JP2023510710A - プロセスチャンバー用の基板受取り装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、プロセスチャンバー内にワークピース（３０）を保持するための装置（１０）に関する。本発明はさらにコーティングシステム（２０）及びワークピース（３０）をコーティングする方法に関する。ワークピース（３０）を正確かつ安定して支持しつつその高さ位置を正確に調整できるべく、保持装置（１０）は、ワークピース（３０）用のトレイ（７２）、高さ調整可能な第１支持要素（２２）及び高さ調整可能な第２支持要素（４８）を備え、支持要素（２２，４８）の各々は、少なくとも一つの第１及び第２脚部要素（２６，５６）を含み、各々の第１及び各々の第２脚部要素（２６，５６）は、枢動軸線（Ｘ，Ｙ）回りに互いに対して枢動可能に結合され、第１支持要素（２２）の枢動軸線（Ｘ）は、第２支持要素（４８）の枢動軸線（Ｙ）と角度をなして配置されている。

Description

本発明は、プロセスチャンバー内にワークピースを保持するための装置に関する。また、本発明は、ワークピースをコーティングするためのコーティングシステム及び方法に関する。

ワークピースを保持するための装置は、プロセスチャンバー内の特定の位置に保持されるようにワークピースを受け取るために使用される。例えば、ワークピースは、コーティング方法に曝されるように、ＣＶＤ又はＰＶＤシステム等のコーティングシステム内に保持されることができる。

ワークピースを保持するための装置は、従来技術から様々の設計で知られている。

ＤＥ１０１５６６１５Ｂ４には、はさみ機構を有するテーブルトップ（天板）を含む基板保持テーブルが開示されている。基板保持テーブルは、様々な方向に移動又は回転させることができる。

ＤＥ１０１５６６１５Ｂ４

本発明の目的は、ワークピースを安全にかつ安定した方法で支持しつつワークピースの高さ位置の正確な調整が可能となる、ワークピースを保持するための装置、それを備えたコーティングシステム、及びワークピースをコーティングする方法を提供することであると考えることができる。

本発明は、請求項１に係るワークピースを保持するための装置、請求項１１に係るコーティングシステム、及び請求項１４に係る方法によって、この目的を解決する。本発明の有利な形態は、それぞれの従属項に記載されている。

ワークピースを保持するための本発明による装置は、ワークピースのためのトレイと、トレイのための高さ調整可能な第１支持要素及び高さ調整可能な第２支持要素を含み、各々の支持要素は、少なくとも一つの第１脚部要素及び少なくとも一つの第２脚部要素を含み、それぞれの第１脚部要素及びそれぞれの第２脚部要素は、枢動軸線回りに互いに対して枢動可能に結合され、第１支持要素の枢動軸線は、第２支持要素の枢動軸線に対して角度をなして配置されている。

また、トレイは、異なった設計とされてもよい。例えば、トレイは、所定位置で保持するようにワークピースを受け取ることができる領域を提供するように設計されてもよい。多数の異なるワークピースをトレイで保持できるように、高度な柔軟性を保証するために、トレイは、例えば、ワークピースを保持したワークピース固有のホルダーをその上に位置付することができるように、実質的に平面になるように設計することが好ましい。さらに、トレイ領域は、追加的に、ワークピース固有のホルダーのための保持手段、例えば、ノッチ又は溝を含んでいてもよい。

トレイは、第１支持要素及び第２支持要素の上に配置されている。支持要素は、トレイを所定位置に安定して保持できるように設計されている。これに関連して、支持要素は、トレイの高さ方向における位置を変更できるように、高さを調整できるように設計されている。当該高さ方向は、トレイとその下に配置された境界例えばプロセスチャンバーの床との間の距離方向を意味するように理解されるべきである。以下において、トレイの下に配置された境界は、特定の実施形態に限定されることなく、立面（ｓｔａｎｄｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）と呼ばれる。典型的には、この文脈において、高さ方向は、立面に対して垂直に指向（方向付け）され、又、好ましくは、実質的に平面のトレイは、高さ方向に対して垂直に指向される。

二つの支持要素は、それぞれ、第１脚部要素及び第２脚部要素を含む。各々の第１脚部要素及び第２脚部要素は、対応する支持要素の高さの調整を可能にするのに役立つ。この目的のために、二つの脚部要素は、互いに可変の枢動角度（ピボット角度）で配置されている。したがって、枢動角度の変化により、両方の脚部要素を含む支持要素の全体の高さが変化する。この目的のために、脚部要素は、好ましくは、剛性をなすように設計される。それらは、例えば共通の連結セクションにおいて、枢動軸線の領域で枢動可能に結合され、好ましくは互いに独立して、枢動軸線回りに移動することができ、したがって、枢動角度を変えることができる。枢動可能な結合により、枢動角度の連続的な調整が可能になり、その結果、連続的な高さ調整が可能になる。枢動軸線は、脚部要素がその回りに回転運動をする直線によって定義されてもよい。さらに、枢動軸線は、脚部要素がそれらの連結セクションにおいてシャフト要素を囲むように、シャフト要素として設計されてもよい。

第１支持要素及び第２支持要素は、第１支持要素の枢動軸線が第２支持要素の枢動軸線に対してある角度をなして配置されるように、互いに位置付けられている。ある角度での上記の配置は、少なくとも二つの方向においてトレイを支持することを可能にする。例えば、第１枢動軸線回りのトレイの回転を、第２枢動軸線を有する支持要素によって防ぐことができる。当該角度は、鋭角又は鈍角でもよい。好ましくは、二つの枢動軸線は、各々の支持要素が他の支持要素によって許容される動きに対して垂直に指向されるように、互いに直角に配置される。

