DE4213763A1

DE4213763A1 - Verfahren zum Evakuieren einer Vakuumkammer und einer Hochvakuumkammer sowie Hochvakuumanlage zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE4213763A1
Application number: DE4213763A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gebele; Wolfgang Buschbeck
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2012-04-28
Also published as: DE4213763B4; US5228838A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Evakuieren einer Vakuumkammer und einer Hochvakuumkammer einer Hochvakuum anlage, bei dem zunächst die Vakuumkammer und die Hochva kuumkammer mittels jeweils eines eine Vakuumpumpeinheit und eine Vorvakuum-Pumpeinheit aufweisenden Pumpstranges gemeinsam evakuiert werden und bei dem bei Unterschreiten eines festgelegten Unterdruckes der Pumpstrang der Hoch vakuumkammer als Vorpumpe für eine Hochvakuum-Pumpeinheit der Hochvakuumkammer verwendet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Hochvakuum-Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

In der Vakuumtechnik ist es häufig erforderlich, bei ei ner Vakuumanlage zwei oder mehrere Kammern auf unter schiedliche Betriebsdrücke zu evakuieren. Bei Vakuum-Auf dampfanlagen zur Beschichtung von bandförmigen Substraten muß beispielsweise in der Kammer, in welcher der Auf dampfvorgang stattfindet, ein Druck von weniger als 5 E-4 mbar herrschen, während in der Wickelkammer, in welcher das zu beschichtende Substrat auf- und abgewickelt wird, ein Druck von 5 E-2 mbar ausreicht.

Um bei einer solchen Vakuumanlage die erforderlichen Un terdrücke zu erzeugen, hat man bislang der als Wickelkam mer ausgebildeten Vakuumkammer und der als Beschichtungs kammer dienenden Hochvakuumkammer jeweils einen Pump strang zugeordnet. Bei Erreichen eines Übernahmedruckes wird der Pumpstrang der Hochvakuumkammer von dieser mit tels eines Ventils getrennt und als Vorpumpe für einen dann mit der Hochvakuumkammer zu verbindenden Hochvakuum- Pumpeinheit eingesetzt. Um ein schnelles Absaugen und einen sicheren Betrieb der Hochvakuum-Pumpeinheit sicher zustellen, ist es erforderlich, einen möglichst niedrigen Übernahmedruck zu wählen. Dies setzt besonders bei ver schmutzten Produktionsanlagen ein sehr großes Saugver mögen des Pumpstranges der Hochvakuumkammer im Druckbe reich zwischen 1000 bis 1 mbar voraus. Sobald der Pump strang jedoch nur noch als Vorpumpe für die Hochvakuum- Pumpeinheit arbeitet und da dann ein Vorvakuumdruck von 1-3 E-1 mbar ausreichend ist, wird nur noch etwa 1/10 des vorher benötigten Saugvermögens erforderlich. Deshalb ist der Pumpstrang für die Hochvakuumkammer für den weitaus größten Zeitraum des Pumpzyklus überdimensioniert.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Evakuieren einer Vakuumkammer und einer Hochvakuum kammer zu entwickeln, welches mit möglichst klein dimen sionierten Pumpsträngen rasch einen sehr niedrigen Druck zu erreichen vermag. Weiterhin soll eine nach diesem Ver fahren arbeitende Hochvakuumanlage geschaffen werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge löst, daß bei Unterschreiten des festgelegten Unterdruc kes in der Vakuumkammer und der Hochvakuumkammer die Va kuumpumpeinheit des Pumpstranges der Hochvakuumkammer auslaßseitig mit dem Einlaß der Vorvakuum-Pumpeinheit des Pumpstranges der Vakuumkammer verbunden und die ursprüng lich ihr zugeordnete Vorvakuum-Pumpeinheit einlaßseitig mit dem Auslaß der Hochvakuum-Pumpeinheit verbunden wird.

Durch diese Verfahrensweise wird vermieden, daß einer der beiden Pumpstränge während der längsten Zeit seines Ar beitens unnötig überdimensioniert ist. Alle Pumpeinheiten erbringen deshalb eine gleichförmig hohe Leistung, so daß sie nicht für nur kurzfristig auftretende Leistungsanfor derungen dimensioniert werden müssen und deshalb uner wünscht teuer sind. Die Vakuumpumpeinheit des Pumpstran ges der Hochvakuumkammer wird zu Beginn des Absaugvorgan ges zum Absaugen von Luft aus der Hochvakuumkammer in Verbindung mit der ihr nachgeschalteten Vorvakuum-Pump einheit und dann zur Unterstützung der Hochvakuum-Pump einheit im hohen Druckbereich (1 E-2 bis 5 E-2 mbar) genutzt.

