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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Behandlung
von Substraten und insbesondere auf solche Vorrichtungen und Verfahren,
die die Benutzung eines programmierbaren Roboters und damit im Zusammenhang
stehender Zubehörteile zur Automatisierung eines Arbeitsablaufes
einschließen, wie es beispielsweise ein Prozess zur Bildung
von Filmen auf Substraten ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Auf
dem Gebiet der Materialentwicklung und -forschung hat sich die Automatisierung
allgemein durchgesetzt. In den letzten Jahren sind Bemühungen
unternommen worden, Automatisierung und Techniken für einen
hohen Durchsatz in unterschiedlichen Entwicklungslaboren einzuführen,
in denen automatisierte Systeme eingerichtet wurden, um speziellen
Arbeitsabläufen zu dienen. Beispielsweise sind mehrere
automatisierte Reaktorsysteme zum Synthese-Screening und zur Prozessoptimierung eingesetzt
worden. Siehe beispielsweise
J. Am. Chem. Soc. 2003, 125,
4306–4317;
„An Automated Approach
to Process Optimization, Parameter Setting und Robustness Testing" Organic
Process R&D 2001,
5, 331–334;
J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 15280
15285;
"Automated Workstations for Parallel Synthesis" Organic
Process R&D 2002,
6, 833–840;
"Parallel solid-phase
syntheses, screening and encoding strategies for olefin-polymerization
catalysts". Tetrahedron 1999, 55(39), 11699–11710;
"An
integrated high-throughput workflow for pre-formulations: Polymorphs
and salt selection studies" Pharmachem, 2003, 1(7/8);
und
"Application of high throughput technologies
to drug substance and drug product development" computers
and Chem. Eng. 2004, 28, 943–953.
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Zu
den oben genannten Versuchen gehören Verfahren, die der
Automatisierung bei der Bildung eines Archivs flüssiger
Proben und Filme, die aus solchen Proben hergestellt werden, dienen,
indem bestimmte Verfahren von Kontakt und Nicht-Kontakt angewendet
werden, um auf die Proben eine Ausbreitungskraft auszuüben.
Siehe zum Beispiel die veröffentlichte U.S.-Patentanmeldung
mit der Seriennummer 10/448.788, veröffentlicht am 15.
April 2004 (Veröffentlichungsnummer 2004/0071888) und die veröffentlichte
US.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 9/682.829, veröffentlicht
am 24. April 2003 (Veröffentlichungsnummer 2003/0677390).
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Während
diese Beispiele deutlich machen, dass bei problemorientierten Arbeitsabläufen
Automatisierung erfolgreich eingesetzt wurde, besteht der Bedarf
an noch flexibleren und wirkungsvolleren Automatisierungssystemen.
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Zusammenfassung
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Ein
Aspekt dieser Erfindung ist auf Vorrichtungen zum Bewegen eines
Substrats gerichtet. Die Vorrichtung enthält einen Substrathalter
zum Halten eines Substrats und einem programmierbaren Roboter zum
Bewegen des Substrathalters und eines Substrats, das durch den Halter
gehalten wird, entlang X-, Y- und Z-Achsen, wobei die X- und Y-Achsen
etwa horizontal und die Z-Achse etwa vertikal verlaufen. Der Substrathalter
enthält einen Rahmen mit einem oberen Rand, einen Innenumfang,
der eine erste Öffnung zur Aufnahme eines Substrats definiert,
und eine Schulter, die von dem Innenumfang lateral nach innen vorsteht
zum Stützen des Substrats in der ersten Öffnung.
Die Schulter weist einen Innenumfang auf, der eine zweite Öffnung,
die kleiner als die erste Öffnung ist, zur Aufnahme einer
Substratstütze definiert, wodurch der Roboter den Halter
und ein Substrat darin in eine Position oberhalb der Substratstütze transportieren
und dann den Halter in eine Position absenken kann, in der die Schulter
unterhalb einer oberen Fläche der Substratstütze
positioniert und das Substrat auf der oberen Fläche der
Substratstütze deponiert ist.
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Ein
weiterer Aspekt dieser Erfindung ist auf einen Substrathalter gerichtet,
wie er im vorhergehenden Absatz unabhängig von einem programmierbaren
Roboter beschrieben wurde.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist diese Erfindung auf ein Verfahren zum Bewegen
eines Substrats gerichtet. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- a) Bereitstellen eines Substrathalters, der
einen Rahmen aufweist mit einem oberen Rand, mit einen Innenumfang,
der eine obere Öffnung definiert, und mit einer Schulter,
die von dem Innenumfang des Rahmens lateral nach innen bis unterhalb
des oberen Randes vorsteht, wobei die Schulter ein Substrat in der
oberen Öffnung stützt und einen Innenumfang aufweist,
der eine untere Öffnung unterhalb der oberen Öffnung
definiert, die kleiner ist als die obere Öffnung,
- b) Anheben des das Substrat enthaltenden Substrathalters und
transportieren des Halters an eine Vakuumanordnung mit einer Substratstützfläche,
- c) Absenken des Substrathalters in eine Position, in der die
Vakuumanordnung von der unteren Öffnung des Halters aufgenommen
wird und das Substrat auf der Substratstützfläche
der Vakuumanordnung abgelegt wird, und
- d) weiteres Absenken des Substrathalters in eine Position, in
der sich der obere Rand des Rahmens unterhalb der Substratstützfläche
befindet.
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Die
Details von Ausführungsformen der Erfindung werden in den
beigefügten Ansprüchen, Zeichnungen und der nachfolgenden
Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der
Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Perspektivansicht einer automatisierten Arbeitsstation, die
eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung enthält;
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2 ist
ein vergrößerter Abschnitt der 1,
der unter anderem Aufnehmer- und Vakuumstationen der Arbeitsstation
zeigt;
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3 ist
eine Perspektivansicht eines Greifmechanismus, der zum Greifen eines
Substrathalters der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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4 ist
eine Perspektivansicht der Vakuumstation;
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5 ist
ein vergrößerter Vertikalschnitt entlang der Ebene
der Linie 5-5 der 4;
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6 ist
eine Perspektivansicht eines Substrathalters;
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7 bis 9 sind
Schnittansichten, die eine Folge von Schritten illustrieren, während
der ein Substrat in einem Substrathalter auf einer Vakuumvorrichtung
an der Vakuumstation abgelegt wird;
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10 ist
eine Perspektivansicht, die eine Anzahl von Substrathaltern zeigt,
die übereinander gestapelt sind;
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11 ist
eine Perspektivansicht eines Abschnitts eines Roboters, der mit
einer Saugvorrichtung und einer Rakelanordnung nach dieser Erfindung
ausgestattet ist;
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12 ist
eine der 11 ähnliche Ansicht, jedoch
um eine vertikale Achse gedreht, um zusätzliche Einzelheiten
zu zeigen;
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13 ist
eine vergrößerte Perspektivansicht, die Komponenten
der Rakelanordnung zeigt;
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14 ist
ein vergrößerter Vertikalschnitt in der Ebene
der Linie 14-14 der 13;
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15 ist
eine Perspektivansicht eines flexiblen Kopplungsgliedes, einer Rakel
und einstellbarer Füße an der Rakel, Teile in
auseinandergezogener Darstellung, um unterschiedliche Merkmale zu zeigen;
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16 ist
eine Perspektivansicht des an der Rakel montierten flexiblen Kopplungsgliedes;
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17 ist
ein Vertikalschnitt in der Ebene der Linie 17-17 der 16,
der die Füße der Rakel oberhalb, im Abstand von
einem Substrat und das flexible Kopplungsglied im entspannten Zustand zeigt;
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18 ist
eine der 17 ähnliche Ansicht, die
jedoch die Füße der Rakel im Kontakt mit dem Substrat
zum Bilden eines Films zeigt und das flexible Kopplungsglied so
gebogen zeigt, dass es eine nach unten gerichtete und hinten wirkende
Kraft auf die Rakel ausübt;
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19 ist
ein Vertikalschnitt, der zeigt, wie sich die Rakel über
ein Substrat bewegt, um darauf einen Film zu bilden;
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20 ist
eine Perspektivansicht eines Werkzeugs zum Einstellen der Füße
an der Rakel, um einen Film der gewünschten Dicke herzustellen;
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21 ist
ein Vertikalschnitt in der Ebene der Linie 21-21 der 20;
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22 ist
ein vergrößerter Abschnitt der 21,
der die Rakel und das flexible Kopplungsglied in dem Werkzeug angeordnet
zeigt und
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23 ist
eine der 22 ähnliche Ansicht, die
darstellt, dass das Werkzeug die Rakel nach links gegen ein Einstellelement
drückt, um den gewünschten Filmbildungsabstand
zwischen der Rakel und der Referenzoberfläche einzustellen.
