Die Erfindung betrifft eine Schleusenvorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

Bei Schleusenventilen von Vakuumkammern, insbesondere für sogenannte Inline- Anlagen zur Substratbeschichtung, treten häufig Probleme bei dem Abdichten der Schleusenventilklappe gegenüber dem Rezipienten auf. Ein wesentlicher Einflussfaktor bei Schleusenventilen mit schwenkbaren Schleusenventilklappen ist dabei eine Verformung, insbesondere eine Verdrehung der Schwenkwelle sowie der Schleusenventilklappe beim Andrücken der Klappe gegen den Rezipienten im Verschlusszustand des Schleusenventils. Die Folge der daraus resultierenden Verformungen ist ein ungleichmäßiger Anpressdruck der Schleusenventilklappe an ein die Schleusenöffnung umfassendes elastisches Dichtungselement, was dazu führt, dass entlang des Verlaufs des Dichtungslements nicht an allen Stellen die zur zuverlässigen Abdichtung notwendige Mindestanpresskraft sichergestellt ist. Ein gängiges, jedoch aufwändiges und kostentreibendes Konzept, um dennoch eine ausreichende Abdichtung zu gewährleisten, besteht darin, sehr groß dimensionierte Bauteile einzusetzen, mit denen ein ausreichend hohes Drehmoment und ein entsprechender Anpressdruck aufgebracht werden kann.

Aus der DE-OS 3941 502 ist eine Vorrichtung mit einer Unterdruckkammer und einem beiderseits der Unterdruckkammer vorgesehenen Schleusenventil bekannt. Die Ventilplatte weist eine längliche, parallel epipede Form auf, wobei die Ventilplatte mit jeweils drei Lagerböcken fest verbunden ist. Durch die Lagerböcke ist eine Achse hindurchgeführt, die ihrerseits wiederum mit Schwenkhebeln in Verbindung steht und von einem Zahnstangentrieb mit Motor verschwenkbar ist. Die Ventilplatte ist gegenüber dem um ortsfeste Lager bewegbaren Hebel kippbar gehalten, so dass die Dichtflächen der Ventilplatte auf die Dichtfläche am Gehäuse der Unterdruckkammer anpressbar ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit diesem bekannten Schleusenventil höchste Anforderungen an die Dichtheit nicht erreicht werden können, weil der erforderliche Dichtring im Verschlusszustand zu ungleichmäßig beansprucht wird und sich die Dichtplatte bzw. die Antriebsachse im Verschlusszustand in einem zu großen Maße durchbiegen. Dieses Problem tritt insbesondere auf, falls die Ventilplatte ein extremes Breiterv/Längenverhältnis aufweist, wie es typisch bei Inline-Anlagen für flache Großflächensubstrate erforderlich ist.

Aus der DE 4203 473 A1 ist ferner bereits eine 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 bekannt mit einer torartigen, in ortsfesten Lagern gehaltenen Ventilplatte und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden Schließmotor und mit einem die Schleusenöffnung umschließenden rahmenförmigen Dichtelement. Die Ventilplatte ist in einem sich etwa parallel zu ihr erstreckenden Ventilbalken über mindestens ein elastisch verformbares Zwischenglied angelenkt, wobei der Ventilbalken seinerseits zwei zueinander diametral gegenüberliegende Lagerzapfen aufweist, die drehfest mit außerhalb der Kammer vorgesehenen Antriebsmotoren gekoppelt sind. Der Ventilbalken ist als biegesteifes Profil ausgebildet. Ein Nachteil dieser Schleuse ist der hohe konstruktive Aufwand und die Schwierigkeit, eine Partikelkontamination aufgrund einer Torsion der Ventilplatte auszuschließen.

Aus der US 5379 984 ist ein Schleusenventil mit einem Ventilkörper, durch den sich ein langer enger Schlitz erstreckt, bekannt. Auf einer Öffnungsseite des Schlitzes ist eine Ventilplatte angeordnet, die sich zu einer schmalen Dichtungskontaktfläche verjüngt. Ein bewegbares Dichtungselement ist vorgesehen, um einen gespreizten Schlauch als dichtende Membran auf die Kontaktfläche aufzulegen. Da das Dichtelement an eine Schwenkachse angelenkt ist, ist es bei dieser vorbekannten Ventilvorrichtung schwierig, einen uniformen Druck entlang des Öffnungsverlaufs zu gewährleisten. So kann dieses Schleusenventil dem Druckunterschied zwischen Vakuum und Atmosphärendruck nur widerstehen, wenn das Ventil so angeordnet ist, dass der Atmosphärendruck schließkraftunterstützend in die Schließrichtung der Ventilklappe wirkt.