Der durch die beiden Pumpstränge gebildete variable Wälz kolbenpumpstand hat gemäß der Erfindung folgende Aufgaben zu erfüllen:

1. Abpumpen der Vakuumkammer und Hochvakuumkammer von Atmosphäre,
2. Aufrechterhalten eines Betriebsdruckes in der Vakuumkammer während der Bedampfung,
3. Aufrechterhalten des Vorvakuumdruckes für die Hochvakuum-Pumpeinheit,
4. Verstärkung der Hochvakuum-Pumpeinheit in einem Druckbereich von beispielsweise 1 E-2 bis 5 E-2 mbar.

Da diese Anforderungen innerhalb einer Abpumpsequenz nicht gleichzeitig auftreten, wird es durch Ventile und Leitungen möglich, einzelne Pumpeinheiten des variablen Wälzkolbenpumpstandes wechselnd so mit Bereichen der An lage zu verbinden, daß in jedem Betriebszustand ein Maximum an Pumpleistung bei einem Minimum von Pumpen und Ventilen zu erreichen ist. Weiterhin kann die Anzahl der verschiedenen Pumpentypen minimal gehalten werden.

Von Vorteil ist es, wenn während des Prozesses die Va kuum-Pumpeinheit des Pumpstranges der Hochvakuumkammer nur noch mit der Vakuumkammer verbunden ist.

Hierdurch läßt sich während des Prozesses die Absauglei stung aus der Vakuumkammer verdoppeln, was vor allem des halb günstig ist, weil die Vakuumkammer meist eine we sentlich größere Gasabgabe hat als die Hochvakuumkammer. Die Vakuumpumpeinheit hätte während des Prozesses als Pumpe der Hochvakuumkammer keinen Nutzen mehr, da sie im erforderlichen Hochvakuumbereich nicht arbeiten kann und als Vorpumpe für die Hochvakuum-Pumpeinheit nicht erfor derlich ist.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Hochva kuumanlage, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorvakuum-Pumpeinheit wahlweise mit dem Auslaß einer Va kuum-Pumpeinheit des Pumpstranges der Hochvakuumkammer oder der Hochvakuum-Pumpeinheit verbindbar ist und daß der Auslaß der Vakuum-Pumpeinheit des Pumpstranges der Hochvakuumkammer über eine Querverbindung mit dem Einlaß der Vorvakuum-Pumpeinheit des Pumpstranges der Vakuumkam mer Verbindung hat.

Bei einer solchen Hochvakuumanlage läßt sich die Vakuum pumpeinheit des Pumpstranges der Hochvakuumkammer zu nächst bei noch hohem Druck zum Absaugen der Hochvaku umkammer und anschließend zur Unterstützung der Hochva kuum-Pumpeinheit verwenden, so daß sie über einen langen Zeitraum ausgelastet ist und die ihr vorgeschaltete Vor vakuum-Pumpeinheit, welche bei Drücken unterhalb 1 E-2 mbar als Vorpumpe für die Hochvakuum-Pumpeinheit dient, nicht überdimensioniert sein muß.

Vorteilhaft ist es auch, wenn ein Pumpstrang ausschließ lich an der Vakuumkammer und der andere Pumpstand unter Zwischenschaltung jeweils eines Sperrventils an der Vaku umkammer und der Hochvakuumkammer angeschlossen ist. Hierdurch wird es möglich, mit der Vorvakuum-Pumpeinheit zunächst aus der Vakuumkammer und der Hochvakuumkammer, dann mit ihr nur noch aus der Hochvakuumkammer abzusaugen und während des Prozesses von ihr gemeinsam mit der Va kuum-Pumpeinheit des Pumpstranges der Vakuumkammer nur noch diese Vakuumkammer abzusaugen. Diese Ausbildung ist vor allem deshalb vorteilhaft, weil während des Prozesses ein möglichst hohes Saugvermögen im Druckbereich von 1 E-2 mbar an der Vakuumkammer benötigt wird und dann der Einsatz dieser Vakuumpumpeinheit an der Hochvakuumkammer nicht sinnvoll ist, da sie im benötigten Druckbereich von unter 5 E-4 mbar nicht arbeiten kann.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsbeispiele zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind in der Zeichnung der Stand der Technik und eine erfindungs gemäße Hochvakuumanlage schematisch dargestellt und wer den nachfolgend beschrieben. In der Zeichnung zeigen die

Fig. 1 eine Hochvakuumanlage nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Hochvakuumanlage nach der Erfindung zu Beginn des Absaugvorganges,

Fig. 3 die Hochvakuumanlage nach Erreichen einer ersten Unterdruckstufe,

Fig. 4 die Hochvakuumanlage während des Prozesses.