ワークピースを保持するための本発明による装置は、特に信頼できる方法で、ワークピースを確実に安定した方法で保持することを可能にする。支持要素は、それぞれ、トレイ、したがってワークピースがある程度の自由度に向かって移動するのを防止する。ある角度での枢動軸線の配置は、第１支持要素によって引き起こされる動きの制限（拘束）が第２支持要素によって引き起こされる動きの制限（拘束）と重なるので、動きの制限（拘束）を有利に増加させる。同時に、高さ調整機能が維持され、例えばコーティングシステム内のワークピースを、コーティング方法のためのプロセスチャンバー内に適宜位置付けることができる。そこで、トレイの高さは、例えば、種々のサイズのワークピースに個別に適合させることができる。

第１支持要素及び／又は第２支持要素の高さ調整機能は、異なって設計されてもよい。有利な進展形態によれば、第１支持要素及び／又は第２支持要素は、支持要素の高さを変更するように設計された調整要素を含む。この目的のために、調整要素は、例えば、支持要素の動きを生じさせるようにしてもよい。調整要素は、支持要素の全体に又は個々の構成要素、例えば脚部要素に作用するようにしてもよい。好ましくは、調整要素は、直線又は回転駆動として設計され得る駆動部を含んでもよい。例えば、回転駆動部は、クランク又はモーターであってもよく、直線駆動部は、プッシュロッド又は牽引ケーブル、好ましくはスピンドル駆動部であってもよい。

例えば、高さを調整するために、調整要素は、支持要素の全体の高さが変化するように、第１脚部要素及び第２脚部要素を互いに反対に又は互いに変位させてもよい。好ましい実施形態では、調整要素は、第１脚部要素と第２脚部要素との間の枢動角度を変えるように設計されている。この目的のために、調整要素は、例えば、第１脚部要素及び／又は第２脚部要素が枢動軸線回りに枢動し、又、互いに対するそれらの位置を変更するために、第１脚部要素及び／又は第２脚部要素に結合されてもよい。

別の有利な実施形態では、調整要素は、枢動軸線を高さ方向に対して横方向に変位させるように設計されている。高さ方向に対して横方向に指向される方向は、調整方向であると理解されてもよく、又、好ましくは水平に指向されてもよい。好ましくは、枢動軸線が変位させられる（シフトされる）とき、枢動軸線から間隔をおいて離れた脚部要素の端部は、実質的に調整方向に動かされないまま留まる。より好ましくは、脚部要素の端部は、トレイに対して関節式に連結され、特に好ましくは、関節式で立面にも連結される。結果として、枢動角度の変化は、脚部要素とトレイとの間及び／又は脚部要素と立面との間の角度の変化を引き起こすことができる。このようにして、トレイは、その向きが維持されつつ、例えば、立面と平行に配列されたままで、その高さを変更することができる。

好ましい実施形態では、第１支持要素及び／又は第２支持要素は、その枢動軸線の方向において力の作用を加えるための少なくとも一つの軸方向バネ要素を含む。軸方向バネ要素は、好ましくは、枢動軸線に沿って配置されたシャフト要素に取り付けられ得る。軸方向バネ要素は、捩りバネ、曲げバネ、引張バネ、又は圧縮バネとして設計することができ、好ましくは圧縮バネである。螺旋バネの場合、軸方向バネ要素は、シャフト要素の周りに配置することによって有利になり得る。軸方向バネ要素は、好ましくは、一端が脚部要素に当接し、他端がシャフト要素上の第１ロック要素に当接した状態で、脚部要素とシャフト要素との間に作用するように配置され得る。好ましくは、脚部要素は、軸方向バネ要素と、例えば、シャフト要素上の第２ロック要素との間にクランプされる。このようにして、軸方向バネ要素は、プリロード（予荷重）によって脚部要素とシャフト要素との間のバックラッシュを低減し又付加的な摩擦力によって脚部要素の動きに慣性を与えるために、好ましくはそのバネ力で脚部要素に作用することができる。このようにして、トレイの安定性を向上させることができる。さらに、力の効果を適用するために、支持要素が複数の軸方向バネ要素を含むことが有利であり得る。例えば、少なくとも二つの軸方向バネ要素が、脚部要素に対して反対方向に作用し、それをクランプしてもよい。複数の軸方向バネ要素の反対向きのバネ効果のために、特に軸方向のバックラッシュは、第１脚部要素及び／又は第２脚部要素とシャフト要素との間で特に有利に低減することができる。

好ましい実施形態では、コーン要素（円錐体要素）が枢動軸線の周りに配置され、軸方向バネ要素がコーン要素に作用する。コーン要素は、好ましくは、軸方向バネ要素と脚部要素との間に配置され、それにより、軸方向バネ要素が、一方では軸線方向においてコーン要素に作用し、他方では、コーン要素が、脚部要素及びシャフト要素を他方に対して中心に位置付ける。軸方向バネ要素は、軸線方向において、コーン要素に隣接してシャフト要素に取り付けられ、コーン要素に当接する。好ましくは、コーン要素は、軸方向バネ要素の一端部を受け入れるロックノッチ（窪み）を含み、これにより、コーン要素上において軸方向バネ要素を確実に中心に位置付けるようにする。脚部要素は、好ましくは、少なくとも部分的に形状適合形式でコーン要素を受け入れる円錐ボアを含み、これにより、脚部要素とコーン要素が可能な限りバックラッシュのないように互いに当接する。このようにして、コーン要素は、軸方向バネ要素の力効果（付勢力）を脚部要素に集中させ、その結果、半径方向及び軸線方向における脚部要素とシャフト要素との間のバックラッシュが特定の程度まで低減される。特に好ましくは、少なくとも二つのコーン要素が、それぞれの場合において、脚部要素と一つの軸方向バネ要素との間に配置され、円錐形状が鏡面対称に互い対向するように向けられ、軸方向バネ要素及びコーン要素が、二つの対向する側から脚部要素に力を加える。さらに、コーン要素がシャフト要素を密接して取り囲むことが好ましく、これにより、摩擦がコーン要素とシャフト要素との間の相対的な動きに慣性を与える。

