DE102020124540B4

DE102020124540B4 - Temperiervorrichtung und Vakuumanordnung

Info

Publication number: DE102020124540B4
Application number: DE102020124540.8A
Authority: DE
Inventors: Jochen Krause; Jens Melcher; Ruben Patella
Original assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2040-09-22
Also published as: CN215947396U; DE102020124540A1

Abstract

Temperiervorrichtung (100), aufweisend:• ein Gestell (102), welches eine Befestigungsvorrichtung (102b) zum Befestigen eines zu temperierenden Bauteils auf einer Seite (101a) des Gestells (102) aufweist;• eine der Seite (101a) zugewandte Wärmeübertragungswand (104) zum Austauschen von thermischer Energie mit dem Bauteil;• einen Hohlraum (111), welcher an die Wärmeübertragungswand (104) angrenzt;• zwei Fluidanschlüsse (108a, 108b), welche mittels des Hohlraums (111) fluidleitend miteinander gekoppelt sind;• ein mechanischer Wandler (106), welcher eingerichtet ist, in Reaktion auf eine Druckveränderung, welcher der mechanische Wandler (106) ausgesetzt ist, eine Kraft zwischen dem Gestell (102) und der Wärmeübertragungswand (104) zu vermitteln.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Temperiervorrichtung und eine Vakuumanordnung.
Im Allgemeinen können Substrate in einer Vakuumbeschichtungsanlage prozessiert, z.B. bearbeitet, beschichtet, erwärmt, geätzt und/oder strukturell verändert werden. Ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats ist das so genannte Sputtern. Mittels Sputterns kann beispielsweise eine Schicht oder können mehrere Schichten auf einem Substrat abgeschieden werden. Dazu kann mittels einer Kathode ein plasmabildendes Gas ionisiert werden, wobei mittels des dabei gebildeten Plasmas ein abzuscheidendes Material (auch als Beschichtungsmaterial bezeichnet) der Kathode zerstäubt werden kann. Das zerstäubte Beschichtungsmaterial kann anschließend zu einem Substrat gebracht werden, an dem es sich abscheiden und eine Schicht bilden kann. Exemplarisch sei hierzu auf die DE 10 2011 078 679 A1 verwiesen.
Um die dabei frei werdende thermische Energie abzuführen, können verschiedene Komponenten der Vakuumbeschichtungsanlage wassergekühlt sein. Exemplarisch sei hierzu auf die US 6 074 512 A verwiesen. Müssen diese außerhalb der Vakuumbeschichtungsanlage gewartet werden, ist herkömmlicherweise ein aufwändiger Montageprozess nötigt, um eine wassergekühlte Komponente von dem Kühlkreislauf zu trennen, ohne dass Kühlwasser in die Vakuumbeschichtungsanlage gelangt. Beispielsweise wird diese Aufgabe von Hand durchgeführt, was den Mensch als Fehlerquelle einbringt und zeitaufwändig ist. Beim Beschichten des Substrats kann dessen Umgebung beispielsweise parasitär beschichtet werden, so dass herkömmlicherweise gekühlte Opferbleche verwendet werden, welche überschüssiges Beschichtungsmaterial auffangen. Sollen diese getauscht werden, fällt dieser aufwändige Montageprozess an.
Die sich daraus ergebene Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand gemäß dem Patentanspruch 1.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde anschaulich erkannt, dass jede in der Vakuumkammer angeordnete Fluidverbindung, die bei dem Montageprozess geöffnet und wieder verschlossen wird, eine potentielle Fehlerquelle ist, selbst wenn diese sehr gewissenhaft bedient und technologisch höchsten Ansprüchen genügt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird diese Fehlerquelle minimiert mittels einer Temperiervorrichtung und einer Vakuumanordnung, bei welcher die fluiddurchflossene Baugruppe und die zu kühlende Baugruppe getrennt voneinander sind. Dies erreicht, dass der Kühlkreislauf geschlossen bleibt, wenn die zu kühlende Komponente ausgetauscht wird.
Die gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereitgestellte Temperiervorrichtung und Vakuumanordnung vereinfachen somit, z.B. in einer hocheffektiven Vakuumbeschichtungsanlage, den Wartungsaufwand und verkürzen die Wartungszeit. Beispielsweise wird es erleichtert, eine Automatisierung der Montageschritte durchzuführen (z.B. mittels einer Steuervorrichtung). Dies kann es erlauben, einen vollautomatischen Betrieb zu implementieren.
In einer exemplarischen Implementierung wird eine Wartungskomponente in ein in der Vakuumkammer angeordnetes Trägersystem eingelegt und per Schnellspannsystem daran befestigt. Der fluiddurchflossene Kühlkörper ist in dem Trägersystem integriert und wird mittels eines Expansionskörpers an die Wartungskomponente angepresst und/oder davon wieder gelöst.
Es zeigen

1 bis 8 jeweils eine Temperiervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten;
9 und 10 jeweils ein Verfahren zum Betrieb der Temperiervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten; und
11 eine Vakuumanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung (z.B. ohmsch und/oder elektrisch leitfähig, z.B. einer elektrisch leitfähigen Verbindung), eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Begriff „gekoppelt“ oder „Kopplung“ im Sinne einer (z.B. mechanischen, hydrostatischen, thermischen und/oder elektrischen), z.B. direkten oder indirekten, Verbindung und/oder Wechselwirkung verstanden werden. Mehrere Elemente können beispielsweise entlang einer Wechselwirkungskette miteinander gekoppelt sein, entlang welcher die Wechselwirkung ausgetauscht werden kann, z.B. ein Fluid (dann auch als fluidleitend gekoppelt bezeichnet). Beispielsweise können zwei miteinander gekoppelte Elemente eine Wechselwirkung miteinander austauschen, z.B. eine mechanische, hydrostatische, thermische und/oder elektrische Wechselwirkung. Eine Kopplung mehrerer Vakuumkomponenten (z.B. Ventilen, Pumpen, Kammern, usw.) miteinander kann aufweisen, dass diese fluidleitend miteinander gekoppelt sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann „gekuppelt“ im Sinne einer mechanischen (z.B. körperlichen bzw. physikalischen) Kopplung verstanden werden, z.B. mittels eines direkten körperlichen Kontakts. Eine Kupplung kann eingerichtet sein, eine mechanische Wechselwirkung (z.B. Kraft, Drehmoment, etc.) zu übertragen.
Eine fluidleitende Verbindung bzw. Kopplung zwischen zwei Elementen kann ermöglichen, dass die zwei Elemente ein Fluid (d.h. ein flüssiges Material und/oder gasförmigen Material aufweisend oder daraus gebildet) miteinander austauschen können. Die fluidleitende Verbindung kann optional nach außen hin abgedichtet sein, so dass der Austausch des Fluids im Wesentlichen verlustfrei erfolgt.
Verschiedene Bauteile (auch als Komponenten bezeichnet) nehmen im Betrieb thermische Leistung (auch als Wärmeleistung bezeichnet) auf, z.B. indem diese elektrische Leistung in thermische Leistung umwandeln oder indem diese Wärmestrahlung absorbieren. Dabei steigt deren Temperatur (auch als Erwärmen bezeichnet) bis die inhärent an die Umgebung abgegebene Wärmeverlustleistung der aufgenommen thermischen Leistung (auch als Leistungsaufnahme bezeichnet) entspricht. Die Temperatur de Komponente ergibt sich dabei, als Gleichgewicht aus Wärmeverlustleistung und thermischer Leistungsaufnahme.
Um die Temperatur zu verringern, kann die Wärmeverlustleistung der Komponente vergrößert werden, z.B. indem der Komponente thermische Energie entzogen wird (auch als aktives Kühlen oder vereinfacht nur als Kühlen bezeichnet) mittels einer sogenannten Wärmekontaktwand. Auf dieselbe Weise kann der Komponente ebenso thermische Energie zugeführt werden (auch als aktives Erwärmen oder vereinfacht nur als Erwärmen bezeichnet). Allgemeiner gesprochen, kann die Komponente temperiert (d.h. gekühlt und/oder erwärmt) werden. Die Wärmekontaktwand stellt dabei anschaulich diejenige Wand bereit, durch welche hindurch der Austausch von Wärmeenergie zwischen der zu kühlenden Komponente und einem Fluid als Wärmeträger (auch als Wärmetransportmittel bezeichnet) erfolgt.