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Einander
entsprechende Teile sind in den Zeichnungen durchgehend mit korrespondierenden Bezugszeichen
versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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1 und 2 stellen
eine allgemein mit 1 bezeichnete automatisierte Arbeitsstation
zur Herstellung von dünnen Filmen verschiedener Materialformulierungen
auf Substraten dar. Im Allgemeinen enthält die Arbeitsstation
Speicher- und Abgabevorrichtungen, allgemein mit 5 bezeichnet,
um einen Vorrat an von Substrathaltern 11 gehaltenen Substraten 7 zu
speichern; eine wahlweise vorhandene Druckvorrichtung 15,
um identifizierende Kennungen auf jeden Substrathalter 11 zu
drucken, und eine Transfervorrichtung 21, um Substrathalter
in Empfang zu nehmen, die von der Speicher- und Abgabevorrichtung 5 angeliefert
werden, und sie an eine Aufnehmerstation 25 zu transportieren.
Die Arbeitsstation enthält ebenfalls einen programmierbaren
Roboter 29, der in der Lage ist, Objekte entlang X-, Y-
und Z-Achsen zu bewegen. Der Roboter 29 enthält
einen ersten Arm 33 mit einem Greifmechanismus 35 zum Greifen
eines Substrathalters 11 an der Aufnehmerstation 25 und
Transportieren des Halters an eine Filmbildungsstation 39,
und einen Fluidspender 41, um an der Filmbildungsstation
ein Fluid auf ein Substrat 7 aufzubringen. Der Roboter 29 enthält
außerdem einen zweiten Arm 45, der eine Sauganordnung 49 zum
Entfernen und Ersetzen von Kappen auf Phiolen enthält,
die filmbildende Fluide enthalten, die an der Filmbildungsstation 39 auf
Substrate 7 verteilt werden, sowie eine Rakelanordnung 51 zum
Verteilen von Fluiden auf Substraten enthält, um aus zu testenden
Materialien Filme zu bilden. Ein Vakuumsystem 55 ist an
der Filmbildungsstation vorgesehen, um eine entsprechende Anzahl
von Substraten 7 während des Filmbildungsprozesses
in fixierter Position zu halten, wonach die Substrathalter 11 und
die darin enthaltenen Substrate von den Greifern 35 am ersten
Arm 33 zurück zur Aufnehmerstation 25 transportiert
werden, um zur Speicher- und Auslieferungsvorrichtung 5 transferiert
zu werden. Die Speicher- und Abgabevorrichtung 5 transportiert
dann jeden Substrathalter 11, der ein Substrat 7 mit
einem oder mehreren darauf ausgebildeten Filmen enthält,
an ein Ausgabegestell. Danach werden an den Filmen verschiedene
Tests durchgeführt, um Eigenschaften und/oder Charakteristika
der Filmmaterialien festzustellen. Diese verschiedenen Ausrüstungsstücke werden
nachfolgend detaillierter beschrieben.
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Die
Speicher- und Abgabevorrichtung 5 ist konventionell aufgebaut,
zum Beispiel handelt es sich um ein BenchCel® System
zur Bearbeitung von Mikrobeschichtungen, wie es von Velocityll,
3565 Haven Avenue, Menlo Park, California 94025-1009, U.S.A., angeboten
wird. Die Vorrichtung umfasst eine Anzahl von Eingabe- und Ausgabegestellen 61 (z.
B. sind vier Regale gezeigt), um Substrate 7 enthaltende
Substrathalter 11 zu halten, und eine roboterartige Transportvorrichtung 65.
Die Transportvorrichtung 65 wird betätigt, um
Substrathalter 11 (die saubere Substrate 7 enthalten)
vom Eingangsgestell 61 zum Bearbeiten durch einen Filmherstellungsarbeitsablauf, der
noch beschrieben wird, abzuladen und die Substrathalter danach (wenn
sie Substrate mit darauf ausgebildeten Filmen enthalten) in die
Ausgabegestelle zu laden.
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Die
Druckvorrichtung 15 ist konventionell aufgebaut, z. B.
handelt es sich um ein VCode® Drucksystem,
wie es von Velocityll, 3565 Haven Avenue, Meno Park, California
94025-1009, U.S.A., angeboten wird, und ist zum Drucken von identifizierenden
Angaben, z. B. von Strichcodes, auf jedem Substrathalter 11 geeignet.
Die kennzeichnenden Angaben identifizieren das vom Substrathalter 11 gehaltene
Substrat 7, um ein Auffinden des Substrats zu erleichtern,
während es durch den Filmbildungs- und Filmbearbeitungsprozess
und die nachfolgenden Tests oder die anderen Verfahren bewegt wird.
Falls es erwünscht ist, kann die Druckvorrichtung entfernt oder
durch einen anderen Ausrüstungsgegenstand (z. B. einen
Inkubator, eine Tiefkühleinrichtung usw.) ersetzt werden.
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Die
Transfervorrichtung 21 enthält eine Plattform 69 zur
Aufnahme eines Substrathalters 11 von der roboterartigen
Transportvorrichtung 65. Der Substrathalter wird auf der
Plattform allgemein „landschaftsmäßig” orientiert
angeordnet, wobei die Längsachse des Halters etwa parallel
zur Transportrichtung der roboterartigen Transportvorrichtung (1)
ist. Die Transfervorrichtung 21 wird betätigt, um
den Substrathalter 11 um neunzig Grad zu drehen und den
Halter an der Aufnehmerstation 25 in etwa in „Portrait”-Orientierung
zu positionieren, so dass er zum Aufnehmen durch den Greifmechanismus 35 des
Roboters 29 in der richtigen Stellung ist (2).
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Bei
dem Roboter 29 handelt es sich um ein drei-achsiges, programmierbares
System, das Objekte entlang X-, Y- und Z-Achsen bewegen kann, wobei
die X- und Y-Achsen üblicherweise etwa horizontal verlaufen
und die Z-Achse generell vertikal verläuft. Daraus ergibt
sich, dass ein Objekt auf vorbestimmte Weise im Wesentlichen in
jede X-/Y-/Z-Position innerhalb des Arbeitsbereichs des Systems
bewegt werden kann. Der Übersichtlichkeit halber werden
Entfernungen und Richtungen entlang der in 1 gezeigten
X-, Y- und Z-Achsen nachfolgend als „X”-Abmessungen/Richtungen, „Y”-Abmessungen/Richtungen
bzw. „Z”-Abmessungen/Richtungen bezeichnet.