好ましい進展形態によれば、第１支持要素のみが、トレイの高さを調整するための調整要素を含む。第２支持要素は、好ましくは、第１支持要素によって規定される動きに従うようにしてもよい。より好ましくは、第２支持要素は、例えば、プリロード（予荷重）を加えるために、動きを減衰させるための減衰要素を含んでもよい。

有利な進展形態によれば、シャフト要素は、枢動軸線に沿って配置され、ラジアルバネ要素が、半径方向において、第１脚部要素及び／又は第２脚部要素とシャフト要素との間に作用するように配置される。ラジアルバネ要素は、プリロードによって脚部要素とシャフト要素の間の半径方向のバックラッシュを低減し、付加的な摩擦力を生成して、シャフト要素に対する脚部要素の動きの慣性を大きくする。さらに、ラジアルバネ要素は縮小する。ラジアルバネ要素は、捩りバネ、曲げバネ、引張バネ、又は圧縮バネとして設計することができ、好ましくは圧縮バネである。それは、例えば、第１脚部要素及び／又は第２脚部要素とシャフト要素との間に取り付けられる。好ましくは、ラジアルバネ要素が、脚部要素のボア内に部分的又は好ましくは完全に配置される。特に好ましくは、ラジアルバネ要素は、それぞれの場合において、第１脚部要素とシャフト要素との間及び第２脚部要素とシャフト要素との間に適合され、その結果、支持要素全体の半径方向におけるバックラッシュをさらに回避することができる。

有利な例示的な実施形態では、第１脚部要素は、第１フォークアーム及び第２フォークアームを備えたフォーク形状であり、第２脚部要素は、第１脚部要素と結合されるように第１フォークアーム及び第２フォークアームの間に係合する。第１脚部要素は、例えば、少なくとも片側で、少なくとも二つのフォークアームに続く本体を含む。好ましくは、フォークアームは、それぞれボアを含み、ボアは互いに整列され、シャフト要素の周りに配置される。フォークアームは、軸線方向において互いに離れて配置されており、第２脚部要素がそれらの間に係合するためのスペースを提供する。好ましくは、第２脚部要素は、シャフト要素の周りに配置され、フォークアームのボアと整列するように配置されるボアを含み、これにより、第１脚部要素及び第２脚部要素がシャフト要素を介して互いに枢動可能に結合される。第２脚部要素は、フォークアームの間に配置され得るように設計された延長部を含む。この目的のために、延長部の幅は、例えば、フォークアーム間の距離に適合させられ、その幅は、当該距離の少なくとも９５％、特に好ましくは少なくとも９８％であり、その結果として、フォークアームと第２脚部要素の間のバックラッシュが最小限に抑えられる。フォークアームは、例えば、互いに移動不可能な二つのフォークアームが二つの間隔を置いた位置での支持を提供するので、シャフト要素の軸線方向における脚部要素の傾斜が減少するという利点を提供する。

第１脚部要素及び第２脚部要素は、二つのフォークアーム及び軸線方向においてフォークアームから離れてそれぞれの脚部要素上に配置された一つの延長部を含むように、同じ形状を有することが特に好ましい。このようにして、第２脚部要素の延長部は、第１脚部要素のフォークアームの間に係合するように配置することができ、第１脚部要素の延長部は、第２脚部要素のフォークアーム間に係合するように配置することができる。この場合において、シャフト要素は、第１脚部要素及び第２脚部要素が二つの相互に離隔した位置で枢動可能に結合されるように、両方の脚部要素の延長部のボア及びフォークアームのボアに同時に配置される。

有利なさらなる進展形態において、トレイは、高さ方向を横切る横方向において、少なくとも部分的に横方向に調整可能である。この目的のために、トレイは、好ましくは、少なくとも部分的に横方向に調整可能なセクションに分割されてもよい。例えば、少なくとも一つのセクションは、静止した状態で支持要素に取り付けられ、他のセクションは、横方向に調整可能であるように設計されてもよい。横方向に調整可能なセクションは、第１支持要素及び／又は第２支持要素に、又は、静止するセクションに対して、移動可能に連結されてもよい。この目的のために、横方向に調整可能なセクションは、例えば、レール上で変位可能に取り付けられ、又は、ローラー上に取り付けられてもよい。好ましくは、横方向に調整可能なセクションは、凹部（リセス）に係合するように配置されて偏心して取り付けられたローラーに取り付けられ、当該ローラーが、凹部内で横方向に転がり、直線的に横方向に調整可能なセクションを移動させることができる。好ましくは、横方向に調整可能なセクションを調整するように設計された作動要素が、トレイに取り付けられる。例えば、作動要素は、レール上で横方向に調整可能なセクションを押すスライドでもよい。さらに、作動要素は、例えば、ローラー又は偏心して取り付けられたローラーを動かすためのクランク又は回転ノブでもよい。トレイは、互いに独立して移動できる複数の横方向に調整可能なセクションを備えていてもよい。これに関連して、トレイは、高さ方向を横切る一つ又はそれ以上の方向において横方向に調整可能であってもよく、これにより、トレイは、例えば、プロセスチャンバー内において、ワークピースを個別的に適応して位置決めすることが可能になる。