Die Wärmekontaktwand kann beispielsweise von dem Fluid durchflossen sein oder zumindest an das fließende Fluid angrenzen, welches einen Teil der entzogenen Wärme konduktiv aufnimmt und konvektiv (d.h. mittels eines Stofftransports) abtransportiert. Das Fluid kann eine geringere Temperatur aufweisen als die Wärmekontaktwand, so dass ein kontinuierlicher Wärmestrom von der Wärmekontaktwand zu dem Fluid hin bereitgestellt wird. In Analogie kann die Wärmekontaktwand eine geringere Temperatur aufweisen als die zu temperierende Komponente, so dass ein kontinuierlicher Wärmestrom von der Komponente zu der Wärmekontaktwand hin bereitgestellt wird. Das Fluid kann somit thermische Leistung von der Komponente aufnehmen und entlang der Strömungsrichtung abtransportieren. Dieser Prozess der Wärmeaufnahme mittels eines strömenden Fluids erreicht, dass eine hohe Leistung auf geringem Raum abtransportiert werden kann.
Grundsätzlich kann dieser Wärmetransport zu der zu temperierenden Komponente hin oder von dieser weg erfolgen. Das Temperieren der Komponente kann das Kühlen und/oder das Erwärmen der Komponente aufweisen. Hierin wird bezüglich der Temperiervorrichtung unter anderem auf den Vorgang des Kühlens der Komponente mittels der Temperiervorrichtung Bezug genommen. Das für das Kühlen Beschriebene kann in Analogie gelten für den Vorgang des Erwärmens der Komponente mittels der Temperiervorrichtung, wobei dann der Wärmetransport in umgekehrte Richtung erfolgt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein wärmeleitfähiges Material ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein. Grundlegend kann alternativ oder zusätzlich zu dem Metall aber auch ein anderes wärmeleitfähiges Material verwendet werden. Als wärmeleitfähig kann hierin verstanden werden, als eine Wärmeleitfähigkeit aufweisend von ungefähr 100 Watt pro Meter und Kelvin (W/m·K) oder mehr, zum Beispiel ungefähr 200 W/m·K oder mehr (auch als hochwärmeleitfähig bezeichnet), zum Beispiel ungefähr 300 W/m·K oder mehr, zum Beispiel ungefähr 400 W/m·K oder mehr. Beispiele für das hochwärmeleitfähige Metall weisen auf: Kupfer, Aluminium oder Legierungen davon.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Fluid (z.B. ein Kühlfluid) ein Gas (z.B. Kühlgas) und/oder eine Flüssigkeit (z.B. Kühlflüssigkeit) aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann die Flüssigkeit Wasser aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann die Flüssigkeit ein Öl aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. ein synthetisches und/oder mineralisches Öl. Im Allgemein kann verstanden werden, dass ein beliebiges geeignetes fluides Medium (auch als Fluid bezeichnet) als Kühlfluid verwendet werden kann.
1 veranschaulicht eine Temperiervorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
Die Temperiervorrichtung 100 weist ein Gestell 102, eine Wärmeübertragungswand 104 und einen mechanischen Wandler 106 (kurz auch als Wandler bezeichnet) auf.
Das Gestell 102 weist auf einer Seite 101a (auch als Montageseite oder anschaulicher als Oberseite bezeichnet) der Temperiervorrichtung 100, welcher die Wärmeübertragungswand 104 zugewandt ist, eine Befestigungsvorrichtung 102b auf. Mittels der Befestigungsvorrichtung 102b kann eine zu temperierende Komponente (auch als Bauteil bezeichnet), z.B. eine Wartungskomponente, auf der Montageseite 101a an dem Gestell 102 befestigt werden.
Die Wärmeübertragungswand 104 kann beweglich 109 relativ zu dem Gestell 102 eingerichtet sein, z.B. zu der Montageseite 101a hin oder von dieser weg beweglich 109 (z.B. entlang Richtung 105). Beispielsweise kann die Wärmeübertragungswand 104 als Ganze verschiebbar relativ zu dem Gestell 102 gelagert sein, z.B. mittels einer Lagervorrichtung (z.B. ein Linearlager aufweisend oder daraus gebildet). Alternativ oder zusätzlich kann die Wärmeübertragungswand 104 derart verformbar sein, dass sich zumindest ein Abschnitt der Wärmeübertragungswand 104 relativ zu dem Gestell 102 bewegen lässt.
Die Befestigungsvorrichtung 102b kann beispielsweise eingerichtet sein, das Bauteil mit dem Gestell derart zu verbinden, dass eine Bewegung des Bauteils relativ von dem Gestell weg, z.B. in Richtung 105 zu der Montageseite 101a hin, oder von der Montageseite 101a weg, blockiert ist, wenn das Bauteil mittels der Befestigungsvorrichtung 102b mit dem Gestell verbunden ist. Die Befestigungsvorrichtung 102b kann beispielsweise eingerichtet sein, zwischen dem Bauteil und dem Gestell 102 einen Formschluss herzustellen, beispielsweise wenn die Befestigungsvorrichtung 102b betätigt wird.
Zum Herstellen des Formschlusses kann die Befestigungsvorrichtung 102b beispielsweise eine oder mehr als eine Öse aufweisen, ein oder mehr als ein Gewinde aufweisen, eine oder mehr als eine Nut aufweisen, einen oder mehr als einen Haken aufweisen, oder dergleichen. Allgemeiner gesprochen kann die Befestigungsvorrichtung 102b eine oder mehr als eine Formschlusskontur aufweisen, um den Formschluss herzustellen.
Beispiele für Komponenten der Befestigungsvorrichtung weisen auf: ein Verschluss z.B. ein Schnellspannverschluss, ein Linearverschluss und/oder ein Bajonettverschluss), eine Schraube, eine Rastnase, ein Zugmittel. Beispiele für das Herstellen der Verbindung mittels der Befestigungsvorrichtung weisen auf: eine Relativbewegung zwischen dem Gestell und der zu temperierenden Komponente, ein Einrasten des Verschlusses, händisches Einstecken von Bolzen, Einschrauben und/oder Einhaken eines Befestigungsmittels. Beispiele für die Implementierung der Relativbewegung weisen auf: ein Schlitten, der in einem U-Profil des Gestells 102 bewegt wird; oder ein Exzenterspanner, der den Schlitten bewegt.
Die Wärmeübertragungswand 104 kann ein wärmeleitfähiges Material aufweisen, z.B. zumindest auf der Montageseite 101a, oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann das wärmeleitfähige Material an der Montageseite 101a freiliegen.
Die Temperiervorrichtung 100 weist ferner einen Hohlraum 111 und zwei Fluidanschlüsse 108a, 108b (z.B. Kühlfluidanschlüsse) auf, welche mittels des Hohlraums 111 fluidleitend miteinander gekoppelt sind.
Der oder jeder Fluidanschluss 108a, 108b kann beispielsweise einen hervorstehenden Rohrstumpf aufweisen oder daraus gebildet sein. Der oder jeder Fluidanschluss 108a, 108b kann beispielsweise eine Dichtung aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine Ringdichtung. Der oder jeder Fluidanschluss 108a, 108b kann beispielsweise ein Gewinde aufweisen. Der oder jeder Fluidanschluss 108a, 108b kann beispielsweise den Klickverschluss aufweisen.
Der Hohlraum 111 kann an die Wärmeübertragungswand 104 angrenzen, z.B. zumindest an deren wärmeleitfähiges Material. Dies erreicht, dass ein durch den Hohlraum 111 fließendes Fluid in physischem Kontakt mit der Wärmeübertragungswand 104, z.B. mit deren wärmeleitfähigen Material, ist.
Der Wandler 106 kann im Allgemeinen eingerichtet sein, in Reaktion auf eine Druckveränderung, welcher der Wandler 106 ausgesetzt ist, eine Kraft (auch als Anpresskraft bezeichnet) zwischen dem Gestell und der Wärmeübertragungswand 104 zu vermitteln (dann auch als Druck-Kraft-Wandler 106 bezeichnet). Der Wandler 106 kann im Allgemeinen eingerichtet sein, in Reaktion auf die Druckveränderung, sein Volumen zu ändern (auch als Volumenänderung bezeichnet), seine Form zu ändern und/oder seine Ausdehnung zu ändern. Der Wandler 106 kann derart mit dem Gestell 102 und der Wärmeübertragungswand 104 gekuppelt sein, dass die Änderung des Volumens, der Form und/oder der Ausdehnung die Anpresskraft bewirkt, die zwischen dem Gestell 102 und der Wärmeübertragungswand 104 vermittelt wird.
