Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine lonenquelle. Weiterhin betrifft die Erfindung eine lonenerzeugungseinrichtung mit einer lonenquelle, sowie ein Verfahren zum Handhaben einer lonenquelle, insbesondere zum Erzeugen von Ionen in einer lonenquelle.

Eine lonenquelle, auch lonenkanone oder je nach Ausgestaltung auch Plasmatron genannt, dient zur Erzeugung von Ionen und je nach Ausgestaltung auch zur Erzeugung von lonenstrahlen. Die Erzeugung der Ionen erfolgt dabei nicht selten in einer lonenerzeugungskammer. In der lonenerzeugungskammer werden zunächst die Ionen und gegebenenfalls eine mehr oder weniger gerichtete Bewegung von Ionen erzeugt. Dies geschieht nicht selten im Vakuum, lonenquellen an sich sind auf verschiedenste Weise aus dem Stand der Technik bekannt und den Fachleuten geläufig, so dass an dieser Stelle darauf nicht näher eingegangen werden muss. lonenquellen sind insbesondere Bestandteile von lonenerzeugungseinrichtungen, oder aber sie sind Bestandteile von Anlagen, in denen Ionen bei der Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt werden, lonenquellen können in unterschiedlichsten Bereichen angewendet werden, beispielsweise in der Kernfusion, in Massenspektrometern, in Implantations- Anlagen, in lonen-Mikrosonden, in Raketenantrieben und dergleichen.

In der DE 102021 129731 A1 der Anmelderin wird eine lonenerzeugungseinrichtung offenbart, die in einer Implantations-Anlage zum Einsatz kommt. Die Implantations-Anlage weist eine lonenerzeugungseinrichtung auf, die als einen Bestandteil wiederum eine lonenquelle aufweist. Mittels der lonenquelle werden die Ionen erzeugt. In einer Vorrichtung zum Erzeugen eines lonenstrahls wird ein lonenstrahl erzeugt. Diese Vorrichtung weist eine Vorrichtung zum Extrahieren der Ionen durch ein elektrostatisches Feld, und/oder eine Vorrichtung zum Separieren der Ionen nach Masse in einem Massenspektrometer und/oder eine Vorrichtung zum Beschleunigen der Ionen auf. Weiterhin verfügt die lonenerzeugungseinrichtung über eine Vorrichtung zum Ablenken des lonenstrahls im elektrischen Feld, mittels derer der lonenstrahl auf ein zu bearbeitendes Werkstück gelenkt wird. Schließlich weist die lonenerzeugungseinrichtung Mittel zum Implantieren der Ionen in dem zu bearbeitenden Werkstück auf. Das Werkstück befindet sich in einer Prozesskammer der Implantations-Anlage, wobei auch der Implantationsvorgang innerhalb der Prozesskammer der Implantations-Anlage stattfindet. Dabei treffen die in der lonenquelle erzeugten und in der lonenerzeugungseinrichtung gerichteten lonenstrahlen auf das zu bearbeitende Werkstück auf. Der Prozesskammer der Implantations-Anlage ist eine Druckmessvorrichtung in Form eines Gasreibungsmanometers zugeordnet. Mit der Druckmessvorrichtung wird während des Implantationsvorgangs der Druck, insbesondere ein Vakuum, in der Prozesskammer der Implantations-Anlage gemessen. Das erzeugte Druckmesssignal wird genutzt, um daraus einen Korrekturfaktor zu ermitteln, welcher auch im Prozess neutralisierte Ionen berücksichtigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Performance einer solchen lonenquelle zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die lonenquelle mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 , welche den ersten Aspekt der Erfindung bildet, durch die lonenerzeugungseinrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10, welche den zweiten Aspekt der Erfindung bildet, und durch das Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 11 , welches den dritten Aspekt der Erfindung bildet.

Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Beschreibung sowie aus den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem der Erfindungsaspekte beschrieben sind, vollumfänglich auch im Zusammenhang mit den jeweils anderen Erfindungsaspekten, und umgekehrt, so dass hinsichtlich der Offenbarung zu einem der Erfindungsaspekte vollinhaltlich stets auch auf die Offenbarung zu den beiden anderen Erfindungsaspekten Bezug genommen wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf bestimmte Anwendungsbereiche für lonenquellen beschränkt. Ebenso ist die Erfindung nicht auf bestimmte Typen von lonenquellen beschränkt.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der lonenquelle nunmehr eine Druckmessvorrichtung unmittelbar zugeordnet ist. Damit wird der Druck der lonenquelle, insbesondere an oder in der lonenquelle, bestimmt, vorzugsweise individuell für die lonenquelle. Auf diese Weise wird die Performance der lonenquelle weiter verbessert. Das kann auf verschiedene Weise geschehen. Beispielsweise kann die lonenquelle anhand des mit der Druckmessvorrichtung ermittelten Drucks gezielt gesteuert und/oder überwacht werden. Insbesondere können mittels der Druckmessvorrichtung auch wichtige Parameter der lonenquelle, insbesondere Regelparameter, ermittelt und/oder geregelt und/oder überwacht werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Druckmessvorrichtung auch dazu eingesetzt werden, um die Sicherheit der lonenquelle zu überwachen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere wenigstens ein Gasreibungsmanometer zur Druck- und Prozessüberwachung im Bereich der lonenquelle genutzt. Dabei ist die Erfindung nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt.

Die Überwachung erfolgt bevorzugt unabhängig von dem Einsatzgebiet und dem Einsatzverfahren, in dem und für das die lonenquelle angewendet wird. Es erfolgt eine Überwachung direkt, das heißt unmittelbar, an der lonenquelle. Damit kann bereits sehr frühzeitig Einfluss genommen werden, falls erforderlich.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird eine lonenquelle bereitgestellt, die die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist.

Die lonenquelle dient zum Erzeugen von Ionen oder lonenstrahlen. Das bedeutet, dass die lonenquelle bereitgestellt ist, dass damit zumindest Ionen, je nach Ausgestaltung auch lonenstrahlen, erzeugt werden oder erzeugt werden können. Eine lonenquelle ist insbesondere eine Einrichtung, mit der Ionen erzeugt werden. Ionen sind elektrisch geladene Atome. Mit der erfindungsgemäßen lonenquelle können sowohl positive als auch negative, sowie einfach und mehrfach geladene Ionen der verschiedensten chemischen Elemente erzeugt werden. In einer einfachen Ausführungsform dient die lonenquelle dazu, Ionen zu erzeugen. In einer anderen Ausführungsform dient die lonenquelle dazu, neben der Erzeugung der Ionen selbst auch lonenstrahlen zu erzeugen. In diesem Fall erzeugt die lonenquelle eine mehr oder weniger gerichtete Bewegung der Ionen.

Die lonenquelle besteht zumindest aus einer lonenerzeugungskammer, in der die Ionen erzeugt werden. Eine Kammer ist insbesondere ein vorzugsweise kleiner Raum, der größtenteils oder vollständig abgeschlossen ist, in dem die Ionen erzeugt werden. In einer Ausführungsform weist die lonenerzeugungskammer eine Kammerwand auf, die einen Kammerinnenraum begrenzt. In der Kammerwand können sich bei Bedarf ein oder mehrere Anschlüsse für weitere Komponenten, Zugänge und Abgänge befinden, wie anhand exemplarischer Beispiele weiter unten näher beschrieben wird. Die lonenerzeugungskammer kann beispielsweise als zylindrische Kammer ausgebildet sein, wobei die Erfindung natürlich nicht auf diese konkrete Ausgestaltung beschränkt ist.

