DE4203473A1 - Drehschleuse zum ein- und/oder ausbringen eines substrats aus der einen in eine benachbarte behandlungskammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehschleuse zum Ein- und/ oder Ausbringen aus der einen in eine benachbarte Be­ handlungskammer oder aus dem atmosphärischen Raum in eine Kammer geringeren Drucks, insbesondere Schlitz­ schleuse für eine Durchlauf-Vakuumbeschichtungsanlage, mit einer torartigen, in ortsfesten Lagern gehaltenen Ventilplatte und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden Schließmotor und einem die Schleusenöffnung umschließenden rahmenförmigen Dichtelement.

Durch die DE-OS 39 41 502 ist eine Beschickungs- bzw. Entleerungskammervorrichtung bekannt, mit einer Unter­ druckkammer, einem innerhalb der betreffenden Unter­ druckkammer versehenen Transportmechanismus für den Transport eines Substrathalters in Plattenform, der geeignet ist für die lösbare Anbringung von Substraten, mit einem Abführanschluß zum Evakuieren der Kammer auf einen Unterdruck und mit einem Gaseinlaßanschluß für die Einführung eines Gases, um die evakuierte Kammer auf einen atmosphärischen Druck zurückzuführen.

Bei dieser vorbekannten Vorrichtung ist beiderseits der Unterdruckkammer ein Schleusenventil vorgesehen, bei dem die Ventilplatte eine längliche, parallelepipede Form aufweist, wobei die Ventilplatte mit jeweils drei Lagerböcken fest verbunden ist, durch die eine Achse hindurchgeführt ist, die ihrerseits wiederum mit Schwenkhebeln in Verbindung steht, die über einen Zahn­ stangentrieb mit Motor verschwenkbar sind. Die Ventil­ platte ist gegenüber den um ortsfeste Lager bewegbaren Hebeln kippbar gehalten, so daß die Dichtfläche der Ventilplatte auf die Dichtfläche am Gehäuse der Unter­ druckkammer anpreßbar ist, wobei die Ventilplatte nach der Ebene der Gehäusedichtfläche im bestimmten Umfange ausrichtbar ist.

In der Praxis hat sich nun gezeigt, daß die bekannte Ventileinrichtung bzw. das bekannte Schleusenventil höchsten Anforderungen an die Dichtheit insbesondere deshalb nicht entspricht, weil der notwendige Dichtring ungleichmäßig beansprucht wird, da sich die Dichtplatte bzw. die Antriebsachse während des Verschlußzustands in gewissem Umfang durchbiegen, insbesondere aber wenn die Schleusenplatte ein extremes Breiten/Längenverhältnis aufweist und wenn die einzelnen Teile des Schleusenven­ tils nicht eine extreme Robustheit - und damit ein hohes Gewicht - und eine ausgesuchte Werkstoffqualität aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu­ grunde, eine Drehschleuse des in Frage stehenden Typs so auszubilden, daß über die ganze Länge der Ventil­ platte eine gleichmäßige Schließkraft bzw. Anpreßkraft erzeugbar ist, daß im Wartungs- und Reparaturfall Druckstufe und Antriebseinheit problemlos auswechselbar sind (während die vergleichsweise sperrige und schwere Ventileinheit komplett montiert im Rezipienten ver­ bleibt), und schließlich die Ventileinheit selbst so steif und gleichzeitig so leicht wie möglich aus zu­ bilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ventilplatte an einem sich etwa parallel zu ihr erstreckenden Ventilbalken über ein elastisch verform­ bares Zwischenglied angelenkt ist, wobei der Ventilbal­ ken zwei einander diametral gegenüberliegende Lagerzap­ fen aufweist, die drehfest mit den Wellen der im übri­ gen außerhalb der Kammer vorgesehenen Antriebsmotore gekuppelt sind, wozu die Wellen durch die Wand der Kammer druckfest hindurchgeführt sind.

Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Patent­ ansprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmög­ lichkeiten zu; eine davon ist in den anhängenden Zeich­ nungen näher dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt durch ein Schleusenventil, wobei die Kammer zur Behandlung des Sub­ strats selbst nur teilweise dargestellt ist,

Fig. 2 den Schnitt gemäß den Linien A-A quer durch das Schleusenventil nach Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt gemäß den Linien B-B quer durch das Schleusenventil nach Fig. 1 und

Fig. 4 die Darstellung gemäß Fig. 3, jedoch der besseren Erkennbarkeit von Einzelheiten wegen in größerem Maßstab.

Statt einer Ventilplattenwelle ist der Gegenstand der Erfindung mit einem biegesteifen Profil ausgestattet, das als Ventilbalken 1 bezeichnet ist. Der Ventilbalken 1 ist mit zwei Lagerzapfen 12, 12a versehen, die von den im Inneren des Rezipienten 3 gelegenen Lagergehäu­ sen 11, 11a aufgenommen werden bzw. in diesen gelagert sind.

Die Dichtnut für den die Schleusenöffnung 14 abdich­ tenden Dichtring 6 befindet sich in der Dichtplatte 7. Da die Dicke der Ventilplatte 2 reduziert ist, ergibt sich eine Vergrößerung der Durchfahrbreite bzw. Schlitzbreite M.

Die Befestigung der Ventilplatte 2 am Ventilbalken 1 mit Hilfe von zwei Federstäben 5, 5a stellt eine in zwei Achsen zueinander bewegliche, gelenk- und damit reibungsfreie Verbindung dar, mit der verhindert wird, daß die bei der Ventilbetätigung auftretenden Rela­ tivbewegungen Ventilplatte 2/Ventilbalken 1 zueinan­ der Gelenkreibung und damit Abriebpartikel erzeugen.

Die Federstäbe 5, 5a sind an Ventilplatte 2 und Ventil­ balken 1 in der Weise angeordnet, daß sie mit Hilfe besonderer, mit Schrauben 28 am Ventilbalken 1 bzw. an der Ventilplatte 2 befestigter Klemmstücke 4, 4a, 4b, ... bzw. 24, 24a, . . . in entsprechende V-förmig ausge­ fräste Nuten 16, 17 gedrückt werden. Diese V-Nuten 16, 17 bzw. 22, 23 sind so ausgebildet, daß bei ungespann­ ten Federstäben 5, 5a die Ventilplatte 2 eine definiert nicht parallele Lage (Winkel α) zum Ventilbalken 1 ein­ nimmt, so daß beim Schließvorgang die Ventilplatten­ dichtfläche D sowohl auf den O-Ring 6 außen als auch auf den O-Ring innen zum gleichen Zeitpunkt aufsetzt. Die erwähnte nicht parallele Lage ergibt sich aus der ungleichen Tiefe (Maß X) der Nuten 22, 23 (siehe Fig. 4) zur Ebene P.

Im weiteren Verlauf des Schließvorgangs wandert die Dichtplatte 2 geradlinig weiter, unabhängig von den Befestigungsorten der Federstäbe 5, 5a am Ventilbalken 1, die eine Drehbewegung um die Lagerachse D ausführen, bis zur Beendigung des Anpreßvorgangs (Fig. 3).

Da der von der Drehachse D aus gesehen weiter außen liegende Federstab 5 einen größeren Kreisbogen be­ schreibt als der innenliegende, ist auch seine Durch­ biegung und damit seine Anpreßkraft kleiner als die des inneren Federstabs 5a, was zur Folge hat, daß die An­ pressung der Dichtplatte 2 an den äußeren O-Ringstrang 6 ebenfalls kleiner ist als an den inneren. Dies wird korrigiert, indem die Federstab-Befestigungsnuten 22, 22a, . . . um ein definiertes Maß X zur Schwenkebene P hin angeordnet sind, so daß die resultierende aus den Andrückkräften wieder mittig, also symmetrisch zu den O-Ringsträngen 6, angreift. Eine weitere Möglichkeit der Korrektur der Anpreßkräfte ergibt sich dadurch, daß die Nutenpaare in den Stegen 20, 20a, . . . bzw. den Ste­ gen 21, 21a, . . . jeweils nicht zueinander fluchtend eingerichtet sind, sondern in ihrem Abstand Y zur Dreh­ achse D geringfügig (z. B. 0,7 mm) variieren.

