JP6964202B2 - 逆マグネトロン源によるガス分析 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

この出願は、２０１８年５月２９日に出願された米国仮出願第６２／６７７，３８６号の利益を主張し、２０１８年８月１０日に出願された米国仮出願第６２／７１７，６３４号の利益を主張して、２０１９年４月２９日に出願された米国非仮出願第１６／３９７，４３６号の継続出願であり、その優先権を主張する。上記出願の全教示は、参照により本明細書に組み込まれる。

高真空プロセスにおける問題の解決を容易にすることは常に求められている+。高真空プロセスは通常、大気圧からの真空チャンバのポンプダウンで開始するワークフローに従う。ユーザは、ポンプダウン中に真空チャンバの圧力を追跡し、全圧が目標圧力に達すると、真空プロセスまたは実験を開始できる。一般に、事前に指定された時間範囲内に目標圧力が満たされることが想定される。想定された時間が経過しても目標圧力に到達しない場合、または目標圧力に到達するのに通常よりも時間がかかる場合、真空システムのユーザは、真空チャンバの問題を解消する必要がある。多くの場合、問題解決に、電離真空計を用いるだけでなく、ヘリウム漏れ検出器を用いるために真空を破る必要があり、場合によっては、高価な残留ガスアナライザを用いて水のレベルを測定する必要がある。

したがって、高真空プロセスの問題解決に伴う時間と費用を削減する機器を提供することが、継続的に求められている。

全圧冷陰極電離真空計が開示される。逆マグネトロン電極設計が、水素、ヘリウム、水などの１つまたは複数のガスの分圧と共に、高真空システム内の全ガス圧を同時に検出および測定することができる。冷陰極電離真空計は、熱カソードを必要とせずに、純粋な電子プラズマを生成し、ガス分子との電子衝突によってイオンを生成するための逆マグネトロン放電を伴う冷イオン源（ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）を、備える。

一実施形態では、逆マグネトロン冷陰極電離真空計が提供される。真空計は、アノード電極と、アノード電極の一定長を囲み、アノード電極との間の放電空間に電場を生成するように配置されたカソード電極アセンブリとを備える。磁石アセンブリが、電場を横切る磁場を規定するように配置されている。カソード電極アセンブリの開口が、被モニタチャンバから放電空間へのガスの進入を可能にして、当該ガスのイオンが、放電空間内で形成されてカソード電極アセンブリに向かう方向に電場によって加速されるように、配置されている。カソード電極アセンブリの供給源アパーチャが、ガスのイオンの一部をカソード電極アセンブリの外に放出するように、配置されている。磁石アセンブリが、ガスのイオンの質量電荷比に基づいて、イオンの放出された部分を角度変位させるように、配置されている。検出器が、イオンの放出された部分の変位したイオン成分を検出するように配置されている。イオン電流測定回路が、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するように電気的に接続され、検出器で変位したイオン成分を受け取って生成された電流を測定するように電気的に接続されている。

さらなる関連する実施形態では、逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、イオン電流測定回路に電気的に接続され、被モニタチャンバからのガスの全圧の表示を含む、全圧ディスプレイと、イオン電流測定回路に電気的に接続され、被モニタチャンバからのガスの分圧の表示を含む、分圧ディスプレイと、をさらに備えてもよい。真空計は、ガスを被モニタチャンバからカソード電極アセンブリの開口に流すように配置されたガス入口通路をさらに備え、イオンの放出された部分は、ガス入口通路において、被モニタチャンバからのガスの流れと反対方向に移動してもよい。検出器は、ガス入口通路の側端またはガス入口通路の中心に配置されていてもよい。真空計は、供給源アパーチャと検出器との間に配置された静電シールドグリッドをさらに備えもよい。真空計は、供給源アパーチャと検出器との間に配置されたエネルギーフィルタグリッドをさらに備えてもよい。検出器は、イオンシールドと、検出器アパーチャと、ファラデーコレクタと、を備えてもよい。真空計は、２つ以上の検出器であって、それぞれが、イオンの放出された部分の２つ以上の異なる変位したイオン成分のうちの１つの異なるイオン成分を検出するように配置された、２つ以上の検出器を備えてもよい。真空計は、ファラデーコレクタのアレイを備える２つ以上の検出器を備えてもよい。真空計は、供給源アパーチャとファラデーコレクタのアレイとの間に配置されたエネルギーフィルタグリッドを備えてもよい。検出器は、電子増倍管を備えてもよい。真空計は、２つ以上の供給源アパーチャを備えてもよい。

他の関連する実施形態では、真空計は、電源と、電流制限回路と、を備えてもよく、電流制限回路は、電源とアノード電極との間に電気的に接続された電流制限抵抗器を持つものでもよい。アノード電圧制御回路が、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流に関わらず、アノード電極の電圧を一定に維持するように構成されていてもよい。アノード電圧制御回路が、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流に基づいて、アノード電極の電圧を変化させるように構成されていてもよい。強磁性体を含み得る磁場展開アセンブリが、カソード電極アセンブリの外に磁場を展開させるように配置されていてもよい。ハイパスイオンエネルギーフィルタが、所望の閾値エネルギーよりも高いエネルギーを有するイオンのみ、検出器に到達可能となるように構成されていてもよく、このフィルタは、検出器にバイアス電圧を印可する電圧源を備えてもよい。電圧源が、アノード電極の電圧に基づいて、ハイパスイオンエネルギーフィルタのバイアス電圧を変化させるように構成されていてもよい。ローパスイオンエネルギーフィルタが、所望の閾値エネルギーよりも低いエネルギーを有するイオンのみ、検出可能となるように構成されていてもよい。ローパスイオンエネルギーフィルタは、電圧がかけられたデフレクタプレートと、検出器のコレクタプレートとを含むものであってもよい。デフレクタプレートは、イオンの放出された部分の、変位したイオン成分のビーム経路に垂直であってもよく、または、イオンの放出された部分の、変位したイオン成分のビームの経路に対して角度を付けられ、コレクタプレートは、変位したイオン成分のビームの軸から外れていてもよい。磁石アセンブリは、電場を横切る磁場とカソード電極アセンブリの外側の外部磁場の両方を規定するように配置された一対の平板磁石を備えてもよい。磁石アセンブリは、円筒形磁石を備えていてもよい。円筒形磁石は、カソード電極アセンブリを囲み、供給源アパーチャと一致する開口を備えていてもよい。円筒形磁石は、電場を横切る磁場と、カソード電極アセンブリの外側の外部フリンジ磁場の両方を規定してもよい。

さらなる関連する実施形態では、真空計は、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流に少なくとも基づいて、被モニタチャンバからのガスの全圧を決定するように構成された全圧決定回路をさらに備えてもよい。供給源アパーチャグリッドが、供給源アパーチャに配置されていてもよい。フラックス制御検出器が、イオンの放出された部分の一部を収集するように配置されていてもよく、フラックスフィードバック回路が、アノード電極に電力を供給するように電気的に接続された高電圧電源を、フラックス制御検出器から受け取った電流に基づいて、調整するように構成されてもよい。磁気セクタまたは四重極質量フィルタが、供給源アパーチャと検出器との間に配置されていてもよく、供給源アパーチャは、飛行時間型質量分析計、イオントラップ、または無線周波数動的イオントラップにガスのイオンを放出するように配置されていてもよい。

他の関連する実施形態では、変位したイオン成分は、ヘリウムイオン、水素イオン、水イオン、および残留ガスイオンの少なくとも１つを含んでもよい。変位したイオン成分は、被モニタチャンバからのガスの他の成分から分離されたヘリウムイオンを含んでもよい。被モニタチャンバからのガスの他の成分から分離された水イオンを含んでもよく、または、それぞれが互いに分離され、被モニタチャンバからのガスの他の成分から分離されたヘリウムイオンと水イオンの両方を含んでもよい。

さらなる関連する実施形態では、真空計は、カソード回転カップリングを備えてもよい。電子制御アクチュエータが、カソード回転カップリングに連結されていてもよい。一対の平行板または一対の湾曲板などのイオンビームデフレクタが、供給源アパーチャと検出器との間に配置されていてもよい。デフレクタ電源が、イオンビームデフレクタの一対のデフレクタプレートの間に静電場を生成するようにイオンビームデフレクタに電気的に接続されていてもよい。デフレクタ電源は、（ｉ）イオンビームデフレクタの第２のデフレクタプレートの接地電圧に対して、正のデフレクタバイアス電圧をイオンビームデフレクタの第１のデフレクタプレートに提供するように、または（ｉｉ）第２のデフレクタプレートの接地電圧に対して負のデフレクタバイアス電圧を、第１のデフレクタプレートに提供するように、あるいは（ｉｉｉ）第１のデフレクタバイアス電圧を第１のデフレクタプレートに、第２のデフレクタバイアス電圧を第２のデフレクタプレートに提供するように、電気的に接続されていてもよい。

他の関連する実施形態では、デフレクタ制御回路が、デフレクタ制御信号をデフレクタ電源に供給するように構成されていてもよい。デフレクタ制御回路は、デフレクタ電源の電圧を変化させて、イオンビームデフレクタに、イオンの放出された部分の変位したイオン成分の偏向を変化させるように構成されていてもよい。デフレクタ制御回路は、（ｉ）時間に対する電圧の三角鋸歯状変化、または（ｉｉ）電圧波形に基づいて、デフレクタ電源の電圧を変化させて、変位したイオン成分のピーク幅および他のイオン成分に対する時間位置を制御するように構成されていてもよい。デフレクタ制御回路は、デフレクタ電源の電圧をスキャンして、イオンビームデフレクタで複数のイオン成分を偏向させ、デフレクタ電源の電圧のスキャンにともない複数のイオン成分を検出器に連続して検出させるように構成されていてもよい。デフレクタ制御回路は、デフレクタ電源の電圧をスキャンして複数のイオン成分の質量スペクトルの検出を可能にするように構成されていてもよい。イオン成分の１つが、残留ガスであってもよく、真空計は、検出器によって生成された電流に基づいて、残留ガス分圧を決定するように構成された残留ガス分圧測定回路をさらに備えてもよい。イオン成分の１つが、水であってもよく、真空計は、検出器によって生成された電流に基づいて、水分圧を決定するように構成された水分圧測定回路をさらに備えてもよい。イオン成分の１つが、ヘリウムであってもよく、真空計は、検出器によるヘリウムの検出によって生成された電流に基づいて、ヘリウム分圧を決定するように構成されたヘリウム分圧測定回路をさらに備えてもよい。自動ベースライン補正回路が、ヘリウム分圧のベースライン補正を行うように構成されていてもよい。イオン成分の１つが、水素であってもよい。

さらなる関連する実施形態では、デフレクタ制御回路は、デフレクタ電源の電圧を制御して、イオンビームデフレクタで異なるエネルギーおよび共通のイオン成分質量を有する変位したイオン成分を方向づけ、検出器の検出器アパーチャを通して集束させるように、構成されていてもよい。真空計は、カソード回転カップリングと、アクチュエータとをさらに備え、該アクチュエータがこのカソード回転カップリングを用いてカソード電極アセンブリを回転させて、異なるエネルギーを有する変位したイオン成分をデフレクタ電源の電圧で検出器へ指向させ、それらの異なるエネルギーを有する変位したイオン成分を、検出器アパーチャを通して検出器に集束させるように構成されていてもよい。集束される異なるエネルギーを有する変位したイオン成分は、水イオン成分を含んでもよく、残留ガスイオン成分を含んでもよい。デフレクタ制御回路は、変位したイオン成分の検出器のおける時間位置をアノード電極の電圧の変化にともなって変化させないように、アノード電極の電圧の変化にともなって、デフレクタ電源の電圧を変化させながら、前記変位したイオン成分をイオンビームデフレクタで検出器に指向させるように構成されていてもよい。真空計は、所望の閾値エネルギーよりも高いエネルギーを有するイオンのみが検出可能となるように構成されたハイパスイオンエネルギーフィルタをさらに備えてもよい。高エネルギーフィルタ制御回路が、アノード電極の電圧に比例してハイパスイオンエネルギーフィルタのバイアス電圧を低減させるように構成されていてもよい。

さらなる関連する実施形態では、イオン電流測定回路に電気的に接続された分圧ディスプレイが、被モニタチャンバからのガスの分圧を表示してもよく、分圧決定回路が、検出変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成され、イオン電流測定回路によって測定された電流に少なくとも基づいて、被モニタチャンバからのガスの分圧を決定するように構成されていてもよい。真空計は、モジュラーユニットに含まれていてもよく、当該モジュラーユニットは、イオン電流測定回路に電気的に接続され、被モニタチャンバからのガスの全圧を表示する、全圧ディスプレイと、イオン電流測定回路に電気的に接続され、被モニタチャンバからのガスの分圧を表示する、分圧ディスプレイと、イオン電流測定回路と、を備えてもよい。真空計は、イオン電流測定回路に電気的に接続され、被モニタチャンバからのガス中の水の分圧を表示する、水分圧ディスプレイをさらに備えてもよく、被モニタチャンバ内のガスの水分率（百分率）を表示する水分率ディスプレイを備えてもよい。水分率決定回路が、（ｉ）アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れ、イオン電流測定回路によって測定された全電流、（ｉｉ）変位したイオン成分を検出器が受けとることにより生成され、イオン電流測定回路によって測定された電流、および（ｉｉｉ）カソード電極アセンブリのガスのイオンに曝される部分の表面積に対する供給源アパーチャの断面積の比に少なくとも基づいて、水分率を決定するように構成されていてもよい。真空計は、被モニタチャンバからの残留ガスの分圧に対する被モニタチャンバからの水の分圧の比を表示する残留ガス対水比ディスプレイと、変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成され、イオン電流測定回路によって測定された電流に少なくとも基づいて、残留ガスの分圧に対する水の分圧の比を決定するように構成された残留ガス対水比決定回路と、をさらに備えてもよい。磁石アセンブリは、電場を横切る軸を中心に放射状に対称であってもよい。

さらなる関連する実施形態では、イオン電流測定回路は、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流と、変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成された電流との両方を測定するように電気的に接続されたイオン電流測定回路を備えてもよい。イオン電流測定装置は、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流からの第１のイオン電流信号および変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成された電流からの第２のイオン電流信号を含む複数のイオン電流信号を受信するように、電気的に接続し得るマルチプレクサを備えてもよい。イオン電流測定回路は、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するように電気的に接続された第１のイオン電流測定回路と、変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成された電流を測定するように電気的に接続された第２のイオン電流測定回路とを備えてもよい。イオン電流測定回路は、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するように電気的に接続された第１の電流計と、変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成された電流を測定するように電気的に接続された第２の電流計と、を備えてもよい。逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、（ｉ）アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流の低下と、（ｉｉ）変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成され、イオン電流測定回路によって測定された電流の増加との両方の同時発生を判定するように構成された二重信号漏れ検出回路をさらに備えてもよい。二重信号漏れ検出ディスプレイが、二重信号漏れ検出回路によって判定された同時発生に基づく漏れについての圧力データの表示を含んでもよい。

他の関連する実施形態では、逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、検出器の一定長を囲み、検出器アパーチャを備える検出器シールドをさらに備えてもよい。真空計は、検出器アパーチャを囲むまたは覆うエネルギーフィルタグリッドを備えてもよい。検出器シールド電気コネクタが、検出器シールドと、バイアス電圧を検出器シールドに印可する電圧源との間に、電気的に接続されていてもよい。真空計は、検出器シールド回転カップリングをさらに備えてもよく、検出器回転カップリングをさらに備えてもよい。その長手が検出器シールドによって囲まれている検出器は、ファラデーコレクタで構成されてもよく、当該ファラデーコレクタは、サイドシールドを備えるファラデーカップで構成されてもよい。検出器シールドは接地されていてもよい。真空計は、磁石回転カップリングをさらに備えてもよい。

さらなる関連する実施形態では、磁場展開アセンブリが、供給源アパーチャから検出器に向かって長手方向に延びる方向に磁場を展開させるように配置されていてもよい。磁場展開アセンブリは、磁石アセンブリと検出器との間に磁場を増加させるように配置された磁石を備えてもよく、供給源アパーチャと検出器との間に延在する通路の外側の少なくとも一部を囲む磁気ヨークを備えてもよい。磁石アセンブリは、カソードアセンブリ上に延在し供給源アパーチャから検出器に向かって長手方向に延びる方向に延在するモノリシック磁石を備えてもよい。

別の関連する実施形態では、逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、被モニタチャンバからのガスの全圧が閾値全圧より大きいときに全圧を測定するように接続された高圧全圧センサをさらに備えるコンビネーションゲージの一部を構成してもよく、逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、全圧が高圧全圧センサの閾値全圧未満であるときに被モニタチャンバからのガスの全圧を測定するように接続されていてもよい。高圧全圧センサは、ピラニ全圧センサまたは、ピラニゲージとピエゾ差圧センサとの組み合わせで構成されてもよく、閾値全圧は、約１０^−４Ｔｏｒｒまたは約１０^−５Ｔｏｒｒの１つであってもよい。

本発明による別の実施形態では、逆マグネトロン冷陰極電離真空計が提供される。当該逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、アノード電極と、アノード電極の一定長を囲み、アノード電極との間の放電空間に電場を生成するように配置されたカソード電極アセンブリと、を備える。磁石アセンブリが、電場を横切る磁場を規定するように配置されている。カソード電極アセンブリの開口が、被モニタチャンバから放電空間へのガスの進入を可能にして、当該ガスのイオンが、放電空間内で形成されてカソード電極アセンブリに向かう方向に電場によって加速されるように、配置されている。カソード電極アセンブリの供給源アパーチャが、ガスのイオンの一部をカソード電極アセンブリの外に放出するように、配置されている。磁石アセンブリは、ガスのイオンの質量電荷比に基づいて、イオンの放出された部分を角度変位させるように、配置されている。検出器が、イオンの放出された部分の変位したイオン成分を検出するように配置されている。イオン電流測定回路が、変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成された電流を測定するように電気的に接続されている。ガス入口通路が、ガスを被モニタチャンバからカソード電極アセンブリの開口に流すように配置されており、イオンの放出された部分は、ガス入口通路において、被モニタチャンバからのガスの流れと反対方向に移動する。

さらなる関連する実施形態では、変位したイオン成分は、被モニタチャンバからのガスの他の成分から分離されたヘリウムイオンを含んでもよい。

本発明による別の実施形態では、逆マグネトロン冷陰極イオン源が提供される。イオン源は、アノード電極と、アノード電極の一定長を囲み、アノード電極との間の放電空間に電場を生成するように配置されたカソード電極アセンブリと、電場を横切る磁場を規定するように配置された磁石アセンブリと、を備える。カソード電極アセンブリの開口が、チャンバから放電空間へのガスの進入を可能にして、当該ガスのイオンが、放電空間内で形成されてカソード電極アセンブリに向かう方向に電場によって加速されるように、配置されている。カソード電極アセンブリの供給源アパーチャが、ガスのイオンの一部をカソード電極アセンブリの外に放出するように、配置されている。磁気セクタ、四重極質量フィルタ、飛行時間型質量分析計、イオントラップ、または無線周波数動的イオントラップが、供給源アパーチャから放出されたガスのイオンを受け取るように配置されている。

さらなる関連する実施形態では、ガス入口通路が、ガスを被モニタチャンバからカソード電極アセンブリの開口に流すように配置されており、イオンの放出された部分は、ガス入口通路において、被モニタチャンバからのガスの流れと反対方向に移動してもよい。イオン源は、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するように電気的に接続されたイオン電流測定回路をさらに備えてもよい。イオン電流測定回路に電気的に接続されている全圧ディスプレイが、チャンバからのガスの全圧を表示してもよい。

本発明による別の実施形態では、被モニタチャンバ内のガスから全圧および分圧を測定する方法が提供される。本方法は、逆マグネトロン冷陰極電離真空計の、アノード電極と、当該アノード電極の長さを囲むカソード電極アセンブリとの間に電圧を印可して、カソード電極アセンブリとアノード電極との間の放電空間に電場を生成することを含む。磁石アセンブリを用いて、磁場が、電場を横切って規定される。カソード電極アセンブリの開口は、被モニタチャンバから放電空間へのガスの進入を許容し、これによって、該ガスのイオンが放電空間で形成され、カソード電極アセンブリに向かう方向に電場により加速されるように配置される。ガスのイオンの部分が、カソード電極アセンブリの供給源アパーチャを介してカソード電極アセンブリから放出される。磁石アセンブリを用いて、イオンの放出された部分が、ガスのイオンの質量電荷比に基づいて、角度変位させられる。検出器を用いて、イオンの放出された部分の変位したイオン成分が検出される。イオン電流測定回路を用いて、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流が、測定され、イオン電流測定回路によって測定された全電流に基づいて、被モニタチャンバからのガスの全圧が表示される。イオン電流測定回路を用いて、変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成された電流が、測定され、変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成され、イオン電流測定回路によって測定された電流に基づいて、被モニタチャンバからのガスの分圧が表示される。

さらなる関連する実施形態では、本方法は、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流に関わらず、アノード電極の一定の電圧を維持することをさらに含んでもよい。本方法は、ハイパスイオンエネルギーフィルタリングを行って、所望の閾値エネルギーより高いエネルギーを有するイオンの放出された部分のイオンのみを検出器に到達可能にすること、または、ローパスイオンエネルギーフィルタリングを行って、所望の閾値エネルギーより低いエネルギーを有するイオンの放出された部分のイオンのみを検出器に到達可能にすることをさらに含んでもよい。本方法は、被モニタチャンバを備える真空システムを診断することをさらに含み、検出器が水イオン成分を受け取ることにより生成された電流を、イオン電流測定回路を用いて測定することと、検出器が残留ガスイオン成分を受け取ることにより生成された電流を、イオン電流測定回路を用いて測定することと、をさらに含んでもよい。

上述の内容は、添付の図面にて図示するように、以下に示す例示の実施形態のより特定の説明から明らかとなるであろう。また、図面においては、同様の参照符号は異なる図面の全体にわたって同一の部分を指すものとする。図面は必ずしも正確な縮尺ではなく、実施形態を説明することに強調が置かれている。
本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計の断面投影図である。 図１の逆マグネトロン冷陰極電離真空計の断面上面図である。 図１の逆マグネトロン冷陰極電離真空計の投影図である。 本発明の一実施形態による、ガス入口通路内にイオンの向流を有し、側面に取り付けられた検出器を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、中央に取り付けられた検出器を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、２つの側面に取り付けられた検出器を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、２つの供給源アパーチャと２つの側面に取り付けられた検出器とを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、一個のファラデーコレクタ検出器を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、ファラデーコレクタのアレイを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、ガス入口通路がイオン検出通路とは別の通路である、逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、ローパスイオンエネルギーフィルタおよびハイパスエネルギーフィルタを用いた逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、使用できる例示的な寸法を示す、逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、使用できる例示的な寸法を示す、逆マグネトロン冷陰極電離真空計の磁石アセンブリおよび電極アセンブリの概略断面側面図である。 本発明の一実施形態による、全アノード電流および検出されたイオン電流の両方を測定する逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略電気図である。 本発明の一実施形態による、逆マグネトロン冷陰極電離真空計における、電子放電プラズマからのイオンの生成を示す概略図である。 本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計における円筒形磁石アセンブリの概略図である。 本発明の一実施形態による、平坦な円筒形磁石を用いた逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略側面図である。 本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計に使用できる、ガスのイオンに曝されるカソード電極アセンブリの部分の表面積に対する供給源アパーチャの断面積の比の決定を示す概略図である。 本発明の一実施形態による、供給源アパーチャグリッドを用いた逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略側面図である。 本発明の一実施形態による、フラックス制御回路を用いた逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略側面図である。 本発明の一実施形態による、磁気セクタと共に用いられる逆マグネトロン冷陰極イオン源の概略図である。 本発明の一実施形態による、四重極質量フィルタと共に用いられる逆マグネトロン冷陰極イオン源の概略図である。 本発明の一実施形態による、半径方向に向けられた細長い供給源アパーチャを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略側面図である。 本発明の一実施形態による、半径方向に向けられた細長い供給源アパーチャを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の投影図である。 本発明の一実施形態による、イオンビームデフレクタを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、組み合わせ図でイオン成分の分離を示す、逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、成分で分離されたイオン成分の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図であり、カソード電極アセンブリの外側に展開する外部磁場を示す。 本発明の一実施形態による、電極アセンブリおよび磁石アセンブリの概略側面図であり、カソード電極アセンブリの外側に展開する外部磁場を示す。 本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計の、ヘリウムに対する全圧応答のグラフである。 本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計の、ヘリウムに対する全圧感度対アノード直径のグラフである。 本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計の、ヘリウムに対する分圧感度対アノードサイズのグラフである。 本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計の検量線に使用できる、正規化電流（対数目盛）対基準圧力を示すグラフである。 本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計による、残留ガス（水を含む）、ヘリウム、および水素イオン成分の角度分解を示すグラフである。 本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計における、アノード電圧および電流制限抵抗器を示す概略電気図である。 本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計と共に用いられる制御ユニットの概略電気図である。 本発明の一実施形態による、ディスプレイ構成要素の概略ブロック図である。 本発明の一実施形態による、プロセスボードの概略ブロック図である。 本発明の一実施形態による、二重信号漏れ検出回路の使用を示す全圧電流および分圧電流のグラフの図である。 本発明の一実施形態による、検出器シールドを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の垂直断面図である。 本発明の一実施形態による、検出器シールドを備える図３３の真空計の透視投影図である。 本発明の一実施形態による、検出器シールドを備える図３３および３４の真空計の透視垂直断面図である。 本発明の一実施形態による、図３３〜３５の真空計の水平半断面図である。 本発明の一実施形態による、アノード電気接続部を介した、図３３〜３６の真空計の水平半断面図である。 本発明の一実施形態による、検出器シールドの回転カップリングを示す、図３３〜３７の真空計の上面図である。 本発明の一実施形態による、検出器シールドの回転カップリングを示す、図３３〜３７の真空計の底面図である。 本発明の一実施形態による真空計を用いた他の残留ガスからの水の分離を示すグラフである。 本発明の一実施形態による真空計を用いた他の残留ガスからの水の分離を示すグラフである。 本発明の一実施形態による真空計の全圧感度を示すグラフである。 本発明の一実施形態による真空計の全圧感度を示すグラフである。 残留ガス分析器（ＲＧＡ）と、本発明の一実施形態による真空計を用いた漏れ検出の比較を示すグラフの図である。 本発明の一実施形態による真空計の構成要素の例示的な寸法を示す垂直断面図である。 本発明の一実施形態による、供給源アパーチャから検出器に向かって長手方向に延びる方向に磁場を展開させるように配置された磁場展開アセンブリを示す垂直断面図である。 本発明の一実施形態において、二重信号漏れ検出の技術に基づいた導出において用いられる、空気漏れのある真空システムの概略概念図である。 本発明の一実施形態において、二重信号漏れ検出の技術に基づいた導出において用いられる、ヘリウム漏れのある真空システムの概略概念図である。 本発明の一実施形態による、イオン成分を偏向させて検出器によって検出されるようにするためのイオンビームデフレクタを用いる真空計の概略投影図である。 本発明の一実施形態による、異なるイオン成分を検出器に偏向させる図４９の真空計の概略投影図である。 本発明の一実施形態による、図５０の真空計の上面図である。 本発明の一実施形態による真空計においてデフレクタプレートの電圧を走査することによって生成された全スペクトル範囲のグラフである。 本発明の一実施形態による、デフレクタを用いた真空計の側面図である。 本発明の一実施形態による、デフレクタを用いた真空計の上面図である。 本発明の一実施形態による、デフレクタを用いた真空計の投影図である。 本発明の一実施形態による、デフレクタを用いた真空計の上面図である。 本発明の一実施形態による、デフレクタを用いた真空計の投影図である。 本発明の一実施形態による、デフレクタを用いた真空計の上面図である。 本発明の一実施形態による、例示的な寸法を示す、真空計の構成要素の概略図である。 本発明の一実施形態による、例示的な寸法を示す断面図であり、図５９のＡ−Ａ線に沿った、図５９の真空計の断面図である。 本発明の一実施形態による、カソード電極アセンブリ上に延在し、供給源アパーチャから検出器に向かって長手方向に延びる方向に延在するモノリシック磁石を備える真空計の投影図である。 本発明の一実施形態による真空計との磁気ヨークの使用を示す概略図である。 本発明の一実施形態による真空計におけるデフレクタを用いたイオン成分のエネルギー集束を示す概略図である。 本発明の一実施形態による、電気制御回路の概略図である。 本発明の一実施形態による、図６４の電気制御回路に用いられるプロセッサの概略ブロック図である。 本発明の一実施形態による、デフレクタ制御回路の概略ブロック図である。 本発明の一実施形態による、アノード電圧制御回路の概略ブロック図である。 本発明の一実施形態による、ポンプダウン診断プロセッサによって実施される処理フローの一例の概略図である。 本発明の一実施形態による、逆マグネトロン冷陰極電離真空計がコンビネーションゲージの一部であるシステムの概略ブロック図である。

