JPH10267780A - 真空測定用素子及び真空測定用素子の製造方法 - Google Patents
真空測定用素子及び真空測定用素子の製造方法Info
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- JPH10267780A JPH10267780A JP7560897A JP7560897A JPH10267780A JP H10267780 A JPH10267780 A JP H10267780A JP 7560897 A JP7560897 A JP 7560897A JP 7560897 A JP7560897 A JP 7560897A JP H10267780 A JPH10267780 A JP H10267780A
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- electrode
- collector electrode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 真空測定用デバイスの小型化を図り、高精度
の真空度測定を可能にする。 【解決手段】 平板状に形成した基板４０上に、残留ガ
スの原子をイオン化する電子の放射源である冷陰極２０
と、イオン化された残留ガスの正イオンを集めるコレク
タ電極２６とを離間させて対向して形成した真空測定用
素子であって、前記冷陰極が前記コレクタ電極に向けて
先端を先鋭に形成され、該冷陰極から放射された電子が
通過する空隙を前記冷陰極の先端前方に設けたゲート電
極２２が、前記冷陰極とコレクタ電極との間の該冷陰極
に近接した位置に形成され、前記空隙と対応した部位に
電子が通過する空隙を設けたアノード電極２４が、前記
ゲート電極とコレクタ電極との間の該ゲート電極に近接
した位置に形成され、前記アノード電極とコレクタ電極
との間に前記冷陰極から放射された電子によって残留ガ
スの原子をイオン化する空間が形成されたことを特徴と
する。
の真空度測定を可能にする。 【解決手段】 平板状に形成した基板４０上に、残留ガ
スの原子をイオン化する電子の放射源である冷陰極２０
と、イオン化された残留ガスの正イオンを集めるコレク
タ電極２６とを離間させて対向して形成した真空測定用
素子であって、前記冷陰極が前記コレクタ電極に向けて
先端を先鋭に形成され、該冷陰極から放射された電子が
通過する空隙を前記冷陰極の先端前方に設けたゲート電
極２２が、前記冷陰極とコレクタ電極との間の該冷陰極
に近接した位置に形成され、前記空隙と対応した部位に
電子が通過する空隙を設けたアノード電極２４が、前記
ゲート電極とコレクタ電極との間の該ゲート電極に近接
した位置に形成され、前記アノード電極とコレクタ電極
との間に前記冷陰極から放射された電子によって残留ガ
スの原子をイオン化する空間が形成されたことを特徴と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷陰極線源を利用す
る真空測定用素子及び真空測定用素子の製造方法に関す
る。
る真空測定用素子及び真空測定用素子の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】電離真空計はエミッタ電極から放射され
た電子によって真空装置内で残留するガスの原子を電離
させ、電離した正イオンをコレクタ電極で集め、このコ
レクタ電流から真空度を測定するものである。電離真空
計では熱陰極を使用するものが一般的であるが、熱陰極
を使用する場合はゲージから出るガスが測定値に影響を
与えて高真空下では正確な測定ができないという問題が
あることから、真空系を乱さずに高精度の測定を可能に
するものとして冷陰極を使用するものが提案されている
（特開平3-293533号公報) 。冷陰極はシリコン等の基板
上に先鋭なエミッタ電極を形成し、エミッタ電極とゲー
ト電極との間に電圧を印加し、電界放出効果によってエ
ミッタ電極から電子を放出させるようにしたものであ
る。
た電子によって真空装置内で残留するガスの原子を電離
させ、電離した正イオンをコレクタ電極で集め、このコ
レクタ電流から真空度を測定するものである。電離真空
計では熱陰極を使用するものが一般的であるが、熱陰極
を使用する場合はゲージから出るガスが測定値に影響を
与えて高真空下では正確な測定ができないという問題が
あることから、真空系を乱さずに高精度の測定を可能に
するものとして冷陰極を使用するものが提案されている
（特開平3-293533号公報) 。冷陰極はシリコン等の基板
上に先鋭なエミッタ電極を形成し、エミッタ電極とゲー
ト電極との間に電圧を印加し、電界放出効果によってエ
ミッタ電極から電子を放出させるようにしたものであ
る。
【０００３】また、一般的な電離真空計で使用する管球
はガラス製の管球の内部に電子線源とコレクタ電極とを
配置するから、大型で設置場所をとるといった問題、落
下等によって破損しやすいといった問題があったことか
ら、小型で高精度の測定が可能な電離真空計が求められ
ていた。冷陰極を使用する電離真空計は高精度の真空測
定を可能にするものであり、きわめて小型の真空デバイ
スとして、半導体装置の製造で使用される微細加工技術
を利用して冷陰極のエミッタ電極とゲート電極、アノー
ド電極を作り込むことが検討されている。
はガラス製の管球の内部に電子線源とコレクタ電極とを
配置するから、大型で設置場所をとるといった問題、落
下等によって破損しやすいといった問題があったことか
ら、小型で高精度の測定が可能な電離真空計が求められ
ていた。冷陰極を使用する電離真空計は高精度の真空測
定を可能にするものであり、きわめて小型の真空デバイ
スとして、半導体装置の製造で使用される微細加工技術
を利用して冷陰極のエミッタ電極とゲート電極、アノー
ド電極を作り込むことが検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この冷陰極を用いた真
空測定用素子としては、たとえばシリコン基材上に円錐
状にエミッタ電極を形成し、ゲート電極、アノード電極
