DE2408406B2

DE2408406B2 - Schleusenhahn

Info

Publication number: DE2408406B2
Application number: DE2408406A
Authority: DE
Inventors: Norman B. Carlisle Mass. Brooks (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-21
Filing date: 1974-02-21
Publication date: 1980-12-11
Also published as: CA1016560A; FR2224684B1; JPS5833658B2; US3833018A; JPS5041129A; FR2224684A1; DE2408406A1; DE2408406C3; GB1468462A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schleusenhahn mit einem in der Kammer eines Hahngehäuses drehbaren Transportküken, das eine Ausnehmung zum Hindurchtransport eines Gegenstands von einer Einlaßöffnung zu einer an eine Vakuumkammer angeschlossene Auslaßöffnung aufweist, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs t.

Bei einem bekannten Schleusenhahn dieser Art (US-PS 32 60 383) ist in einem kugelförmigen Transportküken eine nicht durchgehende Ausnehmung vorgesehen, so daß beim Drehen des Kükens zwischen der mit dem Einlaß bzw. dem Auslaß fluchtenden Lage eine Evakuierung der Ausnehmung mit Hilfe von zwischen dem Küken und dem Hahngehäuse angeordneten Dichtungen möglich ist, die gegenüber dem Einlaß bzw. dem Auslaß abdichten. Dabei wird als nachteilig angesehen, daß einerseits die Länge der hindurchtransportierbaren Gegenstände durch die Länge der nicht durchgehenden Ausnehmung begrenzt ist, und djß andererseits ein Abrieb der Dichtungen oder sonstige Abnutzungen bei längerer Bcnutzungsdauer unvermeidbar sind, so daß dann nicht nur die Abdichtung verschlechtert wird, sondern auch nine Verseuchung der

Hauptvakuumkammer erfolgen kann. Dies ist insbesondere bei dem bevorzugten Anwendungsgebiet der Erfindung von Interesse, welches das Hindurchschleusen von Halbleuerplättchen von einer Vorkammer in die Hauptvakuumkammer betrifft

Es ist ferner bereits bei als Schnellschlußvorrichtungen dienenden Hähnen, deren Durchgang nach einer Venturidüse geformt ist, bekannt, durch ein kleines Spiel eine freie Beweglichkeit des Hahnkükens zu erzielen und zur Vermeidung von Gasdurchtritt durch den Spielraum Labyrinthdichtungen vorzusehen. Derartige Hähne sind jedoch nicht ohne weiteres als Schleusenhahn der interessierenden Art verwendbar. Auch andere bekannte Konstmktionsprinzipien bei evakuierbaren Hähnen mit einer durchgehenden Ausnehmung iGB-PS 5 18 317), die Kanäle zum Evakuieren oder sonstige Ausnehmungen für ein erleichtertes Evakuieren (DE-AS 14 50 586) aufweisen, sind nicht ohne weiteres bei einem Schleusenhahn der eingangs genannten Art anwendbar.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Schieüsenhahn der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß Verunreinigungen durch Dichtungsringabnutzung bei einfacherer Dichtungsausbildung vermieden werden können, und daß bei einer derartigen Konstruktion andererseits eine Beschickung mit größeren Gegenständen möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß mit Hilfe einer kompakten, verhältnismäßig einfach herstellbaren Konstruktion größere Gegenstände schneller durch den Schleusenhahn hindurchtransportiert werden können, was beispielsweise bei der Bearbeitung von Halbleiterplättchen von besonderer Bedeutung ist Die Schwierigkeil, daß beim Einschleusen die Einlaßöffnung kurzzeitig mit ,ie·.· Auslaßöffnung verbunden ist. ist in den meisten Fällen vernachlässigbar, weil derartige Schleusenhähnc üblicherweise über Vorvakuumkammern beschickt werden. Es ist aber auch möglich, Gegenstände in eine erst später zu evakuierende Vakuumkammer einzuschleusen, so daß nicht in allen Fällen eine Vorvaktiunl.ammer erforderlich is;.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten, teilweise weggebrochenen Ausführungsbeispiels eines Schleusenhahns:

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung de·· Abdichtung bei einem Schleusenhahn;

Fig.3 einen schematischen Teilschnitt durch ein Bearbeitungssystem mit drei Vakuumkammern, zwischen denen jeweils ein Schleusenhahn angeordnet ist;

F i g. 4 eine perspektivische, teilweise weggebrochene Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Schleusenhahns;

Fig. 5 ein dem Ausführungsbeispiel in Fig.4 entsprechender Querschnitt; und

F i g. 6 eine perspektivische, teilweise weggebrochene Darstellung eines weiteren Ausführungsbcispiels eines Schleuscnhahns.

