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Die Erfindung betrifft eine Halterungsvorrichtung sowie einen piezoelektrischen Kristall zur Schichtdickenmessung. Derartige Vorrichtungen zur Schichtdickenmessung sind insbesondere aus dem Bereich physikalischer Verdampfungsverfahren wie Sputtern oder Elektronenstahlverdampfen bekannt. Dabei wird ein piezoelektrischer Kristall innerhalb eines Gehäuses mit messflächenseitiger Öffnung in einen Reaktionsbereich gebracht, wobei eine Beschichtung des piezoelektrischen Kristalls nur in dem Bereich erfolgt, der in „Sichtkontakt” zur Beschichtungsquelle steht. Als piezoelektrische Kristalle werden üblicherweise Quarzkristalle (Schwingquarze) unterschiedlicher Schnittrichtung verwendet, je nach Temperaturbereich sind jedoch auch alternative Materialien verfügbar. Inzwischen wird die Schichtdickenmessung mit piezoelektrischen Kristallen vermehrt auch für ALD (Atomic Layer Deposition) unter Beibehaltung herkömmlicher Halterungsvorrichtungen verwendet. Durch die Eigenschaft der Prozessgase bei ALD Prozessen, auch in kleinste Spalten zu diffundieren und dort Schichten zu bilden, ist die Entwicklung neuer Halterungsvorrichtungen notwendig.
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Aus
US 2014/0053779 A1 ist eine für ALD Prozesse optimierte Halterungsvorrichtung zur Schichtdickenmessung bekannt. Die Messflächenrückseite ist durch einen Strömungskanal in Fluidverbindung mit dem Reaktionsbereich und der Messfläche, jedoch sind die elektrischen Anschlusselemente nicht gegen Kontakt mit schichtbildenden Prozessmedien geschützt, so dass eine Verwendung von Sperrgas zur Sicherstellung gleichbleibender elektrischer Kontaktierung erforderlich ist. Bei ALD Prozessen ohne Verwendung von Sperrgas können durch elektrisch leitfähige Schichten Kurzschlüsse entstehen, während sich bei dielektrischen Materialien der elektrische Kontakt durch die Ausbildung elektrisch isolierender Schichten verschlechtern kann.
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Aus
DE 199 14 109 A1 ist eine Halterungsvorrichtung insbesondere für nasschemische (elektrolytische) Prozesse bekannt, welche eine gute Abdichtung der elektrischen Kontakte und Anschlüsse ermöglicht, jedoch keine Fluidverbindung zur Messflächenrückseite aufweist. Eine entsprechende Fluidverbindung ist jedoch zum Druckausgleich insbesondere für Anwendungen im Unterdruckbereich oder bei Prozessdruckschwankungen notwendig.
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Grundlegende Aufgabe der Erfindung ist eine Halterungsvorrichtung, die eine Fluidverbindung zur Messflächenrückseite aufweist und eine gleichbleibende elektrische Kontaktierung ohne Verwendung von Sperrgas sicherstellt.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1, wobei die elektrischen Kontaktierungsstellen und elektrischen Anschlusselemente durch Dichtelemente vollständig vor Kontakt mit schichtbildenden Prozessmedien geschützt sind.
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Unter schichtbildenden Prozessmedien sind insbesondere schichtbildende Prozessgase (Präkursoren) zu verstehen, wobei eine Funktionalität grundsätzlich auch für flüssige Prozessmedien denkbar ist. Zusätzlich zum Schutz der elektrischen Kontaktstellen vor schichtbildenden Prozessmedien ist natürlich auch ein Schutz vor nicht schichtbildenden Prozessmedien (insbesondere reaktiven oder elektrisch leitfähigen Prozessmedien) erfindungsgemäß.
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Weitere Aufgaben der Erfindung sind eine Verbesserung der Messauflösung, da einzelne ALD-Schritte jeweils nur ein Schichtdickenwachstum im Angstrom-Bereich bewirken, sowie eine verbesserte Frequenzstabilität bei Druckschwankungen.
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Dies wird insbesondere dadurch gelöst, dass auch die Messflächenrückseite zur Schichtdickenmessung genutzt wird, so dass die messbare Schichtdicke gegenüber herkömmlicher Messung auf nur einer Messfläche verdoppelt ist, wobei durch die unmittelbare Einbringung der Messflächenrückseite in den Reaktionsbereich Prozessdruckschwankungen unmittelbar auf Messfläche und Messflächenrückseite einwirken und somit nicht zu einer Durchbiegung des piezoelektrischen Kristalls führen.
