JPH03131735A - 極高真空用真空計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、１０−”Ｐａ以下の圧力を測定する真空計に
関するものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題）現在、多くの
半導体製造機器、大型加速器、電子顕微鏡等の理科学機
器では、真空が広く利用されており、特に１Ｏ−１ａＰ
ａ以下の極高真空も利用されてきている。

この１０−”Ｐａ以下の極高真空を測定する機器として
は、エキストラクター真空計、ヘルマー真空計及び変形
ヘルマー真空計が広く知られている。

これらの真空計の構成を第１図に示すが、（ａ）がエキ
ストラクター真空計、（ｂ）がヘルマー真空計、（ｅ）
が変形ヘルマー真空計である。図中、Ｆはフィラメント
であり、このフィラメント（Ｆ）より発生した電子をイ
オン化室（１）に打ち込む。イオン化室（Ｉ）は細い線
の籠で構成され、グリッドと呼ばれる。このイオン化室
（Ｉ）で残留気体をイオン化する。Ｅは、イオン化した
イオンをコレクター（Ｃ）に導くためのイオン用量し電
極である。Ｒはリベラであり、Ｄｌとり、は円筒型偏向
器の内側電極であり、Ｄ２とＤ４は外側電極である。

以下に動作原理と各真空計の性能について説明する。

まず、第１図（ａ）のエキストラクター真空計の場合は
、フィラメントより出た電子は１００ｅＶ程度に加速さ
れて、イオン化室に打ち込まれ、イオン化室内の残留分
子をイオン化する。イオン化したイオンは、引出し電極
によってイオン化室から引き出され、リペラで跳ね返さ
れてコレクターに集められる。コレクターに入ったイオ
ン電流からイオン化室内の残留気体を測定する。

このエキストラクター真空計の圧力の測定限界は、１０
−”Ｐａ台であり、この限界は、イオン化室のグリッド
に電子が衝突する時に発生する軟Ｘ線がコレクターを照
射することによって生じるＸ線光電子放出により規制さ
れる。コレクターから１個の電子が放出されることは、
１個のイオンを捕えることと区別できないという問題が
ある。

この問題を解決して改良した真空計が、第１図（ｂ）に
示したヘルマー真空計である。この真空計の場合、イオ
ン化室からコレクター側に入ってくるイオンと軟Ｘ線を
分けるためにイオン偏向器が用いられている。このイオ
ン偏向器は円筒静電型の内側電極Ｄユと外側電極Ｄ２と
から構成されており、内側電極Ｄ１に負の電位を、外側
電極Ｄ２に正の電位をかけてイオンを９０”曲げるもの
である。

一方、軟Ｘ線は電場では曲がらずに直進して外側電極Ｄ
２に当り、直接はコレクターが照射されないため、この
真空計の測定下限は、１０″−１ＬＰａ台に向上する。

しかし、測定下限は、偏向器の外側電極Ｄ２に当たった
軟ＸＩＳによる光電子がコレクターに流れ込む電流で決
まるという問題がある。

そこで、更に性能を向上させて測定限界を下げるように
工夫されたのが第１図（Ｃ）に示した変形ヘルマー真空
計である。この真空計の場合、イオンとＸ線を分離する
偏向器を２段に重ねて、外側電極Ｄ２で発生した光電子
を、内側電極り、と外側電極Ｄ４の偏向電極を持つ第２
の偏向器で止める。

しかし、この変形ヘルマー真空計の測定下限値は、１０
””２Ｐａ台である。

一方、ヘルマー真空計や変形ヘルマー真空計のように偏
向器を設けると、イオン電流は落ちて、感度が劣化する
という欠点が生じ、実用化は困難である。

本発明は、前述の従来の真空計の欠点を解消して、イオ
ン電流から軟Ｘａを完全に分離でき、感度を落さずに測
定限界を１０−”Ｐａ以下にし得る高性能の極高真空用
真空計を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者等は、前記目的を達成するために鋭意研究を重
ねた。

その結果、まず、ヘルマー真空計や変形ヘルマー真空計
の利点を活かすべく偏向器を使用して、イオンとＸ線を
分離するが、単に偏向器を使用したのでは感度が劣化す
るので、これを防止する手段として、イオンビームを集
束する必要があることを知見した。これにより、１Ｏ−
１１Ｐａ以下の圧力でイオンの数が少なくなっても、１
個１個数え上げるパルスカウント方式を採ることができ
、感度向上に有利になることも知見した。これらの知見
に基づき本発明をなしたものである。

