Verfahren zur Herstellung einer Vakuummembranmesszelle.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuummesszelle mit einer Membran gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, Drücke bzw. Druckdifferenzen dadurch zu messen, indem eine dünne Membran druckbeaufschlagt wird und ihre 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. Die Kapazität wird ausgebildet, indem die dünne, biegsame Membranfläche in geringem Abstand gegenüber einer weiteren Fläche angeordnet ist und beide einander gegenüberliegenden Oberflächen mit einem elektrisch leitenden Belag beschichtet oder aus elektrisch leitfähigem Material sind. Bei Druckbeaufschlagung der Membran verändert sich durch die Durchbiegung der Abstand zwischen den beiden Elektroden, was zu einer auswertbaren Kapazitätsänderung der Anordnung führt. Sensoren dieser Art werden in grossen Stückzahlen aus Silizium hergestellt. Sowohl der flächige Grundkörper wie auch die Membran bestehen hierbei oft vollständig aus Silizium - Material. Es gibt auch Ausführungen mit kombinierter Materialzusammensetzung z.B. Silizium mit Glasunterlage. Die Sensoren lassen sich dadurch kostengünstig herstellen. Drucksensoren dieser Art sind in der Regel nur für höhere Druckbereiche im Bereich von ca. 10 ^"1 mbar bis einige bar einsetzbar. Hohe Auflösung bei tieferen Drücken ab etwa 10 ^"1 mbar sind mit dem Werkstoff Silizium nicht mehr realisierbar. Für typische Vakuumanwendungen sind Sensoren dieser Art nicht geeignet. Unter anderem rührt dies daher, dass das Silizium an der Oberfläche mit der Umgebung reagiert und so die empfindliche Sensorcharakteristik gestört wird. Bereits Wasserdampf, der in normaler atmosphärischer Luft enthalten ist, führt zu entsprechenden Reaktionen an den Oberflächen. Das Problem wird zusätzlich verschärft, wenn der Sensor in chemisch aggressiven Atmosphären eingesetzt wird, was bei den heutigen reaktiven Vakuumplasmaprozessen vermehrt üblich ist. Es wurde deshalb versucht, solche Silizium - Sensoren

durch Passivieren der Oberflächen gegenüber aggressiven Ausseneinflüssen zu schützen. Es wurde auch versucht, die Oberfläche mit einem Schutzüberzug zu versehen, damit die Haltbarkeit und Resistenz gegenüber der chemisch aggressiven Umgebung erhöht wird, wie dies in DE 41 36 987 A1 beschrieben ist. Solche Massnahmen sind schwierig zu realisieren und führen bei mechanisch deformierbaren Teilen, wie Membranen, nur bedingt zum Erfolg, insbesondere bei besonders aggressiven Medien, wie Fluor, Bromsäure und deren Verbindungen, wie sie in der Halbleiterindustrie, beispielsweise bei Vakuumätzverfahren eingesetzt werden.

Es wurde deshalb vorgeschlagen, Messzellen für die Vakuumdruckmessung aus korrosionsfesten Materialien wie AI ₂ O ₃ herzustellen. In dem EP 1 070 239 B1 wird eine kapazitive Vakuummesszelle, welche im wesentlichen vollständig aus Keramik aufgebaut und somit in hohem Masse korrosionsfest ist, beschrieben. Um sehr tiefe Drücke bis 10 ^"6 mbar bei hoher Genauigkeit messen zu können, wird eine sehr dünne Keramikmembran von < 25θA#m Dicke verwendet, welche spannungsfrei und im wesentlichen symmetrisch in einem Keramikgehäuse angeordnet ist. Obwohl diese Membran basierte Vakuummesszelle sehr erfolgreich im Einsatz ist und einen wesentlichen Fortschritt in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit darstellt, hat sich herausgestellt, dass die Verbindungsbereiche zwischen Membran und Gehäuse, sowie der Verbindungsbereich für den Anschlusstutzen und gegebenenfalls der Anschlussstutzen selbst beim Einsatz in aggressiver Prozessumgebung, die beispielsweise Säuren, Halogene wie Chlor und Fluor etc. enthalten, eine Schwachstelle bilden für die Lebensdauer der Zelle, auch wenn die ganze Zelle im wesentlichen aus einer korrosionsfesten Keramik besteht. Im zusammen- gebauten Zustand beinhaltet die Messzelle dem Prozessgasen ausgesetzte kleinste Hohlräume, die Labyrinthartig abgesetzt sind und die Zugänglichkeit zu den Bereichen wo die Verbindungsstellen der Teile liegen stark erschwert ist. Eine Abdeckung derartiger Bereiche in solch kleinen und schwierig zugänglichen Hohlräumen durch eine geeignete Beschichtung erscheint kaum möglich, zumal die Teilchen bei der Beschichtung um die Kanten und Ecken dieses Labyrinthes geführt werden müssten.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Korrosionsbeständigkeit von keramischen Vakuummesszellen mit Membran weiter zu verbessern, insbesondere gegen säurehaltige und / oder halogen- haltige aggressive Vakuumprozesse, wie sie insbesondere in der Halbleiterproduktion eingesetzt werden. Ausserdem soll die Messzelle wirtschaftlich herstellbar sein.

