DE2408406A1

DE2408406A1 - Ventile

Info

Publication number: DE2408406A1
Application number: DE19742408406
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: BROOKS NORMAN B
Current assignee: BROOKS NORMAN B
Priority date: 1973-02-21
Filing date: 1974-02-21
Publication date: 1974-08-22
Also published as: FR2224684A1; GB1468462A; US3833018A; FR2224684B1; DE2408406C3; JPS5833658B2; JPS5041129A; DE2408406B2; CA1016560A

Description

Anmelder: Norman B. Brooks, 391 East Street, Carlisle, Mass., 017^9, USA

Ventile

Die Erfindung betrifft Ventile gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs .

Die Erfindung befasst sich mit Ventilen, insbesondere mit Ventilen, die in Vakuumsystemen verwendet werden, um Teile des Systems, welche an unterschiedlichen Drücken liegen, voneinander zu isolieren.

Vakuumbearbeitungssysteme finden in zunehmendem Maße bei ver-

schiedenen Industriezweigen Anwendung. Eine Vakuumverarbeitung ist seit langer Zeit in„Verbindung mit der Verarbeitung von Nahrungsmitteln oder anderen Materialien, wie öl, bekannt. In Verbindung mit der Herstellung von elektronischen' Bauteilen und Schaltungen haben Vakuumtechniken eine erhebliche Anwendung gefunden, da sie äusserst wirksame Maßnahmen für die Überwachung einer Verschmutzung oder Kontaminierung während der Verarbeitung darstellen. Vakuumsysteme werden des weiteren auch vielfach in Verbindung mit Apparaturen, wie Teilchenbeschleunigern, verwendet, welche für eine Vielzahl von industriellen Zwecken, sowie

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auch für Forsohungszwecke dienen.

Teilchenbeschleuniger und elektronische Bearbeitungsvorrichtungen ,stellen gute Beispiele für Vakuunisysteine dar, bei denen ein Hochvakuum benötigt wird, z.B. in der Grössenordnung von IO~^ Torr oder noch darunter. Für das Pumpen und die Isolierung benötigen diese Systeme Ventile, die geringe Verluste durch Leeken oder Durchsickern aufweisen, wenn Drücke in dieser Grossenordnung an ihnen anliegen. Des weiteren benötigen sie irgendeine Einrichtung, welche es ermöglicht, rasch Gegenstände in die evakuierte Kammer einzuführen und aus dieser Kammer zu entfernen, ohne dass hierbei das Vakuum in der Kammer zerstört wird,

Es wurde bisher eine Vielzahl von Ventilen zu diesen Zwecken verwendet. Den herkömmlichsten T^pus bildet das Kugelventil, bei dem eine Schutzkappe mit einer komprimierbaren Dichtung auf einem mit Gewinde versehenen Stössel gehaltert und fest gegen einen Ventilsitz gepresst wird, um das Ventil zu schliessen. Diese Ventilbauart ist ziemlich teuer, relativ unhandlich und gross sowie langsam in ihrer Betätigung. Des weiteren eignet sie sich auch nicht gut für eine Durchführung von festen Gegenständen, wie beispielsweise Halbleiterplättchen oder andere Vorrichtungen. Eine abgewandelte Form eines Schieberventils, das eine Gleitplattenanordnung aufweist, welche alternativ eine öffnung in dem Ventil bedeckt und freigibt, erweist sich für die Hindurchführung einer Vorrichtung oder eines geradlinigen Strahles geeigneter als das Kugelventil. Dieses Ventil ist ebenfalls bekannt. Es ist kompakter als das Schieberventil, Jedoch ebenfalls relativ kostspielig. Des weiteren muss bei diesem Ventil üblicherweise ein Kompromiss eingegangen werden zwischen der Auswahl einer weichen Dichtung, - welche das zu bearbeitende Material verschmutzen kann, wenn sich die Dichtung abnutzt - und einer har- ■ ten Dichtung, die einen begrenzteren Lebenszyklus aufweist. Weitere Ventilbauarten, wie beispielsweise Drossel- oder Flügelventile, sind im Hinblick auf den einen oder anderen dieser Gesichtspunkte ebenfalls nur begrenzt verwendbar.

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Vakuumverarbeitungssysterne benötigen ferner einen Mechanismus für die Übertragung bzw,- den Transport von den zu bearbeitenden Gegenständen in die Vakuumkammer und aus dieser heraus. Es wurden bisher zu diesem Zweck verschiedene Techniken verwendet. Bei einer Gruppe von einer derartigen Transportvorrichtung, wie sie beispielsweise in der US-PS 3 55^ H^ beschrieben ist, wird ein Druckverschluss zur Isolierung der Vakuumkammer von der Atmosphäre verwendet, der aus einer'Vorkammer besteht, die in Art eines Puffers zwischen der Vakuumkammer und der Atmosphäre wirkt. Die in diesen Vorkammern verwendeten Ventile sind im allgemeinen sehr sperrig und voluminös. Dies vergrössert das Volumen der Kammer bis auf und über das für die Aufnahme der in das Vakuum zu transportierenden Gegenstände notwendige Maß hinaus, wodurch · auch die Pumpzeit erhöht wird, die notwendig ist, um den Druck in dieser Kammer auf einen. Wert herabzusetzen, der sich für die Überführung des Gegenstands in die Vakuumkammer eignet.

Bei einer weiteren Bauart einer Transport- oder Transfervorrichtung wird der zu transportierende Gegenstand in einen Schlitten gelegt, der begrenzte Dimensionen aufweist. Der Schlitten wird hin- und herbewegt, so dass er in die Vakuumkammer und aus der Vakuumkammer gelangt. Diese Bauart ist in der US-PS 3 633 770 beschrieben. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Schlitten in die Vakuumkammer und aus der Vakuumkammer zu drehen. Diese Möglichkeit ist in der US-PS 3 260 383 beschrieben. Das Volumen des Schlittens kann vor dem Eintritt in den Hpchvakuumbereich ausgepumpt werden, so dass hiermit eine Verschmutzung vermindert wird. Transfervorrichtungen von dieser Bauart eignen¹sich nicht sehr für den Transport von zerbrechlichen oder spröden Materialien, wie von Halbleiterplättchen, die besonders leicht während des Belade- und Ausladevorgangs der Transfervorrichtung beschädigt werden. Die Halbleiterplättchen sollen während der Bearbeitung möglichst wenig gehandhabt werden. Dies dient, um mögliche Beschädigungen derselben zu vermeiden, sowie dazu, um das Bearbeitungssystem einfacher zu gestalten. Viele Vorrichtungen zur Behandlung derartiger Plättchen, welche zur Zeit verwendet werden, sind teuer und mechanisch kompliziert. Des weiteren sind

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sie besonders anfällig gegenüber einem Zerbrechen der Plättchen, falls kleine Deiustierungen auftreten.

Aufgrund dieser Schwierigkeiten, die sich bei einem Transport von Gegenständen in eine Vakuumkammer und aus einer solchen heraus ergeben, greift man vielfach auf eine satzweise Bearbeitung zurück,-bei der eine grosse Anzahl der zu bearbeitenden Gegenstände auf einen Träger geladen und der Träger anschliessend vollständig in die Vakuumkammer gebracht wird. Dies ist jedoch vielfach unerwünscht, da der Träger Verschmutzungen in die Kammer einbringen kann und da diese vor Beginn der Bearbeitung entfernt werden müssen. Es besteht des weiteren die Möglichkeit, dass sich die Gegenstände gegenseitig kontaminieren oder verschmutzen, da sie alle gleichzeitig in der Kammer sind. Falls es darüber hinaus notwendig sein sollte, zu einem der Gegenstände während der Bearbeitung zu gelangen, muss die Bearbeitung beendet und der Träger aus der Kammer entfernt werden. Die Kammer muss vor der Weiterbenutzung wieder von neuem evakuiert werden, was sehr zeitraubend sein kann.