In weiterer Ausgestaltung kann die lonenquelle aber auch weitere Komponenten aufweisen, die sich an oder in der lonenerzeugungskammer befinden und die zur Erzeugung eines, insbesondere gerichteten lonenstrahls, ausgebildet und bereitgestellt sind. Diese Komponenten können je nach Natur der lonenquelle unterschiedlicher Art sein.

Weiterhin weist die lonenquelle erfindungsgemäß eine der lonenerzeugungskammer zugeordnete Druckmessvorrichtung auf, wobei die Druckmessvorrichtung zumindest eine erste Druckmesseinrichtung aufweist. Erfindungsgemäß ist der lonenerzeugungskammer somit eine Druckmessvorrichtung unmittelbar zugeordnet. Das bedeutet, dass die Druckmessvorrichtung derart bereitgestellt ist, dass diese mit der lonenerzeugungskammer zusammenarbeitet, insbesondere um den Druck in der lonenerzeugungskammer bestimmen zu können. Eine Druckmessvorrichtung ist insbesondere eine Vorrichtung, mittels derer ein Druck, insbesondere die Druckverhältnisse ermittelt, beispielsweise gemessen oder bestimmt, werden. Die Druckmessvorrichtung ist in einer Ausführungsform mit der lonenerzeugungskammer verbunden, vorzugsweise derart, dass mit der Druckmessvorrichtung der Druck an oder in der lonenerzeugungskammer gemessen wird oder gemessen werden kann.

Die Druckmessvorrichtung und die erste Druckmesseinrichtung können auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. Einige Ausführungsbeispiele hierzu werden im weiteren Verlauf der Beschreibung erläutert.

In einer Ausführungsform ist die Druckmessvorrichtung in Form einer körperlichen Entität ausgebildet. Unter einer Entität ist dabei eine Einheit zu verstehen. Eine körperliche Entität stellt eine physische Einheit dar. Alle Komponenten stellen somit in Bezug auf die Druckmessvorrichtung interne Komponenten dar. Das bedeutet insbesondere, dass alle Komponenten innerhalb eines Gehäuses angeordnet oder ausgebildet sind. In einer zweiten Ausführungsform ist die Druckmessvorrichtung teilweise in Form einer körperlichen Entität und teilweise in Form einer funktionalen Entität ausgebildet. Eine funktionale Entität zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Komponenten räumlich voneinander getrennt sind und sich die Einheit durch die funktionale Zusammenwirkung der einzelnen Komponenten ergibt. In diesem Fall handelt es sich nur bei einer Untergruppe der Komponenten um interne Komponenten im Sinne der ersten Ausführungsform. Wenigstens eine Komponente der Druckmessvorrichtung ist als eine dazu externe Komponente ausgebildet.

In einer dritten Ausführungsform ist die Druckmessvorrichtung als reine funktionale Entität ausgebildet. Das bedeutet, dass alle Komponenten jeweils als eigenständige räumlich voneinander getrennte Komponenten ausgebildet sind. Jedoch stehen die einzelnen Komponenten zur Realisierung der Druckmessvorrichtung in geeigneter Weise funktional miteinander in Verbindung.

Erfindungsgemäß weist die Druckmessvorrichtung eine erste Druckmesseinrichtung auf, die in besonderer Weise ausgebildet ist.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Typen von ersten Druckmesseinrichtungen beschränkt. Im Verlauf der Beschreibung werden hierzu eine Reihe von Ausführungsbeispielen beschrieben. In einer Ausführungsform ist die erste Druckmesseinrichtung als Druckmesseinrichtung zur hochgenauen und/oder langzeitstabilen Druckmessung ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Druckmesseinrichtung in Form eines Gasreibungsmanometers ausgebildet, welches in der Beschreibung synonym auch als SRG bezeichnet wird, oder sie weist ein Gasreibungsmanometer auf.

Mit einem Gasreibungsmanometer kann der Druck in der lonenerzeugungskammer, bei dem es sich nicht selten um einen Unterdrück, insbesondere um ein Vakuum handelt, sehr genau gemessen werden. Das erzeugte Druckmesssignal kann auch dazu genutzt werden, um daraus einen Korrekturfaktor zu ermitteln.

Das Gasreibungsmanometer (SRG) ist nicht ionisierend, ist im Vergleich zu vielen anderen Messeinrichtungen, wie beispielsweise lonisationsmessröhren oder Piranis, weniger abhängig von Gasarten, ist weniger beschichtungssenitiv und ist vor allem sehr langzeitstabil. Das liegt insbesondere daran, da lediglich die Abnahme der Rotationsfrequenz einer sich berührungslos im Vakuum drehenden Kugel bestimmt wird. Hierbei handelt es sich um ein mathematisches Verfahren, ohne jegliche elektrische und/oder mechanisch belastete Komponente im Messbereich.

Das Gasreibungsmanometer zeichnet sich durch eine hohe Präzision und absolute Genauigkeit und/oder Langzeitstabilität aus. Weiterhin sollte es das Vakuum nicht beeinflussen, gegen die verwendeten Medien resistent und möglich verschmutzungsunempfindlich sein.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Gasreibungsmanometer eine rotierende Kugel auf. Ein solches Gasreibungsmanometer funktioniert grundsätzlich wie folgt: Eine Kugel wird in einem Magnetfeld reibungsfrei gelagert. Ein äußeres Drehfeld dient als Antrieb der Kugel, versetzt die Kugel in Rotation und bringt die Kugel zum Rotieren. Dann wird der Antrieb abgeschaltet. Durch die Moleküle im Restgas wird die Kugel abgebremst. Mit Abtastspulen wird die Abnahme der Rotationsgeschwindigkeit gemessen und die Teilchendichte des Gases bestimmt. Die Abbremsrate kann als Maß der Dichte beziehungsweise des Drucks direkt gemessen werden. Bei diesem Verfahren gehen nur die globalen Eigenschaften der Kugel in die Messung ein und werden mit einem Faktor hinterlegt (Kalibrierfaktor), der Rest der Anordnung ist nicht variabel oder fehlerbehaftet. Die durch das Gasreibungsmanometer bereitgestellten Druckmesswerte werden bevorzugt in Form elektrischer Signale bereitgestellt.

