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Die Erfindung betrifft eine Prozessieranordnung zum allseitigen beschichten von Substraten.
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Im Allgemeinen können Werkstücke oder Substrate prozessiert oder behandelt, z.B. bearbeitet, beschichtet, erwärmt, geätzt und/oder strukturell verändert werden. Ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats ist das Elektronenstrahlverdampfen, auch als electron beam physical vapour deposition (EB-PVD) bezeichnet. Zum Elektronenstrahlverdampfen wird Verdampfungsenergie mittels einer Elektronenstrahlkanone in einen Tiegel der Verdampfungsgut (oder Sublimationsgut) enthält oder auf einen zu verdampfenden Stab geleitet. Das verdampfte oder sublimierte Verdampfungsgut kann anschließend zu einem Substrat gebracht werden, an dem es sich anlagern und eine Schicht bilden kann. Mit der Elektronenstrahlverdampfung lassen sich sehr hohe Energiedichten und Temperaturen erzielen, wodurch alle bekannten Feststoffe verdampft werden können, beispielsweise auch Wolfram, Kohlenstoff, Keramiken und andere.
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Bekannt sind Prozessieranordnungen mittels derer thermisch hochbelastete Substrate, beispielsweise in Form von Turbinenschaufeln, mit thermischen Schutzschichten, sogenannten thermal-barrier-coatings (TBC) versehen werden können. TBCs können beispielsweise aus yttriumstabilisiertem Zirconiumdioxid (ZrO2) gebildet sein. Yttriumstabilisiertem Zirconiumdioxid kann als teilstabilisiertes ZrO2 (PSZ, partly stabilized zirconia; TZP, tetragonal zirconia polycrystal; 4YSZ: mit 4 Mol-% Y2O3 teilstablilisiertes ZrO2, yttria stabilized zirconia) oder als vollstabilisiertes ZrO2 (FSZ, fully stabilized zirconia; CSZ, cubic stabilized zirconia; 8YSZ: mit 8 Mol-% Y2O3 vollstabilisiertes ZrO2) vorliegen.
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Bekannte Prozessieranordnungen zum allseitigen Beschichten von Substraten, beispielsweise Beschichtungsanlagen zum Abscheiden von TBCs auf Turbinenschaufeln, können im Wesentlichen eine Schleusenkammeranordnung und eine Prozessierkammeranordnung aufweisen.
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Die Schleusenkammeranordnung kann dabei so ausgebildet sein, dass Substrate an einer Transportanordnung angeordnet und von einer Substrataufnahme der Transportanordnung gehalten sein oder werden können. Die Prozessierkammeranordnung kann eine als Beschichtungsquelle ausgebildete Prozessierquelle aufweisen. Die Beschichtungsquelle kann einen Tiegel aufweisen, in welchem Verdampfungsgut (oder Sublimationsgut) vorgehalten wird. Die Verdampfungsenergie kann hierzu von einer außerhalb der Prozessierkammeranordnung angeordneten Elektronenstrahlkanone bereitgestellt sein oder werden.
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Ferner können die Schleusenkammeranordnung und die Prozessierkammeranordnung jeweils eine oder mehrere vakuumdicht verschließbare Kammern aufweisen. Die einzelnen Kammern können ferner mit einer Evakuierungseinrichtung zur Erzeugung eines Vakuums oder einer Prozessatmosphäre mit einem Druck von weniger als 1 mbar, z.B. weniger als 10–2 mbar, z.B. weniger als 10–4 mbar, z.B. weniger als 10–6 mbar in den Kammern gasleitend verbunden sein oder werden.
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Herkömmlicherweise wird für das Prozessieren eines Substrates, insbesondere für das Beschichten einer Turbinenschaufel mit einer TBC, eine Prozessatmosphäre benötigt, welche eine hohe Prozesstemperatur, z.B. größer als 800°C, z.B. größer als 900°C, z.B. größer als 1000°C, z.B. größer als 1100°C aufweist.
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Ferner ist die Transportanordnung herkömmlicherweise derart eingerichtet, dass die Substrate zwischen der Prozessierkammeranordnung und der Schleusenkammeranordnung hin und her transportiert werden können. Hierzu kann die Transportanordnung eine Schubstruktur aufweisen, welche eine Kammerwand einer Schleusenkammer der Schleusenkammeranordnung mittels einer vakuumdichten Schiebedurchführung durchdringen kann, wobei die Substrataufnahme mittels eines außerhalb der Kammer anordneten elektromechanischen Antriebs durch translatorisches Bewegen der Schubstruktur zwischen der Prozessierkammeranordnung und der Schleusenkammeranordnung transportiert werden kann. Ferner kann herkömmlicherweise vorgesehen sein, die Substrate relativ zu einer Prozessierquelle während des Prozessierens, beispielsweise während des Beschichtens mit einer TBC, zu bewegen. Auf diese Weise kann das Substrat allseitig beschichtet werden.
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1 veranschaulicht beispielsweise ein technologisch notwendiges Bewegungsbild für das allseitige Beschichten einer Turbinenschaufel. Hierzu ist in 1 eine Turbinenschaufel 100 schematisch dargestellt. Eine Turbinenschaufel 100 weist herkömmlicherweise einen Schaufelfuß 100f, vermittels dessen die Turbinenschaufel 100 in einer Axial- oder Umfangsnut einer Rotorscheibe gehalten werden kann, eine Schaufelplattform 100p, welche den Strömungskanal des Heißgases zum Rotor hin begrenzt, und ein Schaufelblatt 100b auf, welches zum Umlenken der Strömung des Heißgases vorgesehen ist. Herkömmlicherweise wird zumindest das Schaufelblatt 100b mit einer TBC beschichtet. Zusätzlich kann vorgesehen sein, die Schaufelplattform 100p ebenfalls mit einer TBC zu beschichten. Ein notwendiges Bewegungsbild für eine solche allseitige Beschichtung kann eine Rotation um eine Achse 102, eine Translation auf Achse 101 sowie eine alternierende Rotation (Wechsel zwischen mathematisch positivem und mathematisch negativem Drehsinn) um Achse 101 aufweisen. Dabei kann vorgesehen sein, dass diese drei Bewegungen unabhängig voneinander erfolgen, d.h. jeweils nur eine oder zwei sich überlagernde Bewegungen oder drei sich überlagernde Bewegungen.