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Der
Roboter 29 enthält den genannten ersten und zweiten
Arm 33 bzw. 45, die entlang einer der X-Achse
entsprechenden horizontalen Spur 73 zu bewegen sind. (Die
Anzahl der Arme kann unterschiedlich sein, z. B. ein Arm, zwei oder
drei Arme.) Ein erstes vertikales Gestell 75 ist für
eine Bewegung entlang des Arms in einer Y-Richtung und zur vertikalen
Auf- und Ab-Bewegung gegenüber dem Arm in einer Z-Richtung
am ersten Arm 33 befestigt. Auf ähnliche Weise
ist ein zweites vertikales Gestell 77 am zweiten Arm 45 für
eine Bewegung in Y- und Z-Richtungen befestigt. Benutzer steuern
den Roboter 29 unter Verwendung eines roboterartigen Steuersystems,
das üblicherweise Software für sowohl die Protokollentwicklung
als auch die Ausführung enthält. Eine für
das roboterartige Steuersystem gut zu verwendende Software ist Renaissance
Impressionist® und Epoch® Software, die von Symyx Technologies, Inc.
(Santa Clara, California, U.S.A.) angeboten wird. Bei der Software
Renaissance Impressionist® handelt
es sich um ein allgemeines Labor-Automatisierungspaket zum Erzeugen
und Ausführen von Laborprozessen. Für zusätzliche
Details hinsichtlich eines Roboterbeispiels und der damit im Zusammenhang stehenden
Zubehörteile kann auf die schwebende, nicht-vorläufige
Anmeldung mit der Seriennummer, ..., angemeldet am 27. April 2007,
zurückgegriffen werden, die die Priorität aus
der vorläufigen Anmeldung mit der Seriennummer 60/795.788
beansprucht, die auf die Symyx Technologies Inc. übertragen
wurde, wobei beide Anmeldungen durch Bezug für alle Zwecke,
die dieser Offenbarung nicht entgegenstehen, hierin eingeschlossen
sind.
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Wie
in 2 dargestellt, ist die Fluidabgabevorrichtung 41 am
unteren Ende des ersten vertikalen Gestells 75 befestigt.
Sie ist zu betätigen, um eine vorbestimmte Menge oder vorbestimmte
Mengen an Fluid auf ein Substrat 7 abzugeben. Der Greifmechanismus 35,
der ebenfalls am ersten Arm 33 angeordnet ist, ist am unteren
Ende einer Halterung 81 befestigt, die an ihrem oberen
Ende mit dem Gestell 75 verbunden ist. Der Greifmechanismus 35 enthält
eine Mehrzahl von Greifern 85 (z. B. sind in 3 vier
gezeigt), die durch geeignete Mittel so betätigt werden, dass
sie zwischen offenen und geschlossenen Positionen bewegt werden,
um einen Substrathalter 11 zu ergreifen und freizugeben.
Die Fluidabgabevorrichtung 41 und der Greifmechanismus 35 werden
vom Roboter 29 in Y-, A- und Z-Richtungen auf vorbestimmte
(programmierte) Weise bewegt.
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Das
Vakuumsystem 55 an der Filmbildungsstation 39 enthält
eine Vakuumplatte 91 und eine Mehrzahl von Vakuumvorrichtungen
oder Vakuumspannern 95 auf der Platte, wobei drei solcher Spannvorrichtungen
in 4 gezeigt sind. (Die Anzahl von Spannvorrichtungen
kann variieren.) Jede Vakuumspannvorrichtung 95 enthält
eine erhöhte Plattform 97 mit einer planen oberen
Fläche 99, die im Abstand oberhalb und parallel
zur oberen Fläche der Vakuumplatte 91 zum Haltern
eines Substrats 7 angeordnet ist, und eine Musteranordnung
von Vakuumnuten 101 in der oberen Fläche 99,
die mit einer geeigneten Vakuumquelle (nicht gezeigt) zum Halten des
Substrats an der oberen Fläche in Verbindung steht. Die
Vakuumplatte 91 ist auf einer Deckplatte 105 der
Arbeitsstation gehaltert. In einer Ausführungsform ist
ein Einstellsystem 109 zum Einstellen der Ebenheit der
Vakuumplatte 91 vorgesehen, um die oberen Substrathalterungsflächen 99 der
Vakuumspannvorrichtungen 95 in der gewünschten
Orientierung zu halten, z. B. in einer horizontalen Ebene parallel
zur Ebene, die durch die X-/Y-Achsen des Roboters definiert ist.
Im Allgemeinen enthält das Einstellsystem 109 einen
kugelförmigen Ball 111 aus rostfreiem Stahl (5),
der die Vakuumplatte 91 trägt, eine Anzahl (z.
B. zwei) Einstellschrauben 113, deren Gewinde nach unten
durch die Vakuumplatte 91 bis zum Kontakt mit der Deckplatte 105 reicht,
und eine Anzahl von Federanordnungen 117 an voneinander
im Abstand angeordneten Stellen um die Platte herum, um auf die
Trägerplatte zur Aufrechterhaltung der Stabilität
nach unten gerichtete Kräfte auszuüben. Die Ebenheit
der Platte 91 kann durch geeignetes Drehen einer oder mehrerer
Einstellschrauben 113 in die eine oder andere Richtung
eingestellt werden. Dieses Merkmal ermöglicht es, dass
die Ebenheit der Vakuumplatte 91 und die oberen Flächen 99 der
Vakuumspannvorrichtungen 95 so eingestellt werden können,
dass sie der Neigung des zweiten Arms 45 des Roboters 29 entsprechen
(der sich aufgrund seines Eigengewichtes durchbiegen kann), womit
die Dicke der auf den Substraten 7 gebildeten Filme auf
allen Plätzen der Arbeitsstation gleich ist, z. B. von
einer Vakuumspannvorrichtung 95 zur anderen.
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Es
wird Bezug genommen auf 6. Jeder Substrathalter 11 enthält
einen etwa rechteckigen Rahmen 121 mit vier Seitenwänden 123,
einem allgemein ebenen oberen Rand 125, einem Außenumfang 127,
der durch die äußeren Flächen der Seitenwände
definiert ist, und einen Innenumfang 129, der durch die
inneren Flächen der Seitenwände definiert ist.
Der Innenumfang 129 des Rahmens definiert eine erste (obere) Öffnung 135,
deren Abmessungen und Form zur Aufnahme eines Substrats 7 geeignet
sind. Ein Ansatz oder eine Querleiste 141 erstreckt sich seitlich
vom Innenumfang 129 des Rahmens aus nach innen. Der Ansatz 141 hat
eine allgemein ebene obere Fläche 143, die mit
einem Abstand 147 unterhalb des oberen Randes 125 des
Rahmens zur Halterung des Substrats in der ersten Rahmenöffnung 135 angeordnet
ist. Der Ansatz 141 weist einen Innenumfang 151 auf,
der eine zweite (untere) Öffnung 155 definiert,
die so bemessen und geformt ist, dass sie eine Substrathalterung
aufnehmen kann, z. B. mindestens die obere Fläche 99 einer
entsprechenden Vakuumspannvorrichtung 95. In einer Ausführungsform
ist die untere Öffnung 155 kleiner als die erste
(obere) Öffnung, sowohl in X- als auch in Y-Richtung (d.
h. Breite und Länge), aber es sind andere Konfigurationen
möglich.