すなわち、本発明に係る極高真空用真空計は、イオン化
室とイオン検出器との間に無収差の偏向器を設けたこと
を特徴とするものであり、また、イオン検出器に２次電
子増倍管を使用することを特徴とするものである。

以下に本発明を更に詳述する。

（作用） 第２図は本発明の極高真空用真空計の構成を示したもの
であり、イオン化室（Ｉ）とイオン検出器又はコレクタ
ー（Ｃ）の間に、大きな偏向角をもった無収差の円筒型
静電偏向器が設けられている。

この偏向器は、負の電位をかけられた内側円筒電極Ｄ１
と正の電位をかけである外側円筒電極Ｄ２とからなり、
入射したイオンをイオン検出器上にボケルことなしに投
影できる。この投影は偏向角が２５０〜２６０度の範囲
にある場合に完全に達成され、特に偏向角は２５５度が
望ましい。

特に、偏向器に入射するイオンのエネルギーや入射角が
異なっていても、完全にイオン検出器に集束させること
ができる。

すなわち、第２図において偏向器内に書かれている多く
の曲線は、偏向器内に、３種類のエネルギー（１，２Ｅ
、１．ＯＥ、０．８Ｅ）（Ｅ：イオンの通過エネルギー
）を持ち、それぞれ入射角が３度、２度、１度、０度、
−１度、−２度、−３度と異なったイオンが入射した時
のイオンの軌道計算の結果を示している。同図かられか
るように、エネルギーの異なるイオンは１２７．３度で
空間的に分離している。これは、従来よく使われている
円筒エネルギー分析器と同様である。しかし、本発明の
場合は、２５０〜２６０度でイオンビームの角度収差と
色収差がＯとなり、完全に集束している。２５０度から
２６０度の偏向角は９０度の偏向角の約３倍であり、Ｘ
線光電子の通過を完全に遮断する。このため、この偏向
器を用いると、効率よく、Ｘ線光電子を分離したイオン
の数を計測することができる。

更に、この偏向器を用いることにより、イオンビームが
集束するので、イオン検出器に２次電子増倍管を使うこ
とができ、１Ｏ−１１Ｐａ以下の圧力でイオンの数が少
なくなっても、１個１個数え上げることができる。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 内側電極の半径が３０ｍｍ、外側円筒電極の半径が４０
ｍｍの偏向器の前後に、イオン化室とイオン検出器を配
置した。イオン検出器としてはチャンネルトロンを使用
した。

この構成で、内外電極間に８０ボルトの電圧をかけ、イ
オン化室でイオン化したイオンを偏向器を通してイオン
検出器で測定した。

５Ｘ１０−”Ｐａの圧力の真空内で動作させたところ、
電子のビーム電流０．１ｍＡで、イオン電流として２．
５　ｘ　１０−１２Ａを検出した。これは、この真空計
の感度ＡがＡ　＝　０　、０５　（Ｐａ）−’を意味す
る。この値は、従来のエキストラクター真空計と同程度
であり、従来のヘルマー真空計に比較して、約１〜２桁
大きい値である。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明の極高真空用真空計は、無
収差の偏向器を用いているので、イオン電流から軟Ｘ線
を完全に分離でき、１０−”Ｐａ以下、特に１Ｏ−１４
Ｐａ以下の圧力でも感度を落すことなく測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の真空計の構成を示す図で、（ａ）はエキ
ストラクター真空計の場合、（ｂ）はへルマー真空計の
場合、（ｃ）は変形ヘルマー真空計の場合を示し。 第２図は本発明の極高真空用真空計の構成を示す図であ
る。 Ｆ・・・フィラメント、■・・・イオン化室、Ｒ・・・
リペラ、Ｅ・・引出し電極、Ｃ・・・コレクター（イオ
ン検出器）、Ｄｌ、Ｄ、・・内側電極、Ｄ２、Ｄ４・・
・外側電極。 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン化室とイオン検出器との間に無収差の偏向
   器を設けたことを特徴とする極高真空用真空計。
2. （２）イオン検出器に２次電子増倍管を使用する請求項
   １に記載の極高真空用真空計。