例示的な実施形態の説明は以下のとおりである。

本発明の実施形態によれば、逆マグネトロン電極設計の全圧冷陰極電離真空計は、水素、ヘリウム、水などの１つまたは複数のガスの分圧と共に、高真空システム内の全ガス圧を同時に検出および測定することができる。冷陰極電離真空計は、熱カソードを必要とせずに、純粋な電子プラズマを生成し、ガス分子との電子衝突によってイオンを生成するための逆マグネトロン放電を伴う冷イオン源を備える。冷陰極電離真空計は、ヘリウム漏れ検出、水分率の決定、および以下に説明する他の用途に対する真空システムの問題解決に使用できる。また、冷イオン源は、磁気セクタ、四重極質量フィルタ、および以下に説明するその他のシステムのための供給源として使用できる。

図１は、本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計１０００の断面投影図である。図２Ａは、図１の真空計１０００の断面上面図であり、図２Ｂは、図１の真空計１０００の投影図である。

図１、図２Ａ、および図２Ｂの実施形態を参照すると、真空計１０００は、アノード電極１００２と、アノード電極１００２の一定長を囲むカソード電極アセンブリ１００４とを備える。カソード電極アセンブリ１００４は、例えば、円筒形であってもよく、完全にまたは部分的にアノード電極１００２の長さを囲むことができる。代替的に、正方形などの非円筒形をカソード電極アセンブリ１００４に使用できる。カソード電極アセンブリ１００４は、単一のカソード電極であってもよく、または、共にカソード電極アセンブリ１００４を形成する２つ以上のカソード電極部（２つの半円筒など）から形成されてもよい。カソード電極アセンブリ１００４は、アノード電極１００２とカソード電極アセンブリ１００４との間に電圧が印加されたときに、カソード電極アセンブリ１００４とアノード電極１００２との間の放電空間１００５に電場を生成するように、配置されている。図１では、２つの別個の接地絶縁フィードスルー１０２４および１０２６が、それぞれアノード電極１００２およびカソード電極アセンブリ１００４について示されているが、電極１００２および１００４の両方が接地絶縁される必要はなく、電気フィードスルー接続１０２４および１０２６は、両側からではなく、単一のフィードスルーポイントを通って真空コンポーネントに入ってもよいことは理解されるであろう。電気フィードスルー１０２４および１０２６は、アノード電極１００２およびカソード電極アセンブリ１００４のそれぞれに接続するためのねじ付き金属コネクタ１１６５と、アノード電極１００２およびカソード電極アセンブリ１００４のそれぞれにワイヤ接続できる内部ボア１１６８を含む絶縁体１１６７（例えば、ＰＥＥＫポリマー、または例えばベスペルガラスからなるプラスチック絶縁体、またはアルミナなどのセラミックなど）を備え得る。

図１、図２Ａ、および図２Ｂの実施形態の説明を続けると、磁石アセンブリ１００６が、上記電場を横切る磁場を規定するように配置され、それによって、当該磁場と電場が、クロスフィールド（ｃｒｏｓｓ−ｆｉｅｌｄ）配置となり、電気力線が磁力線に対して垂直となる。例えば、図１において、電場は、アノード電極１００２とカソード電極アセンブリ１００４との間で半径方向１００７ａに延びるが、磁場は、磁石アセンブリ１００６の２つの平板磁石１００６ａおよび１００６ｂの間で垂直に延び、よって、当該磁場は、電場に垂直な方向１００７ｂに延びる。平板磁石１００６ａおよび１００６ｂが示されているが、クロスフィールド磁場をもたらすために、他の形状の磁石を使用できることは理解されるであろう。カソード電極アセンブリ１００４の開口１００８は、被モニタチャンバ（図示せず）から放電空間１００５へのガスの進入を可能にして、当該ガスのイオンが、放電空間１００５内で形成されてカソード電極アセンブリ１００４に向かう方向に電場によって加速されるように、配置されている。例えば、被モニタチャンバ（図示せず）からのガス源への取り付けに、フランジ１００９を用い、ガスが、ガス入口通路１０２８を通って、カソード電極アセンブリ１００４の開口１００８内に移動するようにしてもよい。カソード電極アセンブリ１００４の供給源アパーチャ１０１０が、放電空間１００５内で形成されたガスのイオンの一部をカソード電極アセンブリ１００４の外に放出するように、配置されている。図１、図２Ａ、および図２Ｂにおいて、供給源アパーチャ１０１０は、２つの供給源アパーチャプレート１０１１（そのうちの１つは図１の断面図に示され、２つは図２Ｂに示される）の間の垂直スリットによって形成されているが、様々な異なる使用可能形状の供給源アパーチャ１０１０を用い得ることが理解されるであろう。

磁石アセンブリ１００６は、例えば、半径方向１００７ａを横切るクロスフィールド方向１００７ｂに磁場を規定することによって、ガスのイオンの質量電荷比に基づいて、イオンの放出された部分を角度変位させるように、配置されている。検出器１０１２が、イオンの放出された部分の変位したイオン成分を検出するように配置され、当該変位したイオン成分は、ヘリウム、水素、水、または、水よりも分子量が大きい１つもしくは複数の残留ガス（窒素など）の分離イオン流など、変位したイオン成分の分離イオン流であり得る。本明細書中で用いる場合、「残留ガス」は、水よりも分子量が大きいイオン成分である。検出器１０１２は、例えば、イオンシールド１０１８（図２Ａを参照）と、検出器アパーチャ１０２０（図２Ａを参照）と、ファラデーコレクタ１０２２（図２Ａを参照）とを備え得る。以下でさらに述べるように、イオン電流測定回路（例えば、第１の電流測定回路１２０１４を備え得る、図１２を参照）が、アノード電極１００２とカソード電極アセンブリ１００４との間を流れる全電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}（図１２を参照）を測定するように、電気的に接続されている。以下で述べるように、この全電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}は、被モニタチャンバ内のガスの全圧を決定するために用いられる。また、以下で述べるように、イオン電流測定回路（例えば、第２の電流測定回路１２０１６を備え得る、図１２を参照）は、検出器１０１２で変位したイオン成分を受け取って生成された電流Ｉ_{ｓｉｇｎａｌ}を測定するように、電気的に接続されている。以下で述べるように、検出器１０１２からのこの電流Ｉ_{ｓｉｇｎａｌ}は、ヘリウム、水素、水、または窒素の分圧など、被モニタチャンバ内のガスの分圧を決定するために用いられる。このように、真空計は、ヘリウム、水素、水、または窒素などの成分の全圧計と分圧計の両方として機能する。

図３は、本発明の一実施形態による、逆マグネトロン冷陰極電離真空計３０００の概略上面図であり、これはガス入口通路３０２８内にイオンの向流を有し、側面に取り付けられた検出器３０１２を備えている。ガス入口通路３０２８は、被モニタチャンバ（図示せず）からカソード電極アセンブリ３００４の開口１００８（図１を参照）にガスを流すように配置されている。カソード電極アセンブリ３００４から放出されるイオンの一部３０３０は、ガス入口通路３０２８において、被モニタチャンバからのガスの流れ３０３４の方向とは逆の方向３０３２に移動する。検出器３０１２は、ガス入口通路３０２８の側端に配置されている。代替的に、図４の実施形態に示すように、検出器４０１２が、ガス入口通路４０２８の中央に配置されていてもよい。図３の実施形態に戻ると、真空計３０００は、アノード電圧に対して接地電圧でバイアスされた接地グリッドメッシュなどの静電シールドグリッド３０３６を備え得る。静電シールドグリッド３０３６は、供給源アパーチャ３０１０と検出器３０１２との間に配置されている。静電シールドグリッド３０３６は、カソード電極アセンブリと検出器アパーチャ３０２０との間に電場のない領域を提供するのを支援し得る。静電シールドグリッド３０３６がないと、検出器アパーチャ３０２０に印加されるバイアス電圧の変化によって、イオン軌道に変化が生じ、検出器アパーチャ３０２０を通ったイオンビームの結合に影響を与え得る。この影響は、静電シールドグリッド３０３６を用いて軽減または排除できる。図３に示すように、変位したイオン成分３０３８は、検出器アパーチャ３０２０を通るように方向付けられ、電流Ｉ^＋ _Ｈｅを生成し、当該電流Ｉ^＋ _Ｈｅは、ヘリウムの分圧など、イオン成分３０３８の分圧を決定するために測定される。

図４の実施形態に示すように、変位したイオン成分４０３８は、それらの質量電荷比に基づいて異なるイオン流に分離され、イオン流は供給源アパーチャ４０１０から離れるにつれて互いにだんだんと分散する。イオンの運動方向を横切る磁場は、右手の法則に従って、イオンに力を加える。図４では、例えば、変位したイオン成分４０３８ａは水素イオンからなり、変位したイオン成分４０３８ｂはヘリウムイオンからなり、変位したイオン成分４０３８ｃは水イオンからなり、変位したイオン成分４０３８ｄは残留ガスからなる。図４でわかるように、検出器４０１２は、所望の変位したイオン成分４３０３８ｂ（ここではヘリウム）が検出されるように、配置されている。また、本明細書の実施形態によれば、所望の変位したイオン成分４０３８ｂが検出されるように、供給源アパーチャ４０１０の角度（例えば、ガス入口通路の中心軸に対する）が同様に調整され得る。

図５の実施形態に示すように、真空計５０００が、２つ以上の検出器５０１２ａ、５０１２ｂを備え、当該２つ以上の検出器５０１２ａ、５０１２ｂのそれぞれは、イオンの放出された部分の２つ以上の異なる変位したイオン成分５０３８ａ〜ｄのうちの異なる１つのイオン成分を検出するように配置されてもよい。例えば、図５では、一方の検出器５０１２ａが、ヘリウムイオン５０３８ｂを検出して、それによって、電流Ｉ^＋ _Ｈｅが生成されてヘリウムの分圧の測定が可能となるように、配置されている。一方、他方の検出器５０１２ｂが、水イオン５０３８ｃを検出して、それによって、電流Ｉ^＋ _Ｈ２０が生成されて水の分圧の測定が可能となるように、配置されている。図５では、両方の検出器５０１２ａ、５０１２ｂは、ガス入口通路５０２８の側面に取り付けられているが、それらのうちの１つまたは複数を、中央に取り付けることもできる。

図６の実施形態に示すように、真空計６０００は、２つ以上の供給源アパーチャ６０１０ａ、６０１０ｂと２つ以上の検出器６０１２ａ、６０１２ｂとを備え得る。この場合、各供給源アパーチャ６０１０ａ、６０１０ｂは、供給源アパーチャ６０１０ａ、６０１０ｂから放出され変位したイオン成分を、異なるイオン流に分離する。例えば、供給源アパーチャ６０１０ａは、放出されたイオンを、水素６０３８ａ、ヘリウム６０３８ｂ、水６０３８ｃ、および残留ガス６０３８ｄの変位したイオン成分６０３８ａ〜ｄに分離する。一方、供給源アパーチャ６０１０ｂは、その放出されたイオンを、水素６０３８ｅ、ヘリウム６０３８ｆ、水６０３８ｇ、および残留ガス６０３８ｈの変位したイオン成分６０３８ｅ〜ｈに分離する。放出された異なるイオン流に基づいて、複数の検出器６０１２ａ、６０１２ｂは、異なるイオン成分を検出して、それによって、２つ以上のガスの分圧の測定から電流が生成され得るように、配置され得る。例えば、図６では、水の流れ６０３８ｃは、検出器６０１２ａに指向するよう図示されており、ここで電流Ｉ^＋ _Ｈ２０が生成されて水の分圧の測定が可能となる。一方、流れ６０３８ｆは、検出器６０１２ｂに指向し、ここで電流Ｉ^＋ _Ｈｅが生成されてヘリウムの分圧の測定が可能となる。図６では、両方の検出器６０１２ａ、６０１２ｂは、ガス入口通路６０２８の側面に取り付けられているが、それらのうちの１つまたは複数を、中央に取り付けることもできる。本発明による実施形態では、変位したイオン成分６０３８は、ヘリウムイオン、水素イオン、水イオン、ならびに窒素イオンおよび酸素イオンなどの残留ガスイオンのうちの少なくとも１つを含み得る。変位したイオン成分６０３８は、被モニタチャンバからのガスの他の成分から分離されたヘリウムイオンを含み得る。変位したイオン成分６０３８は、被モニタチャンバからのガスの他の成分から分離された水イオンを含み得るか、または、それぞれが互いに分離され、かつ被モニタチャンバからのガスの他の成分から分離された、変位したヘリウムイオンと変位した水イオンの両方を含み得る。

図７の実施形態に示すように、真空計７０００は、ファラデーコレクタ７０２２を有する検出器７０１２を備え得る。この検出器は、イオンシールド７０１８と、検出器アパーチャ７０２０（ここおよび他の図では、検出器スリットと呼ぶが、他の形状の検出器アパーチャを使用できることが理解されるであろう。）と、ファラデーコレクタ７０２２とを備える。ここで述べるファラデーコレクタは、低コストで平板として設計され得るが、ファラデーカップを使用すると性能が向上され得る。ファラデーカップは、イオン衝突の結果として生じ得る二次電子を捕捉し、それによって、イオン電流に対してより線形な応答がもたらされる。図７では、単一のファラデーコレクタ７０２２のみが用いられている。

代替的に、図８の実施形態に示すように、真空計８０００は、ファラデーコレクタのアレイ８０４０に２つ以上の検出器も備え得る。ここで、供給源アパーチャ８０１０から放出されたイオン流８０３０は、アノード電圧に対して接地電圧でバイアスされた接地グリッドメッシュなどの静電シールドグリッド８０３６を通過し、次に、アノード電圧に対してバイアス電圧にあるエネルギーフィルタグリッド８０４２を通過し、その後、ファラデーコレクタのアレイ８０４０に到達し得る。静電シールドグリッド８０３６は、図３の静電シールドグリッド３０３６と同様の利点を提供し得る。エネルギーフィルタグリッド８０４２は、アノード電圧に対するバイアス電圧をかけることにより、高エネルギーフィルタリングに使用でき、それによって、ファラデーコレクタのアレイ８０４０にハイパスイオンエネルギーフィルタリングを適用し、よって、図１１Ａのアイテム１１０５４に関連して以下で説明される一個の検出器のためのハイパスイオンエネルギーフィルタリングと同様の役割を果し得る。本明細書で教示する他の真空計でも、ファラデーコレクタのアレイ８０４０が用いられるかどうかに関係なく、供給源アパーチャと検出器との間に配置されたエネルギーフィルタグリッド８０４２を使用できる。ファラデーコレクタのアレイ８０４０は、例えば、当該ファラデーコレクタを形成する金属ストリップ８０４６を備える、セラミックなどの誘電体基板８０４４を含むものでもよい。金属ストリップ８０４６は、例えば、約０．０２５インチの厚さであり得、約０．０１インチのギャップで隔てられ得る。別の例では、ファラデーコレクタアレイは、金属ストリップ８０４６（例えば、約０．０２５インチの厚さ）の間に、例えば約０．０１０インチの幅のエアギャップを追加することによって実装でき、これにより、隣接するコレクタ間のクロストークを回避することができる。次に、ファラデーコレクタに対する電気接続部８０４８を用いて、アレイ８０４０のファラデーコレクタのそれぞれで受け取られたイオン電流は、マルチプレクサ３０１２４に供給され得る（以下の図３０を参照）。別の実施形態では、検出器８０４０は、ファラデーコレクタの代わりに、またはファラデーコレクタに加えて、電子増倍管を備え得る。電子増倍管は、検出限界の向上やデータ取得速度の高速化などの利点を提供し得る。

図９の実施形態に示すように、代替的な形状では、ガス入口通路９０２８は、イオン検出通路９０５０とは別の通路であり得、よって、カソード電極アセンブリ９００４から放出されたイオンの部分９０３０は、図３の実施形態の向流配置とは対照的に、ガス入口通路９０２８内の被モニタチャンバからのガスの流れ９０３４の方向に対して、概ね平行に、または別の角度である流れ９０３２の方向に移動する。平行流の別の代替的な形状では、ガス入口は、カソード電極アセンブリ９００４またはその近くに位置し得、よって、入ってくるガスは、ガスの流れおよび放出されたイオン成分と反対に流れるのではなく、検出器に向かって移動する放出されたイオンと同じ方向９０３２に、供給源から検出器に流れる。しかしながら、平行流構成の潜在的な欠点は、カソード電極アセンブリ９００４および／またはアノード電極自体が、流入するガス流に対して低コンダクタンスバリアをもたらす可能性があり、それにより、より大きな入口によるガス接続が必要となることである。また、カソードがガス流と検出器との間に配置される場合、コンダクタンスの制限があり、検出器からの排気が困難となり得る。検出器にガス放出があると、その領域の圧力が増加し、装置の性能に影響を与る。カソードに向かう途中に小さい検出器を有することにより、検出器は、十分に排気された状態にあり、高いコンダクタンスを維持する（なお、この装置に対して、接続されたチャンバ内の真空から、フランジ１００９（図１を参照）を介して、排気が行われる）。これは、より高い圧力が、中性イオンの衝突によって、変位したイオンビームに影響を与える可能性があるため、有利である。

図１０は、本発明の一実施形態による、ローパスイオンエネルギーフィルタ１００５２を用いた逆マグネトロン冷陰極電離真空計１００００の概略上面図である。カソード電極アセンブリ１０００４から放出されるイオン流１００３０は、低エネルギーイオンと高エネルギーイオンの両方を含むので、その全イオン電流は、低エネルギーイオンの電流Ｉ_ＬＥに高エネルギーイオンの電流Ｉ_ＨＥを加えたものに等しい。イオン流１００３０（またはその角度変位部分、なお、図１０は、イオン成分の角度変位を省略して簡略化されている）は、検出器アパーチャ１００２０を通って移動する。ローパスイオンエネルギーフィルタ１００５２は、所望の閾値エネルギーよりも低いエネルギーを有するイオンのみが検出可能となるように構成される。例えば、ローパスイオンエネルギーフィルタ１００５２は、電圧バイアスされたデフレクタプレート１００５６と、検出器のコレクタプレート１００５８とを備え得る。デフレクタプレート１００５６の電圧バイアスＶ_ＨＥによって決定される閾値よりも低いエネルギーを有するイオン１００６０は、コレクタプレート１００５８に偏向され、よって、低エネルギーイオンの電流Ｉ_ＬＥが検出される。デフレクタプレート１００５６は、イオンの放出部分の検出されたイオン成分のビーム１００３０の経路に垂直であり得る（図示せず）。または、デフレクタプレート１００５６は、図１０に示すように、ビーム１００３０の経路に対して角度を付けられて、コレクタプレート１００５８が変位したイオン成分のビーム１００３０の軸から外れてもよい（すなわち、偏向されたイオン１００６０を収集するように配置されたコレクタプレート１００５８の少なくとも一部を含む）。低エネルギーイオン電流測定回路１００１６ａと高エネルギーイオン電流測定回路１００１６ｂ（例えば、それぞれが電流計であり得る）とを備え得るイオン電流測定回路が、低エネルギーイオンからのイオン電流Ｉ_ＬＥ、および高エネルギーイオンからのイオン電流Ｉ_ＨＥを測定するように、電気的に接続さている。

図１１Ａは、逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図であり、図１１Ｂは、磁石アセンブリおよび電極アセンブリの（アノード電極の中心を通る鉛直線を通る）概略断面側面図であり、各図は、本発明の実施形態で使用できる、例示的な寸法を示している。本発明による実施形態において様々な異なる可能な寸法を使用できることが理解されるであろう。例えば、別の例示的な実施形態の寸法を、図５９および６０について後で示す。図１１Ａおよび１１Ｂの実施形態は、残留ガスからヘリウムを分離するのに有用であり得るが、図５９および６０の実施形態は、例えば、水素、ヘリウム、水、および１つまたは複数の異なる残留ガスを含む、より多様な成分を互いに分離するのに有用であり得る。図１１Ａの例では、アノード電極１１００２は、例えば、約０．２５インチから約０．５インチの間の直径（外径）、例えば、約０．４インチの直径（外径）と、例えば、約０．５インチの高さとを有し得る。カソード電極アセンブリ１１００４は、例えば、約０．８５インチから約１．５インチの間の内径、例えば、約０．８９インチの内径と、カソード電極の厚さに基づく対応する外径（例えば、内径０．８９インチに対して約１インチの外径）と、例えば、約１インチの高さとを有し得る。供給源アパーチャ１１０１０は、例えば、約０．００５インチから約０．０２インチの間の幅、例えば、約０．００７インチの幅を有し得る。検出器アパーチャ１１０２０は、例えば、約０．０１インチから約０．０３インチの間の幅、例えば、約０．０２５インチの幅を有し得る。供給源アパーチャ１１０１０は、検出器１１０１２から約１インチから約２インチの間（例えば約１．６インチ）の飛行経路距離１１０６４に、配置され得る。アノード電極１１００２とカソード電極アセンブリ１１００４との間のギャップは、例えば、約０．２５インチより大きくなり得る。使用される寸法は上と異なるものでもよく、例えば、高分解能の装置は、飛行経路距離を長くして、当該装置の長さを長くできる。

図１１Ａの実施形態では、ハイパスイオンエネルギーフィルタ１１０５４が、バイアス電圧Ｖ_ＨＥを検出器のアパーチャ１１０２０に印加することによって実装され、よって、高エネルギーイオンの電流Ｉ_ＨＥが検出される。ハイパスイオンエネルギーフィルタ１１０５４は、所望の閾値エネルギーよりも高いエネルギーを有するイオンのみが検出可能となるように構成される。例えば、ハイパスイオンエネルギーフィルタ１１０５４は、バイアス電圧Ｖ_ＨＥを検出器のアパーチャに印加する電圧源を備え得、よって、高エネルギーイオンの電流Ｉ_ＨＥが検出される。ローパスイオンエネルギーフィルタ１００５２（図１０を参照）と、ハイパスイオンエネルギーフィルタ１１０５４（図１１Ａを参照）とを、単独で使用してもよく、または両方を一緒に使用してもよいことが理解されるであろう。一実施形態において、ハイパスイオンエネルギーフィルタとローパスイオンエネルギーフィルタとを選択する際に、当該選択は、冷陰極マグネトロン放電におけるイオンエネルギーの分布に応じて行われ得る。エネルギー分布は、小径のアノードに対する高エネルギーイオン（アノードの近くで生成される）に向かう重み付けから、大径のアノードに対する低エネルギーイオン（カソードの近くに形成される）に向かう重み付けへと変化することがわかっている。エネルギー分布の測定を、各供給源設計に対して実行でき、その結果を、ローパスとハイパスのイオンエネルギーフィルタリングの選択ばかりでなく、選択した１つまたは複数のフィルタリングモードに使用する適切なエネルギー閾値の選択にも使用できる。

図１１Ｂの実施形態を参照すると、磁石アセンブリ１１００６は、例えば、磁場の中心での約９５０ガウスの磁場強度など、約６００ガウスから約１５００ガウスの間の磁場強度で磁場をかけ得る。磁石アセンブリ１１００６は、例えば、直径約２インチ、厚さ約０．２５インチの寸法を有し、約２インチの距離で隔てられ、約０．２５インチの中心孔を含む２つの平板磁石１１００６ａおよび１１００６ｂを備え得る。図１１Ｂには示していないが、アノード電極およびカソード電極アセンブリは、例えば、磁石アセンブリ１１００６の孔を通って延びる電極によって支持され得る。

イオン成分の分解能を向上させるために、本発明による実施形態では、例えば、検出器アパーチャにおける、イオン成分ビームの空間分布の半値全幅に等しい検出器アパーチャ幅を使用できる。また、供給源アパーチャと検出器との間の距離にわたって、分解されるイオン成分の角発散よりも小さい角発散を有するように、供給源アパーチャのサイズを設定できる。

