DE19715151A1 - Verfahren zum Be- und Entladen einer evakuierbaren Behandlungskammer und Handlingsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Be- und Entladen einer evakuierbaren Behandlungskammer und Handlingsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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DE19715151A1
DE19715151A1 DE1997115151 DE19715151A DE19715151A1 DE 19715151 A1 DE19715151 A1 DE 19715151A1 DE 1997115151 DE1997115151 DE 1997115151 DE 19715151 A DE19715151 A DE 19715151A DE 19715151 A1 DE19715151 A1 DE 19715151A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Be- und Entla­ devorrichtung für eine evakuierbare Kammer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren zum Be- und Entladen einer derartigen Behandlungskammer gemäß Patentanspruch 4.
Derartige Be- und Entladevorrichtungen dienen da­ zu, zu bearbeitende Werkstücke, z. B. zu beschich­ tende Formteile einer Vakuumbeschichtungsanlage zuzuführen bzw. die beschichteten Formteile der Beschichtungsanlage zu entnehmen. Hierzu weisen derartige Beschichtungsanlagen eine Ein-/Aus­ schleusstation auf, in bzw. aus welcher die Werk­ stücke transportierbar sind. Der Ein- bzw. Aus­ schleusvorgang selbst erfordert, daß die Schleu­ senstation zu belüften bzw. zur Bearbeitung der Werkstücke in der Vakuumkammer zu evakuieren ist.
Bei den bekannten gattungsgemäßen Be-/Entladevor­ richtungen (Handlingsvorrichtungen) ist vorgese­ hen, daß zum Entladen der bereits belüfteten Schleusenstation zunächst die Schleusentür durch seitliches Auffahren geöffnet wird, danach fährt ein Handlingsarm in die Schleusenstation und greift einen die Formteile aufnehmenden Substrat­ träger. Dieser erste Handlingsarm fährt nun aus der Schleusenstation soweit heraus, daß ein zwei­ ter Handlingsarm mit einem unbeschichtete Formtei­ le tragenden Substratträger in die Schleusenstati­ on verfahrbar ist. Der zweite Handlingsarm über­ gibt danach den Substratträger auf eine Haltevor­ richtung in der Schleusenstation. Nach dieser Übergabe wird der zweite Handlingsarm aus der Schleusenstation herausgefahren und diese mit der seitlich verfahrenden Schleusentür geschlossen. Anschließend werden die in die Vakuumkammer einge­ brachten Werkstücke innerhalb der Vakuumkammer an eine Bearbeitungsstation übergeben.
Ein Nachteil dieser bekannten Be-/Entladevor­ richtung ist, daß die Zeitdauer zum Beschicken bzw. zum Entladen der Schleusenstation im Verhält­ nis zur gesamten für den Beschichtungsprozeß er­ forderlichen Bearbeitungszeit groß ist. Insbeson­ dere bei sogenannten Kurztakt-Beschichtungsanlagen ist es wünschenswert, die Zykluszeit, d. h. die insgesamt zwischen zwei Beschickungsvorgängen ver­ streichende Zeit, möglichst gering zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Be-/Ent­ ladevorrichtung bereitzustellen, mittels wel­ cher die Zykluszeit des in einer Vakuumanlage durchzuführenden Beschichtungsprozesses unter Ver­ wendung einfacher Mittel minimal gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patenanspruchs 1 angege­ benen Mittel gelöst. Weiterhin wird ein erfin­ dungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 4 zum Be-/Ent­ laden einer Vakuumkammer angegeben, mit wel­ chem unter Einsatz der erfindungsgemäßen Mittel die Be- und/oder Entladezeit einer , Vakuumkammer mit dieser zu bearbeitenden Werkstücken minimiert wird.
