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 VerfahrensInfo
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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.
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
A, B, C, D Schubrichtung
R, R'Drehrichtung des Schubteils
26
,
26
'
r, r' Drehrichtung der Welle
r, r' Drehrichtung der Welle
42
P1
Geschlossen-Position
P2
P2
Offen-Position
P3
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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