastische Seitenwände 57 der Schlauchelemente 55 wieder in ihre vertikalen Ausgangsstellungen zurück und geben die Innenlochkante des Substrats 5 frei, so dass dieses vom Substratteller 7 durch beispielsweise einen Innenlochgreifer abgenommen werde kann.
Anhand der 7a bis 8b wird eine Haltevorrichtung 83 eines vierten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung beschrieben. Die Haltevorrich tung 83 ist in einer Vakuumkammer 1 angeordnet und dient zum Halten eines Substrats 5 auf einem Substratteller 85. Das Substrat 5 weist ein Innenloch 9 auf und liegt mit einer Unterseite 13 auf einer Substratauflagefläche 87 des Substrattellers 85. Die Haltevorrichtung 83 ragt durch eine Öffnung 89 des Substrattellers 85 hindurch, die im Bereich des Innenlochs 9 des Substrats 5 ausgebildet ist.
Wie aus den 7a und 8a zu sehen ist, weist die Haltevorrichtung 83 einen zylindrischen Balg 91 mit einer gefalteten Seitenwand 93 und kreisrunden unteren und oberen Endwänden 95 bzw. 97 auf. Die untere Endwand 95 des Balgs 91 wird in ihrer Position durch eine geeignete nicht gezeigte Anlagefläche gehalten. Eine solche Anlagefläche kann beispielsweise auch durch einen Substratteller mit einer entsprechenden Vertiefung gebildet werden, in die der Balg eingesetzt werden kann. Ferner hat der Balg 91 einen radialen Durchmesser, der klein genug ist, so dass er in das Innenloch 9 ohne damit in Kontakt zu kommen passt.
An der oberen Endwand 97 des Balgs 91 ist ein Betätigungselement 99 angeordnet, das mit dem Balg 91 zusammenarbeitet um ein Spannelement 101 aus einer Freigabeposition in eine Halteposition zu bewegen, in der es das Substrat 5 auf dem Substratteller 85 hält. Das Spannelement 101 ist durch das Betätigungselement 99 in eine radiale Richtung bewegbar, d.h. im Wesentlichen parallel zur Substratauflagefläche 87, um an einer Innenlochkante des Substrats 5 unter Spannung zur Anlage zu kommen und dieses dann auf dem Substratteller 85 zu halten.
Wie aus den 7a und 8a ersichtlich ist, weist das Betätigungselement 99 einen sich nach oben konisch verjüngenden Kegelstumpf 103 auf, der mit einer Basis 105 auf der oberen Endwand 97 des Balgs 91 angeordnet ist. Wie weiter aus den 7b und 8b ersichtlich ist, weist das Spannelement vier Stifte 107 auf, die mit ihren Längsachsen parallel zur Substratauflagefläche 87 positioniert sind. Die Stifte 107 liegen mit schrägen Innenflächen 109 auf der Oberfläche des Kegelstumpfes 103 auf. Die Neigung der Innenflächen 109 entspricht der Neigung der Oberfläche des Kegelstumpfes 103. An den Außenseiten weisen die Stifte 107 Analageflächen 111 auf, die bei einer Betätigung durch das Betätigungselement 99 an der Innenkante des Substrats 5 unter Spannung zur Anlage kommen.
Die Stifte 107 sind derart elastisch vorgespannt, dass sie fortwährend gegen die Oberfläche des Kegelstumpfes 103 gedrückt werden. Dies ist schematisch in den 7a und 8a durch eine Rückstellfeder 113 angedeutet, die gegenüber liegende Stifte 107 verbindet, so dass die Federkraft eine Rückstellkraft für die Stifte 107 darstellt.
Durch den Balg 91 wird eine ausdehnbare Kammer 118 definiert, die sich vertikal bzw. in eine Richtung senkrecht zur Substratauflagefläche 87 ausdehnen kann. Die Kammer 118 ist mit einem Fluid 120 gefüllt, dessen Druck höher als der Vakuumdruck P_V in der Vakuumkammer 1 ist. Der Druck des Fluids 120 entspricht im Wesentlichen dem Atmosphärendruck P_A. Ferner ist die Kammer 118 abgedichtet, so dass das Fluid 120 nicht daraus entweichen kann.