好ましい実施形態によれば、第１支持要素及び／又は第２支持要素の少なくとも第１脚部要素及び第２脚部要素は、グラファイトからなる。当該脚部要素は、グラファイトからなる複数のセクションで構成され、又は、好ましくは一体的に形成されてもよい。摩擦係数が低いため、脚部要素の材料としてのグラファイトは、密接する脚部要素がスライドして動く（摺動する）能力に特にプラスの効果をもたらし、したがって、例えば、潤滑の必要性を省く。また、グラファイトの低い摩擦係数は、互いに接しながら相対的に移動する保持装置の他の構成要素にとっても有利である。例えば、二つの構成要素が互いに接しながら相互に移動する場合、一方はグラファイトからなり、他方はステンレス鋼等の別の材料からなることができる。特に好ましくは、両方の構成要素はグラファイトからなる。したがって、脚部要素に加えて、支持要素が枢動可能に取り付けられて横方向に移動可能であるトレイも、グラファイトで形成されてもよい。同様に、支持要素に枢動可能に接続されている立面も、グラファイトからなり得る。このようにして、グラファイトの表面特性は、支持要素の枢動性を有利に改善する。

グラファイトで製造された構成要素（部品）は、例えば、グラファイト粉末からそれらの形状にプレス成形することができる。好ましくは、それらは、グラフアイトプレートから、例えばフライス盤により、一つの部品に一体的に製造される。

さらに、グラファイトは、その膨張係数が低いため、温度勾配や温度変動の影響下で形状が僅かに変化するだけであるという利点がある。保持装置は、好ましくは、コーティング方法、特に高温範囲の温度でのプラズマ支援コーティング方法のためのプロセスチャンバー内で使用され得る。“高温範囲”は、３００℃を超える、好ましくは４００℃を超える温度を含む温度範囲を意味すると理解されるべきである。これに関連して、均一な温度がプロセスチャンバー全体に広がってもよく、好ましくは、例えば、ワークピースの直近周囲とプロセスチャンバーの床との間に温度勾配が存在する。当該温度勾配は、例えば、高温範囲からの温度と保持装置が曝される室温との間であり得る。同様に、保持装置は、例えば、それが高温で実施される多数のコーティングプロセスに使用される場合、多数の大きな温度変動に曝される可能性がある。二つのコーティングプロセス間でプロセスチャンバー内の温度が低下した場合及び／又は保持装置がプロセスチャンバーから取り外された場合、保持装置は大きな温度変動に曝される。

したがって、膨張係数が低いグラファイトの特性は、グラファイトからなる構成要素、例えば、脚部要素が、温度勾配および温度変動の影響下で僅かに歪むだけであり、その結果、例えば、タイトフィットの場合、構成要素は、互いに圧力をかけたり、互いの間にバックラッシュを引き起こしたりしない。多数のコーティング方法で使用する場合、構成要素の動きがかじりによって制限されるリスクが低く抑えられるため、反りが少なく摩擦効果が低いことが保持装置に有利な効果をもたらす。このように、材料としてのグラファイトは、コーティングプロセスでのサイクル数が多い場合でも保持装置の形状が僅かに影響を受けるだけであるため、保持装置の耐用年数にとって有利であり得る。

実質的にグラファイトからなる保持装置は、プロセスチャンバー内の雰囲気に僅かな影響しか及ぼさないため、例えば、ホットワイヤー活性化ＣＶＤコーティングプロセスなどの炭素系の堆積プロセスにとって特に有利である。

したがって、グラファイトから、プロセスチャンバー内にワークピースを保持するための保持装置の相互移動する構成要素を製造する上記の態様は、単独で考慮された場合にも有利であることが証明され得る。

本発明の代替の態様によれば、請求項１５に係るプロセスチャンバー内にワークピースを保持するための装置は、ワークピース用のトレイと、トレイの高さ調節可能な支持要素とを含み、支持要素は、互いに移動可能で、互いに接触し、グラファイトからなる、少なくとも二つの要素を含む。本発明の第１態様についての請求項９に係る特徴から生じる上記の利点は、本発明の当該代替の態様にも適用される。

好ましい実施形態では、第１支持要素及び／又は第２支持要素は、第１脚部要素及び第２脚部要素に加えて第３脚部要素及び第４の脚部要素を含み、第３脚部要素及び第４脚部要素は、枢動軸線回りに互いに枢動可能に結合され、第３脚部要素及び第４の脚部要素の枢動軸線は、第１脚部要素及び第２脚部要素の枢動軸線と平行でかつ距離をおいて配置されている。好ましくは、第３脚部要素は、第１脚部要素と同じ方法で設計され、第４脚部要素は、第２脚部要素と同じ方法で設計される。特に好ましくは、四つの脚部要素は、全て同じ形状を有する。さらに、第３脚部要素及び第４脚部要素は、第１脚部要素及び第２脚部要素に対して鏡面対称に配置され、その対称面が枢動軸線と平行に延在することが好ましい。支持要素は、様々な方法で互いに配置することができる。例えば、それらを並べて配置することができる。好ましくは、それらの枢動軸線は、四角形、特に好ましくは長方形を形成する。したがって、例えば、トレイは、支持要素がトレイの側部に実質的に沿って延びるように配置されるべく、長方形として設計されて支持要素上に配置される。

本発明によるコーティングシステムは、ワークピース上にコーティングを生成するための関連するコーティング手段を有するプロセスチャンバーと、第１位置と第２位置との間で調整可能であるように配置された上記のような保持装置とを含み、保持装置は、第１位置においてプロセスチャンバーの内側に配置され、第２位置において少なくとも部分的にプロセスチャンバーの外側に配置される。

これに関して、プロセスチャンバーは、例えば真空状態を可能にするために、厳密に密封可能であるように設計されることが好ましい。コーティング手段は、例えば、コーティング方法を可能にするために、支配的なガス組成、プロセスチャンバー内の温度及び／又は圧力を変更することを可能にする。例えば、コーティング手段は、真空ポンプ、一つ又は好ましくは複数のガス供給部、加熱装置、物質を蒸発させるための装置、及び／又はワークピース上の表面反応を可能にするための装置、例えばプラズマを点火するための又はワークピースの表面を１５０℃以上に加熱するための装置を含む。これらの条件下で、例えば、ワークピースの安定性、硬度、又は寿命を改善するために、コーティングがワークピースに適用され得る。この目的のために、結晶性材料、好ましくはダイヤモンド等の硬くて安定した材料が、ワークピースに堆積させられることが好ましい。