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Anschaulich wurde erkannt, dass aufgrund der hohen thermischen Belastungen für die Transportanordnung bei den benannten hohen Prozesstemperaturen ein thermischer Verzug herkömmlicherweise nicht ausgeschlossen werden kann. Demnach können herkömmlicherweise durch den thermischen Verzug auch mechanische Ausfälle auftreten, welche wiederum zu einer funktionsstörenden Schädigung der Prozessieranordnung führen können.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Prozessieranordnung bereitgestellt, welche den thermischen Verzug der Komponenten der Prozessieranordnung, insbesondere der Schubstruktur und des Gehäuses und des Substrathalters, verhindert, welche den hohen Prozesstemperaturen ausgesetzt sind. Die Standzeit der Prozessieranordnung kann somit wesentlich verbessert werden. Ferner können die zur allseitigen Beschichtung notwendigen Bewegungsbilder über längere Zeiträume nach den technologischen Vorgaben ablaufen, ohne dass durch einen Verzug bedingte Lage- oder Winkeländerungen bedingte Abweichungen von den technologischen Vorgaben auftreten. Ferner kann die Beschichtungsqualität, beispielsweise die Schichtdickenverteilung, verbessert, beispielsweise langzeitstabiler werden.
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Anschaulich wurde ferner erkannt, dass Flexibilität bekannter Substrathalter gering ist. So können Substratart, Substratgröße und Substratanzahl je nach Prozessieraufgabe unterschiedlich sein. Herkömmlicherweise können nur bestimmte Substrate einer bestimmten Größe und Art an einer Substrataufnahme der Substrataufnahme angeordnet sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Prozessieranordnung bereitgestellt, welche anschaulich die Flexibilität hinsichtlich der Substratart, Substratgröße und Substratanzahl durch einen austauschbaren Substrathalter erhöht. Hierdurch kann die Produktivität der Prozessieranordnung verbessert werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung zum allseitigen Beschichten von Substraten Folgendes aufweisen: eine Prozessierkammeranordnung, welche zumindest eine Prozessierkammer mit einer Prozessierquelle aufweist; eine Schleusenkammeranordnung, welche eine Schleusenkammer zum Einschleusen von Substraten in die Prozessierkammeranordnung hinein und/oder zum Ausschleusen von Substraten aus der Prozessierkammeranordnung heraus aufweist, wobei die Schleusenkammeranordnung und die Prozessierkammeranordnung mittels einer verschließbaren Substrattransferöffnung verbunden sind; eine Transportanordnung zum Transport von Substraten zwischen der Schleusenkammeranordnung und der Prozessierkammeranordnung durch die Substrattransferöffnung hindurch, wobei die Transportanordnung ein vakuumdichtes Gehäuse, einen drehbar am Gehäuse gelagerten Substrathalter sowie eine am Gehäuse angeordnete und eine Kammerwand der Schleusenkammer durchdringende Schubstruktur aufweist und wobei die Schubstruktur und das Gehäuse und der Substrathalter eine gemeinsame Kühlstruktur aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Schleusenkammer mittels eines abnehmbaren Deckels vakuumdicht verschließbar ist. Ferner kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass eine Kammerwand der Schleusenkammer eine vakuumdicht verschließbare Öffnung aufweist. Substrate können bei geöffneter Schleusenkammer am Substrathalter angeordnet, später prozessiert werden und nach dem Prozessieren wieder vom Substrathalter entfernt werden und der Schleusenkammer entnommen werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozessieranordnung eine Steuerung aufweisen, welche zum getakteten (d.h. in einem zeitlichen und/oder räumlichen Abstand voneinander) Transport von einem oder mehreren Substraten durch die Prozessieranordnung (Schleusenkammeranordnung, Prozessierkammeranordnung) hindurch eingerichtet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann alternativ oder zusätzlich zu der Steuerung eine Regelung eingesetzt werden, so dass ein Steuern und/oder Regeln erfolgen kann.
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Ferner kann die Steuerung gemäß verschiedenen Ausführungsformen dazu eingerichtet sein, die Substrattransferöffnung vor und/oder nach dem Transport des einen oder der mehreren Substrat durch die Prozessieranordnung hindurch zu verschließen.
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Beispielsweise kann die Substrattransferöffnung mittels eines Substrattransferventils, z.B. eines Klappenventils, eines Schiebeventils verschließbar, z.B. vakuumdicht verschließbar, eingerichtet sein, wobei die Steuerung eingerichtet ein Öffnen und/oder ein Schließen des Substrattransferventils zu steuern.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung eingerichtet sein, eine Transportanordnung und/oder eine Substrattransferöffnung (bzw. deren Substrattransferventil) derart zu steuern, dass die Substrate getaktet in die Prozessierkammeranordnung hineingebracht werden und/oder heraus gebracht werden können. Beispielsweise kann die Steuerung einen Betrieb der Substrattransferöffnung mit einem Betrieb der Transportanordnung abstimmen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung zum getakteten Betrieb (d.h. in zeitlichen Abständen voneinander) der Substrattransferöffnung und/oder der Transportanordnung eingerichtet sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlstruktur der Schubstruktur und die Kühlstruktur des Gehäuses und des Substrathalters eingerichtet sein, sowohl die Schubstruktur und das Gehäuse und den Substrathalter gemeinsam zu kühlen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlstruktur einen Kühlmittelvorlauf und einen Kühlmittelrücklauf aufweisen und der Kühlmitteldruck mittels einer außerhalb der Schleusenkammer angeordneten Kühlmittelpumpe bereitgestellt sein oder werden.