Nach Anspruch 1 besteht eine erfindungsgemäße Be-/Ent­ ladevorrichtung im wesentlichen aus mindestens einem um eine raumfeste Achse drehbar gelagerten Schubteil, welches in einer beliebig vorgewählten Rotationsposition radial in Bezug zur Drehachse zwischen einer Offen-Position und einer Geschlos­ sen-Position verschiebbar ist. An dem Schubteil ist der die Be-/Entladeöffnung der Ein-/Aus­ schleusstation verschließende Deckel angeord­ net. Zur Aufnahme und zum Transport der in die Ein-/Ausschleusstation zu transportierenden Werk­ stücke weist der Deckel eine die zu bearbeitenden, vorzugsweise zu beschichtenden Werkstücke aufneh­ mende Haltevorrichtung auf. Durch die Ausbildung des Schubteils sowohl als Deckelteil und als die Werkstücke transportierende Haltevorrichtung, be­ sitzt das Schubteil eine Doppelfunktion, die die für die Be- bzw. Entladung der Vakuumkammer erfor­ derliche Zeitdauer vorteilhaft verkürzt und die damit den automatischen Be-/Entladevorgang bei ei­ ner Kurztakt-Beschichtungsanlage vorteilhaft erst ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich erfindungsgemäß mit den in Anspruch 2 angegebenen Merkmalen. Da­ nach sind mindestens zwei Schubteile vorgesehen, welche vorzugsweise diametral in Bezug zur Dreh­ achse einander gegenüberliegend angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, daß die Beladung der Schleu­ senstation durch das erste Schubteil parallel zur Beladung der Haltevorrichtung des zweiten Schub­ teils mit in der Vakuumkammer zu behandelnden Werkstücken erfolgen kann. Zum Entladen bzw. neuen Beladen der Schleusenstation wird dann das zweite Schubteil, vorzugsweise fest gekoppelt zum ersten Schubteil synchron mit diesem um die Achse vor die geöffnete Schleusenstation gedreht und die unbe­ schichteten Werkstücke in die Schleusenstation eingebracht, wobei die Vakuumkammer gleichzeitig evakuierbar verschlossen wird. Durch die Verwen­ dung mehrerer, vorzugsweise synchron betätigter Schubteile erfolgen mehrere Bewegungsabläufe zeit­ lich parallel zueinander, wodurch eine weitere Senkung der Zyklus zeit des Beschichtungsprozesses erreicht wird. Ein weiterer Vorteil hierbei ist, daß die manuelle Beladung der Beschichtungsanlage ohne Zykluszeitvergrößerung möglich ist, da die Werkstückträger nicht mehr in der Schleusenstati­ on, sondern außerhalb an der Be-/Entladevor­ richtung gewechselt werden.
Ein weiterer Vorteil ergibt dadurch, daß der am Schubteil ausgebildete Deckel einen Verdrängungs­ körper (siehe Anspruch 3) aufweist, welcher ge­ meinsam mit den zu beschichtenden Werkstücken in die Ein-/Ausschleusstation einbringbar ist, wo­ durch das insgesamt zu evakuierende Volumen der Vakuumkammer verringert wird. Hierdurch verringert sich vorteilhaft die zum Erreichen des Arbeitsva­ kuums erforderliche Abpumpzeit, wodurch eine wei­ tere Verringerung der Zykluszeit bewirkt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in Zeichnungen dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Be-/Entladevorrich­ tung in Seitenansicht sowie eine mit Werk­ stücken zu beschickende, zugeordnete Vaku­ umkammer;
Fig. 2 einen horizontalen Querschnitt durch eine Be-/Entladevorrichtung mit einem 2armigen Hebelgetriebe in der Geschlossen-Position;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht gemäß Fig. 2 in der Offen-Position der Be-/Entladevorrich­ tung;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Be-/Entla­ devorrichtung mit zwei um eine vertikale Achse verschwenkbaren Schubteilen und
Fig. 5 eine Querschnittsansicht der in Fig. 4 dargestellten Be-/Entladevorrichtung nach Verschwenken der Schubteile um 180° um ei­ ne vertikal Achse.
In der Fig. 1 ist eine einer mit Werkstücken zu beschickenden Vakuumkammer 2 zugeordneten Be-/Ent­ ladevorrichtung 30 dargestellt. Die Vakuumkam­ mer 2 weist mehrere Kammern, nämlich z. B. eine Behandlungsstation, eine Schleusenstation sowie sogenannte Substratkammern auf, von denen jedoch in den Fig. 2 bis 5 lediglich die Ein-/Aus­ schleusstation 22 dargestellt ist. Zum Be­ schicken der Schleusenstation 22 mit in der Vaku­ umkammer 2 zu bearbeitenden Werkstücken 8, 8' ist die Be-/Entladevorrichtung 30 gegenüber der in der Vakuumkammerwand 3, 3', 3'', 3''' eingelassenen Öff­ nung 24 angeordnet. Die Be-/Entladevorrichtung 30 umfaßt ein Gestell 32, 32', 32'', welches von recht­ eckig zueinander angeordneten Gestellbeinen 33, 33', welche auf Rollen 35, 35' lagern, in seiner flächenmäßigen Ausdehnung begrenzt wird. Mit den Rollen 35, 35' ist die Be-/Entladevorrichtung vor der Vakuumkammer 2 verfahrbar, um z. B. den Zugang für Wartungsarbeiten an der Vakuumkammer 2 zu er­ möglichen. Während der Be- und Entladevorgänge ist das Gestell 32, 32', 32'' mit der in diesem inte­ grierten Be-/Entladevorrichtung 30 ortsfest vor der Vakuumkammer 2 positioniert.
