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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Transportieren
eines Substrates, insbesondere eines Wafers.
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Transportverfahren
für Substrate
werden insbesondere im Herstellungsprozess von elektronischen Komponenten,
beispielsweise von Solarzellen, eingesetzt, um das Substrat von
einem Prozessschritt zum nächsten
zu transportieren. Auch innerhalb eines Prozessschrittes findet
häufig
ein Transport des Substrates statt. Beispielsweise werden Wafer
während
der Beschichtung in einer Beschichtungskammer fortlaufend bewegt.
Zum einen hat dies den Vorteil, dass eine gleichmäßigere Beschichtung erfolgt,
da eventuelle Ungleichmäßigkeiten
entlang des Transportweges ausgeglichen werden. Darüber hinaus
kann der gesamte Herstellungsprozess kontinuierlich gestaltet werden,
indem der Transport innerhalb eines Prozessschrittes übergangslos
in den Transport zwischen Prozessschritten übergeht. Derartige für die Massenproduktion
vorteilhafte Herstellungsverfahren werden oftmals auch als inline-Verfahren
bezeichnet.
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Bei
der Beschichtung eines Wafers, beispielsweise in einer Verdampfungskammer,
wird der Wafer üblicherweise
mittels eines rahmenförmigen Trägers transportiert,
auf welchem er entlang eines Randbereiches aufgelegt ist. Bei anderen
Transportverfahren wird der Wafer auf Transportbändern oder -drähten durch
die Verdampfungskammer getragen. Ein derartiges Transportverfahren
wird in
DE 100 597 77
A1 beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt der
Transport des Substrates durch die Verdampfungskammer mittels zwei
Paaren drahtförmiger
Transportelemente, welche sich auf und ab bewegen und dabei abwechselnd
mit dem Substrat in Kontakt treten. Während sich eines der Drahtpaare mit
dem Substrat in Kontakt befindet und diesen in Transportrichtung
fortbewegt, wird das andere Drahtpaar in entgegen gesetzter Richtung
zurück
bewegt. Dieser Vorgang wird zyklisch wiederholt.
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Nachteil
der beschriebenen Transportverfahren ist, dass die Transportmittel,
sowohl in Form des rahmenförmigen
Trägers
als auch der drahtförmigen Transportelemente,
zwischen dem Verdampfungstiegel und dem Substrat angeordnet sind
und daher auf dem Substrat einen Bereich abschatten, auf dem die Beschichtung
nicht oder nur unzureichend erfolgt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Transportieren eines Substrates vorzusehen, bei denen die Wirkungen
einer Abschattung vermindert wird, so dass bei einem Beschichtungsvorgang
eine möglichst
gleichmäßige und
flächendeckende
Beschichtung des Substrates erfolgt.
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Die
Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16
gelöst.
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Die
Erfindung beruht auf dem Prinzip, eine Relativbewegung von für den Transport
des Substrates verantwortlichen Transportelementen gegenüber dem
Substrat zu erzeugen derart, dass die Transportelemente relativ
zum Substrat eine Querverschiebung erfahren. Hierdurch wird erreicht,
dass sich der aufgrund der Transportelemente abgeschattete Bereich
entlang der Substratoberfläche
verschiebt und somit die durch die Abschattung bedingte fehlende Beschichtung
sich im Mittel ausgleicht, da eine permanente Abschattung eines
Substratbereiches vermieden wird.
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Hierbei
bedeutet „quer
zur Transportrichtung”,
dass in vektorieller Betrachtung eine Bewegungskomponente quer oder
senkrecht zur Transportrichtung vorliegt. Es ist also nicht zwingend
notwendig, dass die Relativbewegung zwischen den gestreckten Transportelementen
und dem Substrat ausschließlich
senkrecht zur Transportrichtung erfolgt.
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Die
Anwendung der Erfindung ist nicht auf Beschichtungsverfahren beschränkt, sondern
kann überall
dort erfolgen, wo eine permanente Verdeckung eines Bereiches auf
dem Substrat während des
Transportvorgangs vermieden werden soll, auch zum Beispiel bei einem
Transport durch ein Fluid.
