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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Substratträger zur Aufnahme und zum Transport mehrerer Substrate.
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In einer Vielzahl von industriellen Prozessen werden Substratträger (oder sogenannte „Carrier“) zur Aufnahme und zum Transport mehrerer Substrate dazu verwendet, die Substrate in entsprechende Bearbeitungsanlagen einzubringen, während der Substratbehandlung zu tragen und/oder zwischen verschiedenen Einheiten solcher Bearbeitungsanlagen zu transportieren. Unter anderem kommen solche Substratträger bei der Beschichtung von Substraten oder Wafern zum Einsatz.
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Beispiele für unterschiedliche Substratträger finden sich in der
US 2007 / 0 241 454 A1 ,
US 2005 / 0 214 398 A1 ,
US 2011 / 0 000 882 A1 ,
DE 20 2009 001 817 U1 sowie der
CN 2 06 685 356 U .
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In Abhängigkeit von der Art des industriellen Prozesses, in dem diese Substratträger zum Einsatz kommen, werden unterschiedliche Anforderungen an diese Substratträger gestellt. So ist es beispielsweise bei beidseitigen Beschichtungsprozessen wichtig, dass die Substrate im Hinblick auf die jeweiligen Beschichtungsöffnungen in ihren „Nestern“ sicher zentriert gelagert werden, wobei gleichzeitig die durch die Lagerung resultierende Randabdeckung minimiert werden sollte. Ferner sollten die Substrate auf einfache Weise eingelegt und entnommen werden können, ohne dass es dabei zu Beschädigungen der Substrate kommen kann. Ferner kann es bei verschiedenen Prozessen zu starken Temperaturvariationen kommen, da die Substrate im Laufe eines Beschichtungsprozesses beispielsweise verschiedenen Heiz- und Kühlschritten unterzogen werden. Dabei können sich die Substratträger verformen, was zu einer undefinierten Auflage des Substrates im Nest und einer daraus resultierenden fehlerhaften Beschichtung führen kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, vor dem Hintergrund der oben diskutierten Anforderungen verbesserte Substratträger bereitzustellen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Substratträger zur Aufnahme und zum Transport mehrerer Substrate, wobei der Substratträger einen Rahmen mit zwei einander gegenüberliegenden Laufschienen und mindestens zwei weiteren länglichen Rahmenelementen sowie ein oder mehrere Tragbleche aufweist, die an dem Rahmen befestigt sind. Die Laufschienen des Substratträgerrahmens dienen dem Transport des Substratträgers in einer entsprechenden Transporteinrichtung, welche mit den Laufschienen in Eingriff treten kann. Die zwei Laufschienen des Substratträgerrahmens erstrecken sich entlang einer ersten Richtung, die bei der Verwendung des Substratträgers in einem entsprechenden Prozess der Bewegungsrichtung während des Transports entspricht. Die mindestens zwei länglichen Rahmenelemente erstrecken sich entlang einer zweiten, zur ersten Richtung senkrechten Richtung. Die Tragbleche dienen der Aufnahme mehrerer Substrate und definieren eine erste Ebene (wobei die erste und zweite Richtung in der Regel parallel zu dieser ersten Ebene sind). Jedes der ein oder mehreren Tragbleche weist mehrere Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme jeweils eines Substrats auf (welche die oben diskutierten „Nester“ bilden). Dabei wird jeweils zwischen in der ersten Richtung benachbarten Aufnahmeöffnungen ein Tragblechsteg gebildet, der sich entlang der zweiten Richtung erstreckt. Jedes der Tragbleche weist ferner mindestens zwei längliche Öffnungen, bevorzugt Schlitze, auf, die sich jeweils im Wesentlichen senkrecht zur Ebene durch das Tragblech hindurch und im Wesentlichen entlang der ersten Richtung erstrecken, sodass zwischen jeweils zwei in der ersten Richtung benachbarten länglichen Öffnungen der mindestens zwei länglichen Öffnungen ein Verbindungselement gebildet wird. Zwischen den sich entlang der zweiten Richtung erstreckenden Tragblechstegen und dem Verbindungselement existiert dabei ein Versatz entlang der ersten Richtung.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Idee zugrunde, mit Hilfe der mindestens zwei länglichen Öffnungen, die sich entlang der ersten Richtung erstrecken, eine unterschiedliche Wärmeausdehnung von Tragblech und Rahmenelement während prozessbedingter Temperaturschwankungen zu kompensieren. Da sich beispielsweise während eines Beschichtungsprozesses in der Regel das Tragblech stärker erwärmt als die Rahmenelemente, wird sich dieses entlang der zweiten Richtung stärker ausdehnen als die entsprechenden länglichen Rahmenelemente. Diese Ausdehnung kann dann in den Bereich der länglichen Öffnungen hinein erfolgen, die so die Ausdehnung kompensieren, ohne dass Verwerfungen innerhalb des Tragblechs entstehen würden.
