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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem allgemeinen
Teil des Anspruchs 1.
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Die
Behandlung der Oberfläche
eines Objektes oder dessen Beschichtung mit einem dünnen Film
mit dem Ziel dem Objekt verbesserte Eigenschaften zu verleihen,
ist ein Verfahren, das schon lange in der Technik bekannt ist. Zusätzlich zur
Verwendung der Oberflächenbehandlung
für rein
dekorative Anwendungen werden neben anderen Dingen auch Werkzeuge,
Maschinenteile und elektronische Komponenten oberflächenbehandelt.
Solche Behandlungen werden des weiteren in medizinischen und optischen
Kontexten verwendet.
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Die
Mehrheit der Oberflächenbehandlungsverfahren
werden unter Vakuum durchgeführt.
Beispiele für
solche Verfahren beinhalten neben anderen Dingen zur Oberflächenreinigung
so genanntes PVD, CVD und Sputtern.
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Der
Stand der Technik enthält
ein sogenanntes Clustersystem für
die Oberflächenbehandlung von
Substraten unter Vakuum, welches einen Roboter zur Bewegung der
Substrate zwischen einer Reihe von Verfahrenskammern umfasst, in
denen das jeweilige Oberflächenbehandlungsverfahren
durchgeführt
wird. Ein solcher Roboter muss die Systemverfahrenskammern nacheinander
bedienen, welches die Effizienz des Systems begrenzt. Ein Roboter
dieses Typs kann hoch entwickelte Elektronik und Software erfordern.
Mit Clustersystemen kann es zusätzlich
die Schwierigkeit geben, diese so einzustellen, dass die Zeit, die
jedes Substrat im Vakuum verbringt, für alle Substrate gleich ist.
Manche Clustersysteme sind so entwickelt, dass nur eine Art von Substraten
verwendet werden kann, und wenn das System andere Arten von Substraten
behandeln soll, wird eine Systemumstellung notwendig, die schwierig
und kostspielig durchzuführen
ist.
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US 5,415,729 offenbart einen
Vakuumbehandlungsapparat, der eine Vakuumsbehandlungskammer besitzt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur
verbesserten Bewegung von Substraten zwischen Kammern, die in der
Vorrichtung enthalten sind, bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung des allgemeinen Typs gelöst, welche
die charakterisierenden Merkmale gemäß des Anspruchs 1 der Erfindung
aufweist.
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In
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
werden darüber
hinaus die Mehrzahl der Oberflächenbehandlungsverfahren
parallel durchgeführt,
was die Oberflächenbehandlung
effizienter als in dem Stand der Technik macht.
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Des
weiteren bietet die vorliegende Erfindung dadurch einen Vorteil,
dass die gesamte Oberflächenbehandlungszeit,
die in der Vorrichtung verbracht wird, für alle Substrate gleich ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
wird unten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer erklärt, in denen:
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1 einen
schematischen Grundriss einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung
zeigt, und
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2 einen
schematischen Schnitt durch die Vorrichtung in 1 in
zwei Positionen zeigt, wobei der linksseitige Teil zeigt eine erste
Position und der rechtsseitige Teil zeigt eine zweite Position.
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Die
Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 1,
welches eine obere und untere Gehäusehälfte 6, 7 aufweist,
zwischen denen ein Revolver 9 mittig befestigt ist. In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfassen die Gehäusehälften 6, 7 symmetrisch
verteilte, gegenüberliegende
und übereinstimmende
Aussparungen 8, vorzugsweise von gleicher Dimension, die
die Kammern 2 bis 5 bilden. Von den Kammern 2 bis 5 bildet
eine die Vakuumschleusenkammer 2 zu den verbleibenden Kammern 3 bis 5,
welche die Verfahrenskammern bilden, wie in 1 dargestellt.
Die Vorrichtung ist mit einer externen Vakuumquelle ausgestattet,
wie z.B. eine Vakuumpumpe, die mit den Kammern 2 bis 5 durch
eine Öffnung
in jeder Kammer (in der Zeichnung nicht gezeigt) kommuniziert, welche
so gestaltet sind, dass die Kammern nur in einem vernachlässigbaren
Ausmaß miteinander
in Kommunikation stehen.