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Vorzugsweise
erfolgt die Querverschiebung der gestreckten Transportelemente stufenweise
oder schrittweise. Dies bedeutet, dass die Querverschiebung in mehreren
aufeinanderfolgenden, nötigenfalls durch
Pausen getrennten, Schritten um eine bestimmte oder anpassbare Distanz
erfolgt. Falls nötig, kann
die Vorwärtsbewegung
des Substrates in Transportrichtung während eines Querverschiebungs-Schrittes
gestoppt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Querverschiebung der gestreckten Transportelemente eine
Versetzungsbewegung, bei der die gestreckten Transportelemente von
dem Substrat gelöst
werden. Hierdurch wird vermieden, dass die gestreckten Transportelemente
während
der Querverschiebung entlang der Substratoberfläche streifen. Ferner können die
gestreckten Transportelemente nach dem Lösen vom Substrat zusätzlich zu der
Querverschiebung eine Rückwärtsbewegung entgegen
der Transportrichtung ausführen.
Die Versetzbewegung ermöglicht
somit eine weitgehende Entkopplung der Bewegungen von Substrat und Transportelementen.
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Zweckmäßigerweise
wird das Substrat während
der Querverschiebung der gestreckten Transportelemente auf einem
oder mehreren anderen gestreckten Transportelementen abgesetzt.
Die anderen gestreckten Transportelemente können hierbei selbst stationär sein,
bewegen sich jedoch vorteilhafterweise entsprechend den gestreckten
Transportelementen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
sind ein Aufnahmevorgang, bei dem das Substrat mittels Anheben der
gestreckten Transportelemente und/oder mittels Absenken der anderen
gestreckten Transportelemente von den anderen gestreckten Transportelementen
gelöst
wird, und ein Absetzvorgang vorgesehen, bei dem das Substrat mittels
Absenken der gestreckten Transportelemente und/oder mittels Anheben
der anderen gestreckten Transportelemente auf den anderen gestreckten
Transportelementen derart abgesetzt wird, dass die Position des Substrates
gegenüber
den anderen gestreckten Transportelementen nach dem Absetzen im
Vergleich zu seiner Position vor dem Anheben querverschoben ist.
Es findet somit eine schrittweise Querverschiebung in einzelnen
Anhebe/Absenk-Zyklen oder Aufnahme/Absetz-Zyklen statt, wobei wahlweise
eine Gruppe aus den gestreckten Transportelementen und den anderen
gestreckten Transportelementen stationär sein kann.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Querverschiebung der
gestreckten Transportelemente kontinuierlich und gleichzeitig mit
der Vorwärtsbewegung
des Substrates. Eine ruckartige Bewegung wird hierdurch auf einfache
Weise vermieden. Ferner entfällt
eine mehr oder minder aufwendige Steuerung für eine stufenweise Querverschiebung.
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In
einer Ausführung
erstrecken sich die gestreckten Transportelemente entlang einer
Längsrichtung,
welche im Wesentlichen parallel zur Transportrichtung des Substrates
verläuft.
Bevorzugt erstrecken sich die gestreckten Transportelemente jedoch
entlang einer Längsrichtung,
welche mit der Transportrichtung des Substrates einen Winkel bildet derart,
dass die zum Substrat relative Querverschiebung in Querrichtung
zumindest teilweise mittels der Längsbewegung der gestreckten
Transportelemente in Längsrichtung
erfolgt.
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Zweckmäßigerweise
ist eine oder sind mehrere weitere gestreckte Transportelemente
vorgesehen, die sich entlang einer weiteren Längsrichtung erstrecken, welche
die Längsrichtung
kreuzt. Auf diese Weise kann eine netzförmige Struktur erzeugt werden,
auf der sich das Substrat vorwärts
bewegt. Die Maschengröße dieser
netzförmigen
Struktur, die durch die Anzahl der Transportelemente sowie durch ihre
Abstände
voneinander bestimmt ist, kann hierbei entsprechend den Prozessanforderungen
gewählt werden.
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Vorteilhafterweise
wird das Substrat mittels Führungselementen
in der Transportrichtung geführt. Bildet
die Längsrichtung,
in welche sich die gestreckten Transportelemente erstrecken, wie
in einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen einen Winkel mit
der Transportrichtung des Substrates, kann mit Hilfe der Führungselemente
erreicht werden, dass mittels einer Bewegung der gestreckten Transportelemente
in Längsrichtung
gleichzeitig sowohl die Vorwärtsbewegung
des Substrates in Transportrichtung als auch die Querverschiebung
der gestreckten Transportelemente relativ zum Substrat erfolgt.
Durch die Wahl der Geometrie kann in diesem Fall eine von der Längsbewegung
abhängige
Querverschiebung erreicht werden. Eine getrennte Bewegungssteuerung
entfällt.
