CH701500A1

CH701500A1 - Pressure measuring cell arrangement with an optical diaphragm pressure measuring cell.

Info

Publication number: CH701500A1
Application number: CH01172/09A
Authority: CH
Inventors: Christian Berg
Original assignee: Inficon Gmbh
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-01-31
Also published as: WO2011009222A1; JP2013500461A; DE112010003054B4; KR20120036351A; JP5629317B2; DE112010003054A5

Abstract

Eine Druckmesszellenanordnung umfasst einen optischen Membrandruckwandler 23, der einen Gehäusekörper 1 mit einer davon in geringem Abstand angeordneten Membrane 5, welche einem Prozessraum 12 mit dem zu messenden gasförmigen Medium ausgesetzt ist, wobei der Gehäusekörper 1 ein optisch transparentes Fenster 3 aufweist, und dass beabstandet von diesem Fenster 3 über einen optischen Pfad 9, eine Signalaufnahmeeinheit 32 mit einer Lichtleitfaser 22 zur Ein- und Auskopplung von Licht auf die Oberfläche der Membrane 5 vorgesehen ist, derart dass dadurch eine Messstrecke ausgebildet ist zur Erfassung von Auslenkungen der Membrane 5 mit einer Signalauswerteeinheit 24, wodurch eine Fabry-Perot-Interferometeranordnung ausgebildet wird. Hierbei ist der Prozessraum 12 von einer Kammerwand 30 gegen die Atmosphäre 10 hin abschliessend umgeben, und der Prozessraum 12 ist mit einem Trennmittel 25 begrenzt, derart dass zwischen dem Trennmittel 25, 31 und der davon beabstandeten Kammerwand 30 ein Klimaraum 11 ausgebildet ist. Die Signalaufnahmeeinheit 32 ist an der Kammerwand 30 optisch hindurchführend angeordnet und das Trennmittel 25 weist mindestens im Bereich des optischen Pfades 9 optisch transparente Mittel 25a auf, derart dass zwischen dem Membrandruckwandler 23 und der Signalaufnahmeeinheit 32 eine optische Verbindung besteht zur Übermittlung des optischen Drucksignals.A pressure measuring cell arrangement comprises an optical diaphragm pressure converter 23 which has a housing body 1 with a membrane 5 which is arranged at a small distance from it and which is exposed to a process space 12 with the gaseous medium to be measured, the housing body 1 having an optically transparent window 3 and being spaced apart from This window 3 is provided via an optical path 9, a signal receiving unit 32 with an optical fiber 22 for coupling and decoupling light onto the surface of the diaphragm 5, thereby forming a measuring path for detecting deflections of the diaphragm 5 with a signal evaluation unit 24 , whereby a Fabry-Perot interferometer arrangement is formed. Here, the process chamber 12 is finally surrounded by a chamber wall 30 against the atmosphere 10 back, and the process space 12 is limited with a release agent 25, so that between the separating means 25, 31 and the chamber wall 30 spaced therefrom a climatic chamber 11 is formed. The signal receiving unit 32 is optically guided on the chamber wall 30 and the separating means 25 has optically transparent means 25a at least in the region of the optical path 9, such that an optical connection exists between the diaphragm pressure converter 23 and the signal receiving unit 32 for transmitting the optical pressure signal.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Druckmesszellenanordnung mit einer optischen Membrandruckmesszelle gemäss den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Druckmesszellenanordnung gemäss den Merkmalen des Patentanspruches 24. The invention relates to a pressure measuring cell arrangement with an optical diaphragm pressure measuring cell according to the features of claim 1 and a method for producing a pressure measuring cell arrangement according to the features of claim 24.

[0002] Es ist bekannt, Drücke bzw. Druckdifferenzen dadurch zu messen, indem eine dünne Membran druckbeaufschlagt wird und ihre druckabhängige Durchbiegung gemessen wird. Eine bekannte und geeignete Methode, die Durchbiegung solcher Membranen zu messen, besteht darin, dass die Membrananordnung als variable elektrische Kapazität ausgebildet wird, wobei über eine Messelektronik in bekannter Weise die Kapazitätsänderung ausgewertet wird, welche mit der Druckänderung korreliert. Bei entsprechender Dimensionierung können derartige Membrandruckmesszellen für hohe Drücke über Atmosphäre bis beispielsweise 1000 bar realisiert werden, aber auch für tiefe Drücke unter Atmosphäre, also für Vakuumanwendungen. Es können mit derartigen Messzellen bei geeigneter Ausbildung sehr hohe Auflösungen auch bei tieferem Drücken, beispielsweise im mbar-Bereich oder auch bei wesentlich tiefem Vakuumdrucken erzielt werden. It is known to measure pressures or pressure differences characterized by a thin diaphragm is pressurized and their pressure-dependent deflection is measured. A known and suitable method to measure the deflection of such membranes, is that the membrane assembly is designed as a variable electrical capacitance, which is evaluated via a measuring electronics in a known manner, the capacitance change, which correlates with the pressure change. With appropriate dimensioning such diaphragm pressure measuring cells for high pressures over atmosphere can be realized up to, for example, 1000 bar, but also for low pressures under the atmosphere, so for vacuum applications. It can be achieved with such measuring cells with suitable training very high resolutions even at lower pressures, for example in the mbar range or even at significantly low vacuum pressures.

[0003] Für hochauflösende Druckmessanwendungen bei hoher Korrosionsfestigkeit gegenüber den zu messenden Medien, wie insbesondere Gasen, wurde eine Membrandruckmesszelle geschaffen, vorzugsweise für Vakuumanwendungen, die vollständig aus korrosionsfesten Materialien wie Metalloxiden besteht, wie insbesondere einem AI2O3, die heute kommerziell sehr erfolgreich eingesetzt wird. Eine bekannte Anordnung dieser Art wurde veröffentlicht in USP 6 591 687, welche in ihrer Gesamtheit integrierender Bestandteil der nachfolgend beschriebenen Erfindung ist. Die dort vorgestellte Kapazitive Vakuummesszelle (CDG) ist beispielsweise vollständig aus einer Keramik, wie insbesondere AI2O3, hergestellt. Dadurch werden sehr hohe Korrosionsbeständigkeit und langlebige Reproduzierbarkeit erreicht. Nur in Bereichen, wo gedichtet werden muss oder wo Durchführungen vorgesehen sind, werden in geringen Mengen andere Materialien als AI2O3vorgesehen, sofern nicht das AI2O3ohne Fremdmaterialzugabe verschweisst wird. Die Zelle besteht aus einem ersten plattenförmigen Gehäusekörper, über welchem eine Membran im Randbereich dichtend angeordnet ist, sodass diese einen Referenzvakuumraum einschliesst. Auf der dem Referenzvakuumraum abgewandten Seite ist ein zweiter Gehäusekörper ebenfalls im Randbereich dichtend schliessend beabstandet angeordnet, sodass dort ein Messvakuumraum ausgebildet wird. Dieser Messvakuumraum ist mit einem Anschluss für die Zuleitung des zu messenden Mediums versehen. Die Oberflächen des ersten Gehäusekörpers und der Membrane, welche den Referenzvakuumraum ausbilden, sind elektrisch leitend beschichtet, beispielsweise mit Gold, und bilden die Elektroden der Kapazitätsmesszelle. Die Elektroden wiederum sind herausgeführt, beispielsweise durch den ersten Gehäusekörper oder durch den Abdichtungsbereich in der Randzone. Die im Wesentlichen parallel angeordneten Elektrodenflächen weisen einen Abstand im Bereich von 2 µm bis 50 µm auf. Die Abdichtung der Membran im Randbereich gegenüber den beiden Gehäusen erfolgt vorzugsweise durch Verschweissung, beispielsweise durch Laserschweissen. Sehr geeignet und einfach in der Anwendung ist aber auch ein Glas Lot, welches ebenfalls recht gut korrosionsbeständig ist. Eine weitere Möglichkeit der dichtenden Verbindung besteht auch darin, Gehäuseteile diffizil zu verbinden, beispielsweise im Grünkörperstadium, wenn es darum geht, Al2O3-fremdes Material vollständig zu vermeiden. For high-resolution pressure measurement applications with high corrosion resistance to the media to be measured, in particular gases, a diaphragm pressure cell was created, preferably for vacuum applications, which consists entirely of corrosion-resistant materials such as metal oxides, in particular an Al2O3, which is now used very successfully commercially. A known arrangement of this kind has been published in US Pat. No. 6,591,687, which is in its entirety an integral part of the invention described below. The presented there capacitive vacuum cell (CDG) is for example made entirely of a ceramic, in particular Al2O3. This achieves very high corrosion resistance and long-lasting reproducibility. Only in areas where sealing is required or where feedthroughs are intended will materials other than Al2O3 be provided in small quantities, unless the AI2O3 is welded without adding foreign material. The cell consists of a first plate-shaped housing body, over which a membrane is sealingly arranged in the edge region, so that it encloses a reference vacuum space. On the side facing away from the reference vacuum space, a second housing body is likewise arranged so as to be sealingly closed at the edge area, so that a measuring vacuum space is formed there. This measuring vacuum chamber is provided with a connection for the supply of the medium to be measured. The surfaces of the first housing body and of the membrane, which form the reference vacuum space, are coated in an electrically conductive manner, for example with gold, and form the electrodes of the capacitance measuring cell. The electrodes in turn are led out, for example through the first housing body or through the sealing area in the edge zone. The substantially parallel electrode surfaces have a spacing in the range of 2 microns to 50 microns. The sealing of the membrane in the edge region relative to the two housings is preferably carried out by welding, for example by laser welding. Very suitable and easy to use but also a glass solder, which is also quite good corrosion resistance. Another possibility of the sealing connection is also to connect housing parts difficult, for example in the green body stage, when it comes to completely avoid Al2O3-foreign material.

[0004] Diese Anordnung der Messzelle ermöglicht im Wesentlichen einen symmetrischen Aufbau, der jegliche Verspannungen im Gehäuse vermeidet. Dies ist besonders wichtig, um eine hohe Messempfindlichkeit zu erreichen und tiefe Messdrücke bei hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zu realisieren. Dadurch wird ausserdem ermöglicht, eine sehr dünne Membran aus Keramik zu verwenden, welche zwingend ist, wenn die Messzelle tiefere Vakuumdrücke als 100 mbar, und vor allem tiefer als 10 mbar, zuverlässig mit kapazitiven vollkeramischen Messzellen erfassen soll. Hierzu sind Membrandicken von 10 µm bis 1000 µm notwendig, wobei Membrandicken von 30 µm bis 120 µm bevorzugt werden, um eine sehr gute Auflösung zu erreichen. This arrangement of the measuring cell essentially allows a symmetrical structure, which avoids any tension in the housing. This is particularly important in order to achieve a high measuring sensitivity and to realize low measuring pressures with high accuracy and reproducibility. This also makes it possible to use a very thin membrane made of ceramic, which is mandatory if the measuring cell is to detect lower vacuum pressures than 100 mbar, and especially deeper than 10 mbar, reliably with capacitive all-ceramic measuring cells. For this purpose, membrane thicknesses of 10 .mu.m to 1000 .mu.m are necessary, with membrane thicknesses of 30 .mu.m to 120 .mu.m being preferred in order to achieve a very good resolution.

[0005] Ein weiterer Ansatz zum Auslesen einer derartig aufgebauten Membrandruckmesszelle ist die Verwendung einer optischen Auslesetechnologie für die Messung der Membranauslenkung anstelle des kapazitiven Prinzips, wie dies entsprechend in US Pat. 7 305 888 B2 (Wälchli et al.) beschrieben ist, welche in ihrer Gesamtheit integrierender Bestandteil der nachfolgend beschriebenen Erfindung ist. Das Konzept einer optischen Membranmesszelle (ODG, Optical Diaphragm Gauge) beseitigt einige Nachteile des CDG-Konzepts. Die Druck abhängige Auslenkung der Membrane wird hierbei im Sensor mithilfe eines optischen Systems gemessen, wobei das gemessene Signal mit einer optischen Faser zur optischen Signalaufbereitungseinheit transportiert wird, welche in der Folge das optische Signal in ein elektrisches Signal umwandelt. Dieses optische Signal kann über grosse Distanzen (sogar Kilometer) transportiert werden ohne Abschwächung und ohne Verfälschungen durch umgebende Störungen, wie hauptsächlich elektromagnetische Störungen, Vibrationen und Veränderungen der Umgebungstemperatur. Another approach to reading a membrane pressure measuring cell constructed in this way is the use of an optical read-out technology for the measurement of the diaphragm deflection instead of the capacitive principle, as described in US Pat. 7,305,888 B2 (Wälchli et al.), Which in their entirety is an integral part of the invention described below. The concept of an optical diaphragm gauging cell (ODG) overcomes some disadvantages of the CDG concept. The pressure-dependent deflection of the membrane is thereby measured in the sensor by means of an optical system, wherein the measured signal is transported with an optical fiber to the optical signal conditioning unit, which subsequently converts the optical signal into an electrical signal. This optical signal can be transported over long distances (even kilometers) without attenuation and distortion due to surrounding disturbances, such as electromagnetic disturbances, vibrations and changes in ambient temperature.

