DE19735351C2 - Belüftungseinrichtung für Vakuumkammern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung für Vakuumkammern, insbesondere von Schleusen. Diese Einrichtung dient dem Wiederherstellen von Atmosphärendruck in Vakuumkammern, um beispielsweise die Anlage zu entstücken bzw. wieder zu bestücken. Sie dient auch dazu, in einem Schleusensystem, welches aus mehreren Kammern mit unterschiedlich abgestuftem Druck von der Atmosphäre bis zum Arbeitsdruck in der Vakuumkammer besteht, die einzelnen Kammern, vorzugsweise die Eingangs- und Ausgangsschleuse, zu belüften. Im wesentlichen handelt es sich um Beschichtungsanlagen.

Es ist eine Vielzahl von Prinzipien von Belüftungseinrichtungen bekannt. Sie dienen in der Regel dem Ziel, Vakuumkammern in kurzer Zeit mit möglichst geringen Turbulenzen zu belüften.

Ein Grundprinzip ist die Belüftung über ein Ventil mit einer nichtlinearen Beziehung zwischen Öffnungsweg und Öffnungsquerschnitt (DE 31 43 059) des Ventiltellers, um einen abgestuften Belüftungsvorgang zu realisieren.

Weiterhin sind Vakuumventile mit geregelten Öffnungen in Abhängigkeit vom Einströmverhalten bekannt (JP 5-237361). Ziel ist eine Vermeidung von Staubaufwirbelungen in Vakuumkammern.

Dem gleichen Ziel dient die Anordnung eines zusätzlichen Ventiles mit kleinem Öffnungsquerschnitt parallel zum Substrathandlingsventil zwischen 2 Kammern unterschiedlichen Druckes (JP 5-57170, JP 3-77254). Durch abgestufte Schaltung der Ventile werden Turbulenzen bei Druckausgleich der Kammern vermieden.

In einem Anwendungsfall wird als Belüftungsrohr ein trichterartiges Gebilde eingesetzt (JP 5-31347). Dieser Trichter erweitert sich derart in Substratnähe, daß dort im Gegensatz zum Einströmort der Luft eine laminare Gasströmung erzielt wird. Dies geschieht ebenfalls mit dem Ziel der Minimierung von Partikelbewegungen in Substratnähe.

In einem weiteren Anwendungsfall wird die Veränderlichkeit des Druckes vor dem geöffneten Belüftungsventil in Abhängigkeit des Kammerdruckes aufgezeigt (JP 4- 66120). Durch Ersetzen des Luftdruckes auf der Einlaßseite des Ventiles durch temporär niedrigere und höhere Drücke in angeschlossenen Rohrsystemen kann ein beliebiges Druckgefälle und damit ein definiertes Einströmverhalten realisiert werden.

Üblicherweise besitzen die an Atmosphäre befindlichen Rohre/Rohrsysteme in der Regel Filter und/oder Schalldämpfer, um zu verhindern, daß einerseits Fremdkörper in die Kammer gelangen und andererseits die beim Belüften zwangsläufig entstehenden Geräusche reduziert werden.

Um zu verhindern, daß die in die Kammer eintretende Luft in der Kammer befindliche Substrate beeinflußt oder sogar aus ihrer Position bringt, sind im Innern der Kammer Prallbleche und/oder Leitbleche angeordnet, die den beim Belüften entstehenden Luftstrom am direkten Auftreffen auf die Substrate oder andere Einrichtungen in der Kammer hindern und ihn auf das Volumen der Kammer verteilen. Die Anordnung der Prall- und Leitbleche ist jedoch stark von der Kammergröße, den Inneneinrichtungen und den zu behandelnden Substraten abhängig.

Die Entwicklung von Belüftungseinrichtungen, insbesondere bei Air-to-Air-Anlagen mit zyklisch arbeitenden Schleusensystemen, hat stets zum Ziel, die Belüftungszeiten so gering als möglich zu halten, da hiermit die Produktivität der gesamten Anlage beeinflußt wird. Hierbei ist besonders bei großformatigen Substraten und damit verbundenen großen Kammervolumina die Erzielung einer kurzen Belüftungszeit von Bedeutung. Diese Zeit wird aber im wesentlichen dadurch bestimmt, daß die mit der kinetischen Energie des Gasstromes verbundenen Wirkungen auf die Substrate, unmittelbar nach Beginn der Belüftung, den zulässigen Leitwert der Belüftungseinrichtung bestimmen. D. h. die Belüftungszeit kann aus Gründen des Substratschutzes in der Regel nicht unter einen vertretbaren Gesamtwert verkleinert werden, ohne Folgeschäden zu verursachen. Im allgemeinen werden Belüftungszeiten von <4 s erreicht. Alle Zeiten, die kürzer sind, führen besonders in den Ausschleuskammern zu Substratschädigungen. Besonders bei Substraten, die ein sehr geringes Flächengewicht oder sehr kleine oder sehr große Abmessungen haben, darf der Gasstrom beim Belüften nicht auf die Substrate auftreffen, um diese nicht aus ihrer Position zu bringen oder anderweitig zu schädigen. Folglich ist die Belüftungszeit relativ hoch und damit nachteilig die Produktivität beeinflussend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Belüftungseinrichtung zu schaffen, mit welcher Vakuumkammern, insbesondere Schleusenkammern in sehr kurzer Zeit belüftet werden können. Die Zeit hierfür soll wesentlich unter den Zeiten der bekannten Einrichtungen, die 4 s betragen, liegen. Es ist zu verhindern, daß der Luftstrom beim Belüften die Substrate in ihrer Lage und Qualität negativ beeinflußt. Die Einrichtung soll apparativ einen geringen Aufwand erfordern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 aufgezeigt.