Das Gasreibungsmanometer ist beziehungsweise ermöglicht ein Messverfahren, das sich aktuell durch seine hohe Genauigkeit (1 % vom Messwert) sowie einen weiten (> 6 Dekaden) und bis in den Hochvakuumbereich (HV) reichenden Messbereich auszeichnet (>10 bis 1x10‘ ⁷ hPa), prinzipiell aber in allen Druckbereichen arbeitet. Die Druckmesseinrichtung ist durch eine rotierende Kugel als Sensor sehr einfach aufgebaut, arbeitet berührungslos, ohne Durchführungen ins Vakuum oder mechanisch beanspruchte Komponenten. Alle Informationen und Wechselwirkungen erfolgen über magnetische- und elektromagnetische Kräfte ins Vakuum. Das Gasreibungsmanometer besitzt damit keine elektrisch- oder mechanisch-belasteten Komponenten und erreicht eine entsprechend hohe Langzeitstabilität (Drift < 1 %/Jahr), ist zudem robust und korrosionsbeständig, beispielsweise aus Ganzmetall. Da das Messsignal auf der Veränderung der Rotationsfrequenz eines kugelförmigen Körpers basiert und nicht auf Abstandsänderung oder der Ionisierung von Gasen, wird das Verfahren weit weniger von Temperatur-, Alterungs- oder Beschichtungseffekten beeinflusst. Aufgrund der Genauigkeit im Hochvakuum und der Langzeitstabilität ist das Gasreibungsmanometer in vielen Kalibrierlaboren als Transferstandard im Einsatz.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die erste Druckmesseinrichtung als eine so genannte lON-Gauge-Messröhre ausgebildet. Diese wird im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die genannten Beispiele beschränkt.

Grundsätzlich ausreichend ist es, wenn die Druckmessvorrichtung eine einzige erste Druckmesseinrichtung aufweist. Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die Druckmessvorrichtung zwei oder mehr Druckmesseinrichtungen auf. In einer Ausführungsform beispielsweise ist wenigstens eine Druckmesseinrichtung als eine erste Druckmesseinrichtung in Form eines Gasreibungsmanometers ausgebildet ist, oder weist ein Gasreibungsmanometer auf. Die Druckmessvorrichtung kann aber auch zwei oder mehr erste Druckmesseinrichtungen aufweisen. Oder die Druckmessvorrichtung weist wenigstens eine erste Druckmesseinrichtung und wenigstens eine weitere Druckmesseinrichtung auf, die dann bevorzugt auf andere Weise ausgebildet ist und zur Unterscheidung als zweite Druckmesseinrichtung bezeichnet wird. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Typen von zweiten Druckmesseinrichtungen beschränkt. Im weiteren Verlauf der Beschreibung werden einige Ausführungsbeispiele beschrieben. Die erste Druckmesseinrichtung kann beispielsweise auch als Messröhre bezeichnet werden.

Im Folgenden werden einige Ausführungsformen von unterschiedlichen Druckmessvorrichtungen beschrieben.

Wenn typischerweise nicht bis Atmosphäre gemessen wird, sondern etwa im Vakuum, ist beispielsweise mindestens eine zweite Druckmesseinrichtung, beziehungsweise eine zweite Messröhre, beispielsweise ein Form eines Kombi-Transducers, ebenfalls bereitgestellt Transducer sind insbesondere Wandler oder Umformer, die eine Energieform in eine andere umformen. In einer Ausführungsform kann ein solcher Kombi-Transducer beispielsweise eine Pirani-Komponente und eine Piezo-Komponente umfassen. Eine Pirani-Komponente ist insbesondere ein bestimmtes Messgerät zur Druckmessung im Grob- und Feinvakuumbereich und der Fachperson grundsätzlich geläufig. Wenn die Druckmessvorrichtung nur eine Druckmesseinrichtung aufweist, ist diese Druckmesseinrichtung in einer Ausführungsform in Form eines Kombi-Transducers ausgebildet. In einem Ausführungsbeispiel kann ein solcher Kombi-Transducer aus einer ersten Druckmesseinrichtung, insbesondere in Form eines Gasreibungsmanometers, beispielsweise mit einem Messbereich 10-8 mbar bis 10-3 mbar, und einer weiteren Druckmesseinrichtung, insbesondere mit einer Pirani-Komponente, eventuell mit einer Piezo- Komponente kombiniert, beispielsweise mit einem Messbereich 10-3 mbar bis 1000mbar, bestehen.

Um mit der Druckmessvorrichtung den gesamten Druckbereich abzudecken, wird gemäß einer Ausführungsform beispielsweise eine erste Druckmesseinrichtung in Form einer ION- Gauge-Messröhre verwendet, die einen Messbereich von 10-8 mbar bis 10-3 mbar hat. Eine lON-Gauge-Messröhre, die auch als lonisations-Vakuummeter bezeichnet wird, ist ein an sich bekanntes Druckmessgerät zur Druckbestimmung im Hoch- und Ultrahochvakuumbereich. Eine weitere, zweite Druckmesseinrichtung beziehungsweise Messröhre, die beispielsweise einen Messbereich von 10-3 mbar bis OOmbar hat, kann beispielsweise in Form eines Kombi-Transducers bereitgestellt sein. Ein solche Kombi- Transducer vereinigt zwei Messprinzipien, beispielsweise „Pirani“ und „Piezo“, die in einer Messröhre verbaut sind. In einer anderen Ausführungsform ist diese zweite Druckmesseinrichtung als ein einfacher Transducer mit nur einem Messprinzip bereitgestellt.

In einer Ausführungsform kommt anstelle der ION-Gauge-Komponente ein Gasreibungsmanometer zum Einsatz. In diesem Fall sind die erste Druckmesseinrichtung und die zweite Druckmesseinrichtung beispielsweise als getrennte Messröhren bereitgestellt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Druckmessvorrichtung in Form von nur einer einzigen Druckmesseinrichtung bereitgestellt. In diesem Fall kann die Druckmesseinrichtung als ein Kombi-Transducer bereitgestellt sein, der den gesamten Bereich abdeckt, und der beispielsweise mehrere Messprinzipien vereint. Beispielsweise kann ein solcher Kombi- Transducer eine ION-Gauge-Komponente und beispielsweise eine Pirani-Komponente und/oder eine Piezo-Komponente aufweisen. In einer Ausführungsform kommt anstelle der ION-Gauge-Komponente ein Gasreibungsmanometer zum Einsatz.

In einer Ausführungsform ist der lonenquelle eine Steuereinrichtung zugeordnet. Eine Steuereinrichtung ist insbesondere die Gesamtheit aller Komponenten, welche die Beeinflussung der lonenquelle bewirken. Die Steuereinrichtung kann in Form von Hardwarekomponenten oder Softwarekomponenten, oder als eine Kombination daraus, ausgebildet sein. Insbesondere weist die Steuereinrichtung eine Prozessoreinrichtung auf, in der zumindest Teile des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ablaufen. Die Steuereinrichtung weist bevorzugt Schnittstellen zu verschiedenen Komponenten der lonenquelle auf. Beispielsweise werden mittels der Komponenten bestimmte Werte oder Parameter der lonenquelle erfasst, zu der Steuereinrichtung übertragen und dort ausgewertet. Anschließend können einzelne Komponenten der lonenquelle über die Steuereinrichtung entsprechend gesteuert werden. Dies wird weiter unten anhand exemplarischer Beispiele, insbesondere auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, näher erläutert. Je nach Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung zumindest teilweise Bestandteil der lonenquelle. Oder die Steuereinrichtung ist ein zur lonenquelle externes Bauteil, welches dann über die Schnittstellen mit der lonenquelle zumindest zeitweilig, beispielsweise drahtlos oder drahtgebunden, verbunden ist und kommuniziert.

In einer Ausführungsform ist die erste Druckmesseinrichtung mit der lonenerzeugungskammer verbunden, beispielsweise über einen geeigneten Anschluss. In einer anderen Ausführungsform ist die erste Druckmesseinrichtung in der lonenerzeugungskammer angeordnet.

