Die vorliegende Erfindung betrifft eine vakuumdichte elektrische Durchführung. Weiter betrifft die Erfindung einen Vakuumdrucksensor mit der elektrischen Durchführung.

Es ist bekannt, von einem Plasma emittierte elektromagnetische Strahlung durch ein optisches Fenster aus einem Vakuumbereich herauszuführen und zu messen resp. zu analysieren. Die Quelle solcher Strahlung hat oftmals die Form einer wolkenartig verteilten Anordnung von Punktquellen und strahlt divergierende und relative schwache Strahlung aus. Daher ist die ausserhalb des Vakuumbereichs verfügbare Strahlungsintensität oft schwach.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, die für Messungen und Analyse verfügbare Strahlungsintensität von in einem Vakuumbereich entstehender elektromagnetischer Strahlung zu erhöhen. Insbesondere war eine Aufgabe der Erfindung, für Messungen und Analysen verfügbare

Strahlungsintensität von aus einem Vakuumdrucksensor im optischen Bereich emittierter Strahlung zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine vakuumdichte elektrische Durchführung gemäss Anspruch 1.

Die erfindungsgemässe vakuumdichte elektrische Durchführung umfasst ein elektrisch isolierendes Isolator-Element mit einer Durchgangsöffnung, mit einer an die Durchgangsöffnung angrenzenden ersten Begrenzungsfläche und mit einer ebenfalls an die Durchgangsöffnung angrenzenden, der ersten Begrenzungsfläche gegenüberliegenden zweiten Begrenzungsfläche. Die erfindungsgemässe vakuumdichte elektrische Durchführung umfasst weiter ein elektrisch leitendes Leiter-Element, welches sich durch die Durchgangsöffnung hindurch erstreckt und welches entlang einer Umfangslinie des Leiter-Elements vakuumdicht mit dem Isolator-Element verbunden ist. Das Isolator-Element ist für elektromagnetische Strahlung in einem optischen Wellenlängenbereich durchlässig. Die erste und/oder die zweite Begrenzungsfläche ist als gekrümmte Fläche ausgebildet. Die gekrümmte Fläche kann insbesondere als konvexe oder konkave Fläche ausgebildet sein.

Das elektrisch leitende Leiter-Element erstreckt sich also durch die Durchgangsöffnung im Isolator-Element hindurch.

Es definiert eine Durchführungs-Achse der elektrischen Durchführung. Die erste und die zweite Begrenzungsfläche umgeben das Leiter-Element je auf einer Seite des Isolator- Elements und sind in Richtung der Durchführungs-Achse voneinander beabstandet. Im Einsatz in einem Vakuumsystem, ist eine der Begrenzungsflächen, beispielsweise die erste Begrenzungsfläche, vakuumseitig und die andere der Begrenzungsflächen, beispielsweise die zweite Begrenzungsfläche, auf der dem Vakuum abgewandten Seite der elektrischen Durchführung angeordnet. Das Isolator-Element kann zusätzlich zur genannten ersten und zweiten Begrenzungsfläche weitere Begrenzungsflächen aufweisen, beispielsweise eine in radialer Richtung zur Durchführungs- Achse auf die Durchführungs-Achse hin ausgerichtete Begrenzungsfläche der Durchführungsöffnung. Weiter kann die elektrische Durchführung an einem radialen nach aussen weisenden Rand eine Begrenzungsfläche aufweisen, welche die genannte erste und zweite Begrenzungsfläche an einem äusseren Umfang der elektrischen Durchführung separiert.

Die Form und Anordnung der ersten und zweiten Begrenzungsfläche sind so ausgestaltet, dass in Richtung der Durchführungs-Achse auf das Isolator-Element auftreffende elektromagnetische Strahlung beim Durchqueren des Isolator-Elements fokussiert wird, d.h. vor dem Durchqueren des Isolator-Elements parallel verlaufende, voneinander beabstandete Strahlen nähern sich nach dem Durchqueren an oder kreuzen sich. Maximal eine der genannten ersten und zweiten Begrenzungsfläche kann eben sein. Insbesondere Kombinationen der ersten und zweiten Begrenzungsflächen, welche eine bikonvexe, bikonkave, plankonvexe oder plankonkave Anordnung bilden, sind möglich .

