JP4989659B2 - ダイヤフラムを備える真空測定セル - Google Patents
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Description
非常に大きくオーバーハングするテーブル形の配置の場合、および特に複数にわたって相上下して配置されている構造の場合、段階的にコーティングを行い、次いで、希望する構造要素をエッチングすることによって、このような構造を製作することができる。真空プロセスを適用すれば、コーティングステップだけでなくエッチングステップも同一の真空設備で行うことができる。
真空測定セルのための構造化されたダイヤフラム表面のさまざまな例について、本発明
に基づき図3aから図3eで一例を説明する。各図面は、ダイヤフラム41の一部をそれぞれ断面図として示している。ダイヤフラムは、Al2O3のようなセラミックおよび/または単結晶Al2O3のようなサファイアで実質的に構成されているのが好ましい。容量式の真空測定セルで使用するとき、ダイヤフラム41の表面は、測定されるべき媒体と反対を向いているほうの側で、周知のとおり、コンデンサシステムの電極を形成する導電性の被覆でコーティングされている。ダイヤフラムに印加される圧力に応じて、ダイヤフラム41は相応に変形し、コンデンサのそれぞれの電極の間隔が変化し、そのようにしてそのキャパシタンスが測定されて評価され、測定されるべき圧力の大きさと相関関係にある信号が形成される。光学式のダイヤフラム真空測定セルでは、たとえばファブリ・ペロ・システムを通じて、ダイヤフラムの撓みが光学式に測定される。ところでダイヤフラム41が媒体側で汚染されていると、一種の堆積層40がダイヤフラム表面41aに凝縮し、この堆積層40はダイヤフラム41とは異なる材料特性によって、ダイヤフラム41の変形につながる望ましくない圧力を生成し、その様子は図3aに模式的に示されている。望ましくないダイヤフラムの歪みによるこのようなダイヤフラム41の変形は、測定結果の狂いにつながり、測定の精度および特に測定セルの時間的な利用可能性ないし耐用寿命を制約する。セラミックダイヤフラムやサファイアダイヤフラムを備える前述した形式のダイヤフラム測定セルは、たとえばプラズマプロセスや、特に反応性プロセスおよび化学反応性プロセスといった汚染の危険性があるプロセスで使用されるので、この問題にはいっそう大きな意義がある。
格子構造がない場合、堆積層40によって約1GPaの機械的応力が生成され、それによってダイヤフラムは3.5μmだけ変形した。構造化によって変形を係数7だけ減らすことができ、すなわち約0.5μmまで減らすことができた。これは、測定された圧力が13mbarのとき、14%の測定誤差に相当している。前述した例が示すように、本発明の方策によって、ダイヤフラム真空測定セルの測定精度ないし耐用寿命を劇的に高めることができる。構造要素の幅ないし間隔は、10μmから50μmの範囲内にある、構造化されたダイヤフラム表面の主格子として配置されていると好都合である。テーブル構造43が採用されるときは、1から3μmのテーブル台の厚みが格別に好適であり、このときテーブル脚の幅は、それ自体が網目間隔よりも数μmだけ短く選択されるテーブル台の直径よりも、最大で3分の1だけ短い。ただしそれぞれの構造のあいだの間隙幅は、少なくとも、堆積層の予想される厚みもしくは許容される厚みよりも大きく選択するのがよい。本発明の方策により、ダイヤフラム真空測定セルのドリフト挙動を最大で係数10だけ低減することができる。
対する阻止が少なくとも生じるようになっており、ただし好ましくは、主として測定されるべき圧力領域でできるだけ密閉が生じるようになっている。
Claims (12)
- 2つの平坦なハウジング部分(1,4)の間に配置された40μmから760μmの範囲内の厚さのダイヤフラム(2,41)を備え、第1のハウジング部分(1)は基準真空室(10)を形成しており、第2のハウジング部分(4)は測定されるべき媒体と接続するための接続手段(5)を備える測定真空室(9)を形成している真空測定セルであって、この真空測定セルはダイヤフラムの撓みを測定するための手段を基準真空室(10)の領域内に含み、測定されるべき媒体に曝露されるダイヤフラム表面(41a)上には0.1μmから20μmの範囲内の高さの垂直および/またはオーバーハングの段部(42)の形態で形成された構造が取付けられており、それらの幅は前記構造の高さの2倍から20倍の範囲内にあることを特徴とする測定セル。
- 前記構造において前記段部(42)はエッジを有し、それによって前記媒体から前記ダイヤフラム(2,41)上に析出される堆積層(40)が前記ダイヤフラムに対して実質的に応力なしに振舞うように構成されており、それによって前記ダイヤフラム(2,41)の応力曲げが低減されるようになっていることを特徴とする、請求項1に記載の測定セル。
- 前記ダイヤフラム(2,41)はAl2O3のようなセラミックおよび/または単結晶Al2O3のようなサファイアで実質的にできていることを特徴とする、請求項1または2に記載の測定セル。
- 前記真空測定セルは前記ダイヤフラム(2,41)とともに容量式および/または光学式の測定構造を構成することを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の測定セル。
- 前記ダイヤフラムの直径は5から80mmの範囲内にあることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の測定セル。
- 前記ダイヤフラム(2,41)上の構造は周期的および/または非周期的間隔の格子の形で構成されていることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の測定セル。
- 前記構造はダイヤフラム材料に根付いていることを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の測定セル。
- ダイヤフラム表面(41a)上に少なくとも1つの構造化された層が設けられており、前記層の材料は好ましくはAl2O3および/またはサファイアでできていることを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載の測定セル。
- 前記構造は大きなオーバーハングの段部を有しており、それは断面においてテーブル状またはきのこ状の形を有し、前記構造の開口部において前方から前記ダイヤフラムの地を直接見通すことを防止するように複数のそのような構造が互いに上下に配置されていることを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の測定セル。
- 前記構造の高さは0.1μmから10μmの範囲内にあることを特徴とする、請求項1から9のいずれか1項に記載の測定セル。
- 前記測定真空室(9)の接続手段(5)と測定されるべき媒体との間に阻流板構造(25)が配置されていることを特徴とする、請求項1から10のうちいずれか1項に記載の測定セル。
- 前記阻流板構造(25)は、螺旋阻流板(20)を含んでいることを特徴とする、
請求項11に記載の測定セル。
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