を縦型に配置したもの、石英基板等の平面上にエミッタ
電極、ゲート電極、アノード電極を平面配置したもの等
がある。冷陰極を用いた真空測定用素子は１０-11 Ｐａ
といった超高真空の測定への応用を検討されているもの
である。本発明者は、冷陰極を用いた真空測定用素子と
して実際の真空計に利用できる構造について研究し本発
明に至ったものであり、本発明では高真空の測定用とし
て好適に使用できる真空測定用素子及び真空測定用素子
の好適な製造方法を提供することを目的としている。
空測定用素子としては、たとえばシリコン基材上に円錐
状にエミッタ電極を形成し、ゲート電極、アノード電極
を縦型に配置したもの、石英基板等の平面上にエミッタ
電極、ゲート電極、アノード電極を平面配置したもの等
がある。冷陰極を用いた真空測定用素子は１０-11 Ｐａ
といった超高真空の測定への応用を検討されているもの
である。本発明者は、冷陰極を用いた真空測定用素子と
して実際の真空計に利用できる構造について研究し本発
明に至ったものであり、本発明では高真空の測定用とし
て好適に使用できる真空測定用素子及び真空測定用素子
の好適な製造方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、平板状に形成し
た基板上に、残留ガスの原子をイオン化する電子の放射
源である冷陰極と、イオン化された残留ガスの正イオン
を集めるコレクタ電極とを離間させて対向して形成した
真空測定用素子であって、前記冷陰極が前記コレクタ電
極に向けて先端を先鋭に形成され、該冷陰極から放射さ
れた電子が通過する空隙を前記冷陰極の先端前方に設け
たゲート電極が、前記冷陰極とコレクタ電極との間の該
冷陰極に近接した位置に形成され、前記空隙と対応した
部位に電子が通過する空隙を設けたアノード電極が、前
記ゲート電極とコレクタ電極との間の該ゲート電極に近
接した位置に形成され、前記アノード電極とコレクタ電
極との間に前記冷陰極から放射された電子によって残留
ガスの原子をイオン化する空間が形成されたことを特徴
とする。また、平板状に形成した基板上に、残留ガスの
原子をイオン化する電子の放射源である冷陰極と、イオ
ン化された残留ガスの正イオンを集めるコレクタ電極と
を離間させて対向して形成した真空測定用素子であっ
て、前記冷陰極が前記コレクタ電極に向けて先端を先鋭
に形成され、該冷陰極から放射された電子が通過する空
隙を前記冷陰極の先端前方に設けたゲート電極が、前記
冷陰極とコレクタ電極との間の該冷陰極に近接した位置
に形成され、前記ゲート電極とコレクタ電極との間に、
前記空隙と対応した部位に正イオンを通過させる開口部
を設けたアノード電極が、前記冷陰極の先端からほぼ等
距離となる円弧状に形成されるとともに、前記ゲート電
極とアノード電極との間に前記冷陰極から放射された電
子によって残留ガスの原子をイオン化する空間が形成さ
れたことを特徴とする。また、前記基板がシリコン基板
であり、該シリコン基板上に前記冷陰極、ゲート電極、
アノード電極およびコレクタ電極が形成されたことを特
徴とする。また、前記コレクタ電極の前記冷陰極に対向
する面が、前記冷陰極の先端からほぼ等距離となる円弧
状に形成されたことを特徴とする。
するため次の構成を備える。すなわち、平板状に形成し
た基板上に、残留ガスの原子をイオン化する電子の放射
源である冷陰極と、イオン化された残留ガスの正イオン
を集めるコレクタ電極とを離間させて対向して形成した
真空測定用素子であって、前記冷陰極が前記コレクタ電
極に向けて先端を先鋭に形成され、該冷陰極から放射さ
れた電子が通過する空隙を前記冷陰極の先端前方に設け
たゲート電極が、前記冷陰極とコレクタ電極との間の該
冷陰極に近接した位置に形成され、前記空隙と対応した
部位に電子が通過する空隙を設けたアノード電極が、前
記ゲート電極とコレクタ電極との間の該ゲート電極に近
接した位置に形成され、前記アノード電極とコレクタ電
極との間に前記冷陰極から放射された電子によって残留
ガスの原子をイオン化する空間が形成されたことを特徴
とする。また、平板状に形成した基板上に、残留ガスの
原子をイオン化する電子の放射源である冷陰極と、イオ
ン化された残留ガスの正イオンを集めるコレクタ電極と
を離間させて対向して形成した真空測定用素子であっ
て、前記冷陰極が前記コレクタ電極に向けて先端を先鋭
に形成され、該冷陰極から放射された電子が通過する空
隙を前記冷陰極の先端前方に設けたゲート電極が、前記
冷陰極とコレクタ電極との間の該冷陰極に近接した位置
に形成され、前記ゲート電極とコレクタ電極との間に、
前記空隙と対応した部位に正イオンを通過させる開口部
を設けたアノード電極が、前記冷陰極の先端からほぼ等
距離となる円弧状に形成されるとともに、前記ゲート電
極とアノード電極との間に前記冷陰極から放射された電
子によって残留ガスの原子をイオン化する空間が形成さ
れたことを特徴とする。また、前記基板がシリコン基板
であり、該シリコン基板上に前記冷陰極、ゲート電極、
アノード電極およびコレクタ電極が形成されたことを特
徴とする。また、前記コレクタ電極の前記冷陰極に対向
する面が、前記冷陰極の先端からほぼ等距離となる円弧
状に形成されたことを特徴とする。
【０００６】また、シリコン基板上に、残留ガスの原子
をイオン化する電子の放射源である冷陰極と、イオン化
された残留ガスの正イオンを集めるコレクタ電極とを離
間させて対向して配置した真空測定用素子の製造方法で
あって、前記シリコン基板を熱酸化してシリコン基板の
表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜上に窒化珪素膜を
形成し、さらに窒化珪素膜の表面に金属層を被着形成し
た後、前記金属層を冷陰極、ゲート電極、アノード電極
およびコレクタ電極の平面パターンにしたがってエッチ
ングし、該エッチングによりパターン形成された金属層
をマスクとして前記窒化珪素膜を等方性エッチングによ
り除去して、金属層が窒化珪素膜の表面に被着形成され
た冷陰極、ゲート電極、アノード電極およびコレクタ電
極を形成することを特徴とする。
をイオン化する電子の放射源である冷陰極と、イオン化