第１位置において、保持装置はプロセスチャンバー内に位置付けられる。好ましくは、当該保持装置は、プロセスチャンバー内に完全に位置付けられ、プロセスチャンバーによって包囲され、そして、規定されたコーティング雰囲気に曝される。好ましくは、保持装置は、それによって保持されたツールが可能な限り移動しないように、第１位置において不動である。

第２位置において、保持装置は、少なくとも部分的にプロセスチャンバーの外側に位置付けられ、それにより、コーティングされるべきワークピースを特に容易に装着することができ、又は、コーティングされたワークピースを取り除くことができる。

本発明によるコーティングシステムの好ましい実施形態によれば、保持装置は、第１位置と第２位置との間の調整のために、グラファイトから製造された少なくとも一つのローラー上に変位可能に取り付けられている。ローラーは、保持装置の直下又は側部に取り付けることができ、例えば、支持要素上に配置することができる。好ましくは、ベースプレートが、支持要素とローラーとの間に配置される。特に好ましくは、ベースプレートは、トレイと同じ形状、例えば長方形の形状を有する。ローラー上に保持装置を設けることにより、第１位置と第２位置の間での簡単で安全な移動が可能になる。さらに、調整システムとしてのローラーは、簡単な方法で、かつ、少ない部品で実装することができる。グラファイトからローラーを製造することは、他の構成要素に対して取り付けられて移動する構成要素にとって、グラファイトの上記の利点を提供する。特に好ましくは、保持装置は、複数のローラー上に、特に好ましくは、例えば、長方形のベースプレートの四つの外側の角に取り付けられる四つのローラー上に、取り付けられる。

本発明によるコーティングシステムの好ましい進展形態によれば、コーティング手段は、フィラメント、すなわち、それらを加熱するためにそれらを通して電流が流れるように設計されたワイヤを含む。好ましくは、それらは、１５０℃を超える、特に好ましくは１０００℃を超える温度に達するように設計されている。フィラメントがワークピースの表面に近い場合、フィラメントは、好ましくは表面反応を可能にして、固体成分の気相からワークピース上に層特に好ましくはダイヤモンド層を化学的に堆積させるために、表面を加熱する。さらに、フィラメントは、例えば、水素ガスをフリーラジカルにするように設計されており、フリーラジカルは炭素質ガスと反応して、ダイヤモンドの形でワークピースに炭素を堆積させることができる。

ワークピースの表面の加熱を可能にし、表面近くの水素ガスを活性化するために、フィラメントは、好ましくは、第１位置においてトレイの高さがフィラメントに対して調整できるように、プロセスチャンバーに取り付けられる。この目的のために、フィラメントはプロセスチャンバー内においてトレイの上方に取り付けられ、トレイの高さを調整することにより、フィラメントとトレイとを互いに近づけたり遠ざけたりして、種々のサイズのワークピースをトレイ上に配置することができ、と同時に、フィラメントの近くに配置することができる。好ましくは、フィラメントは、それらがトレイに垂直に指向されるようにプロセスチャンバー内に取り付けられる。好ましくは、互いに平行な平面内に取り付けられた複数のフィラメントが、プロセスチャンバー内に配置される。特に好ましくは、フィラメントを備える二つの平面が互いに平行に配置される。フィラメントのこの取り付けは、例えばフィラメントの平面同士の間にワークピースを配置することができるため、高さの範囲が支配的であるワークピースの両面を加熱するのに特に有利であることが証明されている。

本発明の例示的な実施形態は、図面を参照して以下でより詳細に説明される。

保持装置の第１の例示的な実施形態の斜視図である。 図１による保持装置の分解図である。 図１及び図２による保持装置における支持要素の斜視図である。 図１ないし図３による保持装置におけるさらなる支持要素の斜視図である。 図４中の断面線Ａ－Ａ’に沿った部分断面図である。 図４中の断面線Ａ－Ａ’に沿った脚部要素の断面図である。 図１ないし図６による保持装置を有するコーティングシステムの正面図における部分的な概略図である。 図１ないし図６による保持装置を有するコーティングシステムの側面図における部分的な概略図である。

図１は、ワークピースを保持するための装置１０の第１の例示的な実施形態を示すものであり、以下において保持装置１０と称され、下部構造部１２、高さ調整可能な第１支持要素２２及び高さ調整可能な第２支持要素４８、及びトレイ７２を含む。

支持要素２２，４８は、トレイ７２を支持するものであり、下部構造部１２に固定されている。

図２は、図１の保持装置１０を示すものであり、図示されている構成要素は、分解図のために矢印の方向に変位させられている。

下部構造部１２は、ベースプレート１４及び四つのローラー１６からなる。ベースプレート１４は、二つの長手方向側部及び二つの短辺側部を有する長方形の平面グラファイトプレートである。三つの金属締結ブロック１８ａ，１８ｂが、ローラー１６及び支持要素２２，４８を取り付けるために、両方の短辺側部及び中央においてベースプレートの上側に取り付けられている。四つのローラー１６は、回転可能となるように連結されており、この目的のために、それぞれがシャフトによってペアで連結されている。各々の場合において、一つのシャフトが、ベースプレート１４の短辺側部にある締結ブロック１８ａに取り付けられている。

第１支持要素２２は、鏡面対称になるように設計された二つの長手方向支持ユニット２４を含み、そのうちの一つが図４に示され、又、二つの長手方向脚部要素２６及びシャフト要素３４を含む。

長手方向脚部要素２６は、それらが長手方向の側部において延長部を有するように、それぞれ長方形のグラファイトプレートから切り取られている。二つのフォーク延長部２８ａは、フォークを形成するように互いに近接して配置されている。単一延長部３２ａは、長手方向の側部においてフォークから離れて配置されている。