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In
der in den 7 bis 9 dargestellten Sequenz
können der Halter 11 und ein darin enthaltenes
Substrat 7 vom Roboter 29 (d. h. dem Greifmechanismus 35)
in eine Position oberhalb einer ausgewählten Vakuumspannvorrichtung 95 bewegt
werden und dann in eine Position abgesenkt werden, in der zumindest
ein oberer Abschnitt der Vakuumspannvorrichtung 95 von
der zweiten (unteren) Öffnung 155 des Substrathalters 11 aufgenommen
wird und das Substrat 7 auf der oberen Fläche 99 der
Vakuumspannvorrichtung 95 abgelegt wird. Eine Anzahl Füße 161 erstrecken
sich vom Boden des Rahmens 121 zum Kontakt mit der Vakuumplatte 91 nach
unten, um den Rahmen in einer Position zu halten, die Abstand oberhalb
der Platte hält, um es den Greifern 85 zu ermöglichen,
sich vom Rahmen zu lösen und ihn später wieder
einzuspannen, um ihn und das darin enthaltene Substrat von der Vakuumspannvorrichtung 95 zu
entfernen. Wie es in 6 dargestellt ist, weist der
Substrathalter 11 vier solche Füße 161 an den
Ecken des Rahmens auf, wobei jeder Fuß durch eine Befestigung 163 oder
auf andere geeignete Weise gesichert ist. Die unteren Enden der
Füße 161 werden von Ausrichtbuchsen 171 (4)
in der Vakuumplatte 91 aufgenommen, um den Substrathalter 11 in
einer festgelegten X-Y-Position gegenüber der Platte zu
halten.
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Wie
in 10 gezeigt ist, sind die Substrathalter 11 so
konstruiert, dass sie übereinander gestapelt werden können.
Dafür weist der obere Rand 125 des Rahmens 121 jedes
Halters Ausrichtbuchsen 175 zur Aufnahme der Füße
eines darauf gestapelten Substrathalters auf. Daraus ergibt sich
ein kompakter und dennoch stabiler Stapel von Haltern. Außerdem
sind die Füße 161 und Buchsen 175 in vertikaler
Richtung so dimensioniert, dass sie einen Mindestabstand 177 zwischen
benachbarten Rahmen 121 aufrechterhalten. Dieser Abstand
erlaubt es, dass Luft frei zwischen den Rahmen entlang streicht,
um das Trocknen der Filme auf den Substraten 7 zu befördern.
Als Beispiel wird ein Abstand von 0,32 cm (0,125 Zoll) angegeben,
was jedoch keine Beschränkung bedeutet.
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In
einer Ausführungsform sind die erste (obere) Öffnung 135 und
der Ansatz 141 des Substrathalters 11 zum Haltern
eines Substrats 7 mit Längen-(Y) und Breitenabmessungen
(X) ausgelegt, die jenen einer rechteckigen Standard-Mikro-Titer-Platte
entsprechen, (etwa 120,65 mm (4,75 Zoll) lang, 78,36 mm (3,085 Zoll)
breit und etwa 1,524 bis 3,175 mm (0,060 bis 0,125 Zoll) dick).
Außerdem ist die zweite (untere) Öffnung 155 des
Substrathalters 11 zum Aufnehmen einer Vakuumspannvorrichtung 95 einer besonderen
Größe konfiguriert. Selbstverständlich können
die erste (obere) Öffnung 135 und der Ansatz 141 zum
Haltern von Substraten entsprechender Größe und
Formen auch andere Abmessungen und Formen haben. Auf ähnliche
Weise kann die zweite (untere) Öffnung 155 andere
Maße und Formen zur Aufnahme von Substrathalterungen haben
(z. B. Vakuumspannvorrichtungen 95), die entsprechende Größen
und Formen aufweisen.
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Das
Substrat 7 kann aus jedem geeigneten Material bestehen
und jede Dicke haben. Als Beispiel, jedoch ohne jede Einschränkung,
kann das Substrat aus Glas, Aluminium oder Papier bestehen. Auf
jeden Fall sollte, wenn das Substrat 7 auf einer Vakuumspannvorrichtung 95 abgelegt
ist und der Substrathalter 11 auf der Vakuumplatte 91 ruht,
die obere Fläche des Substrats in einer Ebene oberhalb des
Randes des Rahmens 121 liegen. In solchen Anwendungen,
wo das Substrat 7 besonders dünn ist (z. B. bei
Papier), kann eine perforierte Zwischenlage 181 (4)
unterhalb des Substrats im Substrathalter 11 angeordnet
werden, um die Gesamtdicke der Substrat-Zwischenlagen-Kombination
soweit zu erhöhen, dass die obere Fläche des Substrats 7 auf
die gewünschte Höhe angehoben wird. (In der Zwischenlage 181 sind
Perforationen vorgesehen, um ein Ergreifen des Substrats durch das
Vakuum der Vakuumspannvorrichtung 95 zu ermöglichen.)
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Es
wird Bezug genommen auf die 11 und 12.
Die Sauganordnung 49, die vom zweiten Arm 45 getragen
wird, enthält eine Vertikalschiene 201, die im
Abstand von und allgemein parallel zu dem Z-Gestell 77 am
zweiten Arm angeordnet ist. Die Schiene 201 wird an ihrem
oberen Ende durch eine obere Halterung 205 gehaltert, die
am zweiten Arm 45 befestigt ist, und an ihrem unteren Ende
durch eine untere Halterung 207, die an einem Bügel 211 der
Rakelanordnung 51 befestigt ist. Ein Schlitten 215,
der eine Saugnapfvorrichtung 217 trägt, ist für eine
gleitende Auf- und Abbewegung entlang der Schiene 201 angeordnet.
Die Saugnapfvorrichtung 217 ist über eine flexible
Vakuumleitung 221 mit einer geeigneten Quelle für
das Vakuum verbunden. Der Schlitten 215 wird von einem
Linearbetätigungselement wie einem Pneumatikzylinder 223 bewegt,
von dem ein oberes Ende an der oberen Halterung 205 befestigt
ist und eine verlängerbare und einziehbare Stange 227 schwenkbar
bei 231 am Schlitten befestigt ist. Die Anordnung ist so
ausgelegt, dass ein Verlängern der Stange 227 den
Schlitten 215 entlang der Schiene 201 nach unten
bewegt, um die Saugnapfvorrichtung 217 abzusenken, und
ein Einziehen der Stange den Schlitten entlang der Schiene nach
oben bewegt, um die Saugnapfanordnung anzuheben. Der Bewegungsbereich
des Schlittens 215 wird durch den Hub des Zylinders 223 gesteuert,
der wiederum durch dieselbe Software gesteuert wird, die den Roboter 29 steuert.
In ihrer abgesenkten Position befindet sich die Saugnapfvorrichtung 217 auf
einem Pegel unterhalb des Pegels der Rakelanordnung 51.
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Die 13 und 14 stellen
die Rakelanordnung 51 dar, die ebenfalls vom zweiten Arm 45 des
Roboters 29 getragen wird, um einen oder mehrere Filme auf
einem Substrat 7 zu bilden, das auf einer Vakuumspannvorrichtung 95 angeordnet
ist. Im Allgemeinen enthält die Rakelanordnung 51 den
Bügel 211, der am unteren Ende des zweiten Vertikalgestells 77 des
Roboters 29 befestigt ist, eine Rakel 233 mit
einstellbaren Füßen 235 und ein flexibles
Kopplungsglied 239, das die Rakel mit dem Bügel
verbindet. Jedes dieser Bauteile wird nachfolgend detailliert beschrieben.
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In
der in 13 gezeigten Ausführungsform hat
der Bügel 211 einen generell vertikalen Körper 241 und
obere und untere Arme 243 bzw. 245, die sich allgemein
horizontal vom Körper aus erstrecken. Der obere Arm 243 enthält
einen inneren Teil 243A und einen getrennten äußeren
Teil 243B, die eine Öffnung 247 zur Aufnahme
des unteren Endes des Z-Gestells 77 definieren. Die inneren
und äußeren Teile 243A und 243B sind
mit Befestigungselementen 251 verbunden, die gelöst
werden können, damit der Bügel 211 am
Gestell 77 angebracht und von dort abgenommen werden kann
und stärker befestigt werden kann, um den Bügel
am Gestell festzuklemmen. Der Bügel kann anders ausgeführt
sein.