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Die spezifische Form der länglichen Öffnungen ist dabei letztlich nicht relevant, wenn genügend Freiraum für die Expansion des Tragblechmaterials zur Verfügung gestellt wird. Es ist auch nicht entscheidend, dass sich die länglichen Öffnungen exakt entlang der ersten Richtung erstrecken. Vielmehr können diese auch einen Winkel von beispielsweise 5° und bis zu 10° mit der ersten Richtung einnehmen. Die länglichen Öffnungen müssen sich auch nicht exakt senkrecht zur Ebene durch das Tragblech hindurch erstrecken. Wichtig ist lediglich, dass es sich um Durchgangsöffnungen handelt, damit das Tragblech auf der ganzen Dicke expandieren kann. Die länglichen Öffnungen könnten aber im Hinblick auf die Senkrechte zur ersten Ebene auch geneigt sein und beispielsweise einen Winkel mit der Senkrechten von bis zu 10° einnehmen. Allerdings sollten die länglichen Öffnungen bevorzugt optisch dicht sein, damit beispielsweise bei einem Beschichtungsprozess kein Beschichtungsmaterial durch diese länglichen Öffnungen hindurchtreten kann.
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Selbstverständlich können sich die länglichen Öffnungen nicht über die gesamte Länge der Tragfläche erstrecken, da diese sonst nicht mehr mit den Laufschienen verbunden wären. Es bedarf daher zwischen jeweils zwei in der ersten Richtung benachbarten länglichen Öffnungen der mindestens zwei länglichen Öffnungen eines Verbindungselements, das das Tragblech jenseits der länglichen Öffnungen mit der Laufschiene verbindet. Da die oben diskutierte Expansionsmöglichkeit des Tragblechmaterials im Bereich dieses Verbindungselements nicht gewährleistet ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen den sich entlang der zweiten Richtung erstreckenden Tragblechstegen und dem Verbindungselement ein Versatz entlang der ersten Richtung existiert. Dadurch wird sichergestellt, dass das Verbindungselement sich gerade dort befindet, wo aufgrund der Aufnahmeöffnungen kaum Tragblechmaterial vorhanden ist, wohingegen dort wo sich die Tragblechstege befinden und somit viel expandierendes Material vorhanden ist, eine längliche Öffnung vorgesehen ist.
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Dabei sollte bevorzugt ein gewisser Mindestversatz existieren. Wenn die Aufnahmeöffnungen entlang der ersten Richtung eine Breite aufweisen, so beträgt der Versatz bevorzugt mindestens 20%, stärker bevorzugt mindestens 30% und besonders bevorzugt mindestens 40% dieser Breite der Aufnahmeöffnungen. Idealerweise sollte das Verbindungselement im Hinblick auf die Breite der Aufnahmeöffnung mittig angeordnet sein.
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Die Verbindungselemente sollten so dimensioniert sein, dass sie einerseits eine hinreichende Stabilität des Tragblechs gewährleisten und andererseits die Expansion des Tragblechmaterials nicht beeinträchtigen. Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, dass das Verbindungselement eine Breite entlang der ersten Richtung von mindestens 10 mm, bevorzugt mindestens 12 mm und besonders bevorzugt mindestens 14 mm hat. Ferner ist es bevorzugt, dass das Verbindungselement eine Breite entlang der ersten Richtung von höchstens 20 mm, stärker bevorzugt von höchstens 18 mm und besonders bevorzugt von höchstens 16 mm hat.