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Um bei Abscheidung metallischer Schichten ein Kurzschließen der Signalelektrode auf der Messflächenrückseite auszuschließen, ist ein erfindungsgemäßer piezoelektrische Kristall entsprechend Anspruch 9 durch eine partielle Isolationsschicht geschützt, wobei auf einen Teilbereich der Signalelektrode (Elektrode auf der Messflächenrückseite) eine elektrisch isolierende Schicht derart aufgebracht ist, dass zwar eine elektrische Kontaktierung im Randbereich möglich ist, die mit schichtbildenden Prozessmedien kontaktierbare Messflächenrückseite jedoch vollständig gegen elektrischen Kurzschluss geschützt ist.
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Der Anspruche 2 betrifft Ausgestaltungsformen zur Abdichtung und Kontaktierung des piezoelektrischen Kristalls. Hierbei ist es bevorzugt, dass zwischen Randbereich und Mittenbereich beidseitig Dichtelemente gleicher oder vergleichbarer Ausgestaltung und Anordnung vorgesehen sind, so dass die Druckkräfte der Dichtelemente gleichmäßig von gegenüberliegenden Seiten auf den piezoelektrischen Kristall wirken. In Bezug auf die elektrischen Anschlusselemente ist es bevorzugt, dass die Kontaktierung einer Kontaktierungsfläche durch ein federndes Anschlusselement erfolgt, welches gleichzeitig eines der Dichtelemente positioniert. Bei Ausgestaltung der elektrischen Anschlusselemente als federnde Kontaktringe ist weiterhin bevorzugt, dass die Kontaktringe und die O-Ringe in ihren Abmessungen derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Kontaktringe die O-Ringe von außen entsprechend eines außenliegenden Stützrings positionieren. Eine entsprechende Ausführungsform ist auch derart formulierbar, dass zwei federnde Anschlusselemente gleichartiger Federkräfte, Ausgestaltung und Anordnung von gegenüberliegenden Seiten die Kontaktierungsflächen kontaktieren und zusätzlich zwei gleichartige Dichtelemente positionieren, so dass die Druckkräfte der Anschluss- und Dichtelemente gleichmäßig von gegenüberliegenden Seiten auf den piezoelektrischen Kristall wirken.
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Als alternative Ausgestaltung zu Anspruch 2 ist bevorzugt, dass die Dichtelemente zwischen Randbereich und Mittenbereich als gleichartige, einander gegenüberliegende O-Ringe und die elektrischen Anschlusselemente als gleichartige, ringförmig angeordnete federnde Kontaktringsegmente ausgestaltet sind, wobei eines der Kontaktringsegmente durch ein Isolationselement von den Gehäuseelementen elektrisch isoliert ist und das signalführende elektrische Anschlusselement bildet. Hier ist es vorteilhaft, dass die ringförmig angeordneten Kontaktringsegmente einen der O-Ringe positionieren während der zweite O-Ring derart gegenüberliegend angeordnet ist, dass sich zumindest die durch Dichtung verursachten Druckkräfte gegenseitig kompensieren.
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Grundsätzlich ist eine Funktionalität der Erfindung auch dann gegeben, wenn die Halterungsvorrichtung an die Kammerwand eines Reaktionsbereiches derart angeflanscht würde, dass die Messflächenseite zum Reaktionsbereich zeigt und über einen Strömungskanal eine Fluidverbindung zur Messflächenrückseite besteht. Dies kann derart formuliert werden, dass beidseitig zwischen Randbereich und Mittelbereich Dichtelemente derart angeordnet und gegenüber entsprechend ausgestalteten Gehäuseelementen abgedichtet sind, dass die Kontaktierungsflächen und die elektrischen Anschlusselemente vor Kontakt mit schichtbildenden Prozessmedien geschützt sind, während die Messfläche mit schichtbildende Prozessmedien kontaktierbar ist und in Fluidverbindung mit der Messflächenrückseite steht, wobei in weiterer Ausgestaltung Mittel zum messflächenseitigen Anflanschen der Halterungsvorrichtung an einem Reaktionsbereich vorgesehen sind, so dass die Messfläche in Fluidverbindung mit dem Reaktionsbereich steht, und dass ein Strömungskanal vorgesehen ist, welcher eine gegenüber den Kontaktierungsflächen und elektrischen Anschlusselementen abgedichtete Fluidverbindung zwischen Reaktionsbereich und Messflächenrückseite bildet.