[0006] Eine derartige Vakuummesszelle hat einen ersten Gehäusekörper und eine Membran, jeweils aus Al2O3-Keramik oder Saphir. Die Membran ist planar mit einem Aussenrand, der durch eine erste Dichtung mit dem ersten Gehäusekörper verbunden wird, um eine Referenzvakuumkammer zu bilden. Ein Stutzen verbindet die Vakuummesszelle mit einem zu messenden Medium. Mindestens im zentralen Bereich des ersten Gehäusekörpers ist ein transparentes optisches Fenster ausgebildet mit einer ersten teilreflektierenden Oberfläche auf der inneren, der Membran zugewandten Seite, und mindestens der zentrale Abschnitt der Membran hat eine zweite reflektierende optische Oberfläche, die der ersten reflektierenden Oberfläche gegenüber liegend positioniert ist. Ausserhalb der Referenzvakuumkammer ist gegenüber dem Fenster und davon beabstandet eine optische Faser abgeordnet, um Licht auf die Membranoberfläche bzw. davon weg zu- bzw. abzuführen. Ein Druckunterschied zwischen den beiden unterschiedlichen Seiten der elastischen Membran verursacht die Biegung der Membran, wodurch sich die Länge des optischen Hohlraums entsprechend ändert. Licht wird durch das Saphirgehäuse bzw. durch das Fenster auf die semireflektierende Membranoberfläche fokussiert, von wo es nach dem Durchlaufen des Interferenzphänomens über mehrere Reflexionen zwischen den beiden Spiegeln unter Verwendung von einem aus mehreren verfügbaren Verfahren gesammelt und analysiert wird (z. B. Fizeau Interferometer (FISO Inc.), Weisslichtpolarisations-Interferometer (OPSENS Inc.), Michelson Interferometer, Spektrometer,...), wobei die Länge des optischen Hohlraums und damit die Druckdifferenz über der Membran ermittelt wird. Die Messzellenanordnung ist somit Teil einer Fabry-Perot-Interferometer-Erkennungs- oder -Analyseanordnung. Die Dicke der Membran zusammen mit ihrem freien Durchmesser und der erwünschten maximalen Biegung definieren den zu verwendenden Druckbereich. Der Membrandurchmesser kann beispielsweise 11 mm sein, und seine Dicke kann 300 µm betragen. Bevorzugte Bereiche für den Membrandurchmesser liegen bei 5,0 mm bis 80 mm, vorzugsweise bei 5,0 mm bis 40 mm, und die Membrandicke ist im Bereich von 10 µm bis 10 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 10 µm bis 1.0 mm, insbesondere für Vakuumanwendungen, und vorzugsweise in einem Bereich von 600 µm bis 9 mm für Hochdruckanwendungen. Such a vacuum measuring cell has a first housing body and a membrane, each made of Al2O3 ceramic or sapphire. The membrane is planar with an outer edge joined by a first seal to the first housing body to form a reference vacuum chamber. A nozzle connects the vacuum measuring cell with a medium to be measured. At least in the central region of the first housing body, a transparent optical window is formed with a first partially reflective surface on the inner membrane facing side, and at least the central portion of the membrane has a second reflective optical surface positioned opposite the first reflective surface , Outside the reference vacuum chamber, an optical fiber is spaced from the window and spaced therefrom to supply or remove light to and from the membrane surface. A pressure difference between the two different sides of the elastic membrane causes the bending of the membrane, which changes the length of the optical cavity accordingly. Light is focused through the sapphire housing or window onto the semireflective membrane surface from where it is collected and analyzed after passing through the interference phenomenon over multiple reflections between the two mirrors using one of several available methods (eg, Fizeau interferometer (FISO Inc.), white light polarization interferometer (OPSENS Inc.), Michelson interferometer, spectrometer, ...), whereby the length of the optical cavity and thus the pressure difference across the membrane is determined. The measuring cell arrangement is thus part of a Fabry-Perot interferometer detection or analysis arrangement. The thickness of the membrane together with its free diameter and the desired maximum bend define the pressure range to be used. The membrane diameter may be 11 mm, for example, and its thickness may be 300 μm. Preferred ranges for the membrane diameter are 5.0 mm to 80 mm, preferably 5.0 mm to 40 mm, and the membrane thickness is in the range of 10 μm to 10 mm, preferably in a range of 10 μm to 1.0 mm, in particular for vacuum applications, and preferably in a range of 600 μm to 9 mm for high pressure applications.

[0007] Die bevorzugte vorstehend beschriebene Sensorzelle hat ein einkristallines Saphirfenster oder einen einkristallinen Saphirkörper mit einer Saphirmembran, um das externe optische Auslesen z. B. mittels einer Kugellinse zu ermöglichen. Eine optische Faser kann anschliessend verwendet werden, um das Signal vom Standort zu einer Ausleseeinheit zu übertragen. Ein Nachteil der Verwendung von reinem Saphir in der Sensorzelle ist sein Preis - bearbeiteter einkristalliner Saphir ist sehr kostspielig. Zweitens führt die Kombination aus Saphir und Keramik-Al2O3 eine geringe Unstimmigkeit des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) ein, was beispielsweise zu Problemen beim Temperaturdriftverhalten führen kann. Zur Reduzierung dieses Effekts ist eine korrekte Kristallausrichtung erforderlich, also ein kostspieliger und zeitaufwändiger Prozess. Falls drittens ein mit einem Keramikkörper verbundenes Kristallfenster verwendet wird, erhöhen sich die mechanischen Toleranzanforderungen für den Parallelismus des optischen Hohlraums. The preferred sensor cell described above has a single crystal sapphire window or a single crystal sapphire body with a sapphire membrane to provide external optical readout, e.g. B. to allow by means of a ball lens. An optical fiber can then be used to transmit the signal from the site to a readout unit. A disadvantage of using pure sapphire in the sensor cell is its price - machined single crystal sapphire is very expensive. Second, the combination of sapphire and ceramic Al2O3 introduces a small thermal expansion coefficient (CTE) mismatch which, for example, can cause temperature drift behavior problems. Reducing this effect requires proper crystal alignment, which is a costly and time-consuming process. Third, if a crystal window connected to a ceramic body is used, the mechanical tolerance requirements for parallelism of the optical cavity increase.

[0008] Bei Implementierungen nach dem bisherigen Stand der Technik werden externe Optikeinrichtungen wie z. B. Kugellinsen verwendet, um das Licht auf der Membran zu fokussieren. Aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien besteht die Möglichkeit der Verschiebung des Messpunkts auf der Membran oder der Beugung des Lichtstrahls. Demzufolge kann das System ein instabiles Verhalten zeigen. Zusätzlich ist eine grosse Anzahl von Komponenten erforderlich, wodurch die Herstellung einer derartigen Sensorzelle kostspielig wird. In prior art implementations, external optics such as e.g. B. ball lenses used to focus the light on the membrane. Due to different thermal expansion coefficients of the materials used, there is the possibility of shifting the measuring point on the membrane or the diffraction of the light beam. As a result, the system can show unstable behavior. In addition, a large number of components are required, making the manufacture of such a sensor cell expensive.

[0009] Eine weitere Ausbildung einer optischen Membrandruckmesszelle ist in der Patentanmeldung US 12/163 303 beschrieben, bei welcher eine Lichtleitfaser zur Lichtein- und Auskopplung auf die Membrane in einem Gehäusekörper der Druckmesszelle integriert ist. Hier ist die optische Membrandruckmesszelle, der Sensor (ODG-Sensor), überwiegend aus Keramikmaterialien hergestellt, und eine Lichtleitfaser ist direkt mit dem Gehäusekörper verbunden. Die Verbindung der Faser mit Keramik, die Keramik-Keramik-Bindung und die Ausbildung eines geeigneten Fabry-Perot-Hohlraums erfolgen über spezielle Adhäsionsdichtprozesse. Bei der sich ergebenden Messzelle wird die Bewegung einer den Druck angebenden Membran durch Weisslicht- bzw. Kurzkohärenz-Interferometrie (WLI) ermittelt. A further embodiment of an optical membrane pressure measuring cell is described in the patent application US 12/163 303, in which an optical fiber for Lichtein- and coupling is integrated on the membrane in a housing body of the pressure measuring cell. Here is the optical membrane pressure measuring cell, the sensor (ODG sensor), mainly made of ceramic materials, and an optical fiber is connected directly to the housing body. The connection of the fiber with ceramic, the ceramic-ceramic bond and the formation of a suitable Fabry-Perot cavity are made by special adhesion sealing processes. In the resulting measuring cell, the movement of a pressure-indicating membrane is determined by white light or short-coherence interferometry (WLI).

[0010] Eine derartige Druckmesszelle hat einen ersten Gehäusekörper und eine in der Nähe des Gehäusekörpers angeordnete Membran, die beide aus Keramik sind. Die Membran hat einen mit dem ersten Gehäusekörper verbundenen Aussenrand, um eine Referenzdruckkammer zu erzeugen. Ein zweiter aus Keramikmaterial hergestellter Gehäusekörper liegt der Membran gegenüber und ist mit dem Aussenrand der Membran verbunden, wobei der zweite Gehäusekörper zusammen mit der Membran eine Druckmesskammer bildet. Der zweite Gehäusekörper hat einen Stutzen zur Verbindung der Druckmesszelle mit einem zu messenden Medium. Der erste Gehäusekörper, der zweite Gehäusekörper und die Membran sind am Aussenrand der Membran dichtend miteinander verbunden, und in einem zentralen Bereich des ersten Gehäusekörpers ist ein Loch ausgebildet, das durch den ersten Gehäusekörper und mindestens bis in den zentralen Bereich der Membran reicht und dem Loch gegenüberliegend ist eine Oberfläche der Membran als erste optisch reflektierende Fläche ausgebildet. Eine Lichtleitfaser ist im Loch angeordnet und dichtend befestigt, um Licht auf die Oberfläche der Membran zu führen. Das Ende der Faser reicht mindestens bis zur Oberfläche des ersten Gehäusekörpers und ist als zweite optische reflektierende Fläche ausgebildet, die die Oberfläche so verbindet, dass zwischen dem Faserende und der Reflexionsfläche ein optischer Hohlraum vorliegt, der einen Messabschnitt zur Bestimmung des Ausmasses der Verformung der Membran bildet und der Teil eines Fabry-Perot-Interferometers ist. Such a pressure measuring cell has a first housing body and a disposed in the vicinity of the housing body membrane, both of which are ceramic. The diaphragm has an outer edge connected to the first housing body to create a reference pressure chamber. A second housing body made of ceramic material is opposite to the membrane and is connected to the outer edge of the membrane, wherein the second housing body together with the membrane forms a pressure measuring chamber. The second housing body has a connecting piece for connecting the pressure measuring cell with a medium to be measured. The first housing body, the second housing body and the diaphragm are sealingly connected to each other at the outer edge of the diaphragm, and a hole is formed in a central portion of the first housing body and extends through the first housing body and at least into the central region of the diaphragm and the hole opposite a surface of the membrane is formed as a first optically reflective surface. An optical fiber is disposed in the hole and sealingly secured to guide light to the surface of the membrane. The end of the fiber extends at least to the surface of the first housing body and is formed as a second optical reflecting surface connecting the surface such that there is an optical cavity between the fiber end and the reflecting surface, comprising a measuring section for determining the extent of deformation of the membrane forms and is part of a Fabry-Perot interferometer.