Die Erfinder haben erkannt, dass es besonders effizient ist, elektromagnetische Strahlung eines optischen Wellenlängenbereichs an derselben Stelle aus dem Vakuumbereich herauszuführen, an dem elektrische Energie durch elektrische Durchführungen hindurch in einen Vakuumbereich zugeführt wird. Die zugeführte elektrische Energie kann beispielsweise die elektrische Energie zur Erzeugung eines Plasmas sein. Eine vom Grundaufbau her bekannte Durchführung mit einem elektrischen Leiter, welcher durch einen Isolator hindurchgeführt ist und wobei der Leiter und der Isolator vakuumdicht verbunden sind, kann aufgrund der erfindungsgemässen Kombination von Merkmalen gleichzeitig als optische Durchführung wirken.

Die Erfinder haben erkannt, dass mit der erfindungsgemässen elektrischen Durchführung eine kompakte Bauweise von Geräten ermöglicht wird, bei denen sowohl eine Zufuhr elektrischer Energie in einen Vakuumbereich hinein und die Messung oder die Analyse von aus dem Vakuumbereich hinaus emittierter Strahlung gleichzeitig ermöglicht wird. Durch die gekrümmte Begrenzungsfläche resp. durch die gekrümmten Begrenzungsflächen kann die Strahlung fokussiert und somit die Strahlungsintensität erhöht werden. Die Erfinder haben weiter erkannt, dass dies besonders effizient ist, wenn elektrische und optische Durchführung ein und dasselbe Bauelement verwirklicht sind und wenn dieses Bauelement gleichzeitig die Funktion einer Linse hat. Man kann die Erfindung also als elektrisch-optische Vakuum-Durchführung sehen.

Die elektromagnetische Strahlung aus einem optischen Wellenlängenbereich kann beispielsweise sichtbares Licht, Infrarotstrahlung oder Ultraviolett-Strahlung sein. Mit der erfindungsgemässen elektrischen Durchführung kann eine Erhöhung der Intensität der Strahlung um einen Faktor 100 oder mehr erhöht werden, im Vergleich zur Strahlungsintensität, welche beispielsweise via ein simples, beidseitig planares Fenster ausserhalb des Vakuumbereichs verfügbar wäre. Das Leiter-Element kann aus Metall sein, insbesondere kann das Leiter-Element aus Molybdän bestehen. Das Isolator- Element kann beispielsweise aus Saphir bestehen. Ausführungsformen der elektrischen Durchführung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.

Eine Ausführungsform der elektrischen Durchführung umfasst weiter einen metallischen Rahmen, der entlang einer Umfangslinie des Isolator-Elements, welche die erste und die zweite Begrenzungsfläche voneinander separiert, vakuumdicht mit dem Isolator-Element verbunden ist.

Der metallische Rahmen ermöglicht, die elektrische Durchführung beispielsweise durch Schweissen mit weiteren Elementen einer Vakuum-Anlage vakuumdicht zu verbinden. Die vakuumdichte Verbindung zwischen Isolator-Element und metallischem Rahmen kann beispielsweise durch einen Schmelzglas-Ring gebildet sein. Der Schmelzglas-Ring kann insbesondere aus einem Lotglas bestehen. Der metallische Rahmen kann in Form eines Rings ausgebildet sein. Der metallische Rahmen kann beispielsweise einen Flansch aufweisen, welcher so ausgestaltet ist, dass er ein Verschweissen des Rahmens mit weiteren Elementen erleichtert. Der metallische Rahmen kann beispielsweise aus einem nichtrostenden austenitischen Stahl bestehen, beispielsweise aus Stahl 1.4435, welcher sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. In einer Ausführungsform der elektrischen Durchführung erstreckt sich das Leiter-Element entlang einer Achse und die erste Begrenzungsfläche weist einen ersten Bereich auf und die zweite Begrenzungsfläche weist einen zweiten Bereich auf, wobei der erste und der zweite Bereich die

Form einer ersten und einer zweiten Rotationsfläche mit der Achse als gemeinsamer Rotationsachse haben.