Die Druckänderung kann beispielsweise aufweisen, dass ein Druck (auch als Innendruck bezeichnet), dem das Innere des Expansionskörpers ausgesetzt ist, und/oder ein Druck, dem das Äußere des Expansionskörpers ausgesetzt ist (auch als Außendruck bezeichnet), verändert wird. Beispielsweise kann die Druckveränderung aufweisen, dass eine Differenz zwischen dem Außendruck und dem Innendruck verändert ist. Beispielsweise kann die Druckveränderung aufweisen, dass nur der Außendruck verändert wird oder nur der Innendruck verändert wird.
Beispielsweise kann eine Änderung der Anpresskraft eine Funktion der Druckveränderung sein, so dass die Anpresskraft mit der Druckveränderung zunimmt. Die Anpresskraft kann beispielsweise von dem Gestell 102 weg gerichtet sein, so dass die Wärmeübertragungswand 104 oder zumindest ein Abschnitt dieser von dem Gestell 102 weg bewegt wird (auch als Anpressbetrieb bezeichnet). Wird die Druckveränderung invertiert, kann die Anpresskraft wieder verringert werden, bis diese null ist (auch als Lösungsbetrieb bezeichnet).
Beispielsweise kann der Druck-Kraft-Wandler 106 einen Expansionskörper (auch als expansionsfähiger Körper, Druckexpansionskörper oder kurz auch als Druckkörper bezeichnet) aufweisen. Der Expansionskörper kann eingerichtet sein, sein Volumen zu verändern (auch als Volumenänderung bezeichnet) in Reaktion auf die Druckveränderung. Beispielsweise kann der Druckexpansionskörper einen Hohlkörper aufweisen. Beispiele für einen Expansionskörper weisen auf: ein Ballon, ein Hubzylinder, ein Schlauch, einen Balg (z.B. einen Faltenbalg), ein geschlossenporiger Schaumstoff, ein flexibler Behälter.
Eine wenig komplexe Implementierung weist auf, dass der Druck-Kraft-Wandler 106 einen flexiblen Behälter aufweist, welcher im belüfteten Zustand der Vakuumkammer 802 (siehe 11) drucklos verbaut ist und dementsprechend im Inneren atmosphärischen Luftdruck aufweist. Mittels des Evakuierens der Vakuumkammer 802 kann die Druckveränderung bewirkt werden, so dass der Druckkörper expandiert und gegen die Wärmeübertragungswand 104 presst. Der Druckkörper kann beispielsweise einen Gummi oder auch ein Silikon aufweisen oder daraus gebildet sein.
Die Druckänderung kann beispielsweise aufweisen, dass der Innendruck, den der Expansionskörper einschließt, relativ zu dem Außendruck, der von außen auf den Expansionskörper einwirkt, verändert wird. Die Volumenvergrößerung kann beispielsweise erfolgen, wenn der Innendruck relativ zu dem Außendruck zunimmt. Eine Volumenverkleinerung kann beispielsweise erfolgen, wenn der Innendruck relativ zu dem Außendruck abnimmt.
Der Anpressbetrieb kann beispielsweise aufweisen, dass der Außendruck des mechanischen Wandlers 106 verringert wird, beispielsweise derart, dass dieser in seinem Volumen vergrößert wird (auch als Volumenvergrößerung oder Expansion bezeichnet). Der Lösungsbetrieb kann beispielsweise aufweisen, dass der Außendruck des mechanischen Wandlers 106 vergrößert wird, beispielsweise derart, dass dieser in seinem Volumen verkleinert wird (auch als Volumenvergrößerung oder Expansion bezeichnet).
Hierin wird unter anderem auf einen Expansionskörper als exemplarischen Wandler 106 Bezug genommen. Das für den Expansionskörper Beschriebene, kann in Analogie für einen anders eingerichteten Wandler 106 gelten, der nicht notwendigerweise sein Volumen ändert, um die Anpresskraft zu erzeugen.
Das Gestell 102 kann beispielsweise einen Abschnitt 102a (auch als Gestellbasis 102a bezeichnet) aufweisen. Der Wandler 106 kann den Gestellbasis 102a und die Wärmeübertragungswand 104 miteinander kuppeln. Die Anpresskraft kann dann zwischen dem Gestellbasis 102a und der Wärmeübertragungswand 104 vermittelt werden.
Hierin wird Bezug genommen auf eine leicht verständliche exemplarische Implementierung der Temperiervorrichtung 100, bei welcher der Wandler 106 zwischen der Wärmeübertragungswand 104 und dem Gestellbasis 102a angeordnet ist. Das für diese exemplarische Implementierung Beschriebene kann in Analogie gelten, für andere Implementierungen der Temperiervorrichtung 100, bei welcher der Wandler 106, die Wärmeübertragungswand 104 und der Gestellbasis 102a anders angeordnet sind.
2 veranschaulicht eine Temperiervorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 200 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, in denen die Temperiervorrichtung 100 einen Hohlkörper 204 (auch als Temperierkörper bezeichnet) aufweist, d.h. einen Körper, welcher den Hohlraum 111 aufweist. Eine Außenwand des Temperierkörpers 204 kann die Wärmeübertragungswand 104 aufweisen oder daraus gebildet sein.
Der Temperierkörper 204 kann beispielsweise in Form einer Fluidleitung ausgebildet sein, welche eine flache Außenfläche aufweist. Der Temperierkörper 204 kann beispielsweise einen Kühlkörper aufweisen oder daraus gebildet sein.
Der Temperierkörper 204 und der Wandler 106 können somit separate Komponenten sein. Dies erreicht eine einfachere Fertigung und/oder eine bessere Temperierung. Beispielsweise können sich der Temperierkörper 204 und der Wandler 106 in ihrem Material voneinander unterscheiden, so dass der Wandler 106 eine bessere Druckreaktion aufweist und der Temperierkörper 204 eine bessere Temperaturleitfähigkeit aufweist.
Beispielsweise kann der Temperierkörper 204 ein erstes Material (auch als Temperiermaterial bezeichnet) aufweisen oder daraus gebildet sein und der Wandler 106 kann ein zweites Material (auch als Wandlermaterial bezeichnet) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Beispielsweise kann das Temperiermaterial eine größere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als das Wandlermaterial. Beispielsweise kann das Temperiermaterial ein größeres Elastizitätsmodul aufweisen als das Wandlermaterial. Beispielsweise kann das Temperiermaterial eine geringere Elastizitätsgrenze aufweisen als das Wandlermaterial.
Beispielsweise kann das Temperiermaterial das wärmeleitfähige Material aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann das Wandlermaterial ein Elastomer (z.B. Neopren) oder Federstahl aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Elastomer kann beispielsweise einen Gummi oder auch ein Silikon aufweisen oder daraus gebildet sein.
In diesem Fall kann bei der Kopplungsbewegung und der Entkopplungsbewegung der gesamte Temperierkörper 204 bewegt werden. Um diese Bewegung auszugleichen, kann die Temperiervorrichtung pro Fluidanschluss 108a, 108b eine flexible Fluidleitung 208a, 208b aufweisen, welche den Fluidanschluss 108a, 108b mit dem Hohlraum 111 fluidleitend koppelt. Dies verringert die Gefahr eines Leitungsbruchs. Die oder jede flexible Fluidleitung 208a, 208b kann beispielsweise einen Schlauch aufweisen oder daraus gebildet sein. Die oder jede flexible Fluidleitung 208a, 208b kann beispielsweise eine Elastomer aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Elastomer kann beispielsweise einen Gummi oder auch ein Silikon aufweisen oder daraus gebildet sein.
3 veranschaulicht eine Temperiervorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 300 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, in denen der Wandler 106 den Hohlraum 111 und die Wärmeübertragungswand 104 aufweist. In diesem Fall kann der Innendruck der Druck des Fluids in dem Hohlraum 111 sein. Diese Konfiguration erreicht weniger Bauteile und somit eine Verringerung von Lagerhaltungskosten und dergleichen.
