WO1998028460A1 - Vakuumbehandlungsanlage - Google Patents

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WO1998028460A1
WO1998028460A1 PCT/CH1997/000481 CH9700481W WO9828460A1 WO 1998028460 A1 WO1998028460 A1 WO 1998028460A1 CH 9700481 W CH9700481 W CH 9700481W WO 9828460 A1 WO9828460 A1 WO 9828460A1
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workpiece
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workpiece carrier
chamber according
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PCT/CH1997/000481
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Inventor
Roman Schertler
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Balzers Aktiengesellschaft
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67126Apparatus for sealing, encapsulating, glassing, decapsulating or the like
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y10S414/139Associated with semiconductor wafer handling including wafer charging or discharging means for vacuum chamber

Definitions

  • the present invention relates to vacuum treatment plants in each case according to the preamble of claim 1 or 2 or to a vacuum chamber according to claim 19.
  • EP-0 136 562 discloses a vacuum treatment plant of the type defined in the preamble of claim 1.
  • the feed devices on the inner housing, aligned with the intended treatment chambers or their openings, with radially driven movable plungers as drivers are driven by a central wedge drive, mechanically rubbing, synchronously and with the same stroke.
  • a feed stroke is also carried out there on the previously known system.
  • the object of the present invention is to remedy these disadvantages. This is achieved on the basis of a system of the type defined in the preamble of claim 1 by its design according to the characterizing part of claim 1, ie by the fact that each driver has a separate gene drive.
  • sealing is understood to mean both non-contact sealing, such as by forming a pressure stage via a labyrinth seal, and also positive and / or non-positive sealing.
  • the object is therefore to remedy this last-mentioned disadvantage.
  • the present invention is based on a system according to the preamble of claim 2 in this second aspect and proposes to train them according to the characterizing part of claim 2.
  • At least one of the openings comprises a fluid-controlled, preferably a pneumatically or hydraulically controlled sealing arrangement - an active seal -, by means of which a seal running around the opening between the opening boundary and a workpiece holder or a workpiece itself is created or solved.
  • a fluid-controlled preferably a pneumatically or hydraulically controlled sealing arrangement - an active seal -, by means of which a seal running around the opening between the opening boundary and a workpiece holder or a workpiece itself is created or solved.
  • Preferred embodiments of the treatment plant according to the invention are distinguished according to the wording of the dependent claims 3 to 14 or a chamber therefor according to claim 18; Another vacuum chamber according to the invention is characterized in accordance with claim 19. Preferred uses are specified in claims 15 to 17 and 42 to 44, respectively.
  • the vacuum chamber according to claim 19, which, as will be explained, requires no or only a slight lifting stroke of the workpiece carriers from treatment openings or transport openings in the wall of the vacuum chamber, is particularly suitable for the use of the active seals mentioned.
  • Fig. 1 shows schematically an inventive system under the first aspect
  • FIG. 2 starting from the illustration according to FIG. 1, a preferred fluid, preferably pneumatically or hydraulically driven driver arrangement on the basis of an enlarged detail of a driver area;
  • Fig. 3 schematically shows a sealing arrangement in the opening area of a treatment chamber under the second Aspect of the present invention
  • Fig. 4 schematically shows a preferred embodiment of the seal according to Fig. 3;
  • Fig. 5 shows schematically the top view of an outer housing section of a system
  • Fig. 6 is a sectional view through a portion of the
  • FIG. 7 shows a cross section through a preferred embodiment of a system according to the invention in a simplified representation
  • FIG. 8 shows a longitudinal sectional view through part of a system according to the invention in a preferred embodiment
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view through part of a system according to the invention according to FIG. 8 in a further preferred embodiment
  • FIG. 10 shows a perspective illustration of the relationships between a flat workpiece carrier and the cylindrical peripheral surface of a known type of opening to be operated with the workpiece carrier;
  • FIG. 11 shows the conditions according to FIG. 10 in supervision to explain the necessary lifting stroke conditions
  • FIG. 12 shows, in a representation analogous to FIG. 10, the conditions in the shape of opening surrounds according to the invention.
  • FIG. 14 shows a system according to the invention in longitudinal section with a spherical chamber wall
  • FIG. 15 shows the system according to FIG. 14 in a cross-sectional illustration
  • FIG. 16 shows a system according to the invention with active seals in a representation analogous to FIG. 14;
  • FIG. 17 shows a side view of several of the chambers according to the invention, modularly stacked according to FIGS. 14 and 15 or preferably 16;
  • openings 3 are provided along at least one, as shown along two large circles K, for the transport through or for the treatment of workpieces 5.
  • Treatment chambers are arranged at the openings 3, which generally include coating, etching, cooling, heating, transport or lock chambers, as at least one surface treatment chamber, preferably plasma surface treatment chamber, further preferably atomization chambers, in particular with a magnetron source.
  • a carousel 11 is provided, rotatably driven with respect to the axis A, on which, along the large circles K mentioned, the workpieces 5, preferably disk-shaped workpieces, are stored and held. It is preferably storage disks such as CD, DVD, HD, in particular rewritable storage disks such as MOD, phase change disks and RC (recordable disks).
  • drives 16 are provided on the inner housing 7, opposite each of the openings 3, by means of which plungers 18, as drivers, are moved radially against the openings 3 or are retrieved from the latter.
  • the rams 18 act on the correspondingly positioned workpieces 5, whether directly or indirectly, for example via a receiving plate (not shown here), and their advance moves the workpieces 5 to the openings 3 or back from the latter to the required extent.
  • each of the drives 16 can be activated whenever desired, and on the other hand its stroke can be specifically designed in such a way that the respective processing on the respective chamber 14 requires it.
  • each of the provided plungers is provided with its own drive 16.
  • workpieces are fed from the carousel to two chambers 14 each assigned to large circles K, in most cases chambers 14 being provided only along a large circle K with a corresponding design of carousel 11 and drives 16.
  • treatment chambers 14 along several large circles K on the chamber according to FIG. 1, but to design the carousel 11 only in such a way that workpieces 5 are arranged along a single large circle K, but then the carousel 11 also axially, i.e. move up and down in the direction of the axis A, for example to first pass the workpieces past the treatment chambers 14 along a large circle K, then past the treatment chambers 14 along a second large circle K.
  • the drives 16 according to FIG. 1 can be magnetically, electromotively fluid-driven, in this case pneumatic or hydraulic, preferably pneumatic.
  • FIGS. 7 to 9 and 10 to 13 With regard to the preferred design of the border surfaces of the openings 3 and the border surfaces of workpiece carriers (not shown) for the workpieces 5, reference is made to FIGS. 7 to 9 and 10 to 13 and the following description in this regard: This results in the smallest possible stroke movements of the plunger 18, if at all to provide, possible.
  • FIG. 2 A preferred embodiment of a drive 16 according to FIG. 1 is shown schematically in FIG. 2. It must be emphasized that such a drive, ie generally such a fluid-controlled, in particular pneumatic or hydraulic see seal control can also be used on vacuum treatment systems of a different type than that shown in FIG. 1, namely wherever the aim is to feed a workpiece to the opening of a treatment chamber, thereby sealing the latter to the required extent.
  • a pneumatic drive is preferred for vacuum reasons.
  • a tight bellows 20 is provided on a wall, preferably a stationary housing wall 7a, which defines a transport space 9a on one side or, if applicable, on a likewise movable transport element, not shown, for example for the operation of a plurality of treatment chamber openings 3a, preferably with a stabilizing section 22 or one Interventional part, as shown in dashed lines at 23.
  • FIG. 3 schematically shows a further embodiment variant of a hydraulically or pneumatically, preferably pneumatically controlled sealing arrangement.
  • An elastic hose 30 or an elastic bellows is arranged around the opening area 3b of a treatment chamber 14 and, as shown by p, is pressurized in a controlled manner.
  • the hose 30 expands within the scope of its inherent elasticity and lies sealingly against the transport arrangement 11b for the workpiece 5 or, if this is permissible, directly against the workpiece 5 (not shown).
  • the workpiece 5 does not have to be displaced with respect to the transport arrangement 11b in the direction of the opening 3b or away from it, which applies in particular if the principle explained with reference to FIGS. 10 to 13 is followed in the case of a rotary transport arrangement 11b.
  • the arrangement shown schematically in FIG. 4 can take the place of the bellows or hose 30, which is replaced by a metallic bellows 31, which is optionally coated with an elastomer.
  • the metallic bellows 31, optionally coated on the outside with elastomer, is preferably subjected to an O-ring arrangement when it is pressurized, as is schematically represented by p. pressed 32, which does not necessarily have to be provided.