In einer Ausführungsform ist die lonenerzeugungskammer als lonenerzeugungskammer mit Unterdrück, insbesondere als vakuumdichte lonenerzeugungskammer, ausgebildet. Dazu ist die lonenerzeugungskammer in einer Ausführungsform mit einer Evakuierungseinrichtung, beispielsweise mit einer Vakuumpumpe, verbunden. Die Evakuierungseinrichtung ist in einer Ausführungsform über eine geeignete Schnittstelle mit der Steuereinrichtung verbunden.

In einer Ausführungsform ist die erste Druckmesseinrichtung horizontal ausgerichtet. Das bedeutet, dass die erste Druckmesseinrichtung in Bezug auf die lonenerzeugungskammer eine vertikale Ausrichtung hat. Wenn eine solche Anordnung unmittelbar nicht möglich ist, kann beispielsweise eine entsprechende Winkelverbindung, beispielsweise ein entsprechendes Winkelrohr oder ähnliches, zwischen der ersten Druckmesseinrichtung und der lonenerzeugungskammer bereitgestellt werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf bestimmte Typen von lonenquellen beschränkt. Die Ionisation von Molekülen kann beispielsweise durch Stoßionisation, chemische Ionisation, thermische Ionisation oder Feldionisation erfolgen. In einem elektrischen Feld beispielsweise können die Ionen nach der Erzeugung beschleunigt und durch elektrische oder magnetische Linsen fokussiert und abgelenkt werden. Die erfindungsgemäße lonenquelle ist nicht auf bestimmte Arten der Ionisation beschränkt. Voraussetzung ist lediglich, dass die Ionisation der Moleküle in einer Umgebung, insbesondere in eine Kammer stattfindet, in der ein Druck gemessen werden kann.

Bei einer Art von lonenquellen erfolgt die Ionisierung der zu ionisierenden Moleküle innerhalb der lonenerzeugungskammer im Unterdrück oder im Vakuum. In diesem Fall ist die lonenerzeugungsammer vorzugsweise mit einer Evakuierungseinrichtung verbunden, über die ein Unterdruck/Vakuum in der lonenerzeugungskammer gezogen wird.

In einer Ausführungsform ist die lonenquelle als lonenquelle für die Elektronenionisation ausgebildet. Diese lonisationsart ist eine sehr weit verbreitete lonisationsmethode. Dabei werden Elektroden aus einer Kathode, bei der es sich insbesondere um ein so genanntes Filament, etwa einen Glühfaden handelt, durch ein elektrisches Feld beschleunigt. Aus der Oberfläche der Kathode werden Elektronen emittiert. Diese Elektronen werden in einem elektrischen Feld zu einer Anode beschleunigt. Diese Elektronen werden durch zu ionisierende Moleküle, beispielsweise ein entsprechendes Gas, geschickt, indem sie sich durch die lonenerzeugungskammer bewegen. Dazu wird insbesondere eine Beschleunigungsspannung angelegt. Treffen die Elektronen auf zu ionisierende Moleküle, werden diese dadurch ionisiert. Diese zu ionisierenden Moleküle, beispielsweis in Form eines Gasstroms, werden in die lonenerzeugungskammer eingebracht. Wenn sich Moleküle und Elektronen einander nähern und in Wechselwirkung treten, kann es zur Ionisation kommen. Die lonenerzeugungskammer ist insbesondere ein vakuumdichtes Bauteil. Die Elektronenionisation erfolgt insbesondere im Unterdrück, etwa im Vakuum. Die in der lonenerzeugungskammer herrschenden Drücke werden durch die erste Druckmesseinrichtung in Form des Gasreibungsmanometers gemessen.

In einer Ausführungsform sind in der lonenerzeugungskammer eine Kathode, insbesondere in Form eines Filaments, und eine Anode angeordnet. Die Kathode und/oder die Anode ist in einer Ausführungsform über eine geeignete Schnittstelle mit der Steuereinrichtung verbunden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Druckmesseinrichtung räumlich beabstandet zur Kathode, beziehungsweise räumlich entfernt von der Kathode, bereitgestellt ist. Beispielsweise ist die lonenquelle als eine Kaltkathodenquelle oder als eine Heißkathodenquelle ausgebildet.

Grundsätzlich kann die erste Druckmesseinrichtung jedoch an beliebigen Stellen an oder in der lonenerzeugungskammer angeordnet werden, beispielsweise abhängig davon, wo sich ein Vakuumanschluss befindet.

In einer Ausführungsform ist die lonenerzeugungskammer mit einer Zufuhr für zu ionisierende Moleküle, insbesondere mit einer Gaszufuhr, verbunden. Über die Zufuhr wird die lonenerzeugungskammer, das heißt der Kammerinnenraum, mit zu ionisierenden Molekülen, insbesondere in Form eines Gasstroms, beschickt.

In einer Ausführungsform wirkt die Zufuhr mit einer Massenflussreglereinrichtung zusammen. Die Massenflussreglereinrichtung befindet sich in einer Ausführungsform in der Zufuhr, oder aber sie stellt einen Übergang zwischen Zufuhr und lonenerzeugungskammer bereit. Die Massenflussreglereinrichtung ist insbesondere eine Komponente, mit der der Massenstrom der in die lonenerzeugungskammer eintretenden zu ionisierenden Moleküle, insbesondere auf einen Sollwert, geregelt werden kann. Dazu ist der Massenflussreglereinrichtung in einer Ausführungsform über eine Schnittstelle mit der Steuereinrichtung verbunden. Die Massenflussreglereinrichtung weist in einer Ausführungsform einen Regler und ein damit zusammenwirkendes Ventil auf. Die Verwendung einer solchen Massenflussreglereinrichtung im Zusammenhang mit der lonenquelle wird nachfolgend anhand eines Beispiels exemplarisch verdeutlicht. Druckwerte werden mit der ersten Druckmesseinrichtung in der lonenerzeugungskammer gemessen und mit Sollwerten abgeglichen. Der Abgleich erfolgt insbesondere in der Steuereinrichtung. Damit Sollwerte und tatsächlich gemessene Werte miteinander übereinstimmen, wird die Massenflussreglereinrichtung bei Bedarf entsprechend betätigt, beispielsweise indem das Ventil die Größe der Eintrittsöffnung der Zufuhr in die lonenerzeugungskammer entsprechend öffnet oder reduziert. Dies wird auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren weiter unten beschrieben, so dass an dieser Stelle auch auf die entsprechenden Ausführungen weiter unten vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird.

In einer Ausführungsform ist die lonenquelle zusätzlich gekennzeichnet durch eine Extraktionseinrichtung, die insbesondere zur Extraktion der Ionen, etwa aus einem Plasma, und der Strahlformung dient. Demgemäß ist eine solche Extraktionseinrichtung insbesondere zur Formung eines lonenstrahls und/oder zur Ausrichtung eines lonenstrahls und/oder zur Extraktion von Ionen aus den zugeführten zu ionisierenden Molekülen bereitgestellt. In einer Ausführungsform ist die Extraktionsvorrichtung Bestandteil der lonenquelle. Die lonenquelle verfügt in diesem Fall sowohl über die lonenerzeugungskammer, als auch über eine Extraktionseinrichtung. In einer anderen Ausführungsform ist der lonenquelle eine solche Extraktionseinrichtung zugeordnet, insbesondere nachgeordnet. Das heißt, die lonenquelle arbeitet mit der Extraktionseinrichtung zusammen, wobei die Extraktionseinrichtung der lonenquelle nachgeschaltet ist. In diesem Fall werden in der lonenquelle nur die Ionen erzeugt, wobei die Ionen in der Extraktionseinrichtung anschließend zu einem lonenstrahl geformt werden.