Die Aufgabe wird bei der gattungsgemässen Vakuummesszelle gemäss den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 gelöst. Die abhängigen Pa- tentansprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung.

Die erfindungsgemässe kapazitive Vakuummesszelle ist vollständig aus einer Keramik, wie insbesondere AI ₂ O ₃ und / oder mindestens Teile davon aus Saphir hergestellt. Dadurch wird sehr hohe Korrosionsbeständigkeit und langlebige Repro- duzierbarkeit erreicht. In Bereichen, wo gedichtet und verbunden werden muss oder wo Durchführungen oder Messanschlüsse vorgesehen sind, wird in geringen Mengen Aluminium zwischen den zu verbindenden Aluminiumoxidkeramikteilen angeordnet und die beiden Teile unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck zusammengefügt unter Anwesenheit einer Schutzgasatmosphäre die ein reduzie- rende Gas, wie Wasserstoff, enthält. Dadurch entsteht bereits eine feste Verbindung. In einem weiteren, nachfolgenden Schritt wird, bei erhöhter Temperatur in einer Sauerstoffhaltigen Atmosphäre, das allenfalls noch übrig bleibende metallische Aluminium im Verbindungsbereich weiter zu Aluminiumoxid oxidiert, vorzugsweise durchoxidiert. Dadurch wird erreicht, dass auch der Verbindungsbe- reich selbst im wesentlichen aus demselben Material, nämlich Aluminiumoxid, besteht, wie die zu verbindenden Teile selbst. Dadurch wird eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Bereichen die den aggressiven Prozessgasen ausgesetzt wird, erreicht. Gegenüber dem bisher für derartige Messzellen verwendeten Glaslot wird die Korrosionsbeständigkeit wesentlich erhöht. Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, dass die Verbindung mechanisch sehr fest ist und

bei einem Bruch nicht nur die Verbindungsstelle aufbricht, sondern sich dieser bis in die zu verbindenden Teile erstreckt. Dies führt zu einer robusten Messzelle mit hoher Messpräzison und Reproduzierbarkeit der Vakuumdruckmessung bei hoher Lebensdauer der Messzelle.

Eine bevorzugte Ausbildung der Zelle besteht aus einem ersten plattenförmigen Gehäusekörper mit vorzugsweise erhöhtem Rand, über welchem eine Membran im Randbereich dichtend angeordnet ist, so dass diese einen Referenzvakuumraum einschliesst. Auf der dem Referenzvakuumraum abgewandten Seite ist ein zweiter Gehäusekörper ebenfalls im Randbereich dichtend schliessend beabstan- det angeordnet, so dass dort ein Messvakuum räum ausgebildet wird. Dieser Messvakuumraum ist mit einem Anschluss für die Zuleitung des zu messenden Mediums versehen.

Bei der Ausführung als Kapazitive Messzellenanordnung werden die Oberflächen des ersten Gehäusekörpers und der Membrane, welche den Referenzvakuum- räum ausbilden, elektrisch leitend beschichtet, beispielsweise mit Gold, und bilden dadurch 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//m bis 50//m auf. Die Abdichtung der Membran im Randbereich gegenüber den beiden Gehäusen erfolgt durch das erfindungsgemässe Fügeverfahren. Eine derartige kapazitive Messzellenanordnung ist in dem Patent EP 1 070 239 B1 beschrieben, welches integrierender Bestandteil der vorliegenden Anmeldung bildet.

Bei der Ausführung einer optisch auslesbaren Messzelle wird, anstelle der Kapa- zitiven Anordnung, über ein Fenster am Gehäusekörper Licht, vorzugsweise Laserlicht, auf die Membran eingekoppelt und dort zurück reflektiert derart, dass eine Fabry-Perot- Anordnung ausgebildet ist und mit Hilfe eines Interferenzspektrome- ters die Auslenkung der Membrane gemessen wird. Eine derartige optische Messzellenanordnung ist in der Patentanmeldung US 11/497,226 beschrieben welche integrierender Bestandteil der vorliegenden Anmeldung bildet. Das Fenster ist

hierbei mit Vorteil aus Saphir ausgebildet oder der Gehäusekörper selbst kann aus Saphir ausgebildet sein. Auch die Membrane selbst kann bei sehr hohen Anforderungen aus Saphir gebildet sein. Die Verwendung von Saphir ermöglicht eine weitere Steigerung der Korrosionsbeständigkeit.

Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Membranmesszelle vorzugsweise innerhalb des Messvakuum raumes und vorzugsweise den Verbindungsbereich mit den Keramikteilen überlappend mit einer Schicht überdeckt, die einerseits zusätzlich abdichtende Wirkung der Verbindungsstelle aufweist und auch zusätzlich als Schutzschicht korrosionsfeste Eigenschaften aufweisen kann, je nach Materialwahl. Das vorerwähnte Aluminium - Fügeverfahren weist bei wirtschaftlicher Herstellung eine begrenzte Dichtheit auf, im Bereich von 10 ^"4 mbar L/sec bis 10 ^"7 mbar l/sec, vorzugsweise besser als 10 ^~7 mbar l/sec. Wenn Messzellen mit sehr hoher Messempfindlichkeit und für sehr tiefe, zu messende Drücke mit Leckraten im Bereich von weniger als 10 ^"8 oder gar 10 ^"9 mbar l/sec hergestellt werden sollen, ist die vorerwähnte zusätzlich Abdichtung des Verbindungsbereiches vorteilhaft.

Die Abdichtung kann sowohl im Bereich der abgewandten Seite des Prozessgases oder im exponierten Bereich des Prozessgases erfolgen. Diese kann somit innerhalb oder ausserhalb der Messzelle liegen, je nach gewünschter Ausführung. Eine günstige Möglichkeit besteht darin, die Verbindungsstelle mit einem Glaslot abzudecken und damit zusätzlich abzudichten. Bei korrosionsfesten Verbindungen ist es vorteilhaft das Glaslot an der dem Prozess abgewandten Seite anzubringen. Es können dazu aber auch andere geeignete Beschichtungen verwendet werden, wie sie beispielsweise durch Vakuumprozesse hergestellt werden. Ein besonders geeignetes Beschichtungsverfahren ist hierbei das ALD - Verfahren.

ALD ist die Abkürzung für "Atomic Layer Deposition" und es ist folgendermassen definiert:

Die Atomlagenabscheidung (ALD) ist eine Beschichtungstechnik aus der Gasphase heraus, bei denen die gasförmigen Reaktanten in eine Vakuumkammer geleitet werden. Der wesentliche Unterschied von ALD zu CVD (Chemical Vapor Depositi-

on) ist, dass das Schichtwachstum bei der ALD in einer zyklischen Weise mittels selbstsaturierenden Oberflächenreaktionen stattfindet. Dadurch wird im wesentlichen eine Atomlage nach der anderen erzeugt und die Schicht aufgebaut. Diese Eigenschaft wird durch die geeignete Wahl der Prozessbedingungen, insbesonde- re der Reaktanten erreicht.

Das ALD - Verfahren ist besonders geeignet wenn korrosionsfeste Schichten in schwer zugänglichen Innenräumen abgeschieden werden sollen, also innerhalb einer fertig zusammengefügten Messzelle der zuvor beschriebenen Art. In diesem Fall wird mit einem korrosionsfesten Metalloxid mit dem ALD - Verfahren im zu- sammengebauten Zustand durch die öffnung des Messanschluss der Messzelle beschichtet. Dadurch wird die Innenwandung des Messvakuumraumes, also die Membrane und der Gehäusekörper, sowie der öffnungsbereich mit den Anschlussmitteln mit einer Schutzschicht überdeckt. Es sollte mindestens der Verbindungsbereich zwischen Membran und Gehäusekörper abgedeckt sein. Vor- zugsweise wird aber auch gleichzeitig der Verbindungsbereich der Anschlussmittel für den Messanschluss abgedeckt. Wenn der Messanschluss selbst aus einem nicht sehr korrosionsfesten Material, wie einem Metall besteht, sollte die Zuleitungsbohrung ebenfalls hinreichend abgedeckt werden indem die ALD - Be- schichtung direkt durch diese öffnung hindurch erfolgt und an dessen Wänden ebenfalls wirksam wird. Eine derartige Schutzbeschichtung wird in der Patentanmeldung CH 01817/06 beschrieben, die von demselben Anmelder stammt wie die vorliegende Anmeldung. Diese Patentanmeldung wird als integrierender Bestandteil der vorliegenden Anmeldung erklärt.