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Es
ist aus 2 ersichtlich, dass die Gehäusehälften 6, 7 so
gestaltet sind, dass sie eine von zwei Positionen annehmen, wobei
sie in der ersten in Kontakt mit dem Revolver 9 sind, der
dann vom Drehen abgehalten wird. In der zweiten Position sind die Gehäusehälften von
dem Revolver 9 getrennt, so dass dieser rotieren kann.
Zwischen den Gehäusehälften arbeiten
hydraulische Teile 12, wie z.B. Zylinder, die so gestaltet
sind, dass die Gehäusehälften 6, 7 zu
der zweiten Position mittels hydraulischer Kraft gebraucht werden
können,
dargestellt durch einen Pfeil 13. Die oberen und unteren
Gehäusehälften 6, 7 sind
des weiteren so gestaltet, dass sie an die erste Position zurückkehren,
wenn die hydraulische Kraft nicht länger auf die Gehäusehälften 6, 7 wirkt.
Die unteren und oberen Gehäusehälften 6, 7 werden
daher lediglich unter der Wirkung des atmosphärischen Drucks auf die erste
Position gesetzt, dargestellt durch einen Pfeil 14, was
bedeutet, dass keine externe Kraft angewendet werden muss.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Revolver 9 hindurchgehende Aussparungen 10,
die so angeordnet sind, dass bei Drehung des Revolvers 9,
dargestellt durch einen Pfeil 11, zu vordefinierten Drehpositionen,
die Aussparungen 10 mit den Aussparungen 8 übereinstimmen.
Die durchgehenden Aussparungen 10 sind gemäß den Substraten,
die oberflächenbehandelt
werden, gestaltet.
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Der
Revolver 9 ist so gestaltet, dass er mit einem Revolver
austauschbar ist, der Aussparungen 10 unterschiedlicher
Gestaltungsform für
die Oberflächenbehandlung
von Substraten besitzt, die verschiedene Dimensionen aufweisen.
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Es
kann 2 entnommen werden, dass die Gehäusehälften 6, 7 miteinander
durch eine flexible Manschette 15 verbunden sind, vorzugsweise
eine Metallbalgdichtung, die so gestaltet ist, dass die Innenräume des
Gehäuses 1 von
der Atmosphäre
abgeschlossen sind. Die Vakuumschleusenkammer 2 wird mit
dynamischen Manschetten 16, z.B. O-Ringe, bereitgestellt,
die äußerlich
die Kammer 2 umgeben. Diese werden gestaucht, wenn die
Gehäusehälften 6, 7 in
der ersten Position sind, wobei die Vakuumkammer 2 von
dem Rest des Gehäuses 1 und
dem Revolver 9 abgedichtet wird. Dies bedeutet, dass die Vakuumschleusenkammer 2 zur
Atmosphäre
hin geöffnet
werden kann und mittels einer Vakuumquelle evakuiert werden kann,
ohne das Vakuum in anderen Teilen des Gehäuses 1 zu stören.
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Die
Abdichtung in den Verfahrenskammern 3-5 wird durch
die Kraft erreicht, die allein durch den atmosphärischen Druck ausgeübt wird,
sobald Innenräume
des Gehäuses 1 unter
Vakuum stehen, und die Gehäusehälften in
der ersten Position sind. In einer alternativen Ausführungsform
wird das Abdichten, durch Bereitstellung der Verfahrenskammern 3 bis 5 mit
Manschetten 16 des zuvor genannten Typs gewährleistet,
welche äußerlich
die Verfahrenskammern 3 bis 5 umgeben und diese
von dem Rest des Gehäuses 1 und
dem Revolver 9 abdichten.