Bei Teilchenbeschleunigern weist die Vakuumkammer die Form einer länglichen Röhre auf, auf welche der Strahl begrenzt ist. Die Röhre wird üblicher- eise *,n Abschnitten gebildet, die voneinander isoliert werden können, wie dies zu Reparaturen notwendig ist. Die hierzu verwendeten Vakuumventile sind sehr teuer. Darüberhinaus erfolgt der Betrieb von vielen dieser Ventile langsam, so dass sie nicht in der Lage sind, im Falle einer Betriebsstörung, wie beispielsweise eines Leckens, rasches Verschliessen und Isolieren zu bewirken. .

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Vakuumventil in Vorschlag zu bringen, welches grosse Druckdifferenzen mit nur geringen Verlusten durch Lecken aushalten kann. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruches gelöst.

Mit der Erfindung wird ein verbessertes Vakuumventil geschaffen*

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das den Transfer von Gegenständen in eine Vakuumkammer und aus dieser erleichtert.

Mit der Erfindung wird des weiteren ein verbessertes Vakuumventil geschaffen, das einen geradlinigen Weg durch das Ventil liefert, falls dieses offen ist.

Mit der Erfindung wird des weiteren ein Ventil geschaffen, das nur geringe Verluste durch Lecken aufweist, und das relativ kompakt und vergleichsweise billig ist.

Mit der Erfindung wird des weiteren ein schnellwirkendes kompaktes Vakuumventil geschaffen, das nur niedrige Verluste durch Lecken aufweist.

Mit der Erfindung wird des weiteren ein Vakuumbearbeitungssystem geschaffen, das den Transfer, d.h. den Transport von Gegenständen in die Vakuumkammer und aus dieser erleichtert.

Die Erfindung schafft schliesslich ein einfaches Vakuumbearbeitungssystem für die Vakuumbearbeitung von Halbleiterplättchen.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind daher im folgenden zu sehen:

Das erfindungsgemässe Ventil enthält ein kompaktes, niedrige Leckverluste aufweisendes, für hohe Druckunterschiede geeignetes Durchgangsventil, welches es ermöglicht, Gegenstände im geöffneten Zustand in eine Vakuumkammer und aus einer Vakuumkammer zu transportieren und welches einen wesentlichen Differenzdruck zwischen dem Inneren und dem Äusseren der Vakuumkammer aufrechterhält, wenn es geschlossen ist. Das Ventil enthält ein Gehäuse mit einer darin befindlichen hohlen Kammer für eine enge Aufnahme eines Rotors. Der Rotor enthält eine Bohrung, die sich durch ihn in einer senkrecht zu seiner Drehachse verlaufenden Richtung erstreckt. Diese Bohrung kann so gedreht werden, dass sie mit entsprechenden Bohrungen fluchtet,, welche Einlass-und Auslassöffnungen auf entgegengesetzten Seiten des Gehäuses bil-

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den, so dass ein gradliniger freier Durchgang von einer Seite des Gehäuses (welche die Einlassöffnung enthält) zu der anderen· Seite (welche die Auslassöffnung enthält) bei einer gegebenen Winkelorientierung des Rotors gebildet wird. Wenn der Rotor aus dieser Lage um 90° (oder einen geringeren Betrag in Abhängigkeit von der Querdimension der Bohrung) gedreht wird, erfolgt eine Schliessung des durch das Gehäuse reichenden Durchlasses und das Ventil befindet sich anschliessend in der geschlossenen oder abdichtenden Lage.

Die Oberfläche des Rotors befindet sich in einem, engen Abstand von den Wandungen der Kammer, in welcher er gehaltert ist (z.B. in einem Abstand von 0,01 mm an den Punkten minimalen Abstands und etwas mehr an anderen Punkten des minimalen Abstands), so dass eine Drehung des Rotors möglich wird. Dieser Abstand bildet einen Zwischenhohlraum mit geringem Leitwert, durch den Luft oder ein anderes Fluid im Normalfalle von der Einlassbohrung zu der Auslassbohrung strömen würde, so dass ein Weg für ein Durchsickern gebildet würde. Bei dem erfindungsgemässen Ventil wird jedoch ein Lecken längs dieses Weges dadurch minimiert, dass der Zwischenhohlraum über einen Pumpkanal evakuiert wird, der sich durch das Gehäuse und in den Hohlraum.erstreckt und den Hohlraum mit einer äusseren Pumpe verbindet. Durch Evakuieren dieses Hohlraums auf einen mittleren Druckwert (z.B. "10*"^ Torr), der ohne weiteres mittels mechanischer Pumpen für niedriges Vorvakuum oder mittels Vorvakuumpumpen zu erreichen ist, lässt sich der Druckgradient zwischen der Auslassbohrung des Gehäuses, die mit der Vakuumkammer verbunden ist,und einem Punkt längs des Weges von dem Einlass zu _fdem Auslass, durch den die Pumpe verbunden ist, drastisch gegenüber einem Druckgradienten vermindern, der zwischen diesen beiden Punkten bestehen würde, wenn die Pumpe nicht angeschlossen wäre. Da die Strömung des Fluids durch einen ■ Kanal proportional dem Druckgradienten längs dieses Kanales ist, wird die bei dem Lecken entstehende strömung von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung erheblich vermindert.

Die Gestalt des P.otors hängt teilweise von den Materialien ab, welche durch das Ventil bewegt werden sollen, sowie teilweise

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auch von anderen Paktoren, wie beispielsweise dem Erfordernis nach einem schlanken Ventil. So ist beispielsweise für die Verarbeitung von Halbleiterplattchen, die allgemein in Form von dünnen Scheiben vorliegen, der Rotor vorzugsweise in seiner Gestalt zylindrisch,und die durch ihn hindurchgehende Materialdur chgang sbohrung enthält vorzugsweise einen länglichen Schlitz, der sich durch ihn von einer Seite auf die andere Seite längs eines Durchmessers erstreckt, wobei dieser Schlitz in Umfangs-. richtung eng ist und eine Längsdimension aufweist, die etwas grosser ist als der Durchmesser der Scheibe in Längsrichtung parallel zur Drehachse. Die Verwendung eines zylindrischen Rotors führt zu einem schlanken kompakten Ventil. Andere Rotorgestalten, wie beispielsweise sphärische Rotoren, können für den einen oder anderen Anwendungsfall verwendet werden.

Der Pumpkanal in dem Ventil kann auf eine Reihe von verschiedenen Weisen angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform enthält dieser Kanal eine Anzahl von in Abstand voneinander liegenden Bohrungen _g die sich in dem Zwischenhohlraum auf entgegengesetzten Seiten des Rotors und annähernd in der Mitte zwischen den Einlass- und Auslassbohrungen in der Ebene der Mittellinie des Rotors erstrecken. Bei dieser Ausführungsform ist die Rotoroberfläche glatt und verläuft gleichmässig über diesen. Bei einer anderen Ausführungsform erstreckt sich ein einzelner Pumpkanal durch eine Endwandung des Gehäuses in den Zwischenhohlraum. Zur Unterstützung der Ventilpumpe beim Evakuieren des Zwischenhohlraums sind nutenartige Ausnehmungen auf der Rotoroberfläche vorgesehen, wobei diese Ausnehmungen in direkter Verbindung mit dem Pumpkanal stehen, so dass ein. Fluid, das in das Ventil rund um die Seiten des Rotors ausläuft, in diese Ausnehmungen hineingespült und durch den Pumpkanal abgeführt wird. Diese Ausnehmungen können in einer alternativen Ausführungsform in den Seitenwandungen des Kammergehäuses anstatt in dem Rotor angebracht sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Zwischenhohlraum durch eine Bohrung evakuiert, welche sich durch den Rotor erstreckt. Dies geschieht durch die Anbringung einer Längsbohrung, welche sich längs der Rotorachse in die mittlere. Material-

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bohrung erstreckt. Wenn das Ventil geschlossen ist, sind die entgegengesetzten Enden der Rotorbohrung in eine Lage gedreht, an der sie nicht langer mit den Einlass- und Auslassbohrungen des Ventilgehäuses fluchten, sondern s tattdessen den Innen^wandungen der den Rotor umgebenden Kammer gegenüberstehen. Wenn eine Saugpumpe mit der Pum. hrung verbunden ist, wird daher Fluid, das durch die Einlassbohrung und rund um die Rotorwelle in Richtung auf die Auslassbohrung aussickert, in die Rotorbohrung gesaugt, von wo es durch die Pumpbohrung und nach aussen zu der Saugpumpe abgeführt wird.