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Um genügend Raum für die Expansion des Tragblechmaterials bereitzustellen, ist es bevorzugt, dass die länglichen Öffnungen jeweils eine Breite entlang der zweiten Richtung von mindestens 0,5 mm, stärker bevorzugt mindestens 0,7 mm und besonders bevorzugt mindestens 0,9 mm haben. Ferner haben die länglichen Öffnungen jeweils eine Breite entlang der zweiten Richtung von bevorzugt höchstens 5 mm, stärker bevorzugt höchstens 3 mm und besonders bevorzugt höchstens 1,5 mm.
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Bevorzugt beträgt der Abstand entlang der zweiten Richtung zwischen jeder der länglichen Öffnungen und den in zweiter Richtung benachbarten Aufnahmeöffnungen mindestens 10 mm, stärker bevorzugt mindestens 12 mm und besonders bevorzugt mindestens 14 mm.
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Die Tragblechstege weisen eine Breite auf und der Abstand entlang der zweiten Richtung zwischen jeder der länglichen Öffnungen und den in zweiter Richtung benachbarten Aufnahmeöffnungen beträgt bevorzugt mindestens 70%, stärker bevorzugt mindestens 80% und besonders bevorzugt mindestens 90% der Breite der Tragblechstege.
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Bevorzugt bilden die länglichen Öffnungen mit der Vertikalen zur ersten Ebene einen Winkel, der zwischen 0° und 10°, stärker bevorzugt zwischen 2° und 8° beträgt.
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Es ist ferner bevorzugt, dass sich die länglichen Öffnungen auf einer Seite jeweils bis zum Rand des Tragblechs erstrecken. Sollten drei oder mehr längliche Öffnungen pro Tragblech vorgesehen sein, betrifft dies offensichtlich jeweils nur die randseitigen länglichen Öffnungen.
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Die Tragbleche sind mit den Laufschienen, bevorzugt fix, verbunden, beispielsweise mit diesen verschraubt. Ferner sind die Tragbleche mit den länglichen Rahmenelementen, bevorzugt, beweglich verbunden. Hierfür weisen die länglichen Rahmenelemente jeweils mehrere Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme entsprechender Verbindungselemente der Tragbleche auf.
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Bevorzugt lassen die Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme der Verbindungselemente ein Spiel der Verbindungselemente des Tragblechs entlang der zweiten Richtung zu, um so die Ausdehnung der Tragbleche entlang der zweiten Richtung zu tolerieren. Die Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme der Verbindungselemente weisen entlang der zweiten Richtung eine erste Ausdehnung auf und die Verbindungselemente des Tragblechs weisen entlang der zweiten Richtung eine zweite Ausdehnung auf, wobei das Verhältnis zwischen zweiter und erster Ausdehnung bevorzugt kleiner als 0,95, stärker bevorzugt kleiner als 0,9 und besonders bevorzugt kleiner als 0,85 ist. Bevorzugt erstreckt sich zumindest eine der länglichen Öffnungen durch eines der Verbindungselemente.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
- - 1: eine perspektivische Ansicht eines Substratträgers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- - 2: ein „Nest“ für ein Substrat in einem Substratträger gemäß 1; und
- - 3: eine perspektivische Detailansicht des Substratträgers gemäß 1.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Substratträgers 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der Substratträger 1 dient der Aufnahme und dem Transport mehrerer Substrate, die in entsprechende Aufnahmeöffnungen 8 aufgenommen werden können. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind 64 solcher Aufnahmeöffnungen 8 vorhanden. Selbstverständlich können aber auch mehr oder weniger Aufnahmeöffnungen in einer quadratischen, rechteckigen oder anderen Anordnung vorgesehen sein. Der Substratträger 1 weist einen Rahmen mit zwei einander gegenüberliegenden Laufschienen 2 und zwei weiteren einander gegenüberliegenden länglichen Rahmenelementen 3 auf. Ferner sind vier Tragbleche 4 vorgesehen, die an dem Rahmen befestigt sind. Jeweils zwischen zwei benachbarten solcher Tragbleche 4 sind weitere längliche Rahmenelemente 3a (vgl. 3) vorgesehen, sodass in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform jedes Tragblech von den beiden gegenüberliegenden Laufschienen 2 einerseits und zwei weiteren länglichen Rahmenelementen 3, 3a andererseits umrahmt und gehalten wird. Selbstverständlich können auch hier weniger oder mehr Tragbleche vorgesehen sein. Sollte nur ein einziges Tragblech vorhanden sein, kann auf die mittigen Rahmenelemente 3a verzichtet werden.