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Da aufgrund des Strömungskanals jedoch nur eine mittelbare Verbindung zwischen Messflächenrückseite und Reaktionsbereich besteht, ist bei ALD Beschichtungsprozessen mit einer Trägheit sowohl bei der Messflächenrückseitenbeschichtung als auch bei Druckschwankungen zu rechnen, so dass einerseits von einer geringeren Druckschwankungsstabilität auszugehen ist und andererseits durch langsame Oberflächensättigung der Messflächenrückseite eine zusätzliche Verwendung von Sperrgas in Erwägung gezogen werden könnte, um die Messflächenrückseite trotz geschützter elektrischer Anschlusselemente aus Gründen der Zeitersparnis nicht zu beschichten.
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Da diese Eigenschaften nicht im eigentlichen Sinne der vorliegenden Erfindung sind, ist bevorzugt, dass Mittel zur Einbringung der Halterungsvorrichtung in einen Reaktionsbereich vorgesehen sind, wobei die Gehäuseelemente für beide Seiten des Mittelbereichs des piezoelektrischen Kristalls Öffnungen aufweisen, so dass Messfläche und Messflächenrückseite in Fluidverbindung mit dem Reaktionsbereich stehen. Dies entspricht im Wesentlichen den Merkmalen von Anspruch 3 unter Berücksichtigung der Merkmale von Anpruch 1. Anspruch 3 betrifft zusätzlich die Herausführung des Messsignals ohne Kontakt mit schichtbildenden Prozessmedien aus dem Reaktionsbereich. Es ist in der Praxis üblich, eine der elektrischen Anschlussflächen auf Gehäusepotential zu legen und die andere („signalführende”) elektrische Anschlussfläche über den Innenleiter einer Koaxialleitung aus dem Reaktionsbereich herauszuführen. Dabei sind die Gehäuseelemente bevorzugt aus Edelstahl, zumindest jedoch elektrisch leitend ausgestaltet.
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Anspruch 4 betrifft eine bevorzugte Ausgestaltung eines Durchführungselements, wobei durch eine sogenannte elektrische Metall-Keramische Vakuumdurchführung einerseits eine geschützte, üblicherweise koaxiale Herausführung des Messsignals und andererseits eine zusätzliche größtmögliche Abdichtung des durch die Dichtelemente vor schichtbildenden Prozessmedien geschützten Randbereichs gegenüber einem außerhalb des Reaktionsbereichs liegenden Außenbereichs erfolgt. Dies kann auch derart formuliert werden, dass der abgedichtete Bereich mit Kontaktierungsflächen und elektrischen Anschlusselementen zusätzlich gegenüber einem Außenbereich durch eine elektrische Durchführung abgedichtet ist, so dass bei Undichtigkeit der Abdichtung zwischen Dichtelementen und piezoelektrischem Kristall oder bei Beschädigung des piezoelektrischen Kristalls kein Leck zwischen Reaktionsbereich und Außenbereich auftritt. Hierdurch kann der Anpressdruck der Dichtelemente reduziert werden, da eine Luft/H2O Diffusion in den Reaktionsbereich bereits durch die Metall-Keramische-Durchführung begrenzt ist, während für eine gegenläufige Diffusion schichtbildender Prozessmedien in den geschützten Randbereich aufgrund der üblicherweise relativ großen Moleküle der Prozessmedien und der Druckverhältnisse eine wesentlich höhere Permitivität tolerierbar ist.
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Entsprechend Anspruch 5 ist eine elektrisch leitfähige Verbindungsstelle zwischen den im Mittelbereich offenen Gehäuseelementen vorgesehen, welche innerhalb des abgedichteten Bereichs liegt, so dass unabhängig von den schichtbildenden Prozessmedien eine elektrische Kontaktierung zwischen den Gehäuseelementen gewährleistet ist.