された残留ガスの正イオンを集めるコレクタ電極とを離
間させて対向して配置した真空測定用素子の製造方法で
あって、前記シリコン基板を熱酸化してシリコン基板の
表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜上に窒化珪素膜を
形成し、さらに窒化珪素膜の表面に金属層を被着形成し
た後、前記金属層を冷陰極、ゲート電極、アノード電極
およびコレクタ電極の平面パターンにしたがってエッチ
ングし、該エッチングによりパターン形成された金属層
をマスクとして前記窒化珪素膜を等方性エッチングによ
り除去して、金属層が窒化珪素膜の表面に被着形成され
た冷陰極、ゲート電極、アノード電極およびコレクタ電
極を形成することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて説明する。図１は本発明に係る真空測定用素子を
用いた真空計の構成を示す説明図である。この真空計５
は真空装置の測定ポートに装着して使用する。真空計５
はリードピン１４を金属基体（アイレット）の周縁部に
ガラス封着したステム１６の中央部に、真空測定用素子
１０を保持した支持基板１２を固定したものである。真
空測定用素子１０はシリコンを基材としてその表面に冷
陰極、ゲート電極、アノード電極、コレクタ電極を平面
的に配置したもので、２ｍｍ角程度の薄い平板状の素子
である。真空測定用素子１０は表面（冷陰極、ゲート電
極、アノード電極、コレクタ電極が形成されている面）
で真空度を検知するから、その表面を露出させて支持基
板１２に支持される。
ついて説明する。図１は本発明に係る真空測定用素子を
用いた真空計の構成を示す説明図である。この真空計５
は真空装置の測定ポートに装着して使用する。真空計５
はリードピン１４を金属基体（アイレット）の周縁部に
ガラス封着したステム１６の中央部に、真空測定用素子
１０を保持した支持基板１２を固定したものである。真
空測定用素子１０はシリコンを基材としてその表面に冷
陰極、ゲート電極、アノード電極、コレクタ電極を平面
的に配置したもので、２ｍｍ角程度の薄い平板状の素子
である。真空測定用素子１０は表面（冷陰極、ゲート電
極、アノード電極、コレクタ電極が形成されている面）
で真空度を検知するから、その表面を露出させて支持基
板１２に支持される。
【０００８】真空測定用素子１０の各電極とリードピン
１４とはワイヤボンディング等によって電気的に接続
し、リードピン１４は電極に電圧を印加するための電源
および電流計に電気的に接続する。１８はステム１６の
開口面を保護する金属製の保護キャップである。保護キ
ャップ１８はキャップの略中央部に開口孔を設け開口孔
の周縁からガイド筒１８ａを立設したもので、ステム１
６の外周のフランジ部分に溶接などで固着する。なお、
真空計としては保護キャップ１８を装着しない形態での
使用も可能である。
１４とはワイヤボンディング等によって電気的に接続
し、リードピン１４は電極に電圧を印加するための電源
および電流計に電気的に接続する。１８はステム１６の
開口面を保護する金属製の保護キャップである。保護キ
ャップ１８はキャップの略中央部に開口孔を設け開口孔
の周縁からガイド筒１８ａを立設したもので、ステム１
６の外周のフランジ部分に溶接などで固着する。なお、
真空計としては保護キャップ１８を装着しない形態での
使用も可能である。
【０００９】図２に真空測定用素子１０の概略構成を示
す。真空測定用素子１０は平面的な素子であり、図２は
真空測定用素子１０の各構成部分の平面配置を示す。２
０は冷陰極（エミッタ電極）で電界効果によって電子を
放出する部分である。冷陰極２０は先端を先鋭に形成
し、電界効果の作用によって電子が放出されやすくして
いる。
す。真空測定用素子１０は平面的な素子であり、図２は
真空測定用素子１０の各構成部分の平面配置を示す。２
０は冷陰極（エミッタ電極）で電界効果によって電子を
放出する部分である。冷陰極２０は先端を先鋭に形成
し、電界効果の作用によって電子が放出されやすくして
いる。
【００１０】２２はゲート電極である。ゲート電極２２
は冷陰極２０に対して正の電圧を印加し、電界効果によ
って冷陰極２０から電子を放出させるためのものであ
る。２４はアノード電極である。アノード電極２４は冷
陰極２０に対して正の電圧を印加し、冷陰極２０から放
出された電子を引き出し、加速させてアノード電極２４
をこえて外方に放射させる作用をなす。２６はコレクタ
電極である。コレクタ電極２６は冷陰極２０から放出さ
れた電子によって残留ガスの原子がイオン化された正イ
オンを集めるための電極である。
は冷陰極２０に対して正の電圧を印加し、電界効果によ
って冷陰極２０から電子を放出させるためのものであ
る。２４はアノード電極である。アノード電極２４は冷
陰極２０に対して正の電圧を印加し、冷陰極２０から放
出された電子を引き出し、加速させてアノード電極２４
をこえて外方に放射させる作用をなす。２６はコレクタ
電極である。コレクタ電極２６は冷陰極２０から放出さ
れた電子によって残留ガスの原子がイオン化された正イ
オンを集めるための電極である。
【００１１】冷陰極２０とゲート電極２２、アノード電
極２４は実際の素子ではきわめて接近して配置され、ア
ノード電極２４とコレクタ電極２６との間が空き領域と
なっている。この領域は冷陰極２０から放出された電子
によって残留ガスの原子を電離させる領域で、電離した
正イオンがコレクタ電極２６で集められる。図２では残
留ガスのアルゴン原子が電離してアルゴンイオン（Ａｒ
+ ）となったことを示す。
極２４は実際の素子ではきわめて接近して配置され、ア
ノード電極２４とコレクタ電極２６との間が空き領域と
なっている。この領域は冷陰極２０から放出された電子
によって残留ガスの原子を電離させる領域で、電離した
正イオンがコレクタ電極２６で集められる。図２では残
留ガスのアルゴン原子が電離してアルゴンイオン（Ａｒ
+ ）となったことを示す。
【００１２】本実施形態のコレクタ電極２６は冷陰極２
０に対向する面（コレクタ面）を円弧状に湾曲させてい
る。このようにコレクタ面を曲面に形成しているのは、