Aus der US 6263542 B1 ist ferner eine Klappenanordnung mit einer Schwenklagerung für eine Vakuumkammer bekannt. Der Klappenkörper wird von der Schwenklagerung durch eine aufwändige flexible, beispielsweise federnde Verbindung, entkoppelt. Damit soll ein ungleichmäßiger Andruck der Dichtung, der zu Undichtigkeiten führen könnte, vermieden werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer gattungsgemäßen Schleusenvorrichtung, mit der eine einfache und sichere Abdichtung einer in einer Wandung angeordneten Schleusenöffnung erreicht werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist bei einer Schleusenvorrichtung für eine in einer Wandung zwischen einem ersten und zweiten Rezipienten angeordneten Schleusenöffnung mit einem im Innenraum des ersten Rezipienten angeordneten Absperrorgan und einer dem Absperrorgan zugeordneten Gegenplatte eine erste Magneteinrichtung in einem Bereich der Gegenplatte vorgesehen. Eine der ersten Magneteinrichtung zugeordnete zweite Magneteinrichtung ist in einem Bereich des Absperrorgans vorgesehen. Zum Schließen und/oder Öffnen der Schleusenöffnung ist mittels der ersten und zweiten Magneteinrichtung eine positive und/oder negative Anpresskraft zwischen Absperrorgan und Gegenplatte erzeugbar. Erfindungsgemäß wird die die Abdichtung bewirkende Anpresskraft im wesentlichen lokal an den Stellen zur Wirkung gebracht, an denen die Abdichtung erfolgt. Prinzipbedingt tritt daher keine Verformung von kraftübertragenden Bauelementen wie einer Welle oder dergleichen zwischen Krafterzeugungsstelle und Dichtungsstelle auf. Insgesamt können daher die Bauelemente sehr schlank, vorzugsweise in Leichtbau, ausgeführt werden. Dies hat den weiteren Vorteil, dass nur geringe Massen bewegt werden müssen und damit ein sehr dynamisches System mit kurzen Schließ- oder Öffnungszeiten erreicht werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei beiden Rezipienten um Vakuumkammern.

Wenn zumindest eine der besagten Magneteinrichtungen zumindest eine schaltbare Magnetspule zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist, kann auf besonders einfache Art eine Schließ- und/oder Öffnungskraft erzeugt oder unterbrochen werden.

Eine besonders kostengünstige Kombination aus Schaltbarkeit und einem einfachen und robusten Aufbau wird erreicht, wenn eine der Magneteinrichtungen eine ferromagnetische Komponente umfasst und die andere Magneteinrichtung eine schaltbare Magnetspule zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist. Wenn zur Gewährleistung eines stromlosen Verschlusszustandes eine der Magneteinrichtungen eine erste Permanentmagnet-Komponente umfasst, die andere Magneteinrichtung eine zweite Permanentmagnet-Komponente oder eine Ferrogmagnet- Komponente umfasst und zumindest eine der Magneteinrichtungen zusätzlich eine schaltbare Magnetspule zur Erzeugung eines Öffnungsimpulses mittels eines magnetischen Gegenfeldes aufweist, ist auch bei etwaigen Spannungsausfällen ein sicherer Verschluss der Schleusenöffnung erreichbar.

Eine erhöhte Flexibilität beim Einsatz der erfindungsgemäßen Schleusenvorrichtung wird erreicht, wenn die Magneteinrichtungen so ausgelegt sind, dass sie in der Lage sind, das Absperrorgan gegen Atmosphärendruck sicher abzudichten, selbst wenn der Atmosphärendruck gegen die Schließrichtung auf das Absperrorgan wirkt. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Auslegung der magnetischen Einrichtungen, die eine solche Abdichtung auch in einem stromlosen Verschlusszustand sicherstellt.