図１２は、本発明の一実施形態による、全アノード電流および検出されたイオン電流の両方を測定する逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略電気図である。カソード電極１２００４は、ガードリング１２０６６と同様に、接地電位にある。アノード電極１２００２は、アノード電圧Ｖ_{ａｎｏｄｅ}でバイアスされている。イオン電流測定回路１２１７０は、アノード電極１２００２とカソード電極アセンブリ１２００４との間を流れる全電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}を測定するように電気的に接続された第１のイオン電流測定回路１２０１４を備える。例えば、図１２では、第１のイオン電流測定回路１２０１４は、アノード電極１２００２を流れる全電流（これは、アノード電極１２００２とカソード電極アセンブリ１２００４との間を流れる全電流と等しい。）を測定するように接続された電流計であり得る。代替的に、カソード電極アセンブリ１２００４から接地に流れる全電流を測定するように、電流計が接続されてもよく、その場合同様に、アノード電極１２００２とカソード電極アセンブリ１２００４の間を流れる全電流と等しい電流を測定することになる。以下で述べるように、この全電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}は、被モニタチャンバ内のガスの全圧を決定するために用いられる。イオン電流測定回路１２１７０は、検出器１２０１２が変位したイオン成分１２０３０を受け取ることにより生成される電流Ｉ_{ｓｉｇｎａｌ}を測定するように、電気的に接続された第２のイオン電流測定回路１２０１６を備える。例えば、第２のイオン電流測定回路１２０１６は、検出器１２０１２が変位したイオン成分１２０３０を受け取ることにより生成される電流Ｉ_{ｓｉｇｎａｌ}を測定するように接続された電流計であり得る。

以下で述べるように、検出器１２０１２からのこの電流Ｉ_{ｓｉｇｎａｌ}は、ヘリウム、水素、水、または窒素の分圧など、被モニタチャンバ内のガスの分圧を決定するために用いられる。本明細書中で用いられる場合、「イオン電流測定回路」は、第１のイオン電流測定回路および第２のイオン電流としてそれぞれ機能する第１および第２の電流計など、別個の第１および第２のイオン電流測定回路を用いて；第１のイオン電流測定回路と第２のイオン電流測定回路の両方の機能を実行する単一のイオン電流測定回路を用いて；または、第１のイオン電流測定回路と第２のイオン電流測定回路の機能を実行する、またはイオン電流測定回路の機能をまとめて実行するための１つまたは複数の異なるイオン電流測定回路の構成要素の任意の組み合わせを用いて、実装され得ることを理解されたい。例えば、２つの電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}およびＩ_{ｓｉｇｎａｌ}を、両方の電流を測定できる単一のイオン電流測定回路に、同時にまたは異なる時間に供給でき、これにより、イオン電流測定回路の役割を果たすことができる。一例では、異なるイオン電流信号を共通の電流測定チャネルに供給するために、マルチプレクサを使用でき、当該マルチプレクサは、当該イオン電流信号を順番に並べ、それぞれに特定の指数を与える。別の例では、図３０を参照して後述するように、イオン電流測定回路１２１７０は、例えば：アノードまたはカソードにおける全イオン電流用の電流−電圧変換器（図３０を参照：アノードでは、３０１２０ａ、Ｉ２Ｖ Ｉ_Ｔ（アノード）、カソードでは３０１２０ｂ、Ｉ２Ｖ Ｉ_Ｔ（カソード））と；分圧電流用の電流−電圧変換器３０１２２、Ｉ２Ｖ Ｉ_ＰＰと；アナログ−デジタルコンバータおよびマルチプレクサ３０１２４とを備え得る。マルチプレクサ３０１２４（図３０を参照）は、例えば、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流から第１のイオン電流信号Ｉ_Ｔを受信し、変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成された電流から第２のイオン電流信号Ｉ_ＰＰを受信するように、電気的に接続され得る。イオン電流測定回路１２１７０の他の配置要素を、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するように電気的に接続し、かつ変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成された電流を測定するように、電気的に接続できることが理解されるであろう。

図１３Ａは、本発明の一実施形態による、逆マグネトロン冷陰極電離真空計における、電子放電プラズマからのイオンの生成を示す概略図である。ここで、純電子プラズマ１３０６８は、クロスフィールド磁場の存在下で、アノード電極１３００２が電圧＋ＨＶでバイアスされた際に生成され、循環電子ｅ⁻、１３０７０が、ガス分子Ｍ、１３０７２に衝突して、ガスのイオン化によって一定量のガスイオンＭ^＋、１３０７４が生成される。次に、ガスイオン１３０７４は、アノード電極１３００２とカソード電極アセンブリ１３００４との間に生成される電場によって、カソード電極アセンブリ１３００４に向かう方向に放射状に加速される。なお、図１３Ａでは、円筒形磁石アセンブリ１３００６が示されているが、カソード電極アセンブリ１３００４の上部および下部に配置された一対の平板磁石（上記の図１１Ｂなど）など、磁石の他の配置が用いられる場合にも同様の考慮事項が適用されることが理解されるであろう。

図１３Ａの実施形態の動作において、イオンは、純電子プラズマ中の電子よりもはるかに重いので、磁場によってカソードに近づくのを妨げられないが、電子は、磁場によって歳差運動するため、アノードに到達するのを妨げられる。はるかに重いイオンは横方向の変位を受けるだけであり、その変位では、形成された直後と電場に続いた後、当該イオンがカソードに到達するのを妨げない。電子プラズマ１３０６８は圧力に依存せず、イオンは、ガス密度に比例するイオン形成速度でガス分子から生成される。純電子プラズマ１３０６８の電子密度はほぼ完全に圧力に依存しないため、イオン形成速度は、ガス分圧、より正確には、イオン化領域のガス密度に、厳密に相関しているということになる。

図１３Ｂは、本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計における円筒形磁石アセンブリ１３００６の概略図である。ここで、サイドスリット１３０１０、つまり他の形状の供給源アパーチャ１３０１０が、円筒形磁石アセンブリ１３００６に形成され、これにより、イオンリボン１３０７６を供給源アパーチャ１３０１０から放出することができる。イオンリボン１３０７６の形状は、最初は、供給源アパーチャ１３０１０の形状に依存する。

図１４は、本発明の一実施形態による、平坦な円筒形磁石１４００６ａおよび１４００６ｂを用いた逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略側面図である。ここで、平坦な円筒形磁石１４００６ａおよび１４００６ｂは、カソード電極アセンブリ１４００４の一部のみに配置されているが、他の実施形態では、図１１Ｂのように、磁石を完全にカソード電極アセンブリ１４００４の上下に配置することもできる。ガスイオン１４０７４は、アノード電極１４００２とカソード電極アセンブリ１４００４の間に生成された電場により、カソード電極アセンブリ１４００４に向かう方向に加速され、当該ガスイオンの一部は、供給源アパーチャ１４０１０を通って出て、最終的に検出器１４０１２に到達する。円形の供給源アパーチャ１４０１０（ここでは、例えば、直径が０．０７８インチであるが、他の寸法を用いてもよい）、または別の形状の供給源アパーチャ１４０１０を、用いてもよい。例えば、電流計などのイオン電流測定回路１４０１６を備え得るイオン還元測定回路が、検出器１４０１２でガスイオン１４０７４を受け取って生成される電流Ｉ_{ｓｉｇｎａｌ}を測定するように、電気的に接続されている。

本発明による実施形態では、磁石アセンブリ（図１の磁石アセンブリ１００６など）が、例えば、放射状に対称な磁石アセンブリで構成されることによって、対称となり得る。これは、例えば、以下でさらに述べるように、不連続性を低減または回避するのに役立つ。本明細書中で用いられる場合、磁石アセンブリが、軸、例えば、アノード電極とカソード電極アセンブリの間の電気力線に垂直に配置された軸の周りに任意の量だけ回転されたときにその外観が変わらない場合、当該磁石アセンブリは、「放射状に対称」である。例えば、円筒形磁石アセンブリ、放射状に対称な円筒形の設計、または、磁力線と放射状の対称軸が電場にクロスフィールド配置で整列している他の放射状に対称な形状の、一対の平板磁石、を使用できる。

図１５は、本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計に使用できる、カソード電極アセンブリのガスのイオンに曝される部分の表面積に対する供給源アパーチャの断面積の比の決定を示す概略図である。この比は、図１５に示され、円形の供給源アパーチャ１５０１０の面積の、その半径を用いた、簡単な推定値と、カソード電極アセンブリ１５００４のシリンダーの部分１５０７８の展開表面とに基づいて、決定され、その表面積は、その直径および当該部分の高さに基づいて決定される。この比の決定は、供給源アパーチャ１５０１０の形状、およびカソード電極アセンブリ１５００４のガスのイオンに曝される部分１５０７８によって異なることが理解されるであろう。

本発明の実施形態によれば、図１５で決定された比は、様々な測定の実行、およびそれらの測定に基づいて自動化された方法で行われるその後の決定に使用できる。具体的には、供給源アパーチャ１５０１０を出るイオンの電流Ｉ_{ｓｉｇｎａｌ}と、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}の場合、比Ｉ_{ｓｉｇｎａｌ}／Ｉ_{ｔｏｔａｌ}が一定であることがわかり、この比は、アノード電圧の圧力によって変化せず、図１５で決定された比に等しい。つまり、Ｉ_{ｓｉｇｎａｌ}／Ｉ_{ｔｏｔａｌ}は、ガスのイオンに曝されるカソード電極アセンブリの一部の表面積に対する供給源アパーチャの断面積の比に等しい。これは、比Ｉ_{ｓｉｇｎａｌ}／Ｉ_{ｔｏｔａｌ}が、逆マグネトロン源設計の幾何学的要因によって完全に決定されるため、つまり、放電空間に生成され、供給源アパーチャを出るイオンの比率が、全イオンフラックスに曝される面積に対する供給源アパーチャの面積の比に完全に依存するためである。したがって、本発明による実施形態において、様々な測定の実行およびそれらの測定に基づいて自動化された方法で行われるその後の決定に有用である、比Ｉ_{ｓｉｇｎａｌ}／Ｉ_{ｔｏｔａｌ}を知るために、図１５で決定された幾何学的比を使用できる。一例として、この比がアノード電圧と圧力に依存せず、形状によって規定されるという事実は、全アノード（またはカソード）電流が測定される場合、イオンビーム内のイオン電流の量を正確に知ることが可能であることを示している。また、例えば、質量分離器のスループットと検出器の効率のキャリブレーションは、この比を使用して実行できる。

図１６は、本発明の一実施形態による、供給源アパーチャグリッド１６０８０を用いた逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略側面図である。ここでは、磁場Ｂ、１６０８２および電場Ｅ、１６０８４のクロスフィールド配置が示されている。ガス分子の純電子プラズマ１６０６８との衝突によって生成されたイオン１６０７４が、供給源アパーチャ１６０１０に向かって加速される。例えば、接地されたグリッドであり得る供給源アパーチャグリッド１６０８０を、供給源アパーチャ１６０１０を覆い、かつより円筒状に均一な電場を提供するために、使用できる。

図１７は、本発明の一実施形態による、フラックス制御回路１７０８６を用いた逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略側面図である。フラックス制御検出器１７０８８が、イオン１７０３０の放出された部分の一部を収集するように配置されている。フラックスフィードバック回路１７０９０は、アノード電極に接続されて電力を供給する高電圧電源１７０９２を、フラックス制御検出器１７０８８から受け取った電流（例えば電流計１７０９４で測定された電流Ｉｓ）に基づいて調整するように構成される。このように、供給源から放出されるイオンのフラックスを所望のレベルに制御できる。フラックス制御回路１７０８６は、例えば、上記の真空計の供給源の原理に基づいた逆マグネトロン冷陰極イオン源が磁気セクタ（図１８を参照）、残留ガス分析器（ＲＧＡ）、またはイオン源を含むその他の設定における供給源として用いられる場合に、有用であり得る。

図１８は、本発明の一実施形態による、磁気セクタ１８０９６と共に用いられる逆マグネトロン冷陰極イオン源の概略図である。ここでは、上記の真空計の供給源の原理に基づく冷陰極イオン源１８０９８が、磁気セクタ１８０９６に向けられるイオンを生成するために用いられる。イオンは、減速または集束され、１つまたは複数のエネルギーアパーチャ１８１００を介して方向づけられる。ファラデーカップまたは他の検出器などの検出器１８０１２が、冷陰極イオン源１８０９８の供給源アパーチャ１８０１０から磁気セクタ１８０９６の反対側に配置され得る。電流が、電位計または電荷増幅器１８１０２によって測定され得る。磁気セクタ１８０９６内で、イオンは、水素、ヘリウム、および水イオン成分などの成分流１８０３８に、それらの質量電荷比に基づいて、分離される。

図１９は、本発明の一実施形態による、四重極質量フィルタと共に用いられる逆マグネトロン冷陰極イオン源の概略図である。図１８の実施形態と同様の方法で、上記の真空計の供給源の原理に基づく冷陰極イオン源１９０９８が、四重極質量フィルタ１９１０４に向けられるイオンを生成するために用いられる。四重極質量フィルタは、フィルタアセンブリに入るイオンの方向と速度の広がりに関して比較的寛容である。本発明による実施形態の磁石アセンブリによって引き起こされるイオンの小さな横方向変位は、四重極フィルタを介してイオンスループットを低下させるのに十分ではない。イオンは、減速または集束され、１つまたは複数のエネルギーアパーチャ１９１００を介して方向づけられる。ファラデーカップまたは他の検出器などの検出器１９０１２が、冷陰極イオン源１９０９８の供給源アパーチャ１９０１０から四重極質量フィルタ１９１０４の反対側に配置され得る。

本発明による他の実施形態では、冷陰極イオン源１９０９８の供給源アパーチャ１９０１０は、例えば、飛行時間型質量分析計、イオントラップ、または無線周波数動的イオントラップ内にガスのイオンを放出するように、（図１９の四重極質量フィルタ１９１０４の代わりに）配置され得るか、または他の目的のイオン源として用いられ得る。冷陰極イオン源１９０９８は、分圧または全圧のいずれかまたは両方を測定するためのイオン電流測定回路の有無にかかわらず、用いられ得る。ただし、冷陰極イオン源１９０９８の追加により、全圧を報告し得るという、有用な機能が提供される。これは、磁気セクタ、四重極質量フィルタ、その他の装置などの装置に有用な追加機能である。例えば、四重極質量分析計と共にこのような冷供給源を使用すると、全電流がわかっている場合に、放出されるイオンフラックスを知ることができるという利点がある。言い換えると、全圧電流を測定することで、四重極質量分析計に入るイオンフラックスを測定でき、これにより、感度のドリフトまたは質量分析計のスループットについて装置をチェックできる。これによって、例えば、磁気セクタ型質量分析計と共に別個の独立した全圧計を使用する必要がなくなる。冷陰極イオン源１８０９８または１９０９８を、磁気セクタ、四重極質量フィルタ、飛行時間型質量分析計、イオントラップ、または無線周波数動的イオントラップにガスのイオンを放出するため、または、他の目的のイオン源として用いる場合、磁石アセンブリが放出されたイオンを角度変位させる必要がない場合があり、真空計中のものよりも小さい磁石を使用できる可能性がある。このような装置の焦点は、圧力１Ｔｏｒｒ当たりに生成されるイオンの感度に向けられており、イオンの分離は、磁気セクタまたはその他の装置などの他の手段によって行われる。

図２０Ａは、本発明の一実施形態による、半径方向に向けられた細長い供給源アパーチャを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略側面図であり、図２０Ｂは、当該逆マグネトロン冷陰極電離真空計の投影図である。ここで、イオンが、例えば、非磁性シムによって隔てられ得る磁石アセンブリ２０００６ａと２０００６ｂの２つの円筒形部分の間で、半径方向に細長い供給源アパーチャ２００１０を介して放出される。供給源アパーチャ２００１０の他の構成が用いられ得る。例えば、供給源アパーチャは、孔、または磁場の方向に垂直な方向、または磁場の方向に平行な方向に延びる細長いスロットであり得て、軸方向に細長いまたは半径方向に細長いリボン形のイオンビームが用いられ得る。

図２１は、本発明の一実施形態による、イオンビームデフレクタ２１１０６を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図である。ここでは、一対の平行板２１１０６ａおよび２１１０６ｂなどのイオンビームデフレクタ２１１０６が、供給源アパーチャ２１０１０と検出器アパーチャ２１０２０との間に配置されている。以下でさらに説明するように、そのようなイオンビームデフレクタ２１１０６は、イオンビーム２１０３０を偏向させ、エネルギー集束を行って、例えば、イオンビーム２１０３０内のイオン成分の信号の向上を可能にするために、用いられ得る。

図２２Ａは、本発明の一実施形態による、組み合わせ図でイオン成分の分離を示す、逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図であり、図２２Ｂは、成分で分離されたイオン成分の概略上面図である。ここでは、変位したイオン成分２２０３８が、それらの質量電荷比に基づいて異なるイオン流に分離され、イオン流は、供給源アパーチャ２２０１０から離れるにつれて互いにだんだんと発散する。例えば、変位したイオン成分２２０３８ａは水素イオンからなり、変位したイオン成分２２０３８ｂはヘリウムイオンからなり、変位したイオン成分２２０３８ｃは窒素イオンからなる。所望の変位したイオン成分２２０３８ｂ（ここではヘリウム）が検出されるように、検出器２２０１２の位置が決定され、供給源アパーチャ２２０１０の角度が決定される。図２２Ａの組み合わせ図および図２２Ａの分離図において、水素２２０３８ａ、ヘリウム２２０３８ｂ、および窒素２２０３８ｃの相対質量電荷比に基づいて成分２２０３８ａ〜ｃが分離しているのがわかり、これらの成分の質量電荷比に基づいて、水素２２０３８ａが、供給源アパーチャ２２０１０の方向から最も大きく角度変位し、続いてヘリウム２２０３８ｂ、次に窒素２２０３８ｃが角度変位している。

図２３Ａは、逆マグネトロン冷陰極電離真空計の概略上面図であり、図２３Ｂは、電極アセンブリおよび磁石アセンブリの概略側面図であり、本発明の一実施形態による、カソード電極アセンブリの外側に展開する外部磁場を示す。ここでは、磁場境界２３１０８が、カソード電極アセンブリ２３００４の外側で連続する強い磁場を示すために用いられる。これは、例えば、カソード電極アセンブリ２３００４よりも磁石アセンブリ２３００６に大きな直径（図２３Ａおよび２３Ｂにおける２インチ対１インチなど）を用いることによって作成でき、それによって、磁場は、カソード電極アセンブリ２３００４の外側にある距離で、ある程度の強さで延びて、カソード電極アセンブリ２３００４の外側に外部磁場を生成する。これは、イオン成分流の角度分離を促進して、イオン成分の分解を可能にするために、用いられる。磁石アセンブリ２３００６は、電場を横切る磁場とカソード電極アセンブリ２３００４の外側の外部磁場との両方を規定するように配置された平板磁石を備え得る。磁石アセンブリ２３００６の磁場を展開させるために強磁性の構成要素を用いるなど、外部磁場を生成するために、他の磁性配置要素を使用できる。円筒形磁石アセンブリの場合、例えば、円筒形磁石の外側のフリンジ磁場が、円筒形カソードアセンブリの外側に磁場を展開させ得る。一部のバージョンでは、磁石アセンブリは、電場を横切る磁場とカソード電極アセンブリの外側の外部磁場との両方を規定するための１つのアセンブリを含み得る。代替的に、磁石アセンブリの別個の構成要素、つまり、強磁性拡張部や追加の磁石などの追加の構成要素が、カソード電極アセンブリの外側に外部磁場を強化、展開、または調整するために、用いられ得る。

図２４は、本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計の、ヘリウムに対する全圧応答のグラフである。放電空間内のヘリウムの全圧（Ｔｏｒｒ）が横軸に示され、測定された全イオン電流（マイクロアンペア）が縦軸に示されている。図２４の曲線は、圧力の不連続性がないという望ましい特性を有し、よって、測定された電流に基づいて、圧力を一意に読み取ることができる。本発明の実施形態によれば、イオン電流測定回路によって測定される、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流は、例えば、被モニタチャンバからのガスの全圧の１Ｔｏｒｒ当たり１アンペアを超える電流（Ａ／Ｔｏｒｒ）を含み得る。被モニタチャンバからのガスの測定全圧は、例えば、１０^−８から１０^−３Ｔｏｒｒの間の全圧など、１０^−９から１０^−２Ｔｏｒｒの間の圧力を含み得る。イオン電流測定回路によって測定される測定分圧は、例えば、１０^−８Ｔｏｒｒから１０^−５Ｔｏｒｒの２倍の間であり得る。イオン電流測定回路によって測定された電流は、例えば、被モニタチャンバからのガスのガス成分の分圧の１Ｔｏｒｒ当たり１０^−４アンペアを超える電流（Ａ／Ｔｏｒｒ）を含み得る。イオン電流測定回路によって測定された電流は、例えば、被モニタチャンバからのガスのヘリウムガス成分の分圧の１Ｔｏｒｒ当たり１０^−４アンペアの２．５倍を超える電流（Ａ／Ｔｏｒｒ）を含み得る。被モニタチャンバからのガスは、例えば、１０^−４Ｔｏｒｒを超える全ヘリウム圧力を含み得る。アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流は、例えば、約１７５マイクロアンペア未満など、約２００マイクロアンペア未満であり得る。

図２５は、本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計の、ヘリウムに対する全圧感度対アノード直径のグラフである。純ヘリウムガスに対する１Ｔｏｒｒ当たりのアンペアで表した全圧感度が、縦軸に示され、インチで表したアノード直径が、横軸に示されている。アノード直径で０．１インチを超える直径から０．５インチまでの間でここに示されているアノード直径が増加すると、ヘリウムに対する全圧感度が増加する傾向にある。ただし、アノードが大きすぎると、全圧応答の不連続性が助長される可能性がある。本発明の実施形態によれば、ヘリウムについては、１Ｔｏｒｒ当たり少なくとも１アンペアの全圧感度が望ましい。

図２６は、本発明の一実施形態による、逆マグネトロン冷陰極電離真空計の、ヘリウムに対する分圧感度対アノードサイズのグラフである。ヘリウムに対する１Ｔｏｒｒ当たりのアンペアで表した全圧感度が、縦軸に示され、インチで表したアノードサイズが、横軸に示されている。ここでアノード直径で０．１インチを超える直径から０．５インチまでの間で示されているアノードサイズが増加すると、ヘリウムに対する分圧感度が増加する傾向にある。

図２７は、本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計の検量線として使用できる曲線の一種である、正規化電流（対数目盛）対基準圧力を示すグラフである。全圧決定回路３０１４２（図３０を参照）が、イオン電流測定回路によって測定される全電流に、被モニタチャンバからのガスの全圧を関連付ける特定の検量線または公称検量線に基づいて、被モニタチャンバからのガスの全圧を決定するように構成され得る。ここで、「特定の検量線」は、個々の真空計に固有の、圧力を電流に関連付ける検量線であり、「公称検量線」は、真空計のグループまたはタイプに一般化された、圧力を電流に関連付ける検量線である。

図２８は、本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計による、残留ガス（水を含む）、ヘリウム、および水素イオン成分の角度分解を示すグラフである。ガス入口通路の中心軸に対する供給源アパーチャの、度単位の角度が、横軸に示され、ナノアンペアの検出された分圧電流が、縦軸に示されている。図２８のスペクトルについては、供給源を中心とした磁石が、磁石の直径の外側のフリンジ磁場に依存して、用いられた。残留ガスピーク２８１１０（水と窒素を含む）と、ヘリウムピーク２８１１２と、水素ピーク２８１１４とが分解されているのがわかる。この検出器の位置または２つ以上の検出器の位置に基づいて、これらのピークの１つまたは複数が、これらのガス成分の１つまたは複数の分圧を測定するために、検出され得る。

図２９は、本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計における、アノード電圧および電流制限抵抗器を示す概略電気図である。電流制限抵抗器２９１１４などの電流制限回路が、アノード電極２９００２を通る全圧電流Ｉ_Ｔを制限するために用いられる。例えば、７．５ＭΩの抵抗器、または抵抗器の別の値Ｒ_Ｌが用いられ得る。高電圧電源電圧Ｖ_ＰＳが印加され、アノードで電圧Ｖ_ａが達成される。アノード電圧制御回路２９１６４が、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流に関わらず、アノード電極の一定の電圧を維持するように、構成され得る。例えば、アノード電極に印可されるアノード電圧Ｖ_Ａは、電源の電圧から制限抵抗器での電圧降下を差し引いた値、つまりＶ_Ａ＝Ｖ_ＰＳ−Ｒ_Ｌ（Ｉ_Ｔ）の関係に基づいて、アノード電圧制御回路２９１６４によって設定され得る。ここで、Ｖ_ＰＳは、高電圧アノード電源電圧、Ｒ_Ｌは、電流制限抵抗器の抵抗、Ｉ_Ｔは（アノードなどを通る）全圧電流である。電流制限抵抗器がない場合、１０^−４Ｔｏｒｒを超える圧力の全イオン電流は、潜在的に非常に大きくなる可能性があるため、比較的短時間でセンサが破壊される可能性がある。したがって、アノード電極を流れる電流を、例えば、約１７５マイクロアンペア未満など、約２００マイクロアンペア未満の電流に制限することにより、本発明による実施形態の寿命を延ばすことができる。