Die erste und/oder die zweite Rotationsfläche können eine sphärische oder eine asphärische Rotationsfläche sein. Ein Spezialfall einer Rotationsfläche ist eine Ebene, welche senkrecht zur Achse liegt. Beispielsweise die erste Begrenzungsfläche kann sich entlang einer Ebene senkrecht zur Achse erstrecken. In diesem Fall muss die zweite Begrenzungsfläche zwingend gekrümmt sein.

In einer Ausführungsform der elektrischen Durchführung ist das Leiter-Element stabförmig ausgebildet und das Leiter- Element hat ein erstes Stabende, welches weiter über die erste Begrenzungsfläche hinausragt als ein zweites Stabende über die zweite Begrenzungsfläche hinausragt.

Diese Ausführungsform kann beispielsweise dann verwendet werden, wenn elektromagnetische Strahlung in einem Bereich ausserhalb des ersten Stabendes fokussiert werden soll. Ein Anschluss des Leiter-Elements im Bereich des ersten Stabendes an eine Stromzufuhr kann beispielsweise über eine Lasche erfolgen, welche quer zum Stab an den Bereich nahe am ersten Stabende herangeführt wird. Eine derart angeordnete Lasche verdeckt nur wenig der nutzbaren Querschnittsfläche, durch welche Strahlung zum Fokuspunkt gelangen kann.

In einer Ausführungsform der elektrischen Durchführung bildet das Isolator-Element eine Abbildungslinse, welche zumindest einen ersten Objektpunkt im Bereich zwischen der ersten Begrenzungsfläche und dem ersten Stabende auf einen ersten Bildpunkt abbildet, welcher weiter von der ersten Begrenzungsfläche entfernt ist, als das zweite Stabende. Eine Abbildungslinse ist durch ihre Brennweite F charakterisiert. Ein Objektpunkt mit Distanz G von der Linse wird in einen Bildpunkt mit Distanz B von der Linse abgebildet, wobei der Zusammenhang 1/G + 1/B = 1/F gilt.

Durch einen mehrteiligen Aufbau aus verschiedenen Materialien kann ein auf sphärische und/oder chromatische Aberration korrigiertes Linsensystem erreicht werden. In einem solchen System reicht es aus, dass eine Linse des Linsensystems die Rolle des Isolator-Element hat, welches vakuumdicht mit dem Leiter-Element verbunden ist.

In einer Ausführungsform der elektrischen Durchführung ist das Isolator-Element eine plankonvexe Linse mit zentraler Durchgangsöffnung . In einer Ausführungsform der elektrischen Durchführung besteht das Isolator-Element aus Saphir. Saphir hat einen hohen Transmissionsgrad im Wellenlängenbereich 200 nm bis 5000 nm und damit besonders geeignet, um elektromagnetische Strahlung aus dem optischen Bereich mit geringem Verlust aus einem Vakuumbereich hinauszuführen. Insbesondere ist die Transmission im

Ultraviolett-Bereich oberhalb von 200 nm hoch. Ausserdem ist Saphir mechanisch sehr robust.

In einer Ausführungsform der elektrischen Durchführung bildet ein Schmelzglas-Ring eine vakuumdichte Verbindung zwischen Leiter-Element und Isolator-Element.

Zur Herstellung der vakuumdichten Verbindung wird der Schmelzglas-Ring geschmolzen und das Leiter-Element eingeglast. Der Schmelzglas-Ring kann insbesondere aus einem Lotglas bestehen.

Die Merkmale der Ausführungsformen der elektrischen Durchführung sind im Rahmen der Erfindung beliebig kombinierbar, soweit sie sich nicht gegenseitig ausschliessen .