Im in den 7a und 7b gezeigten Zustand ist die Vakuumkammer 1 auf Atmosphärendruck P_A belüftete. Da der Fluiddruck im Wesentlichen dem Atmosphärendruck P_A entspricht, liegt kein bemerkenswerter Druckunterschied zwischen dem die Kammer 28 definierenden Balginneren und der durch die Vakuumkammer definierten Balgaußenseite vor, so dass die Seitenwand 93 unverformt ist und eine Ausgangshöhe h des Balgs 91 definiert. Die Ausgangshöhe h ist derart gewählt, dass die mit ihren Innenflächen 109 an der Oberfläche des Kegelstumpfes 103 anliegenden Stifte 107 einen ausreichenden Abstand zwischen ihren Außenflächen 111 und der Innenlochkante des Substrats 5 haben, so dass das Substrat 5 ohne Wesentlichen Kontakt mit den Stiften 107 auf den Substratteller 85 aufgelegt werde kann.
Sobald die Vakuumkammer 1 auf den Vakuumdruck P_V gebracht wird, entsteht ein deutlicher Druckunterschied zwischen dem Fluid 120 in der Kam mer 118 und der Vakuumkammer 1. Der so erzeugte Druckunterschied ruft eine Ausdehnung der Kammer 118 hervor, und zwar vorzugsweise in eine vertikale Richtung bis zu einer Endhöhe H des Balgs 91, wie diese übertrieben in 8a dargestellt ist. Die vertikale Ausdehnung der Kammer 118 hat ein Anheben der oberen Endwand 97 und damit des Kegelstumpfes 103 zur Folge, weil die untere Endwand 95 festgehalten wird. Der sich nach oben bewegende Kegelstumpf 103 schiebt die Stifte 107 radial nach außen, die mit ihren Innenflächen 109 an der Oberfläche des Kegelstumpfes 103 abgleiten. Die Stifte 107 können solange durch den Kegelstumpf 103 nach außen geschoben werden, bis sie mit ihren Anlageflächen 111 die Innenlochkante des Substrats greifen und dieses auf dem Substratteller 85 halten.
Durch die symmetrische Bewegung der Stifte 107 radial nach außen wird gleichzeitig ein Zentrieren des Substrats 5 auf dem Substratteller 85 ermöglicht.
Die Haltevorrichtung 83 wird beim Evakuieren der Vakuumkammer 1 somit automatisch zum Halten des Substrats 5 betätigt, indem sich die ausdehnbare Kammer 28 in vertikaler Richtung ausdehnt und über das Betätigungselement 99 eine Bewegung des Spannelements radial nach außen bewirkt, das dann unter Spannung mit der Innenlochkante des Substrats 5 in Eingriff kommt. Sobald die Vakuumkammer 1 wieder auf Atmosphärendruck P_A belüftet wird, zieht sich der Balg 91 wieder zusammen und senkt damit den Kegelstumpf 103 ab. Die Stifte 107 kehren aufgrund der Rückstellkraft der Rückstellfeder 113 wieder in ihre radial innere Ausgangsstellung zurück und geben die Innenlochkante des Substrats 5 frei, so dass dieses vom Substratteller 83, beispielsweise durch einen Vakuumgreifer oder einen Innenlochgreifer, abgenommen werde kann.
In den 9a bis 9c sind Abwandlungen der Schlauchelemente 20, 37 und 55 der ersten bis dritten Ausführungsbeispiele gezeigt. In den Abwandlungen sind die Schlauchelemente mit jeweiligen Verstärkungselementen versehen, die eine Abnutzung der Oberflächen der Seitenwände, die mit dem Substrat 5 an dessen Innenlochkante in Eingriff kommen, reduzieren.