Beispielsweise kann der Wandler 106 aus verschiedenen Materialien zusammengefügt sein. Beispielsweise kann ein erster Abschnitt des Wandlers 106 die Wärmeübertragungswand 104 aufweisen, welche das Temperiermaterial aufweist oder daraus gebildet ist. Beispielsweise kann ein zweiter Abschnitt des Wandlers 106 eine Verformungswand 304 aufweisen, welche das Wandlermaterial aufweist oder daraus gebildet ist. Diese Konfiguration kann zwar schwerer herzustellen sein, ermöglicht allerdings, den Wärmetransport durch die Wärmeübertragungswand 104 hindurch zu optimieren.
Ebenso können die Verformungswand 304 und die Wärmeübertragungswand 104 dasselbe Material aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. das Wandlermaterial. Diese Konfiguration kann zwar den Wärmetransport durch die Wärmeübertragungswand 104 hindurch erschweren, erreicht allerdings eine höhere Zuverlässigkeit der Temperiervorrichtung 100, anschaulich da weniger Grenzflächen zwischen verschiedenen Materialien existieren. Der geringere Wärmetransport kann allerdings in Kauf genommen werden, wenn das zu temperierende Bauteil anschaulich weniger stark gekühlt werden muss und/oder wenn die Kontaktfläche zwischen dem zu temperierenden Bauteil und der Wärmeübertragungswand 104 groß genug ist.
Optional kann die Temperiervorrichtung 100 pro Fluidanschluss 108a, 108b eine flexible Fluidleitung 208a, 208b aufweisen, welche den Fluidanschluss 108a, 108b mit dem Hohlraum 111 fluidleitend koppelt. Dies verringert die Gefahr eines Leitungsbruchs. Die oder jede flexible Fluidleitung 208a, 208b kann beispielsweise einen Schlauch aufweisen oder daraus gebildet sein. Die oder jede flexible Fluidleitung 208a, 208b kann beispielsweise eine Elastomer aufweisen oder daraus gebildet sein.
4 veranschaulicht eine Temperiervorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 400 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, in denen der Hohlraum 111 von dem Gestell 102 begrenzt ist. Diese Konfiguration erreicht anschaulich, dass das Gestell 102 mittels des Fluids gekühlt wird.
Beispielsweise kann das Gestell 102 wannenförmig sein, so dass das Gestell 102 eine Vertiefung 402 aufweist, in welcher der Hohlraum 111 bereitgestellt ist. Beispielsweise kann die Wärmeübertragungswand 104 in der Vertiefung 402 angeordnet sein. Soll die Wärmeübertragungswand 104 als Ganze beweglich relativ zu dem Gestell 102 sein, kann die Temperiervorrichtung 100 ferner eine Dichtung 404 (z.B. einen Dichtungsring) aufweisen, welche einen Spalt zwischen der Wärmeübertragungswand 104 und dem Gestell 102 abdichtet.
Nachfolgend wird auf konkretere exemplarische Implementierungen der Temperiervorrichtung 100 Bezug genommen, in denen die Temperiervorrichtung 100 den Wandler 106 und separat davon einen Temperierkörper 204 aufweist. Das für diese exemplarischen Implementierungen Beschriebene kann in Analogie für die vorstehend erläuterten Ausführungsformen der Temperiervorrichtung 100 gelten, in denen der Wandler 106 und der Temperierkörper 204 beispielsweise gemeinsame Komponente aufweisen.
5 veranschaulicht eine Temperiervorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 500 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, in welcher die Temperiervorrichtung 100 mit dem zu temperierenden Bauteil 502 gekuppelt ist. Das zu temperierenden Bauteil 502 kann beispielsweise ein Blech aufweisen, z.B. eine Gegensputterebene, wie später noch genauer beschrieben wird.
Die Temperiervorrichtung 100 kann den Temperierkörper 204 aufweisen, der von dem Hohlraum 111 durchdrungen ist.
Der Wandler 106 kann den Expansionskörper 106e und optional einen Druckvermittler 106u aufweisen. Der Druckvermittler 106u kann eine erste Kontaktfläche mit dem Temperierkörper 204 und eine zweite Kontaktfläche mit dem Expansionskörper 106e aufweisen, wobei sich erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche optional voneinander unterscheiden können. Dies erreicht, dass der Temperierkörper 204 von Form und Größe nicht zwangsläufig an die Form und Größe des Expansionskörpers 106e angepasst werden muss und erreicht damit eine größere Flexibilität bei der Konstruktion. Beispielsweise kann die erste Kontaktfläche kleiner sein, als die zweite Kontaktfläche.
Der Expansionskörper 106e kann beispielsweise eine Falte 606f aufweisen, welche dessen Expansionsfähigkeit verbessert. Dies erreicht beispielsweise, dass das Wandlermaterial, aus dem der Expansionskörper 106e ist, nicht zwangsläufig eine hohe Elastizitätsgrenze aufweisen muss.
Das zu temperierende Bauteil kann optional einen Vorsprung 506 (z.B. Balken) aufweisen, dessen Funktion später genauer beschrieben wird. Der Vorsprung 506 kann in das wannenförmige Gestell 102 hinein erstreckt sein.
Wird der Druck (z.B. Innendruck und/oder Außendruck), dem der Expansionskörper 106e ausgesetzt ist, verändert, verschiebt dieser den Druckvermittler 106u in Richtung zu der Montageseite 101a hin. Diese Bewegung (auch als Hub bezeichnet) wird mittels des Druckvermittlers 106u an den Temperierkörper 204 vermittelt.
Der Hub, den der Expansionskörper 106e bereitstellt, kann beispielsweise größer sein als die Summe der Strecke s₁, um welche sich der Temperierkörper 204 bewegen kann, bis dieser das zu temperierende Bauteil 502 kontaktieret, und der Strecke S₂, um welche sich das zu temperierende Bauteil 502 frei bewegen kann, bevor dessen Bewegung mittels der Befestigungsvorrichtung blockiert wird.
Der Druckvermittler 106u weist beispielsweise eine Platte 510 (z.B. ein Blech) und mehrere Druckstempel 512 (z.B. Winkelprofile) auf als separate Baugruppe. Um die Anpresskraft auf den Temperierkörper 204 zu übertragen, kann sich die Platte 510 des Druckvermittlers 106u über den gesamten Grundriss des Expansionskörpers 106e erstrecken. Auf der Platte 510 des Druckvermittlers 106u sind jeweils die Druckstempel 512 angebracht. Diese Anordnung erlaubt ein flexibles Verhalten des Druckvermittlers 106u.
Die Wärmeübertragungswand 104 kann optional eine Kupferlitze aufweisen oder daraus gebildet sein. Diese verbessert den thermischen Kontakt und/oder ermöglicht einen Höhenausgleich.
6 veranschaulicht eine Temperiervorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 600 in einer perspektivischen Explosionsansicht. Das Gestell 102 (vereinfacht auch als Träger bezeichnet) kann eingerichtet sein, den Druckvermittler sowie der Temperierkörper 204 (z.B. samt Wärmeübertragungswand 104) aufzunehmen, z.B. in dessen Vertiefung 402.
Wie dargestellt, kann der Expansionskörper 106e einen längserstreckten Schlauch aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Expansionskörper 106e kann optional einen Fluidanschluss aufweisen. Dies erreicht, dem Expansionskörper 106e ein Fluid zuzuführen, so dass der Innendruck des Expansionskörpers 106e verändert werden kann. Dies erreicht, dass Anpresskraft, die auf die Wärmeübertragungswand 104 vermittelt wird, besser eingestellt werden kann.
Die Befestigungsvorrichtung 102b weist beispielsweise einen oder mehr als einen am Gestell 102 angebrachten Bolzen 606 auf, welche sich durch die Vertiefung des wannenförmigen Gestells 102 hindurch erstrecken. Mittels des oder jedes Bolzens 606 kann das formschlüssige Ankuppeln des zu temperierenden Bauteils 502 erfolgen, wie nachfolgend genauer beschrieben wird.
7 veranschaulicht eine Temperiervorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 700 in einer perspektivischen Schnittansicht. Wird der Druckvermittler 106u verwendet, kann dieser entsprechende Aussparungen aufweisen, in denen die Bolzen 606 angeordnet sein oder werden können bzw. durch welche die Bolzen 606 hindurch erstreckt sind. Dies erreicht, dass der Druckvermittler 106u als zusammenhängender Körper bereitgestellt werden kann, was die räumliche Verteilung der Anpresskraft homogenisiert.