図３０は、本発明の一実施形態による逆マグネトロン冷陰極電離真空計と共に用いられる制御ユニットの概略電気図である。アノードからカソードまでの全イオン電流である全電流Ｉ_Ｔは、被モニタチャンバからのガスの全圧に比例し、例えば、ルックアップテーブルを用いて全圧を決定するために使用できる。全電流Ｉ_Ｔの範囲は、例えば約１０ｎＡから２５０μＡの間であり得る。全電流Ｉ_Ｔは、例えば、全イオン電流用の電流−電圧変換器、アノードでは、３０１２０ａ、Ｉ２Ｖ Ｉ_Ｔ（アノード）、またはカソードでは、３０１２０ｂ、Ｉ２Ｖ Ｉ_Ｔ（カソード）のいずれかによって測定され得る。ファラデーカップコレクタなどの検出器３００１２からの分圧電流である分圧電流Ｉ_ＰＰは、被モニタチャンバからのガスの分圧に比例し、例えば、線形関係またはルックアップテーブルのいずれかを用いて決定され得る。分圧電流Ｉ_ＰＰは、例えば、約１０ｐＡから約１００ｎＡの間の範囲であり得る。アノード電極３０００２を通る電流を制限するために、７．５ＭΩの抵抗器または他の値など、抵抗Ｒ_Ｌを有する全電流制限抵抗器３０１１４が用いられる。電圧Ｖ_ＰＳは、アノード高電圧電源３０１１６の電圧であり、例えば、約２５０マイクロＡの最大電流で、例えば、０Ｖから約２５００Ｖの間であり得る。動作中、電圧Ｖ_ＰＳは、例えば、約５００Ｖから約２０００Ｖの間の電圧でアノード電極にバイアスをかけるように構成され得る。電圧Ｖ_Ｓｌｉｔが、検出器バイアス電源３０１１８によって印加され、例えば、１０マイクロＡの電流で、０Ｖから約１０００Ｖの間であり得る。約２５００Ｖ未満のアノード電圧を維持することで、例えば、空気から真空への電気フィードスルーの設計および材料選択を簡素化できる。典型的なアノード電圧は、例えば、約１６００Ｖであり得る。ハイパスイオンエネルギーフィルタ（図１１の１１０５４など）を用いる場合、検出器バイアス電源３０１１８の電圧Ｖ_Ｓｌｉｔなどの検出器バイアス電圧は、アノード電圧を基準にして設定され得る。例えば、約６００Ｖの検出器アパーチャ電圧Ｖ_Ｓｌｉｔを、アノード電圧が約１６００Ｖのときに検出器にバイアスをかけるために使用でき、６００〜１６００の同様の比を、例えば、Ｖ_Ｓｌｉｔおよびアノード電圧の他の値についてのアノード電圧に対するＶ_Ｓｌｉｔの比を決定するために使用できる。アノード電極３０００２に印可されるアノード電圧Ｖ_Ａは、例えば、アノード電圧制御回路２９１６４（図２９を参照）を用い、Ｖ_Ａ＝Ｖ_ＰＳ−Ｒ_Ｌ（Ｉ_Ｔ）（Ｖ_ＰＳ、Ｒ_Ｌ、およびＩ_Ｔは上述）の関係に基づいて設定され得る。全イオン電流用の電流−電圧変換器３０１２０ａ、Ｉ２Ｖ Ｉ_Ｔ（アノード）は、例えば、約１０ｎＡから約２５０μＡの電流を流すことができる。分圧電流用の電流−電圧変換器３０１２２、Ｉ２Ｖ Ｉ_ＰＰは、例えば、約１ｐＡから約１００ｍＡの電流を流すことができる。アナログ−デジタルコンバータおよびマルチプレクサ、Ａ２Ｄ＋ＭＰＬＸ、３０１２４は、Ｖ_ＰＳ、Ｖ_Ｓｌｉｔ、Ｖ_Ａ、Ｉ_Ｔ、およびＩ_ＰＰを含む、アナログ信号をデジタル信号に変換し、それらを多重化する。スピーカなどのオーディオ出力デバイス３０１２６は、例えば、分圧または被モニタチャンバからのヘリウム漏れ率に比例するビート周波数を有し得る。ヒューマン入力／出力インターフェース３０１２８は、例えば：アノードおよび検出器アパーチャ（例えば、デフォルトが圧力測定および全圧である場合）への高電圧をオンにするボタンＨＶ ＯＮ／ＯＦＦ ３０１３０と；ビームが検出器アパーチャの中心に位置するようにアノード電圧を設定するボタンＴＰ／ＬＤＱ ３０１３２と；分圧測定信号をゼロにして、ベースラインオフセット信号を排除するボタンＬＤ Ｚｅｒｏ ３０１３４とを、備え得る。入力／出力構成要素３０１３６は、例えば、コンピュータディスプレイおよびコントローラプログラムに対するインターフェースなどのコンピュータインターフェースを備え得る。プロセスボード３０１３８は、入力／出力インターフェース３０１２８、ディスプレイ３０１４０、オーディオ出力３０１２６、アノード電圧電源３０１１６、アナログ−デジタルコンバータおよびマルチプレクサ３０１２４、検出器バイアス電源３０１１８、全イオン電流用の電流−電圧変換器３０１２０ａ、ならびに分圧電流用の電流−電圧変換器３０１２２と通信し、それらを制御するプロセッサを備え得る。

図３１Ａおよび３１Ｂは、本発明の一実施形態による、ディスプレイ３１１４０およびプロセスボード３１１３８の概略ブロック図である。図３１Ａでは、ディスプレイは、被モニタチャンバからのガスの全圧を表示する全圧ディスプレイ３１１５０と、例えば、ヘリウム分圧であり得る、被モニタチャンバのガスの分圧を表示する分圧ディスプレイ３１１５２とを、備える。ディスプレイ３１１５０および３１１５２は、間接的に、例えば図３０の回路を介して、イオン電流測定回路と電気的に接続されている。また、ディスプレイ３１１４０は、被モニタチャンバからのガス中の水の分圧を表示する水分圧ディスプレイ３１１５４と、被モニタチャンバ内のガスの水分率を表示する水分率ディスプレイ３１１５６とを備え得る。残留ガスの分圧など、他の成分の分圧が表され得ることが理解されるであろう。ディスプレイ３１１４０は、被モニタチャンバからの水の分圧の、チャンバ内のすべての残留ガスの分圧の合計に対する比を表示する残留ガス対水比ディスプレイ３１１５８も備え得る。さらに、ディスプレイ３１１４０は、以下でさらに説明するように、二重信号漏れ回路３１１６６によって行われた決定に基づいて、漏れを表示する、二重信号漏れ検出ディスプレイ３１１７０を備え得る。これらのディスプレイは、同様に、間接的に、例えば図３０の回路を介して、イオン電流測定回路と電気的に接続されている。

図３１Ｂでは、プロセスボード３１１３８は、少なくとも第１の電流測定要素によって測定された全電流に基づいて、被モニタチャンバからのガスの全圧を決定するように構成された全圧決定回路３１１４２を備える。例えば、回路３１１４２は、測定された電流を全圧に関連付ける検量線を実装するルックアップテーブル３１１４４を含み得る。また、プロセスボード３１１３８は、少なくとも第２の電流測定要素によって測定された電流に基づいて、被モニタチャンバからのガスの分圧を決定するように構成された分圧決定回路３１１４６を備える。例えば、回路３１１４６は、測定された電流を分圧に関連付ける検量線を実装するルックアップテーブル３１１４８を含み得る。水分率決定回路３１１６０が、少なくとも以下に基づいて水分率を決定するように構成され得る：（ｉ）イオン電流測定回路によって測定された全電流、（ｉｉ）イオン電流測定回路によって測定された分圧電流、および（ｉｉｉ）ガスのイオンに曝されるカソード電極アセンブリの一部の表面積に対する、供給源アパーチャの断面積の比（図１５に関連して示したような）。残留ガス対水比決定回路３１１６２が、少なくともイオン電流測定回路によって測定された分圧電流に基づいて、残留ガスの分圧に対する水の分圧の比を決定するように構成され得る。水分圧測定回路３１１６４が、分圧回路３１１４６と同様の方法で、例えば、それ自体のＬＵＴを含むように実装され得る。二重信号漏れ検出回路３１１６６が、次の両方の同時発生を判定するように構成され得る：（ｉ）アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れ、イオン電流測定回路によって測定された全電流の減少、（ｉｉ）変位したイオン成分を検出器が受け取ることにより生成され、イオン電流測定回路によって測定された電流の増加。そうするために、二重信号漏れ検出回路３１１６６は、例えば、そのような圧力が時間と共に増減することを示すデータ、またはそれらの組み合わせに基づく結果を格納するためのＬＵＴ３１１６８を含み得る。

図３２は、本発明の一実施形態による、（図３１Ｂの）二重信号漏れ検出回路３１１６６の使用を示す全圧電流および分圧電流のグラフの図である。（図３１Ｂの）二重信号漏れ検出回路３１１６６は、漏れのある真空システムの周囲にヘリウムを噴霧しながら漏れを検出するために、例えば、全圧低下に基づく電流と分圧増加に基づく電流の両方を使用できる。本発明による実施形態は、典型的な真空システム漏れから、全圧および分圧の両方で相補信号を取得する。例えば、ヘリウムが漏れ箇所の周囲に噴霧されると、全圧が低下し、かつ分圧が上昇する。この種の二重応答は、漏れの検出に対する信頼性を高め、実際の漏れが原因ではない可能性のある信号トランジェントの他の原因をユーザが無視するのに役立つ。市販の電離真空計のほとんどは、漏れ検出中の全圧の変化を監視するのに必要な表示の解像度を有していない。このような市販の全圧センサのほとんどは、小数点以下１桁の圧力分解能を備えているが、全圧表示を見るだけでは小さな漏れを検出するには不十分である。つまり、全圧計は、ヘリウムなどのガスが小さな漏れ箇所の周囲に噴霧されたときに発生する大きな全圧数の間の概して小さな差を検出するのに十分な表示の解像度を有していない。

図３２を参照すると、本発明の一実施形態による二重信号漏れ検出の概念が示されている。例えば、真空システムに空気漏れがある場合、空気ガスがその漏れ口から入り、システムがその極限圧力に達するのを妨げる。真空システムの完全性が損なわれ、極限圧力を達成できない。ヘリウムが漏れ口の周囲に噴霧されると、空気の全部または一部がヘリウムに置き換わる。ヘリウムは空気よりも軽いため（酸素に対する窒素の比率が８０％対２０％、つまりＮ_２／Ｏ_２：：８０／２０％）、ヘリウムの漏れは、質量の平方根の比、つまり２．７倍、置換された空気の漏れよりも高い。しかしながら、入ってくるヘリウムも、空気の５．５分の１の効率でイオン化する。これは、空気がヘリウムに置き換わると、電離真空計からの全圧の読み取り値が、５．５／２．７倍、つまり約２倍低下することを意味する。その結果、空気が漏れ口から入ってくると、ガスは（全体的または部分的に）ヘリウムに置き換えられ、全圧の読み取り値が低下すると予想される。一方、ヘリウムが同じ漏れ口を介してシステムに流入すると、ヘリウム分圧信号は、供給源で利用できるヘリウムが増えるにつれて増加する。全圧の低下と分圧の上昇のこの組み合わせは、システムに漏れがあることを明確にまたはより高い信頼度で示すために、用いられ得る。図３２は、漏れ口がヘリウムで噴霧されるときに、分圧（下のトレース）が増加する一方、全圧（上のトレース）が減少することを模式的に示すグラフを示す。

本発明の実施形態によれば、二重信号漏れ検出回路３１１６６（図３１Ｂを参照）およびＬＵＴ３１１６８などの協調メモリ、または本明細書において組み合わせで教示する２つ以上の他のプロセッサまたは回路が、プロセッサにコードされた命令を用いるデュアル信号検出手順を実施するために、用いられる。このような手順は、例えば、全圧信号と分圧信号の両方が漏れの存在をサポートするときに漏れ検出が確認されることを含み得る。また、この２つの信号を、全圧低下および分圧増加と組み合わせて、信号対雑音比が改善したより大きな漏れ検出信号を提供することもできる。一例では、ユーザが漏れチェックを行う準備ができているとき、全圧および分圧データ測定値はゼロにされる。ヘリウムが漏れ口に噴霧されると、１つのチャネル（全圧または分圧）、または両方を組み合わせて、漏れの検出に使用する。この２つを組み合わせる場合、例えば、差信号の振幅を加算したり、乗算したりできる。これらの導関数を、符号と振幅（つまり、実際の漏れとは別のドリフト）についてプロセッサによって分析できる。別の例では、信号を相互相関させることができ、相互相関信号をプロセッサによって分析できる。２つの信号は、一時的に同一であるが、符号が反対であると、漏れがある場合は非常によく相関するが、ノイズがあると、相関テストが合格とはならない。

次に、空気漏れのある真空システムについて、ガス入口の空気をより軽いヘリウムガスに置き換えると、チャンバ内の全圧が増加するが、窒素／酸素と比較してヘリウムのイオン化効率が低下したために、イオン化によって報告された圧力が低下することを実証する、本発明の一実施形態による、導出を提供する。また、全圧の低下と分圧の増加の間には一定の比率があることを示している。導出では、ヘリウムの分圧の増加とそれに対応する電離真空計の表示圧の低下との比率が３．３倍と推定される。これは、窒素ガス用に較正された（酸素ガスと同じ較正）電離真空計およびヘリウムガス用に較正された分圧用である。この導出に基づく結論としては、空気漏れが純粋なヘリウム漏れに置き換えられたシステムでは、全圧の低下と分圧の増加との間に予測可能な関係があるということである。

本発明の一実施形態による導出は、図４７および図４８を参照して行われる。

図４７は、空気漏れのある真空システムを示す。Ｓは、１秒あたりのリットルで表した排気速度である。Ｑ_{ｏｕｔｇａｓ}は、チャンバの壁からの分子ガス放出速度（Ｔｏｒｒリットル／秒）である。Ｑ_Ａｉｒは、漏れ箇所を介した空気のチャンバへの分子流量（Ｔｏｒｒリットル／秒）である。

チャンバ内の全圧は、次の値に等しくなる。

図４８は、ヘリウム漏れ（同じ漏れ）のある真空システムを示す。ここでは、チャンバ内の全圧は、次の値に等しくなる。

ＱｏｕｔｇａｓおよびＳが同じままである場合、次のようになる。

この式は、空気とヘリウムの質量Ｍ_ａｉｒとＭ_Ｈｅがそれぞれ３０ａｍｕと４ａｍｕの場合、次のようになる。

および

圧力変化（実際の全圧）は、以下によって与えられる。

結論としては、空気がヘリウムに置き換えられると、ヘリウムが漏れ口を介してより速く拡散するため、チャンバ内の圧力が増加するということである。ヘリウムは、チャンバに、次の式による追加量の圧を与える。

次に、測定された全圧（電離真空計）が決定される。電離真空計によって測定および報告される圧力は、実際のガス圧力と、１に等しい窒素に対するガスのイオン化効率（ＩＥＧ）との積によって決定される。ここで、ＩＥＧ，Ａｉｒは、１に等しく、ＩＥＧ，Ｈｅは、０．１８に等しい。これで「間接的な」圧力測定が行われる。

空気（水がガス放出成分であると仮定）について測定された全圧は、次のとおりである。

ヘリウムについて、ガス放出レベルに変化がないと仮定すると、次のようになる。

上記から、次のようになる。

そして、ＩＥＧ，Ｈｅが０．１８、ＩＥＧ，Ａｉｒが１であるとすると、次のようになる。

したがって、表示圧の低下は、以下によって与えられる。

以下の結論は、空気がヘリウムに置き換わる時にチャンバ内の全圧が増加しても、電離真空計によって報告される測定圧力は、上記の式（１５）で与えられる式によって低下するということである。

次に、測定された分圧を評価する。分圧の増加は、チャンバ内のヘリウムの分圧の直接的な報告である。

結論として、漏れの時に空気をヘリウムに置き換えると、以下のように、全圧が低下し、分圧が上昇する。

よって、次のようなる。

システムに漏れがあり、空気がヘリウムに置き換えられている場合は常に、式（２０）の条件が満たされる必要がある。

したがって、この導出の一般的な結論は、測定された全圧の低下とヘリウムの分圧の上昇との間に数学的な相関関係があると予想されるということである。

実際には、本発明の実施形態によれば、以下の手順に従うことができる。ユーザがヘリウム漏れを測定する準備ができている場合、ユーザは、例えば、真空計のユーザインターフェイス（ボタンやキーなど）を使用でき、これにより、次の２つのことが行われる：（ｉ）ヘリウムの分圧信号をゼロにする、（ｉｉ）全圧を測定する。ユーザがヘリウムの噴霧を開始すると、システム（二重信号漏れ検出回路など）は、分圧信号の増加と全圧の減少を同時に監視する。漏れが真の漏れである場合、両方の変化の間に予測可能な比があるべきであると予想される。上記の導出は、表面上予想されることを示す。これは、例えば、ユーザがシステム周辺の漏れチェックを行うときに、両方の過渡的変化（transient）を比較するための最小限の開始ステップであってもよく、この手法を使用する場合、例えば、全圧が低下し、分圧が増加し、両方の変化の比がそのシステムに期待されるものである場合にのみ、漏れがあると見なすことができる。測定時のシステムの全体的および部分な較正の精度に応じて、所与の真空計における比の定期的な再較正を実行できる。この実施形態の実際の実施に当たっては、システムを最初に使用する前に工場で行われる較正結果を使用すべきである。なお、正確な比は、全圧および分圧の較正がどのように行われるかによって変わる可能性があるが、上記本発明による実施形態の使用時には、２つの測定値の低下と上昇との間に一定の比があると期待できる。

実施形態の二重信号漏れ検出技術は、例えば、真の漏れではないが、他の検出技術では漏れに見える可能性があるケースを区別できるという利点がある。例えば、チャンバがバルブを介して、ヘリウムが入っている別のチャンバに接続されているとする。バルブが開かれてヘリウムを入れ、その後閉じられる。バルブを閉じる前後で比較すると、全圧と分圧の両方が低下するが、その変化は漏れによるものではない。このような場合を、本明細書で教示される二重信号漏れ検出技術を用いて区別することができる。

本発明の実施形態によれば、真空計は、図１２、３０、３１Ａ、および３１Ｂ、ならびに６４〜６７の電子機器、制御要素、およびディスプレイ構成要素のいずれかまたはすべてと共に、当該真空計自体を備えモジュラーユニットに組み込まれ得る。例えば、モジュラーユニットは、全圧ディスプレイ３１１５０、分圧ディスプレイ３１１５２（図３１Ａを参照）、およびイオン電流測定回路１２１７０（図１２を参照）の１つ以上と、図６４〜６７の回路とを備え得る。

図３３は、本発明の一実施形態による、検出器シールドを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計の垂直断面図である。また、この実施形態を、図３４の透視投影図、図３５の透視垂直断面図、図３６の水平半断面図、図３７の水平半断面図（半断面は、アノード電気接続部でとられたものである。）を参照して説明する。

図３３から３７に示す実施形態において、最初に図３３を参照すると、逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、検出器３３０１２の一定長を囲む検出器シールド３３１７０をさらに備える。検出器シールド３３１７０は、該検出器シールド３３１７０に形成された検出器アパーチャ３３０２０を介してイオンに曝される部分を除き、検出器３３０１２がカソード電極アセンブリ３３００４から放出されるイオンに曝される部分の長さの表面全体を囲む円筒形の検出器シールドであってもよい。検出器シールド３３１７０は、検出器３３０１２を同軸で囲み得る。検出器アパーチャ３３０２０は、例えば、約０．０２５インチの幅を有し得るが、様々な寸法を使用できることが理解されるであろう。検出器アパーチャ３３０２０の幅は、例えば、必要な感度と質量分解能に基づいて決定され得る。検出器シールド電気コネクタ３３１７２が、検出器シールド３３１７０と、バイアス電圧を検出器シールド３３１７０に印可する電圧源（図３３に示されていない）との間に電気的に接続され得る。それにより、検出器シールド３３１７０は、本明細書の他の箇所の教示と同様に、ハイパスイオンエネルギーフィルタとなる。検出器シールド回転カップリング３３１７４が、逆マグネトロン冷陰極電離真空計への検出器シールド３３１７０の機械的接続に含まれ得る。例えば、図３３では、検出器シールド回転カップリング３３１７４は、検出器シールド電気コネクタ３３１７２に機械的に結合されている。検出器回転カップリング３３１７６が、逆マグネトロン冷陰極電離真空計への検出器３３０１２の機械的接続に含まれ得る。例えば、図３３では、検出器回転カップリング３３１７６は、イオン電流測定回路への検出器３３０１２の検出器電気接続部３３１７８に機械的に結合されている。供給源アパーチャ３３０１０は、例えば、約０．０１０インチの幅を有するものであってもよいが、他の寸法を使用できることが理解されるであろう。

その一定長が検出器シールド３３１７０で囲まれている検出器３３０１２は、ファラデーコレクタを備え得る。一実施形態では、そのようなファラデーコレクタは、例えば、１つまたは複数のサイドシールドを備えてファラデーコレクタ検出器３３０１２の「カップ」形状を形成することによって、ファラデーカップで構成され得る。そのようなサイドシールド、およびファラデーコレクタ検出器３３０１２に対するカップ形状は、例えば、二次電子を収集し、検出された信号の非線形性を取り除くのに役立つ。このようなファラデーコレクタは、例えばフェムト−アンペアのレンジの低漏れ電流を実現でき、それによって、低いヘリウム分圧信号の測定が可能となる。さらに、磁石回転カップリング３３１８２が、逆マグネトロン冷陰極電離真空計への磁石アセンブリの機械的接続に含まれ得る。アノード電気ピン３３０２４が、アノード電極３０００２に電気的に接続され、カソード電気ピン３３０２６が、カソード電極アセンブリ３３００４に電気的に接続されている。例えば、導体（図示せず）が、フィードスルーコネクタ３３０２６のカソード電気ピンからカソード電極アセンブリ３３００４に通じていてもよく、導体（図示せず）が、フィードスルーコネクタ３３０２４のアノード電気ピンからアノード電気コネクタ３４１８４に通じていてもよい（図３４を参照）。アルミナセラミックまたはプラスチック（例えば、ＰＥＥＫ）絶縁体などの絶縁体３３０２５が、例えば、アノード電気ピン３３０２４を囲み得る。カソードフィードスルーコネクタ３３０２６、アノードフィードスルーコネクタ３３０２４、および検出器シールド電気接続部３３１７２および検出器電気接続部３３１７８への接続は、例えば、ＢＮＣコネクタ（同軸ケーブルに用いられるクイック接続／切断コネクタであるＢａｙｏｎｅｔ Ｎｅｉｌｌ−Ｃｏｎｃｅｌｍａｎコネクタ）、またはセンサに固定され外部ボックスで囲まれたプリント回路基板上のコネクタに直接入るコネクタピンで、なされ得る。別の例では、カソードフィードスルーコネクタ３３０２６への接続に、ＳＭＢ（ＳｕｂＭｉｎｉａｔｕｒｅ ｖｅｒｓｉｏｎ Ｂ）コネクタを使用できる。検出器シールド電気接続部３３１７２は、例えば、米国カリフォルニア州ヘイワードのＭＤＣ Ｖａｃｕｕｍ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、ＬＬＣによって販売されているものなどの中電力高電圧コネクタ（すなわち「ＭＨＶ」コネクタ）を用いて、作成され得る。例えば、１４００Ｖのアノード電圧と、例えば４５０Ｖの検出器シールドバイアス電圧を使用でき、その結果、検出器シールドによって高エネルギーフィルタリングがもたらされる。ファラデーコレクタ（または他の検出器）は、例えば、その電位計接続によって接地電位に維持され得る。

図３４の透視投影図、および図３５の垂直透視断面において同様の番号が付された構成要素３５１８２、３５１７４、および３５１７６において、磁石回転カップリング３４１８２、検出器シールド回転カップリング３４１７４、および検出器回転カップリング３４１７６が示されている。図３４に示すように、これらの回転カップリング３４１８２、３４１７４、および３４１７６は、例えば、ねじ３４１８８が延びるスロット３４１８６を用いて形成され得、当該スロット３４１８６において、ねじ３４１８８は、回転カップリングに結合されたそれぞれの構成要素を回転させるように回転される。プレートが回転している間、真空を維持するために、Ｏリングシールを使用できる。図３８は、図３３〜３７の真空計の上面図であり、図３９は、図３３〜３７の真空計の底面図であり、検出器シールドの回転カップリング３８１７４、３９１７４をさらに示す。構成要素を回転させる機能により、例えば、当該構成要素を相互に回転させることによる、検出器アパーチャと検出器の位相調整が可能になる。イオン成分の偏向角を可能にするために、磁石回転カップリング３４１８２には、例えば、１６度などの最大２０度の回転を使用できる。本発明の実施形態では、１２５０ガウスの中心場に対して、１１度のヘリウム偏向が測定された。本明細書で回転カップリングを教示したが、代替的な実施形態では、回転カップリングを有さない位置固定の構成要素として回転カップリングと共にここに示した構成要素のうちの１つまたは複数を保持することができる。

アノード電気コネクタ３６１８４は、図３６の水平半断面図および図３７の水平半断面図にさらに示され、これらの図では、半断面は、アノード電気コネクタ３７１８４を介したものである。アノード電気コネクタ３７１８４は、例えば、アノード電極３３００２（図３３を参照）に（例えば、図示しない導体で、）直接電気的に接続されている、高電圧コネクタピン３７１８４ａ（例えば、米国デラウェア州のＣＲＳ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ， Ｉｎｃ．の商標であるＫｏｖａｒ（登録商標）製）を備え得る。高電圧コネクタピン３７１８４ａは、例えば、エアギャップ３７１８４ｂによって囲まれ、そして、エアギャップ３７１８４ｂは、アルミナ絶縁体またはセラミック絶縁体などの絶縁体３７１８４ｃによって囲まれている。ＳＳ３０４エンベロープなどのエンベロープ３７１８４ｄが、アノード電気コネクタ３７１８４の外部を囲み、例えば、真空計から延びるブロックにＴＩＧ溶接され得る。適切なアノード電気コネクタ３７１８４は、例えば、米国カリフォルニア州ヘイワードのＭＤＣ Ｖａｃｕｕｍ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、ＬＬＣによって販売されているものなどの中電力高電圧コネクタ（すなわち「ＭＨＶ」コネクタ）である。

本明細書では様々な形態の電気接続について述べているが、図示されたもの以外のものを使用できることが理解されるであろう。例えば、アノードとカソードの接続を、互いに反対ではなく、真空計の同じ側から行うことができる。別の例では、製造にあたって、信号電子ボードを真空計の一方側に配置し、高電圧電子ボードを真空計の他方側に配置することができる。

図４５を参照すると、その図は、本発明の一実施形態による真空計の構成要素の例示的な寸法を示す垂直断面図である。これらの寸法には、検出器アパーチャ４５０２０の高さ４５１９０（ここでは、例えば、約０．４９０インチ）、および供給源アパーチャ４５０１０の高さ４５１９２（ここでは、例えば、約０．８２０インチ）が含まれる。ただし、他の寸法を使用できることが理解されるであろう。例えば、真空計内に露出する誘電体表面がない限り、通常、検出器アパーチャ４５０２０には、供給源アパーチャ４５０１０の長さよりも長い長さが用いられる。これは、イオン成分ビームが、供給源を離れると、発散するからである。例えば、図６０の実施形態（下記）では、供給源アパーチャの長さは約０．３５０インチ、検出器アパーチャの長さは約０．４００インチであり得る。