  • the controlled sealing arrangement shown in FIG. 4 allows exposure to higher temperature loads than the one shown in FIG. 3 by the elasticity values of the metal membrane or the metal bellows 31 remaining substantially constant in substantially further temperature ranges compared to those of elastic hoses or Bellows 30 made of a plastic.
  • the arrangement according to FIG. 4 is therefore used primarily in areas subjected to higher thermal loads.
  • FIG. 5 schematically shows a section of the outer wall or the outer housing 1 of a vacuum treatment system according to the invention under the third aspect of the present invention. It comprises openings 3 for the assembly of the treatment chambers described above.
  • lines or bores 62 are let into the wall of the housing 60, which communicate via connections 64 each with adjacent wall parts, which form the openings 3, and can be connected from the outside to a further connection 66.
  • the lines 62 are closed at the top and bottom or can e.g. be closed with threaded bolts, or the connections 66 are attached directly above or below the holes 62.
  • connections 64 can also be selected, as shown schematically at 68, e.g. be closed with screw bolts, so that a high degree of flexibility is achieved, with the distribution system 62, 64, 66 realized in this way, to pump out, to flood or, if necessary, to apply gas to the treatment chambers connected to the openings 3.
  • FIG. 6 shows a sectional view along line I-I of FIG. 5 on a preferred embodiment of the outer housing 1.
  • the same reference numerals are used as in FIG. 5.
  • the connections 66 are provided directly on the front side of the lines 62.
  • the lines 62 pass through the extension of the outer housing wall 1 as shown in (a) or are designed as material bores as shown in (b) or, if necessary, with a e.g. screw-in separating pin 63 separable.
  • Units, preferably turbovacuum pumps 67 or end covers 68 are flanged directly onto the connections 66. As can be seen, this configuration gives a very high flexibility to connect external units, in particular the turbovacuum pumps 67 mentioned, but also valves and / or further pumps.
  • the housing 1 is solid, preferably in one piece. It is preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the inner housing 7 according to FIG. 1 is also preferably made of the metals mentioned and preferably also solid, preferably in one piece.
  • FIG. 7 shows a part of a cross section through a preferred embodiment of a treatment plant according to the invention, in which the aspects
  • each driver has its drive pneumatic seal control
  • the outer housing 1 has the openings 3 for receiving processing stations, such as a coating station 14a and a lock station 14b. In the corner areas between the openings 3, the bores 62 are machined into the wall of the outer housing 1, with the connections 64 to the respectively adjacent openings 3.
  • the wall thickness of the outer housing 1 is dimensioned such that a plasma coating or etching chamber 14a, the process space 70 is delimited by the outer housing wall or the lock space 72 at a lock station 14b with an outer lock valve 74.
  • the inner housing 7 carries, opposite the openings 3, tappet devices which can be actuated in the manner shown in FIG. 2, whereupon pressurization of a bellows space triggers the lifting of a driver 76 against the return force of a tension spring 78.
  • the carousel 11 is arranged so as to be rotatably driven, with inserted workpiece carriers 80 for the workpiece disks 5 , Circled, around the opening 3 surrounding area sealed to the desired extent.
  • the workpiece carrier plate 80 forms the inner lock valve. Due to the preferred design of the border area Chen the openings 3 and the workpiece carrier 80, only slight stroke movements of the ram drives 20, 76 are necessary.
  • active, fluid-controlled seals can be provided in area B, preferably as shown in FIG. 4.
  • FIG. 8 shows in more detail than in FIG. 7 a longitudinal sectional illustration along the axis A of FIG. 7 and by a treatment and in particular coating station 14a (itself not cut). Again, the same reference numerals may be used for devices already described.
  • Return springs 86 are also clearly shown in this illustration, which, for example and preferably in the form of leaf springs, the workpiece carrier 80 during unloading and retrieval also bring back the bellows 20 with driver 76.
  • FIG. 9 shows a further embodiment variant of the preferred type in a sectional illustration perpendicular to the axis A of FIG. 7, in which no radial lifting movement is carried out on the workpieces 5 according to FIG. 3.
  • the same reference numerals are used for previously described devices.
  • metallic sealing membrane 31 can also act directly on the workpieces 5, provided this is permissible for the workpieces 5 under consideration and the corresponding surface treatment.
  • the design of the border surfaces of the openings 3 and the workpiece carrier in the areas at 30 according to the principle to be explained, in particular according to FIGS. 10 to 13, is used to avoid stroke especially clear.
  • FIGS. 7, 8 and 9 show a vacuum treatment system according to the invention, which is designed to be extremely advantageous from a further essential aspect.
  • FIG. 10 shows a flat border surface 102 of a pass-through or treatment opening 103 for at least one workpiece in the chamber wall 101, with a seal 104.
  • the workpiece carrier 105 can be moved radially with respect to axis A, H.
  • the workpiece carrier 105 can be rotated at all, it must be at least H,. in from surface 102.
  • Hmin R 2 ⁇ R l
  • radius R 2 of a cylinder chamber with axis A is, for example, 150 mm and p of the workpiece carrier is, for example, 70 mm, H ⁇ results in 17 mm, to which ⁇ H of, for example, 10 mm occurs.
  • the border surface 102 'of the opening 103 is now a section of a rotating body surface with axis A, as shown e.g. a cylindrical surface.
  • the border surface of the workpiece carrier 105 ' is a section of the same rotating body Lateral surface.
  • R 2 R j ⁇
  • ⁇ H remains as the necessary stroke, which, however, according to the example made in FIGS. 11, 12, is considerably smaller and can therefore be designed even smaller because the stroke itself and the play, tolerances etc. associated therewith is reduced.
  • FIGS. 7 and 9 in a cross-sectional representation or from FIG. 8 in a longitudinal sectional representation that the workpiece carriers 80 in the region bordered with B in FIG. 7 and the bordering surface of the opening 3 correspond at least to a first approximation Cylinder jacket cut-out surface are formed so that the workpiece carriers 80 can be lifted and pivoted further with the slightest lifting movement, radially with respect to the axis A.
  • the opening border surface is preferably formed on an exchangeable flange 64 'which is easy to handle in production.
  • the transport device 112 which is rotatable with respect to the axis A, has a plurality of, in the example shown, four, radially acting plungers 115, each with an encapsulated drive 117, which drives are preferably independent of one another.
  • the workpiece carriers 117 provided at the end on the rams 115 have at least approximately the shape of a cutout ring of a spherical surface with radius R in their edge region 119, so that they are formed closely to the peripheral surface of the respective opening 121, also as a cutout ring of a spherical surface with radius R. , can lay.
  • Either the boundary surfaces of the workpiece carriers 117 are spherical-ring-shaped as mentioned, but above, approximated, as shown in FIG. 15 at 123, in the form of a conical ring, cut out from a tangent cone on the spherical-surface ring spanned by the opening border surface.
  • the latter can optionally be designed approximately as a conical surface ring of a cone, as shown at 123.
  • the peripheral surface of the workpiece carrier 117 for receiving circular disk-shaped workpieces, held with a center mask 125 is formed by a peripheral masking ring 127 for the workpieces 129.
  • a treatment is carried out on one of the openings 121.
  • the border surface of the opening is in turn preferably incorporated into a separate flange 120.
  • the seals 119 ' can optionally be designed as active seals, hydraulically or, and preferably, pneumatically controllable.
  • carrier arms 140 carry workpiece carriers 144 at the end on a rotary transport device 142 in the spherical ring chamber 110 according to FIG. 14.
  • the arms cannot be extended radially, but can only be rotated driven about axis A.
  • the seals in area B ' are designed as gap-bridging, active seals, e.g. 4 designed.
  • aggregates such as workpiece carrier drives - for example in the case of provided gap seals in the area B 1 - measuring aggregates, for example for temperature measurement on the workpiece
  • actuators for example for the workpiece
  • stroke return movements H are possible - without using active seals - in order to be able to turn the transport device 112 further in the plane according to FIG. 15 or to turn the carousel 11 according to FIG is defined by the workpiece carrier as it rotates around the axis, the following relations are sufficient: - 19 -
  • a lifting stroke of less than 20 mm, preferably less than 12 mm, or even less than 8 mm is possible.
  • the stroke movement ( ⁇ H) is independent of the workpiece carrier size p. Without a definable lower limit, the stroke is preferably designed to be at most 20% p, preferably at most 10% p, or even at most 5% p. If active seals or a gap seal are provided, any stroke can be omitted.