Ein Wachstumszyklus umfasst beispielsweise vier Schritte in einer Reaktionskammer mit den dort plazierten Messzellen:

1. Einleitung des ersten Precursor - Gases (z.B. TMA)

2. Evakuieren, Spülen der Reaktionskammer (z.B. N2)

3. Einleitung des zweiten Precursor- Gases (z.B. H2O) 4. Evakuieren, Spülen der Reaktionskammer (z.B. N2)

Dieser Zyklus wird so oft wiederholt bis die gewünschte Filmdicke erreicht ist. Je nach Verfahren und Reaktor dauert ein Zyklus zwischen 0,5 und einigen Sekunden, wobei pro Zyklus 0,1 bis 3 ä (Angström) an Filmmaterial erzeugt werden. (Für AI ₂ O ₃ wurde beispielsweise in einer sehr geeigneten Anordnung 0.95 ä pro Zyklus erzeugt und gemessen).

Im günstigen Fall verläuft jeder Einwirkungsschritt vollständig, d. h., die Vorstufenmoleküle (Precursor) chemisorbieren oder reagieren mit den Oberflächengruppen bis die Oberfläche möglichst vollständig belegt ist, danach findet keine weitere Adsorption statt. Das Schichtwachstum ist unter diesen Reaktionsbedingungen selbstkontrollierend, d. h., die Menge des in jedem Reaktionszyklus abgeschiedenen Schichtmaterials ist konstant. Die Schichtdicke hängt nur von der Zahl der Reaktionszyklen ab, was eine exakte und einfache Steuerung ermöglicht. Diese Definition und Terminologie bezieht sich auf US Patent 4,058,430 von T. Suntola und auf Mikko Ritala, Atomic Layer Deposition, Fundamental and Tech- nological Aspects of High-k Gate Dielectrics, Ed. M. Houssa, Institute of Physics Publishing , Bristol (2004), p. 17.

Die Erfindung wird nun anhand von Figuren schematisch und beispielsweise be- schrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch und im Querschnitt eine kapazitive Membran - Vakuummesszelle aus Keramik,

Fig. 2 schematisch und im Querschnitt eine Vakuum messzelle gemäss Figur 1 mit einer zusätzlichen Schutzbeschichtung zur verbesserten Abdichtung der Verbindungsbereiche,

Fig. 3 schematisch und im Querschnitt eine Vakuummesszelle gemäss Figur 1 mit einer zusätzlichen Abdeckung mit einem Material nur im Verbindungsbereich zur verbesserten Abdichtung der Verbindungsbereiche.

Eine bekannte kapazitive Messzelle 8 aus AI ₂ O ₃ mit im wesentlichen vollständig um die Membran symmetrisch angeordnetem Aufbau ist im Querschnitt in Fig. 1 dargestellt. Der erste Gehäusekörper 1 besteht aus einer Keramikplatte, vorzugsweise aus AI ₂ O ₃ , welcher in einem Abstand von 2//m bis 50//m gegenüber der ke- ramischen Membran 2 im Randbereich dichtend verbunden ist und einen Referenzvakuumraum 7 einschliesst. Der Abstand zwischen den beiden Flächen wird in der Regel direkt beim Montieren über das Dichtungsmaterial 3 oder durch einen stufenförmigen Rand, ausgebildet an einem oder an beiden Körpern, der zwischen dem Membranrand und dem Gehäuserand liegt, eingestellt. Auf die gleiche Art und Weise wird mit einem zweiten Gehäusekörper 4 auf der gegenüberliegenden Membranseite ein Messvakuum räum 9 ausgebildet, welcher über Anschluss - Mittel 5 durch eine öffnung im zweiten Gehäusekörper 4 für die zu messende Medien erreichbar ist. Die Anschlussmittel können als Stutzen mit einer Verbindungsleitung oder als Rohr ausgebildet werden und sind mit Verbindungsmitteln 6 dichtend mit dem zweiten Gehäusekörper 4 verbunden. Diese können aus einem geeigneten Metall, wie Vacon, oder vorzugsweise ebenfalls aus einer korrosionsfesten Keramik bestehen wie die Messzelle 8 mit den beiden Gehäusekörpern 1 , 4 und der Membran 2.

Die Dicke der Dichtungsmittel 3 beidseitig der Membran 2 können, wie erwähnt, den Abstand der beiden Gehäusekörper 1 , 4 bestimmen. Zusätzlich ist es aber möglich an den Gehäusekörper 1 , 4 im Bereich der Dichtungsmittel 3 Stufen anzubringen, um den Abstand zusätzlich zusammen mit den Dichtungsmittel 3 festzulegen. Die Dichtungsmittel 3 bestand bisher aus einem Glaslot. Das Dichtungsmittel 3 wird nun gemäss dem vorliegenden erfinderischen Verfahren aus Alumini- um gebildet und es wird im wesentlichen zu Aluminiumoxid umgewandelt und ist somit mit dem Material der verbundenen Keramikteile im wesentlichen Materialidentisch. Dies führt dann auch im kritischen Verbindungsbereich 3 zu einer sehr hohen Korrosionsbeständigkeit, die dem Aluminiumoxid des Messzellenaufbaues entspricht. Auch andere Verbindungsbereiche wo Verbindungen notwendig wer- den an Keramikteilen, wie beispielsweise ein an die Messzelle zu montierendes

Gettergehäuse, ein Anschlussstutzen oder andere Bauteile, können mit Vorteil mit dem hier vorgestellten Fügeverfahren hergestellt werden.