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Bei
der Oberflächenbehandlung
der Substrate, die in eine Reihe von Oberflächenbehandlungsverfahren unterteilt
werden kann, wird hierfür
ein erstes Substrat in eine Aussparung 10 in dem Revolver 9 in
die Vakuumschleusenkammer 2 platziert, die im folgenden
verschlossen wird und mittels einer Vakuumquelle evakuiert wird.
Danach sind die oberen und unteren Gehäusehälften wie oben beschrieben
getrennt, worauf folgend der Revolver 9 gedreht wird, was
die Substrate in die Verfahrenskammer 3 bringt. Sobald
die Gehäusehälften 6, 7 zusammen
gebracht sind, wird ein erstes Oberflächenbehandlungsverfahren in
der Verfahrenskammer 3 durchgeführt, wie Reinigung der Oberfläche durch
RF-Sputtering, gepulstes
Sputtering in einer Gasatmosphäre
oder Metallionisation, in der die Metallionen z.B. durch Bogenentladungsvaporisation
erzeugt werden können.
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Die
Vakuumschleusenkammer 2 ist von den anderen Teilen des
Gehäuses 1 isoliert
und kann geöffnet
und evakuiert werden während
das Oberflächenbehandlungsverfahren
in den anderen Kammern 3 bis 5 des Gehäuses 1 abläuft. Dies
bedeutet, dass ein zweites Substrat in einer Aussparung 10 in dem
Revolver 9 in der Vakuumschleusenkammer 2 platziert
werden kann. Diese wird evakuiert, während das erste Substrat ein
Oberflächenbehandlungsverfahren
in der Verfahrenskammer 3 durchläuft.
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Sobald
das Oberflächenbehandlungsverfahren
in der Verfahrenskammer 3 abgeschlossen ist, trennen sich
die Gehäusehälften 6, 7 wieder,
worauf folgend der Revolver 9 wieder gedreht wird, und
die Substrate in die nachfolgenden Kammern bringt. In dem obigen
Fall erreicht das erste eingebrachte Substrat die Verfahrenskammer 4 und
das zweite Substrat erreicht daher die Verfahrenskammer 3.
Nachdem die Gehäusehälften 6, 7 zusammengebracht
wurden, wird das entsprechende Oberflächenbehandlungsverfahren in
jeder Verfahrenskammer durchgeführt. In
der Verfahrenskammer 4 wird ein weiteres Oberflächenbehandlungsverfahren
durchgeführt,
wie z.B. Grundbeschichtung des Substrates mit einem Metall, einer
Metalllegierung oder Metallionen.
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Ein
drittes Substrat wird in einer Aussparung 10 in der Vakuumschleusenkammer 2 eingebracht, worauf
ein Evakuieren folgt, während
die oben genannten Oberflächenbehandlungsverfahren
durchgeführt
werden. Das Verfahren oben wird dann erneut wiederholt, worauf folgend
das erste Substrat in eine dritte Verfahrenskammer 5 eingebracht
wird, in der ein Oberflächenbehandlungsverfahren,
wie z.B. Oberbeschichtung mit einem Oxid, abermals stattfindet.
Die nachfolgenden Substrate erreichen daher die nächsten Kammern
in dem Gehäuse 1 zur
gleichen Zeit, wenn das erste eingebrachte Substrat die Verfahrenskammer 5 erreicht.
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Nach
einer weiteren Drehung des Revolvers 9 wird daher das erste
Substrat, das in das Gehäuse 1 eingebracht
wurde, das Oberflächenbehandlungsverfahren
in jeder der Verfahrenskammern 3 bis 5 durchlaufen
haben und wieder die Vakuumschleusenkammer 2 erreichen.
Das erste eingebrachte Substrat wird entfernt und ein fünftes Substrat
wird in das Gehäuse 1 eingebracht,
was bedeutet, dass folglich in allen Kammern 2 bis 5 Substrate
sind, und dass die Oberflächenbehandlungsverfahren
parallel in allen Verfahrenskammern 3 bis 5 durchgeführt werden.
