KR102550943B1 - Triode type ionization vacuum gauge and pressure measurement method - Google Patents

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마사히로 후쿠하라
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가부시키가이샤 아루박
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Abstract

<과제> 측정 대상물의 내부의 압력을 정확하게 측정할 수 있는 삼극관형 전리 진공계를 제공한다.
<해결 수단> 본 발명에 관한 삼극관형 전리 진공계는, 필라멘트와 그리드와 이온 수집기를 구비한다. 상기 그리드는, 상기 필라멘트의 주위에 배치된다. 상기 이온 수집기는, 통 모양이며 상기 그리드의 주위에 배치되고 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 이상인 재료에 의해 구성된다.<Project> To provide a triode type ionization vacuum gauge capable of accurately measuring the pressure inside a measurement object.
<Solution> A triode type ionization vacuum system according to the present invention includes a filament, a grid, and an ion collector. The grid is disposed around the filaments. The ion collector has a tubular shape, is disposed around the grid, and is made of a material having a thermal conductivity of 173 W/(m·K) or more at 300 K.

Description

삼극관형 전리 진공계 및 압력 측정 방법{TRIODE TYPE IONIZATION VACUUM GAUGE　AND PRESSURE MEASUREMENT METHOD}Triode ionization vacuum gauge and pressure measurement method {TRIODE TYPE IONIZATION VACUUM GAUGE　AND PRESSURE MEASUREMENT METHOD}

본 발명은, 삼극관형 전리 진공계 등의 기술에 관한 것이다.The present invention relates to technologies such as a triode type ionization vacuum system.

진공 처리 장치는, 스패터링이나, 증착에 의한 성막 등을 행하는 진공 챔버를 구비하고 있다. 이 진공 챔버 내의 압력은, 제품 생산률에 큰 영향을 주기 때문에, 진공 챔버 내의 압력은 정확하게 측정할 필요가 있다. 진공 챔버 내의 압력 중, 1 Pa~10-6Pa 범위의 압력을 정밀도 좋게 측정하는 장치로서 삼극관형 전리 진공계가 알려져 있다.The vacuum processing apparatus includes a vacuum chamber in which sputtering, film formation by vapor deposition, and the like are performed. Since the pressure in the vacuum chamber greatly affects the product production rate, it is necessary to accurately measure the pressure in the vacuum chamber. Among the pressures in a vacuum chamber, a triode type ionization vacuum system is known as a device for accurately measuring a pressure in the range of 1 Pa to 10 -6 Pa.

삼극관형 전리 진공계는, 일반적으로, 헤어핀상(역V자 모양)의 필라멘트와, 필라멘트 주위에 배치되는 나선상의 그리드와, 그리드 주위에 그리드와 동축으로 배치되는 원통형 이온 수집기를 구비하고 있다. 그리드에는 필라멘트보다 높은 전압(정전압)이 부여되고, 이온 수집기에는 그리드보다도 낮은 전압이 부여된다.A triode ionization vacuum system generally includes a hairpin-shaped (inverted V-shaped) filament, a spiral grid disposed around the filament, and a cylindrical ion collector disposed around the grid coaxially with the grid. A higher voltage (constant voltage) than that of the filament is applied to the grid, and a voltage lower than that of the grid is applied to the ion collector.

필라멘트가 통전되면, 필라멘트(필라멘트의 정수리부 부근)로부터 열전자가 방사되고, 이 열전자는 그리드를 향해 가속되어 그리드에 의해 포착된다. 열전자의 일부는, 그리드 근방에서, 삼극관형 전리 진공계의 내부를 비산하고 있는 기체 분자와 충돌하고, 이것에 의해 기체 분자가 이온화 된다.When the filament is energized, hot electrons are emitted from the filament (near the top of the filament), and these hot electrons are accelerated toward the grid and captured by the grid. Some of the thermoelectrons collide with gas molecules scattered in the triode ionization vacuum system in the vicinity of the grid, whereby the gas molecules are ionized.

이온화 된 기체 분자(양이온)는, 이온 수집기에 끌어 당겨져 이온 수집기에 충돌해, 이온 수집기로부터 전자를 받는다. 이온화 된 기체 분자가, 이온 수집기로부터 전자를 받는 것에 의해, 이온 수집기에는 이온 전류가 발생한다. 이 이온 전류 값은, 삼극관형 전리 진공계의 내부를 비산하고 있는 기체 분자의 양에 비례하므로, 이온 전류의 값을 측정함으로써, 삼극관형 전리 진공계가 장착된 측정 대상물(예를 들면, 진공 처리 장치)의 내부 압력을 측정하는 것이 가능하다.The ionized gas molecules (positive ions) are attracted to the ion collector, collide with the ion collector, and receive electrons from the ion collector. When the ionized gas molecules receive electrons from the ion collector, an ion current is generated in the ion collector. Since this ion current value is proportional to the amount of gas molecules scattered inside the triode ionization vacuum meter, by measuring the value of the ion current, the measurement target (e.g. vacuum processing device) equipped with the triode ionization vacuum meter It is possible to measure the internal pressure of

여기서, 하기 특허 문헌 1, 2에 기재되어 있는 바와 같이, 기체 분자(양이온)가 이온 수집기의 표면에 충돌할 때, 기체 분자가 이온 수집기의 표면에 흡착(예를 들면, 물리 흡착, 화학 흡착)되어 분자층(물리 흡착층, 화학 흡착층)이 형성되어 버리는 경우가 있다.Here, as described in Patent Documents 1 and 2 below, when gas molecules (positive ions) collide with the surface of the ion collector, the gas molecules are adsorbed to the surface of the ion collector (eg, physical adsorption, chemical adsorption). and a molecular layer (physical adsorption layer, chemical adsorption layer) may be formed.

이온 수집기에 있어서 축방향의 중앙 부근 영역은, 양이온의 충돌 확률이 높은 영역이며, 양이온이 이 영역에 계속적으로 충돌함으로써, 분자층으로부터, 중성 파편 분자, 중성 원자 또는 이들의 이온 등의 입자가 가급적(可及的 )으로 방출된다. 이 때문에, 이온 수집기에 있어서 축방향의 중앙 부근 영역은, 분자층이 퇴적 되기 어려운 영역으로 되어 있다. 한편, 이온 수집기에 있어서 축방향의 양단부 부근의 영역은, 양이온의 충돌 확률이 낮은 영역이며, 양이온이 계속적으로 충돌하지 않기 때문에, 양이온이 분자층으로서 퇴적되기 쉬운 영역으로 되어 있다.In the ion collector, the region near the center in the axial direction is a region in which the probability of collision of cations is high, and as cations continuously collide in this region, particles such as neutral fragment molecules, neutral atoms, or ions thereof are removed from the molecular layer as much as possible. (possibly) released. For this reason, in the ion collector, the region near the center in the axial direction is a region in which the molecular layer is difficult to deposit. On the other hand, in the ion collector, the region near both ends in the axial direction is a region in which the collision probability of cations is low, and since cations do not continuously collide, cations are easily deposited as a molecular layer.

또한, 본 발명에 관련된 기술로서 이하의 특허 문헌 3및 특허 문헌 4를 예시할 수 있다.Further, as techniques related to the present invention, Patent Document 3 and Patent Document 4 below can be exemplified.

특허 문헌 1 : 국제공개 제2016/151997호Patent Document 1: International Publication No. 2016/151997 특허 문헌 2 : 국제공개 제2016/139894호Patent Document 2: International Publication No. 2016/139894 특허 문헌 3 : 특개 2006-343305호 공보Patent Document 3: Japanese Unexamined Publication No. 2006-343305 특허 문헌 4 : 특개평 5-66170호 공보Patent Document 4: Japanese Patent Laid-Open No. 5-66170

이온 수집기에 있어서 축방향의 양단부 부근에 형성된 분자층 등의 영향으로, 측정 대상물의 내부 압력을 정확하게 측정할 수 없다는 문제가 있다.In the ion collector, there is a problem that the internal pressure of the object to be measured cannot be accurately measured due to the influence of the molecular layer formed near both ends in the axial direction.

이상과 같은 사정에 감안하여, 본 발명의 목적은, 측정 대상물의 내부 압력을 정확하게 측정할 수 있는 삼극관형 전리 진공계를 제공하는 것에 있다.In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a triode type ionization vacuum system capable of accurately measuring the internal pressure of a measurement object.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 삼극관형 전리 진공계는, 필라멘트와 그리드와 이온 수집기를 구비한다. 상기 그리드는, 상기 필라멘트 주위에 배치된다. 상기 이온 수집기는 통 모양이며 상기 그리드 주위에 배치되고, 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 이상인 재료에 의해 구성된다.To achieve the above object, the triode type ionization vacuum system according to the present invention includes a filament, a grid, and an ion collector. The grid is disposed around the filaments. The ion collector has a tubular shape and is arranged around the grid, and is made of a material having a thermal conductivity of 173 W/(m·K) or more at 300 K.

이 삼극관형 전리 진공계에서는, 이온 수집기가 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 이상인 재료에 의해 구성되어 있다. 즉, 이온 수집기가 열전도율이 높은 재료에 의해 구성되어 있다. 이것에 의해, 필라멘트에서 발생하는 열이 이온 수집기 전체에 전달되기 쉬워져, 이온 수집기에 있어서의 축방향 양단부 근방에서도, 이온 수집기의 온도를 올릴 수 있다. 이것에 의해, 이온 수집기에 있어서의 축방향 양단부 근방에서 분자층이 형성되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 이 삼극관형 전리 진공계에서는, 측정 대상물의 내부 압력을 정확하게 측정할 수 있다.In this triode type ionization vacuum system, the ion collector is made of a material having a thermal conductivity of 173 W/(m K) or higher at 300 K. That is, the ion collector is made of a material with high thermal conductivity. This makes it easier for heat generated in the filament to be transmitted to the entire ion collector, so that the temperature of the ion collector can be raised even in the vicinity of both ends in the axial direction of the ion collector. This can prevent molecular layers from being formed in the vicinity of both ends in the axial direction in the ion collector. As a result, in this triode type ionization vacuum system, the internal pressure of the object to be measured can be accurately measured.

상기 삼극관형 전리 진공계에 있어서, 상기 필라멘트에의 공급 전력이 4W이하여도 좋다.In the above triode type ionization vacuum system, the power supplied to the filament may be 4 W or less.