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Das
flexible Kopplungsglied 239, das die Rakel 231 mit
dem Bügel 211 verbindet, enthält ein
Federglied 251 (14), das
eine zylindrische Seitenwand 253 mit oberen, unteren und
mittleren Bereichen 253A, 253B, 253C enthält,
sowie eine Zentralbohrung 257, die sich von einem Ende
des Gliedes 251 entlang einer sich in Z-Richtung erstreckenden Längsachse 261 zum
anderen Ende erstreckt. Das Federglied 251 ist vorzugsweise
aus Metall geformt (z. B. rostfreiem Stahl). In einer Ausführungsform sind
die oberen und unteren Bereiche 253A und 253B der
Seitenwand in Z-Richtung im Wesentlichen nicht zusammenzudrücken,
und der mittlere Bereich 253C der Seitenwand ist als zusammendrückbare spiralförmige
Feder 255 ausgebildet. Wenn sie zusammengedrückt
ist, übt die Feder 255 eine nach unten wirkende
Kraft auf die Rakel 231 aus, die ausreicht, um die einstellbaren
Füße 235 an der Rakel im Kontakt mit
dem Substrat 7 halten, während die Rakel während
des Filmbildungsprozesses über das Substrat bewegt wird.
Als Beispiel hat sich eine Kraft für einige Anwendungsfälle
als geeignet erwiesen, die mit etwa 1,81 kg (± 10%) (4,0
lbs) bei einer Federkompression von 0,76 mm (0,030 Zoll) wirkt.
Eine Bezugsmöglichkeit für solche Federn ist Helical
Products Co., Inc. in Santa Monica, California, U.S.A. Es ist eine
wünschenswerte Eigenschaft der Feder 255, dass
ihre Steifheit in einer Richtung zunimmt, die senkrecht zur Längsachse 261 der
Feder verläuft. In anderen Worten, die Feder wird steifer,
wenn sie gebogen wird. Der Vorteil dieser Eigenschaft wird später
deutlich. Das Federglied 251 kann anders ausgeführt
sein, ohne sich vom Bereich dieser Erfindung zu entfernen.
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In
einer Ausführungsform ist das Federglied 251 des
flexiblen Kopplungsgliedes 239 über lösbare Verbindungen
sowohl mit dem Bügel 211 als auch mit der Rakel 233 verbunden.
Die lösbare Verbindung mit dem Bügel 211 enthält
einen zylindrischen oberen Stift 231, von dem ein oberes
Ende mit dem Bügel verbunden ist, beispielsweise durch
Reibungssitz des oberen Stiftendes in einer Bohrung 275 im
unteren Arm 245 des Bügels. Ein Schnelltrenn-Verriegelungsmechanismus 277 ist
zum Sichern des Stiftes in der Bohrung 275 vorgesehen.
Der Mechanismus 277 enthält einen Schaft 281,
der in eine Bohrung 283 des Bügels eingeschraubt
ist, und einen Knopf 285 zum Drehen des Schaftes, um ihn
in Kontakt mit dem Stift 271 zu bringen oder aus diesem
Kontakt zu lösen. Das untere Ende des oberen Stiftes 271 ist
mit einem Gleitsitz im oberen Ende der Längsbohrung 257 des
Federgliedes ausgerüstet. Wie in 15 gezeigt
ist, enthält der obere Bereich 253A des Federgliedes 251 zwei
einander gegenüberliegende Abschnitte 253A1 und 253A2,
die durch Vertikalschlitze 291 getrennt sind, die sich
vom oberen Teil des Glieds nach unten erstrecken. Die beiden Abschnitte sind über
eine Klemmschraube 295 federnd verformbar, die die Abschnitte
an einer Seite des Federgliedes 251 zusammenhält.
Die Anordnung ist derart, dass ein Anziehen der Schraube 295 die
beiden Abschnitte 253A1, 253A2 zueinander zieht,
um sie gegen den oberen Stift 271 zu klemmen, und ein Lösen der
Schraube es den Abschnitten ermöglicht, in ihren entspannten
Zustand zurückzukehren, in dem die beiden Abschnitte einen
größeren Abstand voneinander haben, der es ermöglicht,
dass das Federglied 251 vom oberen Stift 271 abgenommen
wird. Durch ein Anziehen der Schraube 295 kann auf diese
Weise das Federglied 251 fest am oberen Stift 271 gesichert
werden. Auf ähnliche Weise enthält die lösbare Verbindung
zwischen dem Federglied 251 und der Rakel 233 einen
unteren Stift 301, von dem ein unteres Ende an der Rakel
befestigt ist, beispielsweise mit Presssitz des Stiftes in einer
Bohrung 305, die sich von einer oberen Fläche 307 des
Körpers der Rakel nach unten erstreckt, und ein oberes
Ende in dem unteren Ende der Längsbohrung 257 des
Federgliedes 251 aufgenommen ist. Wie der obere Bereich 253A enthält
der untere Bereich 253B des Federgliedes 251 zwei
einander gegenüber angeordnete Abschnitte, die durch Vertikalschlitze
(nicht gezeigt), die sich vom Boden des Gliedes aus nach oben erstrecken,
voneinander getrennt sind. Die beiden Abschnitte sind durch eine
Klemmschraube 321 federnd verformbar, die die Abschnitte
an einer Seite des Federgliedes 251 (15)
umfasst. Die Anordnung ist so ausgeführt, dass ein Anziehen
der Schraube 321 die beiden Abschnitte zueinander zieht,
um sie gegen den unteren Stift 301 zu klemmen, und ein
Lösen der Schraube es den Abschnitten ermöglicht,
in ihren entspannten Zustand zurückzukehren, in dem die beiden
Abschnitte einen größeren Abstand haben, um ein
Trennen von Rakel und Federglied zu ermöglichen. Auf diese
Weise kann durch ein Anziehen der Schraube 321 das Federglied 251 am
unteren Stift 301 fest gesichert werden. Es können
andere Arten von lösbaren Verbindungen verwendet werden.
Im vollständig zusammengebauten Zustand sind oberer und
unterer Stift 271, 301 generell koaxial zur zentralen
Längsachse 261 des Federgliedes 251 angeordnet
und das untere Ende des oberen Stiftes und das obere Ende des unteren
Stiftes sind im Bereich der Feder 255 durch einen vertikalen
Abstand getrennt, z. B. die Länge der Feder (s. 14).
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Wie
in 15 und 16 dargestellt,
enthält die Rakel 233 einen länglichen
Körper 331 aus geeignetem Material (z. B. einen
Block aus rostfreiem Stahl) mit einer Bodenfläche 333,
einer oberen Fläche 307, einander gegenüberliegenden
Enden 337, einer führenden Vorderseite 339 und
einer nachlaufenden Rückseite 341. (Die Ausdrücke „führend” und „nachlaufend” sind
hinsichtlich der Bewegungsrichtung der Rakel gewählt, wenn
sie in Y-Richtung zum Bilden eines Films auf einem Substrat 7 bewegt wird.)
Die einstellbaren Füße 235 sind an einander entgegengesetzten
Enden 337 des Körpers 331 angeordnet
und erstrecken sich um eine vorbestimmte Distanz nach unten bis
unterhalb der Bodenfläche 333 des Körpers.