In einer Ausführungsform weist die lonenerzeugungskammer einen Ausgang für die erzeugten Ionen und/oder für den erzeugten lonenstrahl auf.

In einer Ausführungsform ist in der lonenerzeugungskammer eine Vorbeschleunigungseinrichtung bereitgestellt. Die Vorbeschleunigungseinrichtung beschleunigt die erzeugten Ionen in der Ikonenerzeugungskammer vor. Die Vorbeschleunigungseinrichtung ist in einer Ausführungsform über eine geeignete Schnittstelle mit der Steuereinrichtung verbunden.

In einer Ausführungsform ist in der lonenerzeugungskammer eine Linseneinrichtung bereitgestellt. Die Linseneinrichtung, beispielsweise in Form einer Fokussierlinseneinrichtung, etwa in Form einer elektrostatischen Linseneinrichtung, bündelt den lonenstrahl. Wenn die Linseneinrichtung veränderlich ausgestaltet ist, ist diese ist in einer Ausführungsform über eine geeignete Schnittstelle mit der Steuereinrichtung verbunden.

In den vorbeschriebenen Ausführungsformen sind die Vorbeschleunigungseinrichtung und/oder die Fokussiereinrichtung jeweils Bestandteile der lonenquelle. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die Vorbeschleunigungseinrichtung und/oder die Fokussiereinrichtung keine Bestandteile der lonenquelle. In diesem Fall sind sie der lonenquelle, nachgeschaltet beziehungsweise nachgeordnet. Die Druckmessvorrichtung, insbesondere die erste Druckmesseinrichtung, kann im Zusammenhang mit der lonenquelle verschiedene Aufgaben und Funktionen übernehmen beziehungsweise erfüllen. Nachfolgend werden hierzu einige Beispiele aufgezählt, die entweder einzeln, oder aber in beliebiger Kombination realisiert sein können. Beispielsweise ist die Druckmessvorrichtung, insbesondere die erste Druckmesseinrichtung, zur Steuerung und/oder Überwachung der lonenquelle, insbesondere zur Ermittlung und/oder Regelung und/oder Überwachung wichtiger Parameter der lonenquelle, insbesondere von Regelparametern, insbesondere zur Steuerung und/oder Überwachung der Massenflussreglereinrichtung, und/oder zur Messung des Drucks innerhalb der lonenerzeugungskammer, und/oder zur Bestimmung der Sauberkeit der Komponenten innerhalb der lonenerzeugungskammer, und/oder zur Bestimmung der Dichtheit der lonenquelle, ausgebildet oder bereitgestellt.

Beispielsweise überwacht die Druckmessvorrichtung, insbesondere die erste Druckmesseinrichtung, die Massenflussreglereinrichtung, Das heißt, sie regelt den Gaseinlass in die lonenerzeugungskammer und stellt somit den Druck ein. Oder die Druckmessvorrichtung misst den Druck in der lonenerzeugungskammer selbst, sprich die Qualität des Vakuums. Oder die Druckmessvorrichtung misst die Sauberkeit der Komponenten der lonenquelle im Vakuum. Beispielsweise wird die lonenquelle etwa alle zwei Wochen gewechselt aufgrund der Reaktion mit den korrosiven Gasen. Eine neue lonenquelle ist trotz sorgfältiger Lagerung mit "Dreck" beschichtet, welcher anfangs in die lonenerzeugungskammer diffundiert und somit einen höheren Vakuumdruck verursacht. Oder die Druckmessvorrichtung misst die Dichtheit der lonenquelle. Durch Wartung und eine damit einhergehende Belüftung können bei erneuter Inbetriebnahme Lecks entstehen, beispielsweise wenn Dichtungen nicht richtig fixiert werden, oder auch, wenn Komponenten beschädigt werden. Insbesondere dient die erfindungsgemäße Druckmessvorrichtung, Insbesondere dient die erste Druckmesseinrichtung, als Sicherheitsorgan allgemein.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine lonenerzeugungseinrichtung bereitgestellt, welche die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 11 aufweist.

Die lonenerzeugungseinrichtung weist zunächst eine lonenquelle auf, mit einer lonenerzeugungskammer zur Erzeugung der Ionen, und einer der lonenerzeugungskammer zugeordneten Druckmessvorrichtung, wobei die Druckmessvorrichtung eine erste Druckmesseinrichtung aufweist, die insbesondere in Form eines Gasreibungsmanometers ausgebildet ist, oder die insbesondere ein Gasreibungsmanometer aufweist. Insbesondere weist die lonenerzeugungseinrichtung eine lonenquelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf. Aus diesem Grund wird an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen vollinhaltlich auch auf die Ausführungen zum ersten Aspekt der Erfindung Bezug genommen und verwiesen.

Weiterhin weist die lonenerzeugungseinrichtung eine Extraktionseinrichtung auf, die zur Formung eines lonenstrahls und/oder zur Ausrichtung eines lonenstrahls und/oder zur Extraktion von Ionen aus den zugeführten zu ionisierenden Molekülen bereitgestellt ist. In einer Ausführungsform ist die Extraktionseinrichtung zumindest zum Teil Bestandteil der lonenquelle, oder sie schließt sich an die lonenquelle an. Hierzu wird auch auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen lonenquelle weiter oben vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen.

Weiterhin weist die lonenerzeugungseinrichtung eine Vorrichtung zum Beschleunigen der in der lonenquelle erzeugten Ionen auf. Die genannte Beschleunigungsvorrichtung beschleunigt die Ionen auf ihre Endenergie und ist insbesondere eine zu der weiter oben beschriebenen Vorbeschleunigungseinrichtung, mit der die in der lonenerzeugungskammer der lonenquelle erzeugten Ionen vorbeschleunigt werden, separate eigenständige Komponente. Je nach Ausgestaltung kann aber auch nur eine einzige Beschleunigungsvorrichtung bereitgestellt sein, die sowohl die Vorbeschleunigung als auch die Endbeschleunigung der Ionen durchführt.

Darüber hinaus kann die lonenerzeugungseinrichtung auch eine Vorrichtung zum Separieren der Ionen nach Masse in einem Massenseparator, und/oder eine Vorrichtung zum Ablenken des lonenstrahls im elektrischen Feld, mittels derer der lonenstrahl auf das zu bearbeitende Werkstück, insbesondere auf das Grundmaterial des Werkstücks, gelenkt wird, aufweisen.