여기서, 필라멘트에의 공급 전력이 4W이하로 되는 소형 삼극관형 전리 진공계에서는, 필라멘트에서 발생하는 열이 낮아지기 쉽기 때문에, 이온 수집기에 있어서 축방향의 양단부 근방에 있어서 온도가 낮아지기 쉽다고 하는 문제가 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 삼극관형 전리 진공계는, 열전도율이 높은 재료에 의해 이온 수집기가 구성되어 있다. 따라서, 필라멘트에의 공급 전력이 4W이하로 되는, 필라멘트의 열이 낮아지기 쉬운 소형 삼극관형 전리 진공계에 있어서도, 이온 수집기에 있어서 축방향의 양단부 근방에서 이온 수집기의 온도를 적절히 올릴 수 있다.Here, in a small triode ionization vacuum system in which power supplied to the filament is 4 W or less, the heat generated from the filament tends to be low, so there is a problem that the temperature tends to be low in the vicinity of both ends in the axial direction in the ion collector. On the other hand, as described above, in the triode ionization vacuum system according to the present invention, the ion collector is made of a material with high thermal conductivity. Therefore, even in a small triode type ionization vacuum system in which the power supplied to the filament is 4 W or less and the heat of the filament tends to be low, the temperature of the ion collector can be appropriately raised in the vicinity of both ends in the axial direction in the ion collector.

상기 삼극관형 전리 진공계는, 지지 부재를 더 구비하고 있어도 좋다. 상기 지지 부재는, 상기 이온 수집기를 지지하고, 상기 이온 수집기를 구성하는 재료보다도 열전도율이 낮은 재료로 구성된다.The triode type ionization vacuum system may further include a support member. The support member supports the ion collector and is made of a material having a lower thermal conductivity than a material constituting the ion collector.

이것에 의해, 이온 수집기의 열이 지지 부재로 달아나 버리는 것을 방지할 수 있어서, 이온 수집기의 열을 높은 상태로 유지할 수 있다.Thus, it is possible to prevent the heat of the ion collector from escaping to the support member, and the heat of the ion collector can be maintained at a high level.

상기 삼극관형 전리 진공계는, 수용부를 더 구비하고 있어도 좋다. 상기 수용부는, 금속 재료에 의해 구성되고, 상기 필라멘트, 상기 그리드 및 상기 이온 수집기를 내부에 수용한다.The triode type ionization vacuum system may further include an accommodating unit. The accommodating portion is made of a metal material and accommodates the filament, the grid, and the ion collector therein.

이와 같이, 수용부를 금속 재료에 의해 구성함으로써, 열전자가 수용부에 충돌했을 때 차지업이 발생해 버리는 것을 방지할 수 있어서 수용부 내의 공간 내의 전위 분포를 일정하게 유지할 수 있다. 이것에 의해, 장시간에 걸쳐 일정한 감도로 압력을 측정할 수 있다.In this way, by configuring the accommodating portion with a metal material, it is possible to prevent a charge-up from occurring when thermal electrons collide with the accommodating portion, and the potential distribution in the space within the accommodating portion can be kept constant. This makes it possible to measure the pressure with constant sensitivity over a long period of time.

본 발명에 관한 압력 측정 방법은, 필라멘트와, 상기 필라멘트 주위에 배치되는 그리드와, 통 모양이며 상기 그리드 주위에 배치되고 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 이상인 재료에 의해 구성된 이온 수집기를 구비하는 삼극관형 전리 진공계를 마련하고, 상기 삼극관형 전리 진공계에 의해 측정 대상물의 내부의 압력을 측정한다.A pressure measuring method according to the present invention includes a filament, a grid disposed around the filament, and an ion collector made of a material having a thermal conductivity of 173 W/(m K) or more at 300 K and disposed around the grid in a tubular shape. A triode-type ionization vacuum gauge is provided, and the internal pressure of the object to be measured is measured by the triode-type ionization vacuum gauge.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 측정 대상물의 내부의 압력을 정확하게 측정할 수 있는 삼극관형 전리 진공계를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a triode type ionizing vacuum system capable of accurately measuring the pressure inside a measurement object.

도 1은 본 발명에 관한 일 실시 형태에 관한 삼극관형 전리 진공계를 옆에서 본 모식도이다.
도 2는 삼극관형 전리 진공계를 위에서 본 모식도이다.
도 3은 이온 수집기의 재료로서 이용된 7 종류의 금속 재료와, 이들 금속 재료에 있어서 300K에서의 열전도율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 이온 수집기의 재질이 각각 다른 삼극관형 전리 진공계에 의해 측정된 진공 챔버 내의 압력을 나타내는 도면이다.
도 5는 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 미만인 재료에 의해 이온 수집기가 구성된 비교예에 있어서, 이온 수집기에 충돌하는 양이온의 움직임의 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6은 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 이상인 재료에 의해 이온 수집기가 구성된 경우에 있어서, 이온 수집기에 충돌하는 양이온의 움직임의 모습을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram of a triode type ionization vacuum system according to an embodiment of the present invention viewed from the side.
Fig. 2 is a schematic diagram of a triode-type ionization vacuum system viewed from above.
Fig. 3 is a diagram showing the relationship between seven types of metal materials used as materials for the ion collector and the thermal conductivity at 300 K in these metal materials.
4 is a diagram showing the pressure in the vacuum chamber measured by the triode type ionization vacuum gauge made of different ion collector materials.
5 is a schematic diagram showing the movement of positive ions colliding with the ion collector in a comparative example in which the ion collector is made of a material having a thermal conductivity of less than 173 W/(m·K) at 300 K.
Fig. 6 is a schematic diagram showing the movement of positive ions colliding with the ion collector in the case where the ion collector is made of a material having a thermal conductivity of 173 W/(m·K) or more at 300 K.

이하, 본 발명에 관한 실시 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment concerning this invention is described, referring drawings.

<삼극관형 전리 진공계의 전체 구성 및 각 부의 구성><Overall composition and composition of each part of triode type ionization vacuum system>

도 1은, 본 발명에 관한 일 실시 형태에 관한 삼극관형 전리 진공계(100)를 옆에서 본 모식도이다. 도 2는, 삼극관형 전리 진공계(100)를 위에서 본 모식도이다.Fig. 1 is a schematic view of a triode type ionization vacuum system 100 according to an embodiment of the present invention viewed from the side. Fig. 2 is a schematic view of the triode ionization vacuum system 100 viewed from above.

이들 도면에 나타난 바와 같이, 삼극관형 전리 진공계(100)는, 센서 유닛(10)과 제어 유닛(20)을 구비하고 있다. 센서 유닛(10)은, 센서 본체(11)(수용부), 필라멘트(12), 그리드(13), 이온 수집기(14), 복수의 단자(15a)~(15e), 그리드 지지 부재(16)와 이온 수집기 지지 부재(17)(지지 부재)를 구비하고 있다.As shown in these figures, the triode type ionization vacuum system 100 includes a sensor unit 10 and a control unit 20. The sensor unit 10 includes a sensor body 11 (accommodating part), a filament 12, a grid 13, an ion collector 14, a plurality of terminals 15a to 15e, a grid support member 16 and an ion collector support member 17 (support member).

센서 본체(11)는, 바닥부(11c)를 갖는 원통형의 형상을 갖고 있고, 그 내부에, 필라멘트(12), 그리드(13), 이온 수집기(14), 복수의 단자(15a)~(15e), 그리드 지지 부재(16)와 이온 수집기 지지 부재(17)가 수용된다.The sensor body 11 has a cylindrical shape with a bottom portion 11c, and therein, there is a filament 12, a grid 13, an ion collector 14, and a plurality of terminals 15a to 15e. ), the grid support member 16 and the ion collector support member 17 are accommodated.

센서 본체(11)는, 진공 챔버 등의 측정 대상물에 대해 센서 유닛(10)을 착탈 가능하게 설치하기 위한 플랜지부(11a)를 그것의 상부에 구비하고 있다. 플랜지부(11a)에 있어서, 상측 또한 내주측의 위치에는, O링 등의 진공 씰을 수용하기 위한 홈부(11b)가 둘레 방향(θ방향)을 따라 형성되어 있다. 플랜지부(11a)가 진공 씰을 통해 진공 챔버 등의 측정 대상물에 대해 고정되는 것에 의해, 삼극관형 전리 진공계(100)에 의해 측정 대상물 내부의 압력이 측정된다.The sensor main body 11 has a flange portion 11a for detachably attaching the sensor unit 10 to a measurement object such as a vacuum chamber at its upper portion. In the flange portion 11a, a groove portion 11b for accommodating a vacuum seal such as an O-ring is formed along the circumferential direction (θ direction) at an upper side and an inner peripheral side position. When the flange portion 11a is fixed to a measurement object such as a vacuum chamber via a vacuum seal, the pressure inside the measurement object is measured by the triode ionization vacuum gauge 100 .

센서 본체(11)는, 스텐레스, 니켈, 니켈과 철의 합금, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 티탄, 티탄 합금, 텅스텐, 몰리브덴, 혹은 이들 중 2 이상을 조합한 금속 재료에 의해 구성된다. 이 센서 본체(11)는, 어스 접지 되어 있다.The sensor body 11 is made of stainless steel, nickel, an alloy of nickel and iron, aluminum alloy, copper, a copper alloy, titanium, a titanium alloy, tungsten, molybdenum, or a metal material in combination of two or more of these. This sensor main body 11 is earth-grounded.

센서 본체(11)의 바닥부(11c)에는, 5개의 단자(15a)~(15e)가 절연체(도시하지 않음)를 통해 삽통되어 있다. 5개의 단자(15a)~(15e)는, Z축 방향으로 긴 원 기둥상의 부재이다. 또한, 단자의 형상에 대해서는, 삼각 기둥상이나 사각 기둥상 등의 형상이어도 좋고, 단자의 형상에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 이러한 단자는, 예를 들면, 철, 니켈, 코발트 등의 금속 재료에 의해 구성된다.Five terminals 15a to 15e are inserted through an insulator (not shown) into the bottom portion 11c of the sensor body 11. The five terminals 15a to 15e are circular columnar members elongated in the Z-axis direction. In addition, about the shape of a terminal, shapes, such as a triangular prism shape or a square prism shape, may be sufficient, and about the shape of a terminal, it is not specifically limited. These terminals are made of, for example, metal materials such as iron, nickel, and cobalt.

5개의 단자(15a)~(15e) 중, 2개의 단자(15a), (15b)가 필라멘트(12)와 접속되는 단자이며, 1개의 단자(15c)가 그리드(13)와 접속되는 단자이며, 나머지 2개의 단자(15d), (15e)가 이온 수집기(14)와 접속되는 단자이다.Among the five terminals 15a to 15e, two terminals 15a and 15b are terminals connected to the filament 12, and one terminal 15c is a terminal connected to the grid 13, The remaining two terminals 15d and 15e are terminals connected to the ion collector 14.

필라멘트(12)는, 센서 본체(11)의 중심 위치의 근방에 배치되어 있다. 필라멘트(12)는, 헤어핀상(역V자 모양)의 형상을 갖고 있고, 굵기가 예를 들면φ0. 1~0. 2 mm정도인 선상의 부재가 중앙에서 만곡되는 것에 의해 형성되어 있다. 또한, 필라멘트(12)는, 직선상의 형상을 갖고 있어도 좋고, 필라멘트(12)의 형상에 대해서는, 특별히 한정되지 않는다.The filament 12 is arranged near the center of the sensor body 11 . The filament 12 has a hairpin-like (inverted V-shape) shape, and has a thickness of, for example, φ0. 1 to 0. It is formed by bending a linear member of about 2 mm in the center. In addition, the filament 12 may have a linear shape, and the shape of the filament 12 is not particularly limited.