[0011] Bei diesen bekannten Membrandruckmesszellen bildet diese Messzelle zusammen mit der Ausleseeinheit eine kompakte Einheit, eine Membrandruckmesszellenanordnung. In these known membrane pressure measuring cells, this measuring cell together with the readout unit forms a compact unit, a membrane pressure measuring cell arrangement.

[0012] Bei der Kapazitiven Messzelle (CDG) wird direkt hinter dem ersten Gehäusekörper das elektrische Signal abgenommen und auf kürzestem Weg dort elektronisch aufgearbeitet. Die Wege müssen hierbei kurz sein wegen den geringen zu verarbeitenden Signalpegeln, um äussere Störeinflüsse genügend gering zu halten bei den geforderten hohen Signalauflösungen. Diese Seite der Messzelle befindet sich zusammen mit der Auswertelektronik auf atmosphärischer Seite. Auf der Messseite, gegenüber der Membrane positioniert ist ein Stutzen angeordnet, der die Messzelle mit dem zu messenden Medium verbindet. Die Messzellenanordnung bildet als Ganzes eine Baueinheit, welche über den Stutzen an einer Prozesskammerwand mit dem Prozessraum kommunizierend verbunden ist. Bei einer optischen Membrandruckmesszelle (ODG) wird direkt hinter dem ersten Gehäusekörper das optische Signal abgenommen und dann mit einer Lichtleitfaser zu einem Signalauswertegerät weitergeleitet. Zwischen Lichtleitfaser und dem Signalauswertegerät sind hier längere Distanzen möglich. Allerdings erfolgt die Ankopplung der Lichtleitfaser präzise direkt hinter der Messzelle und diese Auskoppelanordnung ist fester Bestandteil der gesamten Messzellenanordnung ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Kapazitiven Ausführung. Die Messzellenanordnung bildet als Ganzes eine Baueinheit, welche wie bei der Kapazitiven Anordnung über den Stutzen an einer Prozesskammerwand mit dem Prozessraum kommunizierend verbunden ist. In the case of the capacitive measuring cell (CDG), the electrical signal is picked up directly behind the first housing body and processed electronically there by the shortest path. The paths must be short because of the low signal levels to be processed in order to keep external interference sufficiently low at the required high signal resolutions. This side of the measuring cell is located on the atmospheric side together with the evaluation electronics. On the measurement side, positioned opposite the diaphragm, a nozzle is arranged, which connects the measuring cell with the medium to be measured. The measuring cell arrangement as a whole forms a structural unit which is communicatively connected to the process space via the connection piece on a process chamber wall. With an optical diaphragm pressure measuring cell (ODG), the optical signal is picked up directly behind the first housing body and then forwarded with an optical fiber to a signal processing unit. Between optical fiber and the signal analyzer longer distances are possible here. However, the coupling of the optical fiber takes place precisely directly behind the measuring cell and this decoupling arrangement is an integral part of the entire measuring cell arrangement, similar to the previously described capacitive design. The measuring cell arrangement as a whole forms a structural unit which, as in the case of the capacitive arrangement, is communicatively connected to the process space via the connection piece on a process chamber wall.

[0013] Auch die seit langem bekannten übrigen Vakuumdruckmesszellen, wie beispielsweise Pirani, Penning, Bayard Alpert, Inverted Magnetron und Massenspektrometer, welche nicht auf einer Membrananordnung beruhen sind, wie zuvor beschrieben als kompakte Baueinheiten ausgebildet. Eine derartige ganze Baueinheit wird ebenfalls oft über einen Stutzen mit Flansch an der Prozesskammerwand angeordnet. Also, the long-known other vacuum pressure measuring cells, such as Pirani, Penning, Bayard Alpert, inverted magnetron and mass spectrometers, which are not based on a membrane assembly, as described above as compact units. Such an assembly is also often placed over a spigot with flange on the process chamber wall.

[0014] Insbesondere bei Vakuumprozessen, wie Plasmaprozessen, können innerhalb einer Prozesskammer partiell unterschiedliche Drücke der beteiligten Gase bzw. Gasmischungen auftreten. Prozessbedingt werden beispielsweise derartige Druckunterschiede innerhalb derselben Kammer unterschiedlich, oder gar als Gradient, in erwünschtem Masse erzeugt für spezielle Prozessführungen. Vor allem bei Plasmaprozessen ist dies oft der Fall, da dort auch unterschiedliche Plasmadichteverteilungen innerhalb der Kammer entstehen oder gezielt erzeugt werden. Das Hauptgeschehen, bei derartig komplizierten Prozessumgebungen, kann sich dann beispielsweise innerhalb der Prozesskammer örtlich in nur einem speziellen Bereich oder mehreren Bereichen abspielen. Die bisher übliche Druckmessung im Bereich der Kammerwand mit einer angeflanschten Druckmesszelle ermöglicht dann nicht die Ermittlung des Druckes unmittelbar am Ort innerhalb der Kammer wo bei den vorerwähnten Fällen sich die wesentlichen Prozessvorgänge abspielen. Eine derartige übliche Druckmessung ist in diesen Fällen indirekt oder sogar integral, was zu einer ungenauen Prozessführung führt oder eine solche in bestimmten Fällen, insbesondere bei sehr hohen Präzisionsanforderungen, gar nicht mehr ermöglicht. Particularly in vacuum processes, such as plasma processes, partially different pressures of the gases or gas mixtures involved can occur within a process chamber. Due to the process, for example, such pressure differences within the same chamber are generated differently, or even as a gradient, in a desired mass for special process control. This is often the case, especially with plasma processes, since different plasma density distributions within the chamber also occur or are specifically generated there. The main event, with such complicated process environments, can then take place locally in only one specific area or several areas within the process chamber, for example. The usual pressure measurement in the chamber wall with a flanged pressure measuring cell then does not allow the determination of the pressure immediately at the location within the chamber where in the aforementioned cases, the essential process operations take place. Such a conventional pressure measurement is indirect or even integral in these cases, which leads to inaccurate process control or such in certain cases, especially at very high precision requirements, no longer possible.

[0015] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Nachteile einer Druckmesszellenanordnung mit einer optischen interferometrischen Membrandruckmesszelle nach dem bisherigen Stand der Technik zu vermeiden. It is an object of the present invention to avoid the above-mentioned disadvantages of a pressure measuring cell arrangement with an optical interferometric membrane pressure measuring cell according to the prior art.

[0016] Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Anordnung entsprechend den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst, sowie nach dem Verfahren zur Herstellung einer Druckmesszellenanordnung nach Anspruch 24. Die Abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen. The object is achieved according to the invention by the arrangement according to the features of claim 1, and according to the method for producing a pressure measuring cell arrangement according to claim 24. The dependent claims define further advantageous embodiments.

[0017] Die Druckmesszellenanordnung entsprechend der Erfindung umfasst eine optischen Membrandruckmesszelle, die einen Gehäusekörper aus Metalloxid mit einer davon in geringem Abstand angeordneten, im Randbereich dichtend angeordneten Membrane enthält, derart dass dazwischen ein Referenzdruckraum ausgebildet ist, und dass diese Membrane einem Prozessraum mit dem zu messenden gasförmigen Medium ausgesetzt ist, wobei der Gehäusekörper mindestens im Zentrumsbereich ein optisch transparentes Fenster aufweist, dessen Oberfläche auf der Seite zum Referenzdruckraum hin teilreflektierend ausgebildet ist und die, diesem zugewandte Oberfläche der Membrane mindestens im Zentrumsbereich optisch reflektierend ausgebildet ist, und dass ausserhalb des Referenzdruckraumes, gegenüber und beabstandet von diesem Fenster einen optischen Pfad bildend, eine Signalaufnahmeeinheit mit einer Lichtleitfaser zur Ein- und Auskopplung von Licht auf die Oberfläche der Membrane vorgesehen ist, derart dass dadurch eine Messstrecke ausgebildet ist zur Erfassung von Auslenkungen der Membrane mit einer Signalauswerteeinheit, wodurch eine Fabry-Perot-Interferometeranordnung ausgebildet ist. Hierbei ist der Prozessraum von einer Kammerwand gegen die Atmosphäre abschliessend umgeben, und der Prozessraum ist mit einem Trennmittel mindestens in Teilbereichen begrenzt, derart dass zwischen dem Trennmittel und der davon beabstandeten Kammerwand ein Klimaraum ausgebildet ist, wobei die Signalaufnahmeeinheit an der Kammerwand optisch hindurchführend angeordnet ist und das Trennmittel mindestens im Bereich des optischen Pfades optisch transparente Mittel aufweist, derart dass zwischen der Membrandruckmesszelle und der Signalaufnahmeeinheit eine optische Verbindung besteht. The pressure measuring cell arrangement according to the invention comprises an optical membrane pressure measuring cell, which contains a housing body made of metal oxide with one arranged at a small distance, sealingly arranged in the edge region membrane, such that between a reference pressure space is formed, and that this membrane a process space with the is exposed to measuring gaseous medium, wherein the housing body at least in the center region has an optically transparent window, the surface of which is partially reflecting formed on the side of the reference pressure space and, this facing surface of the membrane is formed optically reflective at least in the center region, and that outside the reference pressure space Opposite and spaced from this window forming an optical path, there is provided a signal receiving unit with an optical fiber for coupling and uncoupling light to the surface of the diaphragm As a result, a measuring path is formed for detecting deflections of the diaphragm with a signal evaluation unit, whereby a Fabry-Perot interferometer arrangement is formed. Here, the process chamber is finally surrounded by a chamber wall against the atmosphere, and the process space is limited with a release agent at least in some areas, such that between the separating means and the chamber wall spaced therefrom, a climatic chamber is formed, wherein the signal receiving unit is arranged optically passing through the chamber wall and the separating means comprises optically transparent means at least in the region of the optical path, such that there is an optical connection between the membrane pressure measuring cell and the signal receiving unit.

[0018] Die Druckmesszellenanordnung bildet dadurch nicht mehr eine kompakte Messzelleneinheit, wie eine Bauteilkomponente, wie dies bis anhin üblich war. Die Messzellenanordnung wird gemäss der vorliegenden Erfindung aufgeteilt in einen optischen Membrandruckwandler mit einer davon beabstandeten zugeordneten optische Signalaufnahmeeinheit welche an den vorgesehenen und geeigneten Stellen in und an einer Prozesskammer positioniert werden können. Der Membrandruckwandler kann nun innerhalb der Prozesskammer direkt dort positioniert werden, wo die interessierenden relevanten zu messenden Prozessbedingungen auftreten. Die Signalaufnahmeeinheit hingegen wird an der Wand der Prozesskammer angeordnet und steht mit dem Membrandruckwandler optisch in Verbindung und führt das Signal vom Prozessraum heraus auf die Atmosphärenseite zur weiteren Verarbeitung mit einer Signalauswerteeinheit. Die Anordnung bildet eine Fabry-Perot-Interferometer Messeinrichtung. Zwischen dem Membrandruckwandler und der Signalaufnahmeeinheit werden mindesten in Teilbereichen Trennmittel vorgesehen, wodurch zwischen der Kammerwand und dem Trennmittel dadurch ein weiterer Raum gebildet wird, ein Klimaraum zur Entkopplung des Prozessraumes. Trennmittel können Sieb artige flächige Elemente sein oder auch geschlossene Wände, wobei im Bereich des Lichtpfades ein Fenster zu dessen Durchtritt vorgesehen ist. Dieses Fenster kann, je nach Erfordernis und Dimensionierung der Anordnung, aus einer einfachen Lochöffnung oder aus einem transparenten Material bestehen. Dieser Klimaraum kann nur einen Teilbereich abdecken oder den ganzen Prozessraum, wie eine weitere Kammer umschliessen. Im Klimaraum wird vorzugsweise ein anders Klima als im Prozessraum hergestellt zur wirkungsvollen Entkopplung. Beispielsweise werden dort andere Gase und/oder Drucke eingestellt, beispielsweise mit zusätzlichem abpumpen. Auch kann dies nur in Teilbereichen erfolgen, beispielsweise über generierte Druckstufen oder partielles Pumpen. The pressure measuring cell assembly thereby no longer forms a compact measuring cell unit, such as a component component, as was usual until now. The measuring cell arrangement according to the present invention is subdivided into an optical membrane pressure transducer with an associated associated optical signal receiving unit which can be positioned at the intended and suitable locations in and on a process chamber. The diaphragm pressure transducer can now be positioned within the process chamber directly where relevant relevant process conditions to be measured occur. The signal pickup unit, on the other hand, is arranged on the wall of the process chamber and communicates optically with the membrane pressure transducer and leads the signal from the process space to the atmosphere side for further processing with a signal evaluation unit. The arrangement forms a Fabry-Perot interferometer measuring device. Between the membrane pressure transducer and the signal receiving unit separating means are provided at least in some areas, whereby between the chamber wall and the release agent characterized another space is formed, a climatic chamber for decoupling the process space. Release agents may be screen-like planar elements or even closed walls, wherein in the region of the light path, a window is provided for its passage. This window can, depending on the requirement and dimensioning of the arrangement, consist of a simple hole opening or of a transparent material. This climate chamber can cover only a partial area or enclose the entire process space, such as a further chamber. In the climatic room, a different climate is preferably produced than in the process room for effective decoupling. For example, other gases and / or pressures are set there, for example, with additional pumping. This can also be done only in partial areas, for example via generated pressure levels or partial pumping.

