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Dokumentenidentifikation DE19812670A1 07.10.1999
Titel Vorrichtung zum Transport von Substraten
Anmelder Singulus Technologies AG, 63755 Alzenau, DE
Erfinder Reising, Michael, 63776 Mömbris, DE;
Kempf, Stefan, 63755 Alzenau, DE
Vertreter Vossius & Partner GbR, 81675 München
DE-Anmeldedatum 23.03.1998
DE-Aktenzeichen 19812670
Offenlegungstag 07.10.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.10.1999
IPC-Hauptklasse B65G 49/07
IPC-Nebenklasse B65G 47/82   C23C 14/56   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transportvorrichtung, vorzugsweise für Substrate in einer Vakuumkammer einer Sputteranlage zwischen einer Schleuse und einem Beschichtungsbereich, wobei sie mindestens einen das Substrat tragenden Schwenkarm aufweist, der um eine zwischen der Schleuse und dem Behandlungsbereich gelegene Achse drehbar ist und dessen Schwenkradius bzw. Abstand von der Drehachse variabel ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transport von Substraten, wie Compact Disks (CD) oder DVD (Digital Versatile Disk) insbesondere innerhalb einer Vakuumkammer.

Aus der EP-B-0 449 227 ist eine Beschichtungsanlage mit einer Transportvorrichtung bekannt, die eine Vakuumkammer mit einer Zuführöffnung, durch die ein durch Sputtern zu behandelndes Teil geladen bzw. entladen wird, und mit einem Sputterbehandlungsbereich aufweist. Die Beschichtungsanlage weist ferner eine mit Halteeinrichtungen versehene Einrichtung zum Verschließen der Zuführöffnung und zum Festhalten der durch Sputtern zu behandelnden Teile, eine Schale, auf der das durch Sputtern zu behandelnde Teil angeordnet ist, eine Hubeinrichtung zum Anheben und Absenken der Schale in der Position des Sputterbehandlungsbereichs und der Zuführöffnung und einen Schwenkarm zum Transport des zu behandelnden Teiles zwischen der Zuführöffnung und dem Sputterbehandlungsbereich auf. Zum Beschichten eines Werkstücks wird es mittels einer ersten Hubvorrichtung durch die Zuführöffnung eingeschleust und auf dem Schwenkarm abgelegt. Der Schwenkarm ist um eine zwischen der Zuführöffnung und dem Behandlungsbereich gelegene vertikale Achse schwenkbar, so daß er das zu beschichtende Werkstück entlang einer horizontalen Kreisbahn von der Zuführöffnung zum Behandlungsbereich transportiert. Unterhalb des Behandlungsbereiches ist eine weitere Hubvorrichtung vorgesehen, die das Werkstück vom Schwenkarm abheben kann und es in den Behandlungsbereich vertikal einführt. Während des Beschichtungsvorgangs wartet der Schwenkarm in seiner Position unterhalb des Behandlungsbereiches auf das Ende des Beschichtens und bis die zweite Hubvorrichtung das nun beschichtete Werkstück wieder auf dem Schwenkarm abgelegt hat. Der Schwenkarm schwenkt dann zurück zur Zuführöffnung, wo das Werkstück durch die erste Hubvorrichtung aus der Vakuumkammer ausgeschleust wird.

Diese Beschichtungsanlage hat insbesondere den Nachteil, daß sie eine geringe Kapazität hat, weil der Schwenkarm lediglich ein zu beschichtendes Werkstück aufnehmen kann und somit relativ große Stillstandzeiten des Schwenkarms einerseits unterhalb der Beschichtungskammer und andererseits unterhalb der Zuführöffnung verursacht werden. Ferner hat die Vakuumkammer ein relativ großes Volumen, so daß zur Erzeugung des Vakuums eine erheblicher Energieaufwand aufgebracht werden muß.