Die Erfindung bezieht sich weiter auf einen Vakuumdrucksensor gemäss Anspruch 9. Der erfindungsgemässe Vakuumdrucksensor hat eine erfindungsgemässe elektrische Durchführung. Sämtliche oben erwähnten Ausführungsformen der elektrischen Durchführung kommen für die Verwendung im erfindungsgemässen Vakuumdrucksensor in Frage. Ausführungsformen des Vakuumdrucksensors ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 10 bis 14.

In einer Ausführungsform des Vakuumdrucksensors ist der Vakuumdrucksensor als Kaltkathoden-Vakuummeter ausgebildet und das Leiter-Element bildet die Anode des Kaltkathoden-

Vakuummeters .

In einer Ausführungsform des Vakuumdrucksensors ist die erste Begrenzungsfläche einem Plasmabereich des

Vakuumdrucksensors zugewandt und ein optischer Sensor auf der Seite der zweiten Begrenzungsfläche ist so angeordnet, dass sich elektromagnetische Strahlung des genannten optischen Wellenlängenbereichs aus dem Plasmabereich durch das Isolator-Element hindurch zum optischen Sensor ausbreiten kann.

In einer Ausführungsform des Vakuumdrucksensors mit einer elektrischen Durchführung gemäss einer Ausführungsform, bei welcher das Isolator-Element eine Abbildungslinse bildet, welche zumindest einen ersten Objektpunkt im Bereich zwischen der ersten Begrenzungsfläche und dem ersten Stabende auf einen ersten Bildpunkt abbildet, welcher weiter von der ersten Begrenzungsfläche entfernt ist, als das zweite Stabende, liegt der erste Objektpunkt im

Plasmabereich des Vakuumdrucksensor und ist der optische Sensor am ersten Bildpunkt angeordnet. In einer Ausführungsform des Vakuumdrucksensors ist der Plasmabereich durch eine Magnetanordnung auf einen vom Isolator-Element entferntes Ende der Anode eingeschränkt.

Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Polschuhe aus ferromagnetischem Material ringförmig um die Anoden herum angeordnet ist, wobei die Polschuhe in einem Bereich, welche dem Isolator-Element der elektrischen Durchführung nahe liegt, näher an die Anode herankommt, als in einem zweiten Bereich, welcher weiter vom Isolator- Element beabstandet ist. Eine solche Anordnung bewirkt, dass sich die Hauptstrahlungsquelle im zweiten Bereich ausbildet .

In einer Ausführungsform des Vakuumdrucksensors weist das Leiter-Element in einem Bereich nahe des Isolator-Elements eine elektrisch isolierende Beschichtung auf.

Eine solche elektrisch isolierenden Beschichtung unterdrückt die Ausbildung eines Plasmas nahe am Isolator- Element und das Plasma wird im Sollbereich, nämlich dort wo die Anode keine isolierende Beschichtung aufweist, gezündet. Eine elektrisch isolierende Beschichtung kann beispielsweise aus einer dünnen Aluminiumoxid-Schicht (A1203-Schicht) bestehen. Die Beschichtung kann beispielweise in einem Atomic-Layer-Deposition-Verfahren (ALD-Verfahren) auf die Anode aufgebracht werden. Die

Anwendung eines ALD-Verfahrens führt zu einer sehr gleichmässigen Schichtdicke ohne Fehlstehlen, sodass bereits mit einer sehr dünnen Isolationsschicht die gewünschte Unterdrückung des Plasmazündung erreicht werden kann.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren nach Anspruch 15.

Es handelt sich dabei um ein Verfahren zur Messung einer Strahlungsintensität elektromagnetischer Strahlung in einem optischen Wellenlängenbereich, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer Vakuumanlage mit einer erfindungsgemässen elektrischen Durchführung; b) Zuführen von elektrischer Energie durch das Leiter- Element in einen Vakuumbereich der Vakuumanlage zur Zündung und Aufrechterhaltung eines Plasmas im Vakuumbereich; c) Messen der Strahlungsintensität von aus dem Plasma emittierten elektromagnetischer Strahlung mittels eines optischen Sensors; wobei die elektromagnetische Strahlung ausgehend vom Plasma durch das Isolator-Element hindurch auf den optischen Sensor strahlt.