[0019] Der Membrandruckwandler kann auf diese Art, von der Signalaufnahmeeinheit beabstandet, fernbetrieben werden, ohne dass dieser zusätzlich mit Medien, wie elektrischer Speisung oder elektronischer Signalverarbeitung, versorgt werden muss, was bei den oft schwierigen Prozessverhältnissen wichtig ist bzw. gar nicht mehr realisierbar wäre. Derartige Prozesse werden beispielsweise oft auch mit sehr aggressiven, korrosiven Gasen betrieben. Auch können hohe Temperaturen auftreten. Es können auch starke elektrische oder elektromagnetische Felder vorhanden sein, die entsprechende Störungen verursachen können. Auch starke Schwankungen dieser Bedingungen können Probleme verursachen. Die optische Auslesung des Signals des Membrandruckwandlers wird durch derartig raue Bedingungen nicht beeinträchtigt und der Membrandruckwandler kann nahe an den gewünschten wichtigen Prozesskern hingeführt werden. Dadurch und mit Hilfe des zusätzlichen Klimaraumes können sehr genaue und hochauflösende Druckmessungen auch in kritischen Bereichen des Prozesses realisiert werden. The diaphragm pressure transducer can be remotely operated in this way, spaced from the signal receiving unit, without this in addition to media such as electrical power or electronic signal processing, must be supplied, which is important in the often difficult process conditions or no longer feasible would. For example, such processes are often operated with very aggressive, corrosive gases. Also, high temperatures can occur. There may also be strong electrical or electromagnetic fields that can cause interference. Even strong fluctuations in these conditions can cause problems. The optical readout of the membrane pressure transducer signal is not affected by such harsh conditions, and the diaphragm pressure transducer can be brought close to the desired, important process core. As a result, and with the aid of the additional climate chamber, very accurate and high-resolution pressure measurements can also be realized in critical areas of the process.

[0020] Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Figuren und beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1a<sep>Im Querschnitt ein Membrandruckwandler mit optisch transparentem Fenster als Einsatz im Gehäusekörper; <tb>Fig. 1b<sep>Im Querschnitt ein Membrandruckwandler mit Gehäusekörper aus optisch transparentem Material, der gleichzeitig auch Fenster für den Lichtstrahl bildet; <tb>Fig. 1c<sep>Im Querschnitt ein Membrandruckwandler bei dem der Gehäusekörper und die Membran aus optisch transparentem Material gebildet ist; <tb>Fig. 1d<sep>Eine schematische Darstellung der Lichtreflexion im Membrandruckwandler zur Darstellung des Interferenzprinzips; <tb>Fig. 2a<sep>Im Querschnitt eine Druckmesszellenanordnung gemäss der Erfindung mit siebartigem Trennmittel zur Bildung eines getrennten Klimaraumes; <tb>Fig. 2b<sep>Im Querschnitt eine Druckmesszellenanordnung gemäss der Erfindung mit einer Wand als Trennmittel und mit eingebautem Fenster zur Bildung eines Klimaraumes; <tb>Fig. 3<sep>Im Schnitt ein bevorzugtes Beispiel einer bevorzugten Vakuumprozessanlage mit einer Anlagenkammer und einer darin angeordneten weiteren Kammer welche den Prozessraum abtrennt und zwischen den beiden Kammern einen trennenden Klimaraum ausbildet wobei, entsprechend der Erfindung ein optischer Membrandruckwandler an der Kammerwand des Prozessraums dem Prozess gegenüber exponiert angeordnet ist und dieser mit einer an der Anlagenkammer angeordneten Signalaufnahmeeinheit optisch kommunizierend in Verbindung steht; <tb>Fig. 4<sep>Im Schnitt, eine Anlagenanordnung ähnlich der Darstellung in Fig. 3 mit mehreren ineinander verschachtelten Kammern, die Prozessräume umschliesse und mit einem aussen liegenden Klimaraum und den Prozessräumen zugeordneten Membrandruckwandlern mit den dazu zugeordneten Signalaufnahmeeinheiten angeordnet an der Anlagekammer.The invention will now be explained in more detail with reference to schematic figures and example. Show it: <Tb> FIG. 1a <sep> In cross-section, a membrane pressure transducer with an optically transparent window as an insert in the housing body; <Tb> FIG. 1b <sep> In cross-section, a membrane pressure transducer with housing body of optically transparent material, which also forms windows for the light beam; <Tb> FIG. 1c <sep> In cross-section, a membrane pressure transducer in which the housing body and the membrane of optically transparent material is formed; <Tb> FIG. 1d <sep> A schematic representation of the light reflection in the membrane pressure transducer to illustrate the interference principle; <Tb> FIG. 2a <sep> In cross-section, a pressure measuring cell arrangement according to the invention with sieve-like separating means for forming a separate climatic chamber; <Tb> FIG. 2b is a cross section of a pressure measuring cell arrangement according to the invention with a wall as separating means and with a built-in window for forming a climatic chamber; <Tb> FIG. 3 <sep> In section, a preferred example of a preferred vacuum process plant with a plant chamber and a further chamber disposed therein which separates the process chamber and forms a separating air space between the two chambers, according to the invention, an optical diaphragm pressure transducer on the chamber wall of the process chamber opposite the process is arranged exposed and this communicates optically communicating with a arranged on the system chamber signal recording unit; <Tb> FIG. 4 <sep> In section, a system arrangement similar to the representation in FIG. 3 with a plurality of interleaved chambers, the process spaces and enclosed with an outside air conditioning chamber and the process chambers associated membrane pressure transducers with the associated signal recording units arranged on the investment chamber.

[0021] Eine Druckmesszellenanordnung gemäss der Erfindung weist einen optischen Membrandruckwandler 23 auf der mit seiner Membran beim Prozessort platziert ist und dadurch dem interessierenden Prozessbereich unmittelbar ausgesetzt ist und der optisch mit einer Signalaufnahmeeinheit 32 in kommunizierender Verbindung steht, welche in der Anlagenkammerwand 30 angeordnet ist, welche die Atmosphäre abschliesst, wie dies in den Fig. 1 bis 4 schematisch und beispielsweise dargestellt ist. A pressure measuring cell arrangement according to the invention comprises an optical membrane pressure transducer 23 which is placed with its membrane at the processing site and is thus directly exposed to the process area of interest and which is optically in communication with a signal receiving unit 32 which is arranged in the plant chamber wall 30, which closes off the atmosphere, as shown schematically in FIGS. 1 to 4 and shown, for example.

[0022] Eine derartige Druckmesszellenanordnung umfasst im Einzelnen einen optischen Membrandruckwandler 23, der einen Gehäusekörper 1 enthaltend mindestens eines der Materialien eines Metalloxid, SiO2 oder SiC und mit einer davon in geringem Abstand angeordneten, im Randbereich dichtend angeordneten Membrane 5, derart dass dazwischen ein Referenzdruckraum 8 ausgebildet ist, und dass diese Membrane 5 einem Prozessraum 12, 34 mit dem zu messenden gasförmigen Medium ausgesetzt ist, wobei der Gehäusekörper 1 mindestens im Zentrumsbereich ein optisch transparentes Fenster 3 aufweist, dessen Oberfläche auf der Seite zum Referenzdruckraum 8 hin als teilreflektierender Spiegel 4 ausgebildet ist und die, diesem zugewandte Oberfläche der Membrane 5 mindestens im Zentrumsbereich optisch reflektierend ausgebildet ist, und dass ausserhalb des Referenzdruckraumes 8, gegenüber und beabstandet von diesem Fenster 3 einen optischen Pfad 9 bildend, eine Signalaufnahmeeinheit 32 mit einer Lichtleitfaser 22 zur Ein- und Auskopplung von Licht auf die Oberfläche der Membrane 5 vorgesehen ist, derart dass dadurch eine Messstrecke ausgebildet ist zur Erfassung von Auslenkungen der Membrane 5 mit einer Signalauswerteeinheit 24, wodurch eine Fabry - Perot Interferometeranordnung ausgebildet wird. Hierbei ist der Prozessraum 12, 34 von einer Kammerwand 30 gegen die Atmosphäre 10 hin abschliessend umgeben, und der Prozessraum 12, 34 ist mit einem Trennmittel 25, 31 mindestens in Teilbereichen begrenzt, derart dass zwischen dem Trennmittel 25, 31 und der davon beabstandeten Kammerwand 30 ein Klimaraum 11, 33 ausgebildet ist, und die Signalaufnahmeeinheit 32 ist an der Kammerwand 30 optisch hindurchführend angeordnet und das Trennmittel 25, 31 weist mindestens im Bereich des optischen Pfades 9 optisch transparente Mittel 25a auf, derart dass zwischen dem Membrandruckwandler 23 und der Signalaufnahmeeinheit 32 eine optische Verbindung besteht zur Übermittlung des optischen Drucksignals. In detail, such a pressure measuring cell arrangement comprises an optical membrane pressure transducer 23, which comprises a housing body 1 containing at least one of the materials of a metal oxide, SiO 2 or SiC and with a closely spaced, arranged in the edge region membrane 5, such that therebetween a reference pressure space 8, and that this membrane 5 is exposed to a process space 12, 34 with the gaseous medium to be measured, wherein the housing body 1 has an optically transparent window 3 at least in the central area, whose surface on the side toward the reference pressure space 8 is a partially reflecting mirror 4 is formed and the, this facing surface of the membrane 5 at least in the center region is optically reflective, and that outside the reference pressure chamber 8, opposite and spaced from this window 3 forming an optical path 9, a signal receiving unit 32 with a light is provided for coupling and uncoupling of light on the surface of the diaphragm 5, so that thereby a measuring path is formed for detecting deflections of the diaphragm 5 with a signal evaluation unit 24, whereby a Fabry - Perot interferometer arrangement is formed. In this case, the process space 12, 34 is finally surrounded by a chamber wall 30 against the atmosphere 10 towards, and the process space 12, 34 is limited with a release agent 25, 31 at least in partial areas, such that between the separating means 25, 31 and the chamber wall spaced therefrom 30 a Klimaraum 11, 33 is formed, and the signal receiving unit 32 is disposed on the chamber wall 30 optically passing and the release agent 25, 31 has optically transparent means 25a at least in the region of the optical path, such that between the diaphragm pressure converter 23 and the signal receiving unit 32 is an optical connection for the transmission of the optical pressure signal.

[0023] Eine derartige Druckmesszellenanordnung mit einem optischen Membrandruckwandler 23 ist besonders geeignet zum Messen von Gasmedien mit hohem Druck und insbesondere für Vakuum. Such a pressure measuring cell arrangement with an optical membrane pressure transducer 23 is particularly suitable for measuring gas media at high pressure and in particular for vacuum.