Um über die ganze Länge der Ventilplatte 2 eine mög­ lichst gleichmäßige Anpreßkraft zu haben, wird das zur Ventilbetätigung erforderliche Drehmoment symmetrisch über beide Enden des Ventilbalkens 1 mittels zweier Pneumatik-Drehantriebe 10, 10a eingeleitet. Die verlän­ gerten Wellen 18, 18a diese Drehantriebe ragen durch die Druckstufen 9, 9a hindurch in den Rezipienten 3 hinein. Somit dichten die Dichtelemente 19, 19a, . . . der Druckstufen 9, 9a auf den Antriebswellen 18, 18a ab, die keiner Biegebeanspruchung unterliegen. Eine Beeinträchtigung der Dichtwirkung durch Querversatz der Wellenachsen kann damit nicht auftreten, Die Wellenenden der Antriebseinheiten sind als Gabeln 20, 20a ausgebildet, die sich bei der Montage der Dreh­ antriebe 10, 10a über die in den Lagerzapfen (Hohlzap­ fen) 12, 12a des Ventilbalkens 1 fest montierten Quer­ federn 8, 8a schieben. Da die Querfedern 8, 8a senk­ recht zur Dichtfläche D stehen (nicht - wie zum besse­ ren Verständnis gezeichnet - parallel zu dieser), fin­ det bei der Durchbiegung des Ventilbalkens 1 keine Kantenpressung auf den Paßflächen der Querfeder- Antriebswellengabeln 20, 20a statt und somit auch keine Zusatzbeanspruchung der Antriebswellen 18, 18a.

Da Ventillagergehäuse und Druckstufengehäuse separat ausgebildet sind, können im Wartungs- bzw. Reparatur­ fall Druckstufe und Antriebseinheit problemlos gewech­ selt werden, während die eigentliche schwere Ventilein­ heit komplett montiert im Rezipienten 3 verbleiben kann.

Durch die beidseitige, d. h. symmetrische Einleitung des Drehmoments in das Betätigungsteil (dem Ventilbal­ ken 1) sowie die in zwei Achsen gegenüber dem Ventil­ balken 1 frei bewegliche Ventilplatte 2 wird eine weit­ gehend gleichmäßige Anpressung des Dichtrings 6 auf seinem ganzen Umfang erreicht, was insbesondere auch Fertigungsungenauigkeiten ausgleicht.

Bezugszeichenliste

 1 Ventilbalken
 2 Ventilplatte
 3 Rezipient (Vakuumkammer)
 4, 4a, . . . Klemmstück (vorne)
 5, 5a Federstab
 6 Dichtring
 7 Dichtplatte
 8, 8a Querfeder
 9, 9a Druckstufe
10, 10a Drehantrieb, Motor
11, 11a Lagergehäuse
12, 12a Lagerzapfen, Lagerhülse
13 Rezipientenwand, Kammerwand
14 Schleusenöffnung
15 Kammer
16 Nut
17, 17, . . . Nut
18, 18a Welle
19, 19a Dichtelement, Dichtring
20, 20a Rippe
21, 21a Rippe
22, 22a Nut
23, 23a Nut
24, 24a, . . . Klemmstück (hinten)
25 Verschlußfläche
26 Ventilbalkenfläche
27, 27a Längsschlitz
28 Schraube

Claims (5)