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Anspruch 6 betrifft vor der Messfläche oder der Messflächenrückseite angeordnete Gitterstrukturen, welche auf Massepotential liegen und den piezoelektrischen Kristall vor Störsignalen abschirmen, wobei bevorzugt entsprechende Gitterstrukturen auf beiden Seiten des piezoelektrischen Kristalls vorgesehen sind. Dies ist auch für eine Elektrode sinnvoll, die bereits Massepotential aufweist bzw. mit der Außenleitung eines Koaxialkabels verbunden ist, da beispielsweise bei Verwendung der Halterungsvorrichtung in einem Hochfrequenzplasma hierdurch unmittelbare elektrische Überschläge auf die entsprechende Elektrode des piezoelektrischen Kristalls (mit entsprechenden Messfehlern) abgeschirmt werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann es weiterhin sinnvoll sein, dass ein 3-Leiter Koaxialkabel (herkömmlich als Triaxialkabel bezeichnet) verwendet wird, so dass Gehäusemasse und Signalmasse getrennt sind.
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Bei der Verwendung von piezoelektrischen Kristallen ist es üblich, dass die Elektrode auf der Messflächenseite auf Massepotential gelegt wird, während die Elektrode auf der Messflächenrückseite das Signal überträgt. Als Messflächenrückseite wird somit die Seite des piezoelektrischen Kristalls bezeichnet, die eine signalübertragende Elektrode aufweist und somit nicht auf massepotential liegt. Dabei ist es grundsätzlich möglich, dass die Kontaktierungsflächen im Randbereich des piezoelektrischen Kristalls für beide Elektroden auf der gleichen Seite des Kristalls angeordnet sind.
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Entsprechend Anspruch 7 ist eine geregelte Beheizung der Halterungsvorrichtung vorgesehen. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Schwingungsfrequenz eines piezoelektrischen Kristalls nicht nur von Schichtdicke (und mechanischer Spannung) sondern auch von der Temperatur abhängig ist und eine gleichmäßige Temperaturregelung die Messgenauigkeit wesentlich verbessert. Weiterhin ist es aber bei vielen ALD Prozessen erforderlich, dass die Schichtbildungsreaktion in einem vorgegebenen, über Raumtemperatur liegenden Temperaturbereich durchgeführt wird. Bei Verwendung von O-Ringen aus sogenannten Perfluorelastomeren (FFKM) als Dichtelemente kann ein Temperaturbereich bis zu 320°C abgedeckt werden. Dabei ist es zusätzlich bevorzugt, dass piezoelektrische Kristalle verwendet werden, welche für die jeweils vorgesehene Regeltemperatur auf möglichst geringe Temperaturdrift ausgelegt sind. Insbesondere für ALD Anwendungen sind bereits kommerzielle Quarzkristalle verfügbar, welche für definierte Einsatztemperaturen (z. B. 120°C, 240°C und 285°C) optimiert sind. In Anspruch 8 sind bevorzugte Merkmale für eine entsprechende Temperaturregelung ausgeführt.
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Anspruch 9 betrifft eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines piezoelektrischen Kristalls, welcher durch partielle Aufbringung einer elektrisch isolierenden Beschichtung die Signalelektrode (Messflächenrückseite) gegen Kurzschluss schützt und eine Nutzung der Messflächen-rückseite auch bei Beschichtungen mit elektrisch leitfähigen Materialien ermöglicht. Es ist ebenfalls erfindungsgemäß, dass eine weitere partielle, elektrisch isolierende Schicht auf der Messflächenseite aufgebracht wird. Dies ist jedoch nur für wenige Anwendungsfälle sinnvoll, wenn beispielsweise ein plasmachemischerer in-situ Reinigungsprozess vorgesehen ist, der das verwendete Elektrodenmaterial angreifen würde, während die verwendete Isolationsschicht beständig ist. Als Materialien für die Isolationsbeschichtung sind insbesondere Metalloxide (z. B. Aluminiumoxid (Al2O3), Titandioxid (TiO2), Zirconiumoxid (ZrO2) Haffniumoxid (HfO2), Tantaloxid (Ta2O5), Praseodymoxid (Pr6O11)) oder entsprechende Nanolaminate vorgesehen. Grundsätzlich sind aber auch organische bzw. fluororganische Verbindungen (z. B. PTFE oder PEEK) oder organisch-anorganische Mischschichten denkbar.