Alle genannten Komponenten der lonenerzeugungseinrichtung können auch Bestandteile der lonenquelle sein, so dass eine solche lonenquelle dann die Funktion einer lonenerzeugungseinrichtung übernimmt. In anderer Ausgestaltung ist die lonenquelle eine eigenständige funktionale und/oder konstruktive Entität, in der nur die Ionen erzeugt werden. Die anderen Merkmale der lonenerzeugungseinrichtung sind dann nicht Bestandteil der lonenquelle, sondern dieser zugeordnet. In einer Ausführungsform wird die erfindungsmäße lonenquelle und/oder die erfindungsgemäße lonenerzeugungseinrichtung im Zusammenhang mit einer Ionenimplantations-Anlage eingesetzt. Bei der Ionenimplantation handelt es sich um ein Verfahren zum Einbringen von Fremdatomen in Form von Ionen in ein Grundmaterial. Auf diese Weise lassen sich die Materialeigenschaften des Grundmaterials verändern. Ein solches Implantationsverfahren sieht grundsätzlich folgende Schritte vor: Zunächst werden Ionen in einer lonenquelle erzeugt, beispielsweise in einer lonenquelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Anschließend werden die Ionen durch ein elektrostatisches Feld extrahiert. Danach werden die Ionen nach Masse in einem Massenseparator separiert. Anschließend werden die Ionen beschleunigt und mittels elektrischer Felder abgelenkt. Diese Schritte erfolgen beispielsweise in der erfindungsgemäßen lonenerzeugungseinrichtung, oder, was die Extraktion betrifft, gegebenenfalls auch in der erfindungsgemäßen lonenquelle. Zum Schluss erfolgt die Implantation in das Grundmaterial. lonenquellen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung können jedoch in unterschiedlichsten Bereichen angewendet werden, beispielsweise in der Kernfusion, in Massenspektrometern, in Implantations-Anlagen, in lonen-Mikrosonden, in Raketenantrieben und dergleichen. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Anwendungsgebiete beschränkt.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 12 aufweist. Das Verfahren dient zur Handhabung der lonenquelle. Das heißt, das Verfahren dient dazu, wie die lonenquelle in bestimmter Art und Weise benutzt wird. Diese Benutzung stellt in einer Ausführungsform die Erzeugung der Ionen beziehungsweise eines lonenstrahls dar. Die Benutzung stellt in einer Ausführungsform aber auch die Überwachung und/oder die Steuerung der lonenquelle dar. In einer Ausführungsform stellt die Benutzung eine Kombination der beiden zuvor beschriebenen Benutzungsarten dar.

Insbesondere dient das Verfahren zur Handhabung einer lonenquelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle wird zur Vermeidung von Wiederholungen deshalb vollinhaltlich auch auf die Ausführungen zum ersten Aspekt der Erfindung Bezug genommen und verwiesen.

Die lonenquelle ist bereitgestellt, dass in einem lonisationsprozess aus zu ionisierenden Molekülen in einer lonenerzeugungskammer der lonenquelle Ionen erzeugt werden. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder während und/oder nach dem lonisationsprozess über eine der lonenerzeugungskammer zugeordnete Druckmessvorrichtung Druckwerte an oder in der lonenerzeugungskammer erfasst oder ermittelt werden, wobei die Druckmessvorrichtung eine erste Druckmesseinrichtung aufweist, die insbesondere in Form eines Gasreibungsmanometers ausgebildet ist, oder die insbesondere ein Gasreibungsmanometer aufweist. Mit der Druckmessvorrichtung kann auf diese Weise eine Druck- und Prozessüberwachung im Bereich der lonenquelle durchgeführt werden.

In einer Ausführungsform ist das Verfahren weiterhin durch folgende Schritte gekennzeichnet: a) Zu ionisierende Moleküle, insbesondere in einem Gasstrom, werden über eine Zufuhr in die lonenerzeugungskammer der lonenquelle zugeführt; b) In dem lonisationsprozess werden aus den zu ionisierenden Molekülen in der lonenerzeugungskammer Ionen erzeugt. Auf diese Wese werden mit dem Verfahren auch Ionen beziehungsweise ein lonenstrahl erzeugt.

In einer Ausführungsform dient das Verfahren dazu, dass mittels der Druckmessvorrichtung vor und/oder während und/oder nach dem lonisationsprozess eine Druck- und Prozessüberwachung im Bereich der lonenquelle durchgeführt wird, und dass, darauf basierend, die Parameter des lonisationsprozesses so eingestellt werden, dass die Erzeugung der Ionen anhand der im Rahmen der Überwachung ermittelten Ergebnisse durchgeführt wird.

In einer Ausführungsform wird die lonenquelle freigegeben oder der lonisationsprozess gestartet, wenn die Druckmessvorrichtung, insbesondere die erste Druckmesseinrichtung misst, dass der Druckwert, insbesondere der Vakuumdruck in der lonenerzeugungskammer einen bestimmten vorgegebenen Druckwert unterschreitet.

Die lonenquelle, beziehungsweise der lonisationsprozess wird in diesem Fall erst freigegeben, beispielsweise in dem der Gaseinlass, das heißt die Massenflussreglereinrichtung betätigt werden, Ventile zu bestimmten Vakuumpumpen betätigt werden, gegebenenfalls Vakuum-Shutter zur nächsten Prozesskammer betätigt werden, oder dergleichen, wenn die Druckmessvorrichtung, insbesondere die erste Druckmesseinrichtung, misst, dass ein bestimmter Vakuumdruck unterschritten wurde. Anderenfalls könnten Komponenten beschädigt werden, der eigentliche Prozess gefährdet sein oder schädigende Gase aus den Kammern austreten, beispielsweise bei einem Leck.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann alternativ oder zusätzlich der lonisationsprozess auch gestartet oder durchgeführt werden, wenn die Druckmessvorrichtung im Bypass umgangen wird. Über eine geeignete Schalteinrichtung, die in einer Ausführungsform über eine geeignete Schnittstelle mit der Steuereinrichtung verbunden ist, kann dann bei Bedarf individuell geschaltet werden, ob die Druckmessvorrichtung zu Beginn des lonisationsprozesses und/oder während des lonisationsprozesses zugeschaltet ist/wird oder im Bypass umgangen wird. Ein solches Vorgehen ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die Gefahr besteht, dass die Druckmessvorrichtung, insbesondere während des lonisationsprozesses, ausfallen könnte.

In einer Ausführungsform wird mittels der Druckmessvorrichtung, insbesondere mittels der ersten Druckmesseinrichtung, die Massenflussreglereinrichtung, die für die Zufuhr der zu ionisierenden Moleküle bereitgestellt ist, überwacht und/oder kalibriert. Dies soll anhand eines Beispiels verdeutlicht werden:

Mit einer ersten Druckmesseinrichtung ist es, insbesondere in Form eines Gasreibungsmanometers aufgrund der 100% Linearität Eigenschaft, möglich, die Massenflussreglereinrichtung zu kalibrieren. In einer Ausführungsform werden dazu die Standardkubikzentimeter pro Minute (sccm) gegen den Duck in einem Graphen aufgetragen beziehungswese abgebildet. Dies geschieht bevorzugt in der weiter oben beschriebenen Steuereinrichtung. Mit der Einheit „sccm“ wird unabhängig von Druck und Temperatur eine definierte strömende Gasmenge, das heißt Teilchenzahl beziehungsweise Gasmasse, pro Zeitspanne beschrieben, also ein Teilchenstrom beziehungsweise Massenstrom. Ist die Kurve nicht linear bedeutet das, dass die Massenflussreglereinrichtung driftet, sprich nicht richtig funktioniert.