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Der Kühlmittelvorlauf kann dabei so in der Kühlstruktur ausgebildet sein, dass ein den Kühlmittelvorlauf durchfließendes Kühlmedium beispielsweise nahe an der zu Kammerwänden hin orientierten Peripherie (nahe an der Wandung) der Schubstruktur und des Gehäuses und des Substrathalters entlang geführt wird. Wohingegen der Kühlmittelrücklauf so in der Kühlstruktur ausgebildet sein kann, dass das den Kühlmittelrücklauf durchfließendes Kühlmedium (nunmehr durch Aufnahme von Wärme heißer als im Kühlmittelvorlauf) eher in den weitere innen liegenden Bereichen (weiter weg von der Wandung) der Schubstruktur und des Gehäuses und des Substrathalters entlang geführt wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass zumindest die Kühlstruktur der Schubstruktur und des Gehäuses mehrwandig ausgebildet ist. Mit anderen Worten können sowohl Kühlmittelvorlauf als auch Kühlmittelrücklauf von jeweils zwischen Wänden begrenzt geführt sein. Die Kühlstruktur der Schubstruktur kann hierzu beispielsweise dreiwandig ausgebildet sein. Die Kühlstruktur der Schubstruktur kann hierzu beispielsweise doppelwandig ausgebildet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann so ein Bereich im inneren der Schubstruktur und des Gehäuses frei vom Kühlmedium sein, beispielsweise gasgefüllt, beispielsweise unter atmosphärischem Druck.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Kühlstruktur des Substrathalters mit einer Substrataufnahme des Substrathalters thermisch gekoppelt ist. Die Substrataufnahme kann dazu eingerichtet sein ein Substrat form- und/der kraftschlüssig am Substrathalter zu halten. Mit anderen Worten kann das Substrat mittels der Substrataufnahme am Substrathalter gehalten sein. Beispielsweise kann die Substrataufnahme als Kupplung ausgebildet sein, so dass das Substrat lösbar mit der Substrataufnahme verbunden (gekuppelt) ist. Die thermische Kopplung, beispielsweise durch Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung und/oder Konvektion kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Kühlmittelvorlauf direkt bis an die Substrataufnahme geführt wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mehrere Substrataufnahmen für jeweils ein oder mehrere Substrate am Substrathalter vorgesehen sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass mehr als eine Substrataufnahme thermisch mit der Kühlstruktur gekoppelt sind, beispielsweise mehr als zwei Substrataufnahmen, beispielsweise mehr als vier Substrataufnahmen, beispielsweise alle Substrataufnahmen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Substrathalter Kraft- und/oder Momentenübertragungsmittel aufweist. Mittels der Kraft- und/oder Momentenübertragungsmittel kann ein Bewegungsbild auf das eine oder die mehreren Substrate übertragen werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Kraft- und/oder Momentenübertragungsmittel beispielsweise Zahnräder, Zahnriemen, Flachriemen, Rollen, Scheiben aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Kraft- und/oder Momentenübertragungsmittel thermisch mit der Kühlstruktur gekoppelt sind. Die Kopplung kann beispielsweise dadurch eingerichtet sein, dass die Kraft- und/oder Momentenübertragungsmittel im Kühlmittelrücklauf angeordnet sind. Alternativ können die Kraft- und/oder Momentenübertragungsmittel im Kühlmittelvorlauf angeordnet sein. Mit anderen Worten können die Kraft- und/oder Momentenübertragungsmittel Wärme direkt an das Kühlmedium abgeben, beispielsweise durch Konvention.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Innere des vakuumdichten Gehäuses mittels einer Medienleitstruktur der Schubstruktur mit einer Medienversorgungseinrichtung außerhalb der Schleusenkammeranordnung verbunden ist.
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Die Medienversorgungseinrichtung kann eingerichtet sein, die Prozessieranordnung mit beispielweise dem Kühlmedium (beispielsweise Wasser oder Öl) und/oder elektrischer Energie zu versorgen. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass Daten über die Medienleitstruktur Daten zwischen Steuerung und der Prozessieranordnung übertragen werden können. Hierzu kann beispielsweise ein Kabel in der Medienleitstruktur angeordnet sein oder werden. Die Medienleitstruktur kann beispielsweise als ein von der Prozessatmosphäre getrennter Kanal in der Schubstruktur ausgebildet sein, wobei der Kanal im Inneren des Gehäuses enden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass im Inneren des vakuumdichten Gehäuses zumindest zwei elektromechanische Antriebe angeordnet sind. Die elektromechanischen Antriebe können beispielsweise als Elektromotoren (Drehmomentenbereitstellung) oder Linearaktoren (Kraftbereitstellung) ausgebildet sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die elektromechanischen Antriebe jeweils mit Kraft- und/oder Momentenübertragungsmitteln mechanisch gekoppelt sind. Ferner können die elektromechanischen Antriebe unabhängig voneinander, beispielsweise durch die Steuerung angesteuert und/oder geregelt werden oder sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Substrathalter drehbar um eine erste Drehachse an dem Gehäuse gelagert ist und der Substrathalter eine Substrataufnahme aufweist, wobei die Substrataufnahme drehbar um eine zur ersten Drehachse senkrechte zweite Drehachse an dem Substrathalter drehbar gelagert ist. Vermittels der beiden Drehachsen kann das notwendige Bewegungsbild zumindest teilweise durch eine alternierende Rotation des Substrathalters um die erste Drehachse und durch eine Rotation der Substrataufnahme um die zweite Drehachse eingerichtet sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Substrathalter und Substrataufnahme unabhängig voneinander drehbar gelagert sind, wodurch zumindest die zwei Drehbewegungen des Substrathalters und der Substrataufnahme in beliebiger Weise überlagert werden können. Mit anderen Worten können die Winkelgeschwindigkeiten und Winkelbeschleunigungen des Substrathalters und der Substrataufnahme unabhängig, beispielsweise durch die Steuerung gesteuert oder geregelt werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Substrathalter mittels einer Kupplung lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist. So kann der Substrathalter durch Lösen der Kupplung von dem Gehäuse getrennt werden oder sein. Beispielsweise kann ein weiterer Substrathalter vorgesehen sein, welcher den zuvor