JP2662585B2 - Ultra high vacuum gauge - Google Patents
Ultra high vacuum gaugeInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、10-10Pa以下の圧力を測定する真空計に関
するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vacuum gauge for measuring a pressure of 10 −10 Pa or less.
（従来の技術及び解決しようとする課題） 現在、多くの半導体製造機器、大型加速器、電子顕微
鏡等の理科学機器では、真空が広く利用されており、特
に10-10Pa以下の極高真空も利用されてきている。(Prior art and solve problems you try) current, many semiconductor manufacturing equipment, a large accelerator, a science study devices such as electron microscopes, vacuum has been widely used, but also: the ultra-high vacuum, especially 10 -10 Pa Has been used.
この10-10Pa以下の極高真空を測定する機器として
は、エキストラクター真空計、ヘルマー真空計及び変形
ヘルマー真空計が広く知られている。これらの真空計の
構成を第１図に示すが、（ａ）がエキストラクター真空
計、（ｂ）がヘルマー真空計、（ｃ）が変形ヘルマー真
空計である。図中、Ｆはフィラメントであり、このフィ
ラメント（Ｆ）より発生した電子をイオン化室（Ｉ）に
打ち込む。イオン化室（Ｉ）は細い線の篭で構成され、
グリッドと呼ばれる。このイオン化室（Ｉ）で残留気体
をイオン化する。Ｅは、イオン化したイオンをコレクタ
ー（Ｃ）に導くためのイオン引出し電極である。Ｒはリ
ペラであり、D1とD3は円筒型偏向器の内側電極であり、
D2とD4は外側電極である。As an instrument for measuring an extremely high vacuum of 10 −10 Pa or less, an extractor vacuum gauge, a Helmer vacuum gauge, and a modified Helmer vacuum gauge are widely known. FIG. 1 shows the construction of these vacuum gauges, wherein (a) is an extractor vacuum gauge, (b) is a Helmer vacuum gauge, and (c) is a modified Helmer vacuum gauge. In the drawing, F is a filament, and electrons generated from the filament (F) are driven into the ionization chamber (I). The ionization chamber (I) is composed of a thin wire basket,
Called grid. The residual gas is ionized in the ionization chamber (I). E is an ion extraction electrode for guiding ionized ions to the collector (C). R is the repeller, D 1 and D 3 are the inner electrodes of the cylindrical deflector,
D 2 and D 4 is an outer electrode.
以下に動作原理と各真空計の性能について説明する。 The operation principle and the performance of each vacuum gauge will be described below.
まず、第１図（ａ）のエキストラクター真空計の場合
は、フィラメントより出た電子は100eV程度に加速され
て、イオン化室に打ち込まれ、イオン化室内の残留分子
をイオン化する。イオン化したイオンは、引出し電極に
よってイオン化室から引き出され、リペラで跳ね返され
てコレクターに集められる。コレクターに入ったイオン
電流からイオン化室内の残留気体を測定する。First, in the case of the extractor vacuum gauge shown in FIG. 1 (a), electrons emitted from the filament are accelerated to about 100 eV and are injected into the ionization chamber to ionize residual molecules in the ionization chamber. The ionized ions are extracted from the ionization chamber by an extraction electrode, bounced off by a repeller, and collected by a collector. The residual gas in the ionization chamber is measured from the ion current entering the collector.
このエキストラクター真空計の圧力の測定限界は、10
-10Pa台であり、この限界は、イオン化室のグリッドに
電子が衝突する時に発生する軟Ｘ線がコレクターを照射
することによって生じるＸ線光電子放出により規制され
る。コレクターから１個の電子が放出されることは、１
個のイオンを捕えることと区別できないという問題があ
る。The pressure measurement limit of this extractor gauge is 10
This limit is on the order of -10 Pa, and this limit is regulated by X-ray photoemission generated by irradiating the collector with soft X-rays generated when electrons collide with the grid in the ionization chamber. One electron is emitted from the collector because
There is a problem that it cannot be distinguished from capturing individual ions.
