DE4213763B4

DE4213763B4 - Verfahren zum Evakuieren einer Vakuumkammer und einer Hochvakuumkammer sowie Hochvakuumanlage zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE4213763B4
Application number: DE4213763A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gebele; Wolfgang Buschbeck
Original assignee: Unaxis Deutschland Holding GmbH
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2012-04-28
Also published as: US5228838A; DE4213763A1

Abstract

Verfahren zum Evakuieren einer Vakuumkammer und einer Hochvakuumkammer einer Hochvakuumanlage, bei dem zunächst die Vakuumkammer und die Hochvakuumkammer 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 Hochvakuumkammer als Vorpumpe für eine Hochvakuum-Pumpeinheit der Hochvakuumkammer verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten des festgelegten Unterdruckes in der Vakuumkammer 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 zugeordnete Vorvakuum-Pumpeinheit einlaßseitig mit der Auslaß der Hochvakuum-Pumpeinheit verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Evakuieren einer Vakuumkammer und einer Hochvakuumkammer einer Hochvakuumanlage, bei dem zunächst die Vakuumkammer und die Hochvakuumkammer 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 Hochvakuumkammer 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 einer Vakuumanlage zwei oder mehrere Kammern auf unterschiedliche Betriebsdrücke zu evakuieren. Bei Vakuum-Aufdampfanlagen zur Beschichtung von bandförmigen Substraten muß beispielsweise in der Kammer, in welcher der Aufdampfvorgang 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 Unterdrücke zu erzeugen, hat man bislang der als Wickelkammer ausgebildeten Vakuumkammer und der als Beschichtungs kammer dienenden Hochvakuumkammer jeweils einen Pumpstrang zugeordnet. Bei Erreichen eines Übernahmedruckes wird der Pumpstrang der Hochvakuumkammer von dieser mittels 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 sicherzustellen, ist es erforderlich, einen möglichst niedrigen Übernahmedruck zu wählen. Dies setzt besonders bei verschmutzten Produktionsanlagen ein sehr großes Saugvermögen des Pumpstranges der Hochvakuumkammer im Druckbereich zwischen 1000 bis 1 mbar voraus. Sobald der Pumpstrang 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 die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Evakuieren einer Vakuumkammer und einer Hochvakuumkammer zu entwickeln, welches mit möglichst klein dimensionierten Pumpsträngen rasch einen sehr niedrigen Druck zu erreichen vermag. Weiterhin soll eine nach diesem Verfahren arbeitende Hochvakuumanlage geschaffen werden.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Unterschreiten des festgelegten Unterdruckes in der Vakuumkammer 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 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 Arbeitens unnötig überdimensioniert ist. Alle Pumpeinheiten erbringen deshalb eine gleichförmig hohe Leistung, so daß sie nicht für nur kurzfristig auftretende Leistungsanforderungen dimensioniert werden müssen und deshalb unerwünscht teuer sind. Die Vakuumpumpeinheit des Pumpstranges der Hochvakuumkammer wird zu Beginn des Absaugvorganges zum Absaugen von Luft aus der Hochvakuumkammer in Verbindung mit der ihr nachgeschalteten Vorvakuum-Pumpeinheit und dann zur Unterstützung der Hochvakuum-Pumpeinheit im hohen Druckbereich (1 E-2 bis 5 E-2 mbar) genutzt.

Der durch die beiden Pumpstränge gebildete variable Wälzkolbenpumpstand 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 Anlage 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 Vakuum-Pumpeinheit des Pumpstranges der Hochvakuumkammer nur noch mit der Vakuumkammer verbunden ist.

Hierdurch läßt sich während des Prozesses die Absaugleistung aus der Vakuumkammer verdoppeln, was vor allem deshalb günstig ist, weil die Vakuumkammer meist eine wesentlich 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 erforderlich ist.

Die zweitgenannte Aufgabe, nämlich die Schaffung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Hochvakuumanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorvakuum-Pumpeinheit wahlweise mit dem Auslaß einer Vakuum-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 Vakuumkammer Verbindung hat.