Fig. I zeigt einen Schieüsenhahn 10 mit einem Hahngchäusc 12, in dessen zylindrischen Innen: autn ein Transportkiikcn 14 angeordnet ist. D;is zylindrische Transp'irtkükcn 14 ist um eine Achse 16 drehbar

gelagert An gegenüberliegenden Enden des Transportkükens sind in daran vorgesehen ringförmigen Nuten abdichtende O-Ringe 18,20 angeordnet. Diese O-Ringe sind jedoch nicht unbedingt erforderlich, wenn der Schleusenhahn in der im folgenden zu beschreibenden "> Weise evakuiert wird.

Das Transportküken 14 weist eine diametral verlaufende durchgehende Ausnehmung 22 auf. Zwischen der Oberfläche des Transportkükens 14 und der Innenwand 24 des Hahngeliauses ist ein enger Zwischenhuhlraum in 26 mit hohem Strömungswiderstand ausgebildet, welcher Zwischenhohlraum 26 in F i g. 3 der Deutlichkeit halber vergrößert dargestellt ist Wegen dieses Zwischenhohlraums kann sich das Transportküken 14 frei in dem Hahngehäuse drehen. Der Zwischenhohlraum 26 steht mit einer Einlaßöffnung 28 und einer Auslaßöffnung 30 in Verbindung, welche sich durch gegenüberliegende Seitenflächen 12a, 126 des Gehäuses erstrecken. Der Zwischenhohlraum steht über einen Pumpkanal 34 mit einer Vakuumpumpe in Verbindung. Der Zwischen- m hohlraum 26 steht mit dem Pumpkanal 34 über engere Hüfskanäle 36 in Verbindung, die in den Zwischenhohlraum 26 auf gegenüberliegenden Seiten in u'er Mitte zwischen Ein- und Auslaßöffnung münden.

Der Zwischenhohlraum 26 besitzt einen hohen Strömungswiderstand für den Strömungsweg zwischen der Einlaßöffnung 28, der Auslaßbohrung 30 und den Hilfskanälen 36. Dieser Strömungswiderstand ist so hoch, daß bei Atmosphärendruck im Bereich der Einlaßöffnung 28 und bei einem Hochvakuum von jo beispielsweise lO-'Torr im Bereich der Auslaßöffnung 30 ein verhältnismäßig geringer Druck von beispielsweise IO-³ Torr in dem Zwischenhohlraum im Bereich der Hüfskanäle 36 aufrechterhalten werden kann, wenn der Pumpkanal 34 an eine geeignete Vakuumpumpe i"> angeschlossen ist Dieser evakuierte Zustand wird sowohl im geöffnetem als auch im geschlt ;senen Zustand des Schleusenhahns erreicht. Deshalb erfolgt keine zu hohe Belastung der Vakuumpumpe, wenn diese ständig über den Pumpkanal an den Zwischenhohlraum -»» angeschlosseil ist.

Die graphische Darstellung in F i g. 2 zeigt das Druckgefälle zwischen der Einlaßöffnung 28 (760 Torr) und der Auslaßöffnung 30 (10-⁶Torr). Wenn keine Evakuierung über den Pumpkanal 34 erfolgt, ergibt sich ·»■> ein der Kurve 40 entsprechender gradliniger Verlauf des Druckgefäßes. Wenn jedoch durch die an den Pumpkanal 34 angeschlossene Vakuumpumpe eine Evakuierung erfolgt, entspricht das Druckgefälle zwischen der Einlaßöffnung 28 und der Mündung der v\ Hüfskanäle 36 (entsprechend der Stelle L/2) der Kurve 42. Daraus ist ersichtlich, daß der hauptsächliche Druckabfall auf 10-³Torr zwischen der Einlaßöffnung und der Mündung der Hüfskanäle erfolgt, so daß lediglich ein verhältnismäßig kleiner Druckabfall zwisehen dem Bereich der Mündungsstellen der Hilfskanäle und der Auslaßöffnung auftritt, wie durch die Kurve 44 angedeutet wird.