先鋭に形成した冷陰極２０の先端からコレクタ面への距
離を略一定にし、コレクタ面の一部に正イオンが集中し
ないようにして残留ガスの正イオンを集めやすくするた
めである。コレクタ面の形状としては円弧状あるいはパ
ラボラ状等の適宜曲面を選択することができる。２８は
コレクタ電流を測定する電流計、３０はアノード電流を
測定する電流計である。冷陰極を使用する真空計は上記
真空測定用素子１０とこれら電流計２８、３０及び電源
系、制御系によって構成される。
０に対向する面（コレクタ面）を円弧状に湾曲させてい
る。このようにコレクタ面を曲面に形成しているのは、
先鋭に形成した冷陰極２０の先端からコレクタ面への距
離を略一定にし、コレクタ面の一部に正イオンが集中し
ないようにして残留ガスの正イオンを集めやすくするた
めである。コレクタ面の形状としては円弧状あるいはパ
ラボラ状等の適宜曲面を選択することができる。２８は
コレクタ電流を測定する電流計、３０はアノード電流を
測定する電流計である。冷陰極を使用する真空計は上記
真空測定用素子１０とこれら電流計２８、３０及び電源
系、制御系によって構成される。
【００１３】図３はシリコンを基板として作製した真空
測定用素子１０の構成を拡大して示す。図３(a) は真空
測定用素子１０の平面図、図３(b) は側面図である。実
施形態の真空測定用素子１０は平面寸法が２ｍｍ角程度
の大きさのものである。図３(a) で２０が冷陰極、２２
がゲート電極、２４がアノード電極である。これら冷陰
極２０、ゲート電極２２およびアノード電極２４はきわ
めて接近して配置されている。２０ａは冷陰極２０に電
気的に接続する配線パターン、２２ａはゲート電極２２
に電気的に接続する配線パターン、２４ａはアノード電
極２４に電気的に接続する配線パターンである。
測定用素子１０の構成を拡大して示す。図３(a) は真空
測定用素子１０の平面図、図３(b) は側面図である。実
施形態の真空測定用素子１０は平面寸法が２ｍｍ角程度
の大きさのものである。図３(a) で２０が冷陰極、２２
がゲート電極、２４がアノード電極である。これら冷陰
極２０、ゲート電極２２およびアノード電極２４はきわ
めて接近して配置されている。２０ａは冷陰極２０に電
気的に接続する配線パターン、２２ａはゲート電極２２
に電気的に接続する配線パターン、２４ａはアノード電
極２４に電気的に接続する配線パターンである。
【００１４】ゲート電極２２は冷陰極２０の先端から放
射された電子が通過する空隙を先端前方に設けた一対の
電極から成り、アノード電極２４はゲート電極２２の前
方でゲート電極２４に近接した位置に、前記空隙と対応
する部位に電子が通過する空隙を先端前方に設けて前記
ゲート電極と略平行に形成した一対の電極から成る。実
施形態では冷陰極２０の先端とゲート電極２２の電極端
との間隔は１〜２μｍ程度、ゲート電極２２の電極端と
アノード電極２４の電極端との間隔は２μｍ程度であ
る。このように冷陰極２０とゲート電極２２および冷陰
極２０とアノード電極２４との間隔を狭く設定したの
は、電界効果によって冷陰極２０から電子を放出させや
すくするためである。冷陰極２０、ゲート電極２２、ア
ノード電極２４への電圧の印加は、上記の配線パターン
２０ａ、２２ａ、２４ａを介して電源に接続することに
よってなされる。２６ａはコレクタ電極２６と電気的に
接続する配線パターンである。
射された電子が通過する空隙を先端前方に設けた一対の
電極から成り、アノード電極２４はゲート電極２２の前
方でゲート電極２４に近接した位置に、前記空隙と対応
する部位に電子が通過する空隙を先端前方に設けて前記
ゲート電極と略平行に形成した一対の電極から成る。実
施形態では冷陰極２０の先端とゲート電極２２の電極端
との間隔は１〜２μｍ程度、ゲート電極２２の電極端と
アノード電極２４の電極端との間隔は２μｍ程度であ
る。このように冷陰極２０とゲート電極２２および冷陰
極２０とアノード電極２４との間隔を狭く設定したの
は、電界効果によって冷陰極２０から電子を放出させや
すくするためである。冷陰極２０、ゲート電極２２、ア
ノード電極２４への電圧の印加は、上記の配線パターン
２０ａ、２２ａ、２４ａを介して電源に接続することに
よってなされる。２６ａはコレクタ電極２６と電気的に
接続する配線パターンである。
【００１５】コレクタ電極２６は冷陰極２０、ゲート電
極２２およびアノード電極２４を有する陰極線源に対向
して配置するが、図３(b) に示すように冷陰極２０、ゲ
ート電極２２、アノード電極２４およびコレクタ電極２
６はシリコン基板４０上で凸状に形成し、冷陰極２０等
とコレクタ電極２６との中間部分は平坦な底面３４とし
て形成する。冷陰極２０、コレクタ電極２６等の凸部は
実施形態では数百ｎｍ程度である。底面３４が形成され
た領域は冷陰極２０から放射された電子によって残留ガ
スの原子を電離する部分である。
極２２およびアノード電極２４を有する陰極線源に対向
して配置するが、図３(b) に示すように冷陰極２０、ゲ
ート電極２２、アノード電極２４およびコレクタ電極２
６はシリコン基板４０上で凸状に形成し、冷陰極２０等
とコレクタ電極２６との中間部分は平坦な底面３４とし
て形成する。冷陰極２０、コレクタ電極２６等の凸部は
実施形態では数百ｎｍ程度である。底面３４が形成され
た領域は冷陰極２０から放射された電子によって残留ガ
スの原子を電離する部分である。
【００１６】実施形態の真空測定用素子１０は冷陰極２
０、ゲート電極２２、アノード電極２４およびコレクタ
電極２６等をシリコン基板を基材として微細加工技術に
より一体に作り込んで形成される。図４にシリコン基板
を用いて真空測定用素子１０を製造する方法の実施形態
を示す。図４(a) は冷陰極２０等の各構成部分を形成す
る基材としてのシリコン基板４０である。図４(b) はこ
のシリコン基板４０を酸化雰囲気中で加熱して、シリコ
ン基板４０の表面にＳｉＯ2 膜（熱酸化膜）４２を形成
した状態を示す。ＳｉＯ2 膜４２は電気的絶縁性を有す
るとともに、科学的に安定な被膜として形成されるとい
う利点がある。実施形態ではＳｉＯ2 膜４２の膜厚は約
２００ｎｍとした。
０、ゲート電極２２、アノード電極２４およびコレクタ