Vorzugsweise ist eine nicht-gleichmäßig geformte Schleusenöffnung, insbesondere mit einem an einen Transport von senkrecht an einem Substratcarrier hängenden Substraten angepassten Schleusenöffnungsprofil, vorgesehen, womit minimale Spalte zwischen der Schleusenöffnung und den durch die Öffnung hindurch bewegten Teilen erreicht werden können. Diese Ausführung reduziert unerwünschte Überströmeffekte zwischen benachbarten Kammern mit unterschiedlichen Drücken und/oder Gasgemischen.

Wenn die Magneteinrichtungen derart entlang des Verlaufes der Schleusenöffnung angeordnet sind, dass das Absperrorgan im Verschlusszustand der Schleusenöffnung torsionsfrei ist, sind damit unterschiedliche Anpressdrucke entlang des Verlaufs der Schleusenöffnung und damit Undichtigkeiten oder Überströmungen weitgehend vermeidbar.

Als Absperrorgan ist es je nach Platzverhältnissen und anderen Einflussfaktoren zweckmäßig, eine mittels einer Schwenkeinrichtung positionierbare schwenkbare Klappe oder eine Schiebereinrichtung, welche mittels einer linearen Bewegungseinrichtung positionierbar ist, einzusetzen. Die Schwenkeinrichtung bzw. die lineare Bewegungseinrichtung ermöglichen die Einleitung und Beendigung einer Schließ- bzw. Öffnungsbewegung, die im übrigen vorzugsweise automatisiert und/oder steuerbar ist. Wie an sich bekannt ist, ist zur Abdichtung ein verformbares Dichtungselement, vorzugsweise ein Rundschnurring, in einem Bereich der Gegenplatte und/oder des Absperrorgans vorgesehen. Bevorzugt sind gummielastische Rundringe, die zuverlässig, kostengünstig und leicht austauschbar sind.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei der das Absperrorgan eine Komponente aufweist, die aus einem ferromagnetischen Blech gebildet ist.

Zur Verbesserung der Abdichtfunktion ist es vorteilhaft, wenn das Absperrorgan als Platte mit geringer Biegesteifigkeit ausgebildet ist, so dass durch eine gezielt ermöglichte Deformation des Absperrorgans im Verschlusszustand eine sichere Abdichtung auch bei größeren Fertigungstoleranzen der beteiligten Komponenten gewährleistet ist.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Patentansprüchen im folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit anhand von Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen in stark schematischer Darstellung:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung in einem Horizontalschnitt Figur 2 eine erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung in einem Vertikalschnitt Figur 3 eine Detailansicht einer Schleusenöffnung mit entlang des Verlaufs der Schleusenöffnung angeordneten Magneteinrichtungen.

In den Figuren 1 und 2 sind jeweils ein Horizontalschnitt A-A bzw. ein Vertikalschnitt senkrecht zu A-A einer erfindungsgemäßen Schleusenvorrichtung für eine in einer Wandung zwischen einem ersten und einem zweiten Rezipienten angeordneten Schleusenöffnung dargestellt. Bei den Rezipienten handelt es sich um Vakuumkammern. Eine derartige Schleusenvorrichtung wird vorteilhaft bei sogenannten Inline-Systemen zur Herstellung von Substraten für flache Displays eingesetzt. Typischerweise sind derartige Substrate ca. 1 mm dick, rechteckig und haben eine Größe von 1000 x 1200 mm oder mehr. Die Substrate werden hängend in dem Inline-System entlang eines linearen oder U-förmigen Pfades durch eine Anzahl von Vakuumkammern geführt, die durch die Schleusen voneinander separierbar sind. Bedingt durch die Substratdimensionen sind die typischen Schleusenöffnungen charakterisiert durch ein extremes Längen-/Breitenverhältnis. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung auch für andere Schleusenöffnungsprofile eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung ist aus dünnwandigen und leichten Bauelementen ausführbar und daher besonders geeignet für automatisiertes Substrat-Handling mit einer hohen Durchsatzrate und dementsprechend schneller Taktung der Schleusenventile, da nur geringe Massen bewegt werden müssen.