[0024] Beispiele für den bevorzugten Aufbau des Membrandruckwandlers 23 mit den verschiedenen Varianten sind im Querschnitt schematisch und detaillierter in den Fig. 1abis 1cdargestellt. Der Gehäusekörper 1 ist vorzugsweise rund und plattenförmig. Diese ist entlang ihrer Ränder mit einer Membran 5 dichtend verbunden und ist von dem Gehäusekörper 1 beabstandet positioniert, derart dass dazwischen eine Referenzdruckraum 8 gebildet ist, welcher vorzugsweise eine Vakuumkammer ist. Der Abstand zwischen den beiden Flächen wird normalerweise direkt während des Zusammensetzens mittels des Dichtmaterials 2 eingestellt, das zwischen dem Membranrand und dem Gehäusekörperrand angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine vollständig plane Gehäuseplatte 1 verwendet werden und die Membrane kann sich abhängig vom aussen angelegten Druck auslenken bzw. bewegen. Examples of the preferred structure of the membrane pressure transducer 23 with the various variants are shown in cross-section schematically and in more detail in Figs. 1abis 1cdargestellt. The housing body 1 is preferably round and plate-shaped. This is sealingly connected along its edges to a membrane 5 and is positioned at a distance from the housing body 1 such that a reference pressure space 8 is formed therebetween, which is preferably a vacuum chamber. The distance between the two surfaces is normally set directly during the assembly by means of the sealing material 2, which is arranged between the diaphragm edge and the housing body edge. In this way, a completely flat housing plate 1 can be used and the membrane can deflect or move depending on the applied external pressure.

[0025] Der Gehäusekörper enthält oder besteht aus einem Metalloxid, SiO2, SiC, oder Glas oder auch Mischungen davon. Bevorzugt besteht der Gehäusekörper aus einem Metafloxid, insbesondere aus Aluminiumoxid (Al2O3). Besonders geeignet ist Al2O3 der kristallinen Form Saphir hoher Reinheit. Der Gehäusekörper 1 kann folglich als Keramikplatte ausgebildet sein. The housing body contains or consists of a metal oxide, SiO 2, SiC, or glass or mixtures thereof. The housing body preferably consists of a meta-oxide, in particular of aluminum oxide (Al 2 O 3). Al2O3 of the crystalline form sapphire of high purity is particularly suitable. The housing body 1 can consequently be designed as a ceramic plate.

[0026] Die Membrane 5 enthält oder besteht aus einem der Materialien, wie SiC, SiO2 oder vorzugsweise einem Metalloxid oder Mischungen davon. Es ist vorteilhaft wenn das Metalloxid ein Aluminiumoxid ist, vorzugsweise der kristallinen Form Saphir hoher Reinheit. The membrane 5 contains or consists of one of the materials, such as SiC, SiO 2 or preferably a metal oxide or mixtures thereof. It is advantageous if the metal oxide is an alumina, preferably the crystalline form sapphire of high purity.

[0027] Auf die gleiche Art kann ein zweiter plattenförmiger Gehäusekörper auf der gegenüberliegenden Seite der Membran 5 beabstandet von dieser und an der Randperipherie fixiert angeordnet werden, wodurch Messdruckkammer ausgebildet wird (in den Figuren nicht dargestellt). Diese Messdruckkammer weist dann eine Öffnung auf welche mit dem zu messenden Medium des Prozesses kommuniziert. Mit dieser Ausbildung können, sofern notwendig, unerwünschte Störeinflüsse, wie beispielsweise Ladungsträgerbeschuss aus einem Plasmaprozess, abgeschirmt werden. Es können Membranseitig dafür auch andere oder zusätzliche Massnahmen anstelle dieser zweiten Gehäuseplatte vorgesehen werden wie beispielsweise siebartige Anordnungen, Hauben, Stutzen, Abdeckungen, Baffles etc. In the same way, a second plate-shaped housing body on the opposite side of the membrane 5 spaced from this and fixed to the edge periphery are arranged, whereby measuring pressure chamber is formed (not shown in the figures). This measuring pressure chamber then has an opening which communicates with the medium of the process to be measured. With this design, if necessary, unwanted interference, such as charge carrier bombardment from a plasma process, be shielded. It can membrane side for other or additional measures are provided instead of this second housing plate such as sieve-like arrangements, hoods, nozzles, covers, baffles, etc.

[0028] Die Dichtung 2, allenfalls an beiden Seiten der Membran, definiert entsprechend der vorstehenden Beschreibung den Abstand des oder der Gehäusekörper 1 gegenüber der Membran 5. Diese Dichtung 2 ist beispielsweise und bevorzugt ein Glaslot, welches einfach handhabbar ist und beispielsweise durch Siebdruck aufgebracht werden kann. Die Schmelz- oder Sintertemperatur dieser Glaspaste liegt vorzugsweise im Bereich von 630 °C bis 800 °C. In einem bevorzugten Membrandruckwandler mit einem Aussendurchmesser von 38 mm (bevorzugter Bereich 5-80 mm, besonders bevorzugt 5-40 mm) und einem freien Membran-Innendurchmesser von 30 (bevorzugter Bereich 4-75) mm liegt der Abstand der Membran 5 zum Gehäusekörper 1, im Bereich von 2 µm bis 200 µm, vorzugsweise 2 µm bis 50 µm, und besonders bevorzugt wird ein Bereich von 12 µm bis 35 µm. Bei diesem bevorzugten Beispiel hat der Gehäusekörper 1 eine Dicke von 2 mm bis 10 mm dick. Ein allfälliger zweiter Gehäusekörper liegt beispielsweise im gleichen Dickenbereich. The seal 2, at most on both sides of the membrane defined according to the above description, the distance of the housing or the body 1 relative to the membrane 5. This seal 2 is for example and preferably a glass solder, which is easy to handle and applied, for example by screen printing can be. The melting or sintering temperature of this glass paste is preferably in the range of 630 ° C to 800 ° C. In a preferred membrane pressure transducer with an outer diameter of 38 mm (preferred range 5-80 mm, more preferably 5-40 mm) and a free membrane inner diameter of 30 (preferred range 4-75) mm is the distance of the membrane 5 to the housing body. 1 in the range of 2 μm to 200 μm, preferably 2 μm to 50 μm, and particularly preferred is a range of 12 μm to 35 μm. In this preferred example, the housing body 1 has a thickness of 2 mm to 10 mm thick. A possible second housing body is, for example, in the same thickness range.

[0029] Die Membrane 5 weist eine Dicke auf im Bereich von 10 µm bis 1000 µm, vorzugsweise von 30 µm bis 800 µm. Die flächige Unebenheit der Membrane 5 mit Vorteil nicht mehr als 10 µm, vorzugsweise nicht mehr als 5 µm betragen. The membrane 5 has a thickness in the range of 10 .mu.m to 1000 .mu.m, preferably from 30 .mu.m to 800 .mu.m. The flat unevenness of the membrane 5 is advantageously not more than 10 μm, preferably not more than 5 μm.

[0030] Der Gehäusekörper 1 weist mindestens im Zentrumsbereich ein optisch transparentes Fenster 3 auf, dessen Oberfläche auf der Seite zum Referenzdruckraum 8 hin als teilreflektierender erster Spiegel 4 ausgebildet ist und die, diesem zugewandte Oberfläche der Membrane 5 mindestens im Zentrumsbereich gegenüberliegend an der Oberfläche der Membran 5 eine zweite optisch reflektierende Fläche 6 ausgebildet ist, und zwar vorzugsweise mindestens im zentralen Bereich der Membran 5. Diese Spiegelflächen 4, 6 können als Beschichtung mit einem reflektierenden Film ausgebildet sein, der eine Spiegelschicht 4, 6 bildet. Statt einer Beschichtung kann vorzugsweise, auf der Membranfläche der zweite Spiegel 6 mit einem Glaslotpunkt gebildet werden, der bei hoher Temperatur, beispielsweise in einem Bereich von 700 °C bis 800 °C, aufgebrannt wird, um eine glasierte Fläche als reflektierende Fläche zu erzeugen, die den erwünschten Spiegel hoher Qualität bildet. Dieses Konzept der Bildung eines Spiegels durch einen Glaspunkt ist besonders vorteilhaft, da der Spiegel einfach zu erzeugen ist und ohne eine Verschlechterung der bei der derart ausgebildeten Spiegelfläche benötigten hohen Reflexionsqualität hohen Temperaturen widersteht. Der erste Spiegel 4, als teilreflektierend ausgebildet, kann je nach dem verwendeten Material des Gehäusekörpers 1 auch ohne jegliche Beschichtung erzeugt werden, sofern dieses Material im Bereich des Spiegels 4 und des Fensters 3 eine geeignete optische Oberflächengüte ermöglicht, beispielsweise durch geeignetes Bearbeiten, wie polieren und/oder läppen. Besonders geeignet sind hier Materialien wie, Glas, Quarz (SiO2), insbesondere aber Saphir. The housing body 1 has at least in the center region on an optically transparent window 3, the surface of which is formed on the side of the reference pressure chamber 8 out as a partially reflecting first mirror 4 and, facing this surface of the membrane 5 at least in the center region opposite to the surface of the Membrane 5 a second optically reflecting surface 6 is formed, preferably at least in the central region of the membrane 5. These mirror surfaces 4, 6 may be formed as a coating with a reflective film forming a mirror layer 4, 6. Instead of a coating, preferably, on the membrane surface, the second mirror 6 may be formed with a glass soldering point which is fired at a high temperature, for example in a range of 700 ° C. to 800 ° C., to produce a glazed surface as a reflecting surface. which forms the desired mirror of high quality. This concept of forming a mirror through a glass point is particularly advantageous because the mirror is easy to produce and withstands high temperatures without degrading the high reflectivity quality required in the mirror surface thus formed. The first mirror 4, designed as partially reflecting, can also be produced without any coating, depending on the material used for the housing body 1, provided that this material allows a suitable optical surface quality in the region of the mirror 4 and the window 3, for example by suitable machining, such as polishing and / or lapping. Particularly suitable here are materials such as, glass, quartz (SiO 2), but especially sapphire.

[0031] Die Membrane 5 für den mindestens teilreflektierenden Bereich weist beispielsweise eine Beschichtung auf, vorzugsweise eine möglichst gut reflektierende Beschichtung. Die innen liegende Oberfläche des zumindest teilweise transparenten Gehäuseteils 1 oder des Fensters 3 ist beispielsweise mit einer teiltransparenten Beschichtung versehen, vorzugsweise mit einer halbtransparenten Beschichtung. The membrane 5 for the at least partially reflecting region has, for example, a coating, preferably a coating which reflects as well as possible. The inner surface of the at least partially transparent housing part 1 or the window 3 is provided for example with a partially transparent coating, preferably with a semi-transparent coating.

[0032] Die Ausbildung des Referenzdruckraumes 8, der Kavität, mit den einander gegenüber liegenden optisch wirksamen Flächen müssen bestimmten Qualitätsanforderungen für das Auslesen des Signals nach dem Interferenzprinzip genügen, um gute Signalwerte zu erzielen. Die optisch wirksamen Oberflächen sollen möglichst parallel ausgebildet sein. Die Summe |α+β+γ| der Winkelabweichung α der beiden Oberflächen des Fensters 3 und die Winkelabweichung β der Membranoberfläche und die Winkelabweichung γ der teilreflektierenden Bereichs der Membranoberfläche sollten den Gesamtwert von 0.05 rad nicht überschreiten. The formation of the reference pressure chamber 8, the cavity, with the opposing optically active surfaces must meet certain quality requirements for the reading of the signal according to the interference principle to achieve good signal values. The optically effective surfaces should be formed as parallel as possible. The sum | α + β + γ | The angle deviation α of the two surfaces of the window 3 and the angular deviation β of the membrane surface and the angular deviation γ of the partially reflecting region of the membrane surface should not exceed the total value of 0.05 rad.

[0033] Der Gehäusekörper 1 kann mindestens teilweise aus einem Aluminiumoxid bestehen, vorzugsweise der Form Saphir und dieser Teil sollte bevorzugt im Zentrumsbereich liegen zur Ausbildung eines optisch durchlässigen Fensters 3. Ein optisch transparentes Fenster 3 kann auch als transparenter Einsatzkörper innerhalb des Gehäusekörpers 1 angeordnet werden, wenn beispielsweise das Material des Gehäusekörper 1 selbst nicht genügend transparent ist, wie dies in der Fig. 1a dargestellt ist. In diesem Fall besteht das Fenster 3 aus geeigneten transparenten Materialien, wie vorzugsweise Glas, Quarz oder Saphir. Das Fenster 3 als separates Einsatzteil ist Vakuum dichtend im Zentrumsbereich des Gehäuseteil 1 mit einer Dichtung verbunden. The housing body 1 may at least partially consist of an aluminum oxide, preferably of the form sapphire and this part should preferably be in the center region to form an optically transmissive window 3. An optically transparent window 3 can also be arranged as a transparent insert body within the housing body 1 For example, if the material of the housing body 1 itself is not sufficiently transparent, as shown in Fig. 1a. In this case, the window 3 is made of suitable transparent materials, such as preferably glass, quartz or sapphire. The window 3 as a separate insert part is vacuum sealingly connected in the center region of the housing part 1 with a seal.

