專利名稱：具有選擇性作用的穿透面的氣濾及制造此穿透面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一個選擇性作用的穿透面的氣濾。此外，本發(fā)明還涉及制造用于選擇性作用的氣濾的穿透面的方法。此類氣濾例如使用于測量或分析儀。它應(yīng)做到輕質(zhì)氣體優(yōu)先而重的氣體不那么優(yōu)先地進入例如測試儀中。
由DE-A-4326265例如已知一種檢漏儀，它的測試氣體探測器配備有一種選擇性的進氣系統(tǒng)。使用氦作為測試氣體。這種選擇性的氣濾包括一個由隔板或薄膜構(gòu)成的穿透面，它對氦的穿透性高于對其它氣體的穿透性好幾十倍。例如石英、石英玻璃(SiO2)、派熱克斯玻璃或還包括聚合物薄膜例如FEP都有這種特性。
測量和分析儀通常應(yīng)有高靈敏度和短的響應(yīng)時間。因此在一種按DE-A-4326265的測試氣體探測器中，應(yīng)使盡可能多的氦在盡可能短的時間內(nèi)通過穿透面。這只有在將穿透面制得一方面盡可能大和另一方面盡可能薄的情況下才能達到。然而，與之矛盾的是，此穿透面通常受到一個壓力差的作用。測試儀的內(nèi)腔被抽成真空；周圍受大氣壓力控制。由于這一壓差負荷，穿透面的大小和厚度受到限制。
本發(fā)明的目的是制成一種選擇性作用的氣濾，它可以受較大的壓差作用，并盡管如此仍具有較大和較薄的穿透面。
按本發(fā)明為達到這一目的，使選擇性作用的穿透面由多個并列的窗口構(gòu)成。在這一解決方案中，穿透面的各個窗口是非常小的。窗口面積越小，窗口構(gòu)成的層、薄膜等就可以越薄，以便能承受存在的壓差。當例如設(shè)置由石英玻璃制的具有邊長為0.7mm的200個正方形窗口時，則它們構(gòu)成了0.98cm2的總的穿透面。若各個窗口面積的厚度約為5至10μm時，這樣的穿透面便已經(jīng)可以承受大氣壓力的壓差。
眾所周知，通過加熱材料可以縮短響應(yīng)時間和提高氣體通過量。在按本發(fā)明的氣濾中，由于平面的結(jié)構(gòu)，可以在窗口上安置薄層技術(shù)的金屬結(jié)構(gòu)作為螺旋形加熱燈絲。因此存在著這樣的的可能性，即限于在各窗口上加熱。因此不再存在在周圍的粘結(jié)點強烈脫氣或不密封的危險。
構(gòu)成穿透面的窗口最好由石英、石英玻璃或類似材料(例如派熱克斯玻璃)制成，因為它們可以借助于由薄層工藝學(xué)已知的方法用恰當?shù)馁M用制成。
本發(fā)明其它優(yōu)點和細節(jié)可借助于在

圖1至4中示意表示的實施例闡明。其中圖1具有按本發(fā)明的氣濾的壓力測量儀；圖2具有由16個窗口構(gòu)成的穿透面的氣濾俯視圖；以及圖3和4用于說明按由薄層工藝學(xué)已知的方法制造穿透面的簡略圖。
在圖1和2中總體上用1表示按本發(fā)明的氣濾。此氣濾屬于只是象征性表示的真空測量儀2。
氣濾1包括法蘭3，它用于固定片4。片4配備有多個窗口5，這些窗口構(gòu)成透氣面。因為窗口5比較小，所以構(gòu)成窗口的層、薄膜等可以很薄，以便能承受一定的壓差。本發(fā)明可以為氣濾配備尺寸較大和仍較薄的透氣面。
作為穿透面或窗口的材料合乎目的的是使用石英或石英玻璃，因為已知多種來自于半導(dǎo)體技術(shù)的方法可用于加工這種材料。
借助于圖3來說明一種制造由石英玻璃制成的穿透面的方向。在這里從硅圓片4出發(fā)。它通過氧化過程鍍SiO2層(在圖3a中的層6、7)。通常這是在水蒸氣和氧的混合物中溫度為1100℃左右的情況下實現(xiàn)的，并根據(jù)過程參數(shù)導(dǎo)致約5μm的氧化層厚度。在氧化過程結(jié)束后，硅圓片的前面和后面形成了下一個過程步驟的保護膜，例如為具有300nm厚的PECVD-SiC層。接著在硅圓片的背面通過攝影平版術(shù)方法確定窗口幾何形狀和排列。這導(dǎo)致在感光漆中開口并導(dǎo)致這種可能性，即，在這些地方通過腐蝕過程，例如活性離子腐蝕，去除保護膜和SiO2層(圖3b)。然后，在另一個腐蝕過程中，例如Si在KOH中濕化學(xué)腐蝕，可以最終完成窗口的腐蝕(圖3c)。
替代這種氧化作用制造SiO2層，也可以用其它的鍍層過程，例如等離子支持的CVD或低壓CVD方法制造由具有所期望的選擇性能的材料制成的薄層。在圖4中表示了制造氣體選擇性薄膜的另一種方法。其中，一種底物4，例如硅圓片，與另一種由氣體選擇性材料制的底物8，例如派熱克斯玻璃，例如通過陽極焊接真空密封地連接起來(圖4a、b)。底物4的背面設(shè)有相應(yīng)的保護膜9，它晚些時候可通過攝影平版術(shù)使之具有一定的結(jié)構(gòu)。在一個機械或化學(xué)的加工工序中(磨削、拋光、腐蝕光)，將此氣體選擇性材料減薄至確定的薄膜厚度(圖4c)。通過攝影平版術(shù)和腐蝕法確定在底物7背面的窗口孔(圖4d)，然后在另一個腐蝕過程中最終完成窗口孔的腐蝕(圖4e)。