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Die beiden Laufschienen 2, die in 3 besonders gut zu sehen sind, dienen dem Transport des Substratträgers 1 in einer entsprechenden Transporteinrichtung und sind derart ausgebildet und ausgestaltet, dass sie mit entsprechenden Elementen der Transporteinrichtung in Eingriff treten können. Die Tragbleche 4 sind mit den beiden Laufschienen 2 jeweils fix verbunden. In der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Befestigung mittels Schrauben 13 (vgl. 3).
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Die zwei Laufschienen 2 erstrecken sich entlang einer ersten Richtung, die in 1 durch den Pfeil 6 angedeutet ist. Die zwei oder mehr weiteren länglichen Rahmenelemente 3 und 3a erstrecken sich entlang einer zweiten, zur ersten Richtung 6 senkrechten Richtung, die durch einen Pfeil 7 in 1 angedeutet ist. Ferner definieren die Tragbleche eine erste Ebene, die beispielsweise durch die Oberfläche der Tragbleche oder durch die Fläche, in der die Substrate gehalten werden, charakterisiert werden kann.
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Im Fall der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform weist jedes der vier Tragbleche 4 16 Aufnahmeöffnungen 8 zur Aufnahme jeweils eines Substrats (d.h. zur Aufnahme von insgesamt 16 Substraten) auf, sodass jeweils zwischen zwei in der ersten Richtung 6 benachbarten Aufnahmeöffnungen 8 ein Tragblechsteg 9 gebildet wird, der sich entlang der zweiten Richtung 7 erstreckt. Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Aufnahmeöffnungen 8 bilden die einzelnen Tragblechstege 9 einen durchgehenden, sich im Wesentlichen über die gesamte Breite des Substratträgers 1 erstreckenden Steg, wobei ein solcher Steg pro Tragblech 4 vorhanden ist. Selbstverständlich würden bei einer anderen Anordnung der Aufnahmeöffnungen 8 in dem Tragblech 4 in drei oder mehr Reihen entsprechend zwei oder mehr Stege gebildet. Im Übrigen werden auch jeweils zwischen zwei in der zweiten Richtung 7 benachbarten Aufnahmeöffnungen 8 entsprechende Tragblechstege gebildet, die jedoch für die nachfolgende Diskussion nicht von Bedeutung sind.
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Im Hinblick auf die Stabilität des Rahmens des Substratträgers sind die länglichen Rahmenelemente 3, 3a massiver ausgebildet als die Tragblechstege 9. Beispielsweise kann es sich bei den länglichen Rahmenelementen 3 und 3a um röhrenförmige Elemente handeln, wie dies beispielsweise in 2 zu sehen ist. Die Rahmenelemente können auch aus einem anderen Material gefertigt sein als die Tragbleche. Wenn nun der Substratträger gemeinsam mit den darauf befindlichen Substraten, beispielsweise während eines Beschichtungsprozesses, aufgeheizt wird, so werden sich die Tragblechstege 9 schneller erwärmen als die massiven Rahmenelemente 3, 3a sodass sich die Tragblechstege 9 während dieses Aufheizprozesses stärker ausdehnen werden als die entsprechenden Rahmenelemente 3 und 3a. Wie man sich leicht klar machen wird, kann dies zu entsprechenden Verwerfungen innerhalb der Tragbleche 4 kommen, was dann zur Folge hat, dass die Substrate nicht mehr präzise in der wohl definierten ersten Ebene gelagert werden und daher Defekte beim Beschichten auftreten können. Um diese Ausdehnung zu kompensieren, sind erfindungsgemäß in jedem Tragblech 4 mindestens zwei längliche Öffnungen 10 vorgesehen, die im Fall der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform in Form von zwei länglichen Schlitzen 10a und 10b (vgl. 3) realisiert sind. In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich diese zwei Schlitze 10a und 10b senkrecht zur durch das Tragblech 4 definierten ersten Ebene durch das Tragblech hindurch und entlang der ersten Richtung 6. Wie man sich jedoch anhand von 3 leicht klar macht, könnten die Schlitze 10a und 10b auch schräg durch das Material des Tragblechs 4 hindurch verlaufen, sodass sie einen Winkel mit der zur ersten Ebene Senkrechten einnehmen und/oder mit einer Neigung gegenüber der ersten Richtung 6 verlaufen.