In einer typischen Messzelle mit einem Aussendurchmesser von 38 mm und einem freien Membran - Innendurchmesser von 30 mm beträgt der Abstand 3 etwa 2 bis 50//m, vorzugsweise 8 bis 37//m. Hierbei ist beispielsweise der erste Gehäusekörper 1 5 mm dick, der zweite Gehäusekörper 4 3 mm dick. Der zweite Gehäusekörper 4 wird vorzugsweise im Innenbereich, mit einer ca. 0,5 mm tiefen Ausnehmung versehen zur Bildung einer Stufe, um den Messvakuumraum 9 zu vergrössern. Die Membran 2 und das Gehäuse 1 sind referenzvakuumraumseitig, beispielsweise zur Bildung einer kapazitiven Messzelle 8, mit je einer elektrisch leitenden Schicht beschichtet. Die beiden Schichten stehen miteinander elektrisch nicht in Verbindung und bilden dadurch eine Kondensatoranordnung. Die Schichten können beispielsweise aufgemalt, aufgedruckt, aufgesprayt oder mit einem Vakuumverfahren aufgebracht werden. Vorzugsweise werden sie mit einem Va- kuumverfahren, wie mit Bedampfen oder Sputtern aufgebracht. Besonders geeignet als Schichtmaterial ist Gold, welches beispielsweise mit 1//m Schichtdicke aufgedampft wird und hernach mittels Sputter ätzen auf einige Nanometer, beispielsweise 5 nm abgedünnt wird. Die Schicht kann dadurch in der Dicke definiert und dünn genug, spannungsfrei eingestellt werden. Die elektrischen Anschlüsse der leitenden Schichten erfolgen vorzugsweise mit vakuumdichten, elektrisch leitenden Durchführungen, vorzugsweise durch den Gehäusekörper 1 , wo sie dann mit der Auswertelektrpnik verbunden werden können.

Um ein langzeitstabiles Referenzvakuum im Raum 7 aufrecht erhalten zu können, wird ein Getter 10 vorgesehen. Dieser Getter ist vorzugsweise ein nicht verdampf- barer Getter, um den Referenzvakuumraum 7 von verdampfenden Partikeln frei zu halten. Am ersten Gehäusekörper 1 ist beispielsweise ein Getterraum 11 zur Aufnahme des Getters 10 vorgesehen, welcher über eine Verbindungsleitung 12 bzw. Abpumpleitung mit dem Referenzvakuumraum 7 in Verbindung steht. Der Getterraum 11 kann auch auf dem Gehäusekörper 1 aufgesetzt werden, wird aber mit Vorteil ins Gehäuse 1 eingelassen. Beim Abpumpen des Referenzvakuumraumes

7 über die Abpumpleitung 12 ist der Getterraum 11 , mit einer Abpumpvorrichtung verbunden. Der Getter 10 wird während dem Abpumpen aufgeheizt, so dass der Getter aktiviert wird und gleichzeitig entgast wird. Nach aktivieren des Getters 10 wird während dem Abpumpen der Getterraum 11 dichtend am Gehäuse geschlos- sen.