필라멘트(12)는, 그것의 높이 Hf(필라멘트(12)에 있어서 단자(15a), (15b)보다도 위에 있는 부분의 높이)가, 예를 들면 5mm~15mm정도로 된다.The filament 12 has a height Hf (the height of a portion of the filament 12 above the terminals 15a and 15b) of about 5 mm to 15 mm, for example.

필라멘트(12)에 있어서는, 만곡되어 있는 정수리부로부터 열전자가 방사된다. 필라멘트(12)에 있어서 만곡되어 있는 정수리부는, 축방향(Z축방향)에 있어서, 그리드(13) 및 이온 수집기(14)의 중심에 위치하고 있다(도 1 참조). 또한, 필라멘트(12)의 정수리부는, 수평 방향에 있어서도, 그리드(13) 및 이온 수집기(14)의 중심에 위치하고 있다(도 2 참조).In the filament 12, thermal electrons are radiated from the curved top of the head. The curved crown of the filament 12 is located at the center of the grid 13 and the ion collector 14 in the axial direction (Z-axis direction) (see Fig. 1). Further, the top of the filament 12 is located at the center of the grid 13 and the ion collector 14 even in the horizontal direction (see Fig. 2).

필라멘트(12)는, 예를 들면, 표면이 산화 이트륨으로 피복된 이리듐, 텅스텐 등의 금속 재료에 의해 구성된다.The filament 12 is made of, for example, a metal material such as iridium or tungsten whose surface is coated with yttrium oxide.

필라멘트(12)는, 그 일단측이 단자(15a)에 대해 전기적 및 기계적으로 접속되어 있고, 타단측이 단자(15b)에 대해서 전기적 및 기계적으로 접속되어 있다. 단자(15a) 및 단자(15b)는, 필라멘트(12)의 단자로서의 역할 외에, 필라멘트(12)를 하방으로부터 지지하는 지지 핀으로서의 역할도 하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 필라멘트(12)에의 공급 전력은 4W이하로 된다.The filament 12 has one end side electrically and mechanically connected to the terminal 15a, and the other end side electrically and mechanically connected to the terminal 15b. The terminal 15a and the terminal 15b play a role as a support pin supporting the filament 12 from below in addition to the role as a terminal of the filament 12 . In this embodiment, the power supply to the filament 12 is 4 W or less.

그리드(13)는, 필라멘트(12) 주위에서 필라멘트(12)와 동심으로 배치되어 있다. 그리드(13)는, 나선상의 형상을 갖고 있고, 예를 들면, 굵기가φ0. 1~0. 3mm정도인 선상 부재가 나선상으로 감겨지는 것에 의해 형성된다. 또한, 그리드(13)는, 펀칭 메탈 시트, 포토 에칭 시트가 통 모양으로 형성되는 것에 의해 구성되어 있어도 좋고, 그리드(13)의 형상에 대해서는, 특별히 한정되지 않는다.The grids 13 are arranged concentrically with the filaments 12 around the filaments 12 . The grid 13 has a spiral shape and has, for example, a thickness of φ0. 1 to 0. It is formed by winding a linear member of about 3 mm into a spiral shape. The grid 13 may be formed by forming a cylindrical shape of a punched metal sheet or a photoetching sheet, and the shape of the grid 13 is not particularly limited.

그리드(13)는, 높이 Hg(도 1 참조)가 예를 들면 10~30mm정도로 되고, 직경φg(도 2 참조)가 예를 들면 5mm~15mm정도로 된다. 또한, 그리드(13)의 높이 Hg는, 필라멘트(12) 높이 Hf의 2배의 높이로 되어 있다.The grid 13 has a height Hg (see FIG. 1) of, for example, about 10 to 30 mm, and a diameter φg (see FIG. 2) of about 5 mm to 15 mm, for example. In addition, the height Hg of the grid 13 is twice the height of the filament 12 height Hf.

그리드(13)는, 예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴, 표면이 백금으로 피복된 몰리브덴, 탄탈, 백금, 이리듐, 백금과 이리듐의 합금, 니켈, 니켈과 철의 합금, 스텐레스 혹은, 이들 중 2 이상을 조합한 금속 재료에 의해 구성된다.The grid 13 is made of, for example, tungsten, molybdenum, molybdenum whose surface is coated with platinum, tantalum, platinum, iridium, an alloy of platinum and iridium, nickel, an alloy of nickel and iron, stainless, or two or more of these. It is constituted by the combined metal material.

그리드(13)는, 하단부가 단자(15c)에 대해서 전기적 및 기계적으로 접속되어 있다. 단자(15c)는, 그리드(13)의 단자로서의 역할 외에, 그리드(13)를 하방으로부터 지지하는 지지 핀으로서의 역할도 하고 있다. 단자(15c)의 상방에는, 그리드 지지 부재(16)가 수직 설치되어 있다. 이 그리드 지지 부재(16)는, 축방향(Z축방향)으로 긴, 예를 들면 원 기둥상의 부재이며, 그리드(13)의 내주 측에 맞닿아 접해 있어, 그리드(13)를 내주측으로부터 지지하는 것이 가능하도록 되어 있다.The lower end of the grid 13 is electrically and mechanically connected to the terminals 15c. The terminals 15c not only serve as terminals of the grid 13, but also serve as support pins that support the grid 13 from below. A grid support member 16 is installed vertically above the terminal 15c. This grid support member 16 is a member that is elongated in the axial direction (Z-axis direction), for example, in the shape of a cylinder, and abuts against the inner circumferential side of the grid 13 to support the grid 13 from the inner circumferential side. It is made possible to do.

이온 수집기(14)는, 그리드(13) 주위에서 그리드(13)와 동심으로 배치되어 있다. 이온 수집기(14)는, 원통상의 형상을 갖고 있고, 두께 0.05mm~0.3mm정도의 판상 부재가 통 모양으로 형성되는 것에 의해 구성된다. 또한, 이온 수집기(14)는, 통 모양이면, 원통상에 한정되지 않고, 각통 등의 형상에 의해 구성되어 있어도 좋다.The ion collector 14 is arranged around the grid 13 concentrically with the grid 13 . The ion collector 14 has a cylindrical shape and is constituted by forming a tubular plate-like member having a thickness of about 0.05 mm to 0.3 mm. In addition, the ion collector 14 is not limited to a cylindrical shape as long as it is cylindrical, and may be configured by a shape such as a square tube.

이온 수집기(14)는, 높이 Hi(도 1 참조)가 예를 들면 10~30mm정도로 되고, 직경φi(도 2 참조)이 예를 들면 10mm~30mm정도로 된다. 또한, 이온 수집기(14)의 높이 Hi는, 그리드(13)의 높이 Hg와 동일한 정도로 되고, 또한, 필라멘트(12) 높이 Hf의 2배의 높이로 된다.The ion collector 14 has a height Hi (see FIG. 1) of, for example, about 10 to 30 mm, and a diameter φi (see FIG. 2) of about 10 mm to 30 mm, for example. The height Hi of the ion collector 14 is equal to the height Hg of the grid 13, and is twice the height Hf of the filament 12.

이온 수집기(14)는, 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 이상인 금속 재료에 의해 구성된다. 이온 수집기(14)의 재료는, 상기 특성을 갖는 재료이면 어떠한 재료가 이용되어도 좋지만, 이 재료로는, 예를 들면, 텅스텐, 구리, 그라파이트 등의 금속 재료가 이용된다. 또한, 이온 수집기(14)의 재료로서 이러한 재료가 이용되는 이유에 대해서는, 다음에 상술한다.The ion collector 14 is made of a metal material having a thermal conductivity of 173 W/(m·K) or more at 300 K. As the material of the ion collector 14, any material may be used as long as it has the above characteristics. As the material, for example, a metal material such as tungsten, copper, or graphite is used. Incidentally, the reason why such a material is used as the material of the ion collector 14 will be described in detail next.

이온 수집기(14)는, 이온 수집기 지지 부재(17)를 통해 단자(15d)및 단자(15e)와 전기적 및 기계적으로 접속되어 있다. 단자(15d), 단자(15e)는, 이온 수집기(14)의 단자로서의 역할 외에, 이온 수집기(14)를 하방으로부터 지지하는 지지 핀으로서의 역할도 하고 있다.The ion collector 14 is electrically and mechanically connected to a terminal 15d and a terminal 15e via an ion collector supporting member 17 . The terminals 15d and 15e not only serve as terminals of the ion collector 14, but also serve as support pins for supporting the ion collector 14 from below.

이온 수집기 지지 부재(17)는, 단자(15d), (15e) 및 이온 수집기(14)와 전기적 및 기계적으로 접속되어 있고, 단자(15d), (15e)에 의해 하방으로부터 지지받으면서, 이온 수집기(14)를 하방으로부터 지지한다. 이온 수집기 지지 부재(17)는, 단자(15d) 측, 단자(15e) 측에 각각 1개 배치되어 있다.The ion collector supporting member 17 is electrically and mechanically connected to the terminals 15d and 15e and the ion collector 14, and is supported from below by the terminals 15d and 15e, and the ion collector ( 14) is supported from below. One ion collector support member 17 is disposed on the terminal 15d side and one terminal 15e side, respectively.

이 이온 수집기 지지 부재(17)는, 두께가 얇은 판상 부재가 이온 수집기(14)의 외주를 따라 만곡하도록 하여 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이온 수집기 지지 부재(17)는, 둘레 방향(θ방향)으로 짧은 형상으로 되어 있지만, 이온 수집기(14) 전체 둘레((360°)에 걸쳐 설치되어 있어도 좋다.The ion collector support member 17 is formed by making a thin plate-like member curved along the outer circumference of the ion collector 14 . In this embodiment, the ion collector support member 17 has a short shape in the circumferential direction (θ direction), but it may be provided over the entire circumference (360°) of the ion collector 14.

이온 수집기 지지 부재(17)는, 이온 수집기(14)보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 구성되어 있다(예를 들면, 300K). 이온 수집기 지지 부재(17)의 재료는, 이온 수집기(14)보다 열전도율이 낮은 재료이면 어떠한 재료가 이용되어도 괜찮지만, 이 재료로서는, 예를 들면, 스텐레스강(SUS304), 철, 니켈, 코발트 등의 금속 재료가 이용된다.The ion collector supporting member 17 is made of a material having a lower thermal conductivity than that of the ion collector 14 (for example, 300K). Any material may be used for the material of the ion collector support member 17 as long as it has a lower thermal conductivity than that of the ion collector 14, but examples of this material include stainless steel (SUS304), iron, nickel, cobalt, and the like. of metal materials are used.