  • At least the chamber wall wall surfaces surrounding the openings define cylinder or spherical surfaces at least in a first approximation, in the sense mentioned, possibly approximated by approximation surfaces, as shown in FIG. 7 at 123 ′ or in FIG. 15 at 123.
  • the boundary surfaces of the workpiece carriers as can be seen in particular with the peripheral masking ring 127 in FIG. 15, define spherical surface rings or, according to FIGS. 7 to 9, cylindrical surface cutouts, again either exactly or by approximation surfaces, as also at 123 'or 123 shown, realized.
  • the radial plungers can be fixedly aligned with the openings or can also be rotatably driven with respect to axis A.
  • vacuum chambers 121 can be stacked modularly and operated or operated, for example, by a common drive motor 125, a common pump 127 and a common handling robot arrangement 129.
  • the principle regarding the shape of the opening border and the shape of the workpiece carrier border can also be implemented, with a view of FIG. 18, on an outer surface of a vacuum chamber with reference to the workpiece carriers 131 of an external handling robot 129, with rams according to FIG. 14, 15 or - and preferably - with support arms 140 according to FIG. 16.
  • a spherical ring-shaped chamber according to FIGS. 14 to 16 is preferred for the treatment of circular disc-shaped workpieces.

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Abstract

Eine Vakuumoberflächenbehandlungsanlage weist eine zylindrische Aussenwand (1) und hierzu koaxial eine zylindrische Innenwand (7) auf. Im durch die beiden Wände (1, 7) gebildeten, ringförmigen Transportraum (9) wird ein Karussell (11) getrieben bewegt. An der Aussenwand sind Behandlungskammern (14) für Werkstücke (5) angeflanscht. Gegenüber den Behandlungskammern (14) sind einzel betätigbare und selektiv in ihrem Hub steuerbaren Antriebe (16) an der Innenwand (7) vorgesehen, die auf die Werkstücke (5) eingreifen und diese gegen die Behandlungskammern (14) bzw. von diesen zurück bewegen.

Description

Vakuumbehandlungsanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft Vakuumbehandlungsanlagen jeweils nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 2 bzw. eine Vakuumkammer nach Anspruch 19.
Aus der EP-0 136 562 ist eine Vakuumbehandlungsanlage der im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Art bekannt . Die am Innengehäuse, ausgerichtet auf die vorgesehenen Behandlungs- kammern bzw. deren Öffnungen vorgesehenen Vorschubeinrichtungen mit radial getrieben beweglichen Stösseln als Mitnehmer werden durch einen zentralen Keilantrieb, mechanisch reibend, synchron und hubgleich angetrieben.
Nachteilig bei diesem Vorgehen ist, dass es nicht möglich ist, den Vorschub für verschiedene der vorgesehenen Behandlungskammern unterschiedlich auszulegen, wie beispielsweise zur Befolgung unterschiedlicher Dichtungsanforderungen. Im weiteren muss ein jeweiliger vorgesehener Stδssel auch dann betätigt werden, wenn an der ihm zugeordneten Öffnung gar keine Behandlungskammer vorgesehen ist, indem beispielsweise mit der vorbekannten Anlage flexibel ein weniger Behandlungs- schritte notwendig machender Prozess gefahren werden soll .
Auch wenn beispielsweise eine der Behandlungskammem eine Vorschubbewegung des Werkstückes gegen ihre Öffnung hin gar nicht erforderte, wie z.B. eine Heizkammer, wird an der vorbekannten Anlage ein Vorschubhub auch dort ausgeführt .
Unter einem ersten Aspekt ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beheben. Dies wird ausgehend von einer Anlage der im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Art durch deren Ausbildung nach dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst, d.h. dadurch, dass jeder Mitnehmer einen ei- genen Antrieb aufweist .
Ein weiterer wesentlicher Nachteil der aus obgenannter Schrift vorbekannten Anlage ist es, dass die Stόsselhubbewe- gungen keilgetrieben sind. Damit ist der Hub verschleissab- hängig. Bei der vorbekannten Anlage werden nun, durch den erwähnten Stosselhub, Werstückträgerplatten vom Karussell gegen die jeweiligen Öffnungen angehoben und dort dichtend an den Öffnungsrand gelegt .
Wenn der Hub an der vorbekannten Anlage verschleissbedingt auch nur wenig ändert, ändern sich die angestrebten Dichtungsverhältnisse mit, was bei gewissen heikein Bearbeitungsprozessen nicht tolerabel ist.
Unter Dichten wird im Rahmen der gesamten vorliegenden Anmeldung sowohl berührungsloses Dichten, wie durch Bilden einer Druckstufe über eine Labyrinthdichtung verstanden, wie auch form- und/oder kraftschlüssiges Dichten.
Unter einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird mithin von der Aufgabe ausgegangen, diesen letzterwähnten Nachteil zu beheben. Weil die Lösung dieses Problems sich aber auch auf Anlagen übertragen lässt, die nicht alle im Oberbegriff von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gemäss der EP-0 136 562 aufweisen, geht unter diesem zweiten Aspekt die vorliegende Erfindung von einer Anlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 2 aus und schlägt vor, diese nach dem Kennzeichen von Anspruch 2 auszubilden.
Dabei umfasst mindestens eine der Öffnungen eine fluidge- steuerte, vorzugsweise eine pneumatisch oder hydraulisch gesteuerte Dichtungsanordnung - eine aktive Dichtung -, mittels welcher eine um die Öffnung umlaufende Dichtung zwischen Öff- nungsberandung und einer Werkstückaufnahme oder einem Werkstück selber erstellt bzw. gelöst wird. Dadurch wird erreicht, dass grundsätzlich das Ausmass der vorzusehenden Dichtung immer konstant gleichbleibend erhalten werden kann, weil aufgrund der pneumatischen oder hydraulischen Ansteue- rung ein jeweils vorgesehener Dichtungsdruck unabhängig von mechanischen Einflüssen wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Behandlungsanlage zeichnen sich gemäss Wortlaut der abhängigen Ansprüche 3 bis 14 bzw. eine Kammer hierfür nach Anspruch 18 aus; eine weitere erfindungsgemässe Vakuumkammer zeichnet sich nach Anspruch 19 aus . Bevorzugte Verwendungen sind in den Ansprüchen 15 bis 17 bzw. 42 bis 44 spezifiziert.
Die Vakuumkammer nach Anspruch 19, die, wie zu erläutern sein wird, keine oder nur geringe Abhebe-Hube der Werkstückträger von Behandlungsδffnungen bzw. Transportδffnungen in der Wand der Vakuumkammer erfordert, eignet sich ganz besonders für den Einsatz der erwähnten, aktiven Dichtungen.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemässe Anlage unter dem ersten Aspekt;
Fig. 2 ausgehend von der Darstellung gemäss Fig. 1 eine bevorzugte fluid- , vorzugsweise pneumatisch oder hydraulisch getriebene Mitnehmeranordnung anhand einer vergrösserten Ausschnittsdarstellung eines Mitnehmer-Bereiches ;
Fig. 3 schematisch eine Dichtungsanordnung im Öffnungsbereich einer Behandlungskammer unter dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Dichtung nach Fig. 3;
Fig. 5 schematisch die Aufsicht auf einen Aussengehäuse- Ausschnitt einer Anlage;
Fig. 6 eine Schnittdarstellung durch einen Abschnitt des
Anlageaussengehäuses, wie schematisch in Fig. 5 dargestellt und geschnitten entlang der Line I-I;
Fig. 7 einen Querschnittsausschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anlage in vereinfachter Darstellung;
Fig. 8 eine Längsschnittdarstellung durch einen Teil einer erfindungsgemässen Anlage in bevorzugter Ausführungsform;
Fig. 9 eine Querschnittsdarstellung durch einen Teil einer erfindungsgemässen Anlage gemäss Fig. 8 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 10 in perspektivischer Darstellung, die Verhältnisse zwischen einem ebenen Werkstückträger und der zylindrischen Umrandungsfläche einer mit dem Werkstückträger zu bedienenden Öffnung bekannter Art;
Fig. 11 die Verhältnisse gemäss Fig. 10 in Aufsicht zur Erläuterung der notwendigen Abhebhub-Bedingungen;
Fig. 12 in Darstellung analog zu Fig. 10 die Verhältnisse bei erfindungsgemässer Formgebung von Öffnungsumran- düng und Werkstückträger-Umrandung;
Fig. 13 die sich dadurch bezüglich Abhebehub ergebenden Konsequenzen;
Fig. 14 eine erfindungsgemässe Anlage in Längsschnitt- Darstellung mit kugelringförmiger Kammerwand;
Fig. 15 in Querschnitts-Darstellung die Anlage gemäss Fig. 14;
Fig. 16 in Darstellung analog zu Fig. 14 eine erfindungsgemässe Anlage mit Aktivdichtungen;
Fig. 17 in Seitenansicht mehrere der erfindungsgemässen Kammern, gemäss den Figuren 14 und 15 bzw. vorzugsweise 16 modular gestapelt;
Fig. 18 an der Anlage gemäss Fig. 19 eine erfindungsgemässe Öffnungsumrandungsflache und Werkstückträger-Formung ausserhalb der Kammer.