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Die erfindungsgemäße Halterungsvorrichtung ermöglicht eine Verwendung der Messflächenrückseite als vollwertige zweite Messfläche, so dass bei einem ALD Beschichtungsprozess je Zyklus die doppelte Schichtdicke (im Vergleich zu
US 2014/0053779 A1 ) erzielt werden kann. Bei Verwendung eines piezoelektrischen Kristalls mit Merkmalen entsprechend Anspruch 9 ist dies ebenfalls für die Schichtdickenmessung elektrisch leitfähiger Schichten anwendbar. Durch die beidseitige Beschichtung wird als weiterer Vorteil zusätzlich eine gegenseitige Kompensierung von Schichtspannungen bewirkt, welche einem Durchbiegen des piezoelektrischen Kristalls entgegenwirkt, so dass die Nutzungsdauer wesentlich verbessert werden kann.
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Beispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittzeichnung einer an einen Reaktionsbereich anflanschbaren Halterungsvorrichtung mit gegenüber dem Stand der Technik teilweise verbesserten Eigenschaften.
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2 eine schematische Schnittzeichnung einer in einen Reaktionsbereich einbringbaren Halterungsvorrichtung mit bevorzugten Merkmalen der vorliegenden Erfindung
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3 eine schematische Schnittzeichnung eines piezoelektrischen Kristalls mit zusätzlicher Isolationsschicht.
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4 eine schematische Schnittzeichnung einer beheizbaren Halterungsvorrichtung
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1 zeigt einen piezoelektrischen Kristall 1, welcher zwischen zwei O-Ringen (Dichtelementen) 2 und 3 derart abgedichtet ist, dass die Messfläche 101 sowie die Messflächenrückseite 102 gegenüber den elektrischen Anschlusskomponenten abgedichtet sind. Als elektrische Anschlusskomponenten finden insbesondere ein bevorzugt federnd ausgestalteter Kontaktierungsrohr 4 und ein Anschlussstecker 4.1 Verwendung, welche die Kontaktierungsflächen der Elektrode auf der Messflächenrückseite 102 kontaktieren. Ein als Flansch zur Anbringung an einem Reaktionsbereich ausgestaltetes Gehäuseelement 8 kontaktiert messflächenseitig die andere Elektrode des piezoelektrischen Kristalls 1 (Massepotential). Ein Strömungskanal 200 ermöglicht eine Fluidverbindung zwischen Messflächenrückseite 102 und Messfläche 101 bzw. einem Reaktionsbereich. Die Fluidverbindung ist durch einen doppelseitigen Pfeil verdeutlicht. Der Strömungskanal 200 ist gegenüber dem piezoelektrischen Kristall 1 mit dem O-Ring 3 abgedichtet, während ein zusätzlicher O-Ring 3.1 den Strömungskanal 200 gegenüber dem flanschförmigen Gehäuseelement 8 abdichtet. Dabei wird der Strömungskanal 200 durch ein Stützelement 3.2 abgestützt. Das Kontaktierungsrohr 4 (Anschlusselement) zentriert den O-Ring 3 und ist gegenüber Massepotential durch eine bevorzugt keramische Isolierhülse 6.2 isoliert. Ein Isolierring 6.1 zentriert den piezoelektrischen Kristall 1 und das Kontaktierungsrohr 4. Weiterhin ist ein Gehäusedeckel 8.1 vorgesehen.
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Zur Verdeutlichung, dass ringförmige Komponenten nur an einer Schnittstelle bezeichnet sind, ist in allen Zeichnungen eine Symmetrieachse eingezeichnet.
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Wesentliche Nachteile einer Ausführungsform entsprechend 1 sind insbesondere der im Strömungsleitwert begrenzte Strömungskanal sowie eingeschränkte Möglichkeiten einer regelgenauen Temperierung, weshalb eine Ausführung entsprechend 2 bevorzugt ist.