この問題を解決して改良した真空計が、第１図（ｂ）
に示したヘルマー真空計である。この真空計の場合、イ
オン化室からコレクター側に入ってくるイオンと軟Ｘ線
を分けるためにイオン偏向器が用いられている。このイ
オン偏向器は円筒静電型の内側電極D1と外側電極D2とか
ら構成されており、内側電極D1に負の電位を、外側電極
D2に正の電位をかけてイオンを90゜曲げるものである。
一方、軟Ｘ線は電場では曲がらずに直進して外側電極D2
に当り、直接はコレクターが照射されないため、この真
空計の測定下限は、10-11Pa台に向上する。しかし、測
定下限は、偏向器の外側電極D2に当たった軟Ｘ線により
光電子がコレクターに流れ込む電流で決まるという問題
がある。The vacuum gauge improved by solving this problem is shown in FIG.
Is a Helmer vacuum gauge shown in FIG. In the case of this vacuum gauge, an ion deflector is used to separate soft X-rays from ions entering the collector side from the ionization chamber. The ion deflector is composed of a inner electrode D 1 of the cylindrical electrostatic outer electrode D 2 Prefecture, a negative potential to the inner electrodes D 1, the outer electrode
Over a positive potential to the D 2 it is intended to bend the ion 90 °.
On the other hand, the outer electrode D 2 soft X-rays are straight without bending the electric field
In this case, since the collector is not directly irradiated, the measurement lower limit of the vacuum gauge is improved to the order of 10 −11 Pa. However, the measurement lower limit, there is a problem that photoelectrons is determined by the current flowing into the collector by the soft X-rays hit the outer electrode D 2 of the deflector.
そこで、更に性能を向上させて測定限界を下げるよう
に工夫されたのが第１図（ｃ）に示した変形ヘルマー真
空計である。この真空計の場合、イオンとＸ線を分離す
る偏向器を２段に重ねて、外側電極D2で発生した光電子
を、内側電極D3と外側電極D4の偏向電極を持つ第２の偏
向器で止める。しかし、この変形ヘルマー真空計の測定
下限値は、10-12Pa台である。The modified Helmer vacuum gauge shown in FIG. 1 (c) has been devised to further improve the performance and lower the measurement limit. If the vacuum gauge, the two-tiered a deflector for separating the ions and X-rays, photoelectrons generated in the outer electrode D 2, the second deflection with deflection electrodes of the inner electrode D 3 and the outer electrode D 4 Stop with a container. However, the lower measurement limit of this modified Helmer vacuum gauge is on the order of 10 -12 Pa.
一方、ヘルマー真空計や変形ヘルマー真空計のように
偏向器を設けると、イオン電流は落ちて、感度が劣化す
るという欠点が生じ、実用化は困難である。On the other hand, if a deflector is provided as in a Helmer vacuum gauge or a modified Helmer vacuum gauge, there is a disadvantage that the ion current drops and the sensitivity is deteriorated, which makes practical use difficult.
本発明は、前述の従来の真空計の欠点を解消して、イ
オン電流から軟Ｘ線を完全に分離でき、感度を落さずに
測定限界を10-12Pa以下にし得る高性能の極高真空用真
空計を提供することを目的とするものである。The present invention solves the above-mentioned drawbacks of the conventional vacuum gauge, can completely separate soft X-rays from the ion current, and can reduce the measurement limit to 10 -12 Pa or less without lowering the sensitivity. An object of the present invention is to provide a vacuum gauge.
（課題を解決するための手段） 本発明者等は、前記目的を達成するために鋭意研究を
重ねた。(Means for Solving the Problems) The present inventors have intensively studied to achieve the above object.
その結果、まず、ヘルマー真空計や変形ヘルマー真空
計の利点を活かすべく偏向器を使用して、イオンとＸ線
を分離するが、単に偏向器を使用したのでは感度が劣化
するので、これを防止する手段として、イオンビームを
集束する必要があることを知見した。これにより、10
-11Pa以下の圧力でイオンの数が少なくなっても、１個
１個数え上げるパルスカウント方式を採ることができ、
感度向上に有利になることも知見した。これらの知見に
基づき本発明をなしたものである。As a result, first, the ions and X-rays are separated using a deflector in order to take advantage of the Helmer vacuum gauge and the modified Helmer vacuum gauge. However, simply using a deflector deteriorates the sensitivity. It has been found that it is necessary to focus the ion beam as a means for preventing it. This gives 10
Even if the number of ions decreases at a pressure of -11 Pa or less, a pulse counting method that counts ions one by one can be adopted.
It was also found that it was advantageous for improving sensitivity. The present invention has been made based on these findings.