제어 유닛(20)은, 하우징을 구비하고 있고, 하우징 내부에는, 콘트롤러(21), 전류계(22), 3개의 전원(23a)~(23c) 등이 내장되어 있다. 콘트롤러(21)는, CPU(Central processing Unit)나, 휘발성, 비휘발성의 메모리 등을 포함한다.The control unit 20 has a housing, and a controller 21, an ammeter 22, three power sources 23a to 23c, and the like are incorporated inside the housing. The controller 21 includes a CPU (Central Processing Unit), volatile and nonvolatile memory, and the like.

CPU는, 메모리에 기억된 각종 프로그램에 기초하여, 삼극관형 전리 진공계(100)의 각 부를 통괄적으로 제어한다. 예를 들면, CPU는, 각 전원(23)a~(23c)의 동작을 제어하는 처리나, 전류계(22)에서 측정된 이온 전류치에 기초하여 압력을 산출하는 처리, 산출된 압력을 디스플레이(도시하지 않음) 상에 표시하는 처리 등을 실행한다.The CPU collectively controls each part of the triode type ionization vacuum system 100 based on various programs stored in the memory. For example, the CPU performs a process of controlling the operation of each power supply 23a to 23c, a process of calculating a pressure based on the ion current value measured by the ammeter 22, and a display of the calculated pressure (shown in the figure). Do not) Executes processing such as displaying on the image.

전류계(22)는, 이온 수집기(14)에 흐르는 이온 전류치를 측정해, 측정한 값을 콘트롤러(21)에 출력한다. 3개의 전원(23)a~(23c) 중, 제1 전원(23a)은, 필라멘트(12)에 직류 전류를 통전하여 필라멘트(12)를 적열시키기 위한 전원이며, 제2 전원(23b)은, 필라멘트(12)보다도 높은 전위를 그리드(13)에 부여하기 위한 전원이다. 또한, 제3 전원(23c)은, 필라멘트(12)의 전위를 이온 수집기(14)의 전위보다도 높게 하기 위한 전원이다.The ammeter 22 measures the value of the ion current flowing through the ion collector 14 and outputs the measured value to the controller 21 . Among the three power sources 23a to 23c, the first power source 23a is a power source for heating the filament 12 by passing a direct current through the filament 12, and the second power source 23b, It is a power supply for applying a potential higher than that of the filament 12 to the grid 13. Also, the third power source 23c is a power source for making the potential of the filament 12 higher than that of the ion collector 14 .

또한, 하우징에는, 각 전원(23)에 도통하는 출력 단자(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 센서 유닛(10) 및 제어 유닛(20)은, 커넥터가 장착된 케이블에 의해 접속된다. 또한, 센서 유닛(10) 및 제어 유닛(20)은, 동일한 하우징 내부에 설치되어 있어도 좋다.Further, the housing is provided with an output terminal (not shown) conducting to each power source 23, and the sensor unit 10 and control unit 20 are connected by a cable with a connector. In addition, the sensor unit 10 and the control unit 20 may be provided inside the same housing.

<시험><test>

다음으로, 이온 수집기(14)의 열전도율과 측정되는 압력과의 관계를 조사하기 위해 행해진 시험에 대해 설명한다. 이 시험에서는, 이온 수집기(14)의 재료로서 7 종류의 재료가 준비되고, 이온 수집기(14)의 재질이 다른 7 종류의 삼극관형 전리 진공계(100)에 의해, 각각, 진공 배기시 진공 챔버 내의 압력이 측정되었다.Next, a test conducted to investigate the relationship between the thermal conductivity of the ion collector 14 and the pressure to be measured will be described. In this test, 7 types of materials are prepared as materials for the ion collector 14, and 7 types of triode type ionization vacuum gauges 100 with different materials for the ion collector 14 are used, respectively, in the vacuum chamber during evacuation. pressure was measured.

도 3은, 이온 수집기(14)의 재료로서 이용된 7 종류의 금속 재료와, 이들 금속 재료에 있어서 300K에서의 열전도율과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 4는, 이온 수집기(14)의 재질이 각각 다른 삼극관형 전리 진공계(100)에 의해 측정된 진공 챔버 내의 압력을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the seven types of metal materials used as the material of the ion collector 14 and the thermal conductivity at 300 K in these metal materials. FIG. 4 is a diagram showing the pressure in the vacuum chamber measured by the triode type ionization vacuum gauge 100 of which the material of the ion collector 14 is different.

또한, 이 시험에서는, 필라멘트(12)의 재료로서 표면이 산화 이트륨으로 피복된 이리듐이 이용되고, 필라멘트(12)의 굵기는 φ0.127mm(산화 이트륨 피복 전)로 되었다. 또한, 필라멘트(12)의 높이 Hf는10 mm로 되었다.In this test, iridium whose surface is coated with yttrium oxide was used as a material for the filament 12, and the thickness of the filament 12 was ?0.127 mm (before the yttrium oxide coating). Also, the height Hf of the filament 12 was set to 10 mm.

또한, 그리드(13)의 재료로서 표면이 백금으로 피복된 몰리브덴이 이용되고, 그리드(13)의 굵기는φ0.25 mm로 되었다. 또한, 그리드(13)의 높이 Hg는 20mm로 되고, 그리드(13)의 직경φg은 10mm로 되었다.Further, as a material for the grid 13, molybdenum whose surface is coated with platinum was used, and the grid 13 had a thickness of ?0.25 mm. Also, the height Hg of the grid 13 was 20 mm, and the diameter φg of the grid 13 was 10 mm.

또한, 이온 수집기(14)의 재료로는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 그라파이트, 구리, 텅스텐, 몰리브덴, 니켈, 백금, 스텐레스강(SUS304)의 7 종류가 이용되었다. 이들 7 종류 재료의 300K에서의 열전도율(면 방향)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 차례로, 700W/(m·K), 401W/(m·K), 173W/(m·K), 138W/(m·K), 90.9W/(m·K), 71.6W/(m·K), 16W/(m·K)이다.In addition, as the material of the ion collector 14, as shown in FIG. 3, seven types of graphite, copper, tungsten, molybdenum, nickel, platinum, and stainless steel (SUS304) were used. The thermal conductivities (plane direction) at 300 K of these seven materials are, in order, 700 W/(m K), 401 W/(m K), 173 W/(m K), and 138 W/(m K), as shown in FIG. (m K), 90.9 W/(m K), 71.6 W/(m K), and 16 W/(m K).

또한, 이온 수집기(14)의 두께는, 0.1mm로 되고, 이온 수집기(14)의 높이 Hi는 20mm로 되고, 이온 수집기(14)의 직경φi은 17mm로 되었다.In addition, the thickness of the ion collector 14 was 0.1 mm, the height Hi of the ion collector 14 was 20 mm, and the diameter phi i of the ion collector 14 was 17 mm.

또한, 이온 수집기 지지 부재(17)의 재료로서 스텐레스강(SUS304)이 이용되었다.Also, stainless steel (SUS304) was used as a material for the ion collector supporting member 17.

또한, 필라멘트(12)의 전위는 25V로 되고, 그리드(13)의 전위는 150 V로 되고, 이온 수집기(14)의 전위는 0V로 되었다. 또한, 필라멘트(12)에의 공급 전력은 4W이하로 되고, 필라멘트(12)와 그리드(13) 사이의 에미션(emission) 전류는,1 mA로 되었다.Further, the potential of the filament 12 became 25V, the potential of the grid 13 became 150V, and the potential of the ion collector 14 became 0V. In addition, the power supplied to the filament 12 was 4 W or less, and the emission current between the filament 12 and the grid 13 was 1 mA.

또한, 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 이상인 그라파이트, 구리, 텅스텐이 이온 수집기(14)의 재료로서 이용되는 경우가, 본 발명에 관한 실시 형태에 대응하고 있다. 한편, 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 미만인 몰리브덴, 니켈, 백금, 스텐레스강(SUS304)이 이온 수집기(14)의 재료로서 이용되는 경우가, 비교예에 대응하고 있다.In addition, the case where graphite, copper, or tungsten having a thermal conductivity of 173 W/(m·K) or more at 300 K is used as the material of the ion collector 14 corresponds to the embodiment related to the present invention. On the other hand, a case in which molybdenum, nickel, platinum, or stainless steel (SUS304) having a thermal conductivity at 300 K of less than 173 W/(m K) is used as a material for the ion collector 14 corresponds to a comparative example.

도 4를 참조하면, 도 4에는, 이온 수집기(14)의 재질이 각각 다른 삼극관형 전리 진공계(100)에 의해 측정된 진공 챔버 내의 압력이 도시되고 있다. 도 4에 있어서, 세로축은 측정된 압력을 나타내고 있고, 횡축은 시간(전체12시간)을 나타내고 있다. 또한, 몰리브덴, 니켈, 백금에 대해서는, 대략 동일한 그래프로 되었기 때문에, 동일한 그래프로 표시되어 있다.Referring to FIG. 4 , the pressure in the vacuum chamber measured by the triode type ionization vacuum gauge 100 made of different materials of the ion collector 14 is shown. In Fig. 4, the vertical axis represents the measured pressure, and the horizontal axis represents the time (total 12 hours). In addition, about molybdenum, nickel, and platinum, since they became substantially the same graph, they are displayed by the same graph.

도 4에서는, 가장 열전도율이 높은 그라파이트의 도달 압력(2Х10-6Pa)이 가장 낮고, 열전도율이 낮아짐에 따라 도달 압력이 서서히 높아져, 가장 열전도율이 낮은 스텐레스강(SUS304)의 도달 압력(1Х10-4Pa)이 가장 높은 결과로 되었다. 또한, 도달 압력은, 압력이 진공 배기와 함께 하강한 후, 압력이 안정적으로 일정하게 되었을 때의 값이다.In FIG. 4, the ultimate pressure (2Х10 -6 Pa) of graphite having the highest thermal conductivity is the lowest, and the ultimate pressure gradually increases as the thermal conductivity decreases, and the ultimate pressure (1Х10 -4 Pa) of stainless steel (SUS304) having the lowest thermal conductivity ) was the highest result. Incidentally, the ultimate pressure is a value when the pressure becomes stably constant after the pressure is lowered together with evacuation.

이 결과로부터, 열전도율이 높아질수록, 도달 압력이 낮아지는 것을 알 수 있다. 즉, 이온 수집기(14)의 열전도율과 도달 압력 사이에는, 반비례 관계가 있는 것을 알 수 있다.From this result, it can be seen that the higher the thermal conductivity, the lower the ultimate pressure. That is, it turns out that there is an inverse proportional relationship between the thermal conductivity of the ion collector 14 and the ultimate pressure.

