JP5196681B2 - 真空隔膜セルを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提項に記載されている、隔膜を備える真空測定セルを製造する方法に関する。

薄い隔膜を圧力で付勢し、その撓曲を測定することによって、圧力ないし圧力差を測定することが知られている。このような隔膜の撓曲を測定する公知の適当な手法は、隔膜構造を可変な電気的キャパシタンスとして構成することであり、圧力変化と相関関係にあるキャパシタンス変化が、測定電子装置を通じて公知のやり方で評価される。薄い可撓の隔膜面が別の面に対してわずかな相互間隔で配置されており、互いに向かい合う両方の表面が導電性被覆でコーティングされるか、または導電性材料でできていることによって、キャパシタンスが形成される。隔膜が圧力で付勢されると、撓曲によって両方の電極の間の間隔が変化し、そのことが評価可能な構造のキャパシタンス変化につながる。このような種類のセンサは、シリコンで大量の個数が製造されている。このとき平坦な本体も隔膜も、しばしば全面的にシリコン材料でできている。たとえばガラス基材を備えるシリコンのように、材料組成が組み合わされた実施形態も存在する。それによってセンサを低コストに製造することができる。このような種類の圧力センサは、通常、約１０^−１ｍｂａｒから数バールまでの範囲内の比較的高い圧力範囲でのみ利用可能である。約１０^−１ｍｂａｒを下回る比較的低い圧力での高い解像度は、シリコンの材料によっては実現が不可能となる。このような種類のセンサは、典型的な真空用途には適していない。その原因は、特に、表面のシリコンが周囲と反応し、そのために感度の高いセンサ特性が妨げられることにある。通常の大気中に含まれる水蒸気があるだけで、表面での相応の反応につながってしまう。この問題は、今日の反応性真空プラズマプロセスで次第に通常のこととなりつつあるように、化学的に攻撃性のある雰囲気中でセンサが用いられる場合にはいっそう深刻である。そこで、このようなシリコン製センサを表面のパッシベーションによって、攻撃性の外的影響に対して防護することが試みられている。表面に防護被覆を設け、そのようにして、化学的に攻撃性のある環境に対する耐久性と抵抗性を高めることも試みられており、このことはドイツ特許出願公開第４１３６９８７Ａ１号明細書に記載されている。このような方策は具体化するのが難しく、たとえば隔膜のように機械的に変形可能な部品では、特に半導体産業でたとえば真空エッチング法などに用いられるフッ素、臭素酸およびその化合物といった特別に攻撃性の強い媒体の場合、限定的にしか成果につながらない。

そこで、真空圧力測定用の測定セルをＡｌ_２Ｏ_３のような耐食性材料で製造することが提案されている。欧州特許出願公開第１０７０２３９Ｂ１号明細書には、実質的に完全にセラミックで構成され、したがって高度に耐食性である、容量式の真空測定セルが記載されている。１０^−６ｍｂａｒにも及ぶ非常に低い圧力を高い精度で測定できるようにするために、厚さ＜２５０μｍの非常に薄いセラミック隔膜が用いられ、応力なしに、かつ実質的に左右対称に、セラミックハウジングに配置されている。このような隔膜に基づく真空測定セルは非常に有益に利用されており、耐食性に関しては大幅な進歩であるものの、隔膜とハウジングとの間の結合領域、ならびに接続管のための結合領域および場合により接続管そのものを、たとえば酸、塩素やフッ素などのハロゲンを含む攻撃性のプロセス環境で使用する場合には、たとえセル全体が実質的に耐食性のセラミックでできていたとしても、セルの耐用寿命にとっての弱点になることが判明している。組み立てられた状態のとき、測定セルは、ラビリンス状に区切られた、プロセスガスに曝露されるごく小さい中空スペースを含んでおり、各部分の結合個所が存在する領域へのアクセスはきわめて難しくなっている。このように小さくてアクセスが難しい中空スペースのあるこうした領域を、適当なコーティングによって覆うことはまず不可能であると考えられる。その大きな理
由は、コーティングのときに粒子が、こうしたラビリンスのエッジや隅を取り囲むように案内されなくてはならないからである。

したがって本発明の課題は、従来技術の欠点を取り除くことにある。特に本発明は、特に半導体製造で用いられるような、特に酸含有および／またはハロゲン含有の攻撃性真空プロセスに対して、隔膜を備えるセラミック製の真空測定セルの耐食性をいっそう改善することを課題とする。さらに、測定セルを経済的に製造可能であるのが望ましい。