電極２６等をシリコン基板を基材として微細加工技術に
より一体に作り込んで形成される。図４にシリコン基板
を用いて真空測定用素子１０を製造する方法の実施形態
を示す。図４(a) は冷陰極２０等の各構成部分を形成す
る基材としてのシリコン基板４０である。図４(b) はこ
のシリコン基板４０を酸化雰囲気中で加熱して、シリコ
ン基板４０の表面にＳｉＯ2 膜（熱酸化膜）４２を形成
した状態を示す。ＳｉＯ2 膜４２は電気的絶縁性を有す
るとともに、科学的に安定な被膜として形成されるとい
う利点がある。実施形態ではＳｉＯ2 膜４２の膜厚は約
２００ｎｍとした。
【００１７】次に、ＳｉＯ2 膜４２の表面にスパッタリ
ング法によりＳｉ3 Ｎ4 膜（窒化珪素膜）４４を形成す
る（図４(c))。このＳｉ3 Ｎ4 膜４４はフッソ系のエッ
チングガス（ＣＦ4 ＋Ｏ2 ガス）によってエッチングし
やすいことから設けるものである。本実施形態ではＳｉ
3 Ｎ4膜４４の膜厚は約２００ｎｍとした。次に、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜４４の表面全体に金属層としてクロム層４６を
被着形成する（図４(d))。クロム層４６は電極の導体部
となるもので、蒸着法あるいはスパッタリング法によっ
て形成できる。本実施形態ではクロム層４６の厚さを約
２００ｎｍとした。こうして、図４(d) に示すようにシ
リコン基板４０上にＳｉＯ2膜４２とＳｉ3 Ｎ4 膜４４
とクロム層４６が３層構造で形成された基板が得られ
る。
ング法によりＳｉ3 Ｎ4 膜（窒化珪素膜）４４を形成す
る（図４(c))。このＳｉ3 Ｎ4 膜４４はフッソ系のエッ
チングガス（ＣＦ4 ＋Ｏ2 ガス）によってエッチングし
やすいことから設けるものである。本実施形態ではＳｉ
3 Ｎ4膜４４の膜厚は約２００ｎｍとした。次に、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜４４の表面全体に金属層としてクロム層４６を
被着形成する（図４(d))。クロム層４６は電極の導体部
となるもので、蒸着法あるいはスパッタリング法によっ
て形成できる。本実施形態ではクロム層４６の厚さを約
２００ｎｍとした。こうして、図４(d) に示すようにシ
リコン基板４０上にＳｉＯ2膜４２とＳｉ3 Ｎ4 膜４４
とクロム層４６が３層構造で形成された基板が得られ
る。
【００１８】次に、冷陰極２０、ゲート電極２２、アノ
ード電極２４およびコレクタ電極２６を形成するため、
最上層のクロム層４６をエッチングして各電極パターン
を形成する。図４(e) はクロム層４６をエッチングして
冷陰極２０、ゲート電極２２、アノード電極２４、コレ
クタ電極２６の各電極パターンに対応するクロム導体部
２０ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２６ｂを形成した状態を示
す。このクロム層４６をエッチングする際には同時に冷
陰極２０等の各電極部分と電源とを接続する配線パター
ン２０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａを形成する部分につ
いてもパターン形成する。
ード電極２４およびコレクタ電極２６を形成するため、
最上層のクロム層４６をエッチングして各電極パターン
を形成する。図４(e) はクロム層４６をエッチングして
冷陰極２０、ゲート電極２２、アノード電極２４、コレ
クタ電極２６の各電極パターンに対応するクロム導体部
２０ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２６ｂを形成した状態を示
す。このクロム層４６をエッチングする際には同時に冷
陰極２０等の各電極部分と電源とを接続する配線パター
ン２０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａを形成する部分につ
いてもパターン形成する。
【００１９】なお、クロム層４６をエッチングするに
は、クロム層４６の表面にフォトレジストをコーティン
グし、冷陰極２０、ゲート電極２２、アノード電極２
４、コレクタ電極２６等の電極パターンにしたがって露
光、現像してレジストパターンを形成し、レジストパタ
ーンをマスクとしてクロム層４６を化学的にエッチング
する方法によればよい。
は、クロム層４６の表面にフォトレジストをコーティン
グし、冷陰極２０、ゲート電極２２、アノード電極２
４、コレクタ電極２６等の電極パターンにしたがって露
光、現像してレジストパターンを形成し、レジストパタ
ーンをマスクとしてクロム層４６を化学的にエッチング
する方法によればよい。
【００２０】次に、これらクロム導体部２０ｂ、２２
ｂ、２４ｂ、２６ｂをマスクとして、等方性エッチング
によりＳｉ3 Ｎ4 膜４４をエッチングする。Ｓｉ3 Ｎ4
膜４４はエッチングガスとしてＣＦ4+Ｏ2 ガスを使用す
ることにより等方的にエッチングでき、クロム導体部２
０ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２６ｂによって被覆されていな
い部分が除去される。等方性エッチングによりＳｉ3 Ｎ
4 膜４４はクロム導体部２０ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２６
ｂによって被覆された下面部分にも側面から若干進入し
てエッチングされる。図４(f) はＳｉ3 Ｎ4 膜４４をエ
ッチングして冷陰極２０、ゲート電極２２、アノード電
極２４、コレクタ電極２６を形成した状態の断面図であ
る。図では説明上、アノード電極２４とコレクタ電極２
６との間隔を狭めて示している。アノード電極２４とコ
レクタ電極２６との間に露出するＳｉＯ2 膜が図３の底
面３４の領域である。
ｂ、２４ｂ、２６ｂをマスクとして、等方性エッチング
によりＳｉ3 Ｎ4 膜４４をエッチングする。Ｓｉ3 Ｎ4
膜４４はエッチングガスとしてＣＦ4+Ｏ2 ガスを使用す
ることにより等方的にエッチングでき、クロム導体部２
０ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２６ｂによって被覆されていな
い部分が除去される。等方性エッチングによりＳｉ3 Ｎ
4 膜４４はクロム導体部２０ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２６
ｂによって被覆された下面部分にも側面から若干進入し
てエッチングされる。図４(f) はＳｉ3 Ｎ4 膜４４をエ
ッチングして冷陰極２０、ゲート電極２２、アノード電
極２４、コレクタ電極２６を形成した状態の断面図であ
る。図では説明上、アノード電極２４とコレクタ電極２
６との間隔を狭めて示している。アノード電極２４とコ
レクタ電極２６との間に露出するＳｉＯ2 膜が図３の底
面３４の領域である。
【００２１】Ｓｉ3 Ｎ4 膜４４は等方性エッチングによ
りクロム導体部２０ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２６ｂのパタ
ーンにしたがってエッチングされるから、クロム導体部
２０ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２６ｂを冷陰極２０あるいは
コレクタ電極２６等の平面形状に合わせて形成すること
により、冷陰極２０あるいはコレクタ電極２６等を所定
の平面形状に形成することができる。
りクロム導体部２０ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２６ｂのパタ
ーンにしたがってエッチングされるから、クロム導体部
２０ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２６ｂを冷陰極２０あるいは
コレクタ電極２６等の平面形状に合わせて形成すること
により、冷陰極２０あるいはコレクタ電極２６等を所定
の平面形状に形成することができる。
【００２２】こうして作製した真空測定用素子１０は図
２に示すように電源および電流計２８、３０に電気的に
接続し、アノード電流とコレクタ電流を測定することに
よって真空を測定することができる。図５は上記製法に
よって得た真空測定用素子１０を真空装置に装着し、真
空度によってアノード電流とコレクタ電流がどのように
変化するかを測定した結果である。グラフの横軸が真空
度、縦軸がアノード電流に対するコレクタ電流の比を示
す。測定結果は、真空度に対してアノード電流に対する
コレクタ電流の比が対数比例の関係にあることを示す。
この実験結果は、アノード電流とコレクタ電流を測定す
ることによって、真空度を測定できることを示す。な
お、ゲート電極電圧とコレクタ電極電圧は適宜設定すれ
ばよいが、実施形態ではゲート電極電圧を１２０Ｖ、コ
レクタ電極電圧を２００Ｖとした。
２に示すように電源および電流計２８、３０に電気的に
接続し、アノード電流とコレクタ電流を測定することに
よって真空を測定することができる。図５は上記製法に
よって得た真空測定用素子１０を真空装置に装着し、真
空度によってアノード電流とコレクタ電流がどのように
変化するかを測定した結果である。グラフの横軸が真空
度、縦軸がアノード電流に対するコレクタ電流の比を示
す。測定結果は、真空度に対してアノード電流に対する
コレクタ電流の比が対数比例の関係にあることを示す。
この実験結果は、アノード電流とコレクタ電流を測定す
ることによって、真空度を測定できることを示す。な
お、ゲート電極電圧とコレクタ電極電圧は適宜設定すれ
ばよいが、実施形態ではゲート電極電圧を１２０Ｖ、コ
レクタ電極電圧を２００Ｖとした。
【００２３】図６は真空測定用素子１０の他の実施形態
を示す説明図である。この実施形態の真空測定用素子１
０もシリコン基板の上に冷陰極２０、ゲート電極２２、
アノード電極２４、コレクタ電極２６を一体に形成した
ものである。前述した図２、３に示す真空測定用素子１
０は冷陰極２０とゲート電極２２とアノード電極２４と
を数μｍ程度の近接した範囲内に配置したのに対し、本
実施形態ではアノード電極２４をゲート電極２２から離
間させ、冷陰極２０とアノード電極２４との間に残留ガ
スの原子をイオン化するための広い領域を確保するよう
にしたことを特徴とする。
を示す説明図である。この実施形態の真空測定用素子１
０もシリコン基板の上に冷陰極２０、ゲート電極２２、
アノード電極２４、コレクタ電極２６を一体に形成した
ものである。前述した図２、３に示す真空測定用素子１
０は冷陰極２０とゲート電極２２とアノード電極２４と
を数μｍ程度の近接した範囲内に配置したのに対し、本
実施形態ではアノード電極２４をゲート電極２２から離
間させ、冷陰極２０とアノード電極２４との間に残留ガ
スの原子をイオン化するための広い領域を確保するよう
にしたことを特徴とする。
【００２４】このように冷陰極２０とアノード電極２４
との間に広い領域を確保する構成にするのは、冷陰極２
０から放射された電子によって残留ガスの原子をイオン
化しやすくするためである。アノード電極２４は冷陰極
２０に対し正電位に設定されているから冷陰極２０から
放射された電子はアノード電極２４に向けて加速され
る。したがって、冷陰極２０とアノード電極２４との間
の領域を残留ガスの原子をイオン化する領域に設定する
ことで、この加速された電子によって残留ガスの原子が
イオン化されやすくなるという利点がある。
との間に広い領域を確保する構成にするのは、冷陰極２
０から放射された電子によって残留ガスの原子をイオン
化しやすくするためである。アノード電極２４は冷陰極
２０に対し正電位に設定されているから冷陰極２０から
放射された電子はアノード電極２４に向けて加速され
る。したがって、冷陰極２０とアノード電極２４との間
の領域を残留ガスの原子をイオン化する領域に設定する
ことで、この加速された電子によって残留ガスの原子が
イオン化されやすくなるという利点がある。
【００２５】本実施形態ではアノード電極２４の冷陰極
２０と対向する面（アノード面）を平面形状で円弧状に
形成し、冷陰極２０の先端からアノード面までの距離が
略一定となるようにした。これは、アノード電極２４の
一部に電子が集中しないようにし、広い領域で残留ガス