[0034] Besteht der Gehäusekörper 1 selbst aus geeignetem optisch transparentem Material, bildet dieser gleichzeitig auch das Fenster 3 für den einzukoppelnden Lichtstrahl 9 welcher über den optischen Pfad 9a zugeführt wird und ein separates Fensterteil 3 ist dann nicht notwendig, wie dies in der Fig. 1b gezeigt ist. If the housing body 1 itself consists of a suitable optically transparent material, this simultaneously forms the window 3 for the light beam 9 to be coupled in which is supplied via the optical path 9a and a separate window part 3 is then not necessary, as shown in FIG. 1b is shown.

[0035] Sowohl die Membran 5, wie auch der Gehäusekörper 1 können aus optisch transparenten oder nicht transparenten Materialien der vorerwähnten Materialgruppe bestehen. In der Fig. 1c ist beispielsweise eine bevorzugte Ausbildung für einen Membrandruckwandler 23 gezeigt, bei dem sowohl die Membran 5 wie auch der Gehäusekörper 1 aus optisch transparentem Material bestehen, wie beispielsweise und vorzugsweise aus Saphir. Both the membrane 5, as well as the housing body 1 may consist of optically transparent or non-transparent materials of the aforementioned material group. For example, FIG. 1c shows a preferred embodiment for a diaphragm pressure converter 23, in which both the diaphragm 5 and the housing body 1 are made of optically transparent material, such as, for example, and preferably made of sapphire.

[0036] Der Referenzdruckraum 8 wird mit einem entsprechend geeigneten Referenzdruck versehen abhängig von den zu messenden Drucken. Bei Vakuummessanordnungen ist dort ein Vakuum vorgesehen und bei hohen Drucken über 1 bar können entsprechend angepasste höhere Referenzdrucke vorgesehen werden. Der Druck im Referenzdruckraum 8 wird folglich entsprechend definiert eingestellt über eine Zuleitung im Gehäusekörper 1, welche dann wieder mit einem Deckel 7 geschlossen wird. The reference pressure chamber 8 is provided with a correspondingly suitable reference pressure depending on the pressures to be measured. In vacuum gauges there is a vacuum provided and at high pressures above 1 bar correspondingly adapted higher reference pressures can be provided. The pressure in the reference pressure chamber 8 is consequently set appropriately defined via a feed line in the housing body 1, which is then closed again with a cover 7.

[0037] Besonders bei Verwendung des Konzepts mit dem Membrandruckwandlers 23 als Vakuummessanordnung ist es vorteilhaft, im oder am Gehäusekörper 1 zusätzlich eine Getter-Kammer vorzusehen, die mit der Referenzvakuumkammer 8 kommuniziert, um eine gute, konstante Vakuumqualität über eine lange Einsatzdauer der Messzelle sicherzustellen (in den Figuren nicht dargestellt). Especially when using the concept with the membrane pressure transducer 23 as a vacuum measuring arrangement, it is advantageous to provide in addition or in the housing body 1, a getter chamber communicating with the reference vacuum chamber 8 to ensure a good, constant vacuum quality over a long service life of the measuring cell (not shown in the figures).

[0038] Der optische Membrandruckwandler 23 bildet Teil einer Fabry - Perot Messanordnung und kann nun gemäss der Erfindung mit grossem Freiheitsgrad am gewünschten Messort des Prozesses positioniert werden. The optical membrane pressure transducer 23 forms part of a Fabry-Perot measuring arrangement and can now be positioned according to the invention with a great degree of freedom at the desired measuring location of the process.

[0039] Von ausserhalb der Referenzdruckkammer 8 wird Licht 9 über den optischen Pfad 9a durch das Fenster 3 auf die Membranoberfläche zu- bzw. davon weg geführt, wie dies in der Fig. 1d schematisch dargestellt ist. Ein Druckunterschied zwischen den beiden unterschiedlichen Seiten der elastischen Membran 5 verursacht eine Auslenkung der Membran 5, wodurch sich die optische Pfadlänge innerhalb des optischen Hohlraums 8 (Kavität) entsprechend ändert. Licht 9 wird durch das Saphirgehäuse 1 bzw. durch das Fenster 3 mit der semireflektierende Oberfläche 4 auf Spiegelfläche 6 der Membranoberfläche fokussiert, von wo es nach dem Durchlaufen des Interferenzphänomens über mehrere Reflexionen R und Transmissionen T zwischen den beiden Spiegeln 4, 6 unter Verwendung von einem aus mehreren verfügbaren Verfahren, gesammelt und analysiert wird (z. B. Fizeau Interferometer (FISO Inc.), Weisslichtpolarisations-Interferometer (OPSENS Inc.), Michelson Interferometer, Spektrometer,...), wobei die Länge des optischen Hohlraums und damit die Druckdifferenz über der Membran ermittelt wird. Die Zellanordnung ist somit Teil einer Fabry-Perot-Interferometer-Erkennungs- oder -Analyseanordnung. Der Lichtstrahl 9 wird an der Anlagenkammerwand 30 über eine dort angeordnete Signalaufnahmeeinheit 32 von atmosphärenseite zum Prozessbereich über den Lichtpfad 9a zum Membrandruckwandler 23 hin und zurück geleitet. Von der Signalaufnahmeeinheit 32 wird das Lichtsignal über eine Lichtleitfaser 22, ausserhalb der Anlagenkammer 30, zu Fabry-Perot-Signalauswerteeinheit 24 geführt welche dort das vorerwähnte Druckmesssignal ermittelt und verfügbar macht, wie dies in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist. From outside the reference pressure chamber 8, light 9 is guided via the optical path 9a through the window 3 to the membrane surface or away therefrom, as shown schematically in FIG. 1d. A pressure difference between the two different sides of the elastic membrane 5 causes a deflection of the membrane 5, whereby the optical path length within the optical cavity 8 (cavity) changes accordingly. Light 9 is focused through the sapphire housing 1 and through the window 3 with the semi-reflective surface 4 on mirror surface 6 of the membrane surface, from where it after passing through the interference phenomenon over several reflections R and transmissions T between the two mirrors 4, 6 using one of several available methods, collected and analyzed (e.g., Fizeau Interferometer (FISO Inc.), White Light Polarization Interferometer (OPSENS Inc.), Michelson Interferometer, Spectrometer, ...), the length of the optical cavity and thus the pressure difference across the membrane is determined. The cell assembly is thus part of a Fabry-Perot interferometer detection or analysis arrangement. The light beam 9 is conducted to the system chamber wall 30 via a signal receiving unit 32 arranged there from the atmosphere side to the process area via the light path 9a to the diaphragm pressure converter 23 and back. From the signal receiving unit 32, the light signal via an optical fiber 22, outside the plant chamber 30, to Fabry-Perot Signalauswerteeinheit 24 which there determines the above-mentioned pressure measurement signal and makes available, as shown in Figs. 2 to 4.

[0040] Die Dicke der Membran zusammen mit ihrem freien Durchmesser und der erwünschten maximalen Biegung definieren somit den zu verwendenden Druckbereich. The thickness of the membrane together with its free diameter and the desired maximum bend thus define the pressure range to be used.

[0041] In der Fig. 2a ist beispielsweise die Druckmesszellenanordnung gezeigt mit der Signalaufnahmeeinheit 32 und dem Membrandruckwandler 23, wie dies in einer Prozessanlage, gemäss der Erfindung, vorgesehen ist bei entsprechender Abtrennung 25 der Prozessraumes 12, 34 gegenüber der Anlagenkammer 30. In der Anlagenkammer 30 mit der Kammerwand 30, wird wie üblich ein Prozess durchgeführt, vorzugsweise ein Vakuumprozess. Die Anlagenkammer 30 bildet die generelle Trennung zwischen Prozessatmosphäre 12 und Umgebungsatmosphäre 10 entsprechend der Normalatmosphäre (ambient). Diese zwei Bereiche können auch als unterschiedliche Klimaräume bezeichnet werden, da im Prozessraum 12 ein anderes Klima bzw. unterschiedliche Bedingungen herrschen, wie beispielsweise Druck, Gasarten, Prozesse, Ladungsträger etc. In Fig. 2a, for example, the pressure measuring cell arrangement shown with the signal receiving unit 32 and the diaphragm pressure converter 23, as provided in a process plant, according to the invention, with appropriate separation 25 of the process chamber 12, 34 with respect to the system chamber 30. In the Plant chamber 30 with the chamber wall 30, a process is carried out as usual, preferably a vacuum process. The plant chamber 30 forms the general separation between process atmosphere 12 and ambient atmosphere 10 corresponding to the normal atmosphere (ambient). These two areas can also be referred to as different climatic chambers, since a different climate or different conditions prevail in the process space 12, such as pressure, gas types, processes, charge carriers, etc.

[0042] Wie bereits erwähnt, erlaubt es die vorliegende Erfindung gezielt Drucke zu messen an gewünscht definierten Orten, insbesondere innerhalb von Prozessräumen 34 durch nahes positionieren des Membrandruckwandlers 23 unmittelbar an diesem Ort. Dazu besteht zwischen diesem Ort und der Anlagenkammerwand 30 entweder ein natürlicher Trennbereich 25, gebildet durch Trennmittel 25, durch die Ausbildung der Prozesskonfiguration selbst oder speziell angeordneten Trennmitteln 25. Zwischen dem Trennmittel 25 und der Anlagenkammerwand 30 bildet sich dadurch ein separater Klimaraum 11, 33 aus, der trennend bzw. entkoppelnd wirkt. Dadurch wird der Messort gezielt entkoppelt von übrigen Einflüssen. Trennmittel 25 können Massnahmen sein, die beispielsweise einfach Druckstufen (Druckgradienten) bilden, wie bekannt und üblich in der Vakuumtechnik, magnetische und/oder elektrische Felder wie beispielsweise für Prozesse mit Ladungsträgern und/oder mechanische Mittel. In der Fig. 2a ist ein Trennmittel 25 gezeigt, das mechanisch und siebartig ausgebildet ist. Wenn der Membrandruckwandler innerhalb und eintauchend in den Prozessraum positioniert verwendet wird ist ein Trennfenster 25a an den Trennmitteln 25 vorzusehen für den Durchtritt des Lichtstrahles 9 zur kommunikativen Verbindung zwischen dem Membrandruckwandler 23 und der Signalaufnahmeeinheit 32. Im Falle des in der Fig. 2adargestellten Siebstruktur als Trennmittel 25 ist das Trennfenster 25a einfach ein Loch 25a des Siebes. In der Fig. 2b ist das Trennmittel 25 als Wandung 25, 31 dargestellt und in diesem Fall muss für dem Durchtritt des Lichtstrahles 9 im Lichtpfadbereich 9a ein optisches Trennfenster 25a, allenfalls dichtend verbunden mit der Wandung vorgesehen werden für den Lichtdurchtritt. Die Wandung kann je nach Bedarf Teil eines Bauteiles der Prozessanordnung sein und/oder als separates Bauteil ausgebildet sein und jegliche Form aufweisen. Geeignet sind aber insbesondere entsprechend geformte Blechteile oder selbst weitere Wandungen von Kammern. As already mentioned, the present invention makes it possible to selectively measure pressures at desired defined locations, in particular within process spaces 34 by positioning the membrane pressure transducer 23 close to this location. For this purpose exists between this location and the plant chamber wall 30, either a natural separation region 25, formed by release agent 25, by the formation of the process configuration itself or specially arranged release means 25. Between the release agent 25 and the plant chamber wall 30 thereby forms a separate air conditioning chamber 11, 33 which acts separating or decoupling. As a result, the measuring location is deliberately decoupled from other influences. Separating agent 25 may be measures that form, for example, simply pressure stages (pressure gradients), as known and customary in vacuum technology, magnetic and / or electrical fields such as for processes with charge carriers and / or mechanical means. In Fig. 2a, a release agent 25 is shown, which is formed mechanically and sieve-like. When the diaphragm pressure transducer is used positioned within and immersed in the process space, a separation window 25a is provided on the separation means 25 for passage of the light beam 9 for communicative connection between the diaphragm pressure transducer 23 and the signal receiving unit 32. In the case of the screen structure shown in FIG 25, the partition window 25a is simply a hole 25a of the screen. 2b, the release agent 25 is shown as a wall 25, 31 and in this case, an optical separation window 25a, possibly sealingly connected to the wall must be provided for the passage of the light beam 9 in the light path region 9a for the passage of light. The wall can be part of a component of the process arrangement as needed and / or be formed as a separate component and have any shape. However, in particular suitably shaped sheet metal parts or even further walls of chambers are suitable.