9a zeigt ein zylinderförmiges Schlauchelement 20 zur Verwendung im ersten Ausführungsbeispiel mit einem ringförmigen Federblech 130, das an der äußeren Oberfläche einer Seitenwand 22 des Schlauchelements 20 angebracht ist und sich mit der Ausdehnung des Schlauchelements ebenfalls elastisch aufweitet.
In 9b ist ein ringförmiges Schlauchelement 37 zur Verwendung im zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, an dessen Außenoberfläche ein Sprengring 132 angebracht ist. Der Sprengring 132 weitet sich mit der Ausdehnung des ringförmigen Schlauchelements 37 auf und kommt an der Innenlochkante des Substrats zur Anlage.
9c zeigt schließlich Schlauchelemente 55, die in der Haltevorrichtung 53 des dritten Ausführungsbeispiel verwendet werde können. An den Oberflächen von Seitenwänden 57 der Schlauchelemente 55, die mit einer Innenlochkante des Substrats 5 in Eingriff kommen, sind Blechstreifen 134 vorgesehen, die die Oberfläche der Substratwände 57 vor Abnutzung schützen.
Die Verstärkungselemente können aus jeglichem Material gefertigt werde, das die Abnutzung der Haltevorrichtungen 3, 33, 53 reduziert und somit die Lebensdauer der Schlauchelemente deutlich erhöht. Wenn das sich aufweitenden Federblech 130 oder der Spannring 132 als Verstärkungselement genutzt werden, muss das ausgewählte Material zudem ausreichend elastisch sein, so dass es der Bewegung der ausdehnbaren Kammern 28, 41 und 69 folgen kann. Geeignete Materialien sind beispielsweise Metalle oder Kunststoffe mit guten Federeigenschaften. Selbstverständlich können die beschriebenen Verstärkungselement und andere dem Fachmann bekannte Formen von solchen Verstärkungselementen geeignet mit den bevorzugten Formen der Schlauchelemente kombiniert werden.
Ferner können auch andere als die beschriebenen Formen für die Schlauchelemente, die für die Verwendung in der Erfindung geeignet sind, durch den Fachmann ausgewählt werden. Beispielsweise könnte die Form der ausdehnbaren Kammer beim Ausdehnen auch durch ein oder mehrere Formsteuerungselemente im Inneren der Schlauchelemente beeinflusst werden. Solche Formsteuerungselemente könnten Fangbänder sein, die beispielsweise den Abstand zwischen der oberen und unteren Endwand 24 bzw. 26 des Schlauchelements 20 des ersten Ausführungsbeispiels konstant halten. Ferner könnten die Formsteuerungselemente auch die ausdehnbare Kammer unterteilende Innenwände sein, die Durchlässe aufweisen, durch die das in der Kammer enthaltende Fluid strömen kann.
Es sei auch erwähnt, dass eine Haltevorrichtung mit einem ringförmige Schlauchelement, wie das Schlauchelement 37 des zweiten Ausführungsbeispiel, ein Gegenlager aufweisen kann, so dass die Ausdehnung des Schlauchelements im Wesentlichen in Richtung auf das Innenloch des Substrats gelenkt wird.
Das in den beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendete Fluid kann Umgebungsluft sein, die beim Herstellen der Schlauchelemente 20, 37, 53 bzw. des Balgs 91 bei Atmosphärendruck P_A darin eingeschlossen wird. Das Fluid könnte aber auch ein anderes geeignetes Gas sein. Denkbar ist auch der Einschluss eines Gemisches eines zum Teil als Gas, zum Teil als Flüssigkeit vorliegenden Fluids in der Kammer, wobei das flüssige Fluid beim Ausdehnen der Kammer zum Teil verdampft, so dass der Druck in der ausdehnbaren Kammer konstant bleibt.