An einer Bearbeitungsanlage werden üblicherweise verschiedene Prozesse mit verschiedenen Gasmixturen und Gasmengen gefahren. Beispielsweise kann sich ein Prozess oder ein „Rezept“ aus untershci9edlichen Gasmengen zusammensetzen. Dies soll anhand eines Beispiels veranschaulicht werden, in dem sich ein solcher Prozess oder „Rezept aus den unterschiedlichen Gasarten H2, BF3 und Ar zusammensetzt, beispielsweise • ein Prozess: H2 (1sccm), BF3 (2sccm) und Argon (1sccm), und

• ein anderer Prozess: PH3 (3sccm) und Argon (1 sccm).

Gelegentlich erfolgt auch eine Anpassung eines solchen Prozesses, sprich kleine Änderungen von „sccm“. Dies spiegelt sich im Druck wider und kann mit der Druckmessvorrichtung, insbesondere mit der ersten Druckmesseinrichtung, etwa dem Gasreibungsmanometer, gemessen werden. Damit kann kontrolliert werden, ob die Prozesse und die Komponenten die Änderungen auch übernommen haben. Viele andere Prozesse mit anderen Gasmixturen und Gasmengen sind selbstverständlich ebenfalls möglich.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen lonenquelle und des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Verkleinerung des Prozessfensters. Da die erfindungsgemäßen Lösungen, insbesondere die damit ermittelten Werte, reproduzierbar sind und nicht driften, kann das erlaubte Druckfenster in dem der lonisationsprozess ablaufen darf, verkleinert und optimiert werden (Beispiel: Prozessdruck 2E-5 mbar, Grenzen mit Standardmessröhren 5E-6 mbar/4E-5mbar -> Grenzen Gasreibungsmanometer 1.6E-5mbar/2.4E-5mbar)). Durch diese Optimierung kann die erforderliche Gasmenge für optimale Ergebnisse genau bestimmt werden und letztlich die Gasmenge unter Umständen verringert werden, was zu einer Kosteneinsparung führt.

In einer Ausführungsform ist realisiert, dass die Druckmessvorrichtung, insbesondere die erste Druckmesseinrichtung, die lonenquelle steuert und/oder überwacht, insbesondere wichtige Parameter der lonenquelle ermittelt und/oder regelt und/oder überwacht, insbesondere die Massenflussreglereinrichtung steuert und/oder überwacht, und/oder den Druck innerhalb der lonenerzeugungskammer misst, und/oder die Sauberkeit der Komponenten innerhalb der lonenerzeugungskammer bestimmt, und/oder die Dichtheit der lonenquelle bestimmt.

Die im Zusammenhang mit der Erzeugung von Ionen standardmäßig verbauten Messröhren fallen je nach Anlage und Typ in der Regel innerhalb von zwei bis acht Wochen aus. Das hat ungeplante Stillstände der Anlagen zur Folge, benötigt jedoch zumindest geschultes Personal für Reparatur/Austausch der Messröhren. Mit den erfindungsgemäßen Lösungen können diese Nachteile nunmehr vermieden werden. Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 in schematischer Ansicht eine lonenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Figur 2 in schematischer Ansicht eine als Gasreibungsmanometer ausgebildete erste Druckmesseinrichtung, die mit der lonenquelle zusammenwirkt.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen lonenquelle 10 dargestellt. Die lonenquelle 10 weist eine lonenerzeugungskammer 11 auf, die eine Kammerwand 11a aufweist, wobei die Kammerwand 11a einen Kammerinnenraum 11b begrenzt. Die lonenerzeugungskammer 11 ist über einen Anschluss 12 mit einem Anschlussflansch 34 einer Druckessvorrichtung 30 verbunden. Diese Druckmessvorrichtung 30, die anhand von Figur 2 später in größerem Detail beschrieben wird, verfügt zur Verdeutlichung des Erfindungsprinzips der Einfachheit halber lediglich über eine erste Druckmesseinrichtung 31 in Form eines Gasreibungsmanometers. Die Komponenten der ersten Druckmesseinrichtung 31 befinden sich innerhalb eines Gehäuses 33. Die erste Druckmessvorrichtung 31 ist in Bezug auf die lonenerzeugungskammer 11 vertikal ausgerichtet, was durch den Pfeil 32 dargestellt ist.

Die lonenerzeugungskammer 11 ist weiterhin mit einer Zufuhr 14 für zu ionisierende Moleküle 15 verbunden, die in Form eines Gasstroms in die lonenerzeugungskammer 1 zugeführt werden. Die zu ionisierenden Moleküle 15 sind in der Figur 1 als kleine Kreise dargestellt. Zur Steuerung der Menge an zugeführten zu ionisierenden Molekülen 15 ist in der Zufuhr 14 eine Massenflussreglereinrichtung 17 angeordnet oder ausgebildet.

Zur Erzeugung von Ionen 16, die in Figur 1 als kleine Quadrate dargestellt sind, sind in der lonenerzeugungskammer 11 eine Kathode 13a, welche ein Filament aufweist, und eine Anode 13b angeordnet. Ein Magnetfeld kann über die bereitgestellten Magnete 29 angelegt werden.

Zur Erzeugung eines lonenstrahls 16a sind in der lonenerzeugungskammer 11 zudem eine Vorbeschleunigungseinrichtung 19 und eine Linseneinrichtung 20 bereitgestellt. Je nach Ausgestaltung sind die Vorbeschleunigungseinrichtung 19 und die Linseneinrichtung 20 Bestandteile der lonenquelle 10. Oder aber es handelt sich um im Vergleich zur lonenquelle 10 eigenständige Komponenten, die der lonenquelle 10 dann nachgeschaltet beziehungsweise nachgeordnet sind. Dies ist schematisch durch die strich-punktierte-Line innerhalb der lonenerzeugungsklammer 11 dargestellt.

Der erzeugte lonenstrahl 16a verlässt die lonenerzeugungskammer 11 über einen Ausgang 18.

In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die lonenquelle 10 als lonenquelle für die Elektronenionisation ausgebildet. Dabei werden Elektroden aus der Kathode 13a, bei der es sich insbesondere um ein so genanntes Filament, etwa einen Glühfaden handelt, durch ein elektrisches Feld beschleunigt. Aus der Oberfläche der Kathode 13a werden Elektronen emittiert. Diese Elektronen werden in einem elektrischen Feld zu einer Anode beschleunigt. Diese Elektronen werden durch zu ionisierende Moleküle 15, beispielsweise ein entsprechendes Gas, geschickt, indem sie sich durch die lonenerzeugungskammer 11 bewegen. Treffen die Elektronen auf zu ionisierende Moleküle 15, werden diese dadurch ionisiert, das heißt zu Ionen 16.

Die lonenerzeugungskammer 11 ist insbesondere ein vakuumdichtes Bauteil. Die Elektronenionisation erfolgt insbesondere im Vakuum. Dazu ist die lonenerzeugungskammer 11 mit einer Vakuumpumpe 22 verbunden. Die in der lonenerzeugungskammer 11 herrschenden Drücke werden durch die erste Druckmesseinrichtung 31 in Form des Gasreibungsmanometers gemessen.

Vor und/oder während und/oder nach dem lonisationsprozess werden über die der lonenerzeugungskammer 11 zugeordnete Druckmessvorrichtung 30, die zumindest eine erste Druckmesseinrichtung 31 , beispielsweise in Form des Gasreibungsmanometers, aufweist, Druckwerte in der lonenerzeugungskammer 11 erfasst oder ermittelt. Mit der ersten Druckmesseinrichtung 31 kann auf diese Weise eine Druck- und Prozessüberwachung im Bereich der lonenquelle 10 durchgeführt werden.