すなわち、本発明に係る極高真空用真空計は、イオン
化室とイオン検出器との間に、イオン化室から発射され
るイオンビームが集束し、全てのイオンをイオン検出器
に入射させる無収差の静電遍向器を設けてなることを特
徴とするものであり、イオン検出器に２次電子増倍管を
使用すること等を好ましい態様の一つとしてもいる。That is, the ultrahigh vacuum gauge according to the present invention is an astigmatism-free, ion beam emitted from the ionization chamber is focused between the ionization chamber and the ion detector, and all ions are incident on the ion detector. The present invention is characterized in that an electrostatic diverter is provided, and the use of a secondary electron multiplier in an ion detector is one of the preferable embodiments.
以下に本発明を更に詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
（作用） 第２図は本発明の極高真空用真空計の構成を示したも
のであり、イオン化室（Ｉ）とイオン検出器又はコレク
ター（Ｃ）の間に、大きな偏向角をもった無収差の円筒
型静電偏向器が設けられている。この偏向器は、負の電
位をかけられた内側円筒電極D1と正の電位をかけてある
外側円筒電極D2とからなり、入射したイオンをイオン検
出器上にボケルことなしに投影できる。この投影は偏向
角が250〜260度の範囲にある場合に完全に達成され、特
に偏向角は255度が望ましい。(Operation) FIG. 2 shows the configuration of the ultrahigh vacuum gauge of the present invention, in which a large deflection angle is provided between the ionization chamber (I) and the ion detector or collector (C). A cylindrical electrostatic deflector for aberrations is provided. The deflector consists of an outer cylindrical electrode D 2 Metropolitan that is multiplied by the negative of the inner cylindrical electrodes D 1 and a positive potential applied potential, can project the incident ions without blurring it on an ion detector. This projection is achieved completely when the deflection angle is in the range of 250 to 260 degrees, and a deflection angle of 255 degrees is particularly desirable.
特に、偏向器に入射するイオンのエネルギーや入射角
が異なっていても、完全にイオン検出器に集束させるこ
とができる。In particular, even if the energy and the incident angle of the ions incident on the deflector are different, the ions can be completely focused on the ion detector.
すなわち、第２図において偏向器内に書かれている多
くの曲線は、偏向器内に、３種類のエネルギー（1.2E、
1.0E、0.8E）（E:イオンの通過エネルギー）を持ち、そ
れぞれ入射角が３度、２度、１度、０度、−１度、−２
度、−３度と異なったイオンが入射した時のイオンの軌
道計算の結果を示している。同図からわかるように、エ
ネルギーの異なるイオンは127.3度で空間的に分離して
いる。これは、従来よく使われている円筒エネルギー分
析器と同様である。しかし、本発明の場合は、250〜260
度でイオンビームの角度収差と色収差が０となり、完全
に集束している。250度から260度の偏向角は90度の偏向
角の約３倍であり、Ｘ線光電子の通過を完全に遮断す
る。このため、この偏向器を用いると、効率よく、Ｘ線
光電子を分離したイオンの数を計測することができる。That is, many curves written in the deflector in FIG. 2 show that three types of energy (1.2E,
1.0E, 0.8E) (E: ion passing energy), and the incident angles are 3, 2, 1, 0, -1 and -2, respectively.
2 shows the results of ion trajectory calculation when ions different from -3 degrees and -3 degrees are incident. As can be seen from the figure, ions with different energies are spatially separated at 127.3 degrees. This is the same as a conventional cylindrical energy analyzer that is widely used. However, in the case of the present invention, 250-260
In degrees, the angular aberration and chromatic aberration of the ion beam become 0, and the ion beam is completely focused. The deflection angle from 250 degrees to 260 degrees is about three times the 90 degree deflection angle, and completely blocks the passage of X-ray photoelectrons. Therefore, by using this deflector, the number of ions separated from the X-ray photoelectrons can be efficiently measured.
更に、この偏向器を用いることにより、イオンビーム
が集束するので、イオン検出器に２次電子増倍管を使う
ことができ、10-11Pa以下の圧力でイオンの数が少なく
なっても、１個１個数え上げることができる。Furthermore, since the ion beam is focused by using this deflector, a secondary electron multiplier can be used for the ion detector. Even if the number of ions decreases at a pressure of 10 -11 Pa or less, One by one can be counted.
次に本発明の実施例を示す。 Next, examples of the present invention will be described.