Die ausdehnbaren Kammern der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele sind abgedichtet, so dass das darin enthaltene Fluid nicht entweichen kann. Die ausdehnbare Kammer gemäß der Erfindung könnte aber auch über eine geeignete Verbindung mit einem Fluidreservoir oder Atmosphäre verbunden sein, so dass ein konstanter Fluiddruck vorgesehen wird, der deutlich über dem Vakuumdruck P_V der Vakuumkammer 1 liegt. Beim Absenken des Drucks in der Vakuumkammer 1 von Atmosphärendruck P_A auf den Vakuumdruck P_V dehnt sich die ausdehnbare Kammer dann aufgrund des konstanten Fluiddrucks erfindungsgemäß aus.
Aus den zuvor beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispielen ergeben sich dem Fachmann Abwandlungen und Modifikationen, die zum Teil schon erwähnt wurden, zum Teil aber aus der Beschreibung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung ersichtlich sind. Solche Abwandlungen und Modifikationen der Erfindung sollen durch die angefügten Patentansprüche mit umfasst sein.

Claims

Haltevorrichtung (3; 33; 53; 83) zum Halten eines ein Innenloch (9) aufweisenden Substrats (5), insbesondere eines optischen Datenträgers, in einer Vakuumkammer (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (3; 33; 53; 83) wenigstens eine mit einem Fluid (30; 43; 71; 120) gefüllte, ausdehnbare Kammer (28; 41; 69; 118) aufweist und der Fluiddruck (P_A) höher als der Vakuumdruck (P_V) in der Vakuumkammer (1) ist.
Haltevorrichtung (3; 33; 53; 83) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausdehnbare Kammer (28; 41; 69; 118) im Innenloch (9) plazierbar ist.
Haltevorrichtung (3; 33; 53) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (28; 41; 69) abgedichtet ist.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung ein Gegenlager (61) zur Steuerung der Richtung der Ausdehnung der ausdehnbaren Kammer aufweist.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine lösbare Befestigungseinheit für die Haltevorrichtung.
Haltevorrichtung (3; 33; 53) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausdehnbare Kammer (28; 41; 69) für eine im Wesentlichen radiale Ausdehnung angepasst ist.
Haltevorrichtung (3; 33; 53) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (28; 41; 69) durch wenigstens ein Schlauchelement (20; 37; 55) definiert ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchelement (20; 37; 55) einstückig aus elastischem Werkstoff, vorzugsweise aus einem Elastomer ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchelement (20; 37; 55) wenigstens ein Verstärkungselement (130; 132; 134) an einer radial äußeren Oberfläche aufweist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement einen Sprengring (132), ein Federblech (130) oder wenigstens einen Blechstreifen (134) aufweist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchelement (20; 37; 55) in seinem Inneren wenigstens ein Formsteuerungselement aufweist, wobei das Formsteuerungselement vorzugsweise wenigstens ein Fangband aufweist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchelement (37) ringförmig ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchelement (20; 55) vertikale, elastische Seitenwänden (22; 57) aufweist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchelement (20; 55) zylinderförmig ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (22; 57) des Schlauchelements (20; 55) eine höhere Elastizität aufweisen als Endwände (24, 26; 58, 59) des Schlauchelements (22; 57).
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Schlauchelemente (55) vorgesehen sind, mit einem Zwischenraum (67) dazwischen angeordnet sind.
Haltevorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Schlauchelemente (55) mit einem radial inneren Teil ihrer vertikalen Seitenwand (57) an einem Gegenlager (61) anliegen.
Haltevorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlager (61) Zwischenräume (67) für den Zugriff eines Innenlochgreifers freilässt.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (118) durch einen ausdehnbaren Balg (91) definiert ist, der mit wenigstens einem radial beweglichen Spannelement (101) gekoppelt ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch ein Betätigungselement (99), das mit dem Balg (91) gekoppelt ist und das Spannelement (101) radial nach außen bewegt.
Haltevorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (99) eine konische Oberfläche (103) aufweist, die in Eingriff mit dem Spannelement (101) steht.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (101) in eine radial innere Position vorgespannt (113) ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (101) Stifte (107), einen Federring, Kugeln oder einen radial aufweitbaren O-Ring aufweist.