の原子をイオン化できるようにするためである。アノー
ド電極２４で冷陰極２０に対向する電極部分には開口部
２４ａを設け、アノード電極２４の外側に前述した実施
形態と同様にコレクタ電極２６を設ける。アノード電極
２４とコレクタ電極２６との間には前述した底面３４が
形成され、冷陰極２０とアノード電極２４との間も同様
に底面３４ａが形成される。
２０と対向する面（アノード面）を平面形状で円弧状に
形成し、冷陰極２０の先端からアノード面までの距離が
略一定となるようにした。これは、アノード電極２４の
一部に電子が集中しないようにし、広い領域で残留ガス
の原子をイオン化できるようにするためである。アノー
ド電極２４で冷陰極２０に対向する電極部分には開口部
２４ａを設け、アノード電極２４の外側に前述した実施
形態と同様にコレクタ電極２６を設ける。アノード電極
２４とコレクタ電極２６との間には前述した底面３４が
形成され、冷陰極２０とアノード電極２４との間も同様
に底面３４ａが形成される。
【００２６】本実施形態の真空測定用素子１０は冷陰極
２０とゲート電極２２との間に印加した電圧によって冷
陰極２０から電子を引き出し、アノード電極２４に向け
て電子を加速させ冷陰極２０とアノード電極２４との間
の領域内で残留ガスの原子を電離させる。冷陰極２０と
アノード電極２４との間で電離された正イオンは開口部
２４ａを通過してコレクタ電極２６に集められる。
２０とゲート電極２２との間に印加した電圧によって冷
陰極２０から電子を引き出し、アノード電極２４に向け
て電子を加速させ冷陰極２０とアノード電極２４との間
の領域内で残留ガスの原子を電離させる。冷陰極２０と
アノード電極２４との間で電離された正イオンは開口部
２４ａを通過してコレクタ電極２６に集められる。
【００２７】本実施形態の真空測定用素子１０の場合
も、前述した製造方法と同様な方法によって所定のパタ
ーンで冷陰極２０、ゲート電極２２、アノード電極２
４、コレクタ電極２６等を形成することができる。な
お、実施形態の真空測定用素子１０は冷陰極２０の先端
とアノード電極２４との距離が約０．７ｍｍ、冷陰極２
０の先端とコレクタ電極２６との距離が約１ｍｍであ
る。
も、前述した製造方法と同様な方法によって所定のパタ
ーンで冷陰極２０、ゲート電極２２、アノード電極２
４、コレクタ電極２６等を形成することができる。な
お、実施形態の真空測定用素子１０は冷陰極２０の先端
とアノード電極２４との距離が約０．７ｍｍ、冷陰極２
０の先端とコレクタ電極２６との距離が約１ｍｍであ
る。
【００２８】以上説明したように、本発明に係る真空測
定用素子１０は真空度測定に使用されている従来のゲー
ジにくらべてはるかに小型であり、従来のゲージにくら
べて設置場所をとらず、取扱いが容易であるという利点
がある。また、冷陰極を使用することによって、被測定
系に影響を与えることなく真空度の測定ができ、きわめ
て高真空の真空測定を可能にするといった効果を有す
る。
定用素子１０は真空度測定に使用されている従来のゲー
ジにくらべてはるかに小型であり、従来のゲージにくら
べて設置場所をとらず、取扱いが容易であるという利点
がある。また、冷陰極を使用することによって、被測定
系に影響を与えることなく真空度の測定ができ、きわめ
て高真空の真空測定を可能にするといった効果を有す
る。
【００２９】
【発明の効果】本発明に係る真空測定用素子は、上述し
たように、従来の真空測定に用いられているゲージにく
らべてはるかに小型化することができ、取扱いやすい真
空測定用素子として提供することができる。また、本発
明に係る真空測定用素子の製造方法によれば、きわめて
微細で高精度が要求される素子を容易にかつ確実に製造
することができる等の著効を奏する。
たように、従来の真空測定に用いられているゲージにく
らべてはるかに小型化することができ、取扱いやすい真
空測定用素子として提供することができる。また、本発
明に係る真空測定用素子の製造方法によれば、きわめて
微細で高精度が要求される素子を容易にかつ確実に製造
することができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空測定用素子を搭載した真空計の斜視図であ
る。
る。
【図２】真空測定用素子の概略構成を示す説明図であ
る。
る。
【図３】真空測定用素子の平面図および側面図である。
【図４】シリコン基板を用いた真空測定用素子の製造方
法を示す説明図である。
法を示す説明図である。
【図５】真空度によりアノード電流とコレクタ電流が変
化する実験結果を示すグラフである。
化する実験結果を示すグラフである。
【図６】真空測定用素子の他の実施形態を示す説明図で
ある。
ある。
５ 真空計 １０ 真空測定用素子 １２ 回路基板 １４ リードピン １６ ステム １８ 保護キャップ ２０ 冷陰極 ２２ ゲート電極 ２４ アノード電極 ２４ａ 開口部 ２６ コレクタ電極 ２０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａ 配線パターン ２８、３０ 電流計 ３４、３４ａ 底面 ４０ シリコン基板 ４２ ＳｉＯ2 膜 ４４ Ｓｉ3 Ｎ4 膜 ４６ クロム層４６
Claims (5)
- 【請求項１】 平板状に形成した基板上に、残留ガスの
原子をイオン化する電子の放射源である冷陰極と、イオ
ン化された残留ガスの正イオンを集めるコレクタ電極と
を離間させて対向して形成した真空測定用素子であっ
て、 前記冷陰極が前記コレクタ電極に向けて先端を先鋭に形
成され、 該冷陰極から放射された電子が通過する空隙を前記冷陰
極の先端前方に設けたゲート電極が、前記冷陰極とコレ
クタ電極との間の該冷陰極に近接した位置に形成され、 前記空隙と対応した部位に電子が通過する空隙を設けた
アノード電極が、前記ゲート電極とコレクタ電極との間
の該ゲート電極に近接した位置に形成され、 前記アノード電極とコレクタ電極との間に前記冷陰極か
ら放射された電子によって残留ガスの原子をイオン化す
る空間が形成されたことを特徴とする真空測定用素子。 - 【請求項２】 平板状に形成した基板上に、残留ガスの
原子をイオン化する電子の放射源である冷陰極と、イオ
