DE4408947C2 - Vakuumbehandlungsanlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumbehandlungsan­ lage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 11 sowie eine Ventilanordnung hierfür.

Nachfolgend wird, als Beispiel, von einer Vakuumbehandlungs­ anlage ausgegangen, bei der eine der beiden erwähnten Kammern eine Schleusenkammer und die andere eine Behandlungskammer ist, worin Werkstücke an einer oder mehreren Bearbeitungssta­ tionen vakuumbehandelt werden, wie beispielsweise PVD-, PECVD- oder CVD-behandelt werden, oder aber auch beheizt wer­ den, wie beispielsweise zum Entgasen.

Es ist beispielsweise aus dem Prospekt der Balzers AG: "Load Lock Sputtering System LLS 801", BB 800 240 PE (8403), be­ kannt, an einer derartigen Anlage einen trommelförmigen Sub­ strathalter - einen sogenannten Substratkorb - mit unbehan­ delten Substraten in eine Schleusenkammer einzubringen und diese darnach zu evakuieren. Es ist ein Schiebeventil vor­ gesehen, um die Schleusenkammer von der Behandlungskammer zu trennen. Die Kammern sind durch eine Öffnung verbunden.

Definition

Wenn im folgenden von Schließen einer zwei Vakuumkammern verbindenden Öffnung die Rede ist, so wird darunter jegliche vakuumtechnische Trennung der Kammern verstanden, sei dies über Diffusionsspaltdichtung oder über form- und/oder kraft­ schlüssige Dichtungsorgane. Das notwendige Maß der bei Schließung erfolgenden Kammertrennung ergibt sich aus­ schließlich aus den jeweiligen Erfordernissen bezüglich der beiden Kammernatmosphären für die Prozeßführung.

Nach der Evakuierung und eventuellen Vorbehandlung der Werk­ stücke bzw. Substrate in der obgenannten Schleusenkammer wird der Substratkorb durch die Verbindungsöffnung in die Prozeß­ kammer übergeführt, wo die Vakuumbehandlung der Werkstücke stattfindet. Anschließend wird der Substratkorb zurück in die Schleusenkammer transportiert, aus welcher er dann ent­ nommen und gegen einen mit neuen Substraten bzw. Werkstücken bestückten Korb ausgetauscht wird.

Nachteilig an einer solchen Anlage ist die große Schleusen­ kammer und die Tatsache, daß während der ganzen Behandlungs­ dauer die Schleusenkammer unbenutzt bleibt, weil ein Einbrin­ gen eines mit unbehandelten Werkstücken beladenen Korbes in die Schleusenkammer die Übernahme des Korbes mit den behan­ delten Werkstücken von der Prozeßkammer in die Schleusenkam­ mer verunmöglichen würde.

Aus der DE-OS-25 29 018 ist es bekannt, zwischen Schleusen­ kammern und Behandlungskammern eine zusätzliche Transport­ kammer vorzusehen, worin Werkstücke auf Stößel übernommen werden und bei der die Stößel gleichzeitig Werkstück-Trans­ portorgane und Dichtungselemente für die Öffnungen, einer­ seits zur Schleusenkammer, anderseits zur Bearbeitungskammer hin, bilden. Nachteilig an diesem Vorgehen ist, daß eine zusätzliche Transportkammer mit aufwendiger Transportanord­ nung vorgesehen werden muß.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G-84 20 715 ist eine Vakuum­ behandlungsanlage eingangs genannter Art bekannt. Dabei sind am Ventilkörper gummielastische Dichtungen vorgesehen, wel­ che, in den jeweiligen Endpositionen des Ventilkörpers, erst reibend, dann stationär an entsprechenden Gegenflächen ent­ lang der Öffnungsberandung angreifen und dann anliegen. Im weiteren ist am Ventilkörper eine Werkstück-Trägeranordnung vorgesehen in Form eines Substrattellers, welcher in einer Ebene parallel zur Schwenkachse des Ventilkörpers angeordnet ist. Bezüglich Dichtung ist an dieser Anlage nachteilig, daß letztere durch gummielastische Dichtmittel realisiert ist, welche reibend in Dichtstellung gebracht werden und mithin einem relativ großen Verschleiß unterworfen sind, zur in der Vakuumtechnik bekannten Abriebproblematik führen und die relativ oft ersetzt werden müssen.

Im weiteren ist eine den jeweiligen Bedürfnissen angepaßte, unterschiedliche Dichtwirkung nicht einstellbar, indem je nach Erfordernissen die Kammern nicht durch Spaltdichtung un­ terschiedlichen Ausmaßes oder form- bzw. kraftschlüssige Dichtung getrennt werden können.