Die Messung kann insbesondere auf eine einzelne Wellenlänge angewendet werden, z.B. auf eine spezifische Emissionslinie eines Restgases im Vakuum. Beispielsweise kann die charakteristische Sauerstoff-Emissionslinie bei ca. 777 nm beobachtet werden. Eine Änderung der Linienintensität kann als Indikator für ein Leck dienen. Eine Leckdetektion ist innerhalb von 60 Sekunden möglich - anders als bei Verfahren, bei denen die die Kammer beispielsweise auf 600°C aufgeheizt wird und ein anschliessendes Abkühlen abgewartet werden muss.

Alternativ könne auch Intensitäten anderer Linien, wie bspw. von Stickstoff, das als Purge-Gas dient, beobachtet werden. Wasserstoff-Lecks oder Stickstoff-Lecks können durch Messung der Intensität bei einer entsprechenden Wasserstoff- oder Stickstoff-Emissionslinie schnell detektiert werden.

Die Anwendung des Verfahrens im Zusammenhang mit Vakuumdrucksensoren ermöglicht die Korrektur der Gasabhängigkeit einer Strom-Druck-Kennlinie. Eine Linearisierung des Drucksignals abhängig vom detektierten Gas wird möglich. Komponenten der Gaszusammensetzung können anhand der gemessenen Strahlungsintensitäten bei definierten Wellenlängen ermittelt werden.

Eine Anwendung der erfindungsgemässen elektrischen Durchführung kommt insbesondere für Plasmaquellen in Frage. Beispiele für Plasmaquellen sind Elektron-Zyklotron- Resonanz Ionenquellen (electron cyclotron resonance, ECR, ion sources), Penning-Entladungen, Induktive gekoppelte Plasmen (inductively coupled plasma, ICP) oder Glühentladungs-Quellen (glow discharge source) etc. In Vakuumdrucksensoren mit Penning-, Magnetron- und invertierte Magnetron-Anordnung entstehen Plasmen welche

Strahlung emittieren. Diese Anordnungen können sehr kompakt gebaut werden und können auch bei niedrigen Drücken bis hinunter zu 10 ^_s mbar ausreichend Ionenausbeute sicherstellen. Die drei letztgenannten Plasmaquellen werden unter dem Sammelbegriff ExB-Quellen zusammengefasst. Diese Anordnungen profitieren besonders von der erfindungsgemässen elektrischen Durchführung. Eine oder mehrere erfindungsgemässe elektrische

Durchführungen können an ein und derselben Vakuum-Anlage oder an einem Vakuum-Gerät, beispielsweise an einem Vakuum- Drucksensor, angebracht sein. Es besteht die Möglichkeit, elektromagnetische Strahlung aus einem Plasmabereich heraus auf verschiedenen Wegen und über zwei oder mehrere unterschiedliche Isolator-Elemente verschiedener elektrischer Durchführungen aus dem Vakuumbereich hinauszuführen oder, alternativ oder in Kombination, auch die Möglichkeit, zwei oder mehrere Plasmabereiche via elektrische Durchführung mit Linsenwirkung im optischen

Bereich zu beobachten. Die Begrenzungsflächen des Isolator- Elements können beispielsweise so geformt sein, dass elektromagnetische Strahlung in mehr als einem Fokusbereich gebündelt werden. In all diesen Fällen können zwei (oder mehr) optische Detektoren so auf der Vakuum abgewandten

Seite des jeweiligen Isolator-Elements oder der jeweiligen Isolator-Elemente angebracht sein, dass elektromagnetische Strahlung im relevanten optischen Wellenlängenbereich auf je einen der optischen Detektoren fällt und dort die Intensität der Strahlung erhöht ist. Es kann beispielsweise ein Detektor zur Messung der Intensität einer ersten Wellenlänge oder eines ersten Wellenlängenbereichs ausgelegt sein und ein zweiter Detektor zur Messung einer zweiten Wellenlänge oder eines zweiten Wellenlängenbereichs ausgelegt sein. Dabei profitiert jeder der Detektoren von der Wirkung der Erfindung, nämlich der erhöhten Intensität der elektromagnetischen Strahlung. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren noch näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch und vereinfacht, einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe vakuumdichte elektrische Durchführung;