F i g. 3 betrifft ein Bearbeitungssystem für Halblciterplättchen. das eine Vorvakuumkammer 54, eine 6" evakuierte Aufnahmekammer 56 und eine dazwischen angeordnete Hatiplvakuumkammcr aufweist, in der eine Behandlung mit Hilfe von lonenstrahlcn erfolgt. Die Vorvakuumkammer 54 ist auf einer Platte 58 angeordnet und weist einen Deckel 60 auf, nach dessen ^ · Öffnen eine Ki.si.eitr 76 mit Halbleitcrplättchen 74 eingesetzt werden kann. Die Konstruktion der Aufnahmckammrr 56 entsprich! derjenigen der Vorvakuumkammer 54. Die beiden Vakuumkammern 54,56 können mit Hilfe daran angeschlossener Vakuumkammern auf ein mittleres Vakuum von beispielsweise !0—'Torr evakuiert werden, während die Hauptvakuumkammer auf ein Hochvakuum von beispielsweise IO-⁶Toi, evakuiert werden kann.

Die Kassette 76 weist Führungen 80 auf, welche sich entlang der Außenseite der Kassette an deren Bodenteil erstrecken. Durch die Platte 58 verläuft ein Eiinlaßschlitz 90, der mit der Einlaßöffnung 28 des Schleusenhahns in Fig. 1 fluchtet. Durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung kann die Kassette 76 in Richtung auf den Einlaßschlitz 90 verschoben werden, so daß das betreffende Halbleiterplättchen 74 nach seiner Freigabe in der dargestellten Lage des Schleusemhahns 10 hindurchfallen und in die Hauptvakjumkammer gelangen kann.

In der Hauptvakuumkammer ist eine Anlageplatte 100 mit Anschlägen 102 vorgesehen, die an Armen 106 befestigt sind, welche an einem Spulenkörper 110 angeordnet sind. In dieser Kammer .vird die Behandlung der Halblcitcrpiättchen 74 durchgeführt, während das betreffende Plättchen auf den Anschlägen 102 und der Anlageplatte 100 anliegt Durch die Erregung der Spule des Spulenkörpers 110 nach Durchführung der Bearbeitung geben die Anschläge 102 das betreffende Halbleiterplättchen frei, so daß es sich nach unten in einen Auslaßschlitz 114 bewegen kann, hinter dem ein weiterer Schleusenhahn 10 entsprechend Fig. I angeordnet ist, in dessen geöffneter Lage das Halbleiterplättchen dann in eine Aufnahmekassette 116 in der Aufnahmekammer 56 fällt.

Nach dem Abdichten der beiden Vakuumkammern 54 und 56 werden diese zunächst durch eine daran angeschlossene Vakuumpumpe auf >;in Va'.-.uum von beispielsweise 10—· Torr evakuiert. Nach dem Schließen der beiden Schleusenhähne wird deren Zwischenhohlraum 26 über die an den Pumpkanal 34 in Fig. 1 angeschlossene Vakuumpumpe evakuiert, um eine Arbeitsweise der Schleusenhähne zu ermöglichen, wie in Verbindung mit Fig.2 erläutert wurde. Nach dem Einfahren eines Halbleiterplätt'-hens in die Hauptvakuumkammer werden die beiden Schleusenhähnc geschlossen, damit danach in der Hauptvakuumkammer durch eine daran angeschlossene Vakuumpumpe ein Hochvakuum von beispielsweise 10~⁶ Γοιτ erzeugt werden kann.

Ferner kann in dem Deckel 60 der Vorvakuumkammer 54 ebenfalls ein Schleusenhahn angeordnet werden, sowie in dem Boden der Aufnahmekammer 56, so daß aufeinanderfolgend jeweils ein Halbleitcrplättchen eingeführt und entnommen we^rden kann. Andererseits ist es nicht in allen Fällen erforderlich, eine Vorvakuumkammer 54 vorzusehen, beispielsweise wenn die Gegenstände sehr schnell durch eine enge Ausnehmung 22 durch den Schlersenhahn hindurch bew>..$»t werden können, so daß der Schleusenhahn nur kurzzeitig geöffnet werden muß. Der Schleusenhahn kann sehr schnell geöffnet und geschlossen werden, weil die mögliche Drehgeschwindigkeit praktisch nur von dem Trägheitsdrehmoment des Transportkükens beschränkt wird. Um das Trägheitsdrehmoment zu verringern, kann ein verhältnismäßig kleiner Durchmesse, des Transportkükens vorgesehen werden, und es kann ferner aus einem Material wie Aluminium hergestellt werden, das ein verhältnismäßig geringes spezifische«· Gewicht aufweist.