Aus der DE-A-37 16 498 und der entsprechenden EP-A-0 291 690 ist ferner eine Vorrichtung zum Ein- und Ausschleusen eines scheibenförmigen Werkstücks in eine Vakuumkammer und zum Zu- und Rückführen des Werkstücks in und aus dem Bereich einer Beschichtungsquelle bekannt. Dazu ist auf der Oberseite der Vakuumkammer ein um eine vertikale Achse bewegbarer Schwenkarm gelagert, dessen beide Enden Hubzylinder mit tellerförmigen Werkstückträgern aufweisen, die das Werkstück an eine Öffnung in der Vakuumkammer transportieren. Die Werkstückträger sind so ausgebildet, daß sie die Öffnung der Vakuumkammer von oben her verschließen können. Ein im Innenraum der Vakuumkammer um eine vertikale Achse schwenkbarer Drehteller weist an seiner Oberseite Vertiefungen zur Aufnahme der Werkstücke auf. In den Vertiefungen sind Hubteller vorgesehen, die mit Hilfe von Hubvorrichtungen an der Bodenplatte vertikal bewegbar sind. Die Hubteller sind so ausgebildet, daß sie in einer ersten Position des Drehtellers die Werkstücke im Bereich der Öffnung übernehmen und diese dabei von unten her verschließen und in einer zweiten Position die Werkstücke bis in den Wirkungsbereich einer Kathode einer Beschichtungsvorrichtung heben.

Diese Vorrichtung hat insbesondere den Nachteil, daß sie eine relativ große Vakuumkammer benötigt, um darin den Drehteller und die Hubvorrichtungen unterzubringen, so daß auch hier das Evakuieren der Vakuumkammer einen relativ hohen Energieaufwand erfordert, um sie in entsprechend kurzer Zeit evakuieren zu können. Weitere Nachteile sind der relativ komplizierte Aufbau der Vorrichtung und die daraus resultierende höhere Störanfälligkeit sowie der große Platzbedarf der Vorrichtung, der eine Integration in eine kompakte Fertigungsanlage schwierig macht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Transport von Substraten, insbesondere zwischen einer Schleuse und einem Beschichtungsbereich in einer Vakuumkammer einer Beschichtungsanlage, zur Verfügung zu stellen.

Dazu geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, die Transportvorrichtung so auszubilden, daß sie mindestens einen das Substrat tragenden Schwenkarm aufweist, der um eine vorzugsweise zwischen den beiden Stationen, z. B. der Schleuse und dem Behandlungsbereich, gelegene Hauptachse drehbar ist und dessen Schwenkradius variabel ist. Vorzugsweise weist dabei der Schwenkarm ein exzentrisch zu der Hauptachse angelenktes Schwenkpaddel auf; alternativ können die Schwenkarme teleskopartig verkürzt bzw. verlängert werden.

Dies hat insbesondere die Vorteile, daß die Transportvorrichtung einen geringen Raumbedarf hat, die Vakuumkammer somit ein kleines Volumen aufweist, die Betriebskosten reduziert werden können, die Transportvorrichtung auf einfache Weise in eine kompakte Fertigungsanlage integrierbar ist und die Antriebsteile außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Sputteranlage, die Schwenkarme mit variablem Schwenkradius aufweist, in der Schleusen- und Beschichtungsposition;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Sputteranlage während des Schwenkvorgangs;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 3; und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1 in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Transportvorrichtung 2 dient zum Transport von Substraten 4 zwischen zwei Positionen, z. B. einer Schleuse 6 und einer Behandlungsvorrichtung oder Beschichtungsvorrichtung 8, insbesondere einer Sputteranlage mit einer Kathode 10. Die Substrate 4 werden beim Ausschleusen von einem ersten Substratträger 12 eines ersten Schwenkarms 14 abgenommen, während beim Einschleusen die Substrate 4 auf dem ersten Substratträger 12 abgelegt werden. Die Transportvorrichtung 2 weist ferner einen zweiten Substratträger 16 an einem zweiten Schwenkarm 18 auf. Der zweite Substratträger 16 führt das zu beschichtende Substrat 4 bzw. das beschichtete Substrat 4 zur Beschichtungsvorrichtung 8 oder von dieser ab. Die beiden Substratträger 12 und 16 schließen die Öffnungen der Schleuse 6 und der Beschichtungsvorrichtung 8 in der Schleusen- und Beschichtungsposition dicht ab, so daß eine geschlossene Vakuumkammer 20 mit der in den Fig. 2 und 4 schematisch dargestellten im wesentlichen elliptischen Form gebildet wird.