Die Füße 235 berühren ein Substrat 7,
auf dem ein Film gebildet werden soll, und wirken als Abstandstücke,
um den Körper 331 der Rakel 233 oberhalb
des Substrats auf Abstand zu halten. In der Ausführungsform
nach 17 enthält die Bodenfläche 333 des
Körpers der Rakel zwei Flächen, d. h. eine ebene
führende Fläche 333L, die sich von der vorderen
führenden Seite 339 des Körpers nach
unten neigt, und eine ebene nachlaufende Fläche 333T, die
sich von der führenden Fläche zur rückwärtigen Fläche
des Körpers erstreckt. Die Neigung der führenden
Fläche 333L bewirkt, dass die Dicke des Fluids,
das sich ausbreitet, wenn die Rakel 233 über das Substrat
bewegt wird, allmählich verringert wird. Wenn die Füße 235 an
der Rakel 233 das Substrat 7 berühren,
erstreckt sich die nachlaufende rückwärtige Fläche 333T allgemein
parallel zum Substrat 7 und hat zum Substrat einen Abstand
oder „Spalt” 351 (18), der
allgemein der Dicke des zu bildenden Films entspricht. (Es wird
bemerkt, dass die Dicke des gebildeten Films geringer sein wird
als der eingestellte Spalt 351, es besteht jedoch eine
direkte Entsprechung zwischen der Größe des Spaltes
und der Dicke des Films in dem Sinne, dass die Dicke des Films zunimmt
und abnimmt, wenn die Größe des Spaltes zunimmt
und abnimmt.)
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Jeder
der beiden Füße oder Abstandhalter 235 an
der Rakel 233 enthält ein verhältnismäßig dünnes
ebenes Glied (ebenfalls mit 235 bezeichnet) mit vier Seiten
und oberen und unteren Kanten 355 bzw. 357 und
geneigten Vorder- und Rückkanten 359 bzw. 361,
wobei die untere Kante 357 die Kante ist, die mit einem
Substrat 7 in Berührung kommt. Die Füße
bestehen vorzugsweise aus einem verhältnismäßig
harten Material (z. B. 60–75 Shore D Durometer) mit niedrigem
Reibungskoeffizienten (z. B. 0,25 auf trockenem Stahl). Ein Material
dieser Art ist verstärktes PTEE, das unter dem Markenzeichen
Rulon® vertrieben wird. Die Füße 235 werden
in ihrer Position durch Mechanismen 371 gesichert, die
ein Einstellen der Abstandelemente in Z-Richtung ermöglichen,
um die Entfernung zu variieren, mit der sich die Füße
unterhalb der Bodenfläche der Rakel erstrecken, d. h. den
Spalt 351 einzustellen, der der erwünschten Filmdicke
entspricht. In der Ausführungsform nach 15 und 16 enthält
ein jeder dieser Mechanismen 371 ein Bügelglied 373 mit
zwei vertikal im Abstand angeordneten Öffnungen 375,
die gegenüber einem allgemein vertikalen (Z-Achsen-)Schlitz 379 in
einem entsprechenden Fuß 235 ausgerichtet sind,
um Befestigungselemente 381 aufzunehmen. Die Befestigungselemente
sind durch die Öffnungen und den Schlitz geführt
und in Öffnungen 385 in den Enden 337 des
Körpers 331 der Rakel eingeschraubt. Die Befestigungselemente 381 können
gelöst werden, um die Position des Fußes 235 allgemein
entlang der Z-Achse entsprechend der erwünschten Dicke
des auf dem Substrat 7 zu bildenden Films einzustellen
und dann am Bügelglied 375 fester angezogen werden,
um den Fuß 235 in eingestellter Position festzuklemmen.
Der Schlitz 379 im Fuß 235 weist eine
Länge auf, die ausreicht, um den notwendigen oder erwünschten
Einstellbereich entlang der Z-Achse zu bieten (z. B. 1 bis 50 Mil).
Außerdem ist es erwünscht, dass der Schlitz 379 etwas breiter
ist als die Schenkel der Befestigungselemente 381, um eine
begrenzte Schwenkeinstellung des Fußes um eine Achse zu
ermöglichen (z. B. plus oder minus etwa 3,0 Grad), die
sich entlang der Länge des Rakelkörpers 331 erstreckt,
um sicherzustellen, dass die untere Kante 357 des Fußes
sich gegenüber der nachlaufenden unteren Fläche 333T der
Rakel 233 in der gewünschten Orientierung befindet
(z. B. parallel). Es können andere oder weitere Einstellmechanismen
zum einstellbaren Befestigen der Füße 235 am
Körper 331 der Rakel verwendet werden. Außerdem
können die Füße anders ausgebildet sein,
ohne sich vom Geist der Erfindung zu entfernen.
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Wie
bereits erwähnt wurde, bewirkt das flexible Kopplungsglied 239,
dass auf die Rakel 233 eine nach unten wirkende Kraft ausgeübt
wird, die ausreicht, um die Füße der Rakel während
des Prozesses der Filmbildung in ständigem Kontakt mit
dem Substrat 7 zu halten, so dass die Dicke des Films gleichförmig
bleibt. Während die Rakel über das Substrat 7 (in
Y-Richtung, wie in 18 und 19 dargestellt)
bewegt wird, werden an der Bodenfläche 333 der
Rakel bedeutende, nach oben gerichtete Kräfte erzeugt,
und es wird ein Biegemoment auf das flexible Kopplungsglied 239 ausgeübt.
Dieses Moment kann ein intermittierendes Biegen und Geraderichten
der Feder 255 entlang ihrer Längsachse 261 verursachen
und eine daraus resultierende intermittierende Stop-and-Go-Bewegung
(„Zitterbewegung”) der Rakel, während
sie auf ihren Füßen 235 über
das Substrat gleitet. Um ein solches Zittern zu reduzieren oder
zu verhindern, ist die Rakel 233 so ausgebildet, dass das
flexible Kopplungsglied 239 und insbesondere die Feder 255 entlang
ihrer Längsachse 261 eine leichte Biegung einnehmen,
wenn die Füße 235 in vollen Kontakt mit
dem Substrat 7 bewegt werden. Diese Biegung wird erkannt,
wenn die 17, in der die Füße 235 der
Rakel oberhalb des Substrats 7 im Abstand angeordnet sind,
mit 18 verglichen wird, in der die Füße
vollen Kontakt mit dem Substrat haben.
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In 17 ist
die Feder 255 des Federelementes 251 in entspanntem
Zustand und oberer und unterer Stift 271 bzw. 301 befinden
sich in Z-Ausrichtung mit dem Federelement entlang der Achse 261. Außerdem
nimmt der Körper 331 der Rakel 233 eine Position
ein, in der seine obere Fläche 307 in einer Ebene
P1 senkrecht zur zentralen Längsachse 261 des
Federelementes 251 liegt und die nachlaufende Bodenfläche 333T der
Rakel in einer ebenen Ebene P2 liegt, die gegenüber der
Längsachse des Federelements schräg ist. Insbesondere
neigt sich die Ebene P2 aufwärts zur führenden
Vorderseite 339 der Rakel in einem verhältnismäßig
kleinen Winkel A (z. B. etwa drei Grad) gegenüber der Y-Achse,
die der horizontalen Ebene des Substrats 7 entspricht.