Bezüglich Anordnung und Ausbildung der Werkstück-Trägeranord­ nung ist an dieser vorbekannten Anlage nachteilig, daß be­ züglich Anordnung von Behandlungsstationen im wesentlichen keinerlei Flexibilität besteht: Das Maß, mit welchem die Werkstück-Trägeranordnung, nämlich der Substratteller, von der Schwenkachse des Ventilkörpers beabstandet angeordnet werden kann, ist limitiert durch den Durchmesser bzw. den Ra­ dius der die Kammern verbindenden Öffnung. Damit kann eine Behandlungsstation an einer der beiden Kammern nur stirnsei­ tig und nur mit an den Öffnungsdurchmesser angepaßtem Ab­ stand von der Schwenkachse des Ventilkörpers vorgesehen wer­ den.

Aus der JP-58-153 345 ist ebenfalls eine Vakuumbehandlungsan­ lage eingangs genannter Art bekannt, bei der aber der Ventil­ körper als Zylinder ausgebildet ist und die Öffnungsberan­ dung zwei sich gegenüberliegende Zylinderflächensegmente auf­ weist, worin der Ventilkörperzylinder dreht. Die Dichtung zwischen den Kammern wird durch die Spaltdichtung zwischen den erwähnten Zylinderflächensegmenten und dem Ventilkörper­ zylinder gebildet. Werkstücke liegen an den Stirnflächen des Ventilkörperzylinders auf.

Eine form- oder kraftschlüssige Absperrung der beiden betei­ ligten Kammern kann an dieser vorbekannten Anlage nicht er­ stellt werden, und bezüglich Anordnung von Behandlungsstatio­ nen in mindestens einer der beteiligten Kammern sind die zur Verfügung stehenden Platzverhältnisse äußerst kritisch, in­ dem eine solche Behandlungsstation nur innerhalb des durch die Zylinderstirnfläche überspannten Bereiches angeordnet werden kann.

Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ausgehend von einer Vakuumbehandlungsanlage eingangs genannter Art, eine wesentlich erhöhte Einsatzflexibilität zu ermöglichen, was bezüglich Kammernabsperrung durch deren Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 erreicht ist und be­ züglich Werkstück-Trägeranordnung bei ihrer Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 13.

Bevorzugte Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Vaku­ umbehandlungsanlage sind in den Ansprüchen 2 bis 12 bzw. 13 bis 16 spezifiziert.

Die Erfindung wird anschließend prinzipiell und in bevorzugter Ausführungsvariante anhand von Figuren er­ läutert.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch und ausschnittsweise eine erfin­ dungsgemäße Vakuumbehandlungsanlage mit erfin­ dungsgemäßer Ventilanordnung zur Erläuterung des daran realisierten Grundprinzips;

Fig. 2 ausgehend von der Darstellung gemäß Fig. 1 eine weitere Ausbildung der erfindungsgemäßen Vakuumbehandlungsanlage;

Fig. 3 wiederum in Darstellung analog denjenigen der Fig. 1 und 2 eine weitere Ausbildung der erfin­ dungsgemäßen Vakuumbehandlungsanlage;

Fig. 4 schematisch in Seitenansicht eine erfindungsge­ mäße Vakuumbehandlungsanlage mit einer Ventil­ anordnung in einer heute bevorzugten Realisa­ tionsform;

Fig. 5 die Anlage gemäß Fig. 4, schematisch in Auf­ sicht.

In Fig. 1 sind, schematisch und ausschnittsweise, eine erste Kammer 1 und eine zweite Kammer 3 einer Vakuumbe­ handlungsanlage dargestellt, welche durch eine Öffnung 5, in Fig. 1 quer zur Figurenebene stehend, verbunden sind. Mindestens als Teil einer Transportanordnung, welche vorgesehen ist, um Werkstüc­ ke, mindestens in einer Richtung, beispielsweise von Kammer 1 in Kammer 3, durch die Öffnung 5 durchzutransportieren, ist eine Ventilanordnung 7 vorgesehen, welche bezüglich einer Schwenkachse S spiegelsymmetrisch aufgebaut ist und, wie sche­ matisch mit dem Antrieb 9 dargestellt, gesteuert um diese Achse S in der Öffnung 5 schwenkbar ist. Je nach Ausbildung der Öffnungskontur kann es sich beim Ventilkörper z. B. um einen Zylinder 7a oder um eine Rechteckplatte, um eine Kugel 7b oder um eine Kreisscheibe etc. handeln.