In Fig. 1 ist, rein schematisch, eine Anlage dargestellt grundsätzlich der in der EP-A-0 136 562 vorbekannten Art, aber gemäss dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weitergebildet .
An einem im wesentlichen um eine Achse A zylindrisch ausgebildeten Aussengehäuse 1 sind entlang mindestens eines, wie dargestellt entlang zweier Grosskreise K, Öffnungen 3 zum Durchtransport oder zur Behandlung von Werkstücken 5 vorgesehen. An den Öffnungen 3 sind Behandlungskammern angeordnet, worunter generell Beschichtungs- , Ätz-, Kühl-, Heiz-, Transport- oder Schleusenkammern verstanden seien, dabei Vorzugs- weise mindestens eine Oberflächenbehandlungskammer, vorzugsweise Plasma-Oberflächenbehandlungskammer, dabei weiter vorzugsweise Zerstäubungskämmer, insbesondere mit einer Magnetronquelle .
Gemeinsam mit der Innenwand des Aussengehäuses 1 bildet die Aussenwand eines Innengehäuses 7, ebenfalls im wesentlichen bezüglich der Achse A zylindrisch, eine ringförmige Transportkammer 9. Darin ist, bezüglich der Achse A drehgetrieben, ein Karussell 11 vorgesehen, woran, entlang der erwähnten Grosskreise K, die Werkstücke 5, dabei bevorzugterweise scheibenförmige Werkstücke, abgelegt und gehaltert sind. Bevorzugterweise handelt es sich um Speicherplatten, wie CD, DVD, HD, insbesondere um wiederbeschreibbare Speicherplatten wie MOD, Phase-Change-Disks und RC (Recordable Disks) . Durch die Drehbewegung des Karussells 11 um die Achse A werden die Werkstücke 5 auf ein oder mehreren Grosskreisen K sukzessive gegenüber Öffnungen 3 der jeweiligen Kammern 14 positioniert. Am Innengehäuse 7 sind erfindungsgemäss , je den Öffnungen 3 gegenüberliegend, Antriebe 16 vorgesehen, mittels welcher Stössel 18 als Mitnehmer radial gegen die Öffnungen 3 hin bewegt bzw. von letzteren zurückgeholt werden. Ob direkt oder indirekt, z.B. über einen (hier nicht dargestellten) Aufnah- meteller, wirken die Stössel 18 auf die entsprechend positionierten Werkstücke 5, und ihr Vorschub bewegt die Werkstücke 5 in gefordertem Masse zu den Öffnungen 3 hin bzw. von letzteren zurück. Jeder der Antriebe 16 kann einerseits, wann immer erwünscht, aktiviert werden, und anderseits kann sein Hub spezifisch so ausgelegt werden, wie es die jeweilige Bearbeitung an der jeweiligen Kammer 14 erfordert. Ist die Kammer 14 beispielsweise eine Schleusenkammer, so kann am entsprechenden Antrieb 16 ein etwas grösserer Hub erforderlich sein als an andern Kammern, um eine höheren Anforderungen genügende Abdichtung im Öffnungsbereich 3 zu erzielen. Wie aus Fig. 1 somit ersichtlich, wird jeder der vorgesehenen Stössel mit einem eigenen Antrieb 16 versehen. In Fig. 1 werden Werkstücke vom Karussell an zwei Grosskreisen K jeweils zugeordneten Kammern 14 zugeführt, wobei in den meisten Fällen Kammern 14 nur entlang einem Grosskreis K vorgesehen werden mit entsprechender Auslegung von Karussell 11 und Antrieben 16.
Es ist durchaus möglich, an der Kammer gemäss Fig. 1 wohl Behandlungskammern 14 entlang mehrerer Grosskreise K vorzusehen, das Karussell 11 aber nur so auszulegen, dass Werkstücke 5 entlang eines einzigen Grosskreises K angeordnet werden, dann aber das Karussell 11 auch axial, d.h. in Richtung der Achse A auf- und abzuverschieben, um beispielsweise die Werkstücke erst an den Behandlungskammern 14 am einen Grosskreis K, dann an den Behandlungskammern 14 entlang eines zweiten Grosskreises K vorbeizuführen.
Die Antriebe 16 gemäss Fig. 1 können magnetisch, elektromotorisch fluidgetrieben, dabei pneumatisch oder hydraulisch sein, vorzugsweise pneumatisch.
Bezüglich bevorzugter Ausbildung der Umrandungsflächen der Öffnungen 3 und der Umrandungsflächen von Werkstückträgern (nicht dargestellt) für die Werkstücke 5 wird auf die Figuren 7 bis 9 und 10 bis 13 und diesbezügliche, noch folgende Beschreibung verwiesen: Dadurch werden geringstmögliche Hubbewegungen der Stössel 18, falls überhaupt vorzusehen, möglich.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Antriebes 16 gemäss Fig. 1 ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Es muss betont werden, dass ein derartiger Antrieb, d.h. generell eine solche fluidgesteuerte, insbesondere pneumatische oder hydrauli- sehe Dichtungssteuerung auch an andersgearteten Vakuumbehandlungsanlagen als der in Fig. 1 gezeigten eingesetzt werden kann, nämlich überall dort, wo angestrebt wird, ein Werkstück der Öffnung einer Behandlungskammer zuzuführen, dabei letztere in erforderlichem Ausmass abzudichten.
Ein pneumatischer Antrieb wird aus vakuumtechnischen Gründen bevorzugt .
Bezüglich der bevorzugten Kombination - Minimalhub und aktive, fluidgesteuerte Dichtung - wird wiederum auf die folgenden Ausführungen zu den Figuren 7 bis 13 verwiesen.
An einer Wand, vorzugsweise einer stationären Gehäusewand 7a, welche einseitig einen Transportraum 9a definiert oder gegebenenfalls an einem ebenfalls beweglichen, nicht weiter dargestellten Transportorgan, beispielsweise für die Bedienung mehrerer Behandlungskammerδffnungen 3a, ist ein dichter Balg 20 vorgesehen, vorzugsweise mit einer Stabilisierungspartie 22 oder einer Eingriffspartie, wie gestrichelt bei 23 dargestellt.
Durch Druckbeaufschlagung des Balgvolumens und dessen Expansion wird das Werkstück 5 von einer Transportanordnung 11a, wie vom Karussell 11 von Fig. 1, gegen die Öffnung 3a angehoben und damit in erforderlichem Masse ein Abdichten des Prozessraumes der Behandlungskammer 14 von der Transportkammer 9a erzielt. Durch Druckentlastung, beispielsweise mittels eines Auslassventils 25 vom Balgraum, wird der gegebenenfalls federgespannte Balg mit dem Werkstück 5 rückgeholt . Damit wird eine fluid- , insbesondere pneumatisch oder hydraulisch betätigbare bzw. steuerbare Dichtungsanordnung im Öffnungsbereich 3a der Behandlungskämmer 14 realisiert. Mit Blick auf Fig. 1 ist ohne weiteres erkenntlich, dass durch Ausbildung der Antriebe 16 von Fig. 1, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, sich eine extrem geringe Baugrösse ergibt, und dass, weiterhin mit Blick auf Fig. 1, die Anordnung der Antriebe nach Fig. 2 modular am Innenzylinder 7, ermöglicht diesen kleinstmöglich auszubilden, weil praktisch im Innenzylinder 7 keine Hublängen aufzunehmen sind, dies insbesondere, wenn dem anhand von den Figuren 10 bis 13 noch zu erläuternden Prinzip gefolgt wird.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante einer hydraulisch oder pneumatisch, vorzugsweise pneumatisch gesteuerten Dichtungsanordnung schematisch dargestellt. Um den Öffnungsbereich 3b einer Behandlungskämmer 14 ist ein elastischer Schlauch 30 oder ein elastischer Balg angeordnet und wird, wie mit p dargestellt, gesteuert druckbeaufschlagt. Dabei dehnt sich der Schlauch 30 im Rahmen seiner Eigenelastizität aus und legt sich dichtend an die Transportanordnung 11b für das Werkstück 5 oder, falls dies zulässig ist, direkt an das Werkstück 5 (nicht dargestellt) an. Dabei muss das Werkstück 5 bezüglich der Transportanordnung 11b nicht in Richtung der Öffnung 3b bzw. von ihr weg verschoben werden, was insbesondere gilt, wenn bei einer Drehtransportanordnung 11b das anhand von den Figuren 10 bis 13 erläuterte Prinzip befolgt wird.