Die beiden Substratträger 12 und 16 sind jeweils an Schwenkpaddeln 22 und 24 befestigt. Die den Substratträgern 12 und 16 gegenüberliegenden Enden der beiden Schwenkpaddel 22 und 24 sind jeweils mit einer Welle 26 bzw. 28 drehbar in einem gemeinsamen Führungselement 30 geführt. Die Wellen 26 und 28 erstrecken sich durch das Führungselement 30 hindurch und sind darin jeweils gelagert und abgedichtet. Die aus der Vakuumkammer 20 hinausragenden Enden der Wellen 26 und 28 sind jeweils mit schräg verzahnten Zahnrädern 32 und 34 versehen, die in einen ebenfalls schräg verzahnten Bereich 36 eines Hohlrads 38 eingreifen. Das Hohlrad 38 ist vorzugsweise über Stege 39 mit einer Vertikalführung 40 verbunden, die über Druckfedern 42 das Hohlrad vertikal nach unten vorspannt. Ferner ist das Hohlrad 38 durch ein Lager 44 radial gelagert.

Das Führungselement 30, das die beiden Schwenkarme 14 und 18 führt, ist über eine Welle 46 mit einem Antriebsaggregat (nicht dargestellt) in Wirkverbindung. Das Antriebsaggregat treibt über die Welle 46 das Führungselement 30 an, um eine Drehbewegung der beiden Schwenkarme 14 und 18 zu bewirken. Das Verbindungselement 30 ist durch geeignete Dichtungsmittel 48 abgedichtet.

Ein gerade verzahntes Zahnrad 50 auf der Welle 46 greift in einen gerade verzahnten Bereich 52 des Hohlrads 38 ein. Die Welle 46 bzw. das Antriebsaggregat ist über eine geeignete Verbindung und Führung mit einer Hubeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, um eine vertikale Bewegung der Transporteinrichtung 2 innerhalb der Vakuumkammer 20 zu bewirken.

Zum Transport eines zu beschichtenden Substrats 4 von der Schleuse 6 zur Beschichtungsvorrichtung 8 und zum Transport eines beschichteten Substrat 4 von der Beschichtungsvorrichtung 8 zurück zur Schleuse 6 muß die Schleuse 6 zunächst mittels einer Abdeckung 53 verschlossen werden, um das Eindringen von Luft in die Vakuumkammer 20 zu verhindern. Anschließend wird der Schleusenraum 6 evakuiert. Dann werden die Schwenkarme 14 und 18 durch ein Absenken des Führungselements 30 durch die Hubvorrichtung nach unten gefahren, wie durch die Pfeile 54 angedeutet. Das Hohlrad 38 bewegt sich durch die Vorspannung der Druckfedern 42 synchron mit dem Führungselement 30 nach unten, bis es gegen einen Anschlag 56 fährt. Im weiteren Verlauf senkt die Hubvorrichtung die beiden Schwenkarme 14 und 18 mit dem Führungselement 30 weiter ab, wobei das Hohlrad 38 mit der Welle 46 über das Zahnrad 50 axial beweglich, jedoch drehfest verbunden ist. Durch die Drehfixierung des Hohlrads 38 relativ zur Welle 46 wirken beim weiteren Absenken der Schwenkarme 14 und 18 und des Führungselements 30 Tangentialkräfte auf die schrägverzahnten Zahnräder 32 und 34. Dadurch werden die Wellen 26 und 28 jeweils zu einer Drehbewegung gezwungen und die Schwenkarme 14 und 18 schwenken ein. Der Schwenkradius der gesamten Transportvorrichtung 2 bezogen auf die Drehachse 57 der Welle 46 wird somit reduziert. Die in den Fig. 2 und 4 schematisch dargestellte Form der Vakuumkammer 20 ist dadurch möglich. Die eingeschwenkten Schwenkarme 14 und 18 sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Nachdem die Schwenkarme 14 und 16 eingeschwenkt sind, leitet das Antriebsaggregat ein Drehmoment auf die Welle 46, so daß sich die Transportvorrichtung 2 einschließlich des Hohlrads 38 um z. B. 180° dreht (entsprechend dem Winkelversatz von z. B. 180° zwischen der Schleuse 6 und der Beschichtungsvorrichtung 8).