Diese Anordnung unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen dadurch, dass ein Weg mit einem relativ hohen Leitwert zwischen dem Xusseren der Kammer und der Saugpumpe durch die Rotorbohrung und dem Pumpkanal gebildet ist, wenn die Rotorbohrung mit den Einlass- und Auslessöffnungen fluchtet, d.h. wenn das Ventil offen ist. Demgemäss ist es bei diesem Zustand erwünscht, eine Absperrung zwischen dem Pumpkanal und der äusseren Saugpumpe anzubringen, welcher die Pumpe dann absperrt, wenn das Ventil offen ist, so dass hierdurch die zu grosse Last auf die Pumpe minimiert wird. Wenn das Ventil geschlossen ist, wird in dem Weg, auf dem die Verluste durch Lecken entstehen, der Leitwert erheblich herabgesetzt, so dass er vergleichbar- mit dem Leitwert des Weges der anderen vorstehend beschriebenen Ventile ist, wenn diese entweder offen oder geschlossen sind.

Das erfindungsgemässe Ventil eignet sich besonders für ein Materialverarbeitungssystem, welches eine Vakuumkammer enthält, in die die zu bearbeitenden Gegenstände zur Vermeidung einer Kon-

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taminierung oder Verschmutzung oder aus anderen Gründen einzeln aufeinanderfolgend eingeführt werden. Das hier beschriebene System enthält eine Halbleiterplättchenbearbeitungskammer, welche eine Hochvakuumkammer aufweist, eine Plättchenzuführungskassette sowie eine Plättchenaufnahmekassette, welche ausserhalb der Kammer in einem Vorvakuum gehaltert sind, sowie eine Plättchenhaltestation im Inneren der Kammer.

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Jede Kassette enthält einen Rahmen, der längs eir.as Paares von Bahnen verschiebbar ist und eine Anzahl von Plättchen haltert. Die Zuführungskassette wird längs der Bahnen nach einer gegebenen Zeit um einen Schritt weiter geschaltet, wobei sie jedes Plättchen zu einem Schlitz trägt, der sich durch die Kammerwandung erstreckt und mit dem Einlasschlitz eines Ventiles fluchtet. Sobald Jedes Plättchen über den Kammerschlitz gebracht ist, wird es von der.Kassette freigegeben und es fällt in den Schlitz. Ein Ventil der oben beschriebenen Bauart ist mit seinen Einlassund Auslassöffnungen fluchtend mit diesem Schlitz angeordnet. Wenn das Ventil geöffnet ist, ermöglicht es dem Plättchen,durch es direkt in die Kammer hindurchzufallen, wo es aufgrund der Schwerkraft auf eine Werkstückhaltestation für den Bearbeitungsvorgang fällt. Die Aufnahmekassette ist ähnlich ausgebildet, wobei sie je ein Plättchen über ein Auslassventil von der Plättchenhaltestation empfängt, wenn die Bearbeitung beendet ist. Jede Kassette befindet sich somit im Aussenbereich der Hochvakuumkammer zu allen Zeiten, während sich lediglich der zu bearbeitende Gegenstand jeweils in der Kammer befindet.

Die Plättchenhaltestation enthält eine vertikal ausgerichtete Platte mit einem Paar von parallel im Abstand voneinander gehaltenen Anschlägen oder Greifarmen, die in Form von zylindrischen Stäben ausgebildet sind, welche sich durch entsprechende Bohrungen an dem Boden der Platte erstrecken. Die Arme sind an der Rückseite der Platte mit einem Solenoid verbunden, das,wenn es erregt wird, die Arme von der Platte gesehen auswärts schiebt und sie anschliessend zurückzieht, wenn es aberregt wird* Auf der Vorderseite der Platte enden sie in einem Paar nach aussen schrägverlaufenden kegeistumpfförmigen Anschlägen. Die Arme sind in einem derartigen Abstand voneinander angebracht, dass ein zylindrisches Halbleiterplättchen sich gerade zwischen den Armen hindurchbewegen kann, wenn das Solenoid erregt ist und die Arme von der Platte in Richtung nach aussen bewegt sind. Wenn das Soie.noid nicht erregt ist und die Arme zurückgezogen sind, ruht das Plättchen auf einem Teil der beiden Anschläge ■und es wird hierdurch, daran gehindert, von der Platte nach unten zu fallen« Dies stellt einen ausserordentlich einfachen

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und trotzdem äusserst wirksamen Mechanismus dar.

Die beiliegende Zeichnung dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Darin zeigen

Pig. 1 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Darstellung von einem erfindungsgemässen Durehgangsventil mit niedrigen Leckverlusten;

Pig. 2 ein vereinfachtes Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen Druck und Entfernung längs des Weges, auf dem das Fluid durchsickert, zwischen den Einlass- und Auslassbohrungen des Ventils;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung von einem Vakuumbearbeitungssystem, bei welchem das in Fig..1 gezeigte Ventil ' zur Anwendung kommt;

Fig. k eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung einer Kassette, welche eine Anzahl von zu bearbeitenden Plättchen trägt;

Fig. 5 eine vertikale Teilschnittansicht längs der Linie 5-5 von Fig. 3; "

Fig. 6 eine vertikale Schnittansicht längs der Linie 6-6 von Fig. 3j

Fig. 7A und 7B Draufsichten auf einen Bereich des Plättchenhaltemechanismusses in der Kammer der Figuren 3 mit 6 in der Zurückhaitungs- und Freigabelage;

Fig. 8 eine perspektivische und teilweise aufgebrochene Ansicht von einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Ventils;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht von einer weiteren Ausführungsform des in Fig. 8 gezeigten Ventils;

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Pig. 10 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 11 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht eines Ventils, das einen sphärischen Rotor gemäss der Erfindung aufweist.

Fig. 1 zeigt, dass ein Ventil 10-von einem Gehäuse 12'gebildet wird, welches in seinem Inneren eine zylindrische Kammer aufweist, in die ein Rotor 14 eingepasst ist. Der Rotor 14 hat eine zylindrische Gestalt und ist in der Kammer drehbar um eine Achse 16 gelagert. 0-förmige Dichtungsringe 18 und 20 sind in über den Umfang verlaufenden Nuten an entgegengesetzten Enden des Rotors gelagert. Diese begrenzen die Fluidströmung längs des Rotors. Wenn das Ventil in der unten beschriebenen Weise ausgepumpt wird, können selbst diese Dichtungen weggelassen werden, Eine längliche Bohrung 22 erstreckt sich durch den Rotor 14 längs einer diametral verlaufenden Linie quer zur Drehachse 16. Die Oberfläche des Rotors 14 befindet sich in einem geringen Abstand von den Wandungen 24 (siehe Fig. 5) der den Rotor aufnehmenden Kammer im Inneren des Gehäuses 12, so dass sich der Rotor frei in der Kammer drehen kann. Der Abstand zwischen der Oberfläche des Rotors und der Kammerwand bildet einen Zwischenhohlraum 26, der mit einer Einlassbohrung 28 und einer Auslassbohrung 30 in Verbindung steht (siehe Figuren 1 und 5)* welche sich durch einander gegenüberliegende Flächen 12a und 12b des Gehäuses 12 erstrecken. Der Zwischenhohlraum steht des weiteren mit einer äusseren Saugpumpe 32 (siehe Fig. 6) über einen Pumpkanal in Verbindung, der von Hauptkanälen Jk und HiIf-

kanälen 36 gebildet wird. Die letzteren münden in den Zwischen-. hohlraum 26. ' '"'