도 4에 있어서, 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 미만인 몰리브덴, 니켈, 백금에 대응하는 그래프와, 스텐레스강에 대응하는 그래프의 비교예에 관한 2개의 그래프에 주목한다. 이들 그래프에 도시되는 압력은, 진공 배기에 의해 진공 챔버 내의 압력이 낮아짐에 따라서 서서히 하강하여, 약 2Х10-5Pa(측정 한계치)까지 하강한 후, 서서히 상승해 약 8Х10-5Pa에 도달하고, 그 후 안정되어 버렸다.In FIG. 4, attention is paid to two graphs relating to a comparative example of a graph corresponding to molybdenum, nickel, and platinum having a thermal conductivity of less than 173 W/(m·K) at 300 K and a graph corresponding to stainless steel. The pressure shown in these graphs gradually decreases as the pressure in the vacuum chamber is lowered by evacuation, to about 2Х10 -5 Pa (measurement limit), then gradually rises to about 8Х10 -5 Pa, After that, it became stable.

이와 같이, 이온 수집기(14)의 재료로서 열전도율이 낮은 재료가 이용되면, 측정되는 압력이 일단 하강한 후 상승하여 어느 일정한 값으로 되어 안정된다고 하는 거동이 발생한다.In this way, when a material with low thermal conductivity is used as the material of the ion collector 14, a behavior occurs in which the measured pressure once decreases and then increases to a certain constant value and is stable.

<압력이 불안정한 거동이 되는 이유><Reason why pressure becomes unstable behavior>

이하, 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 미만인 재료에 의해 이온 수집기(14)가 구성된 비교예에 있어서, 압력이 이러한 거동으로 되는 이유에 대해 설명한다. 도 5는, 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 미만인 재료에 의해 이온 수집기(14)가 구성된 비교예에 있어서의, 이온 수집기(14)에 충돌하는 양이온(1)의 움직임의 모습을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 5에서는, 편의에 따라, 그리드(13)를 생략하여 도시하고 있다.Hereinafter, in a comparative example in which the ion collector 14 is made of a material having a thermal conductivity of less than 173 W/(m·K) at 300 K, the reason why the pressure behaves in this way will be explained. Fig. 5 shows the movement of positive ions 1 colliding with the ion collector 14 in a comparative example in which the ion collector 14 is made of a material having a thermal conductivity of less than 173 W/(m K) at 300 K. It is also a schematic representation. In addition, in FIG. 5, the grid 13 is omitted for convenience.

필라멘트(12)가 통전되면, 필라멘트(12)의 정수리부 부근으로부터 열전자가 방사되고, 이 열전자는 그리드(13)을 향해 가속되어, 그리드(13)에 의해 포착된다. 열전자의 일부는, 그리드(13) 근방에 있어서, 삼극관형 전리 진공계(100)의 내부를 비산하고 있는 기체 분자와 충돌해, 이것에 의해, 기체 분자가 이온화되어 양이온(1)이 발생한다.When the filament 12 is energized, hot electrons are emitted from the vicinity of the top of the filament 12, and these hot electrons are accelerated toward the grid 13 and captured by the grid 13. Some of the thermoelectrons collide with gas molecules scattered inside the triode ionization vacuum system 100 in the vicinity of the grid 13, thereby ionizing the gas molecules and generating positive ions (1).

양이온(1)은, 이온 수집기(14)에 끌어 당겨져 이온 수집기(14)에 충돌하여, 이온 수집기(14)로부터 전자를 받는다.Positive ions 1 are attracted to the ion collector 14, collide with the ion collector 14, and receive electrons from the ion collector 14.

양이온(1)이, 이온 수집기(14)로부터 전자를 받는 것에 의해, 이온 수집기(14)에는, 이온 전류가 발생하고, 이 이온 전류의 값이 전류계(22)에 의해 측정된다. 이것에 의해, 진공 챔버 내부의 압력이 측정된다.When positive ions 1 receive electrons from ion collector 14, ion current is generated in ion collector 14, and the value of this ion current is measured by ammeter 22. By this, the pressure inside the vacuum chamber is measured.

도 4에 있어서, 스텐레스강에 대응하는 그래프와, 몰리브덴, 니켈, 백금에 대응하는 그래프의 2개의 그래프에 주목한다. 이들 그래프에 있어서, 진공 챔버의 진공 배기에 따라, 압력이 서서히 하강하고 있을 때, 기체 분자(양이온(1))가 이온 수집기의 표면에 충돌하고, 표면에 충돌한 기체 분자는, 일부가 기체로서 탈리하고, 나머지 일부가 분자층(예를 들면, 흡착 분자(2)에 의한 물리 흡착층, 혹은 화학 흡착층 등)이 되는 평형 상태가 형성된다.In Fig. 4, attention is paid to two graphs: a graph corresponding to stainless steel and a graph corresponding to molybdenum, nickel, and platinum. In these graphs, when the pressure gradually decreases as the vacuum chamber is evacuated, gas molecules (positive ions 1) collide with the surface of the ion collector, and some of the gas molecules colliding with the surface are formed as gases. After desorption, an equilibrium state is formed in which the remaining part becomes a molecular layer (for example, a physical adsorption layer or a chemical adsorption layer by adsorbed molecules 2).

또한, 백금은 화학적으로 매우 안정적이기 때문에, 이온 수집기(14)가 백금에 의해 구성되어 있는 경우에는, 화학 흡착에 의한 분자층은, 다른 예에 비해 거의 형성되지 않는다. 즉, 도 5의 이온 수집기(14)의 표면에 존재하는 기체 분자의 모식도는, 어느 시점에서의 평형 상태를 나타내고 있지만, 여기서 기체 분자(예를 들면, 물분자)가 이온 수집기(14)의 표면에 충돌한 결과로서 형성되는 분자층은, 물리 흡착이 지배적이라고 생각할 수 있다.Also, since platinum is chemically very stable, when the ion collector 14 is made of platinum, a molecular layer by chemical adsorption is hardly formed compared to other examples. That is, the schematic diagram of gas molecules present on the surface of the ion collector 14 in FIG. 5 shows an equilibrium state at a certain point in time, but here gas molecules (eg, water molecules) are present on the surface of the ion collector 14 It can be considered that the molecular layer formed as a result of the collision is dominated by physical adsorption.

이온 수집기(14)에 있어서 축방향의 중앙 부근 영역은, 이온 수집기(14)의 표면에 서 흡착에 의한 분자층이 형성될 확률에 대해 양이온(1)이 충돌할 확률이 높은 영역으로 되고, 평형 상태에서 분자층이 퇴적되기 어려운 영역이다. 이 영역에서는, 분자층이 퇴적되기 어렵기 때문에, 이 영역에 대해 양이온(1)이 충돌해도 중성 분자, 중성 파편 분자, 중성 원자 또는 이들의 이온 등의 입자가 방출되기 어렵다.In the ion collector 14, the region near the center in the axial direction is a region in which the probability of collision of cations 1 is high relative to the probability of forming a molecular layer by adsorption on the surface of the ion collector 14, and equilibrium This is an area in which a molecular layer is difficult to deposit. Since the molecular layer is difficult to deposit in this region, particles such as neutral molecules, neutral fragment molecules, neutral atoms or ions thereof are hardly emitted even when positive ions 1 collide with this region.

한편, 이온 수집기(14)에 있어서 축방향의 양단부 부근의 영역은, 양이온(1)의 충돌 확률이 중앙 부근에 비해 낮은 영역이기 때문에, 시간의 경과에 따라, 분자층이 퇴적되기 쉬운 영역으로 되어 있다. 퇴적된 분자층에 대해서 양이온(1)이 충돌하면 중성 분자, 중성 파편 분자, 중성 원자 또는 이들의 이온 등이 방출된다.On the other hand, since the area near both ends in the axial direction of the ion collector 14 is an area where the collision probability of positive ions 1 is lower than that near the center, it becomes an area where molecular layers are likely to be deposited over time. there is. When the positive ions 1 collide with the deposited molecular layer, neutral molecules, neutral fragment molecules, neutral atoms or their ions are released.

그런데, 분자가 표면으로부터 탈리되는 에너지는, 분자 운동인 온도로부터도 고찰할 수 있다. 이 관점으로부터 이온 수집기(14)를 보면, 축방향의 중앙 부근은 열이 발생하는 필라멘트(12)의 정수리부에 가까운 영역이기 때문에, 온도가 높은 영역으로 되어 있다(도 5 참조). 따라서, 이온 수집기(14)의 축방향 중앙 부근의 분자층은 양단부에 비해 높은 에너지를 보유하고 있다. 결국, 양단부에 비해 중앙 부근의 평형 상태는 탈리가 지배적이며, 양단부는 흡착이 지배적으로 된다고 생각할 수 있다. 따라서, 이온 수집기(14)의 온도의 관점으로부터도, 이온 수집기(14)에 있어서 축방향의 중앙 부근의 영역은, 분자층이 퇴적되기 어려운 영역으로 되어 있고, 축방향의 양단부 부근의 영역은, 분자층이 퇴적되기 쉬운 영역으로 되어 있다.By the way, the energy by which molecules are detached from the surface can also be considered from temperature, which is molecular motion. Looking at the ion collector 14 from this point of view, since the vicinity of the center in the axial direction is an area close to the top of the filament 12 where heat is generated, it is a high-temperature area (see Fig. 5). Therefore, the molecular layer near the axial center of the ion collector 14 has higher energy than both ends. As a result, it can be considered that the equilibrium state near the center is dominated by desorption compared to both ends, and adsorption is dominant at both ends. Therefore, also from the viewpoint of the temperature of the ion collector 14, the region near the center in the axial direction of the ion collector 14 is a region in which the molecular layer is difficult to deposit, and the region near both ends in the axial direction, It is a region where a molecular layer is likely to be deposited.

진공 챔버의 진공 배기의 개시로부터 시간이 더 경과하면, 센서 본체(11) 내의 기체 분자의 조성은 진공 챔버의 배기 능력에 따른 조성으로 변화한다. 일반적으로는 흡착에 대해 탈리가 우세한 기체 분자가 우선적으로 배기되는 결과, 진공 챔버 내부는 흡착이 우세한 기체 분자가 우세한 조성으로 변화해 간다. 예를 들면, 센서 본체(11) 내의 기체의 조성은, 진공 챔버로부터 배기되기 어려운 물분자가 증가한 조성으로 변화해 간다고 생각할 수 있다. 당연하지만, 측정 대상인 진공 챔버 내의 조성의 변화에 따라, 이온 수집기(14) 표면의 분자층의 조성도 변화해 가게 된다.When more time elapses from the start of evacuation of the vacuum chamber, the composition of the gas molecules in the sensor body 11 changes to a composition corresponding to the evacuation capability of the vacuum chamber. In general, as a result of preferential evacuation of gas molecules that are more likely to be desorbed than to adsorption, the inside of the vacuum chamber changes to a composition in which gas molecules that are more likely to be adsorbed are dominant. For example, it is considered that the composition of the gas in the sensor body 11 changes to a composition in which water molecules that are difficult to be evacuated from the vacuum chamber increase. As a matter of course, the composition of the molecular layer on the surface of the ion collector 14 also changes as the composition of the vacuum chamber to be measured changes.