各々の場合において、二つの長手方向脚部要素２６が、シャフト要素３４を介して結合され、それぞれの場合において、一つの単一延長部３２ａがフォーク延長部２８ａの間に係合し、シャフト要素３４が、両方の長手方向脚部要素２６の延長部２８ａ，３２ａを貫通して配列されたボア（孔）内に伸長している。このように、両方の長手方向脚部要素２６が、長手方向の枢動軸線Ｘ回りに枢動可能に結合されており、この点で、それらは長手方向の枢動軸線Ｘに沿って配置されたシャフト要素３４を介して関節式に相互連結され、それ故に、両者の間の角度を変更することができる。

二つの長手方向の締結シャフト３６は、第１支持要素２２を下部構造部１２及びトレイ７２に枢動可能に取り付けるために、両方の長手方向支持ユニット２４の外側の長手方向側部を通して伸長している。

コーン（円錐体）４４、軸方向バネ３８、及びロックリング４６の各々が協働する軸方向クランプユニット３７が、シャフト要素３４及び長手方向の締結シャフト３６に取り付けられている。軸方向クランプユニット３７は、一方においては、両方のフォークの両外側においてシャフト要素３４に取り付けられ（図４を参照）、他方においては、長手方向脚部要素２６の両外側において長手方向の締結シャフト３６に取り付けられている（図２を参照）。軸方向クランプユニット３７は、軸方向において、シャフト要素３４及び長手方向の締結シャフト３６上の長手方向脚部要素の関節式連結部に付勢力を及ぼす（予荷重を及ぼす）。

第２支持要素４８は、鏡面対称になるように設計された二つの横方向支持ユニット５２と、調整要素５４とを備える。これに関して、図３には、横方向支持ユニット５２及びそれに接続された調整要素５４の一部が示されている。調整要素５４は、対称になるように設計されており、二つの横方向支持ユニット５２が鏡面対称に取り付けられている。横方向支持ユニット５２は、それぞれ、二つの横方向脚部要素５６を含み、これらは同一であり、グラファイトプレートとして提供される。長手方向脚部要素２６と同様に、二つのフォーク延長部２８ｂ及び単一延長部３２ｂがそれらの長手方向側部に配置されている。

二つのネジ５８は、二つのフォーク延長部２８ｂが、それぞれ一つのネジ５８を介して一つの単一延長部３２ｂに枢動可能に結合されるように、軸方向に互いに離れて配置されて横方向の枢動軸線Ｙに沿って取り付けられる。

調整要素５４は、スピンドルとして設計されており、両側のそれぞれにおいて、スピンドル雄ネジ６４を含み、これは、それぞれに雌ネジナット６６と螺合する。また、調整要素５４の片側には、例えば、レンチでスピンドル５４を回転させるために、継手要素６８（図２を参照）が配置されている。

雌ネジナット６６は、横方向支持ユニット５２の二つのフォークの間に配置され、ネジ５８によって両側からネジ止めされることによって、横方向支持ユニット５２に結合されている。雌ネジナット６６は、横方向の枢動軸線Ｙ上にあり、それによって中央を横断させられ、調整要素５４の軸線が軸線Ｙに垂直に整列される。二つの雌ネジナット６６の一つは時計回りの雌ネジを含み、他の一つは反時計回りの雌ネジを含み、それらの動きは、調整要素５４の回転中に反対になり、それらは互いに近づく向きに又は互いに離れる向きに移動する。

二つの横方向の締結シャフト６２は、第２支持要素４８を下部構造部１２及びトレイ７２に枢動可能に取り付けるために、両方の横方向支持ユニット２４の外側の長手方向側部を通って伸長する。

トレイ７２は、締結ユニット７４、作動ユニット７６、及び支持ユニット７８を備えている。支持ユニット７８は締結ユニット７４の上部にあり、それらの両方が、作動ユニット７６をそれらの内部に収容する。

締結ユニット７４は、グラファイトプレートから製造された平面で長方形の締結プレート８２を含む。それは、その長手方向側部と平行に延びる三つの長尺凹部８４を含む。ベースプレート１４と同様に、締結プレート８２の下側には、二つの締結ブロック１８ａが短辺側部に配置され、一つの締結ブロック１８ｂが、締結プレート８２の中央に配置されている。

作動ユニット７６は、三つの同一の偏心シャフト８６を含み、その両端部において、それぞれ一つの偏心輪８８が取り付けられている。六つの偏心輪８８は全て同一形状をしている。

支持ユニット７８は、三つの個別の平面で長方形の支持プレート９２から構成され、これらは、グラファイトプレートから製造されて、それらの下側において長手方向に凹部（リセス）を有する（不図示）。長手方向にガイド溝９４を形成するように、三つの支持プレート９２の全てに複数の突条部がある。

作動ユニット７６は、偏心シャフト８６が回転することができ、又、偏心輪８８が回転及び直線運動を実行することができるように、締結ユニット８４及び支持ユニット７８の凹部に横たわっている。いずれの場合も、一つの支持プレート９２は、二つの偏心輪８８を有する一つの偏心シャフト８６上に横たわっており、偏心シャフト８６及び偏心輪８８は、支持プレート９２の凹部の内側に配置される。したがって、一つの偏心シャフト８６の回転により、横方向において、締結プレート８２に対してその上に載っている支持プレート９２を調整することができる。

下部構造部１２、二つの支持要素２２，４８、及びトレイ７２は、締結ブロック１８ａ，１８ｂに回転可能に取り付けられた長手方向の締結シャフト３６及び横方向の締結シャフト６２を介して相互連結されている（図１を参照）。両方の長手方向支持ユニット２４及び両方の横方向支持ユニット５２について、それぞれの場合において、一つの長手方向の締結シャフト３６及び一つの横方向の締結シャフト６２が、それぞれに、ベースプレート１４上の締結ブロック１８ａ，１８ｂに、又、締結プレート８２上の締結ブロック１８ａ，１８ｂに、関節式に取り付けられている。