Dazu ist der lonenquelle 10 bevorzugt eine Steuereinrichtung 21 zugeordnet, die über geeignete Schnittstellen mit verschiedenen Komponenten der lonenquelle 10 zumindest zeitweilig verbunden ist und kommuniziert. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung 21 über eine Schnittstelle 23 mit der Massenflussreglereinrichtung 17 verbunden, über eine Schnittstelle 24 mit der ersten Druckmesseinrichtung 31 über eine Schnittstelle 25 mit der Vorbeschleunigungseinrichtung 19, über eine Schnittstelle 26 mit der Vakuumpumpe 22, über eine Schnittstelle 27 mit der Kathode 13a, und über eine Schnittstelle 28 mit der Anode 13b. Diese Schnittstellen sind exemplarischer Natur und dienen zur Veranschaulichung der Steuereinrichtung 21 sowie deren Funktion, so dass die Erfindung natürlich nicht auf die gezeigten Schnittstellen beschränkt ist.

Beispielsweise wird die lonenquelle 10 erst freigegeben oder der lonisationsprozess gestartet, wenn die erste Druckmesseinrichtung 31 misst, dass der Druckwert, insbesondere der Vakuumdruck, in der lonenerzeugungskammer 11 einen bestimmten vorgegebenen Druckwert unterschreitet. Über eine nicht dargestellte Schaltereinrichtung kann auch realisiert sein, dass die Druckmesseinrichtung 31 zu Beginn des lonisationsprozesses im Bypass geschaltet wird, so dass der lonisationsprozess bei Bedarf auch ohne die Druckmesseinrichtung 31 gestartet und/oder durchgeführt werden kann.

Beispielsweise kann mittels der ersten Druckmesseinrichtung 31 die Massenflussreglereinrichtung 17, die für die Zufuhrmenge der zu ionisierenden Moleküle 15 in die lonenerzeugungskammer 11 bereitgestellt ist, überwacht und/oder kalibriert werden. Dies soll anhand eines Beispiels verdeutlicht werden:

Die Massenflussreglereinrichtung 17 ist über die Schnittstelle 23 mit der Steuereinrichtung 21 verbunden. Druckwerte werden mit der ersten Druckmesseinrichtung 31 in der lonenerzeugungskammer 11 gemessen und mit Sollwerten abgeglichen. Der Abgleich erfolgt in der Steuereinrichtung 21 , wobei die von der ersten Druckmesseinrichtung 31 erzeugten Druckwerte über die Schnittstelle 24 zu der Steuereinrichtung 21 übertragen werden. Damit Sollwerte und tatsächlich gemessene Werte miteinander übereinstimmen, wird die Massenflussreglereinrichtung 17 bei Bedarf entsprechend betätigt, beispielsweise indem die Größe der Eintrittsöffnung der Zufuhr 14 in die lonenerzeugungskammer 11 entsprechend geöffnet oder reduziert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Druckmesseinrichtung 31 in Form eines Gasreibungsmanometers ausgebildet. Ein Ausführungsbeispiel für ein solches Gasreibungsmanometer wird nun anhand der Figur 2 beschrieben. Die einzelnen Komponenten des Gasreibungsmanometers befinden sich in dem Gehäuse 33. Ein Merkmal des Gasreibungsmanometers wird durch ein Vakuumrohr 35 beziehungsweise Messrohr gebildet, welches an einer Seite ein geschlossenes Ende 35b aufweist, und welches mit seinem anderen Ende mit der lonenerzeugungskammer verbunden ist. Die Anschlussrichtung ist hier durch den Pfeil 35a dargestellt.

Das Gasreibungsmanometer weist ein Magnet- und Spulensystem auf. In Figur 2 sind beispielhaft Permanentmagnete 37a, 37b, sowie Antriebsspulen 38, Schwebe/Stabilisierungsspulen 39, Geschwindigkeitserfassungsspulen 40 und Schwingungsdämpfungsspulen 41 dargestellt.

Eine Kugel 36 wird in einem Magnetfeld reibungsfrei gelagert. Das Magnetfeld wird durch die Permanentmagnete 37a, 37b erzeugt. Zum Halten der Höhe wird das Magnetfeld der Permanentmagnete 37a, 37b mit langsam veränderlichem Gleichstrom (Lageregelung) und Hochfrequenz (Impedanzmessung) zur Bestimmung der Höhe überlagert. Horizontal ist die Kugel 36 passiv stabilisiert (stabiles Gleichgewicht). Ein äußeres Drehfeld (= 400 Hz) bringt die Kugel 36 zum Rotieren, mit einer Geschwindigkeitserfassungsspule 40 wird die Abnahme der Rotationsgeschwindigkeit gemessen und aus der Reibung die Teilchendichte des Gases gemessen. Bei diesem Verfahren gehen nur die globalen Eigenschaften der Kugel 36 in die Messung ein und werden mit einem Faktor hinterlegt (Kalibrierfaktor), der Rest der Anordnung ist nicht variabel oder fehlerbehaftet. Das Gasreibungsmanometer ist einfach aufgebaut (eine rotierende Kugel 36), arbeitet berührungslos und verschleißfrei und wird über elektromagnetische Kräfte im Vakuum betrieben. Das Gasreibungsmanometer besitzt damit keine elektrisch- oder mechanisch-belasteten Komponenten und erreicht eine entsprechend hohe Langzeitstabilität (Drift < 1 %/Jahr), ist zudem robust und korrosionsbeständig (Ganzmetall). Da das Messsignal auf der Veränderung der Rotationsfrequenz eines kugelförmigen Körpers basiert und nicht auf Abstandsänderung oder Ionisierung, wird das Verfahren weit weniger von Temperatur-, Alterungs- oder Beschichtungseffekten beeinflusst.

Bezugszeichenliste

10 lonenquelle

11 lonenerzeugungskammer 11a Kammerwand

11b Kammerinnenraum

12 Anschluss für eine Druckmessvorrichtung

13a Kathode

13b Anode

14 Zufuhr für zu ionisierende Moleküle

15 Zu ionisierende Moleküle

16 Ionen

17 Massenflussreglereinrichtung

18 Ausgang für erzeugte Ionen

16a lonenstrahl

19 Vorbeschleunigungseinrichtung

20 Linseneinrichtung

21 Steuereinrichtung

22 Vakuumpumpe

23 Schnittstelle

24 Schnittstelle

25 Schnittstelle

26 Schnittstelle

27 Schnittstelle

28 Schnittstelle

29 Magnet

30 Druckmess vorrichtu ng

31 Erste Druckmesseinrichtung (Gasreibungsmanometer)

32 Vertikale Ausrichtung

33 Gehäuse

34 Anschlussflansch

35 Vakuumrohr (Messrohr) 35a Anschlussrichtung zur lonenerzeugungskammer b Geschlossenes Ende des Vakuumrohrs Kugel a Permanentmagnet b Permanentmagnet Antriebsspule Schwebe-ZStabilisierungsspule Geschwindigkeitserfassungsspule Schwingungsdämpfungsspule