센서 본체(11) 내의 기체 분자의 조성이 변화해 가는 것 등에 기인하여, 이온 수집기(14) 표면 영역 전체에 있어서, 탈리보다 흡착이 우세하게 되는 평형 상태로 변화해 간다. 단, 이 변화의 프로세스는 완만하여, 실험예인 도 4에 있어서의 12 h/9시간 경과 시점에 있어서는 명확하게 확인할 수 없고, 12h/9시간 경과 후~12h경과의 기간에 있어서 그 변화를 확인할 수 있다고 말할 수 있다. 즉, 최종적인 평형 상태는12h경과한 시점이라고 생각된다. 이것은 진공 챔버 내의 조성이12h/9시간 경과 시점 근방에서, 통상의 대기 조성 비율로부터, 흡착 우세의 기체 조성으로 변화한 것을 나타내고 있다고 생각된다.Owing to a change in the composition of the gas molecules in the sensor body 11 and the like, the entire surface area of the ion collector 14 changes to an equilibrium state in which adsorption prevails over desorption. However, the process of this change is slow and cannot be clearly confirmed at the time of 12 h/9 hours in Fig. 4, which is an experimental example, and the change can be confirmed in the period from after 12 h/9 hours to 12 h. can be said to be That is, it is considered that the final equilibrium state is the point of time when 12 hours have elapsed. This is considered to indicate that the composition in the vacuum chamber changed from the normal atmospheric composition ratio to the adsorption-dominant gas composition near the lapse of 12 h/9 hours.

도 4에 있어서, 1.0Х10- 3Pa이하에서 흡착 우세의 기체 조성 환경을 발현하는 진공 배기계를 갖는 환경이라고 했지만, 대기 개방 시점으로부터 진공 배기 개시 당초의 기체 조성은, 초기 상태인 대기 조성과 큰 차이가 없다. 즉, 이온 수집기(14) 표면 영역 전체에서, 탈리 우세로 되는 평형 상태이며, 흡착은 진행하지 않는 상황이다. 즉, 이러한 당초의 상황에서는 도 4에 있어서 각종 재료의 시간 변화 곡선의 접선을 1차 함수의 기울기 값으로서 파악하면, 모두 마이너스의 값으로 되고 있는 것으로부터 확인할 수 있다.In FIG. 4, it is said that the environment has a vacuum exhaust system that develops an adsorption-dominant gas composition environment at 1.0Х10 - 3 Pa or less, but the gas composition at the beginning of vacuum exhaust from the time of opening to the atmosphere is significantly different from the atmospheric composition in the initial state. there is no That is, it is an equilibrium state in which desorption prevails over the entire surface area of the ion collector 14, and adsorption does not proceed. That is, in such an initial situation, if the tangents of the time-varying curves of various materials in FIG. 4 are grasped as the slope values of the linear functions, it can be confirmed that they are all negative values.

그러나 1.0Х10- 4Pa이하에 있어서, 기체 조성의 변동에 수반하여, 이온 수집기(14) 표면에서의 조성이 변화하기 시작한 것을, 도 4의 변동으로부터 확인할 수 있다. 다른 진공도 측정 장치에 의한 진공도의 기재는 도 4에는 생략되어 있지만, 그라파이트의 값이 진공 챔버에 있어서의 진짜 진공도에 가깝기 때문에, 본래라면 그라파이트와 같은 진공도를 나타내야 하는 것이다. 그러나 다른 소재에서는 진공도가 서서히 악화, 즉 기울기는 마이너스이지만, 제로에 가까워져 가는 경향을 나타내고 있다.However, at 1.0Х10 - 4 Pa or less, it can be confirmed from the variation in Fig. 4 that the composition on the surface of the ion collector 14 starts to change along with the variation in the gas composition. Although the description of the vacuum degree by other vacuum measuring devices is omitted in FIG. 4, since the value of graphite is close to the true vacuum degree in the vacuum chamber, it should originally show the same vacuum degree as that of graphite. However, in other materials, the degree of vacuum gradually deteriorates, that is, the slope is negative, but it shows a tendency to approach zero.

이것은 당초의 이온 수집기(14) 표면의 조성이 대기 조성으로부터 흡착 우세의 기체 조성으로 변화함으로써, 이온 수집기(14) 표면의 분자층의 두께에 변화가 생기고 있기 때문이다. 이 진공도에 이르기 전에는 차이가 생기지 않는다.This is because the thickness of the molecular layer on the surface of the ion collector 14 changes as the original composition of the surface of the ion collector 14 changes from the atmospheric composition to the gas composition in which adsorption is dominant. Before reaching this degree of vacuum, there is no difference.

이 현상은 흡착 우세의 기체 조성으로 되었기 때문에, 그 이전과 비교해, 흡착된 면의 온도 조건이 지배적으로 된 것을 나타내고 있다. 즉 도 4의 재료끼리의 비교에 있어서, 보다 저온면을 갖는 재료는 기체 분자를 흡착하기 쉬워, 그것의 흡착량, 즉 분자층의 두께를 증가시키고 있다고 생각된다.This phenomenon indicates that the temperature condition of the adsorbed surface became dominant compared to the previous one because the gas composition was adsorbed predominantly. In other words, in the comparison of the materials in Fig. 4, it is considered that a material having a lower temperature surface tends to adsorb gas molecules, increasing the adsorption amount, that is, the thickness of the molecular layer.

여기서, 이 두께를 증가시킨 분자층에 대해 양이온(1)이 충돌(입사)하면, 입사 에너지가 부여된 분자층의 분자는 탈리한다. 상세한 물리 현상에 대해서는 향후의 연구가 기대되지만, 이 진공도에 있어서 삼극관형 전리 진공계의 이온 수집기 표면에의 양이온의 입사에 대해 탈리하는 분자의 양은, 분자층의 두께와 비례 관계가 있는 것이 도 4등으로부터 알 수 있다.Here, when positive ions 1 collide (incident) to the molecular layer of which this thickness is increased, the molecules of the molecular layer to which the incident energy is applied are desorbed. Future research on detailed physical phenomena is expected, but it is shown in FIG. can be known from

즉, 분자층의 두께가 증가함으로써, 방출(탈리)되는 분자는 증대하는 관계가 있기 때문에, 1.0Х10- 4Pa이하에서 평형 상태가 흡착 우세로 됨에 따라, 탈리하는 분자도 증대하여, 이 탈리한 분자가 재차 진공계에 의해 계측되는 결과, 진공도의 측정치의 기울기는 제로 측으로 옮겨져 간다.That is, as the thickness of the molecular layer increases, the number of released (desorbed) molecules increases. As the equilibrium state becomes adsorption dominant at 1.0Х10 - 4 Pa or less, the number of desorbed molecules also increases. As a result of the molecules being measured again by the vacuum gauge, the slope of the measured value of the degree of vacuum is shifted to the zero side.

일반적으로, 흡착/탈리는 평형 상태로 이행한 단계에서 안정화된다. 즉 진공도의 측정치의 기울기가 제로가 된 시점을 흡착/탈리가 평형 상태라고 생각할 수 있다. 진공계를 사용하는 사용자는 이 평형 상태로 된 시점을 측정 한계로서 인식하고, 그 진공계의 능력차로서 파악하지만, 이 측정 한계가 시간과 함께 변동해 버리면, 본래의 진공도가 악화된 것과 구별을 하는 것이 어렵고, 또한 변동 그 자체가 측정기로서 사용자에게 불신을 초래하기 때문에 상품으로서 문제가 있다고 할 수 있다.In general, adsorption/desorption is stabilized at a stage transitioning to an equilibrium state. That is, the point at which the slope of the measured value of the degree of vacuum becomes zero can be considered as an adsorption/desorption equilibrium state. The user of the vacuum gauge recognizes the point at which this equilibrium state has been reached as the measurement limit, and understands it as the difference in the capacity of the vacuum gauge. It is difficult, and it can be said that there is a problem as a product because the fluctuation itself causes distrust to users as a measuring instrument.

즉, 기울기가 제로에서 전환하여 플러스로 되어 버리는 진공도를 계측해 버리는 것은 피하지 않으면 안되지만, 백금을 포함하는 해당 재료에 대해서는, 이 문제현상이 발생해 버린다. 이것은 이온 수집기(14) 표면의 온도가 낮고, 즉 다른 재료에 비교해 양이온의 입사 빈도에 대한 탈리와 흡착의 평형 상태가 흡착측이기 때문에, 분자층을 더 퇴적시켜 두께가 증가하여, 이 결과 양이온의 입사에 의한 분자의 탈리량이 증대하기 때문이다.That is, it is necessary to avoid measuring the degree of vacuum in which the gradient changes from zero to positive, but this problem occurs for the material containing platinum. This is because the temperature of the surface of the ion collector 14 is low, that is, the equilibrium state of desorption and adsorption with respect to the incident frequency of cations is on the adsorption side compared to other materials, so that a molecular layer is further deposited and the thickness is increased, as a result of which the cations This is because the amount of desorption of molecules due to incident increases.

12h/9시간 경과후~12h경과의 기간에 있어서, 상기 기울기가 플러스로 되는 원인은, 이온 수집기(14)의 축방향 양단부 부근(온도가 낮은 개소)에 퇴적된 분자층에 있어서, 이 분자층이 분자의 방출원으로 되고 있기 때문이다. 즉, 백금을 포함하는 각 재료로 이온 수집기(14)가 구성된 경우, 이 방출원으로부터 방출되는 분자의 영향으로, 센서 본체(11) 내의 압력이 국소적으로 높은 압력으로 되어 버려, 측정 대상물로서의 진공 챔버 내의 압력과는 다른 압력이 되어 버린다고 하는 문제가 있다. 이 때문에, 진공 챔버 내의 압력을 정확하게 측정할 수 없다고 하는 문제가 있다.In the period from 12 h/9 hours to 12 h, the cause of the positive slope is the molecular layer deposited near both ends in the axial direction of the ion collector 14 (where the temperature is low). This is because it serves as an emission source for these molecules. That is, when the ion collector 14 is made of each material including platinum, the pressure inside the sensor body 11 becomes locally high due to the influence of molecules emitted from this emission source, and the vacuum as the measurement target is reduced. There is a problem that the pressure becomes different from the pressure in the chamber. For this reason, there is a problem that the pressure in the vacuum chamber cannot be accurately measured.