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Die
Vorrichtung ist so gestaltet, dass die meisten der verschiedenen
Oberflächenbehandlungsverfahren
durchgeführt
werden. Das Substrat kann z.B. im Großen und Ganzen mit allen Metallen des
Periodensystems und ihren Legierungen beschichtet werden. Da die
Kammern nur in einem vernachlässigbaren
Ausmaß in
Kommunikation miteinander stehen, kann Plasma für diese Zwecke verwendet werden,
und des weiteren können
Gase zur Beschichtung der Substrate mit Nitriden, Boriden, Oxiden
und Karbiden verwendet werden. Die Vorrichtung ist zusätzlich in
der Lage, Substrate mit den meisten chemischen Verbindungen, Legierungen und
mehrfachen Schichten der zuvor genannten Materialien zu beschichten.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung haben die Gehäusehälften 6, 7 gegenüberliegende
und übereinstimmende
Aussparungen 8. Die Oberflächenbehandlungsquellen sind
am Boden dieser Aussparungen 8 angeordnet. Die Substrate
werden sich daher in demselben Abstand von der Oberflächenbehandlungsquelle
befinden, was die Optimierung verschiedener Oberflächenbehandlungsparameter
erleichtert. Zusätzlich
können
die Aussparungen 8 in sowohl der oberen Gehäusehälfte 6 als auch
in der unteren Gehäusehälfte 7 mit
Oberflächenbehandlungsquellen
ausgestattet werden, so dass die Substrate ein Oberflächenbehandlungsverfahren
aus zwei Richtungen durchlaufen, was jegliches Erfordernis umgeht,
die Substrate zu drehen. Wenn Oberflächenbehandlungsquellen in sowohl
der oberen Gehäusehälfte 6 als
auch in der unteren Gehäusehälfte 7 bereitgestellt
werden, findet auch effizientere Verwendung des Quellenmaterials
statt, da die Teile des Materials, die nicht auf dem Substrat kondensieren,
stattdessen auf der gegenüberliegenden
Oberflächenbehandlungsquelle
kondensieren, so dass es wieder verwendet werden kann. Der Fachmann
wird bereitwillig begrüßen, dass
in einer alternativen Ausführungsform
nur eine der Gehäusehälften 6, 7 mit
Aussparungen 8 bereitgestellt wird, die sich entweder in
der oberen Gehäusehälfte 6 oder
der unteren Gehäusehälfte 7 befinden
können, so
dass die Aussparungen 10 nicht als durchgehende Aussparungen
gestaltet werden müssen.
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Es
muss hervorgehoben werden, dass das Gehäuse 1 nicht auf eine
Vakuumschleusenkammer und drei Verfahrenskammern, wie in 1 gezeigt, beschränkt ist.
In einer alternativen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dient die Mehrheit der Kammern als Vakuumschleusenkammern
für die
anderen Kammern. Zusätzlich
kann das Gehäuse 1 mit einer
Reihe von Verfahrenskammern ausgestattet werden, die gleich der
benötigten
Anzahl von Oberflächenbehandlungsverfahren
ist, wobei das Gehäuse
so gestaltet ist, dass bei Drehung des Revolvers 9 zu einer
vorbestimmten Rotationsposition die Aussparungen 10 immer
mit den Aussparungen 8 übereinstimmen.
Damit der Revolver 9 jedoch ordnungsgemäß arbeitet, müssen zumindest
zwei Kammern vorhanden sein, eine zum Vakuumschleusen und eine für das ausgewählte Oberflächenbehandlungsverfahren.
Es sollte auch angemerkt werden, dass auch wenn 2 eine
Rotation gegen den Uhrzeigersinn zeigt, von oben gesehen und durch
den Pfeil 11 dargestellt, der Revolver 9 gestaltet
ist, um sowohl entgegen des Uhrzeigersinns als auch mit dem Uhrzeigersinn
rotierbar zu sein.
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Des
weiteren kommunizieren in einer alternativen Ausführungsform
eine oder mehrere der Kammern mit einer separaten, individuellen
Vakuumquelle zur effizienteren Reduktion des Druckes, und um das
Risiko auszuschließen,
dass Gas von einer Kammer zu anderen überführt wird.