F i g. 4 und ') /eigen ein im Vergleich /u I- ; g. I

abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Schleusenhahns, in dessen Gehäuse 132 ebenfalls eine zylindrische Bohrung vorgesehen ist, in welcher ein zylindrisches Transportküken 134 gelagert ist. Die Ausnehmung 22 ist bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch eine zylindrische Bohrung und das Transportküken weist zwei gegenüberliegend angeordnete in Längsrichtung verlaufende Nuten 138 auf, die in Verbindung mit der durchgehen den Ausnehmung 22 stehen. Zum Abdichten können O-Ringe 140, 148 in Ringnuten angeordnet sein. Derartige O-Ringe sind jedoch nicht unbedingt erforderlich, wie im folgenden noch naher erlabten werden soll.

An dem Transportküken 134 ist eine Welle 142 angeordnet, die sich durch eine Abdichtplatte 144 erstreckt. Die nach außen vorragende Welle 142 dient zum Antrieb des Transportkükens 134.

Am gegenüberliegenden Finde ist in einer abdichten-

gegenüber der .Stirnflache des Transportkükens 134 eine Kammer zu begrenzen, die mit dem Zwischenhohlraum in Verbindung steht. Eine Feder 151 in einer zylindrischen Ausnehmung 153 drückt gegen einen Vorsprung 155 an dem Transportküken 134. Diese Feder trägt dazu bei. das Transportküken 134 in Längsrichtung einzujustieren. Fine weitere Bohrung 152 dient als Anschluß zu der Kammer 150. Auf gegenüberliegenden Seilen des Hahngehäuses 132 ist eine Finlaßbohrung 154 und eine nicht sichtbare Auslaßbohrung vorgesehen. In der geöffneten Lage fluchtet die zylindrische Ausnehmung 22 mit diesen beiden Bohrungen.

Die Bohrung 152 dient zum Anschluß einer Vakuumpumpe. Die in Längsrichtung verlaufenden Nuten 138 besitzen im Gegensatz zu dem engen Zwischenhohlraum einen verhältnismäßig geringen Strömungswiderstand. Bei der in F i g. 4 dargestellten geschlossenen Lage des Schleusenhahns kann Luft :'iter Atmosphärendruck durch die Einlaßöffnung 154 durch den Zwischenhohlraum zwischen der Innenwand '!es Gehäuses und der Oberfläch, des Transportkükens 134 hindun:htreten. Da jedoch mi Hilfe der angeschlossenen Vakuumpumpe in der Kan Tier 150 und damit in den beiden Nuten 138 ein mit.leres Vakuum von beispielsweise 10-¹ Torr erzeugt werden kann, ergibt sich ebenfalls die in Verbindung mii F i g. 2 erläuterte Arbeitsweise.

Fig. 5 zeigt eine im Vergleich zu Fig.4 lediglich insoweit abgewandelte Ausführungsform, daß anstelle der beiden Nuten 138 in F i g. 4 an dem Transportküken in Längsrichtung in der Innenwand des Hahngehäuses 132a in der Mitte zwischen Ein- und Auslaßöffnung .erlaufende Längsnulcn Ι38.Ί vorgesehen sind. Dte Dicke des Zw ischenhnhlr.iums zwischen der Innenwand 156 des llahngchäiises und der Außenwand des Transportkükens 1 34;) ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel wie bei ilen übrigen Ausführungsbcispielcn der Deutlichkeit halber als verhältnismäßig groß dargestellt. Der dem Zwischenhohlraum entsprechende Abstand zwischen der Innenwand und der Oberfläche des Transportkükens ist jedoch sehr gering und beträgt bei praktischen Ausführungsformen nicht mehr als einige I lundci tstel mm.

