Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leckprüfung einer Vakuumprozessanlage, die eine Prozesskammer und eine daran angeschlossene Anlagenpumpvorrichtung zur Vakuumerzeugung aufweist, einen Heliumleckdetektor zum Anschluss an eine Vakuumprozessanlage und eine Kombination einer Vakuumprozessanlage mit einem Heliumleckdetektor.

Vakuumprozessanlagen, die eine Prozesskammer aufweisen, sind Anlagen zur Erzeugung oder zum Bearbeiten von Werkstücken unter Vakuum, beispielsweise zum Beschichten von Glasscheiben durch Aufdampfen von Materialien oder zur Durchführung von Prozessen, bei denen Oxidation der Werkstücke verhindert werden muss. Solche Vakuumprozessanlagen haben eine

Anlagenpumpvorrichtung, die in der Prozesskammer das Vakuum in der benötigten Größe erzeugen kann. Zur Vakuumprozessanlage gehören die Prozesskammer sowie die Anlagenpumpvorrichtung. Vakuumprozessanlagen müssen auf das Vorhandensein von Lecks geprüft werden. Hierzu wird außerhalb der Prozesskammer eine örtlich begrenzte Helium enthaltende Atmosphäre erzeugt. Mit einem Heliumleckdetektor wird festgestellt, ob Helium in die evakuierte Prozesskammer eingedrungen ist. Die üblichen Heliumleckdetektoren enthalten ein Massenspektrometer und eine Vakuumpumpvorrichtung, die geeignet ist, ein Hochvakuum mit Drücken kleiner 0,lmbar zu erzeugen. Die Vakuumpumpvorrichtung im Leckdetektor sorgt für einen definierten Gasstrom aus dem Testobjekt in den Leckdetektor. Die normalerweise kurze Zeitkonstante des Leckdetektors addiert sich zur Anlagenzeitkonstante. Bei Feinvakuumdruck wird der Leckdetektor über eine Drossel angeschlossen. Dann kann die Gasaustauschzeit nur kurz gehalten werden, wenn diese Drossel nahe an dem Gasstrom der Anlage ist und sich dahinter eine Leitung unter Hochvakuum befindet, die der Pumpwirkung des Leckdetektors ausgesetzt ist.

Insbesondere bei Groblecks oder zu Beginn der Evakuierung können Drücke auftreten, die im Feinvakuumbereich (0,l-100mbar) liegen. Gerade dann aber möchte man eine Lecksuche durchführen, um die Groblecks abzudichten und den Arbeitsdruck zu erreichen, bei dem dann die Feinlecksuche stattfindet.

In DE 100 31 882 Al (Leybold) ist ein Sensor für Helium oder Wasserstoff beschrieben, der als Partialdrucksensor ausgebildet ist und den Einsatz teurer Massenspektrometer entbehrlich macht. Der Sensor enthält eine für Helium selektiv durchlässige Membran, die eine Sensorkammer begrenzt und im Inneren der Sensorkammer einen Drucksensor. Der Sensor arbeitet bei beliebigen Umgebungsdrücken. In DE 10 2004 034 381 Al (Inficon) ist ein Gassensor beschrieben, der in einer Detektionskammer, die durch eine für das Detektionsgas selektiv durchlässige Membran abgeschlossen ist, einen Drucksensor enthält. Die Detektionskammer ist mit einer Getterpumpe verbunden, welche das Gas aus ihr abzieht.

Die üblichen Heliumleckdetektoren, die aus Massenspektrometer und Vakuumpumpvorrichtung bestehen, eignen sich in der Regel nicht für mobile Serviceeinsätze, weil sie ein großes Gewicht und eine erhebliche Baugröße haben. Sie sind schwierig zu transportieren, empfindlich gegen Beschädigungen und teuer. Der Benutzer oder In-Betrieb-Nehmer einer Vakuumprozessanlage möchte einen Heliumleckdetektor, der leicht zu transportieren ist, ein geringes Gewicht und eine geringe Baugröße hat. Eine weitere Bedingung ist eine geringe Ansprechzeit, möglichst im einstelligen Sekundenbereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Leckprüfung einer Vakuumprozessanlage anzugeben, das diesen Anforderungen gerecht wird und wenig apparativen Aufwand erfordert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer durch Betrieb der zur Vakuumprozessanlage gehörenden Anlagenpumpvorrichtung evakuiert wird, und dass an die Vakuumprozessanlage ein selektiv auf Helium ansprechender Partialdrucksensor angeschlossen wird.

Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, dass eine Vakuumprozessanlage eine eigene Vakuumpumpvorrichtung hat, die zur Erzeugung des Vakuums in der für den Anlagenbetrieb benötigten Höhe ausreicht. Dieses Vakuum wird dazu benutzt, das außerhalb der Prozesskammer versprühte Helium in die Prozesskammer einzusaugen. An die Prozesskammer ist ein vom Gesamtdruck unabhängiger Partialdrucksensor angeschlossen, der kein eigenes Vakuum und auch kein Hochvakuum benötigt. Der Partialdrucksensor kann an die Prozesskammer oder deren Auslass angeflanscht werden. Er enthält keine eigene Pumpe. Er misst also Helium-Partialdrücke. Auf diese Weise ist eine Leckerkennung möglich. Der Partialdrucksensor hat ein geringes Gewicht und lässt sich leicht auch als Fluggepäck transportieren.

Der Heliumleckdetektor kann auch zur Bestimmung der Leckrate benutzt werden, wenn das wirksame Anlagensaugvermögen für Helium bekannt ist oder die Anzeige über ein bekanntes Testleck kalibriert wurde.

Die Erfindung betrifft ferner einen Heliumleckdetektor zum Anschluss an eine Vakuumprozessanlage sowie eine Kombination einer Vakuumprozessanlage mit einem Heliumdetektor.

Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt kein Einsaugen des Testgases (Helium) in den Heliumsensor mittels Vakuum. Vielmehr dringt das Helium aufgrund des Konzentrationsgradienten durch Diffusion in den Partialdrucksensor ein. Es wird also keine Strömung durch Druckdifferenz erzeugt, sondern eine Diffusionsströmung zum Ort des geringeren Helium-Partialdrucks.

Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wichtig, eine kurze Ansprechzeit des Heliumleckdetektors zu erhalten. Hierzu ist der Abstand zwischen dem Heliumsensor und der Prozesskammer möglichst kurz zu halten. Der Durchmesser der Anschlussleitung muss so groß sein, dass unabhängig von der Höhe des Vakuums ein ausreichender Leitwert zum Gasaustausch vorhanden ist. Der Durchmesser kann also relativ klein gehalten werden. Im Feinvakuumbereich darf er kleiner als 10mm sein, typischerweise sogar nur 5mm betragen. Der Querschnitt muss nur so groß sein, dass die freie Weglänge der Heliumatome nicht beeinflusst wird. Die freie Weglänge ist abhängig von dem jeweiligen Gesamtdruck. O

Die Erfindung eignet sich für die Prüfung von Prozesskammern sowohl im Feinvakuum bei 0,lmbar < p < lOmbar sowie ebenfalls im Hochvakuum bei p < 0,lmbar. Im Feinvakuum ist die Gasaustauschzeit bestimmt durch die Induktionszeit für Gasdiffusion. Hier spielt der Durchmesser des Anschlussrohres zwischen der Vakuumprozessanlage und dem Partialdrucksensor eine vernachlässigbare Rolle, solange er nicht kleiner ist als die mittlere freie Weglänge, wodurch die Diffusion behindert würde. Bei lOmbar ist die freie Weglänge in Luft nur ca. 7μm, so dass Nennweiten von wenigen Millimetern bereits ausreichend groß sind. Die Länge des Anschlussrohres ist allerdings von entscheidender Bedeutung für die Ansprechzeit, da die Induktionszeit für Gasdiffusion quadratisch mit der Anschlusslänge ansteigt. Mit dem Druck in der Leitung steigt die Induktionszeit dagegen nur linear. Wenn bei einem Druck von 5mbar die Länge der Rohrleitung ca. 15cm beträgt, erreicht man eine Gasaustauschzeit von 5sec, was für die Anlagenlecksuche akzeptabel ist.

Bei Betrieb im Hochvakuum ist die Gasaustauschzeit gegeben durch den Leitwert der Rohrleitung und das Totvolumen von Rohrleitung und Sensor. Bei einer Rohrleitung von 25mm Innendurchmesser und 20cm Länge beträgt das Totvolumen ca. 0,11. Der Leitwert für molekulare Strömung beträgt ca. 101/s und die resultierende Zeitkonstante 10ms. Das Sensortotvolumen von einigen cm ³ verlängert diesen Wert vernachlässigbar. Im Hochvakuum ist also die Ansprechzeit des Sensors auch ohne eigene Pumpe nur von der intrinsischen elektrischen Zeitkonstante des Sensors bestimmt.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

In der Zeichnung ist die Leckprüfung einer Vakuumprozessanlage dargestellt.