図４６は、本発明の一実施形態による、供給源アパーチャ４６０２０から検出器４６０１０に向かって長手方向に延びる方向（矢印４６１９６で示す）に磁場を展開させるように配置された磁場展開アセンブリ４６１９４を示す垂直断面図である。この実施形態では、磁場展開アセンブリ４６１９４によって、例えば、検出器４６０１０に向かって移動するイオン成分の追加的な分離がもたらされ、例えば、ヘリウムおよび残留ガスなどの１つまたは複数のイオン成分を分解する追加的な機能がもたらされる。この例では、磁場展開アセンブリは、磁石デッキ４６１９７に取り付けられた永久磁石４６１９４を備える。一実施例では、永久磁石４６１９４は、長さ１．５インチ、幅０．７５インチ、高さ０．１２５インチ〜０．２５インチの寸法を有する、ネオジム材料、Ｎ４５グレードの長方形の磁石であったが、様々な異なる配置要素を使用できることが理解されるであろう。

図４０および４１に戻ると、これらの図は、本発明の一実施形態による真空計を用いた他の残留ガスからの水の分離を示すグラフである。これらの図では、分子量が水よりも高いすべての残留ガスが最大のピークに含まれている（ただし、残留ガスの主成分が窒素であるため、図４０では、略称としてラベル「Ｎ２」がそのピークに用いられている）。ガス入口通路の中心軸に対する供給源アパーチャの、度単位の角度が、横軸に示され、線形ピコ電流計によって提供される、ボルト単位の検出分圧電流が、縦軸に示されている。水の追加的な分離をもたらすために、実施形態では、全圧計の磁場を増加させるか、または水の分離を助けるために磁場拡張部を追加するか、あるいはその両方を行うことができる。そのような磁場拡張部の例を、図４６に関連して説明する。磁場が大きくなりすぎると、望ましくない不連続性が生じる可能性があり、したがって、図４６の実施形態は、例えば、水の分離を支援するのに有用である。ヘリウムピークの両側のベースライン信号で、ヘリウムピークを他のピークから大量に分離すると、ヘリウム信号の自動ゼロ調整が可能になり、自動ヘリウムセンシングとヘリウム漏れ検出に有利である。

図４０のグラフについて、磁石アセンブリは、０．２５インチの中心孔を有する０．３７５インチの厚さで直径２インチの２つの磁石を用いた。冷陰極計の内部磁場は、１２５０ガウスであった。水イオン成分（「Ｈ２Ｏ」）は、残りの残留ガスから明確に分離され始めているのがわかる。アノードの電圧は１２００Ｖで、検出器のバイアス電圧は２２５Ｖであった。

図４１のグラフは、本発明による実施形態によって達成された水分解スペクトルの同様のグラフを示す。真空システムは、２×１０^−６Ｔｏｒｒ残留ガスベース圧力であった。１×１０^−５Ｔｏｒｒのヘリウムが追加された。アノードの電圧は１２００Ｖで、検出器のバイアス電圧は２２５Ｖであった。水は他の残留ガスから分離され始めている。ヘリウムは、残りの残留ガスから明確に分解されている。水の左側のピークは、水よりも質量が大きいすべての残留ガスである。

図４２および４３は、本発明の一実施形態による真空計の全圧感度を示すグラフである。Ｔｏｒｒ単位の圧力が、横軸であり、マイクロアンペア単位の電流が縦軸である。図４２には、２つの曲線が示されており、１つは７．６Ｍオームの制限抵抗器がある場合、もう１つは制限抵抗器がない場合である。厚さ０．２５インチの直径２インチの磁石を用いて、９５０ガウスの磁場が達成された。アノード電圧は１４００Ｖで、検出器バイアス電圧は４７０Ｖであった。達成された全圧感度は３．５Ａ／Ｔｏｒｒであった。７．６Ｍオームの制限抵抗器と共に、最大１３０マイクロアンペアの電流が用いられた。このグラフは、全圧感度に不連続性がないことを示している。図４３では、直径２インチ、厚さ０．３７５インチの磁石で、１４５０ガウスの磁場が用いられた。アノード電圧は１４００Ｖで、検出器バイアス電圧は４７０Ｖであった。７．６Ｍオームの制限抵抗器と共に、最大１３０マイクロアンペアの電流が用いられた。８×１０^−５Ｔｏｒｒで不連続性があったが、１Ｔｏｒｒあたり全圧感度が５．５アンペアであるとわかった。

本発明の実施形態を用いた実験では、標準偏差１×１０^−１０Ｔｏｒｒの分圧電流ノイズが得られた。毎秒１００リットルの排気を想定した場合、１×１０^−８Ｔｏｒｒリットル／秒の漏れ検出限界が得られる。厚さ０．２５インチの磁石を用いた実験では、圧力曲線に不連続性はなく、標準的な冷陰極計と互換性のある優れた磁気が得られた。厚さ０．３７５インチの磁石を用いた実験では、分圧感度は増加したが、上記の１つの不連続性があった。

図４４は、本発明の一実施形態による、残留ガス分析器（ＲＧＡ）と真空計を用いた漏れ検出の比較を示すグラフの図である。２つの左側のパネルのグラフは、ＲＧＡを用いて得られたが、右側のパネルのグラフは、本発明による実施形態を用いて得られたものであり、１×１０^−８Ｔｏｒｒの漏れがあった。曲線（縦軸の圧力（Ｔｏｒｒ）対横軸の時間）の類似の形状は、本発明の実施形態がＲＧＡと同様の性能を有することを示す。他の実験では、生産に用いられる現在のＲＧＡと比較して、漏れの迅速かつ正確な検出を伴う同様の性能が、本発明の実施形態によって、１×１０^−１０Ｔｏｒｒの漏れに対して得られた。

図４９は、本発明の一実施形態による、イオン成分を偏向させて検出器によって検出されるようにするためのイオンビームデフレクタ４９１０６を用いる真空計の概略投影図である。一対の平行板４９１０６ａおよび４９１０６ｂまたは一対の湾曲板などのイオンビームデフレクタ４９１０６は、供給源アパーチャ４９０１０と検出器４９０１２との間に配置されている。このようなイオンビームデフレクタ４９１０６は、以下でさらに述べるように、イオン成分を偏向させ、エネルギー集束を行うために用いられ得る。

本明細書の先の実施形態と同様に、変位したイオン成分４９０３８は、異なるイオン成分に分離され、イオン成分は、供給源アパーチャ４９０１０からさらに移動するにつれて、互いにだんだんと発散する。逆マグネトロン冷陰極放電電極構成では、カソード電極アセンブリ４９００４は、アノード電極４９００２を囲む。（図４９に示されていない磁石アセンブリを用いて生成された）軸方向磁場が、アノード電極４９００２を中心としており、高電圧電位Ｖ_{ａｎｏｄｅ}をアノード電極４９００２に印加することによって放射状の電場が形成される。電場と磁場のクロスフィールド配置（電場の方向４９００７ａと磁場の方向４９００７ｂで示される）で、純電子プラズマ４９０６８がアノード電極４９００２の周囲に形成される。純電子プラズマ４９０６８に入るガス分子は、歳差運動する電子によってイオン化され、放射状の電場によってカソード電極アセンブリ４９００４に向かって即座に加速されるイオンを形成する。供給源内の磁場は、電子をタイトな円形軌道で歳差運動させるのに十分な高さ（例えば、１ｋガウス）であるが、より重いイオンへの影響は少なく、それらがカソード電極アセンブリ４９００４に向かって飛ぶときの軌道の、質量依存の磁気偏向は、わずかである。カソード壁に位置する垂直スリットなどの供給源アパーチャ４９０１０によって、イオン成分４９０３８の薄い薄片が供給源から出ることができる。追加の磁石（図４９に示されていない）を用いて、磁場は、供給源アパーチャ４９０１０と検出器４９０１２との間の飛行領域に展開され、それによって、質量依存性のイオンの偏向を増加させて別々のイオン成分４９０３８ｂ〜ｄにする。より軽いイオンはより重いイオンよりも偏向する。例えば、変位したイオン成分４９０３８ｂはヘリウムイオンからなり、変位したイオン成分４９０３８ｃは水イオンからなり、変位したイオン成分４９０３８ｄは窒素や酸素などの残留ガスからなる。そのような、追加の磁石を用いて増加したイオン成分の偏向によって、例えば、残りの残留ガスイオン４９０３８ｄからの水イオンの分離を可能にすることができる。検出器４９０１２は金属製のファラデーコレクタハーフシリンダー４９０２２を備え、これは検出器アパーチャ４９０２０を通って検出器４９０１２に到達するイオンフラックスに比例するイオン電流を生成する。このイオン電流は、検出器に到達するイオン成分４９０３８ｄの分圧電流Ｉ_ＰＰである。図４９には、全圧電流Ｉ_Ｔも示されている。

また、図４９の実施形態では、イオンビームデフレクタ４９１０６は、イオン成分４９０３８ｂ、４９０３８ｃ、および４９０３８ｄを検出器イオンアパーチャ４９０２０内に導くために、用いられる。磁場は、イオン成分の軌道を下向きに湾曲させる（図５１の上面図を参照）のに対して、図５１を参照すると、デフレクタプレート４９１０６ａおよび４９１０６ｂの間の電場は、静電的にイオン成分の軌道を上方に向けている。図５１では、デフレクタプレート４９１０６ｂが、接地されたデフレクタプレート４９１０６ａに対して正にバイアスされている「プッシャー（ｐｕｓｈｅｒ）」配置を想定している。図４９では、例えば、デフレクタプレート４９１０６ａおよび４９１０６ｂの間の電圧差は、残留ガス成分４９０３８ｄが検出されるように設定されている。デフレクタプレート４９１０６ａおよび４９１０６ｂの両方が接地状態にあると、すべてのイオンは、供給源アパーチャの角度と磁場からのイオン成分の偏向量に基づいて、検出器アパーチャ４９０２０から外れる。しかし、デフレクタプレートの一方、ここでは、プッシャーデフレクタプレート４９１０６ｂ、の電圧が、この例では接地されている他方のデフレクタプレート４９１０６ａと比較して変化する（ここでは、正の方向に増加する）と、イオン成分４９０３８ｂ、４９０３８ｃ、および４９０３８ｄは上に（または電圧変化に応じて下に）向けられ、様々なイオン成分が検出器アパーチャ４９０２０を通過できるようになる。図４９では、プッシャーデフレクタプレート４９１０６ｂは、残留ガスイオン成分４９０３８ｄが検出器アパーチャ４９０２０に到達するような電圧に設定されている。

対照的に、図５０および図５１（上面図）では、デフレクタプレート４９１０６ｂの電圧が増加し、よって、異なるイオン成分、この場合、水イオン成分５００３８ｃ（図５０）および５１０３８ｃ（図５１）が、検出器４９０２０に利用可能になる。デフレクタプレート４９１０６ｂの電圧がさらに上昇すると、ヘリウムイオン成分４９０３８ｂは、検出器アパーチャ４９０２０に到達し、信号を生成するであろう。このように、デフレクタ４９１０６は、イオン成分の方向づけを可能にし、よって、複数のイオン成分種が順に検出器４９０１２に導かれ得る。図４９〜５１の例では、デフレクタプレート４９１０６ｂは、プッシャーデフレクタプレートであり、接地されたデフレクタプレート４９１０６ａに対して正の電圧で掃引される。他の配置要素を使用でき、例えば、一方のプレートを、接地されているもう一方のプレートに対して負の電圧とすることができ、または、両方のプレートに異なる電圧でバイアスをかけることができる。図４９〜５１の例では、プッシャーデフレクタプレートについて、イオン成分が、例えば、磁場によって引き起こされる偏向に基づいて、供給源アパーチャ４９０１０から出て、プッシャーデフレクタプレート４９１０６ｂに向かって飛ぶことができる。この例では、デフレクタプレート４９１０６ａ、４９１０６ｂがオフになると、イオン成分は検出器アパーチャ４９０２０に到達しない。プッシャーデフレクタプレート４９１０６ｂの電圧が正の電圧で掃引されると、イオン成分が検出器アパーチャ４９０２０へ押され始める。より重いイオンは最初に検出器アパーチャ４９０２０に入るが、より軽いイオン成分は、検出器アパーチャ４９０２０に到達するためには、イオン成分を掃引するより高い電圧を必要とする。

プッシャーデフレクタプレート４９１０６ｂの電圧のスキャンなどよって、デフレクタプレートの一方または両方の電圧をスキャンし、イオン成分信号（分圧電流など）をデフレクタプレートの電圧に対してプロットすると、図５２に示すような、リアルタイム質量スペクトルを生成できる。図５２は、本発明の一実施形態による真空計においてデフレクタプレートの電圧を走査することによって生成された全スペクトル範囲のグラフである。ピコ電流計電流−電圧変換器によって、ボルト単位に変換された、検出分圧電流が、縦軸に示され、デフレクタプレートの電圧に直線的に関連する（デフレクタ電圧は鋸歯状の波形で掃引されているため）秒単位の時間が、横軸に示されている。この例では、アセトンを被モニタチャンバに加え、真空計を用いて分析した。空気５２１１０ａ、水５２１１０ｂ、ヘリウム５２１１２、水素５２１１４、およびアセトン５２１１５の個別のイオン成分ピークがリアルタイム質量スペクトルで生成された。

図４９に戻ると、検出器シールド電気コネクタ４９１７２が、検出器シールド４９１７０と、検出器シールドバイアス電圧を検出器シールド４９１７０に印可する電圧源４９１９８との間に電気的に接続されており、それにより、検出器シールド４９１７０はハイパスイオンエネルギーフィルタとなる。ハイパスイオンエネルギーを用いると、検出器シールドバイアス電圧を超えるエネルギーを持つイオンのみが、検出器アパーチャ４９０２０の平面を通過でき、残りは向きを変える。検出器シールドバイアス電圧を大きくすると、デフレクタ電圧の掃引中に検出器４９０１２に到達できるイオンのエネルギー分布または広がりが狭くなり、電圧が高くなるにつれて質量ピークが狭くなる。

ここで、図５３の側面図、図５４、５６、および５８の上面図、ならびに図５５と５７の投影図を参照して、本発明の一実施形態による、デフレクタを用いた真空計の構成要素について説明する。真空フィードスルー５４０２４、５４０２６、５４２０１、５４０２３（図５４を参照）および５３２０５（図５３を参照）によって、真空計の電極アセンブリに電気的接続と構造的サポートの両方がもたらされる。真空フィードスルーは、標準的な真空コンポーネント、例えば、米国カリフォルニア州ヘイワードのＭＤＣ Ｖａｃｕｕｍ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、ＬＬＣによって販売されているものを用いて、作成され得る。真空フィードスルーには、アノードフィードスルー５４０２４、カソードフィードスルー５４０２６、デフレクタプレートフィードスルー５４２０１、検出器フィルタフィードスルー５４２０３、および検出器電流フィードスルー５３２０５（図５３を参照）が含まれる。一方のデフレクタプレート５４１０６ｂは、デフレクタプレートフィードスルー５４２０１を介した電気接続によってバイアスされているが、他方のデフレクタプレート５８１０６ａ（図５８を参照）は接地されている。なお、ここでは、デフレクタプレート５８１０６ａ（または図５８の他のデフレクタプレート５８１０６ｂ）は、５８１０６ｂで示されるような薄いプレートの形状を有する必要はなく、代わりに、５８１０６ａのようなブロックの形状を有し得る。

デフレクタプレートまたはブロック５８１０６ａおよび５８１０６ｂは、不規則なドリフトを引き起こし得る誘電体コーティングで容易にコーティングされない材料（例えば、ステンレス鋼）で作成する必要がある。例えば、酸化物パッシベーション層が不規則なドリフトを引き起こす場合、アルミニウムは不適切であろう。検出器フィルタフィードスルー５４２０３（図５４を参照）は、ここではフィルタプレートとして実装されている検出器高エネルギーフィルタ５４０４２に接続する。真空計はまた、ファラデーコレクタ５３０２２の少なくとも一部を囲む接地された検出器シールド５３２２１（図５３を参照）を備える。接地された検出器シールド５７２２１（図５７を参照）は、イオン成分が検出器高エネルギーフィルタ５７０４２のアパーチャ５７２６３を通って到達する検出器アパーチャ５７０２０を備える。代替的な配置では、検出器アパーチャ５７０２０は、検出器高エネルギーフィルタ５７０４２の後ろの検出器にあるか、それ自体が検出器高エネルギーフィルタ５７０４２のアパーチャ５７２６３であり得ることが理解されるであろう。エネルギーフィルタグリッド（図示せず）が、検出器アパーチャ５７０２０を囲むまたは覆うことができる。

さらに、真空計は、電子制御アクチュエータ５４２０９または手動制御アクチュエータに結合され得るカソード回転カップリング５４２０７（図５４）を備え得る。アクチュエータ５４２０９は、カソード回転カップリング５４２０７を用いて、カソード電極アセンブリ５４００４を回転させるように構成され、カソード回転カップリング５４２０７は、供給源アパーチャ５５０１０（図５５を参照）の回転角を調整する機能を与える。カソード回転カップリング５４２０７（図５４）は、例えば、カソード電極アセンブリ５５００４が取り付けられている回転テーブル５５２１１（図５５を参照）（図５８では５８２１１としても示されている）を備え得る。アクチュエータ５４２０９（図５４を参照）は、ロッド５４２１３を備え、ロッド５４２１３は、回転テーブル５５２１１（図５５）を回転させて、供給源アパーチャ５５０１０（図５５）の回転角を調整する。ロッド５４２１３（図５４を参照）は、カソードの回転が調整されるときに真空を維持するＯリングシール５４２１５内で回転する。図５４に示されるロッド５４２１３は、Ｏリングシール５４２１５を通って延びており、回転テーブル５５２１１（図５５）を作動させるフランジ５４２１７を押している。ロッド５４２１３のねじ端部５４２６５が回転すると、その結果、ロッド５４２１３の端部が直線的に移動し、フランジ５４２１７を押して、回転テーブル５５２１１（図５５）を回転させる。回転テーブル５５２１１は、ばね５６２７５（図５６）からばね張力を受けており、ロッド５４２１３が引っ込むと元に戻る。

図５６を参照すると、それによって、被モニタチャンバからのガスが真空計に入れられるガス入口通路５６０２８が示されている。接地された検出器シールド５５２２１（図５５を参照）の表面は、ガス入口通路５６０２８（図５６）を通って来る流入ガスのより開放的なガスコンダクタンス経路を提供するように、傾斜されるか、または他の形状に成形され得る。図５６には、プレート留め具５６２６７、および真空計のエンベロープ５６２６９も示されている。エンベロープ５６２６９には、接地されたデフレクタプレート５６１０６ａを、例えばエンベロープ５６２６９の一部として取り付けることができる。取り付けプレート５６３３９が、アノード電極、カソード電極アセンブリ、真空フィードスルー、および検出器の構成要素を含む、デフレクタプレート５６１０６ａ以外の真空計のほとんどの構成要素を取り付けるために、用いられ得る。取り付けプレート５６３３９を、例えば、ゴム製のＯリング、超高真空用の金属ガスケットでシールでき、または、所定の位置に溶接することもできる。構成要素を取り付けプレート５６３３９に取り付けると、テストおよび製造中の問題を修復する機能が得られ、ユーザは現場で真空計を維持できる。

取り付けプレート５６３３９およびエンベロープ５６２６９は、例えば、透磁率が可能な限り低いステンレス鋼で作成できる。図示されている電気絶縁体５６２７１によって、プッシャーデフレクタプレート５６１０６ｂおよび検出器高エネルギーフィルタ５６０４２の電気絶縁が得られる。スポット溶接されたプッシュオンコネクタ５６２７３が、デフレクタプレートフィードスルー５６２０１および検出器フィルタフィードスルー５６２０３の端部に示されている。プッシュオンコネクタ５６２７３によって、電気接続に加えて、プレートの位置合わせが行われる。カソード電極アセンブリ５６００４の上部の開口５６００８によって、ガスがカソード電極アセンブリ５６００４の内部に入れられる。ばね５６２７５が、図５７（ばね５７２７５を参照）にさらに示すように、カソード回転テーブル５５２１１（図５５）に取り付けられている。ばね５６２７５は、アクチュエータ５４２０９（図５４）の押す力とは反対に、カソード回転テーブル５５２１１を引っ張る力を与える。図５３を参照すると、止めねじ５３２７７によって、回転テーブルをロックして回転角を固定することが可能となる。カソード回転テーブルは、その位置を固定するためにスポット溶接することもできる。絶縁支柱５３２７９によって、カソード電極アセンブリ５３００４の電気絶縁がもたらされ、アノードからカソードへの電流がカソード電極アセンブリで測定される場合、絶縁支柱５３２７９は用いられ得る。代替的に、例えば、アノードからカソードへの電流がアノード電極で測定される場合、絶縁支柱５３２７９を省略できる。

図５５を参照すると、絶縁体スリーブ５５２８１によって、ファラデーコレクタ５５０２２が機械的にサポートされる。絶縁体スリーブ５５２８１とファラデーコレクタ５５０２２を作成する際には、コレクタを十分に機械的にサポートし、コレクタを軽量にすることによって、ファラデーコレクタ５５０２２の振動を排除することが望ましい。これにより、コレクタによって測定される電流における高周波ＡＣ電流成分の発生が減少する。供給源アパーチャ５５０１０は、例えば、幅約０．００５インチ、高さ０．３５０インチの寸法を有し得る。供給源５５０１０の幅は、真空計の極限質量分解能に影響を与える。供給源アパーチャ５５０１０は、例えば、化学エッチングによって０．０００５インチの厚さの板金に作られ得る。

図５７を参照すると、電気接続部（ワイヤなど、図示せず）が、カソードフィードスルー５７０２６の端部からカソード電極アセンブリ５７００４まで延在して、カソード電極アセンブリ５７００４への電気接続を完成できる。ワイヤは、カソード電極アセンブリ５７００４の回転に対応するようにコイル状に巻くことができる。

図５９は、真空計の構成要素の概略図であり、図６０は、断面図であり、これらの図は、本発明の一実施形態による、いくつかの例示的な寸法を示す。図６０は、図５９のＡ−Ａ線に沿った、図５９の真空計の断面図である。図５９を参照すると、いくつかの寸法例は以下のとおりである。アノード電極５９００２と接地された検出器シールド５９２２１との間の長さは約２．０２０インチであり、デフレクタプレート５９１０６ａおよび５９１０６ｂとの間の距離は約０．６３５インチであり、接地されたデフレクタプレート５９１０６ａと、供給源アパーチャ５９０１０からファラデーコレクタ５９０２２まで延びる中心軸５９２１９との間の距離は約０．４７０インチであり、中心軸５９２１９とプッシャーデフレクタプレート５９１０６ｂとの間の距離は約０．１６５インチである。

図６０を参照すると、いくつかの例示的な寸法は次のとおりである。カソード電極アセンブリ６０００４の高さは、約０．７５０インチであり、アノード電極６０００２の高さは約０．５００インチであり、アノード電極６０００２の上部と下部のそれぞれとカソード電極アセンブリ６０００４との間の間隙の高さは約０．１２５インチであり、カソード電極アセンブリ６０００４の内径は約０．９３０インチであり、アノード電極６０００２の外径は約０．４００インチであり、アノード電極６０００２と接地された検出器シールド６０２２１との間の長さは約２．０２０インチであり、供給源アパーチャ６００１０と接地された検出器シールド６０２２１との間の飛行経路の長さは約１．５４５インチであり、供給源アパーチャ６００１０と高エネルギーフィルタ６００４２との間の長さは約１．４５５インチであり、検出器アパーチャの厚さは約０．００５インチであり、供給源アパーチャ６００１０から検出器電流フィードスルー６０２０５までの距離は約１．７４３インチである。いくつかのさらなる例示的な寸法は、以下のとおりである。検出器アパーチャ５７０２０（図５３を参照）は、幅が約０．０１０インチ、高さが０．４００インチであり得、供給源アパーチャ６００１０は、幅が約０．００５インチ、高さが０．３５０インチであり得る。上記は例示的な寸法であり、他の寸法を使用できることが理解されるであろう。

次に、本発明の一実施形態による、磁場展開アセンブリの配置について説明する。図４６を参照して上述したように、供給源アパーチャ４６０２０から検出器４６０１０に向かって長手方向に延びる方向４６１９６に磁場を展開させるために、カソード電極アセンブリ上の磁石アセンブリに加えて、１つまたは複数の磁石４６１９４などの磁場展開アセンブリが用いられ得る。磁場展開アセンブリ４６１９４は、磁石アセンブリと検出器４６０１０の間の磁場を増加させるように配置され得る。これにより、例えば、真空システムにおいて、水を、残りの残留ガスから分離できるようになる。磁場展開アセンブリ４６１９４がない場合、供給源からのフリンジング磁場だけがイオン成分飛行経路に延びており、真空計は、システムにおいて、ヘリウムや水素などの軽いガスを残りの残留ガスから分離できる。磁場展開アセンブリ４６１９４がある場合、一例では、磁場は、供給源（アノード電極およびカソード電極アセンブリ）の領域で約１０００ガウスであり得、検出器４６０１０の近くでは、約１３００ガウスであり得る。

図６１に示される別の実施形態では、磁石アセンブリは、カソード電極アセンブリ６１００４上に延在し、かつ供給源アパーチャから検出器に向かって長手方向（図４６の方向４６１９６を参照）に延在するモノリシック磁石６１２２５を備え得る。モノリシック磁石６１２２５の磁場は、例えば、全体で１ｋガウスであり得、それによって、水が他の残留ガスから分離するのを確認するのに十分なイオン成分の分離がもたらされ得る。追加の質量分離のための飛行経路におけるさらなる磁気強度が、飛行経路に別の磁石（図４６参照）、または磁気ヨーク（図６２参照）、あるいはその両方を追加することによって得られる。図６１には、カソードハンドル６１３４１も示されている。カソードハンドル６１３４１は、カソード電極アセンブリ６１００４を回転させるように（例えば、マイクロメータを用いて）作動され得る。