この課題は、当分野に属する真空測定セルにおいて、請求項１の特徴部に記載の構成要件によって解決される。従属請求項は、本発明のその他の好ましい実施形態に関わるものである。

本発明による容量式の真空測定セルは、特にＡｌ_２Ｏ_３のようなセラミックで全面的に製造されており、および／または少なくともその一部がサファイアで製造されている。それにより、非常に高い耐食性と、長期にわたる再現性とが実現される。密閉して結合されなくてはならない領域には、またはブッシングや測定接続部が設けられる領域には、結合されるべき酸化アルミニウムセラミック部品の間に少量のアルミニウムが配置され、これら両方の部品が高められた温度と高められた圧力のもとで、水素のような還元性のガスを含む保護ガス雰囲気の存在下で接合される。それによってすでに堅固な結合が成立する。これに続く次のステップで、高められた温度と酸素を含有する雰囲気の中で、まだ残っている可能性のある結合領域の金属アルミニウムがさらに酸化されて酸化アルミニウムとなり、好ましくは完全に酸化される。このようにして結合領域それ自体も、結合されるべき各部品と実質的に同一の材料すなわち酸化アルミニウムからなるようにすることができる。それにより、特に攻撃性のプロセスガスに曝露される領域で、非常に高い耐食性が実現される。この種の測定セルに従来用いられてきたガラスはんだに比べて、耐食性が大幅に向上する。さらに別の重要な利点は、結合が機械的に非常に堅固であり、破断するときには結合個所が割れるだけでなく、結合されるべき各部品にまで破断が延びるという点にある。このことは、測定セルの長い耐用寿命で、真空圧力測定の高い測定精度と再現性を有するロバスト性の高い測定セルにつながる。

セルの１つの好ましい構成は、好ましくは縁部が高くなった第１のプレート状のハウジング本体でできており、この縁部の上に隔膜が縁部領域で封止をするように配置されており、それによって隔膜は基準真空室を取り囲むことになる。基準真空室と反対の側には第２のハウジング本体が、同じく縁部領域で封止をして閉じるように間隔をおきながら配置されており、それにより、測定真空室がそこに形成されることになる。この測定真空室は、測定されるべき媒体を引き込むための接続部を備えている。

容量式の測定セル構造としての実施形態では、基準真空室を構成する第１のハウジング本体と隔膜の表面は、たとえば金によって導電性コーティングされており、それによってキャパシタンス測定セルの電極を形成する。さらにこれらの電極は、たとえば第１のハウジング本体または縁部ゾーンの封止領域を通じて導出されている。実質的に平行に配置された電極面は、２μｍから５０μｍの範囲内の間隔を有している。縁部領域における両方のハウジングに対する隔膜の封止は、本発明に基づく接合方法によって行われる。このような種類の容量式の測定セル構造は欧州特許出願公開第１０７０２３９Ｂ１号明細書に記載されており、同文献は本件出願の不可分の構成要素をなしている。

光学的に読取り可能な測定セルの実施形態では、容量式の構造に代えて、ハウジング本
体にある窓を介して光が、好ましくはレーザ光が、隔膜に入力結合され、そこで反射されて、ファブリペロ構造が構成されるようになっており、干渉分光計によって隔膜の撓みが測定される。このような種類の光学式の測定セル構造は米国特許出願第１１／４９７，２２６号明細書に記載されており、同文献は本件出願の不可分の構成要素をなしている。このとき窓はサファイアで構成されているのが好ましく、またはハウジング本体そのものがサファイアで構成されていてよい。隔膜自体も、要求が非常に高い場合にはサファイアで形成されていてよい。サファイアの使用は、耐食性のいっそうの向上を可能にする。

本発明の別の構成では、隔膜測定セルは好ましくは測定真空室の内部で、および好ましくはセラミック部品との結合領域に重なり合うように、層で覆われており、この層は一方では結合個所の追加の封止作用を有しており、また、追加的に防護層として耐食性の特性を材料選択に応じて有することができる。前述したアルミニウム接合方法は、経済的な製造の場合、１０^−４ｍｂａｒ Ｌ／ｓｅｃから１０^−７ｍｂａｒ ｌ／ｓｅｃの範囲内の、好ましくは１０^−７ｍｂａｒ ｌ／ｓｅｃよりも優れた、限定された密閉性を有している。測定されるべき非常に低い圧力のために、測定感度が非常に高く、漏れ率が１０^−８あるいは１０^−９ｍｂａｒ ｌ／ｓｅｃよりも小さい範囲内の測定セルを製造しようとするときは、上述した結合領域の追加の封止が好ましい。