[0043] Der Membrandruckwandler 23 ist in den Beispielen der Fig. 2a und 2b eintauchend in die Prozessatmosphäre dargestellt. Er kann aber auch unmittelbar selbst Teil eines solchen Trennmittels 25 sein und darin mindestens teilweise dichtend eingebaut sein, wie dies beispielsweise in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. In diesem Fall ist kein zusätzliches Trennfenster 25a im zugeordneten Trennmittel 25 notwendig. Die Trennmittel 25, 31 können mit partieller Ausdehnung gebildet sein oder den inneren Raum, insbesondere den Prozessraum 12, 34 auch vollständig umschliessen. Die Trennwand 25, 31 kann auch mindestens teilweise Öffnungen aufweisen, vorzugsweise weist sie aber keine Öffnungen auf und ist Gas dicht. The membrane pressure transducer 23 is shown immersed in the process atmosphere in the examples of FIGS. 2a and 2b. But it can also be directly part of such a release agent 25 and be incorporated therein at least partially sealing, as shown for example in Figs. 3 and 4. In this case, no additional separation window 25a in the associated release agent 25 is necessary. The separating means 25, 31 may be formed with partial expansion or the inner space, in particular the process space 12, 34 also completely enclose. The partition wall 25, 31 may also at least partially have openings, but preferably it has no openings and is gas-tight.

[0044] Wie in den beiden Fig. 2aund 2b dargestellt ist, ist die Signalaufnahmeeinheit 32 dichtend in der Anlagenkammerwand 30 angeordnet welche die Peripherie zur Atmosphäre 10 bildet. Diese wiederum ist auf Atmosphärenseite 10 über eine Lichtführung, einer Lichtleitfaser 22, mit einer Signalauswerteeinheit 24 verbunden. Die Signalauswerteeinheit 32 kann beispielsweise als Anbauteil mit einem Flansch 20 an der Anlagenkammerwand 30 positioniert und dort dichtend befestigt werden. Auch ist daran beispielsweise eine Haltevorrichtung 21 vorgesehen, welche die Lichtleitfaser 22 bzw. die Lichtzuführanordnung exakt fixiert und ausrichtet. As shown in the two Figs. 2a and 2b, the signal receiving unit 32 is sealingly arranged in the system chamber wall 30 which forms the periphery to the atmosphere 10. This in turn is connected on the atmosphere side 10 via a light guide, an optical fiber 22, with a signal evaluation unit 24. The signal evaluation unit 32 can be positioned, for example, as an attachment with a flange 20 on the plant chamber wall 30 and sealed there. It is also for example a holding device 21 is provided, which exactly fixes and aligns the optical fiber 22 and the Lichtzuführanordnung.

[0045] Es ist vorteilhaft wenn mindestens eine der Signalaufnahmeeinheiten 32-32 ́ ́ Licht fokussierende Mittel enthält, um den Lichtstrahl 9 exakter und definierter auf den zugeordneten Membrandruckwandler 23, insbesondere dessen Fenster 3 und die Membran 5, ausrichten und fokussieren zu können. Dazu können Kugel - Linsen oder andere Linsen oder Linsensysteme vorgesehen werden, die am Ende der Lichtleitfaser 22, in Richtung des Membrandruckwandlers 23 im Lichtpfad 9a angeordnet sind. It is advantageous if at least one of the signal recording units 32-32 light-focusing means to align the light beam 9 more precise and defined on the associated membrane pressure transducer 23, in particular its window 3 and the membrane 5, and focus. For this purpose, spherical lenses or other lenses or lens systems can be provided, which are arranged at the end of the optical fiber 22, in the direction of the membrane pressure transducer 23 in the light path 9a.

[0046] Der Abstand zwischen der Oberfläche des Gehäusekörpers 1 des Membrandruckwandlers 23 im Bereich des optischen Fensters 3 und der Signalaufnahmeeinheit 32 kann im Bereich von 0.1 mm bis 50 Zentimeter liegen, vorzugsweise im Bereich von 1.0 mm bis 100.0 mm. The distance between the surface of the housing body 1 of the membrane pressure transducer 23 in the region of the optical window 3 and the signal receiving unit 32 may be in the range of 0.1 mm to 50 centimeters, preferably in the range of 1.0 mm to 100.0 mm.

[0047] Es ist darauf zu achten, dass der Gehäusekörper 1 und die Signalaufnahmeeinheit 32 entsprechend genau und nicht verkippt aufeinander ausgerichtet angeordnet sind, derart dass der optische Pfad 9a mit dem Lichtstrahl 9 an der Oberfläche des Fensters 3 am Gehäusekörper unter einem Winkel von 90° auftrifft bei einer maximalen Abweichung von ± 100 mrad. It is important to ensure that the housing body 1 and the signal receiving unit 32 are arranged correspondingly accurate and not tilted to each other, such that the optical path 9a with the light beam 9 on the surface of the window 3 on the housing body at an angle of 90 ° hits with a maximum deviation of ± 100 mrad.

[0048] In der Fig. 3 ist beispielsweise eine Prozessanlage dargestellt mit einer Anlagenkammer 30, die eine Prozesskammer 31 vollständig umschliesst und dadurch zwischen beiden Kammern einen vom Prozess separierten Klimaraum 33, 11 bildet. In diesem Beispiel wird dieser Klimaraum 33, 11 mit einer Vakuumpumpe 35 evakuiert und es wird über ein Ventil 37 das Prozessgas von der Prozessgasquelle 36 in den Prozessraum 34 in die Prozesskammer 31 eingelassen, beispielsweise für einen Plasmaprozess. Auch kann beispielsweise an der Kammerwand 31 oder an anderen Positionen der Prozess mit einer Heizanordnung 38 geheizt betrieben werden. Bei diesem Beispiel ist der Membrandruckwandler 23 in die Wand 31 der Prozesskammer integriert angeordnet. Dieser kann aber auch in die Prozesskammer 31 weiter eingetaucht positioniert werden wobei dann, wie zuvor erwähnt, in der Prozesskammerwand 31 im Bereich des Lichtpfades 9a ein Trennfenster 25a vorzusehen ist, welches die optische Verbindung des Membrandruckwandlers 23 mit der an der äusseren Kammerwand 30 angeordneten Signalaufnahmeeinheit ermöglicht. Es ist auch möglich in der Zwischenkammer, dem Klimaraum entsprechende Membrandruckwandler 23 vorzusehen und dort gar weitere separate Prozesse zu betreiben und zu führen. 3, for example, a process plant is shown with a plant chamber 30, which completely encloses a process chamber 31 and thereby forms a separating from the process chamber 33, 11 between the two chambers. In this example, this climatic chamber 33, 11 is evacuated with a vacuum pump 35 and the process gas is admitted from the process gas source 36 into the process chamber 34 into the process chamber 31 via a valve 37, for example for a plasma process. Also, for example, at the chamber wall 31 or at other positions of the process can be operated with a heating arrangement 38 heated. In this example, the diaphragm pressure converter 23 is arranged integrated in the wall 31 of the process chamber. However, this can also be positioned further immersed in the process chamber 31, wherein then, as mentioned above, in the process chamber wall 31 in the region of the light path 9a, a separation window 25a is provided, which the optical connection of the diaphragm pressure converter 23 with the disposed on the outer chamber wall 30 signal receiving unit allows. It is also possible in the intermediate chamber to provide the air-conditioning chamber corresponding diaphragm pressure converter 23 and operate there even more separate processes and lead.

[0049] In der Fig. 4 ist beispielsweise eine Prozessanlage dargestellt mit einer Anlagenkammer 30, die mehrere ineinander geschachtelte Prozesskammern 31-31 ́ ́ vollständig umschliesst. Im dargestellten Beispiel sind drei ineinander angeordnete Prozesskammern 31-31 ́ ́ mit ihren Prozessräumen 34-34 ́ ́ gezeigt, die auch die Trennmittel 25 darstellen zur Ausbildung verschiedener Klimaräume 33, 34. Prozesskammern können aber auch nebeneinander oder in gemischter Anordnung innerhalb der Anlagenkammer 30 angeordnet bzw. werden. In jeder der Kammerwand sind Membrandruckwandler 23-23 ́ ́ angeordnet. Diese können aber wie schon zuvor erwähnt auch wahlweise innerhalb einer der Prozessräume 34-34 ́ ́ angeordnet werden. Die Membrandruckwandler 23-23 ́ ́ sind über die optischen Pfade 9-9 ́ ́ kommunizierend mit den zugeordneten, an der aussen liegenden Wand der Anlagenkammer 30 angeordneten, Signalauswerteeinheiten 32-32 ́ ́ verbunden. Dort wo sich Wände mit den optischen Pfaden schneiden müssen entsprechende Trennfenster 25a vorgesehen sein, um den Lichtdurchtritt zu ermöglichen. Zwischen der ersten Prozesskammerummantelung 31 und der Aussenwand der Anlagenkammer 30 wird wiederum ein Klimaraum 33 gebildet. Bei der vorliegenden Anordnung mit mehreren verschachtelten Prozesskammern 34-34 ́ ́ bilden diese mit ihren Wandungen 31-31 ́ ́ selbst auch unterschiedliche Klimaräume, da in jeder Kammer unterschiedliche Bedingungen vorliegen die mit den Trennmitteln 25, 31 abgetrennt werden sollen. Diese Kammern können nach Bedarf unterschiedlich betrieben werden. 4, for example, a process plant is shown with a plant chamber 30 which completely encloses a plurality of nested process chambers 31-31. In the illustrated example, three process chambers 31-31 arranged one inside the other are shown with their process spaces 34-34, which also constitute the separating means 25 for forming various air conditioning spaces 33, 34. Process chambers can also be arranged side by side or in a mixed arrangement within the installation chamber 30 be arranged or. In each of the chamber wall diaphragm pressure transducers 23-23 are arranged. However, as already mentioned above, these can also optionally be arranged within one of the process spaces 34-34. The diaphragm pressure transducers 23-23 are connected via the optical paths 9-9 communicating with the associated, located on the outside wall of the system chamber 30, Signalauswerteeinheiten 32-32. Where walls intersect with the optical paths corresponding partition window 25a must be provided to allow the passage of light. Between the first process chamber casing 31 and the outer wall of the plant chamber 30, in turn, a climatic space 33 is formed. In the present arrangement with a plurality of nested process chambers 34-34 these form with their walls 31-31 itself also different climatic chambers, since in each chamber different conditions are present with the separating means 25, 31 to be separated. These chambers can be operated differently as needed.

[0050] In einer bevorzugten Anordnung werden mindestens zwei Prozessräume 12, 34, 34 ́ vorgesehen und in mindestens einem dieser Prozessräume mindestens ein Membrandruckwandler 23, wobei für jede Messzelle 23 eine zugehörige zueinander ausgerichtete Signalaufnahmeeinheit 32, 32 ́ an der Kammerwand 30 zugeordnet ist, die jeweils über einen optischen Pfad 9, 9 ́ miteinander in Wirkverbindung stehen. In a preferred arrangement, at least two process spaces 12, 34, 34 are provided and in at least one of these process spaces at least one diaphragm pressure converter 23, wherein for each measuring cell 23, an associated mutually aligned signal receiving unit 32, 32 is assigned to the chamber wall 30, each of which are in operative connection with each other via an optical path 9, 9.