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In
2 ist eine Halterungsvorrichtung zur Einbringung in einen Reaktionsbereich dargestellt. Ein piezoelektrischer Kristall
10 ist mit einem O-Ring
20 auf der Messflächenrückseite
102 gegenüber einem Gehäuseelement
80 abgedichtet. Ein zweiter O-Ring
30 dichtet den piezoelektrischen Kristall
10 auf der Messflächenseite
101 gegenüber einem Gehäuseelementdeckel
90 ab. Es ist zu beachten, dass bei die Darstellung der Einbaulage des piezoelektrischen Kristalls von der Darstellung in
1 abweicht und die Messflächenrückseite
102 „unten” angeordnet ist. Das Gehäuseelement
80 und der Gehäuseelementdeckel
90 sind untereinander durch einen weiteren O-Ring
70 abgedichtet. Auf die Darstellung von Mitteln zur Einbringung der Halterungsvorrichtung in einen Reaktionsbereich und entsprechende Abdichtungsmaßnahmen, wie beispielsweise eine elektrische Durchführung, wurde verzichtet, da diese Stand der Technik sind. Der entsprechende Übergabebereich wurde mit „Signal” und „Masse” gekennzeichnet. Die elektrische Kontaktierung erfolgt auf der Messflächenseite
101 mit einem federnden Kontaktring
50, welcher eine Verbindung der entsprechenden Kontaktierungsfläche(n) des Piezoelektrischen Kristalls
10 zum Gehäuseelementdeckel
90 bewirkt (Massepotential). Der Gehäuseelementdeckel
90 wiederum ist über einen vor Beschichtung mit schichtbildenden Prozessmedien geschützten Kontaktierungsbereich
91 mit dem Gehäuseelement
80 kontaktiert. Auf der Messflächenrückseite
102 erfolgt die elektrische Kontaktierung der entsprechenden Kontaktierungsfläche(n) ebenfalls über einen federnden Kontaktring
40, welcher mit einer Kontaktierungsleitung
41 verbunden ist. Geeignete Ausgestaltungsmöglichkeiten federnder Kontaktringe sind aus der Patentschrift
DE 199 14 109 A1 bekannt. Zur Isolierung des signalführenden Kontaktrings
40 und der Kontaktierungsleitung
41 gegenüber dem Massepotential des Gehäuseelements
80 ist ein Isolierungselement
60 vorgesehen. Dabei sind alle benötigten Kontaktierungsstellen der elektrischen Verbindungen durch die Dichtelemente (O-Ringe)
20,
30 und
70 gegenüber dem Kontakt mit schichtbildenden Prozessmedien geschützt.
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3 ist ein schematischer Ausschnitt aus 2 und verdeutlicht den Aufbau eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Kristalls 10. Dabei wurden das Gehäuseelement 80 sowie der Gehäuseelementdeckel 90 auf der Messflächenrückseite nur schematisch ohne weitere Detaillierung dargestellt. Der piezoelektrische Kristall 10 mit einer Elektrode 11 auf der Messflächenseite 101 und einer Elektrode 12 auf der Messflächenrückseite 102 ist durch zwei O-Ringe 20 und 30 gegenüber dem Gehäuseelement 80 und dem Gehäuseelementdeckel 90 derart abgedichtet, dass die Kontaktierungsfläche 11.1 und 12.1 der Elektroden 11 und 12 in einem vor Kontakt mit schichtbildenden Prozessmedien geschützten Randbereich 400 angeordnet und kontaktierbar sind. Dabei bildet die Elektrode 11 das Massepotential, während Elektrode 12 zum Abgriff des Messsignals dient. Um einen Kurzschluss zwischen messflächenrückseitigem Gehäuseelement 80 und der entsprechenden Elektrode 12 bei Metallisierung (bzw. elektrisch leitfähiger Beschichtung) des O-Rings 20 zu vermeiden, ist eine elektrische Isolationsbeschichtung 15 derart partiell auf die Elektrode 12 des piezoelektrischen Kristalls 10 aufgebracht, dass im Bereich der Messflächenrückseite 102 keine elektrische Kontaktierung der Elektrode 12 möglich ist, während die Kontaktierungsfläche 12.1 im vor schichtbildenden Medien geschützten Randbereich 400 weiterhin zur Verfügung steht.