Anstelle der wie in Fig. 3 dargestellten Schlauch- bzw. Balganordnung 30 kann die schematisch in Fig. 4 dargestellte Anordnung treten, bei der anstelle des Balges bzw. Schlauches 30 ein metallischer Balg 31 tritt, der gegebenenfalls mit einem Elastomer beschichtet ist. Der gegebenenfalls Elasto- mer-aussenbeschichtete metallische Balg 31 wird bei seiner, wie mit p wiederum schematisch dargestellt, erfolgenden Druckbeaufschlagung, bevorzugterweise auf eine O-Ring-Anord- nung 32 gepresst, die jedoch nicht zwingend vorgesehen werden muss. Die in Fig. 4 dargestellte gesteuerte Dichtungsanordnung erlaubt es, höheren Temperaturbelastungen ausgesetzt zu werden, als die in Fig. 3 dargestellte, indem die Elastizitätswerte der Metallmembrane bzw. des Metallbalges 31 in wesentlich weiteren Temperaturbereichen im wesentlichen konstant bleiben, verglichen mit denjenigen elastischer Schläuche bzw. Bälge 30 aus einem Kunststoff. Damit wird die Anordnung gemäss Fig. 4 vornehmlich in thermisch höher belasteten Bereichen eingesetzt.
In Fig. 5 ist ein Ausschnitt der Aussenwandung bzw. des Aus- sengehäuses 1 einer erfindungsgemässen Vakuumbehandlungsanlage unter dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Sie umfasst Öffnungen 3 für die Montage der vorbeschriebenen Behandlungskammern. Dazwischen sind, in Richtung von Zylindermantellinien, in die Wandung des Gehäuses 60 Leitungen bzw. Bohrungen 62 eingelassen, welche über Anschlüsse 64 je mit benachbarten Wandpartien, welche die Öffnungen 3 bilden, kommunizieren und mit einem weiteren An- schluss 66 von aussen anschliessbar sind. Selbstverständlich sind die Leitungen 62 oben und unten verschlossen bzw. können z.B. mit Gewindebolzen verschlossen werden, oder die Anschlüsse 66 sind direkt oben bzw. unten an die Bohrungen 62 angesetzt .
Im weiteren können wahlweise auch die Anschlüsse 64, wie schematisch bei 68 dargestellt, wie z.B. mit Schraubbolzen verschlossen werden, so dass eine hohe Flexibilität erreicht wird, mit dem so realisierten Verteilsystem 62, 64, 66, die an den Öffnungen 3 angeschlossenen Behandlungskammern abzupumpen, zu fluten oder gegebenenfalls gaszubeaufschlagen .
Durch die Leitungsanordnung gemäss Fig. 5 werden hohe Leitungsleitwerte erreicht, indem nur sehr kurze Distanzen bei grösstmöglichen Leitungsquerschnitten zwischen externen Anschlüssen und für Behandlungskammern vorgesehene Öffnungen 3 realisiert werden können.
In Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung gemäss Linie I-I von Fig. 5 an einer bevorzugten Ausführungsform des Aussengehäu- ses 1 dargestellt. Es sind dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 5 verwendet. In der dargestellten Realisation sind die Anschlüsse 66 direkt stirnseitig der Leitungen 62 vorgesehen. Die Leitungen 62 gehen durch die Ausdehnung des Aussengehäu- sewand 1 wie bei (a) dargestellt hindurch oder sind wie bei (b) dargestellt als Sachbohrungen ausgebildet oder gegebenenfalls mit einem z.B. einschraubbaren Trennbolzen 63 trennbar. Direkt auf die Anschlüsse 66 werden Aggregate, vorzugsweise Turbovakuumpumpen 67 aufgeflanscht bzw. Abschlussdeckel 68. Wie ersichtlich, ergibt diese Konfiguration eine sehr hohe Flexibilität, externe Aggregate, insbesondere die erwähnten Turbovakuumpumpen 67 aber auch Ventile und/oder weiter Pumpen anzuschliessen .
Das Gehäuse 1 ist dabei massiv, vorzugsweise einteilig ausgebildet. Es besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung .
Auch das Innengehäuse 7 gemäss Fig. 1 wird vorzugsweise aus den erwähnten Metallen und vorzugsweise dabei auch massiv, vorzugsweise einteilig, ausgebildet.
In Fig. 7 ist ein Teil eines Querschnittes durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Behandlungsanlage vereinfacht dargestellt, bei welcher die Aspekte
jeder Mitnehmer sein Antrieb pneumatische Dichtungssteuerung
optimale Wandungsausnützung für Leitungssysteme
minimaler Abhebehub (siehe Figuren 10 bis 13)
realisiert sind. Es werden womöglich und zur Erleichterung des Quervergleichs die bereits eingeführten Bezugszeichen für bereits beschriebene Organe und Aggregate eingesetzt.
Das Aussengehäuse 1 weist die Öffnungen 3 zur Aufnahme von Bearbeitungsstationen auf, wie einer Beschichtungsstation 14a und einer Schleusenstation 14b. In den Eckbereichen zwischen den Öffnungen 3 sind die Bohrungen 62 in die Wandung des Aus- sengehäuses 1 eingearbeitet, mit den Anschlüssen 64 zu den jeweils angrenzenden Öffnungen 3. Die Wandungsdicke des Aus- sengehäuses 1 ist so bemessen, dass von einer Plasmabeschich- tungs- oder Ätzkammer 14a der Prozessraum 70 durch die Aus- sengehäusewand begrenzt ist bzw. der Schleusenraum 72 an einer Schleusenstation 14b mit äusserem Schleusenventil 74. Das Innengehäuse 7 trägt, den Öffnungen 3 gegenüberliegend, in der in Fig. 2 dargestellten Art betätigbare Stösseleinrich- tungen, woran Druckbeaufschlagung eines Balgraumes das Anheben eines Mitnehmers 76 gegen die Rückholkraft einer Zugfeder 78 auslöst. In dem vom Innen- und Aussengehäuse gebildeten, ringförmigen Transportraum 9 ist das Karussell 11 drehbeweglich getrieben angeordnet, mit eingelegten Werkstückträgern 80 für die Werkstückscheiben 5. Durch Anheben der Werkstückträger 80 mittels Aktivieren der pneumatischen Stösselantrie- be 20, 76 wird in dem mit B bezeichneten, eingekreisten, um die Öffnung 3 umlaufenden Bereich in erwünschtem Masse abgedichtet. Wie an der Schleusenstation 14b ersichtlich, bildet dabei der Werkstückträgerteller 80 das innere Schleusenventil. Aufgrund der bevorzugten Ausbildung der Umrandungsflä- chen der Öffnungen 3 und der Werkstückträger 80 sind nur geringe Hubbewegungen der Stösselantriebe 20, 76 notwendig. Zusätzlich können im Bereich B aktive, fluidgesteuerte Dichtungen, bevorzugt wie in Fig. 4 dargestellt, vorgesehen sein.
In Fig. 8 ist detaillierter als in Fig. 7 eine Längsschnitt- Darstellung entlang der Achse A von Fig. 7 und durch eine Behandlungs- insbesondere Beschichtungsstation 14a (selber nicht geschnitten) dargestellt. Wiederum sind womöglich dieselben Bezugszeichen eingesetzt für bereits beschriebene Einrichtungen. Zusätzlich zu den Ausführungen gemäss Fig. 7 wird verwiesen auf die Lagerung 82 des Karussells 11 sowie dessen Antrieb bei 84. Im weiteren sind in dieser Darstellung Rückholfedern 86 deutlich ersichtlich, welche, beispielsweise und bevorzugterweise als Blattfedern ausgebildet, den Werkstückträger 80 bei Entlastung und Rückholung des Balges 20 mit Mitnehmer 76 ebenfalls rückholen.