トレイ７２は、下部構造部１２と平行に整列され、第２支持要素４８によって高さを調整することができる。この目的のために、その高さは、下部構造部１２とトレイ７２間の距離を変える調整要素５４によって調整される。

第２支持要素４８の高さ調整機能は、トグルジョイントによって実施される。三つのシャフト、すなわち、横方向の枢動軸線Ｙ及び二つの横方向の締結シャフト６２は、横方向脚部要素５６を介して関節式に相互連結されている。二つの横方向脚部要素５６は、横方向の枢動軸線Ｙ内において、互いに又調整要素５４に結合されており、調整要素５４が、横方向の枢動軸線Ｙを高さ調整の方向を横切って横方向に変位させることができ、したがって、横方向脚部要素５６の関節式連結部を曲げるか又は伸ばすことができる。このようにして、下部構造１２部及びトレイ１２は、高さ調整の際に、整列して互いに平行のままである。

図５には、軸方向クランプユニット３７を備えた二つの長手方向脚部要素２６の一つの断面が示されている。コーン４４は、コーン４４が周囲に密接して当接するようにシャフト要素３４に適合されるボアを備えている。さらに、コーン４４の先細りのテーパ部分は、長手方向脚部要素２６の同様に先細りのテーパ状の凹みに密接に適合するように位置し、これにより、コーンが長手方向脚部要素によって部分的に囲まれる。長手方向脚部要素２６の外側において、断面に、コーン４４はノッチを含み、このノッチにおいて、コーンは、軸方向バネ３８を保持するためにそれを受けて、軸方向バネ３８から長手方向脚部要素２６への力の最適な伝達を確実にする。軸方向バネ３８の他端は、不動のロックリング４６によって保持される。軸方向バネ３８は、コーン４４とロックリング４６との間で予荷重がかけられ、軸線Ｘ方向において力を生じる。二つの軸方向クランプユニット３７は、両側でフォークをクランプし、シャフト要素３４を長手方向脚部要素２６のボアの中心に位置付ける（図４を参照）。このようにして、特に軸線Ｘ方向における長手方向脚部要素２６のバックラッシュが減少し、二つの長手方向脚部要素２６によって形成される接合部での摩擦が増加し、長手方向脚部要素２６の動きの慣性が増加する。

図６には、長手方向脚部要素２６の内側、より具体的には単一延長部３２ａにおけるラジアルバネ４２の配置が示されている。それは、軸線Ｘに垂直に方向付けられてボア内に取り付けられ、長手方向脚部要素２６とシャフト要素３４との間に作用する。それは、付勢力を及ぼすため、バックラッシュを低減し、摩擦を増加させる。長手方向支持ユニット２４のために、ラジアルバネ４２が両方の長手方向脚部要素２６に取り付けられ、それらが反対方向からシャフト要素３４に作用する。

また、ラジアルバネ４２は、同じ方法で第２支持要素４８の単一延長部３２ａに挿入されている（不図示）。

第１支持要素２２は、保持装置１０のための高さ調整機能を持たず、むしろトレイ７２の長手方向側部に沿った支持機能を有するだけである。第２支持要素４８は、高さ調整機能に加えて、トレイ７２の横方向側部に沿った支持機能を有する。このように、支持力は、互いに直角に方向付けられ、バックラッシュが低減される方向の範囲を増加させる。長手方向支持ユニット２４同士の間の間隔及び横方向支持ユニット５２同士の間の間隔、及び第１支持要素２２の動きの減衰は、ガタツキの無いトレイ７２の安定した保持をもたらす。

図７及び図８には、保持装置１０がコーティングシステム２０においてどのように使用され得るかについて概略的に示されている。

コーティングシステム２０は、ホットワイヤー活性化ＣＶＤコーティング法のために設計されている。フィラメント９６が、二つの相互に平行な平面内に取り付けられ、トレイ７２に対して垂直に整列されている。

図７には、二つのフィラメント９６の平面の間において保持装置１０によって保持されたワークピース３０の列が示されている。ガイド溝９４は、ワークピース３０を直立位置に堅固に位置付けた状態でワークピースホルダーを保持する。上記の高さ及び横方向の調整機能により、ワークピース３０は、それらが二つの平面の間に正確に配置され、例えば、フィラメントによって局所的に生成される６００℃の局所的な高温に曝されるように、高精度に位置付けられることができる。また、ワークピースは、他の支持プレート９２上に配置することもできる。

ワークピース３０を保持装置１０に取り付けるため又はコーティングプロセス後にそれらを取り除くために、保持装置１０は、装着位置に配置され、又、コーティングシステム２０から引き出しベース上にロールアウトされる。ワークピース３０をコーティングするために、保持装置１０は、コーティングシステム２０の内部に完全にロールインされ、コーティング位置に配置される。また、引き出しベースが押し込まれる。支持要素２２，４８の配置と関節式連結部の予圧付与（予荷重）により、装着とコーティング位置との切り替えが、バックラッシュの少ない動きで行われる。