8 veranschaulicht eine Temperiervorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 800 in einer perspektivischen Ansicht.
Der Expansionskörper 106e kann optional einen Fluidanschluss 822 (auch als Innendruckanschluss bezeichnet) aufweisen, welche durch eine Seitenwand des Gestells 102 hindurch erstreckt ist. Mittels des Innendruckanschlusses 822 kann dem Expansionskörper 106e ein Fluid zugeführt werden, so dass der Innendruck des Expansionskörpers 106e verändert werden kann. Dies erreicht, dass Anpresskraft, die auf die Wärmeübertragungswand 104 vermittelt wird, eingestellt werden kann, z.B. mittels einer Steuervorrichtung. Anschaulich kann mittels des Innendruckanschlusses 822 eine Feinjustierung des Druckunterschieds und damit der Anpresskraft erfolgen. Dies erleichtert ferner eine automatisierte Implementierung der Temperiervorrichtung.
Alternativ oder zusätzlich kann mittels des Innendruckanschlusses 822 eine Dichtheitsprüfung erfolgen. Die Dichtheitsprüfung erreicht eine verbesserte Zuverlässigkeit.
Das Gestell 102 kann optional verschiebbar gelagert sein. Dazu kann das Gestell 102 eine Trägerauflage 844 aufweisen, welche auf Rollen (nicht dargestellt) einer Lagervorrichtung verschiebbar gelagert ist. Das Verschieben des Gestells 102 kann mittels einer Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) erfolgen. Die Betätigungsvorrichtung kann handbetrieben sein oder kann eine elektrisch Antriebsvorrichtung (z.B. einen Motor, ein Getriebe oder einen Hubkolben aufweisend) aufweisen zum Antreiben der Verschiebung. Die Betätigungsvorrichtung kann beispielsweise ein Hebelsystem aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Gestell 102 kann beispielsweise als Schlitten eingerichtet sein. Dies verbessert die verschiebbare Lagerung des Gestells 102.
Die Wannenform des Gestells 102 erreicht, dass die Ausdehnung des Expansionskörpers 106 infolge der Druckveränderung in Richtung zur Montageseite 101a und damit zur Wärmeübertragungswand 104 geleitet wird. Wenn es sich bei dem Expansionskörpers 106 um einen separaten Hohlkörper handelt, kann beispielsweise die Dichtheitsprüfung erfolgen. Die Dichtheitsprüfung kann aufweisen, dass dem Expansionskörper 106e ein Prüfgas (z.B. Helium) zur Dichtheitsprüfung zugeführt wird.
9 veranschaulicht ein Verfahren zum Betrieb der Temperiervorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten, nämlich einer Seitenansicht 901 und einer Querschnittsansicht 903.
Das Verfahren kann aufweisen, in 900a, Zusammenführen der Temperiervorrichtung 100 und des zu temperierenden Bauteils 502. Das Zusammenführen kann beispielsweise aufweisen, dass das zu temperierende Bauteil 502 auf der Montageseite 101a angeordnet wird und/oder mit dem Gestell 102 in körperlichem Kontakt gebracht wird. Das Zusammenführen kann beispielsweise aufweisen, dass der Vorsprung 506 des Bauteils 502 in die Vertiefung des Gestells 102 hineingebracht wird. Der Vorsprung 506 des Bauteils 502 kann beispielsweise eine Aussparung 506a (auch als Befestigungsaussparung 506a bezeichnet) aufweisen, in welcher der Bolzen 606 der Befestigungsvorrichtung 102b aufgenommen wird.
Die Befestigungsaussparung 506a kann beispielsweise entlang eines gekrümmt oder gewinkelten Pfads in den Vorsprung 506 hinein erstreckt sein. Dies erreicht, dass der Vorsprung 506 des Bauteils 502 eine hakenförmige Formschlusskontur 506h aufweist.
Hier ist anschaulich die entriegelte Position der Baugruppe gezeigt. Der Balken 506 ist vollständig eingesetzt und liegt beispielsweise auf dem Bolzen 606, auf der Kante des Gestells 102 sowie auf einem optionalen Auflager auf.
Das Verfahren kann aufweisen, in 900b, Befestigen des Bauteils 502 an dem Gestell 102, z.B. mittels Betätigens der Befestigungsvorrichtung. Das Betätigen der Befestigungsvorrichtung kann beispielsweise aufweisen, dass der Bolzen 606 relativ zu dem Vorsprung 506 des Bauteils 502 verlagert wird, so dass der Bolzen 606 hinter die hakenförmige Formschlusskontur 506h gelangt (auch als Befestigen 900b bezeichnet). Das Lösen des Bauteils 502 von dem Gestell 102 (anschaulich Entriegelung) erfolgt entsprechend in umgekehrter Reihenfolge.
Als Ergebnis des Befestigens des Bauteils 502 an dem Gestell 102 ist eine Bewegung des Bauteils 502 von dem Gestell 102 weg blockiert (d.h. diese sind aneinander befestigt). Es kann verstanden werden, dass ein solcher Formschlussmechanismus auch auf andere Weise bereitgestellt werden kann. Es kann verstanden werden, dass alternativ oder zusätzlich zu dem Bolzen 606 das Bauteil 502 auch mit dem Gestell verschraubt, in dieses eingehengt oder diese anderweitig aneinander befestigt werden können.
Das Verlagern des Bolzens 606 relativ zu dem Vorsprung 506 kann beispielsweise aufweisen, dass das Gestell 102 (wenn dieses verschiebbar gelagert ist) verschoben wird, z.B. entlang einer Richtung 103, entlang welcher die Vertiefung des Gestells 102 und/oder das Gestell 102 selbst längserstreckt sind.
Das Verlagern des Gestells 102 kann beispielsweise aufweisen, dass das Gestell 102 mittels des Hebelsystems verlagert bewegt wird. Um eine widerstandsarme Bewegung des Gestells 102 zu erreichen, kann die Wärmeübertragungswand 104 (z.B. der Kupferlitze) räumlich separiert von dem Bauteil 502 (z.B. einer Gegensputterebene) sein, wenn das Verlagern des Gestells 102 erfolgt.
10 veranschaulicht ein Verfahren zum Betrieb der Temperiervorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten, nämlich einer Seitenansicht 1001 und einer Querschnittsansicht 1003.
Das Verfahren kann aufweisen, in 1000a, Zusammenführen der Wärmeübertragungswand 104 mit dem Bauteil 502, z.B. indem diese in physischen Kontakt gebracht werden. Das Verfahren kann optional aufweisen, in 1000b, Pressen der Wärmeübertragungswand 104 gegen das Bauteil 502.
Das Verfahren kann aufweisen, in 1000a und in 1000b, Verändern eines Drucks (auch als Druckveränderung bezeichnet), dem der Wandler 106 ausgesetzt ist. Die Druckveränderung kann aufweisen, dass der Druck im Inneren des Expansionskörpers 106e (auch als Innendruck bezeichnet) vergrößert wird. Die Druckveränderung kann alternativ oder zusätzlich aufweisen, dass der Druck außerhalb des Wandlers 106 (auch als Außendruck bezeichnet) verkleinert wird.
Beispielsweise kann die Temperiervorrichtung 100 in einer Vakuumkammer 802 (siehe 11) angeordnet sein, welche evakuiert wird, um den Außendruck zu verringern. Der Innendruck kann dann beispielsweise zu Beginn atmosphärischer Luftdruck sein und mit der Expansion abnehmen. Die Druckveränderung erreicht, dass der Außendruck kleiner ist als der Innendruck. Der Expansionskörper 106e hebt dabei den Druckvermittler 106u und/oder den Temperierkörper 204 an, z.B. bis die Wärmeübertragungswand 104 in physischen Kontakt mit dem Bauteil 502 ist und/oder gegen dieses gepresst wird.