封止は、プロセスガスと反対を向いている側の領域でも、プロセスガスに曝露される領域でも行うことができる。すなわち封止部は、希望する施工形態に応じて、測定セルの内部または外部に位置することができる。１つの好都合な選択肢は、結合個所をガラスはんだで被覆し、それによって追加的に封止することにある。耐食性の結合部では、プロセスと反対を向いている側にガラスはんだを取り付けるのが好ましい。あるいはこの目的のために、たとえば真空プロセスによって製作される、他の適当なコーティングを用いることもできる。１つの特別に適したコーティング方法はＡＬＤ法である。

ＡＬＤは“Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ”の略であり、次のように定義される：
原子層堆積（ＡＬＤ）は気相からのコーティング技術であり、気体状の反応物が真空室の中へ誘導される。ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ化学蒸着法）に対するＡＬＤの主要な相違点は、ＡＬＤでは層成長が自己帰還的な表面反応によって周期的な仕方で行われることにある。それにより、実質的に１つの原子層が順次生成されていって層が構成される。このような特性は、プロセス条件の適切に選択によって、特に反応物の適切な選択によって実現される。

ＡＬＤ法が格別に好適なのは、アクセスしにくい内部空間に、すなわち前述した種類の組立が完成した測定セルの内部に、耐食性の層を析出させようとする場合である。こうしたケースでは、組み立てられた状態で測定セルの測定接続部の開口部を通じて耐食性の金属酸化物がＡＬＤ法によりコーティングされる。それにより、測定真空室の内壁すなわち隔膜とハウジング本体、ならびに接続手段を備える開口領域が防護層で覆われる。少なくとも隔膜とハウジング本体との間の結合領域が被覆されているのがよい。あるいは、測定接続部のための接続手段の結合領域が同時に被覆されるのも好ましい。測定接続部そのものが金属等のさほど耐食性ではない材料でできている場合、引込穴も同じく十分に被覆されるのがよく、そのために、ＡＬＤコーディングがその開口部を通して直接行われ、その壁部においても同じく有効となる。このような種類の防護コーティングは、本件出願と同じ出願人が提出した中国特許出願第０１８１７／０６号明細書に記載されている。この特許出願も、本件出願の不可欠の構成要素であることを明記しておく。

成長サイクルは、測定セルが配置された反応室内でたとえば次の４つのステップを含んでいる：
１．第１の先駆物質ガスの導入（たとえばＴＭＡ）
２．反応室の排気、洗浄（たとえばＮ２）
３．第２の先駆物質ガスの導入（たとえばＨ２Ｏ）
４．反応室の排気、洗浄（たとえばＮ２）
このサイクルが希望する膜厚に達するまで反復される。方法と反応器に応じて、１回のサイクルは０．５秒から数秒の長さであり、１サイクルごとに０．１から３Å（オングストローム）の膜材料が生成される（たとえばＡｌ_２Ｏ_３については、非常に好適な構造において、１サイクルごとに０．９５Åが生成・計測されている）。

好都合なケースでは各々の作用ステップが完全に進行し、すなわち、前段階分子（先駆物質）が表面をできる限り完全に覆うまで表面基と化学吸着または反応し、それ以後、それ以上の吸着は行われない。層成長は、このような反応条件のもとではセルフコントロールされ、すなわち、各々の反応サイクルで析出する層材料の量は一定である。層厚は反応サイクルの回数のみに依存して決まり、このことは正確で簡単な制御を可能にする。
このような定義と用語法はＴ． Ｓｕｎｔｏｌａの米国特許第４，０５８，４３０号明細書に準拠するものであり、および、Ｍｉｋｋｏ Ｒｉｔａｌａ著“Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ， Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ−ｋ Ｇａｔｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ（原子層堆積、高ｋゲート誘電体の基礎と技術的側面）”、Ｍ．Ｈｏｕｓｓａ編、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｒ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、ブリストル（２００４）、１７頁に準拠するものである。