mit dem Gehäuse verbundenen Substrathalter ersetzt, beispielsweise wenn dieser defekt ist. Der weitere Substrathalter kann mithin auch eingerichtet sein, um eine andere Anzahl von Substraten und/oder eine andere Art von Substraten und/oder anders große Substrate aufzunehmen wie der zuvor mit dem Gehäuse verbundene Substrathalter. Mit anderen Worten kann die Flexibilität und Produktivität der Prozessieranordnung verbessert sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Schubstruktur mittels eines außerhalb der Schleusenkammer angeordneten elektromechanischen Antriebs linear bewegbar eingerichtet ist. Der elektromechanische Antrieb kann hierbei beispielsweise als Elektromotor oder Linearantrieb eingerichtet sein, wobei die Bewegung des elektromechanischen Antriebs gegebenenfalls mittels eines zwischengeschaltenen Getriebes in eine lineare Bewegung umgewandelt werden kann. Die Schubstruktur kann als Rohr, beispielsweise mit einem runden, z.B. kreisförmigen oder eckigen, z.B. quadratischen oder rechteckigen Querschnitt ausgebildet sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Schubstruktur die mechanische Energie des elektromechanischen Antriebs auf das Gehäuse übertragen kann. Beispielsweise kann die Schubstruktur in Form eines Rohres, beispielsweise eines dreiwandigen Rohres fest mit dem Gehäuse verbunden sein. Mittels des außerhalb der Schleusenkammer angeordneten Antriebs kann eine Translation des notwendigen Bewegungsbildes bereitgestellt sein oder werden. Diese Translation kann sich mit den Drehbewegungen um die erste Drehachse und/oder die zweite Drehachse überlagern.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass zumindest in der Schleusenkammer eine Linearführungsstruktur vorgesehen ist, welche mit dem Gehäuse wirkverbunden ist. Die Linearführungsstruktur kann eingerichtet sein, zumindest das Gewicht (Masse) des Gehäuses und des Substrathalters aufzunehmen, so dass die Schubstruktur von deren Masse entlastet wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Linearführungsstruktur die Massen eines Kühlmediums, der in dem Gehäuse angeordneten elektromechanischen Antriebe als auch der Substrate aufnehmen kann. So kann die Linearführungsstruktur als Rollenführung oder Gleitführung eingerichtet sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Linearführungsstruktur eine Translation der Transportanordnung parallel zur ersten Drehachse erlaubt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Prozessierkammeranordnung zwei mittels einer verschließbaren Substrattransferöffnung verbundene Prozessierkammern aufweist. In dieser Ausführungsform ist eine Prozessierkammer der beiden Prozessierkammern mittels einer verschließbaren Substrattransferöffnung mit einer Schleusenkammer verbunden, wobei diese Prozessierkammer über eine weitere verschleißbare Substrattransferöffnung mit der anderen Prozessierkammern verbunden sein kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Substrattransferöffnungen (bzw. deren Substrattransferventil) unabhängig von der Steuerung geregelt oder gesteuert werden können. Ferner kann eine oder mehrere weitere Prozessierkammern vorgesehen sein, wobei die Prozessierkammern jeweils über eine verschließbare Substrattransferöffnung verbunden sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die direkt mit der Schleusenkammer verbundene erste Prozessierkammer der zwei Prozessierkammern eine Prozessierquelle aufweist, welche als Heizeinrichtung ausgebildet ist und wobei die die zweite Prozessierkammer der zwei Prozessierkammern eine Prozessierquelle aufweist, welche als Beschichtungsanordnung ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann in der zweiten Prozesskammer eine weitere Prozessierquelle angeordnet sein, welche als weitere Heizeinrichtung ausgebildet ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
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1 ein Substrat in Form einer Turbinenschaufel gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht;
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2 eine Prozessieranordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
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3 eine Prozessieranordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
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4 eine Prozessieranordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht und
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5 eine Transportanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen geschnittenen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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1 veranschaulicht ein Substrat in Form einer Turbinenschaufel 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht.
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Eine Turbinenschaufel 100 weist herkömmlicherweise einen Schaufelfuß 100f, vermittels dessen die Turbinenschaufel 100 in einer Axial- oder Umfangsnut einer Rotorscheibe gehalten werden kann, eine Schaufelplattform 100p, welche den Strömungskanal des Heißgases zum Rotor hin begrenzt, und ein Schaufelblatt 100b auf, welches zum Umlenken der Strömung des Heißgases vorgesehen ist. Herkömmlicherweise wird zumindest das Schaufelblatt 100b mit einer TBC beschichtet. Zusätzlich kann vorgesehen sein, die Schaufelplattform 100p ebenfalls mit einer TBC zu beschichten. Ein notwendiges Bewegungsbild für eine solche allseitige Beschichtung kann eine Rotation um eine Achse 102, eine Translation auf Achse 101 sowie eine alternierende Rotation (Wechsel zwischen mathematisch positivem und mathematisch negativem Drehsinn) um Achse 101 oder eine zu Achse 101 parallele Achse aufweisen. Dabei kann vorgesehen sein, dass diese drei Bewegungen unabhängig voneinander erfolgen, d.h. jeweils nur eine oder zwei sich überlagernde Bewegungen oder drei sich überlagernde Bewegungen.
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2 veranschaulicht eine Prozessieranordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
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Die Prozessieranordnung 200 kann eine Schleusenkammeranordnung 201 und eine Prozessierkammeranordnung 202 aufweisen. Die Schleusenkammeranordnung 201 kann eine Schleusenkammer 201s und die Prozessierkammeranordnung 202 eine zweite Prozessierkammer 202p2 und gemäß verschiedenen Ausführungsformen zusätzlich eine erste Prozessierkammer 202p1 aufweisen.