１０ 保持装置
１２ 下部構造部
１４ ベースプレート
１６ ローラー
１８ａ 締結ブロック
１８ｂ 締結ブロック
２０ コーティングシステム
２２ 第１支持要素
２４ 長手方向支持ユニット
２６ 長手方向脚部要素
２８ａ 第１支持要素のフォーク延長部
２８ｂ 第２支持要素のフォーク延長部
３０ ワークピース
３２ａ 第１支持要素の単一延長部
３２ｂ 第２支持要素のフォーク延長部
３４ シャフト要素
３６ 長手方向の締結シャフト
３７ 軸方向クランプユニット
３８ 軸方向バネ
４２ ラジアルバネ
４４ コーン
４６ ロックリング
４８ 第２支持要素
５２ 横方向支持ユニット
５４ 調整要素
５６ 横方向脚部要素
５８ ネジ
６２ 横方向の締結シャフト
６４ スピンドル雄ネジ
６６ 雌ネジナット
６８ 継手要素
７２ トレイ
７４ 締結ユニット
７６ 作動ユニット
７８ 支持ユニット
８２ 締結プレート
８４ 締結プレートの凹部
８６ 偏心シャフト
８８ 偏心輪
９２ 支持プレート
９４ ガイド溝
９６ フィラメント
９８ ジャンクションボックス
Ｘ 長手方向の枢動軸線
Ｙ 横方向の枢動軸線

Claims (15)

1. プロセスチャンバー内においてワークピースを保持するための装置であって、
   ワークピース（３０）のためのトレイ（７２）と、
   前記トレイ（７２）のための高さ調整可能な第１支持要素（２２）及び高さ調整可能な第２支持要素（４８）と、を備え、
   前記支持要素（２２，４８）の各々は、少なくとも一つの第１及び一つの第２脚部要素（２６，５６）を含み、
   前記それぞれの第１及び前記それぞれの第２脚部要素（２６，５６）は、枢動軸線（Ｘ，Ｙ）回りに互いに対して枢動可能であるように結合され、
   前記第１支持要素（２２）の枢動軸線（Ｘ）は、前記第２支持要素（４８）の枢動軸線（Ｙ）に対して角度をなして配置されている、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記第１及び／又は第２支持要素（２２，４８）は、前記支持要素（２２，４８）の高さを変更するように設計された調整要素（５４）を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記調整要素（５４）は、前記第１及び第２脚部要素（２６，５６）の間の枢動角度を変更するように設計されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記第１及び／又は第２支持要素（２２，４８）は、前記枢動軸線（Ｘ，Ｙ）の方向に力の効果を加えるための少なくとも一つの軸方向バネ要素（３８）を含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一つに記載の装置。
5. コーン要素（４４）が、前記枢動軸線（Ｘ，Ｙ）の周りに配置され、
   前記軸方向バネ要素（３８）は、前記コーン要素（４４）に作用する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. シャフト要素（３４，５８）が、前記枢動軸線に沿って配置され、
   ラジアルバネ要素（４２）が、前記第１及び／又は第２脚部要素（２６，５６）と前記シャフト要素（３４，５８）との間において半径方向に作用するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一つに記載の装置。
7. 前記第１脚部要素（２６，５６）は、第１及び第２フォークアーム（２８ａ，２８ｂ）を備えたフォーク形状であり、
   前記第２脚部要素（２６，５６）は、前記第１脚部要素（２６，５６）と結合されるように、前記第１及び第２フォークアーム（２８ａ，２８ｂ）の間に係合される、
   ことを特徴とする請求項１ないし６いずれか一つに記載の装置。
8. 前記トレイ（７２）は、鉛直方向に対して横切る横方向に少なくとも部分的に調整可能である、
   ことを特徴とする請求項１ないし７いずれか一つに記載の装置。
9. 前記第１及び／又は第２支持要素（２２，４８）の少なくとも前記第１及び第２脚部要素（２６，５６）は、グラファイトからなる、
   ことを特徴とする請求項１ないし７いずれか一つに記載の装置。
10. 前記第１及び／又は第２支持要素（２２，４８）は、前記第１及び第２脚部要素（２６，５６）に加えて、第３及び第４脚部要素（２６，５６）を含み、
    前記第３及び第４脚部要素（２６，５６）は、枢動軸線（Ｘ，Ｙ）回りに互いに対して枢動可能に結合され、
    前記第３及び第４脚部要素（２６，５６）の枢動軸線（Ｘ，Ｙ）は、前記第１及び第２脚部要素（２６，５６）の枢動軸線（Ｘ，Ｙ）と平行に離隔して配置されている、
    ことを特徴とする請求項１ないし９いずれか一つに記載の装置。
11. ワークピース（３０）上にコーティングを生成するための関連するコーティング手段（９６）を有するプロセスチャンバーと、
    第１及び第２位置の間で変位可能であるように配置された請求項１ないし１０いずれか一つに記載の保持装置（１０）と、を備え、
    前記保持装置（１０）は、前記第１位置において前記プロセスチャンバーの内側に配置され、前記第２位置において少なくとも部分的に前記プロセスチャンバーの外側に配置される、
    ことを特徴とするコーティングシステム。
12. 前記保持装置（１０）は、前記第１及び第２位置の間での移動のために、少なくとも一つのローラー（１６）上で変位可能であるように配置され、
    前記ローラー（１６）は、グラファイトから製造されている、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のコーティングシステム。
13. 前記コーティング手段は、前記プロセスチャンバー内に配置されたフィラメント（９６）を含み、
    前記トレイ（７２）の高さは、前記第１位置において、前記フィラメント（９６）に対して調整可能である、
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のコーティングシステム。
14. コーティングされるワークピース（３０）は、請求項１１ないし１３いずれか一つに記載のコーティングシステム（２０）のプロセスチャンバー内に配置され、
    プラズマ法によりコーティングされる、
    ことを特徴とするワークピースをコーティングする方法。
15. プロセスチャンバー内においてワークピースを保持するための装置であって、
    ワークピース（３０）のためのトレイ（７２）と、
    前記トレイのための高さ調整可能な支持要素（２２，４８）と、を備え、
    前記支持要素（２２，４８）は、互いに対して移動し、かつ、互いに接触しており、さらにグラファイトからなる、少なくとも二つの要素（２６，５６）を含む、
    ことを特徴とする装置。

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