次に、図面を参照しながら本発明について模式的かつ一例として説明する。

セラミック製の容量式隔膜真空測定セルを示す模式的な断面図である。 結合領域の封止を改善するために追加の防護コーティングを備える、図１の真空測定セルを示す模式的な断面図である。 結合領域の封止を改善するために、結合領域にのみ追加の材料被覆を備えている図１の真空測定セルを示す模式的な断面図である。

隔膜を中心として実質的に完全に左右対称に配置された構造を有する、Ａｌ_２Ｏ_３からなる公知の容量式測定セル８が、図１に断面図として示されている。第１のハウジング本体１はセラミックプレートでできており、好ましくはＡｌ_２Ｏ_３でできており、このセラミックプレートは、セラミックの隔膜２に対して２μｍから５０μｍの間隔をおいて縁部領域で封止をするように結合されて、基準真空室７を取り囲んでいる。両方の面の間隔は、通常、シール材料３を通じて、または隔膜縁部とハウジング縁部との間に位置する一方もしくは両方の本体に構成された段状の縁部によって、組立時に直接調整される。これと同様の形式で、向かい合う隔膜側の第２のハウジング本体４により測定真空室９が形成されており、この測定真空室には接続手段５を介して、測定されるべき媒体が第２のハウジング本体４にある開口部を通じて到達可能である。接続手段は接続配管を備える接続管として、またはパイプとして構成することができ、結合手段６によって第２のハウジング本体４と封止をするように結合されている。この結合手段は、たとえばＶａｃｏｎのような適当な金属、または好ましくは、両方のハウジング本体１，４および隔膜２を備える測定セル８と同じく、耐食性のセラミックでできていてよい。

隔膜２の両側のシール手段３の厚みは、前述したとおり、両方のハウジング本体１，４の間隔を規定することができる。あるいはこれに加えて、ハウジング本体１，４にシール手段３の領域で段部を取り付けて、シール手段３とともに間隔を追加的に規定することが
可能である。シール手段３は従来ガラスはんだでできていた。しかし本発明による方法では、シール手段３はアルミニウムで構成されており、実質的に酸化アルミニウムに変換されており、したがって、結合されるセラミック部品の材料と実質的に同一素材である。このことは、クリティカルな結合領域３においても、測定セル構造の酸化アルミニウムに匹敵する非常に高い耐食性につながる。セラミック部品との結合が必要となるこれ以外の結合領域、たとえば測定セルに組み付けられるべきゲッターハウジング、接続管またはその他のコンポーネントも、ここで紹介する接合方法で有利に製作することができる。

３８ｍｍの外径と３０ｍｍの自立部の隔膜内径をもつ典型的な測定セルでは、間隔３はおよそ２から５０μｍであり、好ましくは８から３７μｍである。この場合、たとえば第１のハウジング本体１は厚さ５ｍｍであり、第２のハウジング本体４は厚さ３ｍｍである。第２のハウジング本体４は、段部を形成するために深さ約０．５ｍｍの切欠きを内部領域に備えているのが好ましく、それによって測定真空室９を拡張する。隔膜２とハウジング１は基準真空室側で、たとえば容量式の測定セル８を形成するために、それぞれ導電性層によりコーティングされている。これら両方の層は互いに電気的に接続されておらず、それによってコンデンサ構造を形成する。これらの層はたとえば刷毛、印刷、スプレー、または真空法で塗布することができる。これらの層は、蒸着やスパッタのような真空法で塗布されるのが好ましい。層材料として特別に好適なのは金であり、これがたとえば１μｍの層厚で蒸着され、次いでスパッタエッチングによってナノメートル単位まで、たとえば５ｎｍまで薄くされる。それによって層の厚みを定義することができ、十分に薄く応力を生じないように調整することができる。導電性層の電気接続は、特に、ハウジング本体１を通る導電性の真空気密なブッシングによって行われるのが好ましく、そこで評価電子装置と接続することができる。