Durch den Zwischenhohlraum hindurch besteht ein Strömungsweg mit niedrigem Leitwert zwischen der Einlassbohrung 28 und den Hilfskanälen 36, sowie zwischen der Auslassbohrung 30 und Hilfskanälen 36. Dieser Weg weist einen ausreichend niedrigen Leitwert auf, so dass, wenn eine Seite des Ventils (z.B. Fläche 12a) der Atmosphäre ausgesetzt ist und die andere Seite (z.B. 12b ■) einem Hochvakuum ausgesetzt ist (z.B. 10 Torr) ein massiges Vakuum

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(z.B. 10"*·^ Torr) in dem Zwischenhohlraum an der Lage der Hilfskanäle 36 aufrechterhalten werden kann, wenn der Pumpkanal mit einer mechanischen Vorvakuumpumpe verbunden ist. Das gleiche Vakuum wird aufrechterhalten, gleichgültig, ob das Ventil offen ist (d.h. wenn die Rotorbohrung 22 mit der Einlassbohrung 28 und der Auslassbohrung J>0 fluchtet, wobei in diesem Falle ein gerader nicht verstopfter Weg durch das Ventil gebildet wird) oder wenn es geschlossen ist (d.h. wenn die Rotorbohrung 22 aus ihrer Lage herausgedreht ist, in der sie mit den Einlass- und Auslassbohrungen 28 und J>0 fluchtet, so dass die einander gegenüberliegenden Enden .der Bohrung 22 den Innenwandungen 24 der Kammer im Inneren des Gehäuses 12 gegenüberliegen.) Demgemäss kann die Saugpumpe, welche den Zwischenhohlraum des Ventils 10 evakuiert,-kontinuierlich mit dem Pumpkanal des Ventils verbunden sein, und zwar unabhängig davon, ob das Ventil offen oder geschlossen ist, ohne dass sie hierbei einer zu grossen Belastung ausgesetzt wird.

Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, besteht ein Weg, auf dem Fluid durchsickert, zwischen den Einlass- und Auslassbohrungen 28 und 30 durch den Zwischenhohlraum zwischen dem Rotor und der Kammerwandung. Man kann erwarten, dass ohne den Pumpkanal im Ventil 10 der Druckabfall längs dieses Weges zwischen den Einlass- und Auslassbohrungen wesentlich linear mit dem Abstand längs dieses Weges verläuft, da die Ventilstruktur symmetrisch ist. Man hat es somit im wesentlichen mit einem konstanten Druckgradienten zwischen den Einlass- und Auslassbohrungen zu tun, was zu einer wesentlich konstanten Durchsickergeschwindigkeit zwischen diesen Bohrungen führt, da die Strömungsgeschwindigkeit dem Druckgradienten proportional ist. Dies ist schematisch in Fig. 2 dargestellt, wo eine vereinfachte (vollständig lineare) Kurve 40 die erwartete "Beziehung zwischen dem Druck P und der Entfernung X längs des Weges zwischen den Einlass- und Auslasskanälen ohne ein Pumpen wiedergibtDer lineare Druckgradient £ P/aX erweist sich über die gesamte Länge L als wesentlich konstant.

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Wenn jedoch ein Pumpkanal vorgesehen ist und wenn durch Pumpen in diesem Kanal Druck, erzeugt wird, der zwischen dem an den Einlass- und Auslassbohrungen liegt, wird die Steigung des Druckgradienten erheblich geändert. Kurve 42 von Fig. 2 zeigt die Wirkung von einem Pumpen auf den Zwischenhohlraum an der Mitte zwischen dem Einlass- und dem Auslasskanal, wobei durch dieses Absaugen ein Druck von 10~^ Torr erzeugt wird, falls man annimmt, dass Atmosphärendruck (7βθ Torr) an der einen Seite des Ventils anliegt (der Einlassbohrung) und dass ein sehr niedriger Druck (z.B. 10 Torr) an der anderen Seite des Ventils (der Auslassbohrung) liegt. Bei diesen Bedingungen findet der Grossteil des Druckabfalis durch den Zwi'schenhohlraum zwischen der Hochdruckseite des Ventils (der Einlassbohrung) und dem Punkt statt, an dem sich der Pumpkanal in den Zwischenhohlraum öffnet. Dementsprechend entsteht de.r maximale Druckgradient, und damit auch die maximale Durchsickerströmung längs des gleichen Weges. Das aussickernde Fluid von der Saugpumpe wird entfernt, die an dem Pumpkanal befestigt ist. Lediglich ein kleiner Druckabfall findet über dem restlichen Weg statt, d.h. zwischen dem Punkt, an dem der Pumpkanal in den Zwischenhohlraum eintritt und der Niederdruckseite des Ventils. Demgemäss besteht lediglich ein kleiner Druckgradient in diesem Teil des Weges, auf dem das Durchsickern erfolgt, und die Strömungsgeschwindigkeit durch diesen Bereich des Zwischenhohlraums wird somit ausgesprochen niedrig, wie dies durch das Segment 44 von Fig. 2 dargestellt ist. Ein Lecken in Richtung auf die Seite mit dem niedrigen Druck (die Auslassbohrung) des Ventils wird somit erheblich herabgesetzt, im Vergleich mit demjenigen, das ohne die Verwendung des Pumpkanals gestanden hätte.

Die Figuren 3 mit 6 zeigen ein einfaches Vakuumbearbeitungssystem, bei dem vorteilhafterweise das erfindungsgemässe Ventil eingebaut ist. Das dargestellte System ist für einen Ionenstrahleinsatz von Halbleiterplättchen ausgebildet. Man ersieht, dass das System 50 eine Hauptvakuumkammer 52 enthält, eine Zuführungsvorvakuumkammer 54 sowie eine Aufnahmevorvakuumskammer 56. Die Vorvakuumskammer 54 (die im einzelnen in Fig. 4 dargestellt ist)

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ist auf einer Platte 58 gehaltert, wobei eine vakuumfeste Dichtung (die nicht gezeigt ist) um die Kanten herumläuft, um ihre Evakuierung zu ermöglichen.Sie enthält'einen Deckel 6O(Fig.4), der mit Stornieren 62, 64 angeschlagen ist, sowie einen Verschluss 66, der den Deckel fest nach unten hält, wenn die Vorvakuumkammer evakuiert wird. Eine Dichtung 68 liefert eine vakuumfeste Abdichtung, wenn der Deckel geschlossen ist. Die Konstruktion der Vorvakuumkammer 56 ist die gleiche wie in der Vorvakuumkammer 54, so dass diese nicht im einzelnen beschrieben wird. Die Vorvakuumkammern 5^ und 56 werden auf ein mittleres Vakuum (z.B. 1O~ Torr) mittels einer Vakuumpumpe 70 (siehe Fig. 6 ) evakuiert, während die Kammer 52 auf ein Hochvakuum (z.B. 10" Torr) von einer Vakuumpumpe 7I evakuiert wird.