In Fig. 1 ist eine Hochvakuumanlage nach dem Stand der Technik dargestellt. Diese hat einen Rezipienten 1, wel cher durch eine einen Spalt 2 aufweisende Trennwand 3 in eine Vakuumkammer 4 und eine Hochvakuumkammer 5 unter teilt ist. Wenn es sich bei der Hochvakuumanlage um eine Aufdampfanlage für Folien handelt, dann ist die Hochvaku umkammer 5 als Beschichtungskammer ausgebildet und weist den hierzu erforderlichen Verdampfer auf, während die Va kuumkammer 3 eine Wickelkammer darstellt, aus der heraus die zu bedampfende Folie durch den Spalt 2 in die Hochva kuumkammer 5 und wieder zurück zu ihr geführt wird.

Zum Evakuieren der Vakuumkammer 4 und der Hochvakuumkam mer 5 dienen zwei Pumpstränge 6, 7, welche jeweils eine Vakuumpumpeinheit 8, 9 und eine Vorvakuum-Pumpeinheit 10, 11 aufweisen. Zusätzlich ist an der Hochvakuumkammer 5 eine Hochvakuum-Pumpeinheit 12 angeschlossen. Zu Beginn des Absaugvorganges arbeiten nur die Pumpstränge 6, 7. Ist ein festgelegter Umschaltdruck erreicht, dann wird ein im Pumpstrang 7 angeordnetes Sperrventil 13 geschlos sen und ein Sperrventil 14 geöffnet. Nach Öffnen eines weiteren Sperrventils 15 vermag dann die Hochvakuum-Pump einheit 12 aus der Hochvakuumkammer 5 zu der dann als Vorschaltpumpe arbeitenden Anordnung aus Vakuumpumpein heit 9 und Vorvakuum-Pumpeinheit 11 zu fördern.

Die Fig. 2 zeigt eine Hochvakuumanlage nach der Erfin dung. Sie hat genau wie die zuvor beschriebene Anlage wiederum einen Rezipienten 1 mit einer Vakuumkammer 4 und einer Hochvakuumkammer 5. Die Pumpstränge 6 und 7 sind wiederum jeweils in eine Vakuumpumpeinheit 8, 9 und eine Vorvakuum-Pumpeinheit 10, 11 aufgeteilt. Weiterhin vermag die Vorvakuum-Pumpeinheit 9 über Leitungen 16, 17, in welche jeweils ein Sperrventil 18, 19 geschaltet ist, wahlweise aus der Vakuumkammer 4 und/oder der Hochvakuum kammer 5 anzusaugen.

Zwischen den Vakuumpumpeinheiten 8, 9 und den Vorvakuum- Pumpeinheiten 10, 11 besteht eine Querverbindung 20. Die Vakuumpumpeinheiten 8, 9 sind deshalb ständig zumindest mit der Vorvakuum-Pumpeinheit 10 ausgangsseitig verbun den. Durch Schließen eines Sperrventils 21 läßt sich die Vorvakuum-Pumpeinheit 11 von den Vakuumpumpeinheiten 8, 9 abtrennen. Die Vorvakuum-Pumpeinheit 11 kann dann nach Öffnen von zwei Sperrventilen 22, 23 als Vorpumpstand für die Hochvakuum-Pumpeinheit 12 arbeiten. Dank der erfin dungsgemäßen Anordnung bilden die Pumpstränge 6, 7 zu sammen einen variablen Wälzkolbenpumpstand 26.

Die soeben erläuterte Fig. 2 zeigt den Beginn des Ab saugvorganges. Die eingezeichneten Pfeile zeigen, daß der Pumpstrang 6 die Vakuumkammer 4 abpumpt und der Pump strang 7 Atmosphäre aus der Vakuumkammer 4 und der Hoch vakuumkammer 5 fördert. Die Verbindung über die Hochva kuum-Pumpeinheit 12 ist versperrt. Über die Sperrventile 18, 19, eine Verbindungsleitung 25 und die Querverbindung 20 sind die Vakuumkammer 4 und Hochvakuumkammer 5 und die beiden Pumpstränge 6, 7 miteinander verbunden. Hierdurch werden die Hochvakuumkammer 5 und die Vakuumkammer 4 gleichmäßig evakuiert.

In Fig. 3 wird durch Pfeile ein Betriebszustand darge stellt, der bei etwa 1 mbar eintritt. Die Sperrventile 18 und 21 werden dann geschlossen, während ein Sperrventil 24 geöffnet wird. Die Vakuumpumpeinheit 9 saugt dann nur noch aus der Hochvakuumkammer 5 an. Die durch die Quer verbindung 20 miteinander verbundenen Ausgänge der Vaku umpumpeinheiten 8, 9 werden jetzt nur noch von der Vorva kuum-Pumpeinheit 10 gepumpt. Gleichzeitig wird die Hoch vakuum-Pumpeinheit 12 durch die Vorvakuum-Pumpeinheit 11 evakuiert.