図６２は、本発明の一実施形態による真空計との磁気ヨーク６２２２７の使用を示す概略図である。磁気ヨーク６２２２７は、供給源アパーチャと検出器の間に延在する通路６２２２９の外側の少なくとも一部を囲んでいる。磁気ヨーク６２２２７は、イオン成分の飛行経路全体に延びる磁束線の数を増やすことができ、それによって、飛行経路での磁気強度を高め、質量分離を支援できる。また、磁気ヨーク６２２２７は、真空計の周囲の外部場を減らすことができる。これは、ユーザの他の機器やプロセスに干渉しないようにするのに有用であり得る。

図６３は、本発明の一実施形態による真空計における静電デフレクタを用いたイオン成分のエネルギー集束機能を示す概略図である。エネルギー集束では、異なるエネルギーおよび共通のイオン成分質量を有するイオン成分が、検出器の検出器アパーチャ６３０２０を介して集束される。例えば、低エネルギー水イオンおよび高エネルギー水イオンなどの共通のイオン成分の低エネルギーイオン６３２３１および高エネルギーイオン６３２３３は、検出器アパーチャ６３０２０を介して集束され得る。別の例では、低エネルギー残留ガスイオンおよび高エネルギー残留ガスイオンが、検出器アパーチャ６３０２０を通して集束され得る。このようなエネルギー集束を行うために、デフレクタ制御回路（図６５の６５２４１を参照）が、デフレクタ電源（図６４の６４２３５を参照）の電圧を制御して、イオンビームデフレクタに、異なるエネルギーおよび共通のイオン成分質量を有するイオン成分６３２３１および６３２３３を、検出器アパーチャ６３０２０を通して集束するように方向づけさせるように、構成される。

真空計は、カソード回転カップリング（図５４の５４２０７を参照）と、アクチュエータ５４２０９とを備え得、アクチュエータ５４２０９は、カソード電極アセンブリを回転させ、それによって、異なるエネルギーのイオン成分を検出器アパーチャ６３０２０を介して集束させるデフレクタ電源（図６４の６４２３５）の電圧で、異なるエネルギーのイオン成分が検出器アパーチャ６３０２０に向けられるように、構成される。カソード回転カップリング５４２０７を用いて供給源アパーチャを回転させると、質量スペクトルを回転させて、例えば２５ａｍｕから３５ａｍｕの間の残留ガスピークのエネルギー集束を含めることができる。エネルギー集束の１つの技術では、例えば、図５２のような質量スペクトルにおいて、残留ガス信号を見ながら、供給源アパーチャを、カソード回転カップリング５４２０７を用いて回転させる。右回転に達すると、残留ガスピークが狭く、高くなり、これは、エネルギー集束がある場合に発生するはずである。イオン成分質量毎に、エネルギー集束をもたらすデフレクタ電源の特定の電圧がある。対象のイオン成分のイオンビームが、対象のイオン成分もエネルギー集束されるデフレクタ電源の電圧で検出器アパーチャに到達するように、カソード電極子を回転させるために、カソード回転カップリング５４２０７は用いられ得る。一例では、カソード回転カップリング５４２０７を、真空計の製造中に用いてもよく、次いで、所望の回転、例えば、水および残留ガスの１つまたは複数に対してエネルギー集束をもたらす回転に設定してもよい。

図６４は、本発明の一実施形態による、電気制御回路の概略図である。電気制御回路は、アノード高電圧電源６４１１６、デフレクタ電源６４２３５（デフレクタプッシャー高電圧電源など）、検出器高エネルギーフィルタ電源６４１１８、アナログ−デジタルコンバータ６４１２４、プロセッサ６４１３８、デジタル−アナログコンバータ６４２３７、ＤＣ電源６４２３９、全圧イオン電流用電流−電圧変換器６４１２０、分圧イオン電流用電流−電圧変換器６４１２２、およびリレーおよびデジタル入力／出力ユニット６４１２８を備える。アノード高電圧電源６４１１６は、アノードフィードスルー６４０２４を介してアノード電極６４００２に接続されている。全圧イオン電流用電流−電圧変換器６４１２０は、カソードフィードスルー６４０２６を介して、カソード電極アセンブリ６４００４に接続されている。デフレクタ電源６４２３５は、デフレクタプレートフィードスルー６４２０１を介して、デフレクタプレート６４１０６ｂ（ここでは、プッシャーデフレクタプレート）に接続されている。検出器高エネルギーフィルタ電源６４１１８は、検出器フィルタフィードスルー６４２０３を介して検出器高エネルギーフィルタ６４０４２に接続されている。分圧イオン電流用電流−電圧変換器６４１２２は、検出器電流フィードスルー６４２０５を介してファラデーコレクタ６４０２２に接続されている。

一方のデフレクタプレート６４１０６ｂは、デフレクタプレートフィードスルー６４２０１を介したデフレクタ電源６４２３５への電気接続によってバイアスされているが、他方のデフレクタプレート６４１０６ａは接地されている。プロセッサ６４１３８は、デフレクタ制御回路６５２４１（図６５を参照）を備え、デフレクタ制御回路６５２４１は、デジタル−アナログコンバータ６４２３７に供給されるデジタルデフレクタ制御信号を介してデフレクタ電源６４２３５の動作を制御し、デジタルデフレクタ制御信号は、デフレクタ電源６４２３５にアナログ制御をもたらすために、デジタル−アナログコンバータ６４２３７によって用いられる。また、プロセッサ６４１３８によって、他の構成要素から受信した信号のデジタル信号処理が行われ、デジタル信号がデジタル−アナログコンバータ６４２３７に提供される。デジタル信号は、アナログ出力６４２４３を提供するために用いられ、当該アナログ出力６４２４３には、例えば、全圧アナログ出力、水分率アナログ出力、およびヘリウム（または他の成分）分圧アナログ出力が含まれ得る。

また、プロセッサ６４１３８は、他の構成要素から受信した信号のデジタル信号処理を行い、デジタル入出力ユニット６４１２８に、ターゲットベース圧力アラート、ヘリウム漏れアラート、ポンプダウンアラートなどのデジタルアラート６４２４５を提供する。リモートディスプレイ６４１４０およびオーディオ出力６４１２６が、プロセッサ６４１３８に接続されて設けられる。また、アナログ−デジタルコンバータ６４１２４は、図６９のコンビネーションゲージについて説明するように、ピラニまたはピラニピエゾゲージなどの高圧ゲージからアナログ信号６４２５５を受信するように、接続され得る。

デフレクタ電源６４２３５は、イオンビームデフレクタのデフレクタプレート６４１０６ａおよび６４１０６ｂの間に静電場を生成するように、電気的に接続されている。プッシャーデフレクタプレート６４１０６ｂが図６４に示されているが、以下の配置を使用できることが理解されるであろう：（ｉ）デフレクタ電源６４２３５は、第２のデフレクタプレート６４１０６ａの接地電圧に対して、正のデフレクタバイアス電圧を、第１のデフレクタプレート６４１０６ｂに提供でき；または（ｉｉ）第２のデフレクタプレート６４１０６ｂの接地電圧に対して、負のデフレクタバイアス電圧を、第１のデフレクタプレート６４１０６ａに提供でき；または（ｉｉｉ）第１のデフレクタバイアス電圧を第１のデフレクタプレート６４１０６ｂに、第２のデフレクタバイアス電圧を第２のデフレクタプレート６４１０６ａに提供できる。

デフレクタ制御回路６５２４１（図６５）は、デフレクタ電源６４２３５の電圧を変化させて、デフレクタ６４１０６ａ／ｂにイオン成分の偏向を変化させるように構成され得る。デフレクタ制御回路６５２４１（図６５）は、（ｉ）時間に対する電圧の三角鋸歯状変化、または（ｉｉ）電圧波形、に基づいて、デフレクタ電源６４２３５の電圧を変化させて、変位したイオン成分のピーク幅および他のイオン成分に対する時間的位置を制御するように構成され得る。デフレクタ電源６４２３５の他の変形例を使用できることが理解されるであろう。例えば、線形または非線形の変形例を使用できる。時間に対するピークの動きを排除するために、デフレクタ電圧を、圧力によっても変化させることができる。デフレクタ制御回路６５２４１（図６５）は、デフレクタ電源６４２３５の電圧をスキャンして、デフレクタ６４１０６ａ／ｂに、デフレクタ電源６４２３５の電圧がスキャンされるときに連続して検出器によって検出されるように複数のイオン成分を偏向させるように、構成され得る。デフレクタ制御回路６５２４１（図６５）は、デフレクタ電源６４２３５の電圧をスキャンして、複数のイオン成分の質量スペクトル（例えば、図５２のような）の検出を可能にするように、構成され得る。

デフレクタ制御回路６５２４１（図６５）は、アノード電極６４００２の電圧の変化にともなってデフレクタ電源６４２３５の電圧を変化させ、あるイオン成分の他のイオン成分に対する検出器における時間位置が、アノード電極の電圧が変化しても変わらないようにしながら、デフレクタ６４１０６ａ／ｂが当該イオン成分を検出器に指向させるように構成できる。この点に関して、アノード電圧が減少すると、イオン成分のエネルギーが減少し、磁気偏向に対するイオン成分の曲率半径が増加し、よって、イオン成分が検出器に到達する電場が、変化する。したがって、デフレクタ電源６４２３５の電圧時間依存性を調整することにより、デフレクタ制御回路６５２４１（図６５）を用いて、デフレクタは、アノード電圧に関わらず、イオン成分を、他のイオン成分と同じ時間位置で検出器に到達させることができる。また、アノード電圧が低下し、それによりイオン成分のエネルギーが減少するとき、検出器高エネルギーフィルタ制御回路６５２９５（図６５を参照）を用いて、検出器高エネルギーフィルタ電源６４１１８の電圧を調整する必要がある。

検出器高エネルギーフィルタ電源６４１１８は、アノード電極６４００２の電圧に基づいて、検出器高エネルギーフィルタ６４０４２のバイアス電圧を変化させるように、構成され得る。例えば、プロセッサの検出器高エネルギーフィルタ制御回路６５２９５（図６５を参照）が、デジタル−アナログコンバータ６４２３７によって処理されるデジタル信号を生成でき、デジタル−アナログコンバータ６４２３７は、次に、アナログ制御信号を検出器高エネルギーフィルタ電源６４１１８に提供して、検出器高エネルギーフィルタ６４０４２のバイアス電圧を変化させる。例えば、アノードの電圧が低下すると、高エネルギーフィルタ６４０４２のバイアス電圧を低減して、イオン成分の安定した信号を維持することができる。

図６５は、本発明の一実施形態による、図６４の電気制御回路に用いられるプロセッサ６５１３８の概略ブロック図である。プロセッサ６５１３８は、デフレクタ制御回路６５２４１と、検出器高エネルギーフィルタ制御回路６５２９５と、検出器によって生成された電流に基づいて残留ガス分圧を決定するように構成された残留ガス分圧測定回路６５２４７と、検出器によって生成された電流に基づいて水分圧を決定するように構成された水分圧測定回路６５１６４と、検出器によるヘリウムの検出によって生成された電流に基づいてヘリウム分圧を決定するように構成されたヘリウム分圧測定回路６５２５１と、ヘリウム分圧のベースライン補正を行うように構成された自動ベースライン補正回路６５２５３と、その動作が図６８を参照して説明されるポンプダウン診断プロセッサ６５２９７とを備える。残留ガス分圧測定回路６５２４７、水分圧測定回路６５１６４、およびヘリウム分圧測定回路６５２５１は、例えば、分圧回路３１１４６（図３１を参照）と同様の方法で、例えば、分圧回路３１１４６と同様のルックアップテーブル（ＬＵＴ）を含むように実装され得る。自動ベースライン補正回路６５２５３は、例えば、ヘリウム分圧測定回路６５２５１によってヘリウム分圧が決定される前に、質量スペクトル（図５２を参照）のヘリウムピークからベースラインを差し引くために用いられ得る。

図６６は、本発明の一実施形態による、デフレクタ制御回路６６２４１の概略ブロック図である。デフレクタ制御回路６６２４１は、例えば、時間に対するデフレクタ電圧の三角鋸歯状変化を生成する鋸歯状電圧プロセッサ６６２８３を備え得る。代替的に、またはさらに、デフレクタ制御回路６６２４１は、電圧波形を生成して、変位したイオン成分のピーク幅および他のイオン成分に対する時間的位置を制御するピーク幅制御プロセッサ６６２８５を備え得る。代替的に、またはさらに、デフレクタ制御回路６６２４１は、デフレクタ電圧スキャンプロセッサ６６２８７を備え、デフレクタ電源の電圧をスキャンして、連続して検出器によって検出されるように複数のイオン成分を偏向させ、例えば、複数のイオン成分の質量スペクトルの検出を可能としてもよい。代替的に、またはさらに、デフレクタ制御回路６６２４１は、アノード電圧デフレクタ制御プロセッサ６６２８９を備え、アノード電圧の変化にともなって、例えばアノード電圧に対し線形的に、デフレクタ電源の電圧を変化させてもよい。

別の実施形態では、アノード電圧制御回路（図２９の２９１６４を参照）は、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間を流れる全電流Ｉ_Ｔに基づいて、アノード電極２９００２の電圧を変化させるように構成できる。この目的のために、図６７のアノード電圧制御回路６７１６４は、低電圧設定回路６７２９１と高電圧設定回路６７２９３を備える。これらは、全圧が増加するにつれて、アノード電圧が低下し始めるときに用いることができる。このアノード電圧の低下は、電流制限抵抗器が用いられる場合に発生する。一例では、アノード高電圧電源６４１１６（図６４を参照）は、アノード電圧制御回路６７１６４からの信号に基づいて、２つの異なる電圧設定で動作でき、アノード電圧制御回路６７１６４は、例えば、アノード電圧制御回路６７１６４の低電圧設定回路６７２９１および高電圧設定回路６７２９３から制御信号を受信する構成要素を備え得る。ここで、２つの電圧設定は、１０^−５Ｔｏｒｒなど、電子的に保存された閾値圧力未満の全圧に対応する全電流Ｉ_Ｔの低電圧設定、および電子的に保存された閾値圧力より大きい圧力の高電圧設定である。例えば、低電圧は１４００Ｖであり得、高電圧設定は２０００Ｖまたは２５００Ｖであり得る。別のバージョンでは、低圧動作用に選択されたものと同じアノード電圧を提供するために、漏れ検出が開始する前にアノードの高電圧供給バイアスを調整してもよい。

図６８は、本発明の一実施形態による、ポンプダウン診断プロセッサ６５２９７（図６５）によって実施される処理フローの一例の概略図である。処理フローでは、６８３０１において、ユーザが部品またはサンプルを被モニタチャンバに投入し、６８３０３において、ポンプダウンが開始される。６８３０５において、真空計（ここでは、ＶＩＳ、真空完全性システムとして示される）が起動され、プロセッサ６５２９７はポンプダウンステータスモードに入る。６８３０７において、プロセッサ６５２９７は、目標ベース圧力に到達したかどうかを判定する。ｙｅｓの場合、６８３０９で、これをユーザに示すために、ポンプダウンステータスインジケータが提供され得（例えば、図６４のリモートディスプレイ６４１４０を介した緑色または他の色のインジケータで）、６８３１１において、真空プロセスは継続する。そうでない場合、次に、ポンプダウンステータスインジケータは、同様に、６８３１３でユーザに警告を示すことができる（例えば、図６４のリモートディスプレイ６４１４０を介した黄色または他の色のインジケータで）。プロセッサ６５２９７は、６８３１５で、水分濃度が予想どおりであるかどうかを判定する。そうでない場合、次に、６８３１７で、ポンプダウンに予期しない遅延があるかどうかが判定される。ｙｅｓの場合、次に、６８３１９でベイクアウト手順が実行される。そうでない場合、次に、６８３０７で、目標ベース圧力に到達したかどうかが再度判定される。

６８３１５で、水分濃度が予想どおりであった場合、次に、プロセッサ６５２９７は、６８３２１で、残留物濃度が予想どおりであるかどうかを判定する。ｙｅｓの場合、次に、６８３２３で、ポンプダウンが続行され、プロセスはステップ６８３０７に戻る。そうでない場合、次に、６８３２５で、ポンプダウンステータスインジケータがアラートステータスに設定され得る（例えば、図６４のリモートディスプレイ６４１４０を介して赤または他の色のインジケータで）。次に、プロセッサ６５２９７は、６８３２７でヘリウム漏れチェックモードに入る。ヘリウム漏れが見つからない場合は、６８３２９で、内部汚染６８３３１の根本原因診断がプロセッサ６５２９７によって行われ、６８３３２で、ユーザはチャンバを換気して清掃する。ヘリウム漏れが見つかった場合、６８３３３で、例えばアラートインジケータ６４２４５（図６４を参照）を用いるか、リモートディスプレイ６４１４０を介して、ヘリウム漏れアラートが出される。次に、６８３３５で、大気漏れの根本原因診断がプロセッサ６５２９７によって行われ、６８３３７で、ユーザは漏れ口を特定し、修復する。一例では、経験則として、ヘリウム漏れ検出アラーム閾値を、被モニタチャンバの目標ベース圧力の約２７％に設定することにより、ヘリウム漏れを診断することができる。他のアラーム閾値を、プロセッサ６５２９７によって設定できることが理解されるであろう。図６８の処理フローにおいて、ユーザ規定可能な値には、目標ベース圧力、パーセント水閾値；残留物分圧閾値（ポンプダウンステータスモード）、およびヘリウム分圧閾値（ヘリウム検出モード）が含まれる。

次に、本発明の一実施形態における、圧力と、アノード電圧と、検出器アパーチャ電圧と、およびピーク位置との間の関係について説明する。

アノード電圧は、デバイスの感度に直接影響する。同じ圧力の場合、放電インピーダンスがアノード電圧によってほとんど変化しないとすれば、アノード電圧が増加すると、全圧電流（Ｉ_Ｔ）が高くなる。アノード電圧が高くなると感度が高くなる。しかしながら、この感度の向上は、分解能を犠牲にして行われる。アノード電圧が高くなると、分解能が低下する。一例では、アノード電圧は、Ｖａ＝１５００Ｖである。これは、標準的な電子機器で制御できる電圧であり、極端な絶縁やクリアランスを必要とせず、低コストの絶縁体を使用している。アノード電圧は、例えば、２５００Ｖまで高くできる。上記のように、機器の動作中、アノード電圧は、一定に保たれず、むしろ、電流制限抵抗器によって圧力が上昇するにつれて、低下する。これは、イオンのエネルギーが圧力によって変化することを意味する。したがって、例えば、検出器高エネルギーフィルタ制御回路６５２９５（図６５）を用いて、イオンが依然としてファラデーコレクタに確実に到達するように、検出器エネルギーフィルタリングを調整する必要がある。

デフレクタ電圧は、低分解能スペクトルを提供するために、デフレクタ制御回路６６２４１（図６６）を用いて掃引でき、または単一イオンモニタリングのために固定値に設定できる。一例では、スキャン条件は、より短いデフレクタプレート（例えば、長さ１インチ）では０Ｖから７００Ｖであって、より長いデフレクタプレート（例えば、長さ１．５インチ）では０Ｖから５００Ｖであり得る。デフレクタ電圧は、デフレクタプレートが互いに近くに配置されるかまたは長くなるほど、減少する。生成された質量スペクトル（例えば、図５２のような）は、例えば、デフレクタ電圧Ｖ_ｄに対してプロットされた分圧電流読み取り値（Ｉ_ＰＰ）を示すことができる。２．５秒の標準的なスキャン速度の場合、例えば、一般的なピーク幅は、１００ミリ秒（水と不純物）から３００ミリ秒（ヘリウムと水素）である。アノード電圧は、電流制限抵抗器を備えるユニットの圧力によって変化すると、イオンエネルギーが変化し、特定の質量を検出するために必要なデフレクタ電圧も変化する必要がある。しかしながら、その影響は、アノード電圧値が低下するにつれ、スキャンからイオンが失われるほど大きくないことがわかっている。アノード電圧が低下すると、イオンは移動し、位置と幅の両方が変化するが、その影響は予測可能であり、分解能に深刻な影響は与えない。

一例では、デフレクタプレートは、デフレクタ制御回路６６２４１（図６６）を用いて、２．５秒で０Ｖから５００Ｖの間でスキャンされる。水と残留ガス（３０ａｍｕの範囲など）に対して、質量分離だけでなく、例えばカソード回転カップリング５４２０７（図５４）を用いた追加のエネルギー集束も、デフレクタによって、確実にもたらされるように、供給源アパーチャの回転向きが、慎重に最適化される。言い換えれば、水と残留ガスのイオンにも静電エネルギー集束をもたらすデフレクタ電圧で、水と残留ガスが検出器に到達するように、供給源アパーチャの回転は慎重に調整される。平行板の場合、すべてのイオン質量が１回の掃引中にエネルギー集束を受けるわけではない。水に対してより高い分解能が必要な場合は、ヘリウムと水素が同様にエネルギー集束されていなくても、水がエネルギー集束されるように、供給源アパーチャの向きを選択できる。例示的な手順は次のとおりである。スキャンが開始され、システムが同量の窒素と水で加圧される。供給源アパーチャの回転向きが、カソード回転カップリング５４２０７（図５４）を用いて、窒素ピーク（２８ａｍｕ）と水ピーク（１８ａｍｕ）の間に最適な谷分離が見られるまで変更される。理想的なエネルギー集束回転角に達すると、ピークが鋭くなり、ピーク間の谷が低くなり、振幅が高くなる。

検出器高エネルギーフィルタ６４０４２（図６４を参照）は、分解能を向上するために用いられ得る。一例では、異なる種に対して、異なる検出器高エネルギーフィルタ電圧が用いられ得る。水と残留ガスの分解能について、１５００Ｖのアノード電圧の場合、検出器高エネルギーフィルタ６４０４２は、例えば８５０Ｖ〜１１００Ｖのバイアス電圧を有し得る。これにより、水を残留物から分離するために必要な分解能力をサポートするために、必要に応じて大量のエネルギーフィルタリングが提供される。しかしながら、これは、圧力の増加に伴ってアノード電圧が低下すると、適切な感度が得られるように高エネルギーフィルタ電圧を調整する必要があることを意味する。アノード電圧が圧力によって変化するとき、高エネルギーフィルタ電圧値を、例えば、アノード電圧と線形の関係で、検出器高エネルギーフィルタ制御回路６５２９５を用いて、調整できる。一例では、高エネルギーフィルタ電圧を、検出器高エネルギーフィルタ制御回路６５２９５を用いて低減して、アノード電圧に比例するように低減できる。任意の圧力におけるアノード電圧を、例えば、高エネルギーフィルタ制御回路６５２９５によって、アノード高電圧電源６４１１６の電圧から電流制限抵抗器両端の電圧降下を引いたものとして計算できる。例えば、アノード高電圧電源の電圧が１５００Ｖで、検出器フィルタ高電圧電源６４１１８が高真空で８００Ｖから始まる場合、次に検出器フィルタ高電圧電源６４１１８の電圧が、Ｖ_Ｆ＝（８００／１５００）＊（１５００−Ｒ_Ｉ＊Ｉ_Ｔ）として調整される。ここで、Ｖ_Ｆは検出器高電圧電源６４１１８の電圧、Ｒ_Ｉは電流制限抵抗器の抵抗、Ｉ_Ｔは電流制限抵抗器を介した全電流である。

図６９は、本発明の一実施形態による、逆マグネトロン冷陰極電離真空計がコンビネーションゲージ６９２５７の一部であるシステムの概略ブロック図である。コンビネーションゲージ６９２５７は、全圧が、約１０^−４Ｔｏｒｒまたは約１０^−５Ｔｏｒｒなどの閾値全圧より大きい場合に、被モニタチャンバ６９２６１からのガスの全圧を測定するように接続された高圧全圧センサ６９２５９と、全圧が高圧全圧センサの閾値圧未満の場合に、被モニタチャンバ６９２６１からのガスの全圧を測定するように接続された逆マグネトロン冷陰極電離真空計６９０００とを備える。高圧全圧センサは、例えば、ピラニ全圧センサ、またはピラニゲージとピエゾ差圧センサの組み合わせで構成され得、閾値全圧は、例えば、約１０^−４Ｔｏｒｒまたは約１０^−５Ｔｏｒｒの１つであり得る。一例では、コンビネーションピラニピエゾセンサは、米国マサチューセッツ州アンドーバーのＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ， Ｉｎｃ．によって販売されているシリーズ９０１Ｐ ＭｉｃｒｏＰｉｒａｎｉ（商標）／Ｐｉｅｚｏ Ｌｏａｄ Ｌｏｃｋ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒであり得る。高圧全圧センサからのアナログ信号６４２５５は、図６４のアナログ−デジタルコンバータ６４１２４によって受信され得る。このようなコンビネーションゲージでピラニまたはコンビネーションピラニピエゾ全圧センサ６９２５９を用いると、例えば、真空計６９０００の動作が大気圧からのポンプダウンに追従できるようになる。被モニタチャンバ６９２６１の圧力が、真空計６９０００をオンするのに安全な圧力である場合に真空計６９０００をオンにするために、コンビネーションゲージ６９２５７の制御論理回路が、用いられ得、その圧力は、閾値全圧未満であり得る。ピラニまたは他の高圧全圧センサ６９２５９によって、真空計の過圧保護ももたらされ得る。大ききな漏れがあるシステムに対し、ヘリウムガスの熱伝導率は空気や汚染物質などの一般的な残留ガスの熱伝導率よりもはるかに大きいという着想に基づき、ピラニまたは他の高圧全圧センサ６９２５９を、ヘリウム漏れ検出を行うために用いることができる。

本発明による別の実施形態では、本明細書で教示されるような逆マグネトロン冷陰極電離真空計が、アノード電極とカソード電極アセンブリとの間の全電流に基づいて全圧を決定することなく用いられる。代わりに、真空計は、ヘリウムの分圧などの分圧の決定、例えば、ヘリウム漏れの検出に用いられる。そのような実施形態では、ガスを被モニタチャンバからカソード電極アセンブリの開口に流すように配置されたガス入口通路を使用することが有利であり、ガス入口通路において、例えば図３の実施形態に示したように、イオンの放出された部分は、被モニタチャンバからのガスの流れと反対の方向に移動する。