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Entscheidend ist lediglich, dass sich dort, wo die Tragblechstege 9 einen entlang der zweiten Richtung 7 durchgehenden Materialstrang bilden, ein Freiraum kreiert wird, in den hinein die Expansion des Materials erfolgen kann. Hierfür ist zwischen dem Verbindungselement 11, das sich jeweils zwischen zwei in der ersten Richtung 6 benachbarten Öffnungen oder Schlitzen 10a und 10b gebildet wird und den sich entlang der zweiten Richtung 7 erstreckenden Tragblechstegen ein Versatz V (vgl. 3) vorgesehen. Wie man sich leicht klar macht, ist das Verbindungselement 11 im Hinblick auf die Breite der Aufnahmeöffnung 8 bevorzugt mittig angeordnet, wie dies in 3 dargestellt ist. Dies ist jedoch nicht erforderlich, solange der Versatz V hinreichend groß ist, sodass das Stegmaterial in die Schlitzöffnung ausweichen kann. Wenn man den Versatz definiert als den Abstand zwischen den jeweiligen Mitten des Tragblechstegs 9 sowie des Verbindungselements 11, sollte der Versatz mindestens der Hälfte der Summe aus Tragblechstegbreite und Verbindungselementbreite entsprechen. Bevorzugt beträgt der Versatz jedoch mindestens 20% der Breite der Aufnahmeöffnungen 8 entlang der ersten Richtung 6.
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In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind auf beiden Seiten jedes Tragblechs 4 (vgl. 1) jeweils zwei Schlitze 10a und 10b (vgl. 3) vorgesehen. Die Schlitze könnten jedoch nur auf einer Seite vorgesehen sein und/oder es könnten auch mehr als zwei Schlitze pro Seite vorhanden sein. Insbesondere kann für jede Reihe von Aufnahmeöffnungen 8 ein Verbindungselement 11 zwischen benachbarten Schlitzen 10 vorhanden sein, sodass in der dargestellten Ausführungsform auch drei Schlitze mit zwei Verbindungselementen sinnvoll sein könnten. Es ist jedoch bevorzugt, dass sich jeweils die randseitigen Schlitze auf einer Seite jeweils bis zum Rand des Tragblechs 4 erstrecken, wie dies in 3 zu sehen ist.
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Die länglichen Rahmenelemente 3 und 3a können jeweils mehrere Aufnahmeöffnungen 12 zur Aufnahme entsprechender Verbindungselemente der Tragbleche 4 aufweisen. Im hier dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Rohre 3 jeweils mehrere längliche Schlitze 12 zur Aufnahme entsprechender Vorsprünge der Tragbleche 4 auf, wie dies in den 2 und 3 zu sehen ist. Dabei ist es bevorzugt, dass die Aufnahmeöffnungen 12 ein Spiel der Verbindungselemente des Tragblechs 4 entlang der zweiten Richtung 7 zulassen, um auch auf diese Weise eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zu kompensieren. Es ist ferner bevorzugt, dass sich zumindest eine der länglichen Öffnungen bzw. Schlitze 10a und 10b durch eines der Verbindungselemente erstreckt, wie dies in 3 dargestellt ist.