（実施例） 内側電極の半径が30mm、外側円筒電極の半径が40mmの
偏向器の前後に、イオン化室とイオン検出器を配置し
た。イオン検出器としてはチャンネルトロンを使用し
た。(Example) An ionization chamber and an ion detector were arranged before and after a deflector having a radius of the inner electrode of 30 mm and a radius of the outer cylindrical electrode of 40 mm. A channeltron was used as an ion detector.
この構成で、内外電極間に80ボルトの電圧をかけ、イ
オン化室でイオン化したイオンを偏向器を通してイオン
検出器で測定した。With this configuration, a voltage of 80 volts was applied between the inner and outer electrodes, and the ions ionized in the ionization chamber were measured by the ion detector through the deflector.
５×10-8Paの圧力の真空内で動作させたところ、電子
のビーム電流0.1mAで、イオン電流として2.5×10-12Aを
検出した。これは、この真空計の感度ＡがＡ＝0.05（P
a）-1を意味する。この値は、従来のエキストラクター
真空計と同程度であり、従来のヘルマー真空計に比較し
て、約１〜２桁大きい値である。When operated in a vacuum at a pressure of 5 × 10 −8 Pa, an electron beam current of 0.1 mA and an ion current of 2.5 × 10 −12 A were detected. This is because the sensitivity A of this gauge is A = 0.05 (P
a) Means -1 . This value is about the same as that of the conventional extractor vacuum gauge, and is about 1 to 2 orders of magnitude larger than that of the conventional Helmer vacuum gauge.
（発明の効果） 以上詳述したように、本発明の極高真空用真空計は、
無収差の偏向器を用いているので、イオン電流から軟Ｘ
線を完全に分離でき、10-10Pa以下、特に10-14Pa以下の
圧力でも感度を落すことなく測定できる。(Effects of the Invention) As described above in detail, the ultrahigh vacuum gauge of the present invention
Since a deflector with no aberration is used, soft X
The line can be completely separated, and the measurement can be performed at a pressure of 10 −10 Pa or less, particularly 10 −14 Pa or less without lowering the sensitivity.
第１図は従来の真空計の構成を示す図で、（ａ）はエキ
ストラクター真空計の場合、（ｂ）はヘルマー真空計の
場合、（ｃ）は変形ヘルマー真空計の場合を示し、 第２図は本発明の極高真空用真空計の構成を示す図であ
る。 Ｆ……フィラメント、Ｉ……イオン化室、Ｒ……リペ
ラ、Ｅ……引出し電極、Ｃ……コレクター（イオン検出
器）、D1、D3……内側電極、D2、D4……外側電極。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional vacuum gauge, in which (a) shows the case of an extractor vacuum gauge, (b) shows the case of a Helmer vacuum gauge, and (c) shows the case of a modified Helmer vacuum gauge. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the ultrahigh vacuum gauge of the present invention. F ...... filaments, I ...... ionization chamber, R ...... repeller, E ...... extraction electrode, C ...... collector (ion detector), D 1, D 3 ...... inner electrode, D 2, D 4 ...... outer electrode.
Claims (2)
ン化室から発射されるイオンビームが集束し、全てのイ
オンをイオン検出器に入射させる、偏向角が250〜260度
の範囲の無収差の静電偏向器を設けてなることを特徴と
する極高真空用真空計。An ion beam emitted from an ionization chamber is focused between an ionization chamber and an ion detector, and all ions are incident on the ion detector. An ultra-high vacuum gauge comprising an electrostatic deflector for aberration.
請求項（１）記載の極高真空用真空計。2. The vacuum gauge according to claim 1, wherein a secondary electron multiplier is used for the ion detector.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1270793A JP2662585B2 (en) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | Ultra high vacuum gauge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1270793A JP2662585B2 (en) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | Ultra high vacuum gauge |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03131735A JPH03131735A (en) | 1991-06-05 |
| JP2662585B2 true JP2662585B2 (en) | 1997-10-15 |
Family
ID=17491086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1270793A Expired - Lifetime JP2662585B2 (en) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | Ultra high vacuum gauge |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2662585B2 (en) |
Families Citing this family (3)
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5113434A (en) * | 1974-07-25 | 1976-02-02 | Yashima Boeki Co Ltd | Ekitainenryono nenshokoritsukaizenhoho |
-
1989
- 1989-10-18 JP JP1270793A patent/JP2662585B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH03131735A (en) | 1991-06-05 |
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