DE112007003490T5 - Vorrichtung und Verfahren zum Bewegen eines Substrats - Google Patents

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Dennis Sunnyvale Mullins
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Abstract

Vorrichtung zum Bewegen eines Substrats mit
einem Substrathalter zum Halten eines Substrats und
einem programmierbaren Roboter zum Bewegen des Substrathalters und eines Substrats, das durch den Substrathalter gehalten wird, entlang X-, Y- und Z-Achsen, wobei die X- und Y-Achsen etwa horizontal und die Z-Achse etwa vertikal verlaufen;
bei der der Substrathalter Folgendes 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,
wobei die Schulter einen Innenumfang aufweist, 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...

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • 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.
  • Hintergrund der Erfindung
  • 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.
  • 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).
  • Während diese Beispiele deutlich machen, dass bei problemorientierten Arbeitsabläufen Automatisierung erfolgreich eingesetzt wurde, besteht der Bedarf an noch flexibleren und wirkungsvolleren Automatisierungssystemen.
  • Zusammenfassung
  • 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.
  • Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung ist auf einen Substrathalter gerichtet, wie er im vorhergehenden Absatz unabhängig von einem programmierbaren Roboter beschrieben wurde.
  • 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.
  • 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.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Perspektivansicht einer automatisierten Arbeitsstation, die eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung enthält;
  • 2 ist ein vergrößerter Abschnitt der 1, der unter anderem Aufnehmer- und Vakuumstationen der Arbeitsstation zeigt;
  • 3 ist eine Perspektivansicht eines Greifmechanismus, der zum Greifen eines Substrathalters der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 4 ist eine Perspektivansicht der Vakuumstation;
  • 5 ist ein vergrößerter Vertikalschnitt entlang der Ebene der Linie 5-5 der 4;
  • 6 ist eine Perspektivansicht eines Substrathalters;
  • 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;
  • 10 ist eine Perspektivansicht, die eine Anzahl von Substrathaltern zeigt, die übereinander gestapelt sind;
  • 11 ist eine Perspektivansicht eines Abschnitts eines Roboters, der mit einer Saugvorrichtung und einer Rakelanordnung nach dieser Erfindung ausgestattet ist;
  • 12 ist eine der 11 ähnliche Ansicht, jedoch um eine vertikale Achse gedreht, um zusätzliche Einzelheiten zu zeigen;
  • 13 ist eine vergrößerte Perspektivansicht, die Komponenten der Rakelanordnung zeigt;
  • 14 ist ein vergrößerter Vertikalschnitt in der Ebene der Linie 14-14 der 13;
  • 15 ist eine Perspektivansicht eines flexiblen Kopplungsgliedes, einer Rakel und einstellbarer Füße an der Rakel, Teile in auseinandergezogener Darstellung, um unterschiedliche Merkmale zu zeigen;
  • 16 ist eine Perspektivansicht des an der Rakel montierten flexiblen Kopplungsgliedes;
  • 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;
  • 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;
  • 19 ist ein Vertikalschnitt, der zeigt, wie sich die Rakel über ein Substrat bewegt, um darauf einen Film zu bilden;
  • 20 ist eine Perspektivansicht eines Werkzeugs zum Einstellen der Füße an der Rakel, um einen Film der gewünschten Dicke herzustellen;
  • 21 ist ein Vertikalschnitt in der Ebene der Linie 21-21 der 20;
  • 22 ist ein vergrößerter Abschnitt der 21, der die Rakel und das flexible Kopplungsglied in dem Werkzeug angeordnet zeigt und
  • 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.
  • Einander entsprechende Teile sind in den Zeichnungen durchgehend mit korrespondierenden Bezugszeichen versehen.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im Hinblick auf die obige Beschreibung wird deutlich, dass die Aufgaben der Erfindung gelöst sind und weitere vorteilhafte Ergebnisse erreicht werden.
  • 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.
  • Zusammenfassung