Vorder- und Rückseite 339 bzw. 341 des
Körpers 331 sind allgemein parallel zueinander
und senkrecht zur Ebene P2. Die unteren Kanten 357 der
Füße 235 liegen in einer Ebene P3, die
im Abstand unter und parallel zur Ebene P2 liegt, und zwar mit demselben Winkel
A gegenüber der Y-Achse. Wenn die Rakel 233 vom
Roboter 29 bewegt wird, um die Füße 235 der
Rakel mit dem Substrat 7 in Kontakt zu bringen, schwenkt
oder rüttelt die Rakel, wie es durch das flexible Kopplungsglied 239 ermöglicht
wird, in die in 18 gezeigte Position, wo die
Füße mit dem Substrat vollen Kontakt haben, d.
h. in eine Position, in der die unteren Kanten 357 der
Füße 235 und die nachlaufende Fläche 333T am
Boden der Rakel mit dem Substrat parallel sind. In dieser Position
verformt oder biegt sich die Feder 255 entlang ihrer Längsachse 261 in
eine Stellung, in der das untere Ende der Feder gegenüber
dem oberen Ende der Feder nach hinten abgesetzt ist (in 18 nach
links) und in der die Längsachse des unteren Stiftes 301 gegenüber der
Längsachse (Z-Achse) des oberen Stiftes 271 mit dem
gleichen Winkel A schräggestellt ist. Wie bereits gesagt
wurde, bewirkt das Biegen der Feder 255 eine Zunahme der
Steifheit der Feder. Daraus ergibt sich, dass die Feder gegen eine
Verformung widerstandsfähiger ist, während die
Rakel sich vorwärts entlang des Substrats 7 in
Y-Richtung bewegt, um einen Film zu bilden, auf welche Weise ein
Zittern der Rakel verringert oder verhindert wird. Außerdem
hat die nach unten gerichtete Kraft, die durch die gebogene Feder 255 erzeugt
wird, eine vertikale und eine horizontale Komponente, so dass die
Kraft mehr auf den hinteren Teil der Rakel gerichtet ist, wo der
filmbildende Spalt 351 am schmalsten ist und die auf die
Rakel einwirkenden nach oben gerichteten Kräfte am stärksten sind.
Die Größe und die Richtung der auf die Rakel ausgeübten Kraft
können unter anderem durch Verändern der Eigenschaften
der Feder 255 und/oder des Winkels A verändert
werden.
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Im
Betrieb lädt die roboterartige Transportvorrichtung 65 einen
Substrathalter 11 von einem Eingabegestell 61 ab.
Der Halter 11 enthält ein sauberes Substrat 7,
das auf dem Ansatz 141 des Rahmens 121 in der
oberen Öffnung 135 des Halters gehaltert ist.
Die Transportvorrichtung trägt den Halter und das darin
enthaltene Substrat an die Druckvorrichtung 15, wo geeignete
Identifikationsmarkierungen auf den Halter gedruckt werden, woraufhin
die Transportvorrichtung den Halter an die Transfervorrichtung 21 liefert,
damit er an die Aufnehmerstation 25 transportiert werden
kann. Der Rahmen 121 des Substrathalters 11 wird
dann vom Greifmechanismus 35 ergriffen, angehoben, an einen
Ort unmittelbar oberhalb einer der Vakuumspannvorrichtungen 95 (7)
gebracht und in die in 8 gezeigte Position abgesenkt,
in der der obere Abschnitt der Spannvorrichtung von der zweiten
(unteren) Öffnung 155 im Rahmen aufgenommen wird
und das Substrat 7 auf der Vakuumfläche 99 der
Spannvorrichtung abgelegt wird. Der Rahmen 121 wird weiter
abgesenkt (9), bis die Füße 161 des
Rahmens in die Ausrichtbuchsen 171 in der Vakuumplatte 91 (4)
eingesetzt sind. In dieser Position befindet sich der obere Rand 125 des
Rahmens 121 unterhalb der oberen Fläche des Substrats 7,
so dass er während des Filmbildungsprozesses die Rakel 233 nicht
behindert. Diese Sequenz wird wiederholt, um zusätzliche Substrate
auf eine oder mehrere der verbleibenden Spannvorrichtungen 95 abzulegen.
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Die
Sauganordnung 49 wird dazu verwendet, den Deckel von einer
Phiole oder einem anderen Gefäß zu entfernen,
das ein Fluid enthält, das zur Bildung eines Films verwendet
werden soll. Nachdem der Deckel entfernt wurde, wird Fluid aus der
Phiole mit Hilfe des Fluidabgabegeräts 41 abgesaugt
und auf ein Substrat 7 aufgebracht, das an einer Vakuumspannvorrichtung 95 fest
angeordnet ist. Wenn erwünscht, kann Fluid aus derselben
Phiole oder aus einer oder mehreren anderen Phiolen auf ein oder auf
mehrere Substrate auf anderen Spannvorrichtungen 95 aufgebracht
werden. Während ein Vakuum das Substrat 7 sicher
auf der Spannvorrichtung 95 an seinem Platz hält,
wird die Rakel 233 auf dem Substrat in Position gebracht,
wobei die Füße 235 der Rakel mit dem
Substrat vollen Kontakt haben und von dem Federglied 253 des
flexiblen Kopplungsglie des 239 gegen das Substrat gedrückt
werden. Wie oben erläutert wurde, ist die Feder 255 des
Federgliedes 253 geringfügig gebogen, um einer
weiteren Biegeverformung zu widerstehen, während die Rakel 233 in
Y-Richtung über das Substrat vorgeschoben wird, um einen
Film zu bilden (19). Dieser Prozess kann für
dasselbe Substrat wiederholt werden, um mehr als einen Film auf
dem Substrat zu bilden. Die Rakel kann auch zum Bilden von Filmen
auf einem oder mehreren Substraten benutzt werden, die auf den anderen
Spannvorrichtungen 95 angeordnet sind.
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Nachdem
der Film oder die Filme auf einem Substrat gebildet wurden, wird
das Vakuum, das das Substrat an seinem Platz hält, entfernt
und der Greifmechanismus 35 ergreift den Rahmen 121 und
hebt den Substrathalter 11 von der Vakuumspannvorrichtung 95 weg.
Dabei bewegt sich der innere Ansatz oder die Querleiste 141 des
Rahmens nach oben bis zum Angreifen am Substrat 7, so dass
der Substrathalter und das darin enthaltene Substrat als Einheit
von der Vakuumvorrichtung entfernt werden können. Dann
werden der Halter und das darin befindliche Substrat vom Roboter 29 zurück
zur Aufnehmerstation 25 transportiert, um zum Transportroboter 65 und
zur Abgabe an ein Ausgabegestell 61 zur Speicherung und
weiteren Bearbeitung (z. B. zum Testen des Films) weitergeleitet
zu werden.
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Die 20 bis 23 stellen
ein Werkzeug dar, das allgemein mit 401 bezeichnet ist,
um den Spalt 351 der Rakel 233 einzustellen/anzupassen. Das
Werkzeug 401 enthält eine Basis 403,
einen Block 407 mit einer vertikalen ebenen Referenzfläche 409,
die so bearbeitet ist, dass sie genau eben ist (± 0,00508
mm oder 0,0002 Zoll), erste und zweite niederdrückende
Klemmvorrichtungen 415, 417 mit konventionellen Übertotpunkthebeln 421 und
eine allgemein mit 425 bezeichnete Vorrichtung zum Positionieren
der Rakel 233 gegenüber dem Block 407 zum
Einstellen der Entfernung, um die die Füße 235 bis
unterhalb der Rakel sich erstrecken, um den „Spalt” 351 entsprechend
der gewünschten Filmdicke einzustellen. Die Basis 403 des
Werkzeugs hat eine obere ebene horizontale Fläche 427,
die den Referenzblock haltert, und eine geneigte Fläche 431, die
sich in einem Winkel (der dem oben genannten Winkel A entspricht)
vom rechten Ende der Basis bis hin zu einer Stufe 433,
die zur oberen Fläche 427 führt, nach
unten neigt. Der Positionierungsmechanismus 425 enthält
ein zylindrisches Glied 441, das an beiden Enden offen
ist. Dieses Glied definiert eine Bohrung 443 mit einer
Länge, die so bemessen ist, dass sie den oberen Stift 271 und
das Federglied 251 der Rakelanordnung 51 aufnehmen
kann. Der Innendurchmesser des Gliedes 441 ist so dimensioniert, dass
er das Federglied 251 eng anliegend aufnehmen kann. Eine
Muffe 451 ist auf dem zylindrischen Glied 441 zur
Gleitbewegung in axialer Richtung aufgesetzt, wobei der Bereich
einer solchen Bewegung durch einen Stift 453 begrenzt wird,
der von dem zylindrischen Glied vorsteht und in einen Schlitz 455 in der
Muffe hineinreicht. Eine Schraubenfeder 461 umgibt das
zylindrische Glied 441 und wirkt gegen einen ringförmigen
Anschlag 463, wobei Kontakt mit einem Flansch 465 am
rechten Ende des Gliedes (22) entsteht,
um die Muffe 451 in eine Richtung zum linken Ende des zylindrischen
Gliedes 441 hin zu drücken. Zwei Arme 471 erstrecken
sich von der Muffe 451 an gegenüberliegenden Seiten
der Muffe. An einander entgegengesetzten Enden der Arme sind zwei
Finger 473 vorgesehen, die allgemein parallel zur Längsachse
der Muffe 451 und des zylindrischen Gliedes 441 verlaufen.