Die Be-/Entladevorrichtung 30 umfaßt zwei um 180° rotationssymmetrisch zu einer Vertikalachse 42 an­ geordnete Schubteile 26, 26', welche mit in einer oberen Führungsschiene 47, 48 eingreifenden Schlit­ tenkörpern 49, 50 sowie in untere Führungsschienen 47', 48' eingreifenden Schlittenkörpern 49', 50' in dem Gestell 32, 32', 32''; 34, 34', 34'' verschiebbar gelagert sind. Mit der von einem Motor 45 betätig­ ten Antriebsachse 42 ist ein Arm 38 als Teil eines Hebelgetriebes 23 fest verbunden, welcher an sei­ nen beiden Enden über je ein Gelenk 41, 41' mit ei­ ner Schub-/Zugstange 40, 40' verschwenkbar verbun­ den ist, wobei die Schub-/Zugstange 40, 40' jeweils mit einem Gelenkkörper 43, 43' an den einander in Bezug zur Achse 42 spiegelsymmetrisch zueinander angeordneten Schubteilen 14, 14' angelenkt sind. Die Schubteile 14, 14' sind als Deckel zum Ver­ schließen der Öffnung 24 ausgebildet. Hierzu wei­ sen die Deckel 14, 14' auf den der Vakuumkammer 2 in der Geschlossen-Position P1 zugewandten Seite jeweils Dichtflächen auf, welche in Zusammenwirken mit der Öffnung 24 seitlich zugeordneten Dichtung­ selementen 16 die Vakuumkammer 2 evakuierbar ab­ dichten. An den Deckeln 14, 14' sind Greifarme 10', 11' bzw. 10'', 11'' paarig (siehe Fig. 3) ange­ ordnet. Die paarig vorhandenen Greifarme 10', 11' bzw. 10'', 11'' sind jeweils über in einem Vor­ sprung 19, 19' des Deckels 14 gelagerte Stangen 17, 17' endseitig an diesem befestigt, wodurch die Greifarme 10' und 11' bzw. 10'' und 11'' jeweils über die Stange 17 bzw. 17' schwenkbar miteinander gekoppelt sind.
Zum Entladen von in der Vakuumkammer 2 z. B. zu beschichtenden Werkstücken 8 wird die Ein-/Aus­ schleusstation 22 in ihre Entnahmeposition, wie in Fig. 2 bis 5 dargestellt, durch Drehung des Innen­ zylinders 4 durch Rotation des angetriebenen Arms 18 von einer in den Zeichnungen nicht dargestell­ ten Welle gefahren. Durch betätigen der Achse 13' werden die Greifarme 10, 11 heraufgeschwenkt und greifen den Substratträger 12 an seitlich an die­ sen dafür vorgesehenen Halteelementen 7, 7' auf. Während dieser Übergabe des Substratträgers 12 an die Greifarme 10, 11 wird die Ein-/Ausschleus­ station 22 zeitgleich auf Atmosphärendruck durch Einlassen eines Gases über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Gaseinlaß belüftet. Nachdem der Druckausgleich in der Ein-/Ausschleusstation 22 hergestellt ist, wird durch Drehung der von der Antriebsvorrichtung 45 (siehe Fig. 1) angetriebe­ nen Welle 42 in die Drehrichtung r' die Schub-/Zug­ stange 40, 40' in dem Gelenk 41, 41' ver­ schwenkt, wobei das Schubteil 26 und 26' bewe­ gungssynchron über das Gelenk 43 bzw. 43' auf die Antriebswelle 42 zu verschoben werden. Hierdurch wird der Deckel 14 von der äußeren Vakuumkammer­ wand 3', 3'' abgehoben und zusammen mit den auf dem Substratträger 12 lagernden, beschichteten Werk­ stücken 8' aus der Ein-/Ausschleusstation 22 ent­ nommen.