室７で長期にわたって安定した基準真空を維持できるようにするために、ゲッター１０が設けられている。このゲッターは、基準真空室７を気化性の粒子がない状態に保つために、気化可能ではないゲッターであるのが好ましい。たとえば第１のハウジング本体１には、接続配管１２ないし排気配管を介して基準真空室７と連通する、ゲッター１０を収容するためのゲッター室１１が設けられている。ゲッター室１１をハウジング本体１の上に載置することもできるが、ハウジング１の本体に穿設するほうが好ましい。排気配管１２を介して基準真空室７が排気されるとき、ゲッター室１１は排気装置と接続される。ゲッター１０は排気中に加熱され、それによってゲッターが活性化し、それと同時に脱ガスされる。ゲッター１０が活性化した後、排気中にゲッター室１１が封止をするようにハウジングにつながれる。

光学式に読取り可能な隔膜測定セル８も、これに類似して構成されている。この場合にはコンデンサ皮膜は必要ない。第１のハウジング本体１には中央領域に光学透過性の窓が配置されており、この窓を介して、好ましくは光ファイバによって光が、好ましくはレーザ光が入力結合され、隔膜表面に向けて案内される。隔膜表面は光を後方反射するために、反射性の皮膜でコーティングされている。これに加えて、ハウジング窓には部分反射性のミラーが配置されていてよい。このような構造は、ファブリペロ干渉計を用いた隔膜の撓みの干渉法的評価を可能にする。光学窓はサファイアでできているのが好ましく、第１のハウジング本体１へ穿設されており、そこでガラスはんだのようなシール手段３によって本発明の方法により真空気密に結合される。あるいは第１のハウジング本体１は、全面的にサファイアで製作されていてもよい。隔膜測定セル、特に両方のハウジング本体および隔膜は、高い耐食性を実現するために、金属酸化物ないしセラミックで構成される。この場合、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を使用するのが好ましい。酸化アルミニウムのアルファ型改良処理品が好ましい。酸化アルミニウムのサファイア改良処理品がきわめて特別に好ましい。異なる金属酸化物を組み合わせることができる。たとえば第１のハウジング本体１の通常の酸化アルミニウムを、サファイア窓と組み合わせることができる。あ
るいは隔膜２がサファイアでできていてもよく、ハウジング本体は酸化アルミニウムの単純な改良処理品でできていてよい。サファイアからなる隔膜２の構成は熱挙動の面から特別な利点を有しており、より高い弾性が実現される。それにより、より大きな撓みを許容することができ、それによって測定範囲が広くなる。接続手段５そのものも、このような種類の酸化アルミニウム材料で製作するのが好ましい。

結合手段３，６、すなわちハウジング本体１，４と隔膜２との結合手段、接続手段５と第２のハウジング本体４との結合手段、およびゲッター室１１と第１のハウジング本体１との結合手段は、通常たとえばガラスはんだで製作され、あるいは、たとえばセラミック材料を金属材料と結合させたいような場合には、たとえばＴｉＣｕＡｇのような活性はんだで製作される。

測定されるべきプロセス環境にさらされる結合手段３，６を有している結合個所は、測定セル８の耐食性と真空気密性およびこれに伴う耐用寿命とその品質を規定して制約することが判明している。たとえばガラスはんだそれ自体はこの点に関して優れた特性を有しているにもかかわらずである。

ここで紹介するセラミック部品の結合方法に基づく方策により、結合個所３を耐食性に関して追加的に大幅に改良することができる。そのうえ、それによって結合が機械的にもいっそう安定する。結合されるべき両方のセラミック部品は、すなわちたとえば隔膜２、ハウジングプレート１、またはハウジングプレート２は、酸化アルミニウムセラミックでできている。このとき、酸化アルミニウムセラミックのあらゆる結晶形状ないし改良処理品を原則として適用可能である。たとえばアルファ型改良処理品、ガンマ型改良処理品、サファイア型改良処理品などの形態が適しており、ならびに、これらの形態を組み合わせて適用することもできる。結合されるべき領域では、たとえば追加の研削や研磨によって、表面粗さが５００ｎｍよりも小さく調整される。セラミック部品の結合されるべき面は実質的に平坦に構成されているのが好ましく、少なくとも互いにアライメントされていなくてはならない。使用されるべきセラミックの純度は９９％よりも優れた値を有しており、９９．５％よりも優れた純度が好ましい。たとえば隔膜２についてサファイア型改良処理品をセラミック部品として使用する場合、表面粗さは２０ｎｍよりも優れているのが好ましい。接合プロセスの前に、少なくとも接合されるべき表面の領域で、接合されるべきセラミック部品から異物を洗浄するのが好ましい。これには表面のプラズマエッチング、イオンエッチング、化学エッチングのような洗浄方法が適している。半導体産業で普通に用いられる化学的な洗浄ないしエッチングが格別に適している。このような方法は以前から工業的に実施されており、低コストに取り扱うことができるからである。第１の化学的な洗浄ステップには、硝酸（ＨＮＯ_３）を１０から７０％までの濃度範囲で含む水溶液が適している。各部品をたとえば５分から６０分のあいだこの種の溶液中で処理し、次いで水ですすぐ。必要であれば、第２の処理を同じ溶液で、ただし１００℃まで高くした温度で、やはりほぼ同じ時間内で行うことができ、次いで各部品をやはり水で洗う。非常に良好な洗浄結果のために、これに加えてさらに別の洗浄ステップを実施することができ、そのために、５から５０％の範囲内の濃度のフッ化水素酸（ＨＦ）の水溶液で各部品を処理する。このとき洗浄は、ほぼ１分半から５分のあいだ行われる。次いで同じく水ですすいでから、各部品を乾かす。乾燥は大気にあてて行うことができ、たとえば清潔な高温の空気によって、または特別にクリーンな状況が望まれる場合には保護ガスのもとで、あるいは真空のもとで行うことができる。