ähnlich aufgebaut wird auch eine optisch auslesbare Membranmesszelle 8. In diesem Fall werden keine Kondensatorbeläge benötigt. An dem ersten Gehäusekörper 1 im zentralen Bereich wird ein optisch transparentes Fenster angeordnet über welches, vorzugsweise mit einer Lichtleitfaser Licht, vorzugsweise Laserlicht, eingekoppelt wird und auf die Membranoberfläche geführt wird. Diese ist mit einem reflektierenden Belag beschichtet, um das Licht zurück zu reflektieren. Am Gehäusefenster kann zusätzlich ein teilreflektierender Spiegel angeordnet sein. Diese Anordnung ermöglicht eine interferometrische Auswertung der Membranauslenkung mit Hilfe eines Fabry Perot Interferometers. Das optische Fenster besteht vorzugsweise aus Saphir und ist in den ersten Gehäusekörper 1 eingelassen und dort mit Dichtmitteln 3, gemäss dem erfinderischen Verfahren, vakuumdicht verbunden. Der erste Gehäusekörper 1 kann aber auch vollständig aus Saphir hergestellt sein. Die Membranmesszellen, insbesondere die beiden Gehäusekörper und die Membran, werden aus einem Metalloxid bzw. einer Keramik aus- gebildet, um hohe Korrosionsfestigkeit zu erzielen. Bevorzugt wird hierbei ein Aluminiumoxid (AI ₂ O ₃ ) verwendet. Die alpha - Modifikation des Aluminiumoxides wird bevorzugt. Ganz speziell bevorzugt wird die Aluminiumoxid - Modifikation Saphir. Es können verschiedenen Modifikationen kombiniert verwendet werden. Beispielsweise kann ein übliches Aluminiumoxid für den ersten Gehäusekörper 1 kombiniert werden mit einem Saphir Fenster. Oder es kann auch die Membran 2 aus Saphir besten und die Gehäusekörper können aus einfacheren Modifikationen des Aluminiumoxides. Die Ausbildung der Membran 2 aus Saphir weist besondere Vorteile auf in Bezug auf thermisches Verhalten und es wird eine grossere Elastizität erreicht. Dadurch können grossere Auslenkungen zugelassen werden, wo- durch der Messbereich erweitert wird. Mit Vorteil werden auch die Anschlussmittel 5 selbst aus derartigen Aluminiumoxid - Materialien gefertigt.

Die Verbindungsmittel 3, 6, wie diejenige der Gehäusekörper 1 , 4 mit der Membran 2, der Anschlussmittel 5 mit dem zweiten Gehäusekörper 4 und die Getter- kammer 11 mit dem ersten Gehäusekörper 1 , werden üblicherweise, beispielsweise mit einem Glaslot erstellt oder auch einem Aktivlot wie z.B. TiCuAg wenn bei- spielsweise keramische Materialien mit metallischen Materialien verbunden werden sollen.

Es hat sich herausgestellt, dass die Verbindungsstellen mit den Verbindungsmitteln 3, 6 welche der zu messenden Prozessumgebung ausgesetzt sind, die Korro- sionsbeständigkeit sowie die Vakuumdichtheit und damit die Lebensdauer der Messzelle 8 und deren Qualität bestimmen und beschränken, obwohl beispielsweise ein Glaslot an sich diesbezüglich gute Eigenschaften aufweist.

Durch Vorgehen gemäss dem hier vorgestellten Verbindungsverfahren für Kera- mikteile kann die Verbindungsstelle 3 in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit zusätzlich wesentlich verbessert werden. Ausserdem ist die Verbindung dadurch auch mechanisch stabiler. Die zu verbindenden beiden Keramikteile, also beispielsweise die Membran 2, die Gehäuseplatte 1 oder Gehäuseplatte 2, bestehen aus einem Aluminiumoxidkeramik. Hierbei sind grundsätzlich alle Kristallformen bzw. Modifikationen einer Aluminiumoxidkeramik verwendbar. Geeignet sind beispielsweise die Formen der alpha-, gamma- und Saphir-modifikation sowie auch diese Formen in ihrer kombinierten Anwendung. In dem zu verbindenden Bereich wird die Oberflächenrauigkeit auf weniger als 500 nm eingestellt, beispielsweise durch zusätzliches Schleifen oder Polieren. Die zu verbindenden Flächen der Ke- ramikteile werden vorteilhafterweise im Wesentlichen plan ausgebildet und müssen zumindest zu einander fluchten. Die Reinheit der zu verwendenden Keramiken weisen einen Wert von besser 99 % auf, wobei vorzugsweise die Reinheit besser 99,5 % ist. Bei Verwendung der Modifikation Saphir als Keramikteil, beispielsweise für die Membran 2, sollte die Oberflächenrauigkeit mit Vorteil besser als 20 nm betragen. Vor dem Fügevorgang werden die zu fügenden Keramikteile mit Vorteil zu mindestem im Bereich der zu fügenden Oberfläche von Fremdmaterialien gereinigt. Geeignet sind hierzu Reinigungsverfahren wie Plasma-ätzen,