Bei einer solchen Hochvakuumanlage läßt sich die Vakuumpumpeinheit des Pumpstranges der Hochvakuumkammer zunächst bei noch hohem Druck zum Absaugen der Hochvakuumkammer und anschließend zur Unterstützung der Hachvakuum-Pumpeinheit verwenden, so daß sie über einen langen Zeitraum ausgelastet ist und die ihr vorgeschaltete Vorvakuum-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 ausschließlich an der Vakuumkammer und der andere Pumpstand unter Zwischenschaltung jeweils eines Sperrventils an der Vakuumkammer 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 Vakuum-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 erfindungsgemäße Hochvakuumanlage schematisch dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. In der Zeichnung zeigen die
1 eine Hochvakuumanlage nach dem Stand der Technik,
2 eine Hochvakuumanlage nach der Erfindung zu Beginn des Absaugvorganges,
3 die Hochvakuumanlage nach Erreichen einer ersten Unterdruckstufe,
4 die Hochvakuumanlage während des Prozesses.
In 1 ist eine Hochvakuumanlage nach dem Stand der Technik dargestellt. Diese hat einen Rezipienten 1, welcher durch eine einen Spalt 2 aufweisende Trennwand 3 in eine Vakuumkammer 4 und eine Hochvakuumkammer 5 unterteilt ist. Wenn es sich bei der Hochvakuumanlage um eine Aufdampfanlage für Folien handelt, dann ist die Hochvakuummkammer 5 als Beschichtungskammer ausgebildet und weist den hierzu erforderlichen Verdampfer auf, während die Vakuumkammer 4 eine Wickelkammer darstellt, aus der heraus die zu bedampfende Folie durch den Spalt 2 in die Hochvakuumkammer 5 und wieder zurück zu ihr geführt wird.
Zum Evakuieren der Vakuumkammer 4 und der Hochvakuumkammer 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 geschlossen und ein Sperrventil 14 geöffnet. Nach öffnen eines weiteren Sperrventils 15 vermag dann die Hochvakuum-Pumpeinheit 12 aus der Hochvakuumkammer 5 zu der dann als Vorschaltpumpe arbeitenden Anordnung aus Vakuumpumpeinheit 9 und Vorvakuum-Pumpeinheit 11 zu fördern.
Die 2 zeigt eine Hochvakuumanlage nach der Erfindung. 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 Vorvakuumpumpeinheit 9 über Leitungen 16, 17, in welche jeweils ein Sperrventil 18, 19 geschaltet ist, wahlweise aus der Vakuumkammer 4 und/oder der Hochvakuumkammer 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 verbunden. 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 erfindungsgemäßen Anordnung bilden die Pumpstränge 6, 7 zusammen einen variablen Wälzkolbenpumpstand 26.
Die soeben erläuterte 2 zeigt den Beginn des Absaugvorganges. Die eingezeichneten Pfeile zeigen, daß der Pumpstrang 6 die Vakuumkammer 4 abpumpt und der Pumpstrang 7 Atmosphäre aus der Vakuumkammer 4 und der Hochvakuumkammer 5 fördert. Die Verbindung über die Hochvakuum-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 3 wird durch Pfeile ein Betriebszustand dargestellt, der bei etwa 1 mbar eintritt. Die Sperrventile 18 und 21 werden dann geschlossen, während ein Sperrventil 22 geöffnet wird. Die Vakuumpumpeinheit 9 saugt dann nur noch aus der Hochvakuumkammer 5 an. Die durch die Querverbindung 20 miteinander verbundenen Ausgänge der Vakuumpumpeinheiten 8, 9 werden jetzt nur noch von der Vorvakuum-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 Sperrventil 23. Die Hochvakuumkammer 5 wird jetzt gleichzeitig durch die Vakuumpumpeinheit 9 und der Hochvakuum-Pumpeinheit 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 4 zeigt die Gegebenheiten während des Prozeßablaufs. Zu erkennen ist, daß die Vakuum-Pumpeinheiten 8, 9 jetzt beide ausschließlich mit der Vakuumkammer 4 verbunden sind. Aus der Hochvakuumkammer 5 wird mit der Hochvakuum-Pumpeinheit 12 und der Vorvakuum-Pumpeinheit 11 als Vorpumpstand abgesaugt.

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
25: Verbindungsleitung
26: variabler Wälzkolbenpumpstand

Claims

Verfahren zum Evakuieren einer Vakuumkammer und einer Hochvakuumkammer einer Hochvakuumanlage, bei dem zunächst die Vakuumkammer und die Hochvakuumkammer 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 Hochvakuumkammer als Vorpumpe für eine Hochvakuum-Pumpeinheit der Hochvakuumkammer verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten des festgelegten Unterdruckes in der Vakuumkammer 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 zugeordnete Vorvakuum-Pumpeinheit einlaßseitig mit der Auslaß der Hochvakuum-Pumpeinheit verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Prozesses die Vakuum-Pumpeinheit des Pumpstranges der Hochvakuumkammer nur noch mit der Vakuumkammer verbunden ist.
Hochvakuumanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 normal mit einer Vakuumkammer und einer Hochvakuumkammer, an welcher jeweils ein eine Vakuumpumpeinheit und eine Vorvakuum-Pumpeinheit aufweisender Pumpstrang angeschlossen und bei der zur Erzeugung des Hochvakuums an der Hochvakuumkammer zusätzlich eine Hochvakuum-Pumpeinheit angeschlossen ist, welcher ausgangsseitig mit der Einlaßseite des Pumpstranges der Hochvakuumkammer verbindbar ist, so daß dieser Pumpstrang als Vorpumpe für die Hochvakuum-Pumpeinheit zu arbeiten vermag, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorvakuum- Pumpeinheit (11) wahlweise mit dem Auslaß einer Vakuum-Pumpeinheit (9) des Pumpstranges (7) der Hochvakuumkammer (5) oder der Hochvakuum-Pumpeinheit (12) verbindbar ist und daß der Auslaß der Vakuum-Pumpeinheit (9) des Pumpstranges (7) der Hochvakuumkammer (5) über eine Querverbindung (20) mit dem Einlaß der Vorvakuum-Pumpeinheit (10) des Pumpstranges (6) der Vakuumkammer (4) Verbindung hat.
Hochvakuumanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpstrang (6) ausschließlich an der Vakuumkammer (4) und der andere Pumpstrang (7) unter Zwischenschaltung jeweils eines Sperrventils (18, 19) an der Vakuumkammer (4) und der Hochvakuumkammer (5) angeschlossen ist.