Vakuumqualität

Vakuumqualität bezeichnet den Grad, zu dem ein Vakuumsystem frei von Luft, Gasen und Verunreinigungen ist. Sie ergibt sich aus dem absoluten Druck, der Stabilität und der Gaszusammensetzung im System sowie aus der Leckdichte und dem Outgassingverhalten der Bauteile. Eine gute Vakuumqualität bedeutet, dass das Volumen weitgehend von Restgasen getrennt bleibt und Prozesse unter kontrollierten Bedingungen ablaufen.

Typische Klassen der Vakuumqualität erfolgen nach Druckbereichen. Grobvakuum umfasst im Allgemeinen Drücke nahe dem Atmosphärendruck bis zu einigen Torr (1 Torr ≈ 133 Pa). Mittleres Vakuum deckt Bereiche von rund 1 Torr bis ca. 10^-3 mbar (ca. 0,1 Pa). Hochvakuum beschreibt Drücke unter 10^-3 mbar bis hin zu ca. 10^-9 mbar. Ultrahochvakuum bezeichnet Drücke unter etwa 10^-9 mbar. Diese Grenzwerte dienen der Orientierung, da sich je nach Branche spezifische Standards unterscheiden.

Wichtige Kenngrößen sind der Basis- bzw. Enddruck (das niedrigste erreichbare Gleichgewichtsdruck unter Betrieb), die Leckrate (Maß für das Eindringen von Gas durch Undichtigkeiten) und die Outgassingrate (Gasfreisetzung aus Oberflächen). Zur Bestimmung der Gaszusammensetzung dient der Residual Gas Analysis (RGA). Druckmessung erfolgt mit verschiedenen Gauges, z. B. Pirani, Kaltdioden-/Kaltkathoden-Gauges und Ionisationsguss, letzteres oft in UHV-Bereichen.

Faktoren, die die Vakuumqualität beeinflussen, sind Materialien und Oberflächenbeschaffenheit, Outgassing von organischen Resten, Temperatur, Dichtungen (bevorzugt Metall- oder Hochleistungsgummis), sowie Leckage und Pumpleistung. Maßnahmen zur Verbesserung umfassen Reinigung, Bake-out, sorgfältige Materialwahl, Verwendung vacuum-kompatibler Dichtungen und Lecktests mit Helium.

Anwendungen finden sich in der Halbleiterfertigung, Oberflächen- und Dünnfilmtechnik, Elektronenmikroskopie, Spektroskopie sowie in UHV-Forschung und -Metrologie.