Wesentlich ist, daß, mindestens zeitweise, die Öffnung durch entsprechendes Schwenken des Ventilkörpers 7 verschlossen wird, bei einer Platte alle 180° Schwenkwinkel, bei einem Zy­ linder oder einer Kugel im wesentlichen permanent oder an vor­ gegebenen Schwenkwinkeln.

Aus Fig. 1 ist nun ohne weiteres ersichtlich, daß ein wesent­ licher Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung darin besteht, daß ein ohnehin vorzusehender Ventilkörper zur Freigabe bzw. zum Verschließen der Öffnung 5 gleichzeitig als Transportor­ gan von Kammer 1 nach Kammer 3 bzw. umgekehrt eingesetzt wird. Werkstücke 11, beispielsweise in Kammer 1, werden auf den Ven­ tilkörper 7 geladen und durch Schwenken des Ventilkörpers 7 um Achse S in die Kammer 3 übergeführt; analog kann der Rück­ transport von Kammer 3 in Kammer 1 erfolgen. Wesentlich ist auch, daß ein Zweirichtungstransport sich in der Öffnung "kreuzt", so daß die Kammern praktisch fortwährend belegbar sind.

Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf plattenförmige Ventilkörper 7, woran die Schwenkachse S im wesentlichen durch die Plattenebene verläuft, beschrieben. Daran können, wie in Fig. 1 ebenfalls dargestellt, zu behandelnde Flächen F der Werkstücke 11 im wesentlichen parallel zur Plattenebene an­ geordnet werden, wie bei F₁ dargestellt, oder senkrecht hierzu, wie bei F₂ dargestellt.

In Fig. 2 ist in analoger Darstellung zu Fig. 1 ein platten­ förmiger Ventilteller 7c in die Öffnung 5 schließender Posi­ tion dargestellt. In mindestens einer der Kammern 1 bzw. 3, gemäß Fig. 2 in Kammer 1, ist nun weiter bevorzugterweise eine linear verschiebliche Werkstück-Transporteinrichtung 13 angeordnet, mit deren Hilfe Werkstücke, wie dargestellt bei­ spielsweise ein zylindrischer Korb 15 mit Werkstücken 11, gegen die Platte 7c hin transportiert bzw. von letzterer rück­ geholt werden. Es sind an der Platte 7 Übernahmeorgane, wie beispielsweise Permanent- oder Elektromagnete, vorgesehen, um von der Transporteinrichtung 13 den Korb 15 zu übernehmen bzw. diesen an die erwähnte Einrichtung rückzugeben.

Gestrichelt bei 15a ist die Korbposition dargestellt, nachdem der Teller 7c um 180° um die Schwenkachse S geschwenkt wurde. Selbstverständlich können linear verschiebliche Transportein­ richtungen 13 in beiden Kammern vorgesehen sein.

Eine weitere Alternative des Vorsehens einer wie anhand von Fig. 2 erläuterten linear verschieblichen Transporteinrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Ohne weiteres ist ersichtlich, daß hier am Ventilteller 7c, beispielsweise über eine Balganord­ nung 17, eine lineare Transporteinrichtung mit Antrieb gela­ gert ist. Werkstücke, wie beispielsweise in Korb 15, werden durch Ausfahren des Balges 17 von einem hier nicht darge­ stellten Transportorgan übernommen, gegen die Platte 7c rück­ geholt und durch Schwenken der Platte 7c, wie in der Kammer 3 dargestellt, in letztere übergeführt.

Durch Ausfahren der linearen Antriebsanordnung im Balg 17 werden die Werkstücke, beispielsweise am Korb 15, in der Kam­ mer 3 in erwünschte Position bezüglich der Platte 7c ausge­ fahren, wie gestrichelt dargestellt.

Somit werden die Werkstücke mindestens in einer der Kammern, sowohl bei der Ausführungsvariante von Fig. 2 wie auch derje­ nigen von Fig. 3, von einer Position für eine wie auch immer geartete Behandlung in eine Schwenkposition auf den Ventilkör­ per 7, im speziellen der Ventilplatte 7c, übergeführt. Dabei wird unter Behandlung auch Schleusen verstanden.