Fig. 2 in den Teilfiguren Fig. 2.a) bis 2.d) Querschnitte durch Ausführungsformen der elektrischen Durchführung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Vakuumdrucksensors;

Fig. 4 in Teilfigur 4.a) einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Vakuumdrucksensors zusammen mit einem Bündel von Strahlen von elektromagnetischer Strahlung und deren Auftreffen auf eine Bildebene; in Fig. 4.b) in einer Aufsicht auf die Bildebene die

Verteilung auf die Bildebene auftreffenden Strahlung.

In Figur 1 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemässe vakuumdichte elektrische Durchführung 10 dargestellt. Ein elektrisch leitendes Leiter-Element 1 führt durch eine Durchgangsöffnung 23 eines Isolator-Elements 2 hindurch.

Das dargestellte Leiter-Element hat die Form eines Stabes mit einem ersten Stabende 11 und einem zweiten Stabende 12. Zwischen Leiter-Element 1 und Isolator-Element 2 besteht eine vakuumdichte Verbindung, welch im Querschnitt durch gefüllte Kreise symbolisiert ist. Die vakuumdichte Verbindung erstreckt sich entlang einer Umfangslinie um das Leiter-Element herum und wird in der Ebene dieser Querschnittsdarstellung an zwei Stellen geschnitten. Auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Isolator-Elements grenzen eine erste Begrenzungsfläche 21 des Isolator- Elements und eine zweite Begrenzungsfläche 22 des Isolator- Elements an die Durchgangsöffnung an. Beispielhafte Strahlungspfade elektromagnetischer Strahlung 25', 25'' sind mit Pfeilen mit gestrichelter Linie dargestellt. Die beispielhaften Strahlungspfade 25', 25'' verlaufen durch das Isolator-Element, welches in einem optischen Wellenlängenbereich durchlässig ist, hindurch und ändern ihre Richtung an der ersten 21 und zweiten 22

Begrenzungsfläche. Die beiden dargestellten Strahlungspfade treffen parallel zueinander und parallel zur Richtung der Durchführungs-Achse, d.h. parallel zur Längsausdehnung des Leiter-Elements, auf das Isolator-Element. Nach Durchquerung des Isolator-Elements laufen die beiden Strahlungspfade aufeinander zu, was die

Fokussierungswirkung der erfindungsgemässen elektrischen Durchführung illustriert. Die In der gezeigten Darstellung ist die erste Begrenzungsfläche eine gekrümmte Fläche, wobei ein äusserer Bereich konkav ausgebildet ist und ein zentraler Bereich konvex ausgebildet ist. Die zweite Begrenzungsfläche ist im dargestellten Fall eben. In Figuren 2.a) bis 2.d) sind Varianten möglicher Kombinationen von Krümmungsarten der ersten und zweiten Begrenzungsfläche im Querschnitt dargestellt. Fig. 2.a) zeigt eine plankonvexe Anordnung, Fig. 2.b) zeigt eine bikonvexe Anordnung, Fig. 2.c) zeigt eine konkav-konvexe Anordnung und Fig. 2.d) zeigt eine Anordnung mit einer völlig ebenen ersten Begrenzungsfläche und einer im Bereich um durchgeführte Leiter-Elemente 1, 1' herum ebenen zweiten Begrenzungsfläche, wobei ein zentraler Bereich zwischen den Leiter-Elementen konvex ausgebildet ist. Die Variante 2.d) illustriert eine Ausführungsform mit mehr als einem Leiter- Element. Der Querschnitt verläuft durch das Leiterelement 1 und auch durch ein weiteres Leiterelement 1' mit gleichen Eigenschaften wie das schon besprochene Leiterelement 1. Fig. 2.a) bis 2.c) zeigen Durchführungen, bei denen das Leiter-Element zentral durch das Isolator-Element hindurchgeführt sind. Diese Querschnitte können beispielsweise die Querschnitte einer rotationssymmetrisch aufgebauten elektrischen Durchführung sein. Obwohl nicht mit einem graphischen Element verdeutlicht, sind die gezeigten Durchführungen in Fig. 2 und den folgenden Figuren vakuumdicht ausgeführt.