In Figur 1 ist zwischen einer ersten Vakuumkammer VK1 und einer zweiten Vakuumkammer VK2 eine als Rechteckspalt ausgebildete Schleusenöffnung angeordnet, die im vorliegenden Fall einen ersten Spaltbereich 7, der der Vakuumkammer VK1 und einen zweiten Spaltbereich 17, der der Vakuumkammer VK2 zugeordnet ist, umfasst. Zwischen den Vakuumkammern VK1 und VK2 erstreckt sich eine Wandung, die aus einem Verbindungsflansch 1a der Vakuumkammer VK1 und einem Verbindungsflansch 9a der Vakuumkammer VK2 gebildet ist, die jeweils mit einer Kammerwand 1 bzw. 9 der Vakuumkammer VK1 bzw. VK2 verbunden sind. Die Schleusenöffnung kann durch ein als rechteckige Klappe 3 ausgebildetes Absperrorgan in Zusammenwirken mit einer Gegenplatte 3a verschlossen werden. Die Schleusenöffnung wird in dem von dem Spaltbereich 7 gebildeten Bereich von der Gegenplatte 3a umfasst. Die Gegenplatte 3a weist ferner ein verformbares Dichtelement, vorzugsweise einen gummielastischen Rundschnurring, auf, der im Verschlusszustand deformiert wird und eine drucksichere Abdichtung gewährleistet.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Absperrorgan eine von einer Rechteckform unterschiedliche Form auf, die vorzugsweise dem Schleusenöffnungsprofil angepasst ist.

Die Klappe 3 ist an einer Schwenkwelle 2 angeordnet, die über eine Drehdurchführung 13 mit einem Schwenkantrieb 12 bewegbar ist.

Zur Halterung und Lagerung von Schwenkantrieb bzw. Schwenkwelle sind eine Lagerstelle 11 und eine Halterung 14 vorgesehen. Der Schwenkantrieb 12 dient der Einleitung und Beendigung von Schließ- und Öffnungsbewegungen. Als Schwenkantrieb ist ein Pneumatikzylinder vorgesehen, wobei es sich versteht, dass auch hydraulische oder elektrische Antriebe in Frage kommen.

Erfindungsgemäß ist in einem Bereich der Gegenplatte 3a eine erste Magneteinrichtung mit schaltbaren Magnetspulen 5, 5'und in einem Bereich des Absperrorgans eine der ersten Magneteinrichtung zugeordnete zweite Magneteinrichtung 6 vorgesehen. Die zweite Magneteinrichtung 6 ist als eine ferromagnetische Platte oder Streifenanordnung 6 ausgebildet, die auf der Rückseite der Klappe 3 angeordnet ist. Bei Aktivierung der Magnetspulen 5, 5' wird eine Anpresskraft zwischen Klappe 3 und den Spulen 5, 5', d.h. zwischen Absperrorgan und Gegenplatte 3a erzeugt.

Es versteht sich, dass von der Erfindung verschiedene Ausbildungsformen der Klappe 3 umfasst werden, insbesondere kann die Klappe 3 aus einem ferromagnetischen Blech, vorzugsweise mit geringer Biegesteifigkeit, hergestellt sein. Bevorzugt ist eine Blechdicke zwischen 0,5 und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 und 8 mm. Bei einer ferromagnetischen Klappe 3 kann die ferromagnetische Platte 6 entfallen, da die Klappe 3 selbst die zweite Magneteinrichtung darstellt. Ferner kann ein verformbares Dichtelement alternativ oder zusätzlich auch an der Platte 3 angeordnet sein.