引き続き、両方のセラミック部品の接合されるべき面の領域に金属アルミニウムを配置する。このアルミニウムは、たとえば真空法によって、一方または両方の部品の表面に析出させることができる。そのために適した真空法はスパッタリング法あるいはスパッタ法と呼ばれる。このとき析出されるアルミニウムの層厚は、０．２から１５μｍの範囲内で
あるのがよく、０．５から６μｍの範囲内にあるのが好ましい。あるいは簡単なやり方としては、接合されるべき各部品の間にアルミニウムフィルムをはさむことができる。この場合、アルミニウムフィルムは１０から５０μｍの範囲内の厚みを有しているのがよく、１０から３０μｍの範囲内の厚みを有しているのが好ましい。使用されるべきアルミニウムの純度は、いずれのケースにおいても９９％より優れているのがよく、９９．５％よりも優れているのが好ましい。

そして、こうして準備された接合されるべき各部品を、接合されるべき各部品を取り囲むプロセスガスを中に含む処理室に入れる。このプロセスガスは、還元ガスを含む不活性のキャリヤガスからなっている。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素、ヘリウムなどの気体、もしくはこれらの混合物を使用することができる。還元ガスとしては、水素を１から２０％の範囲内の割合で、ないし好ましくは１から１０％の範囲内の割合で使用するのが好ましい。そして接合プロセスは、各部品が６００から６８０℃の温度まで加熱され、その際にセラミック部品が圧力のもとで押し合わされることによって行われる。そのために必要な圧着力は、１Ｎ／ｍｍ^２から４０Ｎ／ｍｍ^２の範囲内であり、好ましくは３Ｎ／ｍｍ^２から２０Ｎ／ｍｍ^２の範囲内である。この接合ステップのプロセス時間は３０から９０分の範囲内である。この接合ステップの後、先ほど述べた手順に従ってプラズマエッチング、イオンエッチング、または特に化学洗浄によって、接合された部品全体を再度洗浄するのが好ましい。

生成された結合領域でも、前述した隔膜真空測定セルに求められる非常に高い耐食性を実現するために、さらに別の方法ステップを実施するのが好ましく、この方法ステップでは結合領域が追加的に再酸化され、結合領域および特に測定されるべき攻撃性のプロセスガスに曝露されるその表面領域に、完全に酸化されていないアルミニウムが残っている場合にこれが再酸化されるようにする。そのために、接合された各部品ないし組み立てられた測定セルを全体として、酸化性のガスを含むプロセス室へ再び入れる。これは、すでに先ほど述べたように酸素の割合を含む不活性ガスの混合物でであってよい。このときプロセスガスは最大１００％まで純粋な酸素からなっていてよい。形成されるべき酸化アルミニウムの高い品質を実現するために、９９．０％よりも優れた酸素純度を適用するのが好ましい。この酸化プロセスは、高められた温度での酸素の影響下での焼なましとして、４５０から５７５℃の温度範囲内で実施される。処理時間は２．０から１２時間の範囲内であり、好ましくは６．０から１０時間の範囲内である。