Anhand der Fig. 2 und 3 soll eine weitere bevorzugte Ausfüh­ rungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage erläutert werden. Gemäß dieser, kombiniert mit der Anordnung gemäß Fig. 2, wird, wie gestrichelt bei 20 dargestellt, an der linear ver­ schieblichen Transporteinrichtung ein Drehantrieb 20 vorgese­ hen, womit der Korb 15 mit den Werkstücken 11 um eine Dreh­ achse A gedreht werden kann. Dies ist insbesondere in einer Bearbeitungskammer vorteilhaft, bei der die Werkstücke sequen­ tiell um die Achse A angeordneten Bearbeitungsstationen zuzu­ führen sind.

Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 wird entweder nur der Korb 15 oder der Korb 15 gemeinsam mit der Ventilplatte 7c um die Achse A kontinuierlich oder in Schritten rotiert. Bei­ spielsweise kann ein Antrieb für die Ventilplatte 7c für diese Drehbewegung um Achse A, mittels eines Magnetmotors, reali­ siert werden, der zwischen Peripherie von Öffnung 5 und Kör­ per 7 bzw. Platte 7c, in gezeigte Position geschwenkt, wirkt. Auch so wird ermöglicht, die Werkstücke, beispielsweise am Korb 15, sequentiell um die Achse A den in einer Bearbeitungs­ kammer, beispielsweise Kammer 3, angeordneten Bearbeitungs­ stationen sequentiell zuzuführen.

Selbstverständlich ist auch eine Kombination der Ausführungs­ varianten nach den Fig. 2 und 3 möglich, beispielsweise indem der Linearantrieb gemäß Fig. 2 ausgebildet wird und der Dreh­ antrieb um Achse A auf Platte 7c wirkend oder aber, bei still­ stehender Platte 7c, zwischen letzterer und Drehkorb 15 wir­ kend, vorgesehen wird.

In den Fig. 4 und 5 ist eine heute bevorzugte Ausführungsva­ riante einer erfindungsgemäßen Anlage schematisch darge­ stellt. Zum Erkennen der Analogien zu den Ausführungsvarianten gemäß den Fig. 1 bis 3 sind weiterhin, wo möglich, dieselben Bezugszeichen verwendet.

Der Substratkorb 15 wird durch ein Ein/Aus-Ventil 23 in die als Schleusenkammer ausgebildete erste Kammer 1 eingeführt. Bei um die Schwenkachse S in der Öffnung 5 in schließende Position geschwenkter Ventilplatte 7c wird der Korb 15, bei­ spielsweise magnetisch, an der der Kammer 1 zugewandten Ven­ tilplattenfläche abgelegt. Anschließend wird die Ventilplatte 7c mit Korb 15 und den zu behandelnden Werkstücken 11 in die Behandlungskammer 3 geschwenkt, wo, durch einen externen Linear­ antrieb 13 oder einen an der Platte 7c gelagerten 17, der Korb 15 mit den Werkstücken 11 in die gezeichnete, von der Platte 7c abgerückte Bearbeitungsposition abgehoben wird.

An der Peripherie der Kammer 3 sind im dargestellten Beispiel mehrere, beispielsweise vier Behandlungsstationen 2,5 angeord­ net, wie z. B. Ätz-, Heiz-, Beschichtungsstationen. Durch Dre­ hen der Transporteinrichtung 13 bzw. 17, selbständig oder gemeinsam mit der Platte 7c, werden die Werkstücke 11 in der Zeit sequentiell den Bearbeitungsstationen 25 zugeführt. Wäh­ rend dieser Zeit wird die vormals noch freie Fläche der Platte 7c, nun in der Kammer 1, hier der Schleuse, mit einem Korb neu zu bearbeitender Werkstücke 11 beladen. Nach Beendigung der Bearbeitung werden mit dem Schwenken der Platte 7c die bear­ beiteten Werkstücke zurück in die Kammer 1 und gleichzeitig die noch zu bearbeitenden von der Kammer 1 in die Kammer 3 durch die Öffnung 5 durchgefördert.

Im Falle einer Schleusenkammer 1 wird vorzugsweise an der Peripherie der Platte 7c oder am Rand der Öffnung 5 eine auf­ blasbare Gummidichtung (nicht dargestellt) vorgesehen, welche sich, gesteuert, in der in Fig. 4 dargestellten Plattenposi­ tion dicht an die Berandung der Öffnung 5 anlegt. Wird die Platte 7c um die Achse A, wie erwähnt wurde, getrieben ro­ tiert, so wird bevorzugterweise zwischen der Peripherie der Platte und der Öffnungsberandung eine Spaltdichtung vorgese­ hen, d. h. eine vakuumtechnische Dichtung über eine Druckstufe.