Die erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung ermöglicht eine genau einstellbare und kurze Belüftungszeit. Bei großen Vakuumkammern von beispielsweise 3 m³ Volumeninhalt wurden Zeiten von ≦2 s erreicht, ohne das Substrat negativ zu beeinflussen. Dieses überraschende Ergebnis ist dadurch erreichbar, daß der Gesamtquerschnitt der Belüftungseinrichtung zur Atmosphäre sehr groß wählbar ist und durch das Ineinanderanordnen der Hohlprofile in Verbindung mit der Dimensionierung und Anordnung der Öffnungen, in denen ein Luftausgleich möglich ist, der sich nicht auf die Substrate auswirkt. Die Geräusche beim Belüften sind vernachlässigbar gering.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Schnitt senkrecht durch eine Vakuumkammer;

Fig. 2: einen Schnitt quer durch eine Vakuumkammer.

In einer Vakuumkammer 1 befinden sich Substrate 2. in der Vakuumkammer 1 sind zentrisch ineinander zwei rohrförmige Hohlprofile 3; 3' angeordnet. Die Hohlprofile 3; 3' sind stirnseitig verschlossen und in ihrer Länge reichen sie quer durch die Vakuumkammer 1. Das innere Hohlprofil 3' ist im Innern des Hohlprofils 3 in bekannter Weise abgestützt. Jedes Hohlprofil 3; 3' ist mit einem nach außerhalb der Vakuumkammer 1 reichenden Rohr 4; 4' verbunden. An der Verbindungsstelle ist im Hohlprofil 3; 3' eine Öffnung 5 mit annähernd dem Rohr 4; 4' entsprechenden Querschnitt eingebracht. Jedes Rohr 4; 4' ist mit einem bekannten Ventil 6; 6' verschlossen. In jedem Hohlprofil 3; 3' sind über den Umfang verteilt Öffnungen 7 eingebracht. Diese Öffnungen 7 der Hohlprofile 3; 3' sind zueinander so versetzt, daß sie nicht übereinander liegen und daß der Gasstrom beim Belüften keinen schädigenden Einfluß auf die Substrate 2 nimmt.

Die Belüftungseinrichtung ist auch mit mehr als zwei ineinander angeordneten Hohlprofilen 3 ausführbar, um die Belüftungszeiten noch weiter zu reduzieren.

Claims (6)

1. Belüftungseinrichtung für Vakuumkammern, bestehend aus einem Rohrsystem, welches das Innere der Vakuumkammer mit der Atmosphäre verbindet und mit einem Ventil das Rohr verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vakuumkammer (1) mindestens zwei Hohlprofile (3; 3') mit unterschiedlichem Querschnitt ineinander angeordnet sind, daß die Hohlprofile (3; 3') stirnseitig verschlossen sind, daß über den Umfang der Hohlprofile (3; 3') verteilt Öffnungen (7) eingebracht sind und daß jedes Hohlprofil (3; 3') über ein Rohr (4; 4') mit der Atmosphäre verbunden und mit jeweils unterschiedlich dimensionierten Ventilen (6; 6') verschließbar sind.

2. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlprofile (3; 3') Rohre sind.

3. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (7) über den Umfang der Hohlprofile (3; 3') derart verteilt sind, daß sie jeweils zu den Öffnungen (7) im darüber und darunter angeordneten Hohlprofil (3; 3') versetzt sind.

4. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß in die Stirnseiten der Hohlprofile (3; 3') Öffnungen (7) zum Luftaustritt eingebracht sind.

5. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Öffnungen (7) des äußeren Hohlprofils (3) einen stumpfen Winkel zum in der Vakuumkammer (1) befindlichen Substrat (2) bilden.

6. Belüftungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (6; 6') zur abgestuften Belüftung über die jeweiligen Hohlprofile (3; 3') steuerbar sind.