[0051] Weiter bevorzugt ist, dass mindestens zwei Prozessräume 12, 34, 34 ́ ineinander verschachtelt und über Trennmittel 25, 31, 31 ́ getrennt innerhalb des alle umgebenden Klimaraumes 33 angeordnet sind, wobei die Trennmittel 25, 31, 31 ́ vorzugsweise als Wandungen ausgebildet sind, die Prozessräume umgeben und voneinander trennen. It is further preferred that at least two process spaces 12, 34, 34 are nested inside each other and separated by separating means 25, 31, 31 are arranged within the surrounding all environmental climate chamber 33, wherein the release means 25, 31, 31 preferably as walls are formed, surround the process spaces and separate from each other.

[0052] Weiter bevorzugt ist, dass mindestens der Klimaraum 11, 33 mit einer Pumpe 35 verbunden ist, vorzugsweise mit einer Vakuumpumpe 35. It is further preferred that at least the air conditioning chamber 11, 33 is connected to a pump 35, preferably with a vacuum pump 35th

[0053] Weiter bevorzugt ist, dass mindestens einer der Klimaräume 11, 33 und / oder der Prozessräume 12, 34, 34 ́ mit einer Prozessgasquelle 36 verbunden ist. It is further preferred that at least one of the climatic chambers 11, 33 and / or the process spaces 12, 34, 34 is connected to a process gas source 36.

[0054] Die Herstellung einer Druckmesszellenanordnung der vorerwähnten Art umfasst folgende Schritte: Herstellung eines optischen Membrandruckwandlers 23, der einen Gehäusekörper 1 enthaltend mindestens eines der Materialien eines Metalloxids, SiO2 oder SiC aus Metalloxid mit einer davon in geringem Abstand angeordneten, im Randbereich dichtend angeordneten Membrane 5 enthält, derart dass dazwischen ein Referenzdruckraum 8 ausgebildet wird, und dass diese Membrane 5 einem Prozessraum 12, 34 mit dem zu messenden gasförmigen Medium ausgesetzt wird, wobei am Gehäusekörper 1 mindestens im Zentrumsbereich ein optisch transparentes Fenster 3 vorgesehen wird, dessen Oberfläche auf der Seite zum Referenzdruckraum 8 hin teilreflektierend ausgebildet wird und die, diesem zugewandte Oberfläche der Membrane 5 mindestens im Zentrumsbereich optisch reflektierend ausgebildet wird, Anordnung einer Signalaufnahmeeinheit 32 mit einer Lichtleitfaser 22 zur Ein- und Auskopplung von Licht auf die Oberfläche der Membrane 5 ausserhalb des Referenzdruckraumes 8, gegenüber und beabstandet von dem Fenster 3 wodurch dazwischen ein optischer Pfad 9 gebildet wird, derart dass dadurch eine Messstrecke ausgebildet wird zur Erfassung von Auslenkungen der Membrane 5 mit einer Signalauswerteeinheit 24, wodurch eine Fabry - Perot Interferometeranordnung ausgebildet wird, Umschliessung des Prozessraums 12, 34 mit einer Kammerwand 30 diesen gegen die Atmosphäre 10 abschliessend, Begrenzung des Prozessraums 12, 34 mit einem Trennmittel 25, 31 mindestens in Teilbereichen, derart dass zwischen dem Trennmittel 25, 31 und der davon beabstandeten Kammerwand 30 ein Klimaraum 11, 33 ausgebildet wird, Anordnung der Signalaufnahmeeinheit 32 an der Kammerwand 30 zur optischen Hindurchführung des Lichtes durch diese Kammerwand, wobei an dem Trennmittel (25, 31) mindestens im Bereich des optischen Pfades (9) optisch transparente Mittel (25a) angeordnet werden, derart dass zwischen dem Membrandruckwandler 23 und der Signalaufnahmeeinheit 32 eine optische Verbindung hergestellt wird.The preparation of a pressure measuring cell arrangement of the aforementioned type comprises the following steps: Production of an optical membrane pressure transducer 23 which contains a housing body 1 containing at least one of a metal oxide, SiO 2 or SiC metal oxide with a membrane 5 arranged at a small distance and sealingly arranged in the edge region, such that a reference pressure space 8 is formed therebetween, and this membrane 5 is exposed to a process space 12, 34 with the gaseous medium to be measured, wherein on the housing body 1 at least in the center region an optically transparent window 3 is provided, the surface of which is formed on the side to the reference pressure chamber 8 through partially reflecting and the, this facing surface the membrane 5 is formed optically reflecting at least in the center region, Arrangement of a signal receiving unit 32 with an optical fiber 22 for coupling and decoupling of light on the surface of the membrane 5 outside the reference pressure chamber 8, opposite and spaced from the window 3 whereby an optical path 9 is formed therebetween such that thereby a measuring section is formed for Detecting deflections of the diaphragm 5 with a signal evaluation unit 24, whereby a Fabry-Perot interferometer arrangement is formed, Enclosing the process space 12, 34 with a chamber wall 30 closing this against the atmosphere 10, Delimiting the process space 12, 34 with a separating means 25, 31 at least in partial areas such that a climate chamber 11, 33 is formed between the separating means 25, 31 and the chamber wall 30 spaced therefrom, Arrangement of the signal receiving unit 32 on the chamber wall 30 for optical passage of the light through this chamber wall, wherein on the separating means (25, 31) at least in the region of the optical path (9) optically transparent means (25a) are arranged such that between the membrane pressure transducer 23rd and the signal receiving unit 32 is made an optical connection.

[0055] Die vorgestellte Druckmesszellenanordnung und das Verfahren zur Herstellung einer solchen sind besonders geeignet für die Anwendung als Vakuumprozessanordnung. The presented pressure measuring cell arrangement and the method for producing such are particularly suitable for use as a vacuum process arrangement.

Claims

1. Pressure measuring cell arrangement with an optical membrane pressure transducer (23) comprising a housing body (1) containing at least one of the materials of a metal oxide, SiO2 or SiC and with one of them at a small distance, in the edge region sealingly arranged membrane (5), such that in between Reference pressure space (8) is formed, and in that this membrane (5) is exposed to a process space (12, 34) with the gaseous medium to be measured, wherein the housing body (1) at least in the center region has an optically transparent window (3) whose surface formed on the side of the reference pressure chamber (8) towards partially reflective and the, this facing surface of the membrane (5) is formed optically reflective at least in the center region, and that outside the reference pressure chamber (8), and spaced from this window (3) one optical path (9) forming a signal receiving unit (32) with an optical fiber (22) for un un d coupling of light on the surface of the membrane (5) is provided such that thereby a measuring path is formed for detecting deflections of the membrane (5) with a signal evaluation unit (24), whereby a Fabry-Perot interferometer arrangement is formed, characterized in that the process space (12, 34) is finally surrounded by a chamber wall (30) against the atmosphere (10), and that the process space (12, 34) is delimited with a separating means (25, 31) at least in subregions such that between the separating means (25, 31) and the chamber wall (30) spaced therefrom, a climatic chamber (11, 33) is formed, and in that the signal receiving unit (32) on the chamber wall (30) is arranged optically passing and the separating means (25, 31) at least in the region of the optical path (9) optically transparent means (25a), such that between the diaphragm pressure transducer (23) and the signal receiving unit (32) is an optical connection.

2. Measuring cell arrangement according to claim 1, characterized in that the membrane (5) of one of the materials such as SiC, SiO2 or preferably contains a metal oxide or mixtures thereof.

3. measuring cell arrangement according to claim 2, characterized in that the metal oxide is alumina, preferably of the form sapphire.

4. Measuring cell arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing body (1) at least partially made of an alumina, preferably of the form sapphire and this part is located in the center region to form an optically transparent window (3).

5. measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the window (3) is formed as a separate insert part of an aluminum oxide of the form sapphire and vacuum sealing in the center region of the housing part 1 is connected to a seal.

6. Measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane (5) for the at least partially reflecting region has a coating, preferably a fully reflective coating.

7. Measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the inner surface of at least partially transparent housing part (1) or the window (3) is provided with a partially transparent coating, preferably a semi-transparent coating.

8. Measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optically active surfaces are formed as parallel as possible, wherein the sum | α + β + γ | the angle deviation α of the two surfaces of the window and the angular deviation β of the membrane surface and the angular deviation γ of the partially reflecting region of the membrane surface does not exceed the total value of 0.05 rad.

9. Measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the reference pressure chamber (8) enclosing the inner surface of the housing part (1) and the opposite surface of the diaphragm (5) are spaced in the range of 2 microns to 50 microns, preferably 12 to 35 microns and that the reference pressure chamber (8) is preferably a vacuum space.

10. Measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane (5) has a thickness in the range of 10 microns to 1000 microns, preferably from 30 microns to 800 microns.

11. Measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the flat unevenness of the membrane (5) is not more than 10 microns, preferably not more than 5 microns.

12. measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the surface of the housing body (1) of the diaphragm pressure transducer (23) in the region of the optical window and the signal receiving unit (32) in the range of 0.1 mm to 50 centimeters, preferably in the range of 1.0 mm to 100 mm.

13. measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the housing body (1) and the signal receiving unit (32) are arranged aligned with each other, such that the optical path (9) with the light beam on the surface of the window (3) on the housing body at a 90 ° angle with a maximum deviation of ± 100 mrad.

14. Measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the separating means as a partition wall (25, 31) is formed.

15. measuring cell arrangement according to claim 14, characterized in that the partition wall (25, 31) at least partially has openings, preferably has no openings and gas is tight.

16. Measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane pressure transducer (23) itself at least partially forms part of the separating means (25, 31), in particular the partition wall.

17. measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the separating means (25, 31) and the air conditioning space formed by this (11, 33) enclose the process space (12, 34).

18. measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least two process spaces (12, 34, 34) are provided and in at least one of these process spaces at least one membrane pressure transducer (23) is provided, and that for each measuring cell (23) a associated with each other aligned signal receiving unit (32, 32) on the chamber wall (30), which are in each case via an optical path (9, 9) in operative connection.

19. measuring cell arrangement according to claim 18, characterized in that the at least two process spaces (12, 34, 34) interleaved and separated by means of separation (25, 31, 31) are arranged within the surrounding all climatic chamber (33), wherein the Separating means (25, 31, 31) preferably walls are formed which surround process spaces and separate from each other.

20. Measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least the air conditioning chamber (11, 33) with a pump (35) is connected, preferably with a vacuum pump (35).

21. measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the climatic chambers (11, 33) and / or the process spaces (12, 34, 34) with a process gas source (36) is connected.

22. Measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one signal receiving unit (32) has light-focusing means.

23. Measuring cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it is a vacuum process arrangement.

24. A method of manufacturing a pressure cell array according to any one of claims 1 to 22 or parts thereof, comprising the following steps: - Production of an optical membrane pressure transducer (23) comprising a housing body (1) containing at least one of the materials of a metal oxide, SiO2 or SiC with one of them arranged at a small distance, sealingly arranged in the edge region membrane (5), such that between a reference pressure space (8 ), and that this membrane (5) is exposed to a process space (12, 34) with the gaseous medium to be measured, wherein on the housing body (1) at least in the center region an optically transparent window (3) is provided whose surface on the Side is formed partially reflective to the reference pressure chamber (8) and the, this facing surface of the membrane (5) is formed optically reflective at least in the center region, - Arrangement of a signal receiving unit (32) with an optical fiber (22) for coupling and decoupling of light on the surface of the diaphragm (5) outside the reference pressure chamber (8), opposite and spaced from the window (3), whereby an optical path therebetween ( 9) is formed such that thereby a measuring path is formed for detecting deflections of the diaphragm (5) with a signal evaluation unit (24), whereby a Fabry-Perot interferometer arrangement is formed Enclosing the process space (12, 34) with a chamber wall (30) closing it against the atmosphere (10), Delimiting the process space (12, 34) with a separating means (25, 31) at least in partial areas such that a climate chamber (11, 33) is formed between the separating means (25, 31) and the chamber wall (30) spaced therefrom, - Arrangement of the signal receiving unit (32) on the chamber wall (30) for the optical passage of the light through this chamber wall, wherein on the separating means (25, 31) at least in the region of the optical path (9) optically transparent means (25 a) are arranged such in that an optical connection is established between the diaphragm pressure transducer (23) and the signal receiving unit (32).