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Zweckmäßigerweise
wird zumindest eines der Führungselemente
mit dem Substrat in Transportrichtung mitgeführt. Hierdurch wird ein Aneinanderreiben
des Substrates und des/der Führungselemente
vermieden, was andernfalls zu einem Abrieb am Substrat oder sogar
zu seiner Beschädigung
aufgrund von Verkantungenführen
könnte.
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In
bevorzugten Ausführungen
werden als gestreckte Transportelemente Stränge verwendet. Diese umfassen
vorzugsweise Drähte
aus Metall und/oder Keramik. Alternativ können andere gestreckte Transportelemente
aus geeigneten Materialien, beispielsweise Metall- oder Keramikbalken
eingesetzt werden. Die Verwendung von Strängen, insbesondere Drähten, haben
für die
Umsetzung von inline-Verfahren den Vorteil, dass Vakuum-Schleusen und
andere Vakuum-Vorrichtungen
niedervoluminös dimensioniert
werden können,
da eine Aus- oder
Entgasung nur in begrenztem Umfang auftritt. Aufgrund einer zügigeren
Evakuierung der Vakuum-Vorrichtungen kann zudem ein größerer Durchsatz
bei der Substrat-Verarbeitung erreicht werden. Der Grund für das geringere
Evakuierungsvolumen ist, dass keine zusätzlichen Substrat-Träger, sogenannte „Carrier” zusammen
mit den Substraten in die Vakuum-Vorrichtung transportiert werden
muss. Hierdurch kann zum einen die Vakuum-Vorrichtung selbst mit
geringeren Ausmaßen
dimensioniert werden. Darüber
hinaus tritt kein Ausgasen des Carriers ein, so dass der Evakuierungsvorgang
beschleunigt ist.
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Zweckmäßigerweise
bilden die Stränge
jeweils eine geschlossene Schlaufe. Das bedeutet, dass die Stränge keine
Enden aufweisen. Derartige Schlaufen oder Endlosschleifen können mittels
Umlenkrollen realisiert werden.
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Vorteilhafterweise
sind die Stränge
auf Rollen derart aufgewickelt, dass ein Transportieren des Substrats
mittels Abrollen der Stränge
von einer Rolle und Aufwickeln auf einer weiteren Rolle erfolgen kann.
Hierdurch kann eine Schlaufenbildung vermieden werden. Die Stränge können in
diesem Fall zur einfachen Benutzung vorgesehen sein. Alternativ können die
Stränge
wiederverwendet werden, indem der Vorgang des Ab- und Aufwickelns
von einer Rolle auf die andere umgekehrt wird, beispielsweise während einer
Produktionspause, bei der kein Substrattransport stattfindet, oder
indem die Rollen vertauscht werden.
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Weitere
Merkmale und Eigenschaften der rückseitenkontaktierten
Solarzelle und des Solarmoduls werden im Zusammenhang mit der nachfolgenden
Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele verdeutlicht.
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Es
zeigt:
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1a Ein
Substrat, welches auf mehreren gestreckten Transportelementen angeordnet
ist, die parallel zur Transportrichtung verlaufen;
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1b die
Anordnung aus der 1a in Querschnittsansicht entlang
der Linie Ib–Ib;
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2a eine
Anordnung, bei der das Substrat zwischen Führungselementen mittels gestreckten Transportelementen
transportiert wird, welche mit der Transportrichtung einen Winkel
bilden;
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2b die
Anordnung aus der 2a in Querschnittsansicht entlang
der Linie IIb-IIb;
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3a eine
Anordnung zum Transportieren des Substrates mit kreuzweise angeordneten
gestreckten Transportelementen;
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3b die
Anordnung aus der 3a in Querschnittsansicht entlang
der Linie IIIb-IIIb und
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4 schematisch
eine Beschichtungsvorrichtung mit einem auf gestreckten Transportelementen
getragenen Substrat.
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Die
in der 1a und 1b dargestellte Anordnung
umfasst zwei gestreckte Transportelemente 2 sowie zwei
andere gestreckte Transportelemente 8, über denen ein Substrat 6 angeordnet
ist. Es ist hier der Zustand der Anordnung gezeigt, bei welcher
die beiden anderen gestreckten Transportelemente 8 in Kontakt
mit dem Substrat 6 sind beziehungsweise das Substrat 6 tragen,
während
die gestreckten Transportelemente 2 abgesenkt und so vom
Substrat 6 gelöst
sind.