Ionen-ätzen oder chemisches ätzen der Oberflächen. Chemisches Reinigen bzw. ätzen, wie dies üblich ist in der Halbleiterindustrie, ist besonders geeignet, da diese Verfahren seit langem industriell durchgeführt werden und kostengünstig zu handhaben sind. Für einen ersten chemischen Reinigungsschritt sind wässrige Lösungen geeignet, die Salpetersäure (HNO ₃ ) enthalten mit einer Konzentration im Bereich von 10 bis 70 %. Die Teile werden beispielsweise für 5 bis 60 Minuten in einer derartigen Lösung behandelt und danach mit Wasser gespült. Es kann wenn nötig eine zweite Behandlung mit der gleichen Lösung erfolgen bei erhöhter Temperatur bis zu 100 ° C, wiederum etwa im gleichen Zeitrahmen und danach werden die Teile wiederum gewässert. Für ein sehr gutes Reinigungsergebnis kann zusätzlich ein weiterer Reinigungsschritt durchgeführt werden, indem die Teile in einer wässrigen Lösung von Flusssäure (HF) behandelt werden mit einer Konzentration im Bereich von 5 bis 50 %. Die Reinigung erfolgt hierbei während etwa einer halben Minute bis zu fünf Minuten. Danach wird wiederum mit Wasser gespült und die Teile werden getrocknet. Das Trocknen kann an Atmosphäre erfolgen, beispielsweise mit heisser sauberer Luft oder wenn besonders reine Verhältnisse gewünscht werden auch unter Schutzgas oder sogar unter Vakuum.

Anschliessend wird im Bereich der zu fügenden Flächen der beiden Keramikteile metallisches Aluminium angeordnet. Das Aluminium kann beispielsweise durch ein Vakuumverfahren auf die Oberfläche eines oder beider Teile abgeschieden werden. Ein dazu geeignetes Vakuumverfahren ist das Zerstäubungsverfahren oder auch Sputter-Verfahren genannt. Die Schichtdicke des abgeschiedenen Aluminiums soll hierbei im Bereich von 0,2 bis 15 μm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 6 μm liegen. Es kann aber auch auf einfache Art und Weise eine Aluminiumfolie zwischen die zu fügenden Teile gelegt werden. In diesem Fall soll die Aluminiumfolie eine Dicke im Bereich von 10 bis 50 μm aufweisen oder vorzugsweise im Bereich von 10 bis 30 μm. Die Reinheit des zu verwendenden Aluminiums sollte in beiden Fällen besser als 99 % sein, vorzugsweise besser als 99,5 %.

Die derart vorbereiteten zu fügenden Teile werden nun in eine Behandlungskammer gebracht, in welcher ein Prozessgas enthalten ist welches die zu fügenden Teile umschliesst. Das Prozessgas besteht aus einem inerten Trägergas, welches ein Reduktionsgas enthält. Als Inert-Gas können Gase wie Argon, Stickstoff, HeIi- um etc. oder deren Mischungen verwendet werden. Als Reduktionsgas wird mit Vorteil Wasserstoff verwendet mit einem Anteil im Bereich von 1 bis 20 %, bzw. vorteilhafterweise im Bereich von 1 bis 10 %. Der Fügevorgang erfolgt nun dadurch, dass die Teile auf eine Temperatur von 600 bis 680° C aufgeheizt werden und die Keramikteile hierbei unter Druck zusammengepresst werden. Der hierzu notwendige Anpresskraft liegt hierbei im Bereich von 1 N/mm ² bis 40N/mm ² , vorzugsweise im Bereich von 3N/mm ² bis 20N/mm ² . Die Prozessdauer dieses Fügeschrittes liegt im Bereich von 30 bis 90 Minuten. Nach diesem Fügeschritt wird das gefügte Gesamtteil mit Vorteil nochmals gereinigt, entsprechend dem Vorgehen wie zuvor beschrieben, durch Plasma-ätzen, Ionen-ätzen oder insbesondere durch chemisches Reinigen.

Um die für die vorerwähnten Membranvakuummesszellen geforderten sehr hohen Korrosionsbeständigkeiten zu erreichen, auch im Bereich der erzeugten Verbindung, ist es vorteilhaft einen weiteren Verfahrensschritt durchzuführen, bei wel- ehern der Verbindungsbereich zusätzlich nachoxidiert wird, derart dass allenfalls übrig bleibendes nicht voll durchoxidiertes Aluminium im Verbindungsbereich und insbesondere in dessen Oberflächenbereich, welcher dem aggressiven zu messenden Prozessgas ausgesetzt sein wird, nachoxidiert wird. Dazu werden die gefügten Teile bzw. die zusammengefügte Messzelle als ganzes wiederum in eine Prozesskammer geführt, die ein oxidierendes Gas enthält. Dies kann eine Mischung aus inerten Gasen sein, wie bereits zuvor erwähnt, mit einem Anteil Sauerstoff. Das Prozessgas kann hierbei auch bis zu 100 % aus reinem Sauerstoff bestehen. Um die hohe Qualität des zu bildenden Aluminiumoxides zu erreichen, wird mit Vorteil eine Sauerstoffreinheit von besser 99.0 % eingesetzt. Dieser Oxi- dationsvorgang wird bei erhöhter Temperatur als Temperung unter Sauerstoffein- fluss durchgeführt innerhalb eines Temperaturbereiches von 450 bis 575°C. Die

Behandlungsdauer liegt im Bereich von 2.0 bis 12 Stunden, vorzugsweise im Bereich von 6.0 bis 10 Stunden.