Die Vakuumprozessanlage 10 weist eine Prozesskammer 11 auf, bei der es sich beispielsweise um einen Autoklaven handelt, in dem Werkstücke unter Vakuum hergestellt oder bearbeitet werden können. Die Prozesskammer 11 ist an eine Vakuumpumpvorrichtung 12 angeschlossen, die das erforderliche Vakuum erzeugt. Die Vakuumpumpvorrichtung 12 ist zweistufig. Sie enthält eine Vakuumpumpe 13 und eine Vorvakuumpumpe 14. Die Vakuumpumpe 13 ist beispielsweise eine Roots-Pumpe und die Vorvakuumpumpe 14 ist eine Schieberpumpe. Der Auslass 15 der Vakuumpumpvorrichtung 12 liegt auf Atmosphärendruck. Die beiden Pumpen 13 und 14 sind durch eine Verbindungsleitung 16 verbunden.

An die Verbindungsleitung 16 ist eine Abzweigleitung 17 angeschlossen, die zu einem Anschlussflansch 18 der Vakuumprozessanlage führt. An den Anschlussflansch 18 ist ein Partialdrucksensor 20 für Helium mit einem Rohrstutzen 19 angeschlossen. Die Abzweigleitung 17 und der Rohrstutzen 19 bilden gemeinsam die Rohrleitung 21, deren Länge den Abstand des Partialdrucksensors 20 von der Verbindungsleitung 16 bestimmt, in der der gepumpte Gasstrom fließt.

Der Partialdrucksensor 20 ist in gleicher Weise ausgebildet, wie in DE 100 31 882 Al beschrieben ist, die hiermit durch Verweis in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird. Der Heliumsensor weist eine Detektionskammer auf, die von einer selektiv für Helium durchlässigen Wand begrenzt ist. In der Detektionskammer befindet sich ein Drucksensor, beispielsweise in Form eines Penning-Drucksensors, wie auch in DE 10 2004 034 381 Al beschrieben ist. Dieser liefert eine dem Helium-Partialdruck entsprechende Anzeige.

Bei der Prüfung der Prozesskammer 11 auf Dichtheit wird die Prozesskammer zunächst mit der Anlagenpumpvorrichtung 12 evakuiert. Dann wird außerhalb der Prozesskammer eine Helium enthaltende Atmosphäre erzeugt. Dies geschieht hier mit einer Sprühpistole 25, die mit einer Heliumgasflasche 26 verbunden ist. Wenn sich ein Leck in der Behälterwand befindet, fließt ein Leckstrom Q _L in das Behälterinnere. Anstelle einer lokalen Prüfung mit Sprühpistole kann auch eine partielle Prüfung erfolgen, bei der ein begrenzter Außenbereich der Prozesskammer eingehüllt wird und in die Umhüllung Helium eingeführt wird. Beide Methoden eignen sich für die Lokalisierung von Lecks bzw. die Prüfung begrenzter Bereiche, wie beispielsweise Schweißnähte oder Anschlussstutzen. Eine weitere Prüfmethode ist die integrale Prüfung, bei der die gesamte Prozesskammer eingehüllt wird.

Der Partialdrucksensor 20 misst den Helium-Partialdruck p _He , der sich aus der Anlagenleckrate q _He und dem installierten Saugvermögen S _A ,H _e für Helium ergibt:

P He -

S He

Um das unbekannte Anlagensaugvermögen zu eliminieren, wird zur Kalibrierung ein bekanntes Prüfleck mit der Leckrate Q _TL gemessen. Mit dem zugehörigen Partialdruck dieses Prüflecks p _TL ergeben sich die Heliumleckraten q _He der Anlage aus den gemessenen Partialdrücken p _He wie folgt:

gemessen HTL _ r gemessen

¹ I He — P He ^' gemessen ^~ J CAL ^' PHe

P TL

Die Ansprechzeit ist gegeben durch

1. die Zeitkonstante der Anlage, definiert als

γ Anlage

(63% vom Endwert)

Anlage

und zusätzlich 2. durch die Gasaustauschzeit in der Rohrleitung zum Leckdetektor bzw. Sensor. Die Anlagenzeitkonstante ist nicht beeinflussbar, die Zeit für den Gasaustausch mit dem Leckdetektor/Sensor addiert sich dazu und muss deshalb kurz gehalten werden.

Die Erfindung ermöglicht eine Leckprüfung einer Vakuumprozessanlage mit einfachen apparativen Mitteln bei kurzer Ansprechzeit. Ein wesentlicher Vorteil liegt darin, dass die Ausrüstung für die Leckprüfung keine eigene Pumpvorrichtung aufweist.