Im Inneren der Vorvakuumkammer 54 ist eine Kassette 72 angeordnet. Die Kassette enthält eine Anzahl von dünnen, kreisförmigen Halbleiterplättchen 74, welche in der .Hauptvakuumkammer 52 bearbeitet werden sollen. Die Kassette wird von einem rechteckförmigen Rahmen gebildet, der Abstandshalterfinger 76 aufweist, welche die Plättchen voneinander trennen, sowie einen offenen Boden, so dass die Plättchen auf der Oberfläche der Platte 58 aufsitzen. Die Kassette weist des weiteren Führungen 80 auf, welche sich längs der Aussenseite der Kassette an deren Boden erstrecken. Diese Führungen laufen in Bahnen 82, welche an der oberen Fläche der Platte 58 gebildet sind. Eine Zahnstange 84 ist an einer Seite des Rahmens der Kassette 72 angebracht. Die Zahnstange kämmt mit einem Ritzel 86, das von einer Welle 88 in Umdrehung gesetzt wird, die sich durch eine Wandung der Vorvakuumkammer 54 hindurcherstreckt. Die Welle 88 enthält selbstverständlich einen O-Ring oder eine andere Dichtung, welche nicht gezeigt ist, an der Stelle, an der sie sich durch die Wandung der Vorvakuumkammer erstreckt, so dass eine vakuumfeste Abdichtung gebildet wird, in der sich die Welle dreht. Eine längliche Bohrung 90 erstreckt sich durch die Platte 58 fluchtend mit der Bohrung 32 eines Ventils 10, das unterhalb dieser Platte, wie aus Fig. 3 ersichtlich, angebracht ist.

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Wenn die Welle 88 gedreht wird, treibt sie das Ritzel 86 und verschiebt die Kassette 72 in Richtung auf die Bohrung 90. Die Längsdimension der Bohrung 90, d.h. ihre grössere Ausdehnung, ist etwas grosser als der Durchmesser eines Plättchens 74, während die Querdimension, d.h. die enge Ausdehnung, dieser Bohrung etwas grosser ist als die Dicke des Plättchens. Wenn daher die Kassette 72 in eine Stellung bewegt wird, bei der ein Plättchen über die Bohrung zu liegen kommt, fällt dieses in die Bohrung 90. Wenn man annimmt, dass das obere Ventil 10 zu diesem Zeitpunkt (siehe Fig. 5) geöffnet ist, so fällt das Plättchen 74 durch die Einlassbohrung 28, die Rotorbohrung 22 und die Auslassbohrung 30. Es tritt somit durch das Ventil 10 in die Kammer 52 ein.

Bei seinem Eintritt in diese Kammer fällt das Blättchen an der Vorderseite einer vertikalen .Anlageplatte 100 (siehe Fig. 7) entlang und wird von den Anschlägen 102 und 104 gefangen, die auf Armen ΙΟβ und 108 befestigt sind. Diese Arme sind ihrerseits mit einem Solenoid 110 verbunden. Die Plättchen werden anschliessend bearbeitet, z.B. dadurch, dass man sie mit Ionen " impft. Nachdem diese Bearbeitung abgeschlossen ist, werden die Anschläge 102 und 104 von der Platte 100 hinwegbewegt, was über die Arme 106 und 108 und das Solenoid 110 erfolgt, wodurch das Plättchen freigegeben wird. Das Plättchen bewegt sich anschliessend nach unten durch eine längliche Bohrung 114 in der unteren Wandung der Kammer 54 sowie anschliessend durch ein unteres Ventil 10, und zwar in derselben Welse wie es in die Kammer eingetreten ist. Bei seinem Verlassen des unteren Ventils tritt es in eine Aufnahmekassette 116 in der unteren Vorvakuumkammer 56. Die Konstruktion und der. Betrieb der Kassette II6 sind die gleichen wie bei der Kassette 72, so dass hierfür eine ins einzelne gehende Erläuterung nicht notwendig ist.

Die Konstruktion und der Betrieb der Anschläge 102 und 104 sind im einzelnen in den Figuren 7A und 7B erläutert. Es ist dort gezeigt, dass diese Anschläge kegelstumpfartig ausgebildet sind,

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wobei sie sich von der Platte 100 aus gesehen, nach aussen aufweiten. Der Abstand zwischen ihnen ist derart gewählt, dass sie im voll zurückgezogenen Zustand, wie er in Fig. 7A dargestellt ist, einen Abstand einnehmen, der etwas geringer ist als der Durchmesser des Plättchens 74. Wenn sie jedoch von der Platte 100, wie in Fig. 7B gezeigt, nach aussen geschoben werden, gleitet des Plättchen 74 von den Anschlägen herunter und schlüpft zwischen den Armen 106 und 108 hindurch, deren Abstand etwas grosser ist als der Durchmesser des Plättchens 74, so dass es leicht zwischen ihnen hindurchpasst.

Der Betrieb des in den Figuren 3 bis 6 gezeigten Systems lässt sich nun im einzelnen verstehen. Zum Beginn des Bearbeitungsvorgangs wird die Pumpe 71 eingeschaltet, so dass sie beginnt, die Kammer 52 auf den erwünschten Unterdruck leerzupumpen, wenn dies nicht bereits vorher getan ist. In einem Anwendungsfall, bei dem ein Ionenstrahl zum Einsatz kommt, wird die Kammer 52 auf einen Druck von 10" Torr evakuiert. Das obere Ventil und das untere Ventil 10 sind zu diesem Zeitpunkt geschlossen, so dass die Kammer 52 gegenüber ihrer Umgebung abgeschlossen ist. Als nächstes werden die Kammern 54 und 56 so vorbereitet, dass sie der Kammer 52 Plättchen zuführen und welche von dieser aufnehmen können. Dies geschieht, indem eine Kassette mit den zu behandelnden Plättchen in die obere Kammer 54 eingebracht und indem gleichzeitig eine leere Kassette zur Aufnahme der Plättchen in die untere Kammer 56 eingebracht wird. Diese Kammern werden anschliessend abgedichtet und die Pumpe 70 wird eingeschaltet, so dass hierdurch die Kammern auf ein massiges Vakuum (z.B. 10 Torr) evakuiert werden. Während der Beschickungszeit wird die Vakuumpumpe J52 eingeschaltet, um den Zwischenhohlraum in dem Ventil auf ein Druckniveau auszupumpen, das zwischen dem der Kammer 54 und 52 oder 52 und 56 liegt. Der Zweck dieses Vorgehens ist eine Verminderung des Druckgradienten längs des unteren Bereiches des Zwischenhohlraums, benachbart zu dem Eingang zu der Kammer 52, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 bereits beschrieben wurde.

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Wenn die Kammern 52, 54 und 56 auf den erwünschten Unterdruck evakuiert sind, kann mit der Zufuhr der Plättchen 74 begonnen werden. Dies geschieht durch eine Drehung der Welle 88, welche ihrerseits über die Zahnstange 84 und das Ritzel 86 die Kassette 72 verschiebt. Sobald das erste der Plättchen 74 bis zu der Bohrung 90 (Fig. 4) bewegt ist, wird das obere Ventil 10 in die Offenstellung (Fig. 5) gedreht, so dass ein gradliniger freier Durchgang durch die Platte 58, das obere Ventil 10 und die Wandung der Kammer 52 geschaffen wird. Das Plättchen bewegt sich weiter nach unten in die Kammer aufgrund der Schwerkraft. Es wird von den Anschlägen 102 und 104 gefangen, die zu diesem Zeitpunkt zurückgezogen sind. Die Anschläge halten das Plättchen 74, während es in der Kammer 52 bearbeitet wird. Sobald die Bearbeitung beendet ist, wird das Solenoid 110 erregt, so dass es die Anschläge 102 und 104.von der Platte 100 aus gesehen nach vorne verschiebt, wodurch das Plättchen 74 freigegeben wird. Das Plättchen fällt anschliessend nach unten durch die untere Wandung der Kammer 52 sowie durch das untere Ventil 10, die unter Platte und anschliessend in die untere Kammer 56, wo es von einer Kassette II6 aufgenommen wird. Auf diese Weise werden die Plättchen eines nach dem anderen der Hauptvakuumkammer 52 einzeln zugeführt, dort bearbeitet und von dieser Kammer wieder freigegeben, bevor das nächste Plättchen in sie eingebracht wird.