Das Hubwerk führt nun eine Hubbewegung nach oben aus. Dadurch werden die Wellen 26 und 28 und die Schwenkarme 14 und 18 angehoben, während das Hohlrad 38 in der in Fig. 3 dargestellten Position verbleibt, bei der der Steg 39 an dem Anschlag 56 anliegt. Durch die axiale Relativbewegung der Zahnräder 32 und 34 gegenüber dem Hohlrad 38 wird über die Schrägverzahnung wiederum eine Drehbewegung in die Schwenkpaddel 22 und 24 eingeleitet, die dadurch ausgeschwenkt werden. Wenn die Ausschwenkbewegung der Schwenkpaddel abgeschlossen ist, bewegt sich das Hohlrad 38 gegen die Federkraft der Feder 42 nach oben. Die sich dann unterhalb der Öffnungen für die Schleuse 6 und die Beschichtungsvorrichtung 8 befindlichen Substratträger 16 bzw. 12 werden von innen gegen das Gehäuse 3 der Vakuumkammer 20 gefahren, so daß sie über Ringdichtungen 5 dicht daran anliegen. Nun kann das auf dem Substratträger 12 liegende neu zu beschichtende Substrat 4 in der Beschichtungsvorrichtung 8 beschichtet, das auf dem Substratträger 16 liegende bereits beschichtete Substrat 4 über die Schleuse 6 ausgeschleust und ein neues zu beschichtendes Substrat auf diesen Substratträger 16 aufgelegt und in die Vakuumkammer 20 eingeschleust werden.

Da der Substratträger 16 die Vakuumkammer 20 gegenüber dem Kathodenraum der Beschichtungsvorrichtung 8 abdichtet, kann die Kathode 10 z. B. in dieser Stellung ausgewechselt werden.

Die Dreh- und Hubbewegungen können sowohl getrennt voneinander wie auch synchron oder teilweise synchron erfolgen.

Das Einschwenken der Schwenkarme 14 und 18 kann ebenso durch jede andere bekannte Art von Zwangsführungen, wie z. B. einer Kurvenscheibenführung oder einer Kulissenführung, erfolgen.

Ferner kann anstelle der die Zwangsführung bewirkende Schrägverzahnung für die Wellen 26 und 28 eine unabhängige Antriebsvorrichtung vorgesehen sein, die die Schwenkbewegung der Schwenkarme 14 und 18 bewirkt. Eine solche Antriebsvorrichtung wäre z. B. ein Elektro-, Pneumatik- oder Hydraulikmotor, Pneumatik- oder Hydraulikzylinder usw.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist zur leichteren Unterscheidbarkeit in die Ausführungsform nach Fig. 2 mit eingezeichnet. Anstelle der Schwenkpaddel 22 und 24 sind Teleskoparme 58 und 59 vorgesehen, die an ihren Enden 60 und 62 jeweils die Substratträger 12 und 16 tragen. Die Teleskoparme 58 und 59 sind um die Drehachse 57 drehbar gelagert. Fig. 5 zeigt die Teleskoparme 58 und 59 in ihrer ausgefahrenen Position (Beschichtungs- bzw. Schleusenposition). Zum Transport der Substrate 4 von einer Station zur anderen fahren die Teleskoparme 58 und 59 ein, wodurch der Schwenkradius reduziert wird.