1. Drehschleuse zum Ein- und/oder Ausbringen eines Substrats von der einen in eine benachbarte Behandlungskammer oder aus dem atmosphärischen Raum in eine Kammer geringeren Drucks, insbesonde­ re Schlitzschleuse, für eine Durchlauf-Vakuumbe­ schichtungsanlage mit einer torartigen, in ortsfe­ sten Lagern (11, 11a) gehaltenen Ventilplatte (2) und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden Schließmotor (10, 10a) und mit einem die Schleu­ senöffnung (14) umschließenden rahmenförmigen Dichtelement (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplatte (2) an einem sich etwa parallel zu ihr erstreckenden Ventilbalken (1) über mindestens ein elastisch verformbares Zwischenglied (5, 5a) angelenkt ist, wobei der Ventilbalken (1) seiner­ seits zwei einander diametral gegenüberliegende Lagerzapfen (12, 12a) aufweist, die drehfest mit den Wellen (18, 18a) der Motore (10, 10a) gekup­ pelt sind, wobei die Wellen (18, 18a) der im übrigen außerhalb der Kammer (15) vorgesehenen Motore (10, 10a) durch die Wand (13, 13a) der Kammer (3) druckfest hindurchgeführt sind.

2. Drehschleuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ventilbalken (1) eine Vielzahl von auf seiner Länge verteilt angeordnete Rippen (20, 20a, . . .) aufweist, die jeweils über Klemmstücke (24, 24a, . . .) mit einem Paar parallel zur Dreh­ achse (D) der Wellen (18, 18a) angeordneten Bän­ dern, Profilelementen oder Stäben (5, 5a) aus elastischem Werkstoffest verbunden sind, wobei die beiden Stäbe (5, 5a) - parallel zueinander verlaufend - in Nuten (17, 17a, . . . bzw. 16, 16a, ...) eingreifen, die auf der dem Ventilbalken (1) zugekehrten Seite der Ventilplatte (1) in Rippen (21, 21a, . . .) vorgesehen sind, die sich in Ab­ ständen quer zur Drehachse (D) erstrecken, wobei die beiden Federstäbe (5, 5a) mit Hilfe von Klemm­ stücken (4, 4a, . . .) fest mit diesen Rippen (21, 21a, . . .) verbunden, beispielsweise verschraubt, sind.

3. Drehschleuse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Rippen (20, 20a, . . .) des Ventilbalkens (1) eingeschnittenen Kerben oder Nuten (22, 22a, . . . bzw. 23, 23a, . . .) unter­ schiedlich tief (Maß X) zur Ebene (P) des Ventil­ balkens (1) ausgebildet sind, wodurch die Ebene der Verschlußfläche (25) der Ventilplatte (2) ge­ genüber der Wirkebene (26) des Ventilbalkens (1) in der Offen-Position geringfügig gekippt (Winkel α bzw. Winkel β) ist.

4. Drehschleuse nach den vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerzapfen (12, 12a) des Ventilbalkens (1) mit Längsbohrungen ver­ sehen sind, in die die Wellen (18, 18a) der Motore (10, 10a) eingreifen, wobei die ventilbalkenseiti­ gen Enden der Wellen (18, 18a) jeweils mit einem Längsschlitz (27, 27a) versehen bzw. gabelförmig ausgebildet sind, wobei quer zur Drehachse (D) durch die Lagerzapfen (12, 12a) jeweils ein Keil oder eine Querfeder (8, 8a) hindurchgeführt ist und jeweils die Motorwelle (18, 18a) drehfest mit dem Ventilbalken (1) kuppelt.

5. Drehschleuse nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den im Abstand zueinander angeordneten Stegen (20, 20a, . . . bzw. 21, 21a, . . .) vorgesehe­ nen Paare von Kerben oder Nuten (16, 17, . . . bzw. 22, 23, . . .) einen verschieden groben Abstand (Maß Y) zur Drehachse (D) aufweisen.