Die weitere Druckveränderung in 1000b kann das Bauteil 502 beispielsweise von dem Gestell 102 weg bewegen, z.B. bis die Formschlusskontur 506h in physischem Kontakt mit dem Bolzen kommt und/oder gegen diesen gepresst wird. Anschaulich wird mittels der Formschlusskontur 506h eine Bewegung des Bauteils 502 von dem Gestell 102 weg blockiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Fläche, mit welcher der Temperierkörper 204 (z.B. dessen Wärmeübertragungswand 104) mit dem Bauteil 502 in Kontakt steht (auch als Wärmeübergangskontaktfläche bezeichnet), kleiner sein, als die Fläche (auch als Pressfläche bezeichnet), mit welcher der Expansionskörper 106e die Kraft erzeugt. Dies erreicht, dass der Druck, mit dem die Wärmeübergangskontaktfläche gegen das Bauteil gepresst wird, möglichst groß ist. Beispielsweise kann der im abgepumpten Zustand der Vakuumkammer 802 an dem Expansionskörper 106e anliegende Druckunterschied mehr als ungefähr 1 Kilopascal (z.B. mehr als ungefähr 10 Kilopascal) und/oder maximal ungefähr 100 Kilopascal (kPa) sein.
Die Anpresskraft ergibt sich dann aus dem Produkt dieses Druckunterschieds mit der Pressfläche. In analoger Weise ergibt sich der Druck (auch als Anpressdruck bezeichnet) an der Wärmeübergangskontaktfläche aus dem Quotienten der Anpresskraft und dem Wert der Wärmeübergangskontaktfläche. Ist die Ausdehnung 23 der Pressfläche beispielsweise ungefähr 85 mm (Millimeter) und die dazu parallele Ausdehnung 24 der Wärmeübergangskontaktfläche beispielsweise ungefähr 40 mm ergibt sich bei dem Druckunterschied von 100 kPa ein Anpressdruck von 223 kPa. Auf ähnliche Weise kann auch ein anderes Druck-Übersetzungsverhältnis (Anpressdruck/Druckunterschied) erreicht werden bzw. kann eine andere Art des Druckvermittlers verwendet werden, um ein Druck-Übersetzungsverhältnis von mehr als 1 zu erreichen.
Je größer das Druck-Übersetzungsverhältnis ist, desto größer kann die Vielfalt möglicher Einsatzbereiche sein. Beispielsweise erreicht das Druck-Übersetzungsverhältnis, dass im Inneren des Expansionskörpers 106e (z.B. Druckschlauch) atmosphärischer Luftdruck oder weniger herrschen kann, so dass nicht zwangsläufig eine Pumpe zum Erzeugen eines großen Innendrucks nötig ist. Es kann selbstverständlich allerdings auch eine Pumpe mit dem Expansionskörper 106e gekoppelt sein oder werden (z.B. mit dessen Innendruckanschluss), um den Innendruck zu vergrößern und/oder um den Anpressdruck zu steuern.
Allgemeiner gesprochen kann ein Stellglied angesteuert werden, um die Druckveränderung zu bewirken, zu steuern und/oder zu regeln. Beispielsweise kann eine erste Pumpe als Stellglied mit dem Innendruckanschluss 822 gekoppelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine zweite Pumpe als Stellglied mit dem Inneren der Vakuumkammer 802 gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird mittels des Expansionskörpers 106e (z.B. Druckschlauch) bereitgestellt, dass über die gesamte Längserstreckung ein gleichmäßiger Anpressdruck erreicht wird.
In einem exemplarischen Beispiel kann die Einleitung der Kontaktlast mittels eines flexiblen Expansionskörpers 106e, z.B. ein aus Gummi oder Silikon bestehender Schlauch, unterhalb des Temperierkörpers 204 erfolgen. Der Expansionskörper 106e kann in einem drucklosen Zustand in der Prozessumgebung verbaut sein und ein separates Volumen bilden. Durch die Evakuierung der Vakuumkammer 802 wird ein Druckunterschied erzeugt, welcher den Temperierkörper 204 gegen das Bauteil 502 (z.B. arretierte Abschirmbleche) presst.
11 veranschaulicht eine Vakuumanordnung 1100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
Die Vakuumanordnung 1100 kann eine Vakuumkammer 802 und die Temperiervorrichtung 100 aufweisen. Die Temperiervorrichtung 100 kann zumindest teilweise, beispielsweise zumindest deren Wärmeübertragungswand 104, deren Gestell und/oder deren Wandler 106, in der Vakuumkammer 802 angeordnet sein.
Die Vakuumanordnung 1100 kann eine Wärmequelle 1102 (z.B. eine Beschichtungsvorrichtung) aufweisen, welche im Betrieb thermische Energie abgibt, z.B. Wärmestrahlung. Die Montageseite 101a kann der Wärmequelle 1102 zugewandt sein. Hierin wird Bezug genommen auf eine Beschichtungsvorrichtung als exemplarische Wärmequelle 1102. Die Beschichtungsvorrichtung kann eingerichtet sein, ein Beschichtungsmaterial zum Beschichten eines Substrats bereitzustellen, und kann beim Bereitstellen des Beschichtungsmaterials Wärmeleistung abgeben. Es kann verstanden werden, dass das für die Beschichtungsvorrichtung 1102 Beschriebene in Analogie für jede andere Wärmequelle gelten kann, die nicht notwendigerweise ein Beschichtungsmaterial bereitstellen muss.
Die Beschichtungsvorrichtung 1102 kann beispielsweise eingerichtet sein, eine physikalische Gasphasenabscheidung durchzuführen, z.B. mittels eines Plasmas. Beispielsweise kann mittels des Plasmas das Beschichtungsmaterial zerstäubt werden (auch als Sputtern bezeichnet). Das Plasma kann dabei Wärmestrahlung abgeben.
Die Montageseite 101a kann der Beschichtungsvorrichtung 1102 zugewandt sein. Beispielsweise kann die Beschichtungsvorrichtung 1102 eingerichtet sein, ein Beschichtungsmaterial und mit diesem thermische Leistung (auch als Wärmeleistung bezeichnet) in Richtung zu der Temperiervorrichtung 100 hin zu emittieren.
Soll das Substrat (nicht dargestellt) in der Vakuumkammer 802 transportiert werden, kann die Vakuumanordnung 1100 ferner eine Transportvorrichtung aufweisen, welche mehrere Transportrollen 812 aufweist. Die Transportvorrichtung kann eingerichtet sein, ein zu beschichtendes Substrat entlang eines Transportpfads 1111 zu transportieren, z.B. an der Beschichtungsvorrichtung 1102 vorbei und/oder in der Vakuumkammer 802. Der Transportpfad 1111 kann beispielsweise zwischen der Temperiervorrichtung 100 und der Beschichtungsvorrichtung 1102 verlaufen.
Die Transportvorrichtung kann beispielsweise eine Vielzahl von Transportrollen 812 aufweisen, welche zum Transportieren eines plattenförmigen Substrats eingerichtet sind. Das plattenförmige Substrat kann beispielsweise auf den Transportrollen 812 aufliegend und/oder in einen Substratträger (nicht dargestellt) eingelegt, transportiert werden. Das plattenförmige Substrat kann beispielsweise einen Wafer oder ein anderes Halbleitersubstrat aufweisen.
Alternativ kann die Transportvorrichtung eine Abwickelrolle und eine Aufwickelrolle aufweisen, welche eingerichtet sind, ein bandförmiges Substrat entlang des Transportpfads 1111 von der Abwickelrolle zu der Aufwickelrolle umzuwickeln. Optional kann die Transportvorrichtung eine Vielzahl von Führungsrollen aufweisen, welche eingerichtet sind, den Transportpfad 1111 ein oder mehrmals umzulenken, so dass das Substrat an der Beschichtungsvorrichtung 1102 vorbei transportiert wird. Ein bandförmiges Substrat (Bandsubstrat) kann eine Folie, ein Vlies, ein Band und/oder ein Gewebe aufweisen oder daraus gebildet sein.
Das zu temperierende Bauteil 502 kann mit der Wärmeübertragungswand 104 physisch und/oder thermisch gekoppelt sein. Das zu temperierende Bauteil 502 kann beispielsweise eine Abschirmvorrichtung 502 aufweisen oder daraus gebildet sein, welche eine sogenannte Gegensputterebene bereitstellt. Hierin wird unter anderem auf die Abschirmvorrichtung als exemplarisches Bauteil 502 Bezug genommen. Es kann verstanden werden, dass das für die Abschirmvorrichtung Beschriebene in Analogie für jedes andere zu temperierende Bauteil 502 gelten kann, was nicht notwendigerweise eine abschirmende Funktion bereitstellen muss.
Die Abschirmvorrichtung kann beispielsweise zwischen dem Transportpfad 1111 und der Temperiervorrichtung 100 angeordnet sein oder werden.