本発明による別の実施形態では、全圧は、圧力の尺度として放電のインピーダンスを用いて決定される（依然、アノード電極とカソードアセンブリとの間を流れる全電流に少なくとも部分的に基づくが）。この場合、アノード電圧とアノードからカソードへの電流が測定され、インピーダンスはオームの法則を用いて決定される。インピーダンスを用いると、例えば、制限抵抗器による圧力によって変化し得るアノード電圧に依存しないという利点が得られる。

本発明による実施形態の使用において、真空計は、高真空システムの問題解決を支援するために用いられ得る。高真空システムの動作の標準的なワークフローは、ポンプダウンから始まる。ポンプダウン手順の間、システムは密閉され（つまり、すべての入力バルブが閉じられ）、システムが排気されつつ、圧力が経時的にモニターされ、指定された時間内の目標ベース圧力の達成を確認する。目標圧力が予想された時間内に実際に達成される場合、真空システムの完全性が検証され、プロセスまたは実験を開始できる。一方、予想された時間が経過しても目標圧力が達成されない場合は、真空システムの完全性が精査される。この状況によって、例えば、本発明による実施形態を使用できるシナリオがもたらされる。本発明の一実施形態による真空計によって、真空システムの所有者が、通常よりも低いポンプダウンによって引き起こされる真空完全性の問題の考えられる根本原因を即座に診断できるようになる。本発明の一実施形態による真空計を用いて、ユーザは、遅いポンプダウンがシステム内の空気漏れまたは水のガス放出（ドライダウンオプションが利用可能である場合）によって引き起こされているかどうかを即座に診断することができる。問題が実際に漏れである場合、漏れの原因を特定するために、ここで、本発明の一実施形態による真空計を使用できる。漏れが検出されない場合、真空ユーザは、汚染源の特定とベイクアウトによるガス放出の削減に向けられる。したがって、真空システムの完全性診断中に推測作業を除去するのを支援するために、本発明の一実施形態による真空計を使用できる。

従来の研究とは対照的に、全圧測定の実施形態によって、分圧の測定に加えて、約１０^−８から約１０^−３Ｔｏｒｒの間など、約１０^−９から約１０^−２Ｔｏｒｒの間の圧力の全範囲にわたって、被モニタチャンバ内の全圧の測定を可能になるが、一方、従来の真空計では、高真空システムの重要な圧力範囲である１０^−６Ｔｏｒｒを超えると、予測できない感度変化が発生した。圧力範囲全体にわたって正確な圧力測定を行うために、純電子プラズマ（図１３Ａの１３０６８を参照）は、動作中に電子密度および／または形状を変化させてはならない。形状の変化は、不連続性として知られるイオン信号の急激な変化につながる。不連続性は、設計に存在する場合、広い圧力範囲にわたって全圧を測定する機能を制限する。不連続性を低減または防止するために、いくつかの手法を使用できる。例えば、ボリューム全体で均一な磁化を持つ高品質の磁石を使用できる。磁場を、磁場強度で約１キロガウス以下に保つことができる。磁石の回転は、不連続性を最小限に抑えるように調整され得る。アノード電圧は、不連続点を回避するように制御され得る（例えば、図２９のアノード電圧制御回路２９１６４を用いて）。さらに、放射状に対称な磁石アセンブリなどの対称磁石アセンブリの使用は、不連続性を低減または回避するのに役立ち、実施形態が、圧力範囲全体にわたって全圧を測定するためのセンサを使用できるようなる。

本発明による実施形態は、高真空システムで使用され得る。本明細書中で用いられる場合、「高真空システム」は、被モニタチャンバ内のガスが約１０^−９Ｔｏｒｒから約１０^−２Ｔｏｒｒの間の圧力を含むシステムである。

本明細書中で用いられる場合、所与の数値の「約」として示される数量は、例えば、所与の数値の約１０％以内、例えば、所与の数値の約５％以内、例えば、所与の数値の約１％以内であり得、所与の数値と等しくてもよい。

上記の方法およびシステムの一部は、例えば、本明細書で説明した診断および制御技術の自動実装を可能にするように、１つまたは複数のコンピュータシステムを用いて実装できる。例えば、技術は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを用いて実装できる。ソフトウェアで実装される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータで提供されるか、複数のコンピュータに分散されるかどうかで、任意の適切なプロセッサまたはプロセッサの集合で実行できる。

例示的な実施形態を詳細に示して説明したが、本明細書の教示および添付の特許請求の範囲に従って、本明細書の例示的な実施形態の特徴を組み合わせることができることが当業者によって理解されるであろう。

本明細書で引用されるすべての特許、公開された出願および参考文献の教示は、それらの全体が参照により組み込まれる。

例示的な実施形態を詳細に示して説明したが、添付の請求の範囲に包含される実施形態の範囲を逸脱することなく、様々な形および詳細な変更がなされ得ることが、当業者によって理解されるであろう。
なお本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様１〕
逆マグネトロン冷陰極電離真空計であって、
アノード電極と、
前記アノード電極の一定長を囲み、前記アノード電極との間の放電空間に電場を生成するように配置されたカソード電極アセンブリと、
前記電場を横切る磁場を規定するように配置された磁石アセンブリと、を備え、
前記カソード電極アセンブリは、被モニタチャンバから前記放電空間へのガスの進入を可能にして、当該ガスのイオンが、前記放電空間内で形成されて前記カソード電極アセンブリに向かう方向に前記電場によって加速されるように、配置された開口と、
前記ガスの前記イオンの一部を前記カソード電極アセンブリの外に放出するように、配置された供給源アパーチャと、を有し、
前記磁石アセンブリは、前記ガスのイオンの質量電荷比に基づいて、前記イオンの前記放出された部分を角度変位させるように、配置されている、
逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
前記イオンの前記放出された部分の変位したイオン成分を検出するように配置された検出器と、
前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するように電気的に接続され、前記検出器が前記変位したイオン成分を受けとることにより生成された電流を測定するように電気的に接続されたイオン電流測定回路と
を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様２〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記被モニタチャンバからの前記ガスの全圧を表示する、全圧ディスプレイと、
前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記被モニタチャンバからのガスの分圧を表示する、分圧ディスプレイと、
をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様３〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記ガスを前記被モニタチャンバから前記カソード電極アセンブリの前記開口に流すように配置されたガス入口通路をさらに備え、前記イオンの前記放出された部分は、前記ガス入口通路において、前記被モニタチャンバからの前記ガスの流れと反対方向に移動する逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様４〕
態様３に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器は、前記ガス入口通路の側端に配置されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様５〕
態様３に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器は、前記ガス入口通路の中心に配置されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様６〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャと前記検出器との間に配置された静電シールドグリッドをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様７〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャと前記検出器との間に配置されたエネルギーフィルタグリッドをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様８〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器は、
イオンシールドと、
検出器アパーチャと、
ファラデーコレクタと、
を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様９〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、２つ以上の検出器を備え、それぞれの検出器が、前記イオンの前記放出された部分の２つ以上の異なる変位したイオン成分のうちの１つからなる、異なるイオン成分を検出するように配置されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様１０〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、２つ以上の検出器を備え、前記２つ以上の検出器は、ファラデーコレクタのアレイを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様１１〕
態様１０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャと前記ファラデーコレクタのアレイとの間に配置されたエネルギーフィルタグリッドをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様１２〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器は、電子増倍管を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様１３〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、２つ以上の供給源アパーチャを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様１４〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
電源と、
前記電源と前記アノード電極との間に電気的に接続された電流制限回路と、
をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様１５〕
態様１４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記電流制限回路は、電流制限抵抗器で構成される逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様１６〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流に関わらず、前記アノード電極の一定の電圧を維持するように構成されたアノード電圧制御回路を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様１７〕
態様１に記載のマグネトロン冷陰極電離真空計において、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流に基づいて、前記アノード電極の電圧を変化させるように構成されたアノード電圧制御回路を備えるマグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様１８〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記カソード電極アセンブリの外に前記磁場を展開させるように配置された磁場展開アセンブリをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様１９〕
態様１８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記磁場展開アセンブリは、強磁性体を有する逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様２０〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、所望の閾値エネルギーよりも高いエネルギーを有するイオンのみが検出可能となるように構成されたハイパスイオンエネルギーフィルタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様２１〕
態様２０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記ハイパスイオンエネルギーフィルタは、前記検出器にバイアス電圧を印可する電圧源を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様２２〕
態様２０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記アノード電極の電圧に基づいて、前記ハイパスイオンエネルギーフィルタのバイアス電圧を変化させるように構成された電圧源をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様２３〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、所望の閾値エネルギーよりも低いエネルギーを有するイオンのみが検出可能となるように構成されたローパスイオンエネルギーフィルタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様２４〕
態様２３に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記ローパスイオンエネルギーフィルタは、
電圧バイアスされたデフレクタプレートと、
前記検出器のコレクタプレートと、
を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様２５〕
態様２４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタプレートは、前記イオンの前記放出された部分の前記変位したイオン成分のビームの経路に垂直である逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様２６〕
態様２４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタプレートは、前記イオンの前記放出された部分の前記変位したイオン成分のビームの経路に対して角度を付けられ、前記コレクタプレートは、前記変位したイオン成分の前記ビームの軸から外れている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様２７〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記磁石アセンブリは、前記電場を横切る前記磁場と前記カソード電極アセンブリの外側の外部磁場の両方を規定するように配置された平板磁石を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様２８〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記磁石アセンブリは、円筒形磁石を備え、前記円筒形磁石は、前記カソード電極アセンブリを囲み、前記供給源アパーチャと一致する開口を備え、前記円筒形磁石は、前記電場を横切る前記磁場と前記カソード電極アセンブリの外側の外部フリンジ磁場の両方を規定する逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様２９〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる全電流に少なくとも基づいて、前記被モニタチャンバからの前記ガスの全圧を決定するように構成された全圧決定回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様３０〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、供給源アパーチャ上に供給源アパーチャグリッドをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様３１〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャと前記検出器との間に配置された磁気セクタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様３２〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャと前記検出器との間に配置された四重極質量フィルタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様３３〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャは、飛行時間型質量分析計、イオントラップ、および無線周波数動的イオントラップの少なくとも１つに前記ガスの前記イオンを放出するように配置されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様３４〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記変位したイオン成分は、ヘリウムイオン、水素イオン、水イオン、および残留ガスイオンの少なくとも１つを含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様３５〕
態様３４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記変位したイオン成分は、前記被モニタチャンバからの前記ガスの他の成分から分離されたヘリウムイオンを含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様３６〕
態様３４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記変位したイオン成分は、前記被モニタチャンバからの前記ガスの他の成分から分離された水イオンを含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様３７〕
態様３４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記変位したイオン成分は、それぞれが互いに分離され、前記被モニタチャンバからの前記ガスの他の成分から分離された変位したヘリウムイオンと変位した水イオンの両方を含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様３８〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、カソード回転カップリングをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様３９〕
態様３８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記カソード回転カップリングに結合された電子制御アクチュエータをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様４０〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャと前記検出器との間に配置されたイオンビームデフレクタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様４１〕
態様４０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオンビームデフレクタは、一対の平行板を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様４２〕
態様４０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオンビームデフレクタは、一対の湾曲板を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様４３〕
態様４０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオンビームデフレクタの一対のデフレクタプレートの間に静電場を生成するように前記イオンビームデフレクタに電気的に接続されたデフレクタ電源をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様４４〕
態様４３に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ電源は、（ｉ）前記イオンビームデフレクタの第１のデフレクタプレートに、前記イオンビームデフレクタの第２のデフレクタプレートの接地電圧に対して正のデフレクタバイアス電圧を提供するように、または（ｉｉ）前記イオンビームデフレクタの第１のデフレクタプレートに、前記イオンビームデフレクタの第２のデフレクタプレートの接地電圧に対して負のデフレクタバイアス電圧を提供するように、あるいは（ｉｉｉ）第１のデフレクタバイアス電圧を前記第１のデフレクタプレートに、第２のデフレクタバイアス電圧を前記第２のデフレクタプレートに提供するように、電気的に接続されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様４５〕
態様４３に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、デフレクタ制御信号を前記デフレクタ電源に供給するように構成されたデフレクタ制御回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様４６〕
態様４５に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の電圧を変化させて、前記イオンビームデフレクタに、前記イオンの前記放出された部分の前記変位したイオン成分の偏向を変化させるように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様４７〕
態様４６に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の前記電圧を、（ｉ）時間に対する前記電圧の三角鋸歯状変化、または（ｉｉ）電圧波形に基づいて、変化させて、前記変位したイオン成分のピーク幅および他のイオン成分に対する時間位置を制御するように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様４８〕
態様４６に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の電圧をスキャンして、前記イオンビームデフレクタに複数のイオン成分を偏向させ、前記デフレクタ電源の前記電圧のスキャンにともない、前記検出器に連続して検出させるように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様４９〕
態様４８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の前記電圧をスキャンして前記複数のイオン成分の質量スペクトルの検出を可能にするように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様５０〕
態様４８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオン成分の１つが、残留ガスである逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様５１〕
態様５０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器によって生成された電流に基づいて、残留ガス分圧を決定するように構成された残留ガス分圧測定回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様５２〕
態様４８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオン成分の１つが、水である逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様５３〕
態様４８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器によって生成された電流に基づいて、水分圧を決定するように構成された水分圧測定回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様５４〕
態様４８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオン成分の１つが、ヘリウムである逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様５５〕
態様５４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器による前記ヘリウムの検出によって生成された電流に基づいて、ヘリウム分圧を決定するように構成されたヘリウム分圧測定回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様５６〕
態様５５に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記ヘリウム分圧のベースライン補正を行うように構成された自動ベースライン補正回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様５７〕
態様４８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオン成分の１つが、水素である逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様５８〕
態様４５に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の電圧を制御して、前記イオンビームデフレクタに、異なるエネルギーおよび共通のイオン成分質量を有する変位したイオン成分を方向づけさせ、前記検出器の検出器アパーチャを通って集束させるよう構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様５９〕
態様５８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
カソード回転カップリングと、
前記カソード回転カップリングを用いて前記カソード電極アセンブリを回転させるアクチュエータをさらに備え、
該アクチュエータは、
異なるエネルギーを有する前記変位したイオン成分を前記検出器の前記検出器アパーチャを通って集束させる前記デフレクタ電源の前記電圧により、
異なるエネルギーを有する前記変位したイオン成分を前記検出器に指向させるように、構成されている、
逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様６０〕
態様５８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、集束される異なるエネルギーを有する前記変位したイオン成分は、水イオン成分を含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様６１〕
態様５８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、集束される異なるエネルギーを有する前記変位したイオン成分は、残留ガスイオン成分を含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様６２〕
態様４５に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記アノード電極の電圧の変化にともなって前記デフレクタ電源の電圧を変化させ、前記変位したイオン成分の前記検出器における他のイオン成分に対する時間位置を前記アノード電極の電圧の変化にともない変化させることなく、前記イオンビームデフレクタに前記変位したイオン成分を前記検出器に指向させるように構成されている、逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様６３〕
態様４０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、カソード回転カップリングをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様６４〕
態様４０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、所望の閾値エネルギーよりも高いエネルギーを有するイオンのみが検出可能となるように構成されたハイパスイオンエネルギーフィルタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様６５〕
態様６４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記アノード電極の電圧に比例して前記ハイパスイオンエネルギーフィルタのバイアス電圧を低減させるように構成された高エネルギーフィルタ制御回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様６６〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記被モニタチャンバからのガスの分圧を表示する、分圧ディスプレイと、
前記検出器で前記変位したイオン成分を受け取って生成され、前記イオン電流測定回路によって測定された電流に少なくとも基づいて、前記被モニタチャンバからの前記ガスの前記分圧を決定するように構成された分圧決定回路と、
をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様６７〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、モジュラーユニットに含まれ、当該モジュラーユニットは、
前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記被モニタチャンバからの前記ガスの全圧を表示する、全圧ディスプレイと、
前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記被モニタチャンバからのガスの分圧を表示する、分圧ディスプレイと、
前記イオン電流測定回路と、
を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様６８〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記被モニタチャンバからの前記ガス中の水の分圧を表示する、水分圧ディスプレイ
をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様６９〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
前記被モニタチャンバ内の前記ガスの水分率を表示する水分率ディスプレイ
をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様７０〕
態様６９に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
（ｉ）前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れ、前記イオン電流測定回路によって測定された前記全電流と、
（ｉｉ）前記検出器が前記変位したイオン成分を受け取ることにより生成され、前記イオン電流測定回路によって測定された前記電流、および
（ｉｉｉ）前記ガスの前記イオンに曝される前記カソード電極アセンブリの部分の表面積に対する前記供給源アパーチャの断面積の比に少なくとも基づいて、
前記水分率を決定するように構成された水分率決定回路
をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様７１〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
前記被モニタチャンバからの残留ガスの分圧に対する前記被モニタチャンバからの水の分圧の比を表示する残留ガス対水比ディスプレイと、
前記検出器が前記変位したイオン成分を受け取ることにより生成され、前記イオン電流測定回路によって測定された前記電流に少なくとも基づいて、残留ガスの前記分圧に対する水の前記分圧の前記比を決定するように構成された残留ガス対水比決定回路と、
をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様７２〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記磁石アセンブリは、前記電場を横切る軸を中心に放射状に対称である逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様７３〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオン電流測定回路は、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流からの第１のイオン電流信号および前記検出器が前記変位したイオン成分を受け取ることにより生成された前記電流からの第２のイオン電流信号を含む複数のイオン電流信号を受信するように、電気的に接続されたマルチプレクサを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様７４〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオン電流測定回路は、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流を測定するように電気的に接続された第１のイオン電流測定回路と、前記検出器が前記変位したイオン成分を受け取ることにより生成された前記電流を測定するように電気的に接続された第２のイオン電流測定回路とを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様７５〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオン電流測定回路は、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流を測定するように電気的に接続された第１の電流計と、前記検出器が前記変位したイオン成分を受け取ることにより生成された前記電流を測定するように電気的に接続された第２の電流計と、を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様７６〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、（ｉ）前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流の低下と、（ｉｉ）前記検出器が前記変位したイオン成分を受け取ることにより生成され、前記イオン電流測定回路によって測定された前記電流の増加との両方の同時発生を判定するように構成された二重信号漏れ検出回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様７７〕
態様７６に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記二重信号漏れ検出回路によって判定された前記同時発生に基づく漏れについての圧力データの表示を含む二重信号漏れ検出ディスプレイをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様７８〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器の一定長を囲む検出器シールドをさらに備え、該検出器シールドは検出器アパーチャを有するマグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様７９〕
態様７８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器アパーチャを囲むまたは覆うエネルギーフィルタグリッドを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様８０〕
態様７８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器シールドと、バイアス電圧を前記検出器シールドに印可する電圧源との間に、電気的に接続された検出器シールド電気コネクタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様８１〕
態様７８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、検出器シールド回転カップリングをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様８２〕
態様７８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、検出器回転カップリングをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様８３〕
態様７８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器は、ファラデーコレクタを有する逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様８４〕
態様８３に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記ファラデーコレクタは、サイドシールドを備えるファラデーカップで構成される逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様８５〕
態様７８に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器シールドは接地されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様８６〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、磁石回転カップリングをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様８７〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャから前記検出器に向かって長手方向に延びる方向に前記磁場を展開させるように配置された磁場展開アセンブリをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様８８〕
態様８７に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記磁場展開アセンブリは、前記磁石アセンブリと前記検出器との間に磁場を増加させるように配置された磁石を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様８９〕
態様８７に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記磁場展開アセンブリは、前記供給源アパーチャと前記検出器との間に延在する通路の外側の少なくとも一部を囲む磁気ヨークを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様９０〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記磁石アセンブリは、前記カソードアセンブリ上に延在し前記供給源アパーチャから前記検出器に向かって長手方向に延在するモノリシック磁石を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様９１〕
態様１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、前記被モニタチャンバからの前記ガスの全圧が閾値全圧より大きいときに前記全圧を測定するように接続された高圧全圧センサをさらに備えるコンビネーションゲージの一部を構成し、前記逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、前記全圧が前記高圧全圧センサの前記閾値全圧未満であるときに前記被モニタチャンバからの前記ガスの前記全圧を測定するように接続されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様９２〕
態様９１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記高圧全圧センサは、ピラニ全圧センサまたは、ピラニゲージとピエゾ差圧センサとの組み合わせを有し、前記閾値全圧は、約１０ ^−４ Ｔｏｒｒまたは約１０ ^−５ Ｔｏｒｒの１つである逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様９３〕
逆マグネトロン冷陰極電離真空計であって、
アノード電極と、
前記アノード電極の一定長を囲み、前記アノード電極との間の放電空間に電場を生成するように配置されたカソード電極アセンブリと、
前記電場を横切る磁場を規定するように配置された磁石アセンブリと、を備え、
前記カソード電極アセンブリは、被モニタチャンバから前記放電空間へのガスの進入を可能にして、当該ガスのイオンが、前記放電空間内で形成されて前記カソード電極アセンブリに向かう方向に前記電場によって加速されるように、配置された開口と、
前記ガスの前記イオンの一部を前記カソード電極アセンブリの外に放出するように、配置された供給源アパーチャと、を有し、
前記磁石アセンブリは、前記ガスのイオンの質量電荷比に基づいて、前記イオンの前記放出された部分を角度変位させるように、配置されている、
逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
前記イオンの前記放出された部分の変位したイオン成分を検出するように配置された検出器と、
前記検出器で前記変位したイオン成分を受け取って生成された電流を測定するように電気的に接続されたイオン電流測定回路と、
前記ガスを前記被モニタチャンバから前記カソード電極アセンブリの前記開口に流すように配置されたガス入口通路と、
を備え、
前記イオンの前記放出された部分は、前記ガス入口通路において、前記被モニタチャンバからの前記ガスの流れと反対方向に移動する逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様９４〕
態様９３に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記変位したイオン成分は、前記被モニタチャンバからの前記ガスの他の成分から分離されたヘリウムイオンを含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
〔態様９５〕
逆マグネトロン冷陰極イオン源であって、
アノード電極と、
前記アノード電極の一定長を囲み、前記アノード電極との間の放電空間に電場を生成するように配置されたカソード電極アセンブリと、
前記電場を横切る磁場を規定するように配置された磁石アセンブリと、を備え、
前記カソード電極アセンブリは、チャンバから前記放電空間へのガスの進入を可能にして、当該ガスのイオンが、前記放電空間内で形成されて前記カソード電極アセンブリに向かう方向に前記電場によって加速されるように、配置された開口と、
前記ガスの前記イオンの一部を該カソード電極アセンブリの外に放出するように、配置された供給源アパーチャと、を有する、
逆マグネトロン冷陰極イオン源において、
前記供給源アパーチャから放出された前記ガスの前記イオンを受け取るように配置された磁気セクタ、四重極質量フィルタ、飛行時間型質量分析計、イオントラップ、または無線周波数動的イオントラップ
を備える逆マグネトロン冷陰極イオン源。
〔態様９６〕
態様９５に記載の逆マグネトロン冷陰極イオン源において、
前記ガスを前記被モニタチャンバから前記カソード電極アセンブリの前記開口に流すように配置されたガス入口通路をさらに備え、前記イオンの前記放出された部分は、前記ガス入口通路において、前記被モニタチャンバからの前記ガスの流れと反対方向に移動する逆マグネトロン冷陰極イオン源。
〔態様９７〕
態様９５に記載の逆マグネトロン冷陰極イオン源において、
前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するように電気的に接続されたイオン電流測定回路
をさらに備える逆マグネトロン冷陰極イオン源。
〔態様９８〕
態様９７に記載の逆マグネトロン冷陰極イオン源において、
前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記チャンバからの前記ガスの全圧を表示する、全圧ディスプレイ
をさらに備える逆マグネトロン冷陰極イオン源。
〔態様９９〕
被モニタチャンバ内のガスから全圧および分圧を測定する方法であって、
逆マグネトロン冷陰極電離真空計の、アノード電極と、当該アノード電極の一定長を囲むカソード電極アセンブリとの間に電圧を印可して、前記カソード電極アセンブリと前記アノード電極との間の放電空間に電場を生成するステップと、
磁石アセンブリを用いて、前記電場を横切る磁場を規定するステップと、
前記カソード電極アセンブリの開口を通じて、前記被モニタチャンバから前記放電空間へのガスの進入を許容し、前記ガスのイオンを前記放電空間で形成して前記カソード電極アセンブリに向かう方向に前記電場によって加速するステップと、
前記ガスの前記イオンの部分を前記カソード電極アセンブリの供給源アパーチャを通して前記カソード電極アセンブリから放出するステップと、
前記磁石アセンブリを用いて、前記ガスのイオンの質量電荷比に基づいて、前記イオンの前記放出された部分を角度変位させるステップと、
検出器を用いて、前記イオンの前記放出された部分の変位したイオン成分を検出するステップと、
イオン電流測定回路を用いて、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するステップと、
前記イオン電流測定回路によって測定された前記全電流に基づいて、前記被モニタチャンバからの前記ガスの全圧を表示するステップと、
前記イオン電流測定回路を用いて、前記検出器が前記変位したイオン成分を受け取ることにより生成された電流を測定するステップと、
前記検出器で前記変位したイオン成分を受け取って生成され、前記イオン電流測定回路によって測定された前記電流に基づいて、前記被モニタチャンバからのガスの分圧の表示を表示するステップ、
を含む方法。
〔態様１００〕
態様９９に記載の方法において、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流に関わらず、前記アノード電極の電圧を一定に維持することをささらに含む、方法。
〔態様１０１〕
態様９９に記載の方法において、ハイパスイオンエネルギーフィルタリングを行って、所望の閾値エネルギーより高いエネルギーを有する前記イオンの前記放出された部分のイオンのみを前記検出器に到達可能にすることをさらに含む方法。
〔態様１０２〕
態様９９に記載の方法において、ローパスイオンエネルギーフィルタリングを行って、所望の閾値エネルギーより低いエネルギーを有する前記イオンの前記放出された部分のイオンのみを前記検出器に到達可能にすることをさらに含む方法。
〔態様１０３〕
態様９９に記載の方法において、前記被モニタチャンバを備える真空システムを診断するステップをさらに含み、前記イオン電流測定回路を用いて、前記検出器が水イオン成分を受け取ることにより生成された電流を測定するステップと、前記イオン電流測定回路を用いて、前記検出器で残留ガスイオン成分を受け取ることにより生成された電流を測定するステップと、をさらに含む方法。