In Fig. 9 ist in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Achse A von Fig. 7 eine weitere Ausführungsvariante der bevorzugten Art dargestellt, bei der gemäss Fig. 3 auf die Werkstücke 5 keine radiale Hubbewegung ausgeführt wird. Wiederum sind für bereits vorbeschriebene Einrichtungen dieselben Bezugszeichen eingesetzt. Verwiesen wird hier insbesondere auf die elastischen Dichtungsbälge 30, welche zwischen den Berandungen der Öffnungen 3 und dem Karussell 11 wirken. Wie schon mehrmals erwähnt, können solche umlaufenden Dichtungsbälge 30 oder gemäss Fig. 4 metallischen Dichtungsmembrane 31 durchaus auch auf die Werkstücke 5 direkt wirken, sofern dies bei den betrachteten Werkstücken 5 und der entsprechenden Oberflächenbehandlung zulässig ist. Hier wird die Auslegung der Umrandungsflächen der Öffnungen 3 und des Werkstückträgers in den Bereichen bei 30 gemäss dem noch zu erläuternden Prinzip, insbesondere nach den Figuren 10 bis 13, zur Hubvermeidung besonders deutlich.
Die bis dahin dargestellte Anlage kumuliert nebst noch zu erläuternden vorerst folgende Vorteile:
- optimale Ausnützung des Aussengehäuses für die Leitungs- führung zu Behandlungskammern und damit höchst kompakte Bauweise;
- freie Zugänglichkeit vom Innenraum Z des Innengehäuses zu den Steuerorganen und -Antrieben.
Die Figuren 7, 8 und 9 zeigen eine erfindungsgemässe Vakuumbehandlungsanlage, die unter einem weiteren wesentlichen Aspekt höchst vorteilhaft ausgebildet ist.
Dies sei vorerst anhand der Figuren 10 und 11 diskutiert.
In Fig. 10 ist eine ebene Umrandungsfläche 102 einer Durchreich- oder Behandlungsöffnung 103 für mindestens ein Werkstück in der Kammerwand 101 dargestellt, mit Dichtung 104.
Es bezeichnet 105 einen Werkstückträger, der (siehe Fig. 11) um die Achse A getrieben drehbeweglich - ω - gelagert ist und innerhalb oder (siehe Fig. 18, A1) ausserhalb der Kammer.
Der Werkstückträger 105 ist weiter bezüglich Achse A radial getrieben verschieblich, H.
Damit der Werkstückträger 105 überhaupt weitergedreht werden kann, muss er mindestens um H,.in von der Fläche 102 abgehoben werden.
Es gilt, gemäss Fig. 11 bzw. Fig. 7: Hmin = R2 ~ Rl
Figure imgf000017_0001
Hinzu zu H,.in tritt in der Praxis eine Hubgrösse ΔH, die von Dichtsystem, Toleranzen und Sicherheitsabständen etc. abhängt .
Beträgt der Radius R2 einer Zylinder-Kammer mit Achse A z.B. 150 mm und p des Werkstückträgers z.B. 70 mm, so ergibt sich H^ zu 17 mm, wozu noch ΔH von z.B. 10 mm tritt.
Dieses bekannte und übliche Vorgehen führt, wie insbesondere aus Fig. 11 ersichtlich, dazu, dass der ebene Werkstückträger 105 um ein relativ grosses Hubmass H rückgeholt werden muss, damit er anschliessend durch eine Drehbewegung ω um die Achse A überhaupt zu einer weiteren der erwähnten Öffnungen in der Wand 101 geschwenkt werden kann.
Unter einem weiteren, für sich auch als erfinderisch betrachteten Aspekt der vorliegenden Erfindung, selbstverständlich mit all den vorerwähnten und vorbeschriebenen Merkmalen der bis anhin erläuterten Anlage kombinierbar, wird dieser Nachteil durch die in den Figuren 7 bis 9 bereits gezeigten und die noch zu beschreibenden Anlagen gelöst .
Die grundsätzliche Lösung dieses Problems sei vorerst anhand der Figuren 12 und 13 in Analogie zu den Figuren 10 und 11 dargestellt .
Die Umrandungsfläche 102' der Öffnung 103 ist nun ein Ausschnitt aus einer Rotationskörper-Mantelfläche mit Achse A, wie dargestellt z.B. einer Zylinderfläche.
Desgleichen ist die Umrandungsfläche des Werkstückträgers 105 ' ein Ausschnitt aus derselben Rotationskörper- Mantelfläche .
Wie sich aus Fig. 13 nun ergibt, mit Blick auch auf Fig. 11, wird:
R2 = Rj^
und es gilt, unabhängig von p, H^ = R2 - R = 0.
Es verbleibt ΔH als notwendiger Hub, der jedoch, gemäss zu Figuren 11, 12 gemachtem Beispiel, wesentlich geringer ist und deshalb noch geringer ausgelegt werden kann, weil der Hub an sich und damit gekoppeltes Spiel, Toleranzen etc. reduziert wird.
Die anhand der Figuren 12 und 13 vorgenommenen Betrachtungen treffen selbstverständlich auch dann zu, wenn nicht nur lediglich die die jeweilige Öffnung umrandende Fläche die Fläche eines Rotationskörpers definiert, sondern die ganze Kammerwand 101 im wesentlichen eine Rotationskörperfläche definiert .
Die Vakuumbehandlungsanlage gemäss den erwähnten Figuren, insbesondere den Figuren 7 bis 9, ist unter dem eben besprochenen Aspekt realisiert. Aus den Figuren 7 und 9 in Querschnitts-Darstellung bzw. aus Fig. 8 in Längsschnitt-Darstellung, ist ersichtlich, dass die Werkstückträger 80 in dem in Fig. 7 mit B umrandeten Bereich sowie die Umrandungsfläche der Öffnung 3 mindestens in erster Näherung entsprechend einer Zylindermantel-Ausschnittsfläche ausgebildet sind, so dass mit geringster Hubbewegung, radial bezüglich der Achse A, die Werkstückträger 80 abgehoben und weitergeschwenkt werden können.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 9 entfallen Hubbewegungen gar gänzlich, die aktiven Dichtungen überbrücken dichtend den Spalt zwischen Werkstückträger (Karussell) und Öffnungs- Umrandung .
Bevorzugt wird, wie in Fig. 9 bereits dargestellt, die Öff- nungs-Umrandungsfläche an einem auswechselbaren und in der Fertigung leicht handhabbaren Flansch 64' angeformt.
In den Figuren 14, in Längsschnitt-Darstellung, und 15, in Querschnitts-Darstellung, ist eine Kammer 110 dargestellt, welche bezüglich der Achse A bzw. des Mittelpunktes M einen Kugelflächenring mit dem Kugelradius R = Rx festlegt . Die bezüglich der Achse A getrieben drehbare Transporteinrichtung 112 weist mehrere, im dargestellten Beispiel vier, radial wirkende Stössel 115 auf, je mit einem gekapselten Antrieb 117, welche Antriebe vorzugsweise unabhängig voneinander sind. Die endständig an den Stδsseln 115 vorgesehenen Werkstückträger 117 weisen in ihrem Randbereich 119 mindestens genähert die Form eines Ausschnittringes einer Kugelfläche mit Radius R auf, so, dass sie sich eng an die Umrandungsfläche der jeweiligen Öffnung 121, ebenfalls als Ausschnittring einer Kugelfläche mit Radius R ausgebildet, legen können.
Entweder sind die Berandungsflächen der Werkstückträger 117 wie erwähnt kugelflächenringförmig, ober aber, genähert, wie in Fig. 15 bei 123 dargestellt, in Form eines Kegelringes ausgebildet, ausgeschnitten aus einem Tangentenkegel an den durch die Öffnungsumrandungsfläche aufgespannten Kugelflächenring. Auch letzterer kann gegebenenfalls genähert als Kegelflächenring eines Kegels, wie bei 123 dargestellt, ausgebildet sein. Wie insbesondere aus Fig. 15 ersichtlich, wird die Umrandungsfläche der Werkstückträger 117 zur Aufnahme kreisscheibenfδrmiger Werkstücke, mit einer Zentrumsmaskierung 125 gehaltert, durch einen Peripherie-Maskierungungsring 127 für die Werkstücke 129 gebildet. Im weiteren ist in den Figuren 14 und 15 an der einen der Öffnungen 121 eine Behand- lungs-, wie eine Sputterstation 131, dargestellt, weiter eine Pumpe 133 für die Sputterstation 131 und eine Pumpe 135 für die als Transportkammer ausgebildete Kammer 110.
Die Umrandungsfläche der Öffnung ist wiederum vorzugsweise in einen separaten Flansch 120 eingearbeitet. Auch hier können gegebenenfalls die Dichtungen 119' als aktive Dichtungen, hydraulisch oder, und dies bevorzugt, pneumatisch steuerbar ausgelegt sein.