此由石英、石英玻璃、派熱克斯玻璃等制成的窗口面5最好分別配備有螺旋形加熱燈絲。這可以通過薄層技術(shù)方法來實現(xiàn)。導(dǎo)電材料通過真空鍍膜法安放，并結(jié)合攝影平版術(shù)例如通過切割或腐蝕使之具有曲折形的結(jié)構(gòu)。在圖2中用10表示了這種類型的螺旋形加熱燈絲。此螺旋形加熱燈絲電觸點連通(焊接)，因此它們可接在一個電路中。通過這種類型的加熱，可以將每一個薄膜逐點地置于一個高的溫度(約500℃)，無需加熱整個底物4。由此避免可能存在的將片4與法蘭3連接起來的粘結(jié)部分被加熱和脫氣或不密封。此外，減少耗電量，并因而避免加熱整個探測裝置。
按本發(fā)明的氣濾特別適用于檢漏儀的測試氣體探測器，它們借助于輕質(zhì)氣體，最好借助于氦作為測試氣體進行工作(見DE 4326265)。在輕質(zhì)氣體(H2，HD，D2，3He，He等)的分析儀中，使用所說明的氣濾，有利于提高氣體通過量和改善響應(yīng)時間。
權(quán)利要求
1.氣濾(1)，它具有選擇性作用的由石英、石英玻璃、派熱克斯玻璃等制的穿透面，其特征為選擇性作用的穿透面由多個并列的窗口(5)構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的氣濾，其特征為設(shè)一系列小的窗口，用以構(gòu)成一個大的總的穿透面(例如具有邊長為0.7mm的200個正方形窗口(5)構(gòu)成一個約1cm2的穿透面)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的氣濾，其特征為構(gòu)成窗口的薄膜由鍍層方法或生長過程造成。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的氣濾，其特征為構(gòu)成窗口的底物(8)通過真空密封連接方法與另一個底物(4)(例如用硅陽極焊接的派熱克斯玻璃)連接，接著進行機械加工或化學(xué)處理，以制成薄的薄膜和有確定的穿透孔。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的氣濾，其特征為在底物(4)中制成穿透孔可通過腐蝕過程(例如硅在KOH中各向異性腐蝕)進行。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的氣濾，其特征為由鍍層方法或生長過程造成的材料，由氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、派熱克斯玻璃或另一種硬質(zhì)玻璃構(gòu)成。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的氣濾，其特征為每一個窗口(5)可配備螺旋加熱燈絲(10)。
8.制造一種由石英玻璃制成的用于氣濾(1)的穿透面的方法，穿透面由多個并列的窗口(5)構(gòu)成，其特征為硅片(4)鍍氧化硅層，在其背面加上保護膜和感光漆層(Photolackschicht)(6)；感光漆層(6)通過幕片曝光，幕片確定所期望的穿透面的形狀；去除被曝光的感光漆區(qū)；以及，在沒有感光漆區(qū)域內(nèi)先去除保護膜，然后去除硅層，所以只留下了由氧化硅構(gòu)成的層，并構(gòu)成了所期望的由多個窗口(5)構(gòu)成的穿透面。
9.制造一種由石英玻璃制成的用于氣濾(1)的穿透面的方法，穿透面由多個并列的窗口(5)構(gòu)成，其特征為薄膜由一種氣體選擇性作用的材料制成，例如派熱克斯玻璃，它可真空密封地與另一個底物7例如硅連接，這種材料通過機械加工或化學(xué)處理工序減薄，并從背面可通過薄層工藝方法確定窗口孔并腐蝕。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征為通過濕化學(xué)腐蝕，例如在KOH中，進行硅的去除。
11.按照權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征為每一個窗口(5)可設(shè)一螺旋形加熱燈絲(10)，它通過薄層工藝方法安置(例如真空鍍膜法，攝影平版術(shù)，腐蝕)。
12.在一種借助于輕質(zhì)氣體最好是氦作為測試氣體的測試氣體探測器中，應(yīng)用具有專利權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7的特征的氣濾(1)。
13.在一種輕質(zhì)氣體分析儀中應(yīng)用具有專利權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7的特征的氣濾(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣濾(1),它具有選擇性作用的由石英、石英玻璃、派熱克斯玻璃等制成的穿透面;為了制成比較薄而又能施加比較大的壓差的穿透面,建議此選擇性作用的穿透面由許多并列的窗口(5)構(gòu)成。
文檔編號G01M3/20GK1187781SQ96194699
公開日1998年7月15日 申請日期1996年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月10日
發(fā)明者維爾納·格羅瑟·布萊, 托馬斯·伯姆, 烏爾里?！さ虏祭? 曼弗雷德·拉謝, 托馬斯·策特爾 申請人:萊博爾德真空技術(shù)有限責任公司