Falls es erwünscht ist, Gegenstände auf einmal vom Atmosphärendruck in die Hochvakuumkammer einzuführen, unter gleichzeitiger Vermeidung einer unerwünschten Verschmutzung oder Druckverminderung derselben, kann man eine Vorvakuumkammer verwenden, welche ein Paar von erfindungsgemässen Ventilen aufweist, ein Ventil (das"Einlass"-VentiI), welches den unter Atmosphärendruck stehenden Bereich mit der Vorvakuumkammer verbindet, und ein anderes Ventil (das "Auslass"-Ventil), welches die Vorvakuumkammer und die Hauptvakuumkammer miteinander verbindet. Das Volumen der Vorvakuumkammer muss lediglich so gross sein, dass sie zeitweise den zu bearbeitenden Gegenstand bei seinem Durchgang in die Hauptvakuumkammer aufnehmen kann. Das Einlassventil der Vorvakuumkammer wird auf ein Druckniveau gepumpt, das zwischen dem Atmosphärendruck und dem Druck in der Vorvakuumkammer liegt,

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während das Auslassventil (das mit der Hauptvakuumkammer in Verbindung steht) auf einen Druck evakuiert wird, der zwischen dem· der Vorvakuumkammer und der Hauptvakuumkammer liegt. Der-zu bearbeitende Gegenstand wird in die Vorvakuumkammer eingeführt, wobei diese Kammer auf den geeigneten Druck evakuiert wird, und anschliessend durch das Auslassventil in die Hauptvakuumkammer eingeführt.

Eine nachgeschaltete Vakuumkammer, welche sich an die Hauptvakuumkammer anschliesst und ein entsprechendes Ventilpaar aufweist, erlaubt die Herausführung des Gegenstands in derselben Weise. Die Sequenz, mit der die einzelnen Vorgänge in der nachgeschalteten Kammer ablaufen, ist gerade umgekehrt zu der beschriebenen, so dass sie nicht im einzelnen beschrieben werden muss.

Es sollte festgestellt werden, dass es nicht in allen Fällen notwendig ist, vor der Hauptvakuumkammer 52· eine evakuierte vorgeschaltete Kammer anzubringen. Da das erfindungsgemässe Ventil in der Lage ist, einen wesentlichen Druckgradienten, welcher an ihm anliegt, aufrechtzuerhalten, gelingt es,Materialien direkt aus Bereichen mit Atmosphärendruck in die Hochvakuumkammer einzubringen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die einzubringenden Gegenstände sehr klein sind, so dass die Ventilbohrung, durch welche sie hindurchtreten, einen niedrigen Leitwert aufweist, oder wenn die Gegenstände durch das Ventil mit einer hohen Geschwindigkeit hindurchbewegt werden, so dass die Ventile lediglich momentan geöffnet werden müssen. In diesem Zusammenhang sollte festgestellt werden, dass das erfindungsgemässe Ventil ein schnell wirkendes Ventil ist, das schnell geöffnet und geschlossen werden kann und daß seine Ansprechgeschwindigkeit nahezu vollends von dem Trägheitsmoment seines Rotors begrenzt ist. Man kann dieses Trägheitsmoment dadurch mi- · nimieren, dass man den Rotordurchmesser auf einen Betrag vermindert, der ausreicht, um einen erwünschten Druckgradienten in dem Zwischenhohlraum neben der Hochvakuumseite zu erzeugen, sowie ferner durch eine Herstellung des Rotors aus Materialien mit relativ niedrigem spezifischem Gewicht, beispielsweise aus

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Aluminium.

Anstelle, einerVielzahl von Pumpkanälen vorzusehen, welche direkt in den Zwischenhohlraum zwischen dem Rotor und den Wandungen des den Rotor umgebenden Gehäuses münden, kann man auch den Zwischenhohlraum dadurch evakuieren, dass man einen Pumpenhohlräum an einem Ende des Zwischenhohlraum bildet, und im Inneren des Zwischenhohlraums einen Weg mit niedrigem Leitwert vorsieht, der Fluide von diesem Hohlraum direkt zu dem Pumphohlraum leiten kann. Dieser Fall ist in den Figuren 8 und 9 dargestellt. Das Ventil 130 wird, wie Fig. 8 zeigt, von einem zentralen Gehäuseblock I32 gebildet, der eine zylindrische Bohrung aufweist, welche sich durch ihn hindurch erstreckt und dazu dient, einen entsprechenden zylindrischen Rotor IJh aufzunehmen. Der Rotor enthält eine Bohrung 136, die sich durch ihn längs eines Durchmessers hindurcherstreckt, sowie ein Paar von in Längsrichtung verlaufenden Nuten 138, die an der Oberfläche des Rotors an den gegenüberliegenden Enden der Bohrungen 136 angebracht sind. (Lediglich eine dieser Nuten ist in Fig. 8 dargestellt.) Eine sich um den Umfang herum erstreckende Nut kann einen O-Ring aufnehmen, der in sie eingesetzt ist, um zu verhindern, dass an diesem Ende der Welle ein Fluid durch Lecken hindurchtritt. Es ist jedoch auch möglich, ohne diese O-Ringe auszukommen, da die Nut gemäss der folgenden Darstellung abgepumpt wird. Eine Welle 142 ist an dem Rotor YJk befestigt. Sie erstreckt sich durch eine Dichtungsplatte Ikh, welche ihrerseits gegenüber dem Block 132 abgedichtet ist. Die Welle 142 schafft eine Einrichtung zur Drehung des Rotors

■ \1·

An dem anderen Ende des Rotors 134 ist eine Endplatte 146 angebracht, die ebenfalls an dem Block I32 befestigt und gegenüber diesem Block durch einen O-Ring 148 abgedichtet ist. Die Endplatte 146 trägt eine zylindrische Bohrung I50, die in ihre Innenfläche eingeschnitten ist und eine Pumpenkammer bildet, welche dem Ende des Rotors 134 gegenüber steht. Diese Pumpenkammer steht in Verbindung mit dem Zwischenhohlraum zwischen dem Rotor 134 und dem ihn umgebenden Gehäuse. Eine Feder I5I, die in eine

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zylindrische Nut I53 eingesetzt ist, übt einen Druck gegen einen Vorsprung 155 auf dem Rotor 134 aus. Die Feder trägt dazu bei, die Längsposition des Rotors 13²I- einzustellen. Eine weitere Bohrung 152 stellt eine Verbindung zwischen dem Aussenbereich des Ventils 130 und der Pumpkammer her. Eine Bohrung 154, welche eine Einlassöffnung für das Ventil bildet, ist in der oberen Fläche des Blocks 132 angebracht. Eine entsprechende, in der Zeichnung nicht gezeigte Bohrung ist in der unteren Fläche dieses Blocks angebracht, um eine Auslassöffnung zu bilden, wobei diese mit der Bohrung 154 fluchtet. Die Lage dieser Bohrungen ist derart gewählt, dass sie mit der Bohrung 136 in dem Rotor 134 fluchten, wenn der Rotor aus der in Fig. 8 gezeigten Lage um 90° herausgedreht ist, so dass ein gradliniger, freier Durchgang durch das Ventil I30 von der einen Seite zu der anderen geliefert wird. Wenn der Rotor diese Lage einnimmt, ist das Ventil offen. Wenn der Rotor die in Fig. 8 gezeigte Lage einnimmt, ist das Ventil geschlossen.