Zur Entnahme der beschichteten Werkstücke 8 von dem Subtratträger 12 werden die Schubteile 26, 26' gemeinsam mit dem zweiarmigen Hebelgetriebe 23 um die Antriebswelle 42 in Drehrichtung R' um 180° verschwenkt. Das Schleusenhandling 30 wird an­ schließend durch Betätigen des Hebelgetriebes 23, wobei die Antriebswelle 42 um 180° in Drehrichtung r (siehe Fig. 2) gedreht wird, aus der Offen- Position P2 in die in Fig. 2 dargestellte Geschlos­ sen-Position P1 überführt. Alternativ ist auch eine um 180°-fortgesetzte Drehung in Drehrichtung r' möglich. Hierbei wird der von den Greifarmen 10', 11' gehaltene Substratträger 12' mit den auf diesem lagernden, zu beschichtenden Substraten 8' vor die Öffnung 24 positioniert in die Ein-/Aus­ schleusstation 22 durch Betätigen des Hebelge­ triebes 23 überführt und die Öffnung 24 mit der Schleusenklappe 14' sowie von den in der Vakuum­ kammerwand 3', 3'' eingelassenen Dichtungsvorrich­ tungen 16 vakuumdicht verschlossen.
Anschließend wird der Substratträger 12' durch Verschwenken der Greifarme 10', 11' zum Weiter­ transport durch Drehung des Innenzylinders 4 (siehe Fig. 5) an die Einschleus-/Ausschleus­ station 22 übergeben. Parallel zu dem Übergabevor­ gang wird die Vakuumkammer 2 mittels einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Pumpvorrichtung über den Saugstutzen 20 (siehe Fig. 2 bis 5) auf ihren Arbeitsenddruck evakuiert.
Die zuvor beschichteten, außerhalb der Vakuumkam­ mer befindlichen Substrate 8 können nunmehr ge­ meinsam mit ihrem Substratträger 12 oder substrat­ weise von dem Substratträger 12 z. B. durch ein Roboterhandling entnommen werden. Das in der Ge­ schlossen-Position P1 befindliche Schubteil 26' steht danach zum Wiederbeladen mit von zu be­ schichtenden Substraten zur Verfügung.
Bezugszeichenliste
2
Vakuumkammer, Behandlungskammer
3
,
3
',
3
'',
3
''' Vakuumkammerwand, Außenwand
4
Innenzylinder
6
Substratkammer
7
,
7
' Halteelement
8
,
8
' Substrat, Werkstück
10
,
10
',
10
'' Greifarm
11
,
11
',
11
'' Greifarm
12
,
12
' Substratträger, Werkstückträger
13
Verbindungsachse
14
,
14
' Schleusenklappe, Deckel
15
Verdrängungskörper
16
Dichtungsvorrichtung, Dichtungselement
17
,
17
' Halteelement
18
Arm
19
,
19
' Vorsprung
20
Saugstutzen
21
Verdrängungskörper
22
Ein-/Ausschleusstation
23
Hebelgetriebe
24
Öffnung
26
,
26
' Schubteil
30
Schleusenhandling, Be-/Entladevorrichtung
32
,
32
',
32
'' Gestell
33
,
33
' Gestellbein
34
,
34
',
34
'' Gestell
35
,
35
' Rolle
36
Plattform
38
Arm
40
,
40
' Schub-/Zugstange
41
,
41
' Gelenk
42
Antriebsachse, Welle, Drehachse
43
,
43
' Gelenk
44
Saugstutzen
45
Antriebsvorrichtung, Motor
47
,
47
' Führungsschiene
48
,
48
' Führungsschiene
49
,
49
' Schlittenkörper
50
,
50
' Schlittenkörper
51
Welle
52
Kulisse
A, B, C, D Schubrichtung
R, R'Drehrichtung des Schubteils
26
,
26
'
r, r' Drehrichtung der Welle
42
P1
Geschlossen-Position
P2
Offen-Position
P3
Wechsel-Position

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Be- und Entladen von einer in einer Vakuumkammer (2) angeordneten Bearbei­ tungsstation mit zu bearbeitenden Werkstücken (8, 8'), wobei die Werkstücke (8, 8') durch mindestens eine in einer Kammerwand (3, 3', 3'') der Vakuumkammer (2) eingelassene, mit einem Deckel (14, 14') verschließbare Öffnung (24) in die Vakuumkammer (2) ein- und ausbringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtung mindestens ein um eine in Bezug zur Öffnung (24) raumfeste Drehachse (42) drehba­ res Schubteil (26, 26') aufweist, welches vor­ zugsweise mittels eines Hebelgetriebes 23, das insbesondere einen einerends an den Deckel (14, 14') und andernends an einen mit der Drehachse (42) fest verbundenen Arm (38) an­ gelenkte Schub-/Zugstange (40, 40') aufweist, welches radial in Bezug zur Achse (42) ver­ schiebbar ist und wobei an dem Schubteil (26, 