Die Abschirmvorrichtung 502 kann eine oder mehr als eine Platte und/oder ein oder mehr als ein Blech aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann die Abschirmvorrichtung eine zusätzliche Befestigungsvorrichtung (auch als Gegen-Befestigungsvorrichtung bezeichnet) aufweisen, welche zu der Befestigungsvorrichtung des Temperiervorrichtung 100 korrespondiert (mit dieser kuppelbar ist). Die Gegen-Befestigungsvorrichtung kann beispielsweise den Balken 506 aufweisen, welcher mehrere Haken oder andere hakenförmige Formschlusskonturen 506h aufweist.
Die Temperiervorrichtung 100 und/oder die Abschirmvorrichtung 502 können zwischen zwei Transportrollen 812 der Transportvorrichtung angeordnet sein. Dies erreicht, dass der Raum zwischen den Transportrollen 812 vor Beschichtungsmaterial geschützt wird, da dieses sich an der Abschirmvorrichtung 502 anlagert.
Alternativ oder zusätzlich kann die Abschirmvorrichtung 502 eine oder mehr als eine Durchgangsöffnung aufweisen, durch welche hindurch eine Transportrolle 812 der Transportvorrichtung erstreckt ist (nicht dargestellt). Dies erreicht, dass die Transportvorrichtung vor Beschichtungsmaterial geschützt wird, da dieses sich an der Abschirmvorrichtung 502 anlagert.
Die Temperiervorrichtung 100 erreicht somit eine Kühlung der Abschirmvorrichtung 502, indem der Abschirmvorrichtung 502 mittels des Fluid der Temperiervorrichtung 100 thermische Energie entzogen wird. Ist die Abschirmvorrichtung 502 ausreichend mit Beschichtungsmaterial verschmutzt, kann die diese von der Temperiervorrichtung 100 entkuppelt werden, so dass die Abschirmvorrichtung 502 als Ganze ausgetauscht werden kann.
Die Vakuumanordnung 1100 kann beispielsweise eine Fluidversorgung 1804 aufweisen, welche zumindest teilweise außerhalb der Vakuumkammer 802 angeordnet ist. Die Fluidversorgung 1804 kann mit den zwei Fluidanschlüssen 108a, 108b gekoppelt sein. Die Fluidversorgung 1804 kann beispielsweise eine Pumpe aufweisen zum Antreiben eines Stroms an Fluid durch den Hohlraum 111 hindurch mittels der zwei Fluidanschlüsse 108a, 108b. Die Fluidversorgung 1804 kann beispielsweise ein Fluidreservoir aufweisen, in dem das Fluid angeordnet ist. Die Fluidversorgung 1804 kann beispielsweise einen Ausgleichsbehälter aufweisen, in dem das Fluid angeordnet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumanordnung 1100 ein Pumpensystem 804 (aufweisend zumindest eine Vakuumpumpe, z.B. eine Hochvakuumpumpe, z.B. eine Turbomolekularpumpe) aufweisen. Die Vakuumkammer 802 kann zum Bereitstellen eines Unterdrucks oder eines Vakuums mit dem Pumpensystem 804 (z.B. gasleitend) gekoppelt sein und derart stabil eingerichtet sein, dass diese dem Einwirken des Luftdrucks im abgepumpten Zustand standhält. Die Vakuumkammer 802 kann, wenn verschlossen, beispielsweise luftdicht, staubdicht und/oder vakuumdicht eingerichtet sein oder werden. Das Pumpensystem 804 kann es ermöglichen, einen Teil des Gases aus dem Inneren der Prozessierkammer abzupumpen und so den auf den Wandler 106 einwirkenden Außendruck zu verringern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumanordnung 1100 ein Gaszuführungssystem 1716 (z.B. einen oder mehr als einen Gaskanal aufweisend, der in der Vakuumkammer mündet) aufweisen. Mittels des Gaszuführungssystems 1716 kann der Vakuumkammer 802 ein Prozessgas zugeführt werden zum Bilden einer Prozessatmosphäre in der Vakuumkammer 802. Der auf den Wandler 106 einwirkende Außendruck kann sich aus einem Gleichgewicht an Prozessgas bilden, welches mittels des Gaszuführungssystems 1716 zugeführt und mittels des Pumpensystems 804 entzogen wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumkammer 802 derart eingerichtet sein, dass darin ein Druck (der z.B. der Außendruck ist) in einem Bereich von ungefähr 10 mbar bis ungefähr 1 mbar (mit anderen Worten Grobvakuum) bereitgestellt werden kann oder weniger, beispielsweise ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^-3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum) oder weniger, beispielsweise ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10^-3 mbar bis ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder weniger, beispielsweise ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10^-7 mbar.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist eine Temperiervorrichtung, aufweisend: ein Gestell, welches eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines zu temperierenden Bauteils auf einer Seite des Gestells aufweist; eine der Seite zugewandte (z.B. wärmeleitfähige) Wärmeübertragungswand zum Austauschen von thermischer Energie mit dem Bauteil; einen Hohlraum, welcher an die Wärmeübertragungswand angrenzt; zwei Fluidanschlüsse (z.B. Kühlfluidanschlüsse), welche mittels des Hohlraums fluidleitend miteinander gekoppelt sind; einen mechanischen Wandler, welcher eingerichtet ist, in Reaktion auf eine Druckveränderung, welcher der mechanische Wandler ausgesetzt ist, (z.B. mittels einer Volumenänderung des Wandlers) eine Kraft zwischen dem Gestell und der Wärmeübertragungswand zu vermitteln, welche beispielsweise die Wärmeübertragungswand von dem Gestell weg treibt und/oder aus dem Gestell heraus verdrängt.
Beispiel 1 ist eine Temperiervorrichtung, aufweisend: ein wannenförmiges Gestell, welches eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines zu temperierenden Bauteils auf einer Seite des Gestells aufweist, die offen ist; eine der Seite zugewandte (z.B. wärmeleitfähige) Wärmeübertragungswand zum Austauschen von thermischer Energie mit dem Bauteil, wobei die Wärmeübertragungswand in dem Gestell angeordnet ist; einen Hohlraum, welcher an die Wärmeübertragungswand angrenzt; zwei Fluidanschlüsse (z.B. Kühlfluidanschlüsse), welche mittels des Hohlraums fluidleitend miteinander gekoppelt sind; einen mechanischen Wandler, welcher eingerichtet ist, in Reaktion auf eine Druckveränderung, welcher der mechanische Wandler ausgesetzt ist, (z.B. mittels einer Volumenänderung des Wandlers) die Wärmeübertragungswand aus dem Gestell heraus zu verdrängen.
Beispiel 2 ist die Temperiervorrichtung gemäß Beispiel 1 oder 1, wobei die Wärmeübertragungswand ein wärmeleitfähiges Material aufweist oder daraus gebildet ist, wobei das wärmeleitfähige Material beispielsweise ein Metall aufweist oder daraus gebildet ist.
Beispiel 3 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 2, wobei das Gestell einen Abschnitt aufweist, welcher der Seite gegenüberliegt, wobei der mechanische Wandler zwischen dem Abschnitt und der Wärmeübertragungswand angeordnet ist und/oder wobei der mechanische Wandler den Abschnitt und die Wärmeübertragungswand miteinander kuppelt.
Beispiel 4 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 3, wobei der Wandler eingerichtet ist, mittels der Kraft die Wärmeübertragungswand aus dem Gestell heraus zu verdrängen.
Beispiel 5 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, wobei der mechanische Wandler eingerichtet ist, in Reaktion auf eine Druckveränderung eines Fluids, welchem der mechanische Wandler ausgesetzt ist, eine Kraft zwischen dem Gestell und der Wärmeübertragungswand zu vermitteln bzw. die Wärmeübertragungswand zu verdrängen.
Beispiel 6 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, wobei das Gestell wannenförmig ist (z.B. eine Vertiefung aufweisend, in welcher die Wärmeübertragungswand angeordnet ist).
Beispiel 7 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, ferner aufweisend: zwei flexible Fluidleitungen (z.B. Schläuche), von denen jede Fluidleitung einen Kühlfluidanschluss der zwei Fluidanschlüsse fluidleitend mit dem Hohlraum koppelt.
Beispiel 8 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, ferner aufweisend: einen Hohlkörper, welche den Hohlraum aufweist, und beispielsweise von einem Inneren des mechanischen Wandlers separiert ist.