特定のケースでは、接合プロセスの前に、接合されるべきセラミック部品１，２，４の表面のうち少なくとも１つに付着媒介性の金属層を析出させると、よりいっそう有益な場合がある。この場合には特にクロムまたはチタンのいずれかの金属が適しており、チタンは耐食性に関して格別に好適である。このような種類の層も、同じく適当な公知の真空法により、１０から１００ｎｍの範囲内の層厚で析出される。

前述した作業領域の内部における作業点は、接合方法については、５から３５Ｎ／ｍｍ^２の範囲内のせん断強さ、さらには１４から４２Ｎ／ｍｍ^２のせん断強さをもつ結合強度を容易に設定できるように選択・調整することができる。すなわちこの結合は、結合部が破断したときに、破断線が結合インターフェースを通って延びるだけでなく、結合されている各部品の内部の大部分を通って延びる程度に強固である。

上述した接合方法は、ハウジング部分１，４をセラミック隔膜２と結合するのに好適なばかりでなく、隔膜測定セル８で結合されるべきそれ以外の部品にも、たとえば接続管５やゲッターハウジングにも好適である。

シール手段および防護層として作用し、図２に模式的かつ一例として示すように少なく
ともこの結合領域を覆う追加の層１３によって、測定セル８の真空気密性をなおいっそう改良できることが示されている。また、それによって攻撃性のプロセスガスに対する化学的な耐性のいっそうの改善を的確に行うこともでき、それにより、測定セルの耐用寿命がいっそう長くなる。さらには、それによってたとえばセルの接続領域のように他のさほど耐食性でない材料を防護するように被覆し、それにより、そうした材料を耐食性でないにもかかわらず利用することが可能である。このことは、設計的にいっそう広い自由度と、利用条件に合わせたより良い適合化を可能にする。

結合個所の追加の封止のためのこのような種類の防護層１３の析出は、ＡＬＤコーティング法によって形成されるのが好ましい。ＡＬＤ法で気相から析出されるＴｉＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５、あるいはＡｌ_２Ｏ_３の材料が好ましい。このときＡｌ_２Ｏ_３から析出される層は、結合されたセラミック構造単独よりも稠密に生成することができ、そのようにして真空気密性をいっそう高めることになる。ＡＬＤ防護層については、２０から２００ｎｍの厚みが選択されるのが好ましい。この防護層は、特に結合されたセラミック部品の結合領域を覆うのがよい。ＡＬＤ法は、ごく小さな中空スペースの中へもラビリンス状の形成物の周りにも、コントロールされた析出を確実に引き起こすことを可能にする。したがって、組立が完了した測定セルに析出を行うことができる。

特に、耐食性に関して要求事項がさほど高くない場合には、結合されている各部分にそこで重なり合う、好ましくはガラスはんだである材料１４で結合領域を覆うこともでき、その様子は図３に模式的かつ一例として図示されている。この追加の被覆１４は、結合領域３，６の改善された密封を可能にするものであり、追加のシール手段１４としての役目を果たす。このシール手段は、測定セル８の外側表面に封止をするように取り付けられるのが好ましく、ガラスはんだであるのが好ましい。この材料１４は結合領域で使用するだけで十分であり、すなわち、測定セル８を部分的にのみ被覆する。

Claims (17)