Bei Unterschreiten von ca. 4 E-2 mbar öffnet das Sperr ventil 23. Die Hochvakuumkammer 5 wird jetzt gleichzeitig durch die Vakuumpumpeinheit 9 und der Hochvakuum-Pumpein heit 12 mit der ihr vorgeschalteten Vorvakuum-Pumpeinheit 11 gepumpt. In diesem nicht dargestellten Betriebszustand befindet sich die Hochvakuum-Pumpeinheit 9 in einem Druckbereich, in dem sie noch nicht optimal arbeiten kann. Sie wird deshalb durch die Vakuumpumpeinheit 9 des variablen Wälzkolbenpumpstandes 26 unterstützt.

Die Fig. 4 zeigt die Gegebenheiten während des Prozeßab laufs. Zu erkennen ist, daß die Vakuum-Pumpeinheiten 8, 9 jetzt beide ausschließlich mit der Vakuumkammer 4 verbun den sind. Aus der Hochvakuumkammer 5 wird mit der Hochva kuum-Pumpeinheit 12 und der Vorvakuum-Pumpeinheit 11 als Vorpumpstand abgesaugt.

Bezugszeichenliste

1 Rezipient
2 Spalt
3 Trennwand
4 Vakuumkammer
5 Hochvakuumkammer
6 Pumpstrang
7 Pumpstrang
8 Vakuumpumpeinheit
9 Vakuumpumpeinheit
10 Vorvakuum-Pumpeinheit
11 Vorvakuum-Pumpeinheit
12 Hochvakuum-Pumpeinheit
13 Sperrventil
14 Sperrventil
15 Sperrventil
16 Leitung
17 Leitung
18 Sperrventil
19 Sperrventil
20 Querverbindung
21 Sperrventil
22 Sperrventil
23 Sperrventil
24 Sperrventil
25 Verbindungsleitung
26 variabler Wälzkolbenpumpstand

Claims

1. Verfahren zum Evakuieren einer Vakuumkammer und einer Hochvakuumkammer einer Hochvakuumanlage, bei dem zunächst die Vakuumkammer und die Hochvakuumkammer mittels je weils eines eine Vakuumpumpeinheit und eine Vorvakuum- Pumpeinheit aufweisenden Pumpstranges gemeinsam evakuiert werden und bei dem bei Unterschreiten eines festgelegten Unterdruckes der Pumpstrang der Hochvakuumkammer als Vor pumpe für eine Hochvakuum-Pumpeinheit der Hochvakuumkam mer verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Un terschreiten des festgelegten Unterdruckes in der Vaku umkammer und der Hochvakuumkammer die Vakuumpumpeinheit des Pumpstranges der Hochvakuumkammer auslaßseitig mit dem Einlaß der Vorvakuum-Pumpeinheit des Pumpstranges der Vakuumkammer verbunden und die ursprünglich ihr zugeord nete Vorvakuum-Pumpeinheit einlaßseitig mit dem Auslaß der Hochvakuum- Pumpeinheit verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Prozesses die Vakuum-Pumpeinheit des Pump stranges der Hochvakuumkammer nur noch mit der Vakuumkam mer verbunden ist.

3. Hochvakuumanlage mit einer Vakuumkammer und einer Hochvakuumkammer, an welcher jeweils ein eine Vakuum pumpeinheit und eine Vorvakuum-Pumpeinheit aufweisender Pumpstrang angeschlossen und bei der zur Erzeugung des Hochvakuums an der Hochvakuumkammer zusätzlich eine Hoch vakuum-Pumpeinheit angeschlossen ist, welcher ausgangs seitig mit der Einlaßseite des Pumpstranges der Hochva kuumkammer verbindbar ist, so daß dieser Pumpstrang als Vorpumpe für die Hochvakuum-Pumpeinheit zu arbeiten vermag, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorvakuum- Pump einheit (11) wahlweise mit dem Auslaß einer Vakuum-Pump einheit (9) des Pumpstranges (7) der Hochvakuumkammer (5) oder der Hochvakuum-Pumpeinheit (12) verbindbar ist und daß der Auslaß der Vakuum-Pumpeinheit (9) des Pumpstran ges (7) der Hochvakuumkammer (5) über eine Querverbindung (20) mit dem Einlaß der Vorvakuum-Pumpeinheit (10) des Pumpstranges (6) der Vakuumkammer (4) Verbindung hat.

4. Hochvakuumanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein Pumpstrang (6) ausschließlich an der Vakuum kammer (4) und der andere Pumpstrang (7) unter Zwischen schaltung jeweils eines Sperrventils (18, 19) an der Va kuumkammer (4) und der Hochvakuumkammer (5) angeschlossen ist.