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Die Schleusenkammer 201s und die Prozessierkammern 202p1, 202p2 können als vakuumdicht verschließbare Kammern ausgebildet sein. Die einzelnen Kammern können ferner mit einer Evakuierungseinrichtung 211 zur Erzeugung eines Vakuums oder einer Prozessatmosphäre mit einem Druck von weniger als 1 mbar, z.B. weniger als 10–2 mbar, z.B. weniger als 10–4 mbar, z.B. weniger als 10–6 mbar in den Kammern gasleitend (nicht dargestellt) verbunden sein oder werden. Die gasleitende Verbindung kann durch nicht dargestellt Rohre bereitgestellt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Schleusenkammer 201s mittels eines nicht dargestellten abnehmbaren Deckels vakuumdicht verschließbar ist. Ferner kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass eine Kammerwand der Schleusenkammer 201s eine nicht dargestellte vakuumdicht verschließbare Öffnung aufweist. Substrate 210 können bei geöffneter Schleusenkammer 201s am Substrathalter 204sh angeordnet, später prozessiert werden und nach dem Prozessieren wieder vom Substrathalter 204sh entfernt werden und der Schleusenkammer 201s entnommen werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Schleusenkammeranordnung 201 und die Prozessierkammeranordnung 202 mittels einer vakuumdicht verschließbaren Substrattransferöffnung 203 verbunden sind. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zwei aneinandergrenzende Prozessierkammern, beispielsweise die erste Prozessierkammer 202p1 und die zweite Prozessierkammer 202p2 mittels einer weiteren vakuumdicht verschließbaren Substrattransferöffnung 203 verbunden sind. Beispielsweise kann die Substrattransferöffnung 203 mittels eines Substrattransferventils, z.B. eines Klappenventils, eines Schiebeventils verschließbar, z.B. vakuumdicht verschließbar, eingerichtet sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass in der ersten Prozessierkammer 202p1 eine Prozessierquelle bereitgestellt ist, welche als eine Heizeinrichtung 207 ausgebildet ist. Für das Prozessieren eines oder mehrerer Substrate 210, insbesondere für das Beschichten einer Turbinenschaufel mit einer TBC, wird eine Prozessatmosphäre benötigt, welche eine hohe Prozesstemperatur, z.B. größer als 800°C, z.B. größer als 900°C, z.B. größer als 1000°C, z.B. größer als 1100°C aufweist. Hierzu kann die Heizeinrichtung 207 beispielsweise als elektrische Heizeinrichtung 207 eingerichtet sein, welche eine im Wesentlichen vertikale Ausrichtung in der ersten Prozessierkammer 202p1 haben und mäanderförmig ausgebildet sein kann. Vermittels der Heizeinrichtung 207 können ein oder mehrere Substrate 210 durch Wärmestrahlung oder mittels Elektronenstrahl, alternativ oder zusätzlich auch induktiv auf die Prozesstemperatur erwärmt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ferner vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung 207 in der zweiten Prozessierkammer 202p2 angeordnet ist oder zusätzlich eine weitere Heizeinrichtung 207 in der zweiten Prozessierkammer 202p2 angeordnet ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das in der zweiten Prozessierkammer 202p2 eine Prozessierquelle bereitgestellt ist, welche als Beschichtungsanordnung 208 ausgebildet sein kann. Die Beschichtungsanordnung 208 kann beispielsweise einen oder mehrere Tiegel aufweisen, in welchem zu verdampfendes oder zu sublimierendes Verdampfungsgut angeordnet ist. Die hierzu Verdampfungsenergie kann beispielsweise von einer außerhalb der Prozessierkammeranordnung 202 angeordneten nicht dargestellten Elektronenstrahlkanone bereitgestellt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Prozessieranordnung 200 eine Transportanordnung 204 aufweist. Die Transportanordnung 204 ist eingerichtet ein oder mehrere Substrate 210 zwischen der Schleusenkammeranordnung 201 und der Prozessierkammeranordnung 202 durch Substrattransferöffnungen 203 hin und her zu transportieren.
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Hierzu kann die Transportanordnung 204 einen Substrathalter 204sh aufweisen, welcher drehbar an einem vakuumdichten Gehäuse 204g gelagert ist. Das eine oder die mehreren Substrate 210 können ferner jeweils an einer Substrataufnahmen 204sa des Substrathalters 204sh angeordnet sein oder werden. Eine Substrataufnahme 204sa kann ferner gemäß verschiedenen Ausführungsformen drehbar am Substrathalter 204sh gelagert sein oder werden.
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Am Gehäuse 204g kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Schubstruktur 204s angeordnet sein, beispielsweise vakuumdicht dicht mit dem Gehäuse 204g verbunden. Die Schubstruktur 204 kann eingerichtet sein eine Kammerwand der Schleusenkammer 201s, beispielsweise durch eine vakuumdichte Schiebedurchführung 205 zu durchdringen. Außerhalb der Schleusenkammer 201s kann die Schubstruktur mit einem elektromechanischen Antrieb 206 wirkverbunden sein, gegebenenfalls durch die Zwischenschaltung eines nicht dargestellten Getriebes und zusätzlich gegebenenfalls durch einer nicht dargestellten lösbaren Kupplung. Vermittels des Antriebs 206 können Substrate 210 entlang der Achse 101 durch die Prozessierkammeranordnung 200 hindurch bewegt werden. Beispielsweise können die Substrate 210 von der Schleusenkammer 201s in erste Prozessierkammer 202p1 und weiter in die zweite Prozessierkammer 202p2 transportiert werden. Nach dem Prozessieren können das oder die mehreren Substrate 210 vermittels der Transportanordnung 204 wieder in die Schleusenkammer 201s transportiert werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass in der Schleusenkammer 201s und alternativ oder zusätzlich in der ersten Prozessierkammer 202p1 eine Linearführungsstruktur 209 vorgesehen ist, welche mit dem Gehäuse 204g wirkverbunden sein kann. Die Linearführungsstruktur 204g kann beispielsweise als Rollenführung oder Gleitführung eingerichtet sein oder werden. Die Linearführungsstruktur 209 kann eingerichtet sein, zumindest das Gewicht (Masse) des Gehäuses 204g und des Substrathalters 204sh aufzunehmen, so dass die Schubstruktur 204s von deren Masse entlastet wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass zumindest die Substrataufnahm oder die mehreren Substrataufnahmen 204sa in der Schleusenkammer 201s angeordnet sind. Bei geschlossener Substrattransferöffnung 203 zur Prozessierkammeranordnung 202 kann die Schleusenkammer beispielsweise belüftet werden. Anschließend können prozessierte Substrate 210 der Substrataufnahme 204sa und der Schleusenkammer 201s, beispielsweise durch eine vakuumdicht verschließbare nicht dargestellte Öffnung entnommen und zu prozessierende Substrate 210 an der Substrataufnahme 204sa angeordnet werden. Anschließend kann die Schleusenkammer 201s vakuumdicht verschlossen und mittels einer Evakuierungseinrichtung 211 evakuiert werden.