Bei der Anlage gemäss Fig. 16 tragen Trägerarme 140 an einer Drehtransporteinrichtung 142 in der Kugelring-Kammer 110 gemäss Fig. 14 endständig Werkstückträger 144. Die Arme sind nicht radial ausfahrbar, lediglich um Achse A getrieben drehbar. In Analogie zu Fig. 9 sind die Dichtungen im Bereich B' als Spalt-überbrückende, aktive Dichtungen ausgebildet, z.B. gemäss Fig. 4 ausgelegt.
Weil kein Hub an den Armen 140 zu realisieren ist, können darin, als Hohlrohre ausgebildet, Aggregate, wie Werkstückträger-Antrieb - z.B. bei vorgesehenen Spaltdichtungen im Bereich B1 - Mess-Aggregate, z.B. zur Temperaturmessung am Werkstück, Stellglieder, z.B. für die Werkstück-Beheizung oder Kühlung, elektrische und/oder Heiz-/Kühlmediumsleitungen etc. geführt bzw. angeordnet werden, wie dies schematisch in Fig. 16 bei 145 dargestellt ist.
Aufgrund der erfindungsgemass realisierten Hubminimalisierung werden Hubrückholbewegungen H möglich - ohne Einsatz von aktiven Dichtungen - um die Transporteinrichtung 112 in der Ebene gemäss Fig. 15 oder um das Karussell 11 gemäss Fig. 7 weiterdrehen zu können, welche, bezüglich des Radius R der Rotationskörperfläche, die vom Werkstückträger bei seiner Drehung um die Achse definiert wird, folgenden Relationen genügen : - 19 -
r < 15 % R, bzw. bevorzugterweise
r < 10 % R, vorzugsweise gar
r < 5 % R.
So wird bei einem Radius R = R1 gemäss Fig. 14 von ca. 145 mm ein Abhebehub von weniger als 20 mm, vorzugsweise von weniger als 12 mm, oder gar von weniger als 8 mm möglich.
Damit wird es möglich, Werkstückträger mit grosser Ausdehnung p innerhalb kleindurchmessriger (R, Rx) Kammern durch Rotation um eine Kammerachse (A) zu transportieren, mit - wenn überhaupt - äusserst geringen Hubbewegungen. Die Hubbewegung (ΔH) wird unabhängig von der Werkstückträgergrösse p. Ohne definierbare untere Grenze wird vorzugsweise der Hub höchstens zu 20 % p, vorzugsweise zu höchstens 10 % p, oder gar zu höchstens 5 % p ausgelegt . Bei Vorsehen aktiver Dichtungen oder einer Spaltdichtung kann jeglicher Hub entfallen.
Mindestens die die Öffnungen umrandenden Kammerwand- Wandflächen definieren dabei mindestens in erster Näherung Zylinder- oder Kugelflächen, im genannten Sinne genähert gegebenenfalls durch Näherungsflächen, wie in Fig. 7 bei 123' bzw. in Fig. 15 bei 123 dargestellt. Entsprechend definieren die Berandungsfl chen der Werkstückträger, wie insbesondere mit dem Peripheriemaskierungsring 127 in Fig. 15 ersichtlich, Kugelflächenringe oder, gemäss den Figuren 7 bis 9, Zylinderflächen-Ausschnitte, wiederum entweder exakt oder durch Annä- herungssflächen, wie ebenfalls bei 123' bzw. 123 dargestellt, realisiert .
Bei einer Karussellanlage gemäss Fig. 7 können die Radialstö- ssel fest auf die Öffnungen ausgerichtet sein oder ebenfalls bezüglich Achse A getrieben drehbeweglich. Verglichen mit bezüglich Formgebung der Öffnungsumrandungs- flächen und der Werkstückträger-Umrandungsflächen herkömmlichen Anlagen, wird es erfindungsgemass möglich, den notwendigen Freigabehub für den Werkstückträger auf weniger als 25 % zu reduzieren. Aufgrund der nurmehr minimalen notwendigen Hube werden kürzere Taktzeiten ermöglicht, was wiederum zur Erhöhung des Durchsatzes an einer derartigen Anlage führt.
Wie sich aus Fig. 17 ergibt, können dabei aufgrund ihrer Kompaktheit mehrere erfindungsgemässe Vakuumkammern 121 modular gestapelt werden und beispielsweise durch einen gemeinsamen Antriebsmotor 125, eine gemeinsame Pumpe 127 und eine gemeinsame Handling-Roboter-Anordnung 129 betrieben bzw. bedient werden .
Selbstverständlich kann das Prinzip bezüglich Formgebung der Öffnungsumrandung und Formgebung der Werkstückträger- Umrandung auch, mit Blick auf Fig. 18, an einer Aussenflache einer Vakuumkammer mit Bezug auf die Werkstückträger 131 eines aussenliegenden Handling-Roboters 129 realisiert werden, mit Stösseln gemäss Fig. 14, 15 oder - und bevorzugt - mit Trägerarmen 140 gemäss Fig. 16.
Die erfindungsgemässe Anlage weist somit, nebst den bereits erwähnten, folgende Vorteile auf:
- Wenig bewegte Teile mit kurzen Bewegungshuben, was die Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit wesentlich erhöht;
- hohe Wirtschaftlichkeit bei Anlagenherstellung;
- hohe Durchsätze aufgrund kleiner durch die Werkstücke zurückzulegender Wege und kleiner zu bewegender Massen; - für Mehrschichtsystem-Aufbringung äusserst geeignet aufgrund der gegenseitigen Abschotbarkeit der Behandlungskammern nach Mass;
- verschleissunabhängige, individuell einstellbar gesteuerte Dichtungen an den Bearbeitungsstationen;
- individuell zeit- und hubsteuerbare Stδsselantriebe;
- höchst kompakte Bauweise .
Für die Behandlung kreisscheibenförmiger Werkstücke wird eine kugelringfδrmige Kammer gemäss den Figuren 14 bis 16 bevorzugt .

Claims

Patentansprüche :
1. Vakuumbehandlungsanlage mit
(a) einem Aussengehäuse (1) , das, um eine Achse A, eine im wesentlichen zylindrische Innenwand definiert,
(b) mindestens zwei Öffnungen (3) zur Behandlung oder für den Durchtransport jeweils eines Werkstückes (5) , entlang mindestens eines Grosskreises (K) der zylindrischen Innenwand angeordnet,
(c) je einer Oberflächenbehandlungs- , Transport- oder Schleusenkammer (14) , mit den Öffnungen (3) wirkverbunden,
(d) einem Innengehäuse, eine im wesentlichen zylindrische Aussenwand definierend und mit der Innenwand des Aussengehäuses (1) einen im wesentlichen zylindrischen Ringspalt aufspannend,
(e) einem Werkstückträgerkarussell (11) , im Ringspalt (9) , um die Achse (A) drehgetrieben gelagert,
(f) einer Vorschubeinrichtung (16, 18), welche, am Innengehäuse (7) und ausgerichtet auf die Öffnungen,
(3) radial getrieben bewegliche Mitnehmer (18, 22) umfasst, welche in den Ringspalt (9) wirken,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Mitnehmer (18, 22) einen eigenen Antrieb (16, 20) auf eist.
2. Vakuumbehandlungsanlage mindestens nach den Merkmalen (a) bis (c) von Anspruch 1 sowie mit einer Vorschubeinrich- tung (16, 18) mit auf die Öffnungen (3) ausrichtbaren Werkstückaufnahmen, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einer der Öffnungen (3) eine fluidgesteuerte, vorzugsweise pneumatisch oder hydraulisch gesteuerte Dichtungsanordnung (20, B; 30) wirkverbunden ist, mittels welcher eine um die Öffnung (3) umlaufende Dichtung zwischen Öffnungsberandung und jeweils einer Werkstückaufnahme bzw. dem Werkstück (5) selber erstellt bzw. gelöst wird.
3. Anlage nach den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlungskammer eine Plasma- Oberflächenbehandlungskammer, vorzugsweise eine Zerstäubungs- kammer, insbesondere mit einer Magnetronquelle ist.
5. Vakuumbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerantriebe fluidgetriebene, vorzugsweise pneumatische Antriebe sind, vorzugsweise bei denen der Mitnehmer zum Antriebsgehäuse balggekapselt (20) ist und der Balginnenraum als Druck-Antriebsraum wirkt.
6. Vakuumbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 , 3 , 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer (18, 22) direkt auf ein jeweiliges Werkstück (5) am Karussell oder auf einen am Karussel gelagerten Aufnahme eller (80) für ein Werkstück (5) wirken.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Öffnungsbereich (3) mindestens einer der Öffnungen eine Dichtungsanordnung (B) vorgesehen ist, die, gesteuert, ein Dichten zwischen Öffnungsberandungsbereich und Werkstück selber und/oder zwischen Öffnungsberandungsbereich und einer Werk- Stückaufnahme (80) am Karussell (11) erstellt, gesteuert durch die Bewegung des Mitnehmers (18, 22) .
8. Anlage nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Karussell Aufnahmeteller (80) für die Werkstücke (5) vorgesehen sind, welche an einer Schleusenkammer, als Behandlungskammer, kammerseitiges Schleusenventil bilden.
9. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer durch je mindestens einen elastischen druckbeauf- schlagbaren Balg (20) gebildet sind.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass um mindestens eine der Öffnungen (3) eine fluidgesteuerte, vorzugsweise pneumatisch oder hydraulisch expandierbare elastische Dichtung (30) , insbesondere eine pneumatisch expandierbare vorgesehen ist, die sich bei Druckbeaufschlagung dicht an die Werkstückaufnahme (11) oder ein Werkstück (5) selber anlegt.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Öffnungsberandungen und eine um eine Werkstückaufnahme oder ein Werkstück selber umlaufende Zone eine steuerbare Dichtung bilden und dass die DichtungsSteuerung mittels einer fluidgesteuerten, vorzugsweise pneumatischen oder hydraulischen, insbesondere pneumatischen Spanneinrichtung (20) erfolgt, mittels welcher, bei Druckbeaufschlagung, die Werkstückaufnahme, oder das Werkstück selber, dichtend gegen die Öffnungsberandung gespannt wird.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Aussengehäuses (1) im Öff- nungsbereich (3) die Wand einer Schleusenkammer bildet oder den Prozessraum (70) einer Vakuumsbehandlungskammer.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass, entlang mehrerer Grosskreise, Öffnungen angeordnet sind und das Karussell (11) zur Aufnahme von Werkstücken (5) entlang der entsprechenden Zahl Grosskreise ausgelegt ist oder axial beweglich ist.
14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass topffδrmige Werkstückträger (80) vorgesehen sind mit einem Randbereich entsprechend einem Zylinderflächenausschnitt .
15. Verwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14 für das Ablegen von Mehrschichtsystemen auf Werkstücke .
16. Verwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14 für die Herstellung von Speicherplatten.
17. Verwendung nach Anspruch 16 für die Bearbeitung von Halbleiter-Wafern, Speicherplatten, insbesondere von optischen Speicherplatten bzw. von CD, DVD, HD, insbesondere von wie- derbespielbaren Speicherplatten, wie von MOD, Phase-Change- Disks oder RC (Recordable Disks) .
18. Transportkammer für eine Vakuumbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit dem Aussengehäuse (1) , mindestens den zwei Öffnungen (3), dem Innengehäuse, dem Werkstückträgerkarussell, der Vorschubeinrichtung mit den Mitnehmern.
19. Vakuumkammer mit mindestens einer Öffnung (3, 103, 121) zum Durchtransport oder zur Behandlung mindestens eines Werk- Stückes, sowie mit einer innerhalb und/oder ausserhalb der Kammer um eine Achse (A, A') getrieben drehbeweglichen Transporteinrichtung (11, 112, 129) mit mindestens einem Werkstückträger (80, 117, 131) , wobei der Werkstückträger mittels der Transporteinrichtung auf die Öffnung ausrichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Umrandungsfläche der Öffnung (3, 103, 121) mindestens in erster Näherung durch einen Flächenausschnitt eines Rotationskörpers mit der Achse (A, A1) als Rotationskörper-Achse gebildet ist und die Umrandungsfläche des Werkstückträgers mindestens in erster Näherung durch einen Flächenausschnitt des erwähnten Rotationskörpers .
20. Kammer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrandungsfläche des Werkstückträgers ausgerichtet auf die Öffnung und die Umrandungsfläche der Öffnung eine Spalt- dichtung festlegen.
21. Kammer nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an einer Umrandungsfläche von Öffnung oder Werkstückträger eine fluidgesteuerte, vorzugsweise pneumatisch oder hydraulisch gesteuerte Dichtungsanordnung vorgesehen ist .
22. Kammer nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung eine balgelastische und/oder material- elastische Dichtungsmembran umfasst .
23. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein, bezüglich der Achse (A, A') mindestens in einer Bewegungskomponente radial getrieben beweglicher Mitnehmer (76, 115, 132), der auf den Werkstückträger wirkt, vorgesehen ist, wobei der Werkstückträger, ausgerichtet auf die Öffnung, mittels des Mitnehmers zu dieser hin bzw. von dieser weg bewegbar ist.
24. Kammer nach einem der Anspruch 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper eine Kugel oder ein Zylinder ist, vorzugsweise eine Kugel.
25. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist .
26. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer radial einen Hub H ausführt, der bezüglich des Rotationskörper-Radius R folgenden Relationen genügt :
H < 15 % R, vorzugsweise
H < 10 % R, gar vorzugsweise
H < 5 % R.
27. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger, ausgerichtet auf die Öffnung, mit seiner Umrandungsfläche bezüglich der Umrandungsfläche der Öffnung und bezüglich der Achse radial um weniger als 20 % p, vorzugsweise um weniger als 10 % p, vorzugsweise gar um weniger als 5 % p verschieblich ist, wobei
2 p die Ausdehnung des Werkstückträgers in Achsrichtung betrachtet ist.
28. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung durch ein Karussell gebildet ist, mit mindestens zwei Werkstückträgern, und dass mindestens zwei der Öffnungen vorgesehen sind.
29. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 28 und Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei bezüglich der Achse (A, A' ) drehfeste Mitnehmer vorgesehen sind oder mindestens ein, bezüglich der Achse (A, A1 ) drehgelagerter und diesbezüglich getriebener Mitnehmer.
30. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 29 und Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer an der Transporteinrichtung gelagert ist.
31. Kammer nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung und der Mitnehmer durch mindestens einen getrieben um die Achse (A, A') drehgetrieben gelagerten und diesbezüglich in mindestens einer Bewegungskomponente radial ausfahrbaren bzw. rückholbaren Arm mit endständigem Werkstückträger gebildet ist .
32. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 30 und Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mitnehmer je mit einem unabhängigen Antrieb vorgesehen sind.
33. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung mindestens einen um die Achse drehgetrieben gelagerten, radialen Arm umfasst mit einem endständigen Werkstückträger, und dass der Arm als Hohlkörper ausgebildet einen Aufnahmeraum für Aggregate bildet wie z.B. Mess- und/oder Stelleinrichtungen.
34. Kammer nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger mehrere Werkstückaufnehmer umfasst und diese als Planeten eines endständigen Planetengetriebes ausgebildet sind.
35. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Werkstückträger zur Aufnahme eines kreisscheibenförmigen Werkstückes ausgebildet ist und seine Umrandungsfläche durch einen Peripherie- Maskierungsring für das Werkstück gebildet ist.
36. Kammer nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Maskierungsring eine kegelringförmige Umrandungsfläche des Werkstückträgers definiert.
37. Kammer nach einem der Ansprüche 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger einen Zentrumsmaskie- rungs-Zapfen für ein scheibenförmiges Werkstück mit Zentrums- loch umfasst.
38. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer als Modul aufgebaut ist und mehrere der Kammern koaxial stapelbar sind, vorzugsweise mit einem gemeinsamen Antriebsmotor für die Transporteinrichtungen und weiter vorzugsweise einer gemeinsamen Pumpe für die Kammern.
39. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnungsumrandung und die Werkstückträgerumrandung dichtend, vorzugsweise vakuumdicht, aneinanderlegen .
40. Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrandungsfläche der Öffnung durch einen auswechselbaren Flansch gebildet ist .
41. Vakuumanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit einer Vakuumkammer nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 40.
42. Verwendung der Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 40 bzw. der Anlage nach Anspruch 41 für das Ablegen von Mehr- schicht-Systemen auf Werkstücke.
43. Verwendung der Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 40 bzw. der Anlage nach Anspruch 41 für die Bearbeitung von Halbleiter-Wafern oder von Speicherplatten, insbesondere von optischen Speicherplatten.
44. Verwendung der Kammer nach einem der Ansprüche 19 bis 40 bzw. der Anlage nach Anspruch 41 für die Herstellung von CD, DVD, HD, insbesondere von wiederbespielbaren Speicherplatten, wie von MOD, Phase Change Disks oder RC (Recordable Disks) .
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