<흡착 분자><Adsorption molecule>

다음으로, 흡착 분자(2)가 주로 어떤 분자인지를 판단하기 위해서 행해진 측정에 대해 설명한다. 이 측정에서는, 상기와 같이, 이온 수집기(14)의 재질이 다른 7 종류(그라파이트, 구리, 텅스텐, 몰리브덴, 니켈, 백금, 스텐레스강(SUS304))의 삼극관형 전리 진공계가 준비되었다. 그리고, 진공 챔버의 진공 배기를 행한 후, 필라멘트(12) OFF시 및 필라멘트(12) ON시에, 사중극 질량 분석계에 의해, 센서 본체(11) 내의 기체 분자의 매스 스펙트럼이 측정되었다.Next, the measurement performed to determine what type of molecule the adsorbed molecule 2 is mainly will be described. In this measurement, as described above, seven types of ion collector 14 (graphite, copper, tungsten, molybdenum, nickel, platinum, and stainless steel (SUS304)) triode type ionization vacuum meters were prepared. Then, after the vacuum chamber was evacuated, mass spectra of gas molecules in the sensor body 11 were measured by a quadrupole mass spectrometer when the filament 12 was turned off and when the filament 12 was turned on.

그 결과, 열전도율이 낮은 몰리브덴, 니켈, 백금, 스텐레스강의 4개의 재료에 대응하는 삼극관형 전리 진공계(비교예)에 있어서, 필라멘트(12) ON시에 매스 스펙트럼의 물의 피크치가, 필라멘트(12) OFF시에 매스 스펙트럼의 물의 피크치보다 현저하게 커졌다.As a result, in a triode ionization vacuum system (comparative example) corresponding to four materials of molybdenum, nickel, platinum, and stainless steel with low thermal conductivity, the peak value of water in the mass spectrum when the filament 12 is ON is , significantly larger than the peak value of water in the mass spectrum.

이것은, 필라멘트(12) ON시에 센서 본체(11) 내를 비산하고 있는 물분자의 양이, 필라멘트(12) OFF시에 센서 본체(11) 내를 비산하고 있는 물분자의 양보다도 상당히 많은 것을 나타내고 있다. 이 결과는, 흡착 분자(2)가 주로 물분자인 것을 나타내고 있다.This means that the amount of water molecules scattered in the sensor body 11 when the filament 12 is ON is significantly greater than the amount of water molecules scattered in the sensor body 11 when the filament 12 is OFF. indicates This result indicates that the adsorption molecules 2 are mainly water molecules.

즉, 필라멘트(12) OFF시에는, 물분자가 양이온(1)으로 되지 않기 때문에, 물분자가 이온 수집기(14)에 끌어 당겨지지 않고, 따라서, 물분자가 흡착 분자(2)로서 이온 수집기(14)에 흡착하고 있는 양은 적다. 따라서, 필라멘트(12) OFF시에는, 물분자의 방출원이 없기 때문에, 센서 본체(11) 내를 비산하고 있는 물분자의 양은, 진공 챔버 내의 물분자의 양과 대략 동일하고, 이 물분자의 양은 적다.That is, when the filament 12 is OFF, since the water molecules do not become positive ions 1, the water molecules are not attracted to the ion collector 14, and therefore the water molecules are adsorbed molecules 2 to the ion collector ( The amount adsorbed to 14) is small. Therefore, when the filament 12 is OFF, since there is no emission source of water molecules, the amount of water molecules scattered in the sensor body 11 is approximately the same as the amount of water molecules in the vacuum chamber, and the amount of water molecules is little.

한편, 필라멘트(12) ON시에는, 물분자가 양이온(1)으로 되어, 물분자가 이온 수집기(14)에 끌어 당겨진다. 또한, 열전도율이 낮은 재료에 의해 이온 수집기(14)가 구성되어 있으므로, 물분자가 흡착 분자(2)로서 이온 수집기(14)에 퇴적된다. 그리고, 퇴적된 물분자가, 물분자의 방출원으로 되기 때문에, 필라멘트(12) ON시에는, 센서 본체(11) 내를 비산하고 있는 물분자의 양이, 필라멘트(12) OFF시에 비해 상당히 많아진다.On the other hand, when the filament 12 is ON, water molecules become positive ions 1, and the water molecules are attracted to the ion collector 14. Also, since the ion collector 14 is made of a material with low thermal conductivity, water molecules are deposited on the ion collector 14 as adsorption molecules 2 . Also, since the accumulated water molecules serve as a water molecule emission source, when the filament 12 is ON, the amount of water molecules scattered in the sensor body 11 is significantly higher than when the filament 12 is OFF. It becomes a lot.

필라멘트(12) ON시에 있어서 매스 스펙트럼에의 물의 피크치가, 필라멘트(12) OFF시에 있어서 매스 스펙트럼의 물의 피크치보다도 현저하게 커졌다는 결과는, 이것을 나타내고 있고, 따라서, 흡착 분자(2)가 주로 물분자인 것을 알 수 있다.The result that the peak value of water in the mass spectrum when the filament 12 is ON is significantly larger than the peak value of water in the mass spectrum when the filament 12 is OFF indicates this, and therefore, the adsorbed molecules 2 are mainly It can be seen that it is a water molecule.

여기서의 측정에서는, 화학적으로 매우 안정적인 백금에 대해서도, 필라멘트(12) ON시 매스 스펙트럼의 물의 피크치가, 필라멘트(12) OFF시 매스 스펙트럼의 물의 피크치보다 현저하게 커진다고 하는 결과로 되었다. 이것은, 즉, 비교예에 있어서 압력이 불안정하게 되는 이유는, 화학 흡착에 의한 분자층의 형성이 주된 원인은 아니고, 물분자의 흡착에 의한 분자층의 형성이 주된 원인인 것을 나타내고 있다(백금은 화학 흡착에 의한 분자층이 형성되기 어렵기 때문에).In this measurement, even for platinum, which is chemically very stable, the peak value of water in the mass spectrum when the filament 12 is ON is significantly larger than the peak value of water in the mass spectrum when the filament 12 is OFF. This indicates that the reason why the pressure becomes unstable in the comparative example is not the formation of a molecular layer by chemical adsorption, but the formation of a molecular layer by adsorption of water molecules (platinum is because it is difficult to form a molecular layer by chemisorption).

또한, 열전도율이 높은 그라파이트, 구리, 텅스텐의 3개의 재료에 대응하는 삼극관형 전리 진공계(100)(본 실시 형태)에 있어서도, 필라멘트(12) ON시 매스 스펙트럼의 물의 피크치가, 필라멘트(12) OFF시 매스 스펙트럼의 물의 피크치보다 커졌지만, 그 차이는 작았다. 이것은, 본 실시 형태에 있어서는, 필라멘트(12) ON시에, 물분자가 흡착하는 양이, 비교예에 비해 상당히 적게 된 것을 나타내고 있다.In addition, even in the triode type ionization vacuum system 100 (this embodiment) corresponding to the three materials of graphite, copper, and tungsten having high thermal conductivity, the peak value of water in the mass spectrum when the filament 12 is ON is It was larger than the peak value of water in the sea mass spectrum, but the difference was small. This indicates that in the present embodiment, when the filament 12 is turned on, the amount of adsorbed water molecules is considerably smaller than that in the comparative example.

<작용 등><action, etc.>

이상 설명한 바와 같이, 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 미만인 재료에 의해 이온 수집기(14)가 구성된 비교예에 있어서는, 물분자의 이온 수집기(14)로의 흡착이 주된 원인으로, 측정되는 압력이 부정확하게 된다.As described above, in the comparative example in which the ion collector 14 is made of a material having a thermal conductivity of less than 173 W/(m K) at 300 K, the main cause is the adsorption of water molecules to the ion collector 14, which is measured Pressure becomes inaccurate.

이에, 본 실시 형태에서는, 흡착 분자(2)(특히, 물분자)의 발생을 방지하기 위해서, 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 이상인 재료(예를 들면, 그라파이트, 구리, 텅스텐)에 의해 이온 수집기(14)를 구성하는 것으로 하고 있다.Accordingly, in the present embodiment, in order to prevent the generation of adsorbed molecules 2 (in particular, water molecules), a material having a thermal conductivity of 173 W/(m K) or higher at 300 K (eg, graphite, copper, tungsten) Thus, the ion collector 14 is constituted.

도 6은, 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 이상인 재료에 의해 이온 수집기(14)가 구성된 경우에 있어서, 이온 수집기(14)에 충돌하는 양이온(1)의 움직임의 모습을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 6에서는, 편의적으로, 그리드(13)를 생략하여 도시하고 있다.Fig. 6 is a schematic diagram showing the movement of positive ions 1 colliding with the ion collector 14 in the case where the ion collector 14 is made of a material having a thermal conductivity of 173 W/(m K) or more at 300 K. am. In addition, in FIG. 6, the grid 13 is omitted for convenience.

도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 열전도율이 높은 재료에 의해 이온 수집기(14)가 구성되어 있으므로, 필라멘트(12)에서 발생하는 열을, 이온 수집기(14) 전체에 효율적으로 전달할 수 있다. 따라서, 이온 수집기(14)에 있어서, 축방향(Z축방향)의 중심부뿐 아니라, 축방향의 양단부 부근에 있어서도, 온도를 높게 할 수 있어서, 이온 수집기(14) 전체의 온도를 높게 할 수 있다.As shown in FIG. 6 , in this embodiment, since the ion collector 14 is made of a material with high thermal conductivity, the heat generated in the filament 12 can be efficiently transmitted to the entire ion collector 14. . Therefore, in the ion collector 14, the temperature can be increased not only in the center of the axial direction (Z-axis direction), but also in the vicinity of both ends in the axial direction, and the temperature of the entire ion collector 14 can be increased. .

따라서, 도 6에서는, 비교예에 있어서의 도 5와는 달리, 이온 수집기(14)의 축방향의 양단부 부근에 있어서, 양이온(1)으로서 이온 수집기(14)에 충돌한 기체 분자가, 이온 수집기(14)로부터 탈리하기 위한 에너지가 높아진다. 이것에 의해, 흡착 분자(2)(특히, 물분자)의 발생을 방지할 수 있다.Therefore, in FIG. 6, unlike FIG. 5 in the comparative example, in the vicinity of both ends in the axial direction of the ion collector 14, the gas molecules colliding with the ion collector 14 as positive ions 1 are transferred to the ion collector ( 14) The energy to detach from is increased. This makes it possible to prevent the generation of adsorbed molecules 2 (particularly, water molecules).

또한, 상기 시험에 있어서, 그라파이트, 구리, 텅스텐으로 구성된 이온 수집기(14)의 온도를 실제로 측정한 결과, 210도를 넘는 온도였다. 여기서, 이온 수집기(14)의 온도는, 200도 이상이 되면, 물분자 등의 흡착을 방지할 수 있는 것이 알려져 있고, 이것으로부터도, 본 실시 형태에서는, 적절히 흡착 분자(2)의 발생을 방지할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 시험에 있어서, 몰리브덴, 니켈, 백금, 스텐레스강(SUS304)으로 구성된 이온 수집기(14)(비교예)의 온도를 실제로 측정한 결과, 160°~180°였다.Also, in the above test, as a result of actually measuring the temperature of the ion collector 14 made of graphite, copper, and tungsten, it was a temperature exceeding 210 degrees. Here, it is known that adsorption of water molecules and the like can be prevented when the temperature of the ion collector 14 is 200 degrees or higher, and based on this, generation of the adsorbed molecules 2 is appropriately prevented in the present embodiment. know what you can do Also, in the above test, as a result of actually measuring the temperature of the ion collector 14 (comparative example) made of molybdenum, nickel, platinum, and stainless steel (SUS304), it was 160° to 180°.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 흡착 분자(2)의 발생을 방지하는 것이 가능하기 때문에, 비교예와 같이, 측정되는 압력이 부정확하게 되어 버리는 것을 방지할 수 있어서, 진공 챔버 등의 측정 대상물의 내부의 압력을 정확하게 측정할 수 있다.As described above, in this embodiment, since it is possible to prevent the generation of adsorbed molecules 2, it is possible to prevent the measured pressure from becoming inaccurate, as in the comparative example, so that the object to be measured such as a vacuum chamber The internal pressure can be accurately measured.