Bei dem in (Ί g. k dargestellten Ausführungsbcispicl ist anstelle des l'umpk.in.ils 54 in I i g. I ein l'iimpkanal 168 vorgesehen ilei sich entlang de Achse des Transportkükens erstreckt. Die Ausnehmung 22 ist wie bei dem Auslührungsheispiel in F i g. I schlitzförmig ausgebildet. In entsprechender Weise ist eine Einlaßöffnung 174 und eine gegenüberliegende Auslaßöffnunp • ,...«n,.«!·«« r\j_c ^„„.„1« t)_;.u_r;jj... its „■.,.j.j.j.u. .-...u von dem vorderen Ende 168a bis zu einer Mündungsstelle mit der Vorderkante der Ausnehmung 22. Vor und hinter dem Ende der Einlaßöffnung 174 ist jeweils ein O-Riiig 170, 172 angeordnet.

Die in der dargestellten geschlossenen Lage des Schleuscnl-.ahns wegen des Druckgefälles von der Einlaßöffnung 174 durch den engen Zwischenhohlraum mit hohem Strömungsquerschnitt durchtretenden Luftmoleküle < fangen in die Ausnehmung 22. welche über die Bohrung I68,f mit der Vakuumpumpe in Verbindung steht. Deshalb ist es zur Vereinfachung der Konstruktion auch möglich, anstelle einer grcßeren Anzahl von Hilfskanälen 36 in Verbindung mit einem l'umpkanal 34 lediglich zwei Längsnuten 138 bzw. 138.7 in Fig.4 bzw. F i g. 5 vorzusehen, oder lediglich eine axiale Bohrung 168 bei dem Ausführungsbeispiel in F i g. 6 Auch aus diesem Grund ist der .Schleusenhahn besonders kompakt und kostensparend herstellbar, und das geringe zum öffnen und Schließen des Schlcusenhahns erforderliche AnirieKdrehmument ermöglicht es beispielsweise bei Teilchenbeschleuniger, in Notfällen den Schleusenhahn sehr schnell /u schließen. Da die Dicke des Zwischenhohlraums nur etwa 0.01 mm betragen kann, ergibt sich auch bei einem hohen Vakuum und einem verhältnismäßig hohem Druckgefälle eine zuverlässige Abdichtung im geschlossenen Zustand des Schleusenhahns, wenn der Zwischenhohlraum über den Pumpkanal evakuiert wird. Dabei ist es lediglich erforderlich, den Zwischenhohlraum auf etwa 10~³Torr zu evakuieren, was ohne weiteres mit Hilfe von verhältnismäßig einfachen Vorvakuumpumpen erzielbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schleusenhahn mit einem in der Kammer eines Hahngehäuses drehbaren Transportküken, das eine Ausnehmung zum Hindurchtransport eines Gegenstands von einer Einlaßöffnung zu einer an eine Vakuumkammer angeschlossene Auslaßöffnung aufweist, und mit einem durch das Transportküken und die Innenwand des Hahngehäuses zwischen Ein- und Auslaßöffnung begrenzten Zwischenhohlraum, der an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenhohlraum (26) als ein die Einlaßöffnung (28) mit der Auslaßöffnung (30) verbindender, enger Zwischenhohlraum mit hohem Strömungswiderstand ausgebildet ist, und daß das Transportküken (14) eine durchgehende Ausnehmung (22) aufweist, die in eine mit der Einlaßöffnung (28) und der Auslaßöffnung (30) fluchtende Lage drehbar ist

2. Schleusenhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportküken (164) zylindrisch ausgebildet ist und eine axiaie Bohrung (168) aufweist, die in Verbindung mit der durchgehenden Ausnehmung (22) steht und an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist

3. Schleusenhahn nach Ansp uch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Transportkükens (134) in Längsrichtung verlaufende Nuten (138; ausgebildet sind, die in Verbindung mit der durchgehenden Ausnehmung (22) stehen.

4. Schlcusenhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g kennzeichnet, daß in der Innenwand des Hahngehäuses in der Mitte zwischen Ein- und Auslaßöffnung Längsnuten (VsAa)angeordnet sind.

5. Schleusenhahn nach eiuem dsr vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hahngehäuse (12) mit der Vakuumpumpe verbundene Hilfskanäle (36) ausgebildet sind, die in den Zwischenhohlraum (26) auf gegenüberliegenden Seiten in der Mitte zwischen Ein- und Auslaßöffnung münden.