1. 圧力変換器として隔膜（２）を備える真空測定セル（８）を製造する方法であって、前記隔膜（２）の一方の側には間隔をおきながら第１のハウジングプレート（１）が縁部領域で第１の結合手段（３）により封止をするように配置されており、それによってこれらの間に基準真空室（７）が形成されるようになっており、前記隔膜（２）の他方の側には間隔をおきながら第２のハウジングプレート（４）が縁部領域で前記第１の結合手段（３）により封止をするように配置されており、それによってこれらの間に測定真空室（９）が形成されるようになっており、前記第２のハウジングプレート（４）は開口部を有しており、該開口部および前記測定真空室（９）と連通するように接続手段（５）が第２の結合手段（６）により封止をするように配置されており、それによって前記測定真空室（９）を測定されるべき媒体と接続し、少なくとも前記隔膜（２）と前記両方のハウジングプレート（１，４）は酸化アルミニウムからなるセラミック部品（１，２，４）として構成される、そのような方法において、前記第１および第２の結合手段（３，６）のうち少なくとも前記第１の結合手段（３）について、結合されるべき前記セラミック部品（１，２，４）の間にアルミニウムが０．５μｍから３０μｍの範囲内の厚さで配置され、結合されるべき前記セラミック部品（１，２，４）が、還元性のガスを含む前記セラミック部品（１，２，４）を取り囲むプロセス雰囲気のなかで、６００℃から６８０℃の範囲内の高められた温度で３０から９０分の範囲内の時間のあいだ押し合わされ、引き続き酸素を含む第２のプロセスガス雰囲気のなかで焼なましが行われ、該焼なましは４５０℃から５７５℃の温度範囲で行われ、それにより金属アルミニウムが酸化されて実質的に酸化アルミニウムになるようにすることを特徴とする方法。
2. 前記セラミック部品としてアルファ型またはガンマ型の形態のいずれか１つの酸化アルミニウムが用いられ、または好ましくは少なくとも部分的にサファイア型の形態が用いられ、前記セラミック部品はそれぞれ異なる形態を有することもできることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記セラミック部品（１，２，４）の結合されるべき表面は５００ｎｍよりも小さい平均表面粗さで製作され、結合されるべき前記表面は好ましくは平坦に構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記焼なましの時間は２．０から１２時間の範囲内であり、好ましくは６．０から１０時間の範囲内であることを特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の方法。
5. 接合されるべき前記セラミック部品（１，２，４）の少なくとも表面は、好ましくは化学エッチング、プラズマエッチング、またはイオンエッチングによって、接合プロセスの前に異物を洗浄されることを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の方法。
6. 前記異物がＨＮＯ_３を含む溶液を使って少なくとも前記セラミック部品（１，２，４）の表面から除去され、好ましくはＨＦを含む溶液でさらに別の処理ステップが行われることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. ９９％よりも優れた純度を有する、好ましくは９９．５％よりも優れた純度を有する、セラミック部品（１，２，４）が用いられることを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の方法。
8. 前記セラミック部品（１，２，４）の結合されるべき表面のうち少なくとも１つに付着媒介性の金属層が析出され、該金属層は好ましくはＴｉまたはＣｒからなっていることを特徴とする、請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の方法。
9. 前記第１および第２の結合手段（３，６）のアルミニウムは、好ましくは真空法により、たとえば好ましくはスパッタにより、結合されるべき前記セラミック部品（１，２，４）の結合されるべき表面のうち少なくとも１つに層として析出されることを特徴とする、請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の方法。
10. ０．２μｍから１５μｍの範囲内の層厚、好ましくは０．５μｍから６．０μｍの範囲内の層厚が析出されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１および第２の結合手段（３，６）として、１０μｍから５０μｍの範囲内の厚み、好ましくは１０μｍから３０μｍの範囲内の厚みを有する、アルミニウムからなるフィルムが用いられることを特徴とする、請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の方法。
12. 前記第１および第２の結合手段によって結合されたセラミック部品（１，２，４）同士の間のせん断強さは、５から３５Ｎ／ｍｍ^２の範囲内のせん断強さ、好ましくは１４から４２Ｎ／ｍｍ^２のせん断強さに調整されることを特徴とする、請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載の方法。
13. 前記第１および第２の結合手段（３，６）の縁部領域および少なくとも結合領域で、該結合領域および結合された前記セラミック部品（１，２，４）の少なくとも部分領域を重なり合うように被覆する追加の層（１３）が真空密封手段として析出されることを特徴とする、請求項１〜１２のうちいずれか１項に記載の方法。
14. 前記真空密封手段として、前記追加の層（１３）を構成するガラスはんだが塗布され、または好ましくは前記追加の層（１３）を構成するＡＬＤ法で析出された層が塗布されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 材料による改良された密封のための追加の被覆（１４）が前記結合領域にのみ追加のシール手段（１４）として塗布され、該被覆は好ましくは前記真空測定セル（８）の外側表面に封止をするように取り付けられ、前記材料（１４）として好ましくはガラスはんだが用いられることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
16. 前記真空測定セル（８）は容量式の隔膜測定セル（ＣＤＧ）として構成されることを特徴とする、請求項１〜１５のうちいずれか１項に記載の方法。
17. 前記真空測定セル（８）は光学式に読取り可能な隔膜測定セル（ＯＤＧ）として構成されることを特徴とする、請求項１〜１６のうちいずれか１項に記載の方法。

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