Beispiel 9 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, wobei die Wärmeübertragungswand beweglich relativ zu dem Gestell gelagert ist, so dass die mittels des mechanischen Wandlers vermittelte Kraft eine Bewegung der Wärmeübertragungswand relativ zu dem Gestell bewirkt, z.B. zu der Seite hin oder von der Seite weg.
Beispiel 10 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 9, wobei der mechanische Wandler einen Hohlkörper aufweist, wobei der Hohlkörper beispielsweise einen Expansionskörper bereitstellt.
Beispiel 11 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, ferner aufweisend: einen Innendruckanschluss, welcher mit einem Inneren des mechanischen Wandlers (z.B. dessen Hohlkörpers) fluidleitend gekoppelt ist.
Beispiel 12 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 11, ferner aufweisend: ein Stellglied, welches eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Ansteuern des Stellglieds (z.B. eine oder mehr als eine Pumpe aufweisend), die Druckveränderung, welcher der mechanische Wandler ausgesetzt ist, zu bewirken, z.B. indem einem Inneren des mechanischen Wandlers ein Fluid zugeführt und/oder entzogen wird.
Beispiel 13 ist die Temperiervorrichtung gemäß Beispiel 12, ferner aufweisend: eine Steuervorrichtung, welche eingerichtet ist, das Stellglied anzusteuern, beispielsweise basierend auf einem Kennwert, welcher die Kraft repräsentiert.
Beispiel 14 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 13, wobei der mechanische Wandler ein Elastomer aufweist oder daraus gebildet ist.
Beispiel 15 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 14, wobei der mechanische Wandler (z.B. dessen Hohlkörper) derart eingerichtet ist, dass die Druckveränderung eine Volumenänderung des mechanischen Wandlers bewirkt.
Beispiel 16 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 15, wobei die Befestigungsvorrichtung und/oder das Gestell (z.B. mittels einer Lagervorrichtung) beweglich gelagert ist (z.B. relativ zu der Wärmeübertragungswand), z.B. zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand.
Beispiel 17 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 16, wobei die Befestigungsvorrichtung eingerichtet ist, von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand gebracht zu werden, was eine Kupplung des Bauteils mit dem Gestell herstellt, und von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand gebracht zu werden, was die Kupplung des Bauteils mit dem Gestell aufhebt (auch als Enkuppeln bezeichnet).
Beispiel 18 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 17, ferner aufweisend: eine Betätigungsvorrichtung, welche eingerichtet ist, die Befestigungsvorrichtung von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand und von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu bringen, z.B. in dem das Gestell mittels der Betätigungsvorrichtung verlagert wird.
Beispiel 19 ist die Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 18, wobei die Befestigungsvorrichtung einen Schlitten und/oder eine Vielzahl von Formschlusskonturen aufweist zum Befestigen des Bauteils.
Beispiel 20 ist eine Vakuumanordnung, aufweisend: eine Vakuumkammer, und eine Temperiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 19, deren Wärmeübertragungswand in der Vakuumkammer angeordnet ist; eine optionale Beschichtungsvorrichtung, welche eingerichtet ist, ein Beschichtungsmaterial zu der Wärmeübertragungswand hin zu emittieren oder zumindest das Beschichtungsmaterial in einen Beschichtungsbereich zu emittieren, welchem die Wärmeübertragungswand zugewandt ist; eine optionale Transportvorrichtung, welche eingerichtet ist, ein Substrat an der Wärmeübertragungswand und/oder an der Beschichtungsvorrichtung vorbei und/oder in dem Beschichtungsbereich zu transportieren; eine optionale Fluidversorgung, welche eingerichtet ist, dem Hohlraum der Temperiervorrichtung ein Fluid zuzuführen und/oder zu entziehen (z.B. einen Fluidkreislauf bereitstellend).
Beispiel 21 ist die Vakuumanordnung gemäß Beispiel 20, ferner aufweisend: eine Prozessieranordnung (z.B. die Beschichtungsvorrichtung und/oder die Transportvorrichtung aufweisend) zum Prozessieren eines Substrats in der Vakuumkammer, wobei die Prozessieranordnung beispielsweise das zu temperierende Bauteil aufweist; wobei die Prozessieranordnung beispielsweise eingerichtet ist, beim Prozessieren des Substrats dem Bauteil thermische Energie zuzuführen; wobei das zu temperierende Bauteil beispielsweise Teil der Beschichtungsvorrichtung ist; wobei das zu temperierende Bauteil beispielsweise Teil der Transportvorrichtung ist.
Beispiel 22 ist die Vakuumanordnung gemäß Beispiel 21, eine Abschirmvorrichtung, welche das zu temperierende Bauteil (z.B. eine Abschirmwand) aufweist und in der Vakuumkammer auf der Seite angeordnet ist, wobei die Abschirmvorrichtung beispielsweise zwischen der Beschichtungsvorrichtung und der Wärmeübertragungswand angeordnet ist; wobei die Abschirmvorrichtung beispielsweise zwischen dem Beschichtungsbereich und der Wärmeübertragungswand angeordnet ist; wobei die Abschirmvorrichtung beispielsweise die Wärmeübertragungswand körperlich berührt.
Beispiel 23 ist die Vakuumanordnung gemäß Beispiel 22, wobei die Abschirmvorrichtung ein zusätzliches Gestell aufweist, welches das zu temperierende Bauteil hält; und/oder wobei das zu temperierende Bauteil eine Abschirmwand aufweist oder daraus gebildet ist; und/oder wobei die Abschirmvorrichtung oder zumindest das zu temperierende Bauteil relativ zu der Temperiervorrichtung bewegbar ist, z.B. wenn die Wärmeübertragungswand in der Vakuumkammer ortsfest angeordnet ist.

Claims

Temperiervorrichtung (100), aufweisend: • ein Gestell (102), welches eine Befestigungsvorrichtung (102b) zum Befestigen eines zu temperierenden Bauteils auf einer Seite (101a) des Gestells (102) aufweist; • eine der Seite (101a) zugewandte Wärmeübertragungswand (104) zum Austauschen von thermischer Energie mit dem Bauteil; • einen Hohlraum (111), welcher an die Wärmeübertragungswand (104) angrenzt; • zwei Fluidanschlüsse (108a, 108b), welche mittels des Hohlraums (111) fluidleitend miteinander gekoppelt sind; • ein mechanischer Wandler (106), welcher eingerichtet ist, in Reaktion auf eine Druckveränderung, welcher der mechanische Wandler (106) ausgesetzt ist, eine Kraft zwischen dem Gestell (102) und der Wärmeübertragungswand (104) zu vermitteln.
Temperiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Wärmeübertragungswand (104) ein wärmeleitfähiges Material aufweist oder daraus gebildet ist.
Temperiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Gestell (102) einen Abschnitt (102a) aufweist, welcher der Seite (101a) gegenüberliegt, wobei der mechanische Wandler (106) den Abschnitt (102a) und die Wärmeübertragungswand (104) miteinander kuppelt.
Temperiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gestell (102) wannenförmig ist, wobei der Wandler (106) eingerichtet ist, mittels der Kraft die Wärmeübertragungswand (104) aus dem wannenförmigen Gestell (102) heraus zu verdrängen.
Temperiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: zwei flexible Fluidleitungen, von denen jede Fluidleitung einen Kühlfluidanschluss der zwei Fluidanschlüsse (108a, 108b) fluidleitend mit dem Hohlraum (111) koppelt.
Temperiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmeübertragungswand (104) beweglich relativ zu dem Gestell (102) gelagert ist, so dass die mittels des mechanischen Wandlers (106) vermittelte Kraft eine Bewegung der Wärmeübertragungswand (104) relativ zu dem Gestell (102) bewirkt.
Temperiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: einen Innendruckanschluss, welcher mit einem Inneren des mechanischen Wandlers (106) fluidleitend gekoppelt ist.
Temperiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mechanische Wandler (106) ein Elastomer aufweist oder daraus gebildet ist.
Temperiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der mechanische Wandler (106) derart eingerichtet ist, dass die Druckveränderung eine Volumenänderung des mechanischen Wandlers (106) bewirkt.
Vakuumanordnung (1100), aufweisend: • eine Vakuumkammer (802), und • eine Temperiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, deren Wärmeübertragungswand (104) in der Vakuumkammer (802) angeordnet ist.