Anstelle zweier Teleskoparme 58 und 59 ist es ebenso möglich, den Schwenkradius mit einem gemeinsamen Teleskoparm für beide Schwenkarme 14 und 18 variabel zu gestalten.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Transportieren von Substraten (4) zwischen zwei Stationen (6, 8) mittels einer Schwenkanordnung, die mindestens einen das Substrat (4) tragenden Schwenkarm (14, 18) aufweist, der um eine Drehachse (57) schwenkbar und dessen Schwenkradius variabel ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schwenkradius durch mindestens einen Teleskoparm (58, 59) veränderbar ist.
  3. 3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, mit einem am Schwenkarm (14, 18) angelenkten Schwenkpaddel (22, 24), das einen das Substrat (4) tragenden Substratträger (12, 16) und zwei zur Drehachse (57) parallel beabstandete Schwenkachsen (27 bzw. 29) aufweist.
  4. 4. Vorrichtung (2) nach Anspruch 3, wobei ferner eine Antriebseinrichtung zum Drehen des Schwenkarms (14, 18) um die Drehachse (57) vorgesehen ist.
  5. 5. Vorrichtung (2) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Schwenkpaddel (22, 24) durch eine unabhängige Antriebseinrichtung schwenkbar ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Schwenkradius durch eine Zwangsführung veränderbar ist.
  7. 7. Vorrichtung (2) nach Anspruch 6, wobei die Zwangsführung für das Schwenkpaddel (22, 24) durch ein schrägverzahntes Zahnrad (32, 34) gebildet ist, das im Eingriff mit einem schrägverzahnten Bereich (36) eines Hohlrads (38) ist, wobei die Schwenkbewegung durch eine axiale Hubbewegung des schrägverzahnten Zahnrads (32) relativ zur Höhe des Hohlrads (38) zwischen einer ersten und zweiten Stellung einer Hubvorrichtung erfolgt.
  8. 8. Vorrichtung (2) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Antriebseinrichtung ein Antriebsaggregat, eine Welle (46), ein gerade verzahntes Zahnrad (50), einen entsprechend gerade verzahnten Bereich (52) des Hohlrads (38) und ein Führungselement (30), das die Schwenkarme (14, 18) trägt, aufweist, wobei sich das gerade verzahnte Zahnrad (50) entlang der Höhe des geradverzahnten Bereiches (52) des Hohlrads (38) bei Hubbewegungen bewegen kann.
  9. 9. Vorrichtung (2) nach Anspruch 7 oder 8, wobei am Hohlrad (38) ein Radiallager (44) vorgesehen ist, das das Hohlrad (38) über Stege (39) radial führt, wobei die Stege (39) ferner durch vertikale Führungselemente (40) das Hohlrad (38) axial führen, wobei untere Anschlagmittel (56) vorgesehen sind, die die Axialbewegung des Hohlrads (38) nach unten begrenzen, und wobei ferner Federmittel (42) vorgesehen sind, die das Hohlrad (38) nach unten drängen.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schwenkanordnung (30, 22, 24, 14, 18) in einer Vakuumkammer (20) angeordnet ist und zumindest eine der beiden Stationen eine Schleuse (6) ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die andere Station eine Beschichtungsvorrichtung (8) ist.
  12. 12. Vorrichtung (2) nach Anspruch 10 oder 11, mit einer Hubvorrichtung, die den Schwenkarm (14, 18) vertikal derart bewegt, daß er in einer ersten Stellung die Schleuse (6) und/oder die Beschichtungsvorrichtung (8) gegenüber der Vakuumkammer (20) abschließt und in einer zweiten Stellung die Schleuse (6) und/oder die Beschichtungsvorrichtung (8) mit der Vakuumkammer (20) verbindet.
  13. 13. Verwendung der Vorrichtung (2), nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine Sputteranlage zum Beschichten von Substraten (4).
  14. 14. Verfahren zum Transport von Substraten (4), insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Substrat (4) durch eine Transportvorrichtung (2) von einer ersten Station zu einer zweiten Station um eine Drehachse geschwenkt und gleichzeitig oder zeitversetzt der Schwenkradius variiert wird.






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