Eine Saugpumpe ist mit der Bohrung 152 verbunden. Sie dient dazu, den Zwischenhohlraum rund um den Rotor 134 zu evakuieren. Die Nuten an der Oberfläche des Rotors 134 liefern einen Weg für ein durchsickerndes Fluid mit niedriger Impedanz und hohem Leitwert. Das Fluid tritt durch die Einlassöffnung 154 ein und wandert nach unten rund um die Seiten des Rotors 134 , wenn das Ventil, wie in Fig. 8 gezeigt, geschlossen ist. Indem man eine herkömmliche Vorvakuumpumpe mit der Bohrung 152 verbindet, gelingt es, die Kammer 150, die Nut 138 und die Bohrung I36 auf einen mittleren Druck (z.B. 10 Torr) zu bringen. Hierdurch wird der Druckgradient herabgesetzt und damit auch die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Fluid in und durch die untere Bohrung an dem Ventil strömt, und zwar in der Weise, wie dies im Zusammenhang mit dem Ventil von Fig. 1 beschrieben wurde.

Es ist auch möglich, statt Nuten I38 auf der Oberfläche des Rotors 134 vorzusehen, diese Nuten in die Seitenwandungen des den Rotor umgebenden Gehäuses einzubringen. Die Oberfläche des Rotors verbleibt dann glatt. Dies ist schematisch in

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Pig. 9 dargestellt, welche einen Querschnitt von einer abgewandelten Ausführungsform des in Fig. 8 gezeigten Ventils darstellt. Hierbei ist ein zylindrischer Rotor 134a in einem zentralen Block 132a angebracht, der eine zylindrische Bohrung aufweist, die sich durch ihn erstreckt und dazu dient, den Rotor aufzunehmen. Der Rotor enthält eine zentrale Bohrung 136, die sich durch ihn längs eines Durchmessers erstreckt, der mit Bohrungen 154 an der Oberseite und an der Unterseite des Blocks 132a fluchtet, die dazu dienen, um Einlass- und Auslassöffnungen für das Ventil zu bilden. Nuten 138a sind in den Wandungen des Gehäuses 132a angebracht, und zwar in der Mitte längs des V/eges zwischen den Bohrungen 154. Die Nuten 138a transportieren das Fluid, das in die Zwischenkammer I56 eintritt zu einer Pumpenkammer an einem Ende des Rotors, wo es, wie in Fig. 8 gezeigt, abgesaugt wird. (Die Breite der Zwischenkammer ist in dieser Zeichnung zwecks deutlicherer Darstellung übertrieben gezeichnet, wie dies auch in den vorstehenden Figuren der Fall war. In der Praxis sollte diese Breite sehr gering sein und vorzugsweise nicht mehr als einige hundertstel Millimeter betragen.) Der Betrieb des in Fig. 9 gezeigten Ventils ist der gleiche wie des Ventils von Fig. 8, so dass er nicht näher erläutert wird.

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Darstellung von einer weiteren AusfUhrungsform des erfindungsgemässen Ventils. Bei diesem Ventil erstreckt sich der Pumpenkanal durch den Rotor selbst. Das Ventil I60 enthält ein Gehäuse 162, in dessen Innerem drehbar ein zylindrischer Rotor 164 gehaltert ist. Der Rotor enthält eine längliche Bohrung 166, welche sich durch ihn längs einer diametral verlaufenden Linie von einer Oberfläche bis zur anderen erstreckt. Der Rotor enthält zusätzlich eine Bohrung 168, die sich in Längsrichtung entlang seiner Achse zwischen einem Ende 168a des Rotors und einem Ende der Bohrung 166 erstreckt. O-Ringe I70 und 172 sind an entgegengesetzten Enden des Rotors 164 vorgesehen. Eine längliche Bohrung 174 ist in der oberen Fläche des Gehäuses I62 angebracht. Eine entsprechen de längliche Bohrung, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist in der unteren Fläche des Gehäuses angebracht.

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Wenn der Rotor 164 so gedreht wird, dass die Bohrung 166 in vertikaler Richtung verläuft, fluchtet sie mit der oberen Bohrung und der unteren Bohrung in dem Gehäuse 162, so dass ein geradliniger offener Durchgang gebildet wird, der durch das Ventil ΐβθ von einer Seite des Gehäuses zu der anderen hindurchreicht.

Die Bohrung 166 überbrückt den Bereich zwischen den O-Ringen 170 und 172. Das durch die Bohrung 174 von der Oberseite des Gehäuses einsickernde Fluid, das rund um den Rotor in Richtung auf die untere Bohrung in dem Gehäuse wandert, tritt in die Bohrung I66 ein. Wenn das Fluid diese Bohrung erreicht hat, wird es in die Bohrung hineingezogen und durch die Bohrung I68 mittels einer mit dieser Bohrung verbundenen Saugpumpe abgeführt. Das Durchsickern des Fluids durch das Ventil zu der unteren Bohrung wird hierdurch erheblich vermindert, wie das an Hand der Ventile von Fig. 1, 8 und 9 beschrieben wurde.

Bisher wurden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, bei denen jeweils kreisförmige Rotoren verwendet wurden. Diese Gestalt des Rotors ist besonders erwünscht, da sie zu einer minimalen Ventildicke führt, d.h. zu einem minimalen Abstand zwischen Einlass und Auslass. Trotzdem können auch Rotoren mit einer anderen Geometrie vorteilhaft verwendet werden. Ein derartiges erfindungsgemasses Ventil mit einem sphärischen oder kugelförmigen Rotor ist in Fig. 11 dargestellt.

Das Ventil I80 enthält einen kugelförmigen Rotor 182, der in einem abgedichteten Gehäuse 184 gehaltert ist, welches den Rotor umgibt. Zylindrische Dichtungsringe 186 und I88 sind im Inneren des Gehäuses angebracht, wobei sie Bohrungen 190 und 192 in dem Gehäuse umgeben, welche Einlass- und Auslassöffnungenbilden. Eine diametral verlaufende Bohrung 194 erstreckt sich durch den Rotor 182, wobei sie mit den Bohrungen I90 und 192 fluchtet, wenn das Ventil offen ist. Diese Lage ist in Fig. 11 dargestellt. Eine Welle 196, welche sich durch das Gehäuse 184 erstreckt, ist fest an dem Rotor 182 befestigt, um die Bohrung

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194 aus der mit den Bohrungen 190 und 192 fluchtenden Lage herauszudrehen und damit das Ventil zu schliessen.

Das Gehäuse 184 bildet eine Kammer, welche isn ?lor,3r 1^:.2 umgibt. Fluid, das j.n diese Kammer von der Bohrung i9C- si> sickert (welche an der Hochdruckseite des Ver.clls befe.- z±l . ist) wird von dieser Kammer mittels eines Hohlrohres I>8 w.:_,zsaugt, das mit einer nicht gezeigten Saugpumpe verbunden Lt~ Pumpe hält in der Kammer ein geeignetes Vakuum(z.B. 10~ To.-.·:.;, recht. Hierdurch wird ein Lecken durch den Dichtungsring Ice · die Bohrung 192 auf der Niederdruckseite bedeutend inl.._.]iie_""c Aus dem Vorstehenden dürfte ersichtlich sein, dass mi« der £ f.^.idung ein Vakuumventil geschaffen wurde, welches eir.«=n g-^ I-.ligen freien, d.h. nicht zugesetzten Weg vo.i ^er lic. drv .-o^;.ite des Ventils zu der Niederdruckseite liefere. Dl.... Vent:.... j.ü'0 rasch zu betätigen und durch niedrige Leckverluste sow;>; _Or-osse Einfachheit ausgezeichnet, was dazu führt, dass es eine Lohe Verlässlichkeit bei geringen Kosten aufweist. Das Ter.';^. ..οΌ nicht nur bei Vakuumbeartoeitungsverfahr-en nützlich, soxirli .:·.: a.uch bei anderen Arten von Vakuumsystemen, wie beispielsweise · bei Teilchenbeschleunigern. Bei einem zule-cztgenannter. Anwendungsbereich stellt sein niedriges Trägheitsmoment sicher, dasi es im Notfall ausserordentlich schnell geschlossen werden _·.;.::.·-.*

i—t der Erfindung ist des weiteren ein verbessertes Vakuumoearbeitungssystem geschaffen, das im besonderen von den /r .:·■-teilen des Ventils Gebrauch macht, das Jedoch auch mit irgendeinem anderen Ventil verwendet werden kann, welches einen g- ;.c, linigen nicht zugesetzten Durchgang durch das Ventil aufwt Das Bearbeitungssystem reduziert die Handhabung des der Va.w *rr.·- bearbeitung zu unterziehenden Gegenstands auf ein Minimum. Hierbei erlaubt es die Gegenstände einzeln, d.h. Jeweils einen in die Hauptvakuumkammer zu bringen. Das System ist einfach und verlässlich in seinem Gebrauch und kann ferner mit relativ niedrigen Kosten hergestellt werden.

