So wird Partialgasdruck reguliert
So wird Partialgasdruck reguliert
Einige Prozesse, wie z. B. reaktive Sputterprozesse, erfordern möglichst konstante Auftreffraten der reagierenden Gasmoleküle auf dem Schichtuntergrund.
Die „Auftreffrate“ ist die auf der Seite über Ausgasung besprochene Flächenstoßrate, die direkt proportional zum Partialdruck ist. Die einfachste Art, den Partialdruck einer Gaskomponente konstant zu halten, ist die Durchflussregelung mittels Durchflussregler; das hat jedoch den Nachteil, dass der Regler nicht feststellen kann, ob, wann und wo sich der Gasverbrauch oder die Zusammensetzung des Gases in der Vakuumkammer ändert. Die weitaus bessere und effektivere Option ist die Partialdruckregelung mit einem Massenspektrometer über Gaseinlassventile. Dabei werden die signifikanten Peaks der in Frage kommenden Gase den Kanälen im Massenspektrometer zugeordnet. Die analogen Ausgangssignale dieser Kanäle werden von entsprechenden Reglern mit Sollwerten verglichen und aus der Differenz von Sollwert und Istwert für jeden Kanal das entsprechende Stellsignal für das Gaseinlassventil des Kanals abgeleitet. Eine solche Konfiguration zur Steuerung von sechs Kanälen ist beim QUADREX PPC vorhanden. Außerdem sind passende Gaseinlassventile für das Gerät erhältlich.
Die Gasentnahme für die Messung der Flächenstoßrate (Partialdruck) muss naturgemäß an einer repräsentativen Stelle des Vakuumbehälters erfolgen. Bei der Beurteilung der Zeitkonstante eines derartigen Regelkreises ist es wichtig, alle zeitlichen Aspekte zu berücksichtigen und nicht nur die der elektrische Signalausbreitung und die Verarbeitung im Massenspektrometer, sondern auch die vakuumtechnischen Zeitkonstanten und Strömungsgeschwindigkeiten, wie in Abbildung 4.17 dargestellt. Druckwandler oder ungünstig verlegte Gaseinlassleitungen, die das Regelventil mit dem Vakuumbehälter verbinden, tragen besonders stark zur Gesamtzeitkonstante bei. Im Allgemeinen ist es besser, ein günstiges S/N-Verhältnis mit einem großen Signal (z. B. durch eine Einlassmembran mit einer großen Öffnung) zu erzielen als mit langen Integrationszeiten an den einzelnen Kanälen. In Abbildung 4.18 werden die Auswirkungen einer Druckerhöhung und einer Verlängerung der Integrationszeit auf die Erkennbarkeit des Signals gegenübergestellt. In den Darstellungen a, b und c wurde nur die Integrationszeit erhöht, und zwar von 0,1 auf 1,0 und 10 Sekunden (also insgesamt um den Faktor 100). Im Vergleich dazu wurde in der Sequenz a-d-e-f bei konstanter Integrationszeit der Gesamtdruck in drei Schritten erhöht, von 7,2 10-6 mbar auf 7,2 10-5 mbar (oder insgesamt nur um den Faktor 10).
Abb. 4.17 Teilbeiträge für Gesamtzeitkonstanten
Abb. 4.18 Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses durch Erhöhung des Drucks oder Verlängerung der Integrationszeit
Wartung
Kathodenlebensdauer
Die Lebensdauer der Kathode hängt stark von der Art der Belastung ab. Erfahrungsgemäß kann das Produkt aus Betriebszeit und Betriebsdruck als Maß für die Belastung dienen. Besonders ungünstig auf die Lebenszeit der Kathoden wirken sich höhere Betriebsdrücke (im Bereich von 1 · 10-4 bis 1 · 10-3 mbar) und bestimmte chemische Einflüsse, wie Kältemittel, aus. Der Austausch der Kathode ist dank des einfachen Aufbaues des Sensors ganz einfach. Es ist jedoch ratsam, diese Gelegenheit zu nutzen, um die gesamte Ionenquelle zu ersetzen oder zumindest zu reinigen.
Sensorabgleich
Die Sensorabgleich der Massenachse (oftmals irrtümlich als Kalibrierung bezeichnet) erfolgt heute sehr einfach mittels einer Software (z. B. SQX, Transpector-Ware) und kann direkt auf dem Bildschirm beobachtet werden. Selbstverständlich wird dabei nicht nur die Zuordnung auf der Massenachse festgelegt, sondern auch die Linienform, d. h. Auflösung und Empfindlichkeit (siehe Seite Spezifikationen in Massenspektrometrie).
Reinigen der Ionenquelle und des Stabsystems
Der Sensor muss nur in Ausnahmefällen gereinigt werden, wenn er stark verschmutzt ist. Es reicht in der Regel vollständig aus, die Ionenquelle zu reinigen, die sich leicht zerlegen und reinigen lässt. Eine Reinigung des Stabsystemes kann nach Ausbau des kompletten Stabsystemes in einem Ultraschallbad erfolgen. Falls wegen besonders hartnäckiger Verschmutzung ein Zerlegen des Stabsystems unvermeidlich ist, muss die notwendigen Justierung der Stäbe im Herstellerwerk vorgenommen werden.
Grundlagen der Vakuumtechnik
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Referenzen
- Vakuumsymbole
- Glossar der Einheiten
- Verweise und Quellen
Vakuumsymbole
Eine Übersicht der Symbole, die in der Vakuumtechnik häufig für Diagramme mit Pumpentypen und Pumpensystemkomponenten verwendet werden
Glossar der Einheiten
Eine Übersicht der Maßeinheiten in der Vakuumtechnik, die Bedeutung der Symbole und die modernen Pendants historischer Maßeinheiten
Verweise und Quellen
Verweise, Quellen und weiterführende Literatur zu den Grundlagen der Vakuumtechnik