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3 veranschaulicht eine Prozessieranordnung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
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Die Prozessieranordnung 300 entspricht im Wesentlichen der Prozessieranordnung 200, wobei die Transportanordnung 204 der Prozessieranordnung 300 vermittels des elektromechanischen Antriebs 206 entlang der Achse 101 im Vergleich zur Prozessieranordnung 200 bewegt worden ist. 3 veranschaulicht die Prozessieranordnung 300 in einer Position, in welcher das oder die Substrate 210 in einem Wirkbereich 301 der Heizeinrichtung 207 angeordnet sind. Hierzu kann die Transportanordnung 204 beispielsweise durch die geöffnete Substrattransferöffnung 203 zwischen der Schleusenkammeranordnung 201 und der Prozessierkammeranordnung 202 hindurch bewegt werden. Vorher kann der Prozessdruck der Schleusenkammer 201s an den Prozessdruck der ersten Prozessierkammer 202p1 angepasst worden sein oder werden, beispielsweise vor dem Öffnen der Substrattransferöffnung 203. Die Substrattransferöffnung 203 zwischen der ersten Prozessierkammer 202p1 und der zweiten Prozessierkammer 202p2 kann zu diesem Zeitpunkt vakuumdicht verschlossen sein.
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Vermittels der Linearführungsstruktur 209, welche beispielsweise als Rollenführung ausgebildet sein kann, kann die Transportanordnung 204 entgegen der Gewichtskraft (nach unten gerichtet) zumindest teilweise gehalten werden. Auf diese Weise kann ein Biegemoment der Schubstruktur 204s verkleinert werden.
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Die Größe der ersten Prozessierkammer 202p1 kann so gewählt werden, dass lediglich die Substrataufnahmen 204sa und zumindest abschnittsweise der Substrathalter 204sh in der ersten Prozessierkammer 202p1 angeordnet sind, wobei beispielsweise das Gehäuse 204g noch in der Schleusenkammer 201s angeordnet sind. Mit anderen Worten ist der Substrathalter 204sh abschnittsweise im Wirkbereich der Substrattransferöffnung (z.B. im Schließbereich eines Substrattransferventils 203) angeordnet. Auf diese Weise kann eine Temperaturbeanspruchung des Gehäuses 204g durch die Heizeinrichtung 207 verhindert werden.
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4 veranschaulicht eine Prozessieranordnung 400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
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Die Prozessieranordnung 400 entspricht im Wesentlichen der Prozessieranordnung 200, wobei die Transportanordnung 204 der Prozessieranordnung 400 vermittels des elektromechanischen Antriebs 206 entlang der Achse 101 im Vergleich zur Prozessieranordnung 200 bewegt worden ist. 4 veranschaulicht die Prozessieranordnung 400 in einer Position, in welcher das oder die Substrate 210 in einem Wirkbereich 401 der Beschichtungsanordnung 208 angeordnet sind. Hierzu kann die Transportanordnung 204 beispielsweise durch die geöffnete Substrattransferöffnung 203 zwischen der Schleusenkammeranordnung 201 und der Prozessierkammeranordnung 202 und durch die geöffnete Substrattransferöffnung 203 zwischen der ersten Prozessierkammer 202p1 und der zweiten Prozessierkammer 202p2 der Prozessierkammeranordnung 202 hindurch bewegt werden. Vorher kann der Prozessdruck der ersten Prozessierkammer 202p1 an den Prozessdruck der zweiten Prozessierkammer 202p2 angepasst worden sein oder werden, beispielsweise vor dem Öffnen der Substrattransferöffnung 203.
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Vermittels der Linearführungsstruktur 209, welche beispielsweise als Rollenführung ausgebildet sein kann, kann die Transportanordnung 204 entgegen der Gewichtskraft (nach unten gerichtet) zumindest teilweise gehalten werden. Auf diese Weise kann ein Biegemoment der Schubstruktur 204s verkleinert werden.
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Die Größe der ersten Prozessierkammer 202p2 kann so gewählt werden, dass lediglich die Substrataufnahmen 204sa und zumindest abschnittsweise der Substrathalter 204sh in der ersten Prozessierkammer 202p1 angeordnet sind, wobei beispielsweise das Gehäuse 204g noch in der ersten Prozessierkammer 202p1 angeordnet sind. Mit anderen Worten ist der Substrathalter 204sh abschnittsweise im Wirkbereich der Substrattransferöffnung (z.B. im Schließbereich eines Substrattransferventils 203) angeordnet. Auf diese Weise kann eine Beschichtung und/oder eine Temperaturbeanspruchung des Gehäuses 204g durch die Heizeinrichtung 207 verhindert werden.
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5 veranschaulicht eine Transportanordnung 504 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen geschnittenen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
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Die Transportanordnung 504 kann für eine Prozessieranordnung 200, 300, 400 bereitgestellt sein oder werden.