BAD ORJGINAL 409834/0931

Claims

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Patent anspr*üche

l.\ Ventil, gekennzeichnet durch

A. einen Rotor (l4), der eine durch ihn hindurchgehende Bohrung (22) aufweist;

B. ein Gehäuse (12) welches eine Kammer aufweist, die den Rotor (14) darin aufnimmt und deren Wandungen in engem Abstand von der Oberfläche des Rotors (14) verlaufen und einen Zwischenhohlraum (26) mit diesem bilden, sowie mit einem Pumpkanal (34, 36), der mit dem Zwischenhohlraum verbunden ist, um diesen zu evakuieren.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einen Zylinder (l4; 134, 164) enthält und daß die durch den Rotor hindurchgehende Bohrung (22; 136; I66) sich durch den Zylinder in radialer Richtung erstreckt.
3· Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (164) eine axial verlaufende Bohrung (168) aufweist, die sich in Längsrichtung durch ihn erstreckt und in Verbindung mit der Bohrung (I66) steht, um hierdurch den Zwischenhohlraum über die Bohrung (I66) und die axial verlaufende Bohrung (l68) zu evakuieren.
4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (134) eine Mehrzahl von Ausnehmungen (I38) aufweist, die sich in Längsrichtung entlang der Oberfläche des Zylinders (134) im Inneren des Zwischenhohlraumes erstrecken und in Verbindung mit dem Pumpkanal (152) stehen, um Fluid von dem Zwischenhohlraum zu evakuieren (Figur 8). .
5. Ventil nach Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten im Fluidkontakt mit der durch den Rotor hindurchgehenden Bohrung (I36) stehen.

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2408AU6
6. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkanal (j54, 3β) eine Mehrzahl von Hilfskanälen (36) enthält, welche sich durch die Wandungen des Gehäuses (12) erstrecken und in Fluidverbindung mit dem Hohlraum (26) stehen zwecks Evakuierung des Fluids von diesem (Figur 1).
7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine Kugel (l82) enthält und daß die durch den Rotor hindurchreichende Bohrung (194) sich durch die Kugel (l82) in radialer Richtung erstreckt (Figur 11).
8. Ventil insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

A. einen zylindrischen Rotor (l4), der eine durch ihn in radialer Richtung hindurchgehende Bohrung (22) aufweist;

B. ein Gehäuse (12) mit

a) einer Kammer zur Aufnahme des Rotors (14) in dieser, wobei die Wandungen der Kammer in einem kleinen radialen Abstand von der zylindrischen Oberfläche des Rotors angeordnet sind, um einen Zwischenhohlraum (2β) mit dieser zu bilden,

b) wenigstens eine Pumpenöffnung, welche eine Verbindung von dem Zwischenhohlraum (26) und dem Außenbereich des Gehäuses (12) herstellt,

c) einer Eingangsbohrung (28) und einer Ausgangsbohrung (30), welche sich durch das Gehäuse (12) erstrecken und in eine

"* Lage gebracht werden können, in der sie mit der durch den Rotor (l4) hindurchgehenden Bohrung (22) fluchten, wenn der Rotor (14) in eine erste Lage gedreht ist, während die Eingangsbohrung (28) und die Ausgangsbohrung (38) von der zylindrischen Fläche des Rotors (14) gegeneinander abgedichtet sind, wenn der Rotor (14) in eine zweite Lage gedreht ist. ■
9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkanal eine Mehrzahl von Hilfsfluidkanälen (36) enthält, welche sich durch.die Wandungen der Kammer (12) in den

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Hohlraum (26) zwischen der Eingangsbohrung (28) und der ' Ausgangsbohrung (^O) erstrecken zur Evakuierung von Fluid aus dem Hohlraum (26).
10. System zur Beförderung von Gegenständen in eine Vakuumkammer, wobei diese Gegenstände einzeln in diese eingeführt werden, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

A. eine Hauptvakuumkammer (52), in der die Gegenstände (74) behandelt werden sollen,

B. eine Einrichtung zur Bildung von einer Einlaßbohrung (90) " und einer Auslaßbohrung (114), welche sich zwecks Hindurchführung der Gegenstände durch die Wandungen der Kammer (52) erstrecken,

C. ein sich drehendes Teil (26), das in jeder der Bohrungen (90, 114) angeordnet ist, wobei jedes drehbare Teil

a) eine Bohrung (22) enthält, welche sich durch es erstreckt,

b) in eine erste Lage drehbar ist, in der die durch das drehbare Teil hindurchgehende Bohrung (22) mit der entsprechenden Bohrung (90 bzw. 114) der Kammer (52) fluchtet, um hierdurch einen durch das Ventil (10) in die Kammer (52) reichenden Weg zu schaffen,

c) und in eine zweite Lage drehbar ist, in welcher die durch das drehbare Teil (26) hindurchgehende Bohrung (22) und die entsprechende Bohrung (90 bzw. 114) in der Kammer nicht miteinander fluchten, um hierdurch den Zugang zu der Kammer (52) durch das Ventil (10) zu unterbrechen, sowie durch

D. eine Einrichtung (72, 84, 86), um die Gegenstände (74) zu den Bohrungen (90) der Kammer (52) einen nach dem anderen zuzuführen.
11. System nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch

E. eine Einrichtung (72) außerhalb der Hauptkammer (52), welche dazu dient, die zu bearbeitenden Gegenstände (74) zu halten und

F. eine Einrichtung (84, 86, 88), welche dazu dient, die

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Gegenstände zu'der Einlaßbohrung (90) zu bewegen, damit sie durch diese einzeln hindurchtreten können.
12. System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche außerhalb der Hauptkammer (52) angebracht ist und dazu dient, die Gegenstände (74) aufzunehmen, welche von der Hauptkammer (52) durch die Auslaßbohrung (114) hindurchgetreten sind.
13. System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche eine Vorkammer (54) bildet, in der die Halterungseinrichtung (72) für die Gegenstände (74) eingeschlossen sind und die mit der Hauptkammer (52) lediglich über die Einlaßbohrung (90) in Verbindung steht.
14. System nach Anspruch IJ, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (70), welche dazu dient, die Vorkammer (54) auf einen Druck zu evakuieren, der zwischen dem der Hauptkammer (52) und dem der Umgebung liegt.
15. System nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (54) eine Bohrung enthält, die sich durch einen Teil von ihr erstreckt und daß ein drehbares Teil (14) in dieser Bohrung angeordnet ist, wobei das drehbare Teil eine durch es hindurchgehende Bohrung (22) aufweist, die mit der Bohrung der Kammer durch Drehung des drehbaren Teils (l4) zum Fluchten gebracht werden kann, so daß ein sich von der Vorkammer (54) in die«· Haupt kammer (52) erstreckender Weg geschaffen wird, wenn eine derartige Ausrichtung erfolgt ist.

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