In Figur 3 ist eine Detailansicht einer Schleusenöffnung 7 bei geöffneter Klappe mit entlang des Öffnungsverlaufs der Schleusenöffnung angeordneten Magneteinrichtungen 5, 5', 5a dargestellt. Die Schleusenöffnung hat ein Öffnungsprofil mit einem ersten Spaltbereich 7a und einem zweiten Spaltbereich 7b, wobei der erste Spaltbereich 7a eine größere Breite als der zweite Spaltbereich 7b aufweist. Ein derartiges Schleusenöffnungsprofil ist dem Transport von an einem Substratcarrier senkrecht hängenden Substraten angepasst. Die Magneteinrichtungen 5, 5' umfassen den zweiten Schleusenöffnungsbereich 7b beidseitig. Die Magneteinrichtung 5a ist aus Platzgründen oberhalb des ersten Schleusenöffnungsbereichs 7a angeordnet. Das verformbare Dichtelement 4, vorzugsweise ein Rundschnurring, umschließt die Schleusenöffnung sowie die Magneteinrichtungen 5, 5'und 5a. Es versteht sich, dass auch ein anderer Verlauf des Dichtelements von der Erfindung umfasst wird. Im Verschlusszustand sind die Magneteinrichtungen derart entlang des Verlaufs der Schleusenöffnung angeordnet, dass das Absperrorgan torsionsfrei und mit ausreichender Anpresskraft gegen das Dichtungselement 4 gepresst ist.

Die Magneteinrichtungen sind ferner derart ausgelegt, dass vorgegebene Werte des vom Absperrorgan auf das Dichtungselement ausgeübten Anpressdrucks realisierbar sind.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird die schaltbare Magneteinrichtung als eine vorzugsweise einteilige Magnetspule ausgebildet, die die Schleusenöffnung entlang des Öffnungsverlaufs ein- oder mehrfach umfasst.

Besonders günstig ist es, wenn die Befestigung einer Magnetspule durch Vergießen mit einer geeigneten vakuumtauglichen Vergussmasse in entsprechend vorgesehene Hohlräume der die Spule aufnehmenden Bauteile erfolgt. Hierzu können beispielsweise Epoxidharze wie Araldit oder ähnliche verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst eine der Magneteinrichtungen eine Permanentmagnet-Komponente. Die andere Magneteinrichtung kann ebenfalls eine Permanentmagnet-Komponente umfassen. Hiermit kann ein stromloser Verschlusszustand der Schleusenöffnung erreicht werden. Zumindest eine der Magneteinrichtungen weist dabei eine schaltbare Magnetspule, mit der ein magnetisches Gegenfeld erzeugbar ist, auf. Damit kann ein Öffnungsimpuls bzw. eine negative Anpresskraft zwischen Absperrorgan und Gegenplatte erzeugt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Permanentmagnet-Einrichtungen für einen sicheren stromlosen Verschlusszustand gegenüber Atmosphärendruck ausgelegt sind, selbst wenn der Atmosphärendruck gegen die Schließrichtung auf das Absperrorgan wirkt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen beide Magneteinrichtungen eine Permanentmagnet-Komponente, so dass ein stromloser Verschlusszustand der Schleusenöffnung bewirkt werden kann. Ferner ist eine Antriebswelle vorgesehen, mit der Fließ- und Öffnungsbewegungen eingeleitet und beendet werden können. Es versteht sich, dass das dabei von der Antriebswelle zur Verfügung gestellte Drehmoment ausreichen muss, um die Anziehungskraft zwischen den Permanent-Magneten der beiden Magneteinrichtungen bei einer Öffnungsbewegung zu überwinden. Während in der vorangehenden Beschreibung davon ausgegangen worden ist, dass beide Rezipienten Vakuumkammem sind, versteht es sich, dass auch Ausführungsformen von der Erfindung umfasst sind, bei der das Absperrorgan an der Trennstelle zwischen einem Rezipienten und einem Bereich mit dauerhaft anstehendem atmosphärischen Druck angeordnet ist. B EZU G SZEI CH EN LI STE

VK1 Vakuumkammer 1 VK2 Vakuumkammer 2 1 Kammerwand Vakuumkammer 1 1a Verbindungsflansch Vakuumkammer 1 2 Schwenkwelle 3 Klappe 3a Gegenplatte 4 Dichtungselement 5 Magnetspule 5' Magnetspule 5a Magnetspule 6 Ferromagnetische Platte/Streifen 7 Schleusenöffnung 7a Schleusenöffnungsbereich 7b Schleusenöffnungsbereich 9 Kammerwand Vakuumkammer 2 9a Verbindungsflansch Vakuumkammer 2 11 Lagerstelle Schwenkwelle 12 Schwenkantrieb 13 Drehdurchführung 14 Halterung für Schwenkantrieb 17 Schleusenöffnung