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Die Transportanordnung 504 kann eine Schubstruktur 504s und ein vakuumdichtes Gehäuse 504g und einen Substrathalter 504sh aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Schubstruktur 504s und das vakuumdichte Gehäuse 504g und der Substrathalter 504sh eine gemeinsame Kühlstruktur aufweisen. Die Kühlstruktur kann eingerichtet sein, dass von einer außerhalb der Schleusenkammanordnung 201 und/oder der Prozessierkammeranordnung 202 bereitgestellten Kühlmittelpumpe 519 ein Kühlmittel bereitgestellt wird, wobei das Kühlmittel die Kühlstruktur ausgehend von der Kühlmittelpumpe 519 durch einen Kühlmittelvorlauf 520v bis zur Substrataufnahme 504sa hin und durch einen Kühlmittelrücklauf 520r von der Substrataufnahme 504sa zurück zur Kühlmittelpumpe 519 durchfließt. Mit anderen Worten stellt die Kühlmittelpumpe 519 einen Druck bereit, welcher ausreichend ist das Kühlmittel durch den Kühlmittelvorlauf 520v und durch den Kühlmittelrücklauf 520r zurück zur Kühlmittelpumpe 519 zu fördern.
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Der Kühlmittelvorlauf 520v und/oder der Kühlmittelrücklauf 520r können beispielsweise jeweils aus einer oder mehreren Kühlmittelleitungen, beispielsweise Kühlmittelrohren oder Kühlmittelschläuchen gebildet sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Kühlmittelvorlauf 520v und/oder der Kühlmittelrücklauf 520r als Kavitäten eingerichtet sind, welche von strukturellen Komponenten, wie beispielsweise Blechen und/oder Formteilen begrenzt sind.
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Die Schubstruktur 504s kann beispielsweise als kreiszylindrisches mehrwandiges Rohr ausgebildet sein. Die Schubstruktur 504s kann mit ihrem einen Ende mit dem Gehäuse 504g verbunden sein. Das andere Ende der Schubstruktur 504s kann mit einem elektromechanischen Antrieb 506, welcher außerhalb der Schleusenkammer 501s angeordnet sein kann, wirkverbunden sein. Mit anderen Worten kann der elektromechanische Antrieb 506 eine Translation der Transportanordnung 504 parallel zur Achse 101 bewirken. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Schubstruktur 504s eine Kammerwand der Schleusenkammer 501s durchdringt. Hierzu kann in der Kammerwand der Schleusenkammer 501s eine vakuumdichte Schiebedurchführung 505 bereitgestellt sein. Diese Schiebedurchführung 505 kann beispielweise kreisförmig ausgebildet sein und Dichtungen 516 aufweisen.
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Die mehrwandige Schubstruktur 504s kann beispielsweise dreiwandig ausgebildet sein. Jede Wand der drei Wände kann dabei als kreiszylindrisches Rohr ausgebildet sein, wobei die drei Rohre unterschiedliche Nenndurchmesser aufweisen. Anschaulich kann vorgesehen sein, dass zwischen (Kavität) dem inneren Rohr und dem mittleren Rohr der Kühlmittelvorlauf 520v vorgesehen ist und zwischen (Kavität) dem mittleren Rohr und dem äußeren Rohr der Kühlmittelrücklauf 520r vorgesehen ist. In den Kavitäten der Schubstruktur 504s können ferner nicht dargestellte Strömungsleiteinrichtungen (Prallbleche, Umlenkbleche) und/oder Versteifungsrippen vorgesehen sein.
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Das Innere des inneren Rohres, mithin des Rohres mit dem kleinsten Nenndurchmesser, kann eine Medienleitstruktur 504sm bilden, welche mit einer Medienversorgungseinrichtung 511 außerhalb der Schleusenkammeranordnung 201 verbunden sein kann. Anschaulich können in der Medienleitstruktur 504sm Kabel und/oder Leitungen angeordnet sein vermittels derer Energieströme, Massenströme, Datenströme usw. zwischen der Medienversorgungseinrichtung 511 und dem inneren der Prozessieranordnung 504 ausgetauscht werden können. Die Medienleitstruktur 504sm kann im Inneren des vakuumdichten Gehäuses 504g enden. Es kann vorgesehen sein, dass die Medienleitstruktur 504sm und das Innere des Gehäuses 504g atmosphärischem Druck ausgesetzt sind, während in der Schleusenkammeranordnung 201 und/oder der Prozessierkammeranordnung 202 Vakuum bereitgestellt ist.
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Das vakuumdichte Gehäuse 504g kann als doppelwandiges Gehäuse 504g ausgebildet sein oder werden. Mit anderen Worten weist das Gehäuse 504g eine innere Wand und eine äußere Wand auf, wobei die äußere Wand das Gehäuse 504g zur Schleusenkammeranordnung 201 und/oder zur Prozessierkammeranordnung 202 begrenzt. In der Kavität zwischen der äußeren Wand und der inneren Wand können abschnittsweise der Kühlmittelvorlauf 520v und der Kühlmittelrücklauf 520r bereitgestellt sein. In den Kavitäten der des Gehäuses 504g können ferner nicht dargestellte Strömungsleiteinrichtungen (Prallbleche, Umlenkbleche) und/oder Versteifungsrippen vorgesehen sein.