ン化された残留ガスの正イオンを集めるコレクタ電極と
を離間させて対向して形成した真空測定用素子であっ
て、 前記冷陰極が前記コレクタ電極に向けて先端を先鋭に形
成され、 該冷陰極から放射された電子が通過する空隙を前記冷陰
極の先端前方に設けたゲート電極が、前記冷陰極とコレ
クタ電極との間の該冷陰極に近接した位置に形成され、 前記ゲート電極とコレクタ電極との間に、前記空隙と対
応した部位に正イオンを通過させる開口部を設けたアノ
ード電極が、前記冷陰極の先端からほぼ等距離となる円
弧状に形成されるとともに、前記ゲート電極とアノード
電極との間に前記冷陰極から放射された電子によって残
留ガスの原子をイオン化する空間が形成されたことを特
徴とする真空測定用素子。 - 【請求項３】 前記基板がシリコン基板であり、該シリ
コン基板上に前記冷陰極、ゲート電極、アノード電極お
よびコレクタ電極が形成されたことを特徴とする請求項
１または２記載の真空測定用素子。 - 【請求項４】 前記コレクタ電極の前記冷陰極に対向す
る面が、前記冷陰極の先端からほぼ等距離となる円弧状
に形成されたことを特徴とする請求項１、２または３記
載の真空測定用素子。 - 【請求項５】 シリコン基板上に、残留ガスの原子をイ
オン化する電子の放射源である冷陰極と、イオン化され
た残留ガスの正イオンを集めるコレクタ電極とを離間さ
せて対向して配置した真空測定用素子の製造方法であっ
て、 前記シリコン基板を熱酸化してシリコン基板の表面に熱
酸化膜を形成し、 該熱酸化膜上に窒化珪素膜を形成し、 さらに窒化珪素膜の表面に金属層を被着形成した後、 前記金属層を冷陰極、ゲート電極、アノード電極および
コレクタ電極の平面パターンにしたがってエッチング
し、 該エッチングによりパターン形成された金属層をマスク
として前記窒化珪素膜を等方性エッチングにより除去し
て、金属層が窒化珪素膜の表面に被着形成された冷陰
極、ゲート電極、アノード電極およびコレクタ電極を形
成することを特徴とする真空測定用素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7560897A JPH10267780A (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 真空測定用素子及び真空測定用素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7560897A JPH10267780A (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 真空測定用素子及び真空測定用素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10267780A true JPH10267780A (ja) | 1998-10-09 |
Family
ID=13581104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7560897A Pending JPH10267780A (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 真空測定用素子及び真空測定用素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10267780A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1519401A1 (en) | 2003-08-08 | 2005-03-30 | VARIAN S.p.A. | Ionisation vacuum gauge |
| EP1519402A1 (en) | 2003-08-08 | 2005-03-30 | VARIAN S.p.A. | Ionisation vacuum gauge |
| JP2006329880A (ja) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Matsushita Electric Works Ltd | 圧力測定装置 |
| JP2008304360A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Ulvac Japan Ltd | 点火補助具およびこれを備えた冷陰極電離真空計 |
-
1997
- 1997-03-27 JP JP7560897A patent/JPH10267780A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1519401A1 (en) | 2003-08-08 | 2005-03-30 | VARIAN S.p.A. | Ionisation vacuum gauge |
| EP1519402A1 (en) | 2003-08-08 | 2005-03-30 | VARIAN S.p.A. | Ionisation vacuum gauge |
| US7030620B2 (en) | 2003-08-08 | 2006-04-18 | Varian S.P.A. | Ionization vacuum gauge |
| US7049823B2 (en) | 2003-08-08 | 2006-05-23 | Varian S.P.A. | Ionization vacuum gauge |
| JP2006329880A (ja) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Matsushita Electric Works Ltd | 圧力測定装置 |
| JP2008304360A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Ulvac Japan Ltd | 点火補助具およびこれを備えた冷陰極電離真空計 |
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