Claims (16)

1. Vakuumbehandlungsanlage mit mindestens zwei Kammern (1, 3), welche durch eine Öffnung verbunden sind, und mit einem Ventilkörper (7), welcher in der Öffnung um eine Achse (S) quer zur Öffnung getrieben schwenkbeweglich ist, und einem Antrieb (9) für den Ventilkörper (7), wobei am Ventilkörper (7) min­ destens eine Werkstück-Trägeranordnung vorgesehen ist, welche durch Schwenken des Ventilkörpers (7) um die Schwenkachse (S) von einer Kammer zur anderen bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine zwischen Öffnungsrand (5) und Ventilkörper (7) wirkende, mittels eines Druckmediums expandier­ bare Dichtungsanordnung vorgesehen ist.

2. Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung am Ven­ tilkörper (7) oder am Öffnungsrand (5) angeordnet ist.

3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (7) plattenför­ mig ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einer der Kammern eine linear verschiebliche Werkstück-Transportein­ richtung (13, 17) vorgesehen ist, welche entweder kammerseitig (13) getrieben gelagert ist und zur Übergabe und/oder Übernahme von Werkstücken (11) an den bzw. vom Ventilkörper (7) ausgebildet ist oder die (17) am Ventilkörper (7) gelagert ist zum Aus­ fahren bzw. Rückholen von Werkstücken zwischen einer Behandlungsposition der Werkstücke in der Kammer und einer Schwenkposition der Werkstücke am Ventilkörper (7).

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstück-Trägeranordnung (15) eine Vielzahl von Werkstücken aufnimmt und, linear getrieben ver­ schieblich in einer Richtung (A) quer zur Schwenk­ achse (S) des Ventilkörpers (7), am Ventilkörper (7) gelagert ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstück-Trägeranordnung (15) eine Zylinder­ fläche aufspannt und in Richtung ihrer Zylinderachse (A) am Ventilkörper (7) linear getrieben verschieb­ lich ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine der Kammern (3) mindestens zwei um die Achse (A), quer zur Schwenkachse (S), ange­ ordnete Behandlungsstationen (25) aufweist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einer der Kammern (3) eine Werkstück-Dreh-Transporteinrichtung (20, 13, 17) vorgesehen ist, welche um eine Drehachse (A) getrieben schwenkbar ist, die ihrerseits minde­ stens zeitweise quer zur Öffnung (5) in die eine Kammer ragt, und daß die Drehtransporteinrichtung eine Werkstück-Trägeranordnung (15) umfaßt.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilkörper (7) eine in Richtung (A) quer zur Schwenkachse (S) des Ventil­ körpers (7) getrieben linear verschiebliche Werk­ stück-Trägeranordnung (15) vorgesehen ist, welche um die Achse (A) getrieben drehbar ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kammer (1) eine Schleu­ senkammer ist und über eine weitere Öffnung mit Normalatmosphäre kommuniziert.

11. Vakuumbehandlungsanlage mit mindestens zwei Kammern, welche über eine Öffnung miteinander kommunizieren, und mit einem darin um eine quer zur Öffnung ange­ ordnete Schwenkachse (S) getrieben (9) schwenkbaren Ventilkörper (7), welcher mindestens eine Werk­ stück-Trägeranordnung (15) aufweist, die durch Schwenken des Ventilkörpers (7) von der einen in die andere Kammer übergeführt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die Werkstück-Trägeranordnung (15) in einer Richtung (A) quer zur Schwenkachse (S) des Ventil­ körpers (7) getrieben linear verschieblich am Ven­ tilkörper (7) gelagert ist.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstück-Trägeranordnung (15) eine Vielzahl Werkstücke (11) aufnimmt und vorzugsweise eine zylindrische Fläche aufspannt, deren Achse (A) parallel zu besagter Richtung verläuft.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine Kammer um die Achse (A) des Ventilkörpers (7) mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei Behandlungsstationen (25) aufweist.

14. Vakuumbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstück- Trägeranordnung (15) mindestens in der einen Kammer getrieben drehbeweglich gelagert ist um eine Achse (A) quer zur Schwenkachse (S) des Ventilkörpers (7).

15. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rand (5) der Öffnung und dem schwenkbaren Ventilkörper (7) eine mittels eines Druckmediums expandierbare Dichtungs­ anordnung wirkt.

16. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der beiden Kammern eine Schleusenkammer ist und über eine weitere Öffnung mit Normalatmosphäre kommuniziert.