１０００、３０００，５０００、６０００、７０００、８０００、１０００、６９０００ 逆マグネトロン冷陰極電離真空計
１８０９８、１９０９８ 逆マグネトロン冷陰極イオン源
００２，１１００２、１２００２、１３００２、１４００２、２９００２、３０００２、３３００２、４９００２、５９００２、６０００２、６４００２ アノード電極
１００４、１１００４、１２００４、１３００４、１４００４、１５００４、２３００４、３３００４、４９００４、５４００４、５５００４、５６００４、５７００４、６０００４、６１００４、６４００４ カソード電極アセンブリ
１０１０、３０１０、４０１０、６０１０ａ、６０１０ｂ、８０１０、１１０１０、１３０１０、１４０１０、１５０１０、１６０１０、１９０１０、１８０１０、２００１０、２１０１０、２２０１０、３３０１０、４５０１０、４６０２０、４９０１０、５５０１０、５９０１０、６００１０ 供給源アパーチャ
１００８、５６００８ カソード電極アセンブリの開口
１００９ フランジ
１００５ 放電空間
１０１１ 供給源アパーチャプレート
１０１２、３０１２、４０１２、５０１２ａ、５０１２ｂ、６０１２ａ、６０１２ｂ、７０１２、１２０１２、１４０１２、１８０１２、１９０１２、２２０１２、３３０１２、４６０１０、４９０１２ 検出器
１０２０、３０２０、７０２０、１００２０、１１０２０、２１０２０、３００２０、４５０２０、４９０２０、５７０２０、６３０２０ 検出器アパーチャ
１００６、１１００６、１３００６、２３００６、２０００６ａ、２０００６ｂ、 磁石アセンブリ
１００６ａ、１００６ｂ、１１００６ａ、１１００６ｂ 平板磁石
１３００６ 円筒形磁石アセンブリ
１４００６ａ、１４００６ｂ 円筒形磁石
１００１６ａ、１００１６ｂ、１２１７０、１４０１６
イオン電流測定回路
１２０１４ 第１のイオン電流測定回路
１２０１６ 第２のイオン電流測定回路
３１１５０ 全圧ディスプレイ
３１１５２ 分圧ディスプレイ
６９２６１ 被モニタチャンバ
１０２８、３０２８、４０２８、５０２８、６０２８、９０２８、５６０２８ ガス入口通路
３０３６、８０３６ 静電シールドグリッド
８０４２ エネルギーフィルタグリッド
１０１８、７０１８ イオンシールド
１０２２、７０２２、５３０２２、５５０２２、６４０２２ ファラデーコレクタ
８０４０ ファラデーコレクタアレイ
２９１１４ 電流制限抵抗器
２９１６４、６７１６４ アノード電圧制御回路
４６１９４ 磁場展開アセンブリ
１１０５４、４９１７０ ハイパスイオンエネルギーフィルタ
４９１９８ 電圧源
１００５２ ローパスイオンエネルギーフィルタ
１００５６、４９１０６ａ、４９１０６ｂ、５４１０６ｂ、５６１０６ａ、５６１０６ｂ、５８１０６ａ、５８１０６ｂ、５９１０６ａ、５９１０６ｂ デフレクタプレート
１００５８ コレクタプレート
３０１４２、３１１４２ 全圧決定回路
１６０８０ 供給源アパーチャグリッド
１８０９６ 磁気セクタ
１９１０４ 四重極質量フィルタ
５４２０７ カソード回転カップリング
５４２０９ 電子制御アクチュエータ
２９１０６、４９１０６ イオンビームデフレクタ
２９１０６ａ、２９１０６ｂ、４９１０６ａ、４９１０６ｂ 平行板
６４２３５ デフレクタ電源
６５２４１、６６２４１ デフレクタ制御回路
３１１６２，６５１６４ 水分圧測定回路
６５２５１ ヘリウム分圧測定回路
６５２５３ 自動ベースライン補正回路
６５２９５ 高エネルギーフィルタ制御回路
３０１２４ マルチプレクサ
２１１０６ イオンビームデフレクタ
１００５６ デフレクタプレート
３１１５４ 水分圧ディスプレイ
３１１５６ 水分率ディスプレイ
３１１６０ 水分率決定回路
３１１５８ 残留ガス対水比ディスプレイ
３１１６０ 残留ガス対水比決定回路
３１１６６ 二重信号漏れ検出回路
３３１７０、５３２２１、５５２２１、５７２２１、５９３３１、６０２２１ 検出器シールド
３３１７２、４９１７２ 検出器シールド電気コネクタ
３３１７４、３４１７４ 検出器シールド回転カップリング
３３１７６，３４１７６ 検出器回転カップリング
３３１８２、３４１８２ 磁石回転カップリング
６２２２７ 磁気ヨーク
６１２２５ モノリシック磁石
６９２５７ コンビネーションゲージ
６９２５９ 高圧全圧センサ

Claims (80)

1. 逆マグネトロン冷陰極電離真空計であって、
   アノード電極と、
   前記アノード電極の一定長を囲み、前記アノード電極との間の放電空間に電場を生成するように配置されたカソード電極アセンブリと、
   前記電場を横切る磁場を規定するように配置された磁石アセンブリと、を備え、
   前記カソード電極アセンブリは、被モニタチャンバから前記放電空間へのガスの進入を可能にして、当該ガスのイオンが、前記放電空間内で形成されて前記カソード電極アセンブリに向かう方向に前記電場によって加速されるように、配置された開口と、
   前記ガスの前記イオンの一部を前記カソード電極アセンブリの外に放出するように、配置された供給源アパーチャと、を有し、
   前記磁石アセンブリは、前記ガスのイオンの質量電荷比に基づいて、前記イオンの前記放出された部分を角度変位させるように、配置されている、
   逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
   前記イオンの前記放出された部分の変位したイオン成分を検出するように配置された検出器と、
   前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するように電気的に接続され、前記検出器が前記変位したイオン成分を受けとることにより生成された電流を測定するように電気的に接続されたイオン電流測定回路と、
   前記ガスを前記被モニタチャンバから前記カソード電極アセンブリの前記開口に流すように配置されたガス入口通路と、
   を備え、
   前記イオンの前記放出された部分は、前記ガス入口通路において、前記被モニタチャンバからの前記ガスの流れと反対方向に移動する逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
2. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
   前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記被モニタチャンバからの前記ガスの全圧を表示する、全圧ディスプレイと、
   前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記被モニタチャンバからのガスの分圧を表示する、分圧ディスプレイと、
   をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
3. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャと前記検出器との間に配置された静電シールドグリッドをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
4. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャと前記検出器との間に配置されたエネルギーフィルタグリッドをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
5. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器は、
   イオンシールドと、
   検出器アパーチャと、
   ファラデーコレクタと、
   を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
6. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器は、電子増倍管を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
7. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
   電源と、
   前記電源と前記アノード電極との間に電気的に接続された電流制限回路と、
   をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
8. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流に関わらず、前記アノード電極の一定の電圧を維持するように構成されたアノード電圧制御回路を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
9. 請求項１に記載のマグネトロン冷陰極電離真空計において、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流に基づいて、前記アノード電極の電圧を変化させるように構成されたアノード電圧制御回路を備えるマグネトロン冷陰極電離真空計。
10. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記カソード電極アセンブリの外に前記磁場を展開させるように配置された磁場展開アセンブリをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
11. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、所望の閾値エネルギーよりも高いエネルギーを有するイオンのみが検出可能となるように構成されたハイパスイオンエネルギーフィルタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
12. 請求項１１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記ハイパスイオンエネルギーフィルタは、前記検出器にバイアス電圧を印可する電圧源を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
13. 請求項１１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記アノード電極の電圧に基づいて、前記ハイパスイオンエネルギーフィルタのバイアス電圧を変化させるように構成された電圧源をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
14. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、所望の閾値エネルギーよりも低いエネルギーを有するイオンのみが検出可能となるように構成されたローパスイオンエネルギーフィルタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
15. 請求項１４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記ローパスイオンエネルギーフィルタは、
    電圧バイアスされたデフレクタプレートと、
    前記検出器のコレクタプレートと、
    を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
16. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記磁石アセンブリは、前記電場を横切る前記磁場と前記カソード電極アセンブリの外側の外部磁場の両方を規定するように配置された平板磁石を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
17. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる全電流に少なくとも基づいて、前記被モニタチャンバからの前記ガスの全圧を決定するように構成された全圧決定回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
18. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャと前記検出器との間に配置された四重極質量フィルタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
19. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記変位したイオン成分は、ヘリウムイオン、水素イオン、水イオン、および残留ガスイオンの少なくとも１つを含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
20. 請求項１９に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記変位したイオン成分は、前記被モニタチャンバからの前記ガスの他の成分から分離されたヘリウムイオンを含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
21. 請求項１９に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記変位したイオン成分は、前記被モニタチャンバからの前記ガスの他の成分から分離された水イオンを含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
22. 請求項１９に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記変位したイオン成分は、それぞれが互いに分離され、前記被モニタチャンバからの前記ガスの他の成分から分離された変位したヘリウムイオンと変位した水イオンの両方を含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
23. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、カソード回転カップリングをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
24. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャと前記検出器との間に配置されたイオンビームデフレクタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
25. 請求項２４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオンビームデフレクタは、一対の平行板を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
26. 請求項２４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオンビームデフレクタは、一対の湾曲板を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
27. 請求項２４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオンビームデフレクタの一対のデフレクタプレートの間に静電場を生成するように前記イオンビームデフレクタに電気的に接続されたデフレクタ電源をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
28. 請求項２７に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ電源は、（ｉ）前記イオンビームデフレクタの第１のデフレクタプレートに、前記イオンビームデフレクタの第２のデフレクタプレートの接地電圧に対して正のデフレクタバイアス電圧を提供するように、または（ｉｉ）前記イオンビームデフレクタの第１のデフレクタプレートに、前記イオンビームデフレクタの第２のデフレクタプレートの接地電圧に対して負のデフレクタバイアス電圧を提供するように、あるいは（ｉｉｉ）第１のデフレクタバイアス電圧を前記第１のデフレクタプレートに、第２のデフレクタバイアス電圧を前記第２のデフレクタプレートに提供するように、電気的に接続されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
29. 請求項２７に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、デフレクタ制御信号を前記デフレクタ電源に供給するように構成されたデフレクタ制御回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
30. 請求項２９に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の電圧を変化させて、前記イオンビームデフレクタに、前記イオンの前記放出された部分の前記変位したイオン成分の偏向を変化させるように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
31. 請求項３０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の前記電圧を、（ｉ）時間に対する前記電圧の三角鋸歯状変化、または（ｉｉ）電圧波形に基づいて、変化させて、前記変位したイオン成分のピーク幅および他のイオン成分に対する時間位置を制御するように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
32. 請求項３０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の電圧をスキャンして、前記イオンビームデフレクタに複数のイオン成分を偏向させ、前記デフレクタ電源の前記電圧のスキャンにともない、前記検出器に連続して検出させるように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
33. 請求項３２に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の前記電圧をスキャンして前記複数のイオン成分の質量スペクトルの検出を可能にするように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
34. 請求項３２に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオン成分の１つが、残留ガスである逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
35. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、ヘリウム分圧のベースライン補正を行うように構成された自動ベースライン補正回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
36. 請求項２９に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の電圧を制御して、前記イオンビームデフレクタに、異なるエネルギーおよび共通のイオン成分質量を有する変位したイオン成分を方向づけさせ、前記検出器の検出器アパーチャを通って集束させるよう構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
37. 請求項３６に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
    カソード回転カップリングと、
    前記カソード回転カップリングを用いて前記カソード電極アセンブリを回転させるアクチュエータをさらに備え、
    該アクチュエータは、
    異なるエネルギーを有する前記変位したイオン成分を前記検出器の前記検出器アパーチャを通って集束させる前記デフレクタ電源の前記電圧により、
    異なるエネルギーを有する前記変位したイオン成分を前記検出器に指向させるように、構成されている、
    逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
38. 請求項２９に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記アノード電極の電圧の変化にともなって前記デフレクタ電源の電圧を変化させ、前記変位したイオン成分の前記検出器における他のイオン成分に対する時間位置を前記アノード電極の電圧の変化にともない変化させることなく、前記イオンビームデフレクタに前記変位したイオン成分を前記検出器に指向させるように構成されている、逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
39. 請求項２４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、カソード回転カップリングをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
40. 請求項２４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、所望の閾値エネルギーよりも高いエネルギーを有するイオンのみが検出可能となるように構成されたハイパスイオンエネルギーフィルタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
41. 請求項４０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記アノード電極の電圧に比例して前記ハイパスイオンエネルギーフィルタのバイアス電圧を低減させるように構成された高エネルギーフィルタ制御回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
42. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
    前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記被モニタチャンバからのガスの分圧を表示する、分圧ディスプレイと、
    前記検出器で前記変位したイオン成分を受け取って生成され、前記イオン電流測定回路によって測定された電流に少なくとも基づいて、前記被モニタチャンバからの前記ガスの前記分圧を決定するように構成された分圧決定回路と、
    をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
43. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、モジュラーユニットに含まれ、当該モジュラーユニットは、
    前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記被モニタチャンバからの前記ガスの全圧を表示する、全圧ディスプレイと、
    前記イオン電流測定回路に電気的に接続され、前記被モニタチャンバからのガスの分圧を表示する、分圧ディスプレイと、
    前記イオン電流測定回路と、
    を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
44. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオン電流測定回路は、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流を測定するように電気的に接続された第１のイオン電流測定回路と、前記検出器が前記変位したイオン成分を受け取ることにより生成された前記電流を測定するように電気的に接続された第２のイオン電流測定回路とを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
45. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、（ｉ）前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流の低下と、（ｉｉ）前記検出器が前記変位したイオン成分を受け取ることにより生成され、前記イオン電流測定回路によって測定された前記電流の増加との両方の同時発生を判定するように構成された二重信号漏れ検出回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
46. 請求項４５に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記二重信号漏れ検出回路によって判定された前記同時発生に基づく漏れについての圧力データの表示を含む二重信号漏れ検出ディスプレイをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
47. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器の一定長を囲む検出器シールドをさらに備え、該検出器シールドは検出器アパーチャを有するマグネトロン冷陰極電離真空計。
48. 請求項４７に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器アパーチャを囲むまたは覆うエネルギーフィルタグリッドを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
49. 請求項４７に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器シールドと、バイアス電圧を前記検出器シールドに印可する電圧源との間に、電気的に接続された検出器シールド電気コネクタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
50. 請求項４７に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記検出器シールドは接地されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
51. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記供給源アパーチャから前記検出器に向かって長手方向に延びる方向に前記磁場を展開させるように配置された磁場展開アセンブリをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
52. 請求項５１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記磁場展開アセンブリは、前記磁石アセンブリと前記検出器との間に磁場を増加させるように配置された磁石を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
53. 請求項５１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記磁場展開アセンブリは、前記供給源アパーチャと前記検出器との間に延在する通路の外側の少なくとも一部を囲む磁気ヨークを備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
54. 請求項１に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、前記被モニタチャンバからの前記ガスの全圧が閾値全圧より大きいときに前記全圧を測定するように接続された高圧全圧センサをさらに備えるコンビネーションゲージの一部を構成し、前記逆マグネトロン冷陰極電離真空計は、前記全圧が前記高圧全圧センサの前記閾値全圧未満であるときに前記被モニタチャンバからの前記ガスの前記全圧を測定するように接続されており、
    前記高圧全圧センサは、ピラニ全圧センサまたは、ピラニゲージとピエゾ差圧センサとの組み合わせを有し、前記閾値全圧は、約１０^−４Ｔｏｒｒまたは約１０^−５Ｔｏｒｒの１つである逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
55. 逆マグネトロン冷陰極電離真空計であって、
    アノード電極と、
    前記アノード電極の一定長を囲み、前記アノード電極との間の放電空間に電場を生成するように配置されたカソード電極アセンブリと、
    前記電場を横切る磁場を規定するように配置された磁石アセンブリと、を備え、
    前記カソード電極アセンブリは、被モニタチャンバから前記放電空間へのガスの進入を可能にして、当該ガスのイオンが、前記放電空間内で形成されて前記カソード電極アセンブリに向かう方向に前記電場によって加速されるように、配置された開口と、
    前記ガスの前記イオンの一部を前記カソード電極アセンブリの外に放出するように、配置された供給源アパーチャと、を有し、
    前記磁石アセンブリは、前記ガスのイオンの質量電荷比に基づいて、前記イオンの前記放出された部分を角度変位させるように、配置されている、
    逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
    前記イオンの前記放出された部分の変位したイオン成分を検出するように配置された検出器と、
    前記検出器で前記変位したイオン成分を受け取って生成された電流を測定するように電気的に接続されたイオン電流測定回路と、
    前記ガスを前記被モニタチャンバから前記カソード電極アセンブリの前記開口に流すように配置されたガス入口通路と、
    を備え、
    前記イオンの前記放出された部分は、前記ガス入口通路において、前記被モニタチャンバからの前記ガスの流れと反対方向に移動する逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
56. 請求項５５に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記変位したイオン成分は、前記被モニタチャンバからの前記ガスの他の成分から分離されたヘリウムイオンを含む逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
57. 逆マグネトロン冷陰極イオン源であって、
    アノード電極と、
    前記アノード電極の一定長を囲み、前記アノード電極との間の放電空間に電場を生成するように配置されたカソード電極アセンブリと、
    前記電場を横切る磁場を規定するように配置された磁石アセンブリと、を備え、
    前記カソード電極アセンブリは、チャンバから前記放電空間へのガスの進入を可能にして、当該ガスのイオンが、前記放電空間内で形成されて前記カソード電極アセンブリに向かう方向に前記電場によって加速されるように、配置された開口と、
    前記ガスの前記イオンの一部を該カソード電極アセンブリの外に放出するように、配置された供給源アパーチャと、を有する、
    逆マグネトロン冷陰極イオン源において、
    前記供給源アパーチャから放出された前記ガスの前記イオンを受け取るように配置された磁気セクタ、四重極質量フィルタ、飛行時間型質量分析計、イオントラップ、または無線周波数動的イオントラップと、
    前記ガスを前記チャンバから前記カソード電極アセンブリの前記開口に流すように配置されたガス入口通路と、
    を備え、
    前記イオンの前記放出された部分は、前記ガス入口通路において、前記チャンバからの前記ガスの流れと反対方向に移動する逆マグネトロン冷陰極イオン源。
58. 請求項５７に記載の逆マグネトロン冷陰極イオン源において、
    前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するように電気的に接続されたイオン電流測定回路
    をさらに備える逆マグネトロン冷陰極イオン源。
59. 被モニタチャンバ内のガスから全圧および分圧を測定する方法であって、
    逆マグネトロン冷陰極電離真空計の、アノード電極と、当該アノード電極の一定長を囲むカソード電極アセンブリとの間に電圧を印可して、前記カソード電極アセンブリと前記アノード電極との間の放電空間に電場を生成するステップと、
    磁石アセンブリを用いて、前記電場を横切る磁場を規定するステップと、
    前記カソード電極アセンブリの開口を通じて、前記被モニタチャンバから前記放電空間へのガスの進入を許容し、前記ガスのイオンを前記放電空間で形成して前記カソード電極アセンブリに向かう方向に前記電場によって加速するステップと、
    前記ガスの前記イオンの部分を前記カソード電極アセンブリの供給源アパーチャを通して前記カソード電極アセンブリから放出するステップと、
    前記磁石アセンブリを用いて、前記ガスのイオンの質量電荷比に基づいて、前記イオンの前記放出された部分を角度変位させるステップと、
    検出器を用いて、前記イオンの前記放出された部分の変位したイオン成分を検出するステップと、
    イオン電流測定回路を用いて、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するステップと、
    前記イオン電流測定回路によって測定された前記全電流に基づいて、前記被モニタチャンバからの前記ガスの全圧を表示するステップと、
    前記イオン電流測定回路を用いて、前記検出器が前記変位したイオン成分を受け取ることにより生成された電流を測定するステップと、
    前記検出器で前記変位したイオン成分を受け取って生成され、前記イオン電流測定回路によって測定された前記電流に基づいて、前記被モニタチャンバからのガスの分圧の表示を表示するステップと、
    ガス入口通路を通じて、前記被モニタチャンバから前記カソード電極アセンブリの前記開口へと前記ガスを流すステップと、
    を含み、
    前記イオンの前記放出された部分は、前記ガス入口通路において、前記被モニタチャンバからの前記ガスの流れと反対方向に移動する方法。
60. 請求項５９に記載の方法において、前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる前記全電流に関わらず、前記アノード電極の電圧を一定に維持することをささらに含む、方法。
61. 請求項５９に記載の方法において、ハイパスイオンエネルギーフィルタリングを行って、所望の閾値エネルギーより高いエネルギーを有する前記イオンの前記放出された部分のイオンのみを前記検出器に到達可能にすることをさらに含む方法。
62. 請求項５９に記載の方法において、ローパスイオンエネルギーフィルタリングを行って、所望の閾値エネルギーより低いエネルギーを有する前記イオンの前記放出された部分のイオンのみを前記検出器に到達可能にすることをさらに含む方法。
63. 請求項５９に記載の方法において、前記被モニタチャンバを備える真空システムを診断するステップをさらに含み、前記イオン電流測定回路を用いて、前記検出器が水イオン成分を受け取ることにより生成された電流を測定するステップと、前記イオン電流測定回路を用いて、前記検出器で残留ガスイオン成分を受け取ることにより生成された電流を測定するステップと、をさらに含む方法。
64. 逆マグネトロン冷陰極電離真空計であって、
    アノード電極と、
    前記アノード電極の一定長を囲み、前記アノード電極との間の放電空間に電場を生成するように配置されたカソード電極アセンブリと、
    前記電場を横切る磁場を規定するように配置された磁石アセンブリと、を備え、
    前記カソード電極アセンブリは、被モニタチャンバから前記放電空間へのガスの進入を可能にして、当該ガスのイオンが、前記放電空間内で形成されて前記カソード電極アセンブリに向かう方向に前記電場によって加速されるように、配置された開口と、
    前記ガスの前記イオンの一部を前記カソード電極アセンブリの外に放出するように、配置された供給源アパーチャと、を有し、
    前記磁石アセンブリは、前記ガスのイオンの質量電荷比に基づいて、前記イオンの前記放出された部分を角度変位させるように、配置されている、
    逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
    前記イオンの前記放出された部分の変位したイオン成分を検出するように配置された検出器と、
    前記アノード電極と前記カソード電極アセンブリとの間を流れる全電流を測定するように電気的に接続され、前記検出器が前記変位したイオン成分を受けとることにより生成された電流を測定するように電気的に接続されたイオン電流測定回路と、
    前記供給源アパーチャと前記検出器との間に配置されたイオンビームデフレクタと、
    を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
65. 請求項６４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオンビームデフレクタは、一対の平行板を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
66. 請求項６４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオンビームデフレクタは、一対の湾曲板を備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
67. 請求項６４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオンビームデフレクタの一対のデフレクタプレートの間に静電場を生成するように前記イオンビームデフレクタに電気的に接続されたデフレクタ電源をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
68. 請求項６７に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ電源は、（ｉ）前記イオンビームデフレクタの第１のデフレクタプレートに、前記イオンビームデフレクタの第２のデフレクタプレートの接地電圧に対して正のデフレクタバイアス電圧を提供するように、または（ｉｉ）前記イオンビームデフレクタの第１のデフレクタプレートに、前記イオンビームデフレクタの第２のデフレクタプレートの接地電圧に対して負のデフレクタバイアス電圧を提供するように、あるいは（ｉｉｉ）第１のデフレクタバイアス電圧を前記第１のデフレクタプレートに、第２のデフレクタバイアス電圧を前記第２のデフレクタプレートに提供するように、電気的に接続されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
69. 請求項６７に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、デフレクタ制御信号を前記デフレクタ電源に供給するように構成されたデフレクタ制御回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
70. 請求項６９に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の電圧を変化させて、前記イオンビームデフレクタに、前記イオンの前記放出された部分の前記変位したイオン成分の偏向を変化させるように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
71. 請求項７０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の前記電圧を、（ｉ）時間に対する前記電圧の三角鋸歯状変化、または（ｉｉ）電圧波形に基づいて、変化させて、前記変位したイオン成分のピーク幅および他のイオン成分に対する時間位置を制御するように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
72. 請求項７０に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の電圧をスキャンして、前記イオンビームデフレクタに複数のイオン成分を偏向させ、前記デフレクタ電源の前記電圧のスキャンにともない、前記検出器に連続して検出させるように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
73. 請求項７２に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の前記電圧をスキャンして前記複数のイオン成分の質量スペクトルの検出を可能にするように構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
74. 請求項７２に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記イオン成分の１つが、残留ガスである逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
75. 請求項６９に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記デフレクタ電源の電圧を制御して、前記イオンビームデフレクタに、異なるエネルギーおよび共通のイオン成分質量を有する変位したイオン成分を方向づけさせ、前記検出器の検出器アパーチャを通って集束させるよう構成されている逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
76. 請求項７５に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、
    カソード回転カップリングと、
    前記カソード回転カップリングを用いて前記カソード電極アセンブリを回転させるアクチュエータをさらに備え、
    該アクチュエータは、
    異なるエネルギーを有する前記変位したイオン成分を前記検出器の前記検出器アパーチャを通って集束させる前記デフレクタ電源の前記電圧により、
    異なるエネルギーを有する前記変位したイオン成分を前記検出器に指向させるように、構成されている、
    逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
77. 請求項６９に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記デフレクタ制御回路は、前記アノード電極の電圧の変化にともなって前記デフレクタ電源の電圧を変化させ、前記変位したイオン成分の前記検出器における他のイオン成分に対する時間位置を前記アノード電極の電圧の変化にともない変化させることなく、前記イオンビームデフレクタに前記変位したイオン成分を前記検出器に指向させるように構成されている、逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
78. 請求項６４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、カソード回転カップリングをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
79. 請求項６４に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、所望の閾値エネルギーよりも高いエネルギーを有するイオンのみが検出可能となるように構成されたハイパスイオンエネルギーフィルタをさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。
80. 請求項７９に記載の逆マグネトロン冷陰極電離真空計において、前記アノード電極の電圧に比例して前記ハイパスイオンエネルギーフィルタのバイアス電圧を低減させるように構成された高エネルギーフィルタ制御回路をさらに備える逆マグネトロン冷陰極電離真空計。

Images