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Diese
Anordnung kann gleichzeitig für
die Veranschaulichung eines Transportverfahrens nach dem Stand der
Technik und auch einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet werden. Beim Verfahren gemäß dem Stand der Technik bewegen
sich die Transportelemente 2, 8 in der Aufsicht
gemäß 1a betrachtet
lediglich in oder entgegen einer Transportrichtung 22,
die hier parallel zu einer Längsrichtung 24 verläuft, entlang
welcher sich die Transportelemente 2, 8 erstrecken.
Um das Substrat 6 in Transportrichtung 22 zu bewegen,
werden die beiden gestreckten Transportelemente 2 gegenüber den
anderen gestreckten Transportelementen 8 angehoben, so
dass sie das Substrat 6 aufnehmen und dann mittels einer
Bewegung der gestreckten Transportelemente 2 in Längsrichtung 24 vorwärtsbewegen.
Anschließend
werden die beiden gestreckten Transportelemente 2 gegenüber den
anderen gestreckten Transportelementen 8 wieder abgesenkt,
so dass sie das Substrat 6 erneut wie in der 1b auf
den anderen gestreckten Transportelementen 8 ablegen. In
diesem Zustand werden die gestreckten Transportelemente 2 entgegen
ihrer Längsrichtung 24 bewegt.
Gleichzeitig können
nun die anderen gestreckten Transportelementen 8 ihrerseits
in ihre Längsrichtung 24 bewegt
werden, um auch in diesem Zustand das Substrat weiter zu transportieren.
Dieser Vorgang wird dann zyklisch wiederholt. Das Absenken und Anheben
der Transportelemente 2, 8 kann hierbei ausschließlich in
einer Relativbewegung bestehen, bei der zumindest ein Paar von Transportelementen 2 oder 8 stationär gehalten
wird.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
findet relativ zum Substrat eine Querverschiebung der gestreckten
Transportelemente 2 statt, die quer zur Transportrichtung 22 gerichtet
ist. Beispielsweise können
die gestreckten Transportelemente 2 im in 1b gezeigten
Zustand nach links oder nach rechts bewegt werden, bevor sie das
Substrat 6 wieder aufnehmen. Beim zyklischen Aufnehmen
und Absetzen des Substrates 6 können die gestreckten Transportelemente 2 beispielsweise
abwechselnd einmal nach links und einmal nach rechts wandern, so
dass bei einem Beschichten des Substrats von unten mittels einer
in 1b nicht dargestellten Verdampfungsvorrichtung
die durch die gestreckten Transportelemente 2 verursachte
Abschattung nicht permanent die gleichen Bereiche auf dem Substrat 6 betrifft.
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Die 2a und 2b zeigen
in Draufsicht und in der Querschnittsansicht entlang der Linie IIb-IIb
eine Anordnung zur Veranschaulichung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Hier sind die gestreckten Transportelemente 2 so angeordnet,
dass ihre Erstreckungsrichtung oder Längsrichtung 24 einen
Winkel φ mit
der Transportrichtung 22 bildet, in die das Substrat 6 transportiert
wird. Vorliegend befinden sich die gestreckten Transportelemente 2 in
dauerhafter Berührung
mit dem Substrat 6 und werden in ihre Längrichtung 24 bewegt.
Es sind darüber
hinaus zusätzlich
Führungselemente 4 vorgesehen,
welche ein seitliches Verschieben des Substrats 6 aus der
Transportrichtung 22 heraus verhindern. Aufgrund dieser
Führung
wird das Substrat 6 derart vorwärtsbewegt, dass sich eine Relativbewegung
zwischen ihm und den gestreckten Transportelementen 2 ergibt.
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Hier
sind die Führungselemente 4 als
Führungsschienen
ausgebildet, die sich über
die Länge des
Substrates 6 hinaus erstrecken und stationär angeordnet
sind. Alternativ können
die Führungselemente 4 jedoch
mit dem Substrat 6 mit gleicher oder annähernd gleicher
Geschwindigkeit mitgeführt
werden. In diesem Fall können
auch kürzere
Führungselemente 4 für die seitliche
Führung des
Substrates 6 ausreichen, die gegebenenfalls nicht in Transportrichtung 22 gestreckt
sind.