In gewissen Fällen kann es zusätzlich hilfreich sein, wenn vor dem Fügevorgang auf mindestens eine der zu verbindenden Oberflächen der Keramikteile 1 , 2, 4 eine haftvermittelnde metallische Schicht abgeschieden wird. Geeignet ist hierbei insbesondere eines der Metalle Chrom oder Titan, wobei Titan in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit besonders geeignet ist. Derartige Schichten werden ebenfalls mit geeigneten und bekannten Vakuumverfahren abgeschieden mit Schicht- dicken im Bereich von 10 bis 100 nm.

Die Arbeitspunkte innerhalb der vorerwähnten Arbeitsbereiche können für das Fügeverfahren derart gewählt und eingestellt werden, dass ohne weiteres eine Verbindungsfestigkeit mit Scherfestigkeiten im Bereich von 5 bis 35 N / mm ² einge- stellt werden kann, oder gar im Bereich von 14 bis 42 N / mm ² . Die Verbindung ist somit derart fest, dass bei einem Bruch der Verbindung die Bruchlinie nicht alleine durch die Verbindungsinterphase erfolgt, sondern Grossteils innerhalb der verbundenen Teile erstreckt. Das vorerwähnte Fügeverfahren ist nicht nur zur Verbindung von Gehäuseteilen 1 , 4 mit einer Keramikmembran 2 geeignet, sondern auch für andere zu verbindenden Teile an einer Membranmesszelle 8, wie beispielsweise für einen An- schlusstutzen 5 oder für ein Gettergehäuse.

Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe einer zusätzlichen Schicht 13, die als Dich- tungsmittel und als Schutzschicht wirkt und mindestens diese Verbindungsbereiche abdeckt, wie dies schematisch und beispielsweise in der Figur 2 dargestellt ist, die Vakuumdichtheit der Messzelle 8 zusätzlich verbessert werden kann. Auch kann damit gezielt eine weitere Verbesserung der chemischen Beständigkeit gegenüber aggressiven Prozessgasen verbessert werden womit die Lebensdauer der Messzelle weiter vergrössert wird. Zusätzlich ist es damit auch möglich andere weniger korrosionsfeste Materialien schützend abzudecken und dadurch trotzdem zu verwenden, wie beispielsweise im Anschlussbereich der Zelle. Dies er-

möglicht einen grosseren konstruktiven Freiheitsgrad bessere Anpassung an die Anwendungsbedingungen.

Die Abscheidung einer derartigen Schutzschicht 13 für eine zusätzliche Abdich- tung der Verbindungsstellen wird mit Vorteil durch ein ALD - Beschichtungsver- fahren gebildet. Bevorzugte werden die Materialien TiO ₂ , Ta ₂ O ₅ oder auch AI ₂ O ₃ welche beim ALD - Verfahren aus der Gasphase abgeschieden werden. Eine abgeschiedene Schicht aus AI ₂ O ₃ kann hierbei dichter erzeugt werden als die verbundene Keramikstruktur alleine und somit zusätzlich die Vakuumdichtheit erhö- hen. Für die ALD - Schutzschicht wird bevorzugt eine Dicke gewählt von 20 bis 200nm. Diese sollte vor allem den Verbindungsbereich der verbundenen Keramikteile überdecken. Das ALD - Verfahren ermöglicht es in kleinste Hohlräume auch um Labyrinth ähnliche Gebilde herum eine kontrollierte Abscheidung zuverlässig zu bewirken. Die Abscheidung kann deshalb an der fertig zusammenge- bauten Messzelle erfolgen.

Bei weniger hohen Anforderungen, insbesondere bezüglich der Korrosionsfestigkeit kann der Verbindungsbereich auch mit einem Material 14, vorzugsweise einem Glaslot überdeckt werden welches die verbundenen Teile dort überlappt, wie dies in Figur 3 schematisch und beispielsweise gezeigt ist. Diese zusätzlichen Abdeckung 14 ermöglicht eine verbesserte Abdichtung des Verbindungsbereich 3, 6 und dient als zusätzliches Dichtungsmittel 14. Dieses wird vorzugsweise an der äusseren Oberfläche der Messzelle 8 dichtend angebracht und ist vorzugsweise ein Glaslot. Es genügt diese Material 14 nur im Verbindungsbereich zu verwen- den, also die Messzelle 8 nur partiell abzudecken.