In Figur 3 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Vakuumdrucksensor gezeigt. Es handelt sich hier um einen Vakuumdrucksensor, der als Kaltkathoden- Vakuummeter ausgebildet ist. Das Leiter-Element 1 bildet die Anode des Kaltkathoden-Vakuummeters. Leiter-Element 1 und Isolator-Element 2 bilden eine erfindungsgemässe elektrische Durchführung, mit der von einer Spannungsquelle 5 elektrische Energie in einen Plasmabereich 26, dessen Lage mit gestrichelter Linie angedeutet ist, innerhalb des Drucksensor zugeführt werden kann. Eine Magnetanordnung 6 sorgt dafür, dass sich bewegte geladene Teilchen (Elektronen, Ionen) im Plasmabereich auf einer gekrümmten Bahn bewegen. Elektromagnetische Strahlung (hv), welche charakteristisch ist für den Zustand des Plasmas gelangt unter anderem durch das zumindest in einem optischen Wellenlängenbereich durchlässige Isolator-Element 2 hindurch zu einem optischen Sensor 7. Aufgrund der gekrümmten Begrenzungsflächen des Isolator-Elements wir die Strahlung gebündelt und trifft mit erhöhter Intensität beim optischen Sensor 7 ein. Der optische Sensor 7 kann ein einfacher Strahlungssensor, z.B. ein Lichtsensor sein, es kann sich aber auch um einen komplexeren optischen Sensor handeln, z.B. ein Spektrometer. Die Aussenwand des Vakuumdrucksensors bildet in der gezeigten Anordnung die Kathode des Kaltkathoden-Vakuummeters. Sie ist ebenfalls mit der Spannungsquelle 5 elektrisch verbunden. Die zum Vakuum-System hinführende Seite des Vakuumdrucksensors ist mit "Vakuum System" beschriftet, ohne dass Details zum Vakuum-System eingezeichnet sind. Natürlich ist diese Seite des Vakuumdrucksensors vakuumdicht ans Vakuumsystem angeschlossen. Die elektrische Durchführung umfasst in der gezeigten Ausführungsform einen metallischen Rahmen 4. Mittels je einem Schmelzglas-Ring 3 ist das Leiter-Element 1 mit dem Isolator-Element 2 vakuumdicht verbunden und ist das Isolator-Element 2 mit dem metallischen Ring 4 vakuumdicht verbunden. Der metallische Ring 4 ist an die in der gezeigten Ausführungsform zylinderförmige Kathode, welche ebenfalls aus einem Metall besteht, angeschweisst.

Beispielsweise kann das Isolator-Element der elektrischen Durchführung wie hier gezeigt als plankonvexe Linse ausgeführt sein, wobei die erste Begrenzungsfläche abschnittsweise eine kugelförmige Krümmung mit einem Krümmungsradius R aufweist. Eine Anordnung mit einem Spektrometer, welches beispielsweise in einem Abstand d =

10 mm von der planen zweiten Begrenzungsfläche auf der Vakuum-abgewandten Seite angeordnet ist, wird beispielsweise mit einem Krümmungsradius R = 8.5 mm der ersten Begrenzungsfläche kombiniert werden, um eine hohe Strahlungsintensität am optischen Sensor 7 zu erhalten, wenn der Brechungsindex des Isolator-Elements dem Brechungsindex von Saphir entspricht, insbesondere wenn das Isolator-Element aus Saphir besteht. Ein einseitig ebenes Isolator-Element hat den Vorteil, dass die Orientierung des Isolator-Elements beim Herstellungsprozess der elektrischen Durchführung sehr genau kontrolliert werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die Position eines Brennpunktes mit einfachen Mitteln genau kontrolliert werden kann, was zu einer hohen Reproduzierbarkeit der Lage des Brennpunktes führt.