26'), vorzugsweise an dem Deckel (14, 14') zur Aufnahme und zum Transport der Werkstücke (8, 8') mindestens eine Greifvorrichtung (10, 10'; 11, 11') angeordnet ist, und wobei durch Drehung der Achse (42) die Schub-/Zug­ stange (40, 40') mit ihrem am Deckel (14, 14') angelenkten Ende in radialer Rich­ tung in Bezug zur Achse (42) zwischen einer achsennahen Offen-Position (P2) und einer ach­ senfernen Schließposition (P1) des Deckels (14, 14') in Bezug zur Öffnung (24) verschieb­ bar ist, wobei die Greifvorrichtung (10, 10'; 11, 11') derartig am Deckel (14, 14') angeordnet ist, daß diese in der Schließposi­ tion (P1 des Deckels (14, 14') vollständig in die Vakuumkammer (2) hineinragt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens zwei, vorzugsweise in Bezug zur Achse (42) diametral gegenüber­ liegende Schubteile (26, 26') vorgesehen sind, die jeweils einen Deckel (14, 14') aufweisen, und welche in Bezug zur Achse (42), vorzugs­ weise in einer gekoppelten, entgegengerichte­ ten Bewegung radial verschiebbar sind, wobei die Schubteile (26, 26') in mindestens einer Drehrichtung (R, R') um die Achse (42) rotier­ bar sind.
3. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14, 14') einen Verdrängungs­ körper (15) aufweist, welcher beim Schließen der Öffnung 24 durch den Deckel (14, 14') in die Ein-/Ausschleusstation (22) derartig hin­ einragt, daß deren evakuierbares Volumen ver­ ringert wird.
4. Verfahren zum Beladen von einer in einer Va­ kuumkammer (2) angeordneten Bearbeitungssta­ tion, vorzugsweise zum Beschichten von Werk­ stücken (8, 8'), insbesondere von Substraten (8, 8'), wobei die Werkstücke (8, 8') durch mindestens eine in einer Kammerwand (3, 3', 3'') der Vakuumkammer (2) vorgesehene, mit einem Deckel (14, 14') verschließbaren Öffnung (24) in die Vakuumkammer (2) einge­ bracht werden, und wobei folgende Verfahrens­ schritte vorgesehen sind:
  • a. Beladen der an einem Schubteil (26, 26') der Be-/Entladevorrichtung (30) angeordne­ ten Substratträger (12) mit zu bearbeiten­ den Werkstücken (8);
  • b. Drehung des beladenen Schubteils (26, 26') um eine in Bezug zur Vakuumkammer (2) raumfeste Achse (42) vor die Öffnung (24);
  • c. Einbringen des Werkstückträgers (12) in die Vakuumkammer (2) durch Vortrieb des Schubteils (26, 26') entlang einer in Bezug zur Achse (42) radialen Bewegungsrichtung, wodurch die Öffnung (24) mit einem mit dem Schubteil (26, 26') verbundenen Deckel (14, 14') verschlossen wird.
5. Verfahren zum Entladen einer mit bearbeiteten Werkstücken (8') gefüllten Vakuumkammer (2), wobei die Werkstücke (8') durch mindestens eine in einer Kammerwand (3, 3', 3'') der Vaku­ umkammer (2) eingelassenen, mit einem Deckel (14, 14') verschließbaren Öffnung (24) aus der Vakuumkammer (2) ausgebracht werden, wobei folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind:
  • a) Belüften der Vakuumkammer (2) durch Ein­ lassen eines Gases;
  • b) Ausbringen des mit den Werkstücken (8') beladenen Werkstückträgers (12') durch ra­ diales Verschieben des Schubteils (26) entlang einer in Bezug zur Achse (42) von der Vakuumkammer (2) wegweisenden Bewe­ gungsrichtung;
  • c) Drehung des Schubteils (26, 26') um die Achse (4) in eine Entnahmeposition zum ma­ schinellen und/oder manuellen Entladen der bearbeiteten Werkstücke (8').
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Evakuie­ rung der Vakuumkammer (2) begonnen wird, wäh­ rend der Werkstückträger (12, 12') an einen in der Vakuumkammer (2) vorgesehenen Greifarm übergeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Vakuum­ kammer (2) belüftet wird, während der aus der Vakuumkammer (2) zu entnehmende Werkstückträ­ ger (12, 12') von dem an dem Schubteil (26, 26') angeordneten Greifarm (10, 10', 10''; 11, 11', 11'') übernommen wird.
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