이것이, 도 4에 있어서의, 그라파이트, 구리, 텅스텐에 대응하는 그래프에 나타나 있다. 즉, 이들 그래프에 나타난 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 측정되는 압력은, 진공 배기에 의해 진공 챔버 내의 압력이 낮아짐에 따라서 서서히 하강하고, 소정의 값(측정 한계치)까지 하강한 후, 그 상태로 안정되어 일정한 값을 취하고 있다.This is shown in the graph corresponding to graphite, copper, and tungsten in FIG. 4 . That is, as shown in these graphs, in the present embodiment, the pressure to be measured gradually decreases as the pressure in the vacuum chamber is lowered by evacuation, and after dropping to a predetermined value (measurement limit value), it remains in that state. It is stable and takes a constant value.

여기서, 본 실시 형태에서는, 필라멘트(12)에의 공급 전력이 4W이하로 되어 있다. 필라멘트(12)에의 공급 전력이 4W이하로 되는 소형의 삼극관형 전리 진공계(100)에서는, 필라멘트(12)에서 발생하는 열이 낮아지기 쉽기 때문에, 아무런 대책을 강구하지 않으면 이온 수집기(14)의 축방향 양단부의 근방에 있어서 온도가 낮아지기 쉽다고 하는 문제가 있다.Here, in this embodiment, the supply power to the filament 12 is set to 4 W or less. In the small triode ionization vacuum system 100 in which the electric power supplied to the filament 12 is 4 W or less, the heat generated by the filament 12 tends to be low. There is a problem that the temperature tends to decrease in the vicinity of both ends.

한편, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 삼극관형 전리 진공계(100)는, 열전도율이 높은 재료에 의해 이온 수집기(14)가 구성되어 있다. 따라서, 필라멘트(12)에의 공급 전력이 4W이하로 되는, 필라멘트(12)의 열이 낮아지기 쉬운 소형의 삼극관형 전리 진공계(100)에 있어서도, 이온 수집기(14)에 있어서 축방향의 양단부 근방에서 이온 수집기(14)의 온도를 적절히 올릴 수 있다.On the other hand, as described above, in the triode ionization vacuum system 100 according to the present embodiment, the ion collector 14 is made of a material having high thermal conductivity. Therefore, even in the small triode ionization vacuum system 100, in which the power supplied to the filament 12 is 4 W or less and the heat of the filament 12 tends to be low, ions are ionized near both ends in the axial direction in the ion collector 14. The temperature of the collector 14 can be raised appropriately.

또한, 본 실시 형태에서는, 이온 수집기 지지 부재(17)가, 이온 수집기(14)를 구성하는 재료보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 구성되어 있다. 따라서, 이온 수집기(14)의 열이 이온 수집기 지지 부재(17)로 달아나 버리는 것을 방지할 수 있어서, 이온 수집기(14)의 열을 높은 상태로 유지할 수 있다.In the present embodiment, the ion collector support member 17 is made of a material whose thermal conductivity is lower than that of the material constituting the ion collector 14 . Therefore, the heat of the ion collector 14 can be prevented from escaping to the ion collector supporting member 17, and the heat of the ion collector 14 can be maintained at a high level.

또한, 본 실시 형태에서는, 센서 본체(11)가, 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 이와 같이, 센서 본체(11)를 금속 재료에 의해 구성함으로써, 필라멘트(12)로부터의 열전자가 센서 본체(11)에 충돌했을 때 차지업이 발생해 버리는 것을 방지할 수 있어서, 센서 본체(11) 내의 공간 내의 전위 분포를 일정하게 유지할 수 있다. 이것에 의해, 장시간에 걸쳐 일정한 감도로 압력을 측정할 수 있다.In this embodiment, the sensor main body 11 is made of a metal material. In this way, by configuring the sensor body 11 with a metal material, it is possible to prevent a charge-up from occurring when thermal electrons from the filament 12 collide with the sensor body 11, and the sensor body 11 The electric potential distribution in the space inside can be kept constant. This makes it possible to measure the pressure with constant sensitivity over a long period of time.

여기서, 이온 수집기(14)에 대한 흡착 분자(2)의 발생을 방지하기 위해서, 이온 수집기(14)의 축방향(Z축방향)의 양단부를 절삭하여, 이온 수집기(14)의 높이 Hi를 낮게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같이, 이온 수집기(14)의 높이 Hi를 낮게 해 버리면, 이온 수집기(14)에 있어서의 양이온(1)의 포착 효율이 낮아져 버릴 우려가 있다.Here, in order to prevent the generation of adsorbed molecules 2 to the ion collector 14, both ends of the ion collector 14 in the axial direction (Z-axis direction) are cut to lower the height Hi of the ion collector 14. can think of doing However, if the height Hi of the ion collector 14 is lowered in this way, there is a risk that the capture efficiency of the positive ions 1 in the ion collector 14 will be lowered.

한편, 본 실시 형태에서는, 열전도율이 높은 재료에 의해 이온 수집기(14)를 구성하는 것으로 흡착 분자(2)의 발생을 방지할 수 있으므로, 이온 수집기(14)의 높이 Hi를 낮게 할 필요가 없다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 이온 수집기(14)에 있어서의 양이온(1)의 포착 효율을 저하시키는 일 없이, 적절히, 흡착 분자(2)의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 이온 수집기(14)의 높이 Hi는, 필라멘트(12) 높이 Hf의 약 2배이며, 또한, 그리드(13) 높이 Hg와 동등한 높이로 되어 있다.On the other hand, in this embodiment, since the generation of adsorbed molecules 2 can be prevented by configuring the ion collector 14 with a material having high thermal conductivity, the height Hi of the ion collector 14 does not need to be reduced. Therefore, in the present embodiment, generation of the adsorbed molecules 2 can be appropriately prevented without reducing the capture efficiency of the cations 1 in the ion collector 14 . As described above, in the present embodiment, the height Hi of the ion collector 14 is approximately twice the height Hf of the filament 12, and is equal to the height Hg of the grid 13.

또한, 이것은, 이온 수집기(14)의 높이 Hi를 높게 해야 한다는 취지는 아니고, 예를 들면, 이온 수집기(14)의 높이 Hi를, 그리드(13)의 높이 Hg보다 낮은 높이로 할 수도 있다.In addition, this does not mean that the height Hi of the ion collector 14 must be made high, and the height Hi of the ion collector 14 can be made lower than the height Hg of the grid 13, for example.

1 : 양이온
2 :흡착 분자
10 : 센서 유닛
11 : 센서 본체
12 : 필라멘트
13 :그리드
14 :이온 수집기
15 : 단자
16 :그리드 지지 부재
17 : 이온 수집기 지지 부재
20 :제어 유닛
100 : 삼극관형 전리 진공계1: cation
2: adsorption molecule
10: sensor unit
11: sensor body
12: filament
13 : Grid
14: ion collector
15: Terminal
16: grid support member
17: ion collector support member
20: control unit
100: triode type ionization vacuum gauge

Claims (6)

필라멘트와,
상기 필라멘트의 주위에 배치되는 그리드와,
통 모양이며, 상기 그리드의 주위에 배치되고, 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 이상인 재료에 의해 구성된 이온 수집기와,
상기 이온 수집기를 지지하고, 상기 이온 수집기를 구성하는 재료보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 구성되고, 상기 이온 수집기를 수분자의 흡착을 방지하는 온도로 유지하는 지지 부재
를 구비하는 삼극관형 전리 진공계.with the filament,
A grid disposed around the filaments;
an ion collector having a cylindrical shape and disposed around the grid and made of a material having a thermal conductivity of 173 W/(m K) or more at 300 K;
A supporting member that supports the ion collector and is made of a material having a lower thermal conductivity than the material constituting the ion collector, and maintains the ion collector at a temperature that prevents adsorption of water molecules.
A triode-type ionization vacuum system comprising: 제1항에 있어서,
상기 필라멘트에의 공급 전력이 4W이하인
삼극관형 전리 진공계.According to claim 1,
The supply power to the filament is 4W or less
Triode-type ionizing vacuum gauge. 제1항에 있어서,
금속 재료에 의해 구성되고, 상기 필라멘트, 상기 그리드 및 상기 이온 수집기를 내부에 수용하는 수용부를 더 구비하는
삼극관형 전리 진공계.According to claim 1,
Further comprising an accommodating portion made of a metal material and accommodating the filament, the grid, and the ion collector therein.
Triode-type ionizing vacuum gauge. 삭제delete 필라멘트와, 상기 필라멘트의 주위에 배치되는 그리드와, 통 모양이며 상기 그리드의 주위에 배치되고 300K에서의 열전도율이 173W/(m·K) 이상인 재료에 의해 구성된 이온 수집기와, 상기 이온 수집기를 지지하고, 상기 이온 수집기를 구성하는 재료보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 구성되는 지지 부재를 구비하는 삼극관형 전리 진공계를 준비하고,
상기 이온 수집기의 온도가 수분자의 흡착을 방지하는 온도가 되도록 상기 필라멘트를 가열하고,
상기 삼극관형 전리 진공계에 의해, 측정 대상물의 내부의 압력을 측정하는
압력 측정 방법.A filament, a grid disposed around the filament, and an ion collector configured of a material having a tubular shape and disposed around the grid and having a thermal conductivity of 173 W/(m K) or more at 300 K, supporting the ion collector; , a triode type ionization vacuum system having a support member made of a material having a lower thermal conductivity than the material constituting the ion collector is prepared,
Heating the filament so that the temperature of the ion collector becomes a temperature that prevents adsorption of water molecules,
Measuring the pressure inside the object to be measured by the triode-type ionizing vacuum gauge
How to measure pressure. 제5항에 있어서,
상기 필라멘트, 상기 그리드 및 상기 이온 수집기를 내부에 수용하는 금속제의 수용부를 접지하고, 상기 수용부 내의 공간 내의 전위 분포를 일정하게 유지하는
압력 측정 방법.According to claim 5,
Grounding a metal accommodating portion accommodating the filament, the grid, and the ion collector therein, and maintaining a constant potential distribution in a space within the accommodating portion
How to measure pressure.
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