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Bei
der in den 2a und 2b dargestellten
Anordnung muss der Winkel φ und/oder
der Transportweg, entlang welcher das Substrat 6 zu transportieren
ist, klein genug sein, damit das Substrat 6 an den Enden
des Transportweges nicht von den gestreckten Transportelementen 2 fallen
kann. In einer alternativen Ausführung
können
bei andernfalls gleichen Parametern weitere gestreckte Transportelemente 2' vorgesehen
sein, die sich entlang einer weiteren Längsrichtung in einem Winkel
zu der Längsrichtung
der gestreckten Transportelemente 2 erstrecken. Eine derartige
Anordnung ist, ohne das Substrat 6, in den 3a und 3b dargestellt.
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Wie
in der 3a zu sehen ist, bilden die
gestreckten Transportelemente 2 und die weiteren gestreckten
Transportelemente 2' zusammen
eine netzförmige
Struktur, auf der das Substrat 6 in Transportrichtung 22 vorwärts bewegt
wird. Es sind hier lediglich zwei Paare von jeweils drei Transportelementen 2, 2' gezeigt. Es
können
jedoch bedarfsweise weitere Transportelemente in unterschiedlichen
Winkeln hinzugefügt
werden. Ferner kann durch geeignete Wahl der Parameter wie Winkel φ sowie Anzahl
und Anordnung der Transportelemente 2, 2' und ihrer Geschwindigkeiten
erreicht werden, dass keine oder nur eine minimale Kraft durch das
Substrat 6 auf die Führungselemente 4 ausgeübt wird.
Bei entsprechender Abstimmung können
letztere sogar eingespart werden, ohne dass sich das Substrat 6 quer
zur Transportrichtung 22 wesentlich bewegt.
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Schließlich zeigt
die 4 schematisch eine Anordnung zum Beschichten des
Substrates 6 mittels Abscheidung aus der Dampfphase (englisch: Physical
Vapor Deposition – PVD,
Chemical Vapor Deposition – CVD).
Hierzu wird das Substrat 6 über einen PVD-Tiegel 10 geführt, in
welchem ein auf das Substrat 6 aufzudampfendes Material
enthalten ist. Blenden 12 sorgen dafür, dass nicht weitere Teile
der Vorrichtung wie Umlenkrollen 14 durch das Aufdampfmaterial
beschichtet werden.
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Die
Umlenkrollen 14 dienen dazu, die gestreckten Transportelemente 2 in
die richtige Position zum Transport des Substrates 6 zu
bringen. Bei der in den 2a und 2b dargestellten
Ausführungsform
sind die Umlenkrollen 14 vorzugsweise gegenüber der
in der 4 gezeigten Darstellung um den Winkel φ in einer
Substratebene gedreht. Die gestreckten Transportelemente 2,
bei denen es sich vorzugsweise um Drähte handelt, beispielsweise
aus Metall oder Keramik, werden mittels der Umlenkrollen 14 um
eine den PVD-Tiegel 10 umfassende Beschichtungsanordnung
(weitere Komponenten sind zum Zwecke der Übersichtlichkeit nicht in 4 dargestellt)
gelenkt. Darüber
hinaus können
die Umlenkrollen 14 dazu dienen, die gestreckten Transportelemente 2 in
einem Transportbereich oberhalb des PVD-Tiegels 10 gespannt
zu halten. Ebenso ist denkbar, die drahtförmigen Transportelemente 2 umlaufend
anzuordnen, so dass diese nach dem Verlassen der Aufdampfzone und
dem Durchlaufen einer Umlenkanordnung wieder in die Aufdampfzone
eintreten. Beim Umlenken lässt
sich eine mechanisch und/oder chemisch wirkende Reinigungseinrichtung vorsehen,
die die Transportelemente 2 von Ablagerungen des PVD- oder
eines CVD-Prozesses befreit.
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Es
eignen sich anstelle der Aufdampfung mittels des PVD-Tiegels 10 auch
andere Beschichtungsverfahren aus der festen, gasförmigen oder
sogar aus der flüssigen
Phase zum Einsatz des hierin erläuterten
Transportverfahrens.
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- 2
- gestreckte
Transportelemente
- 2'
- weitere
gestreckte Transportelemente
- 4
- Führungselemente
- 6
- Substrat
- 8
- andere
gestreckte Transportelemente
- 10
- PVD-Tiegel
- 12
- Blende
- 14
- Umlenkrolle
- 22
- Transportrichtung
- 24
- Längsrichtung
- 24'
- weitere
Längsrichtung