Zwei Strahlengänge von elektromagnetischer Strahlung 25', 25'', welche vom Plasmabereich 26 ausgehen und durch das für die Strahlung durchlässige Isolator-Element 2 auf den optischen Sensor 7 hin fokussiert werden, sind dargestellt. Die Wellenlänge elektromagnetische Strahlung hvliegt im optischen Wellenlängenbereich.Polschuhe 27 führen das Magnetfeld der Magnetanordnung 6 derart, dass der Plasmabereich 26 auf einen Bereich der Anode eingeschränkt wird, welcher vom Isolator-Element 2 entfernt ist. Die Anode wird durch das Leiterelement 1 gebildet. Die Kathode 28 des Vakuum-Drucksensors ist im dargestellten Abschnitt zylinderförmig um die zentrale Anode herum angeordnet. Der gestrichelt dargestellte Bereich der Kathode kann in beliebiger Geometrie, aber vakuumdicht, einen Übergang an das Vakuum System bilden. Die Richtung zum Vakuum System ist mit einem Pfeil angedeutet. Es kann sich beim Vakuum System um eine Vakuum-Anlage, beispielsweise um eine Vakuum-Anlage zum Aufbringen dünner Schichten auf Substrate und/oder zur Prozessierung von Halbleiter-Wafern, handeln. Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Vakuumdrucksensor mit einem Bündel von Strahlen von elektromagnetischer Strahlung und deren Auftreffen auf eine Bildebene 29 wie sie aus einer Simulation der Strahlengänge erkennbar werden. Eine Vielzahl unterschiedlicher Strahlen mit Ausgangspunkt in einem Bereich um die Anode und welche auf das Isolator- Element treffen, werden auf der Bildebene fokussiert. Dabei ist die ungefähr kreisförmige Fläche, auf der die Strahlen in der Bildebene auftreffen kleiner, als die Fläche, auf welcher dieselbe Vielzahl von Strahlen auf das Isolator- Element auftrifft. Das bedeutet, dass die Strahlungsintensität in der kreisförmigen Fläche auf der Bildebene höher als die Strahlungsintensität auf derjenigen Begrenzungsfläche des Isolator-Elements, welche der Vakuumseite des Drucksensors zugewandt ist. Ein optischer Sensor, wie er in einer Ausführungsform des Drucksensors vorhanden ist, kann mit seiner empfindlichen Fläche dort angeordnet werden, wo die kreisförmige Fläche auf der Bildebene erkennbar ist. Wie anhand der Millimeterskala an den x- und y-Achsen (x [mm], y [mm]) in der Bildebene ablesbar, können die Strahlen auf einen kreisförmigen Bereich von ca. 0.5 mm Durchmesser fokussiert werden. Für die dargestellte Simulation wurden die Geometrieparameter verwendet wie in Fig. 3 beschrieben, d.h. insbesondere

R = 8.5 mm und d = 10 mm, zusammen mit dem Brechungsindex von Saphir für das Isolator-Element 2.

Bezugszeichenliste

1 Leiter-Element

1' weiteres Leiter-Element

2 Isolator-Element

3 Schmelzglas-Ring

4 metallischer Rahmen (Schweissring)

5 Spannungsquelle

6 Magnetanordnung

7 optischer Sensor

10 elektrische Durchführung

11 erstes Stabende

12 zweites Stabende

21 erste Begrenzungsfläche

22 zweite Begrenzungsfläche

23 Durchgangsöffnung

24 vakuumdichte Verbindung

25', 25'', hv elektromagnetische Strahlung

26 Plasmabereich

27 Polschuhe

28 Kathode

29 Bildebene

30 Vakuumdrucksensor

N, S Nordpol, Südpol der Magnetanordnung U elektrische Spannung

Vakuum System Seite, an der im Betrieb Vakuum angelegt ist