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In 4 ist eine besonders bevorzugte beheizbare Halterungsvorrichtung dargestellt, wobei ein Anflanschelement 300 derart vorgesehen ist, dass die Halterungsvorrichtung über rohrförmige Verbindungselemente 301 und 302 in einen Reaktionsbereich einbringbar ist, während die Mittel zur Beheizung im Außenbereich angeordnet sind. Dabei ist das Heizelement 1000 im Außenbereich derart gegenüberliegend zur Messflächenrückseite 102 im Reaktionsbereich angeordnet, das ein im Vergleich zum Querschnitt der Messflächenrückseite 102 ausreichend hoher Strömungsleitwert innerhalb des Reaktionsbereichs gewährleistet ist. Da bei ALD Prozessen im Gegensatz zu herkömmlichen PVD (Physical Vapor Deposition) Prozessen kein „Blickkontakt” zum piezoelektrischen Kristall 10 erforderlich ist, ist es grundsätzlich auch denkbar, dass auf der Messflächenseite 101 eine vergleichbarer Strömungsleitwertbegrenzung (ggf. ebenfalls als Heizelement) vorgesehen ist. In einem ersten Verbindungselement 301 ist ein Temperatursensor 2000 angeordnet, welcher über ein Temperaturübertragungselement 2100 mit hoher thermischer Leitfähigkeit in guter Verbindung sowohl zur Halterungsvorrichtung als auch zum Heizelement 1000 steht. In einem zweiten Verbindungselement 302 ist ein koaxiales Durchführungselement 410 angeordnet, welches als Metall-Keramische-Vakuumdurchführung ausgestaltet ist. Die eigentliche Halterungsvorrichtung ist im Wesentlichen entsprechend 2 ausgestaltet, wobei ein piezoelektrischer Kristall 10 mit einem O-Ring 20 auf der Messflächenrückseite 102 gegenüber einem Gehäuseelement 800 abgedichtet ist, welches über die Verbindungselemente 301 und 301 mit dem Anflanschelement 300 verbunden ist und über ein Außengewinde verfügt. Ein zweiter O-Ring 30 dichtet den piezoelektrischen Kristall 10 auf der Messflächenseite 101 gegenüber einem Gehäuseelement 900 ab, welches über ein beweglich montiertes Schraubelement 910 mit Innengewinde auf das Gehäuseelement 800 aufschraubbar und mittels des ringförmigen Dichtungselements 70 gegenüber diesem abdichtbar ist. Eine elektrische Verbindung der Gehäuseelemente 800 und 900 erfolgt im abgedichteten Bereich über die Kontaktfläche 810. Der Übergabebereich des Messsignals wurde mit „Signal” und „Masse” gekennzeichnet. Auf eine Darstellung von Anschlüssen für das Heizelement 1000 und den Temperatursensor 2000 wurde verzichtet. Die elektrische Kontaktierung erfolgt auf der Messflächenseite 101 mit einem federnden Kontaktring 50, welcher eine Verbindung der entsprechenden Kontaktierungsfläche(n) des piezoelektrischen Kristalls 10 zum Gehäuseelement 900 bewirkt (Massepotential). Das Gehäuseelement 900 wiederum ist über eine, vor Beschichtung mit schichtbildenden Prozessmedien geschützte, ringförmige Kontaktfläche 810 mit dem Gehäuseelement 800 kontaktiert. Auf der Messflächenrückseite 102 erfolgt die elektrische Kontaktierung der entsprechenden elektrischen Kontaktierungsfläche(n) ebenfalls über einen federnden Kontaktring 40, welcher mit dem Innenleiter des Durchführungselements 410 kontaktiert ist. Zur Isolierung des signalführenden Kontaktrings 40 gegenüber dem Massepotential des Gehäuseelements 800 ist eine entsprechende Isolationsschicht 600 vorgesehen. Bevorzugte Materialien für die Isolationsschicht 600 sind PEEK, Teflon, Emaille, dielektrische Materialien sowie plasma- bzw. flammgespritzte Keramikwerkstoffe.
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Die Ausgestaltung entsprechend 4 wurde stellvertretend für beheizbare Halterungsvorrichtungen gewählt. Dabei kann es je nach Ausgestaltung eines Reaktionsbereichs auch vorteilhaft sein, das Heizelement z. B. als Heizpatrone innerhalb des Reaktionsbereichs anzuordnen und Messsignal sowie Heiz- und Temperatursensorleitungen seitlich über rohrförmige Durchführungselemente aus dem Reaktionsbereich herauszuleiten. Als Temperatursensoren werden Widerstandsthermometer (z. B. Pt 100) bevorzugt, da diese auch bei Verwendung von Steckverbindungen in der Anschlussleitung eine sehr gute Regelgenauigkeit aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0053779 A1 [0002, 0021]
- DE 19914109 A1 [0003, 0031]