  • 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 der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert 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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Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Bewegen eines Substrats mit einem Substrathalter zum Halten eines Substrats und einem programmierbaren Roboter zum Bewegen des Substrathalters und eines Substrats, das durch den Substrathalter gehalten wird, entlang X-, Y- und Z-Achsen, wobei die X- und Y-Achsen etwa horizontal und die Z-Achse etwa vertikal verlaufen; bei der der Substrathalter Folgendes 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, wobei die Schulter einen Innenumfang aufweist, 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.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch Füße, die sich bis unterhalb des Rahmens erstrecken und für einen Kontakt mit dem Rahmen eines zweiten Substrathalters positioniert sind, wodurch zwei oder mehr Substrathalter aufeinander mit einem Zwischenraum zwischen den Rahmen benachbarter Halter gestapelt werden können.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, weiter gekennzeichnet durch Ausnehmungen in dem oberen Rand des Rahmens eines ersten Substrathalters zur Aufnahme entsprechender Füße eines zweiten Substrathalters, der auf dem ersten Substrathalter gestapelt ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch eine perforierte Rückplatte zum Stützen des Substrats, wobei die Rückplatte zur Aufnahme in der ersten Öffnung und zur Stütze durch die Schulter ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch einen Barcode auf dem Substrathalter zum Identifizieren des in dem Substrathalter gehaltenen Substrats.
  6. Substrathalter zum Halten eines Substrats, auf dem ein Film gebildet werden soll, mit folgenden Merkmalen: einem Rahmen, der einen oberen Rand und einen Innenumfang aufweist, wobei der Innenumfang eine erste Öffnung zur Aufnahme des Substrats definiert, einer Schulter, die von dem Innenumfang des Rahmens lateral nach innen vorsteht zum Haltern des Substrats in der ersten Öffnung, wobei die Schulter einen Innenumfang aufweist, der eine zweite Öffnung definiert, die kleiner als die erste Öffnung ist und zur Aufnahme einer Substratstütze, wodurch der Halter und ein Substrat darin durch einen automatisierten Transport in eine Position oberhalb der Substratstütze bewegt und dann in eine Position abgesenkt werden kann, in der die Schulter des Halters unterhalb einer oberen Fläche der Substratstütze positioniert und das Substrat auf der oberen Fläche der Substratstütze deponiert ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, weiter gekennzeichnet durch Füße, die sich bis unterhalb des Rahmens erstrecken, der für einen Kontakt mit dem Rahmen eines zweiten Substrathalters positioniert ist, wodurch unter Bildung eines Abstandes zwischen den Rahmen nebeneinander liegender Halter zwei oder mehr Substrathalter aufeinander gestapelt werden können.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, weiter gekennzeichnet durch Ausnehmungen in dem oberen Rand des Rahmens eines ersten Substrathalters zur Aufnahme entsprechender Füße eines zweiten Substrathalters, der auf dem ersten Substrathalter gestapelt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6, weiter gekennzeichnet durch eine perforierte Rückplatte zum Stützen des Substrats, wobei die Rückplatte zur Aufnahme in der ersten Öffnung und zur Stützung durch die Schulter ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 6, weiter gekennzeichnet durch einen Barcode auf dem Substrathalter zum Identifizieren des in dem Substrathalter gehaltenen Substrats.
  11. Verfahren zum Bewegen eines Substrats, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: 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.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) bis d) durch einen programmierbaren Roboter ausgeführt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, weiter gekennzeichnet durch das Bilden mindestens eines Films auf dem Substrat und Entfernen des Substrathalters und des Substrats von der Vakuumanordnung durch Anheben des Substrathalters, um die Schulter auf dem Rahmen in einen Stützangriff mit dem Substrat zu bringen.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, weiter gekennzeichnet durch das Stützen des Substrats auf einer perforierten Rückplatte während der Schritte b) bis d).
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