Der Abstand zwischen den Fingern 473 ist nur geringfügig
größer als die Längenabmessung (von einem
Ende zum anderen) des Körpers 331 der Rakel 233,
so dass die Rakel enganliegend zwischen die Finger passt.
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Soll
der „Spalt” 351 eingestellt werden, werden
die Rakel 233 und das flexible Kopplungsglied 239 als
Einheit von dem C-Bügel 211 abgenommen und die
Befestigungselemente 381 des Einstellmechanismus 371,
die die Füße 235 an der Rakel in festgelegter
Position halten, werden gelöst. Das flexible Kopplungsglied 239 wird
in das zylindrische Glied 441 des Positionierungsmechanismus 425 bis zur
in den 20 bis 22 gezeigten
Position eingeführt; in der die Rakel 233 zwischen
den Fingern 473 so aufgenommen ist, dass ihre Rückseite 341 nach
unten zeigt und eben an der oberen Fläche 427 der
Basis liegt und wobei ihre nachlaufende untere Bodenfläche 333T der
ebenen Referenzfläche 409 des Blocks 407 benachbart
ist, jedoch Abstand zu ihr hat. Die Rakel wird von der ersten Niederhalteklemmvorrichtung 415 in
dieser Position gehalten. Das angrenzende Glied 43 am rechten
Ende des zylindrischen Gliedes 441 liegt an einer Stoppvorrichtung 481 der
zweiten Niederhalteklemmvorrichtung an. Ein oder mehrere Einstellelemente 485 (Abstandstücke
bekannter Dicke), deren Dicke dem gewünschten Spalt 351 entspricht,
werden durch eine Öffnung 487 in der Basis 403 nach
oben in eine Position zwischen der Referenzfläche 409 und
der Bodenfläche 333 der Rakel 233 eingeführt.
Nachdem der Kniehebel 421 der zweiten Niederhalteklemmvorrichtung 417 in
seine Übertotpunktposition (20) bewegt wurde,
wird ein Einstellring 491 so gedreht, dass er ein Komplianzglied 493 und
die Stoppvorrichtung 481 der zweiten Niederdrückklemmvorrichtung
in Angriff an das zylindrische Glied 441 bewegt. (Einstellring 491,
Komplianzglied 493 und Stoppvorrichtung 481 sind
durch eine Befestigung 495 zusammengehalten.) Ein weiteres
Drehen des Einstellrings 491 bewirkt, dass sich das zylindrische
Glied 441 nach links bewegt, um die Rakel 233 fest
gegen die Einstellelemente 485 zu drücken und
die Einstellelemente fest gegen die Referenzfläche 409 des
Blocks 407, um den „Spalt” 351 der
Rakel auf ein Maß einzustellen, das der Dicke der Einstellelemente
entspricht. Während dieser Bewegung werden die Finger 473 der
Arme 473 (sic) des Positionierungsmechanismus 425 durch
die Schraubenfeder 461 so in Kontakt mit den Füßen 235 der
Rakel 233 gedrückt, dass die Füße
gegen die ebene Referenzfläche des Block gedrückt
werden. Sind alle Teile in dieser endgültigen Position
(23), werden die Befestigungselemente 381 des
Einstellmechanismus 371 angezogen, um die Füße
in der eingestellten Position so zu sichern, dass der „Spalt” 351 zwischen
dem Block und der den Spalt definierenden Fläche 333T der
Rakel festgelegt ist.
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Nachdem
der Spalt 351 eingestellt wurde, werden die Niederhalteklemmvorrichtungen 415, 417 gelöst
und die Rakel 233 und das flexible Kopplungsglied 239 werden
vom Werkzeug 401 abgenommen. Das flexible Kopplungsglied 239 wird
dann wieder am Bügel 211 befestigt. Wurde der
Bügel vom Roboter 29 abgenommen, wird er unter
Verwendung des Schnelllösemechanismus 277 schnell
wieder angebracht. Es wird also deutlich, dass der „Spalt” 351 bei Bedarf
oder nach Wunsch schnell einzustellen ist.
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Das
oben beschriebene Einstellungsmerkmal ist vorteilhaft, weil die
Füße 235 (d. h. die Abstandelemente)
der Rakel eingestellt werden können, um den vorbestimmten
Abstand oder „Spalt” 351 unabhängig
von der Art oder Dicke des Substrats 7 zu verändern.
Außerdem kann der Spalt 351 eingestellt werden,
wenn die Rakel 233 vom Roboter 29 entfernt ist
und ohne ein Substrat 7 zu benutzen. Daraus ergibt sich,
dass dieselbe Rakel 233 schnell, einfach und präzise
eingestellt werden kann, um Filme unterschiedlicher Dicke zu bilden.
Das stellt eine Verbesserung gegenüber konventionellen
Rakelkonstruktionen dar.
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Bei
der Einführung von Elementen der vorliegenden Erfindung
oder bevorzugter Ausführungsformen dieser Erfindung haben
die Artikel „ein”, „der, die, das” und „der,
die, das genannte” den Zweck, zu bedeuten, dass davon ein
oder mehr Elemente vorhanden sind. Die Ausdrücke „enthalten”, „einschließen” und „mit” sollen
bedeuten, dass außer den genannten möglicherweise
auch zusätzliche, nicht aufgeführte Elemente vorhanden
sein können.
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Im
Hinblick auf die obige Beschreibung wird deutlich, dass die Aufgaben
der Erfindung gelöst sind und weitere vorteilhafte Ergebnisse
erreicht werden.
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Da
verschiedene Veränderungen an den oben beschriebenen Konstruktionen
und Verfahren vorgenommen werden könnten, ohne sich vom
Geist der Erfindung zu entfernen, soll alles, was an Stoff in der
oben gegebenen Beschreibung vorhanden und in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt worden ist, so ausgelegt werden, dass es
zur Darstellung dient und keine Einschränkung darstellt.
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Zusammenfassung
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Substrathalter
und Verfahren zum Bewegen eines Substrats. Der Halter weist einen
Rahmen auf mit einen Innenumfang, der eine erste Öffnung
zur Aufnahme des Substrats definiert, und eine Schulter, die von
dem Innenumfang des Rahmens lateral nach innen vorsteht zum Stützen
des Substrats in der ersten Öffnung. Die Schulter hat einen
Innenumfang, der eine zweite Öffnung definiert, die kleiner
als die erste Öffnung ist, zur Aufnahme einer Substratstütze.
Der Halter und ein Substrat darin werden in eine Position oberhalb
der Substratstütze transportiert und dann in eine Position
abgesenkt, in der die Schulter des Halters unterhalb einer oberen
Fläche der Substratstütze positioniert und das
Substrat auf der oberen Fläche der Substratstütze
deponiert ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
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erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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