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Ferner können in dem Gehäuse 504g zwei elektromechanische Antriebe 512 (z.B. Elektromotoren) angeordnet sein, welche über die Medienleitstruktur 504sm beispielsweise mit elektrischer Energie von der Medienversorgungseinrichtung 511 versorgt werden können. Einer der zwei elektromechanischen Antriebe 512 kann eingerichtet sein den Substrathalter 504sh um eine erste Drehachse 513 parallel zur Achse 101 zu drehen (beispielsweise ein Hin und Her Schwenken). Der weitere der zwei elektromechanischen Antriebe 512 kann eingerichtet sein die Substrataufnahme 504sa um eine zweite Drehachse 514 parallel zur Achse 102 zu drehen. Mittels des weiteren elektromechanischen Antriebs 512 können mehrere Substrataufnahmen 504sa gleichzeitig um jeweils eine zweite Drehachse 514 gedreht werden (beispielsweise mit gleicher Winkelgeschwindigkeit). Ferner kann vorgesehen sein, dass die erste Drehachse 513 und die zweite Drehachse 514 im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind, mit anderen Worten können kleine Abweichungen vom exakten rechten Winkel (90°) toleriert werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass zwei voneinander unabhängig drehbar gelagerte Abtriebe 521 das Gehäuse 504g durchdringen können. Der erste der beiden Abtriebe 521 kann eingerichtet sein den Substrathalter 504sh um Achse 513 zu drehen. Der zweite der beiden Abtriebe 521 kann eingerichtet sein die Substrataufnahme 504sa um die zweite Drehachse 514 zu drehen. Das Drehen der Substrataufnahme 504sa und des Substrathalters 504sh kann beispielsweise durch die Übertragung eines Drehmoments eingerichtet sein. Die beiden Abtriebe 521 können in dem Gehäuse 504g mittels einer Lageranordnung 517 drehbar gelagert sein. Die Lageranordnung 517 kann hierzu Wälzlager und/oder Gleitlager aufweisen. Gegenüber dem Gehäuse 504g können die Abtriebe 521 mittels Dichtungen 516 gegenüber dem Kühlmittel und/oder der Prozessatmosphäre abgedichtet sein oder werden. Ferner können im Gehäuse 504g Kraft- und/oder Momentenübertragungsmittel 518 vorgesehen, welche eine Kraft und/oder ein Moment der elektromechanischen Antriebe 512 auf die Abtriebe 521 übertragen können. Die Kraft- und/oder Momentenübertragungsmittel 518 können hierzu beispielsweise Zahnräder und/oder Zahnriemen und/oder Flachriemen und/oder Rollen und/oder Scheiben aufweisen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Abtriebe 521 eine gemeinsame Drehachse, beispielsweise die erste Achse 513, aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass die Abtriebe 521 eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form (beispielsweise kreisringförmige Zylindergrundfläche) aufweisen, wobei einer der beiden Abtriebe 521 einen kleineren Durchmesser aufweisen kann als der weitere Abtrieb 521. In diesem Fall kann der eine Abtrieb 521 in dem weiteren Abtrieb 521 angeordnet sein, beispielsweise konzentrisch. Ferner kann bei konzentrischer Anordnung der beiden Abtriebe 521 vorgesehen sein, dass ein Ringspalt (Kavität) zwischen dem inneren Abtrieb 521 (kleinerer Durchmesser) und dem äußeren Abtrieb 521 (größerer Durchmesser) einen Abschnitt des Kühlmittelvorlaufs 520v bildet. Das Innere des inneren Abtriebs 521 (kleinerer Durchmesser) kann einen Abschnitt des Kühlmittelrücklaufs 520r bilden.
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An den Abtrieben 521 kann ferner eine lösbare Kupplung 515 vorgesehen sein. Die Kupplung 515 kann so eingerichtet sein, dass der Substrathalter 504sh vakuumdicht und Kühlmitteldicht mit den beiden Abtrieben 521 verbunden sein oder werden kann. So ist es möglich mehrere Substrathalter 504sh für unterschiedliche Prozessieraufgaben vorzuhalten und diese gegebenenfalls auszutauschen. So können Substrathalter 504sh vorgesehen sein, welche eine oder mehr, beispielsweise zwei oder mehr, beispielsweise vier oder mehr, beispielsweise sechs oder mehr, beispielsweise acht oder, beispielsweise zehn oder mehr Substrataufnahmen 504sa aufweisen. Die Substrataufnahmen 504sa der unterschiedlichen Substrathalter 504sh können ferner für unterschiedlich geformte Substrate 510 ausgebildet sein oder werden.
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Der Substrathalter 504sh kann beispielsweise im Wesentlichen eine L-förmige oder eine U-förmige Gestalt (Gehäuseform) aufweisen, wobei 5 eine L-förmige Gestalt zeigt (liegendes L, mit einem horizontalen Schenkel und einem vertikalen Schenkel). Ein Substrathalter 504sh mit einer U-förmigen Gestalt kann zwei horizontale Schenkel aufweisen.
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Im horizontalen Schenkel des Substrathalter 504sh können eine oder mehrere Substrataufnahmen 504sa in jeweils einer Lageranordnung 517 drehbar um jeweils eine zweite Drehachse 514 gelagert sein. Ferner kann jede Substrataufnahme 504sa eine Gehäusewand des Substrathalters 504sh durchdringen, wobei Dichtungen 516 vorgesehen sein können, welche die Substrataufnahme 504sa vakuumdicht und kühlmitteldicht gegen das Innere des Substrathalter 504sh abdichten. Zwischen einem Abtrieb 521 und einer Substrataufnahme 504sa können Kraft- und/oder Momentenübertragungsmittel 518 vorgesehen sein, um eine Kraft und/oder ein Moment von einem Abtrieb 521 auf die Substrataufnahme 504sa zu übertragen. Ferner kann vorgesehen sein, dass zwischen den einzelnen Substrataufnahmen 504sa Kraft- und/oder Momentenübertragungsmittel 518 vorgesehen sind. So kann eine Kraft und/oder ein Moment einer Substrataufnahme 504sa auf eine oder mehrere weitere Substrataufnahmen 504sa übertragen werden.
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Das Gehäuse des Substrathalters 504sh kann mehrere Kavitäten aufweisen. Diese Kavitäten können als Hohlräume, beispielsweise durch eine mehrwandige, beispielsweise doppelwandige Gestalt aufweisen. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Kavität als Kühlmittelvorlauf 520v und eine weitere Kavität als Kühlmittelrücklauf 520r ausgebildet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Kühlmittelvorlauf 520v des Substrathalters 504sh thermisch mit der Substrataufnahme 504sa gekoppelt ist. Beispielsweise kann das Kühlmittel in direktem Kontakt mit der Substrataufnahme 504sa sein, so dass Wärme zwischen der Substrataufnahme 504sa mittels Konvektion auf das Kühlmittel übertragen werden kann. Zusätzlich können Pralleinrichtungen vorgesehen sein, um den Wärmeübergang zwischen Kühlmittel und Substrataufnahme 504sa zu verbessern. Die Pralleinrichtungen können als Lochblech ausgebildet sein.
