(57)【要約】【課題】より長寿命化を図ることができる冷陰極電離真空計を提供するものである。【解決手段】アノード電極１１とカソード電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有する測定子１と、アノード電極１１とカソード電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ間に電圧(Vd)を供給する電源１４、アノード電極１１とカソード電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ間に流れる電流(Id)を測定する電流計１５、及び電源１４を制御し、圧力(P)が低くなるにつれて電圧(Vd)を高くし、圧力(P)が高くなるにつれて電圧(Vd)を低くするように、前記圧力(P)の変化に追随して前記電圧(Vd)を絶えず調整して連続的に又は逐次変化させる制御回路３を備えた電子回路とを有する。【選択図】図１
2010237150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極とカソード電極を有し、圧力(P)を測定する測定子と、
前記アノード電極と前記カソード電極間に電圧(Vd)を供給する電源、前記カソード電極に流れる放電電流(Id)を測定する電流計、及び前記電源を制御し、前記圧力(P)が低くなるにつれて前記電圧(Vd)を高くし、前記圧力(P)が高くなるにつれて前記電圧(Vd)を低くするように、前記圧力(P)の変化に追随して前記電圧(Vd)を絶えず調整して連続的に又は逐次変化させる制御回路を備えた電子回路と
を有することを特徴とする冷陰極電離真空計。
【請求項２】
前記制御回路は、予め測定された圧力(P)と電圧(Vd)と放電電流(Id)の関係を基に設定された、最適な圧力測定が可能な電圧(Vt)と電流(It)の関係を表す最適制御ラインに沿うように、前記圧力(P)の変化に追随して前記電圧(Vd)を絶えず調整して連続的に又は逐次変化させることを特徴とする請求項１記載の冷陰極電離真空計。
【請求項３】
前記制御回路は、前記電源から供給された電圧(Vd)と等しい前記最適制御ライン上の電圧(Vt)に対応する電流(It)を求めて電流偏差(Id-It)を算出し、又は前記放電電流(Id)と等しい前記最適制御ライン上の電流(It)に対応する電圧(Vt) を求めて電圧偏差(Vd-Vt)を算出する偏差算出回路と、該偏差が零に近づくように前記電源から供給した電圧(Vd)を調整して新たな電圧制御信号(Vout)を前記電源に出力する最適制御部とを有し、
前記最適制御部から出力された前記電圧制御信号(Vout)、又は、前記電圧制御信号(Vout)に基づき前記電源から出力された電圧(Vd)と、前記放電電流(Id)とを前記偏差算出回路にフィードバックすることを特徴とする請求項２記載の冷陰極電離真空計。
【請求項４】
前記制御回路のほかに、前記アノード電極と前記カソード電極間に前記電源から供給された電圧(Vd)と前記測定された放電電流(Id)により前記圧力(P)と電圧(Vd)と放電電流(Id)の関係、（K、m、nは正の実数）から圧力(P)を導く回路と、該圧力(P)を表示する表示装置とを有する圧力演算／表示部を備え、
前記最適制御部から出力された電圧制御信号(Vout)、又は、前記電圧制御信号(Vout)に基づき前記電源から供給された前記電圧(Vd)と、前記放電電流(Id)とを前記圧力演算／表示部に入力することを特徴とする請求項３記載の冷陰極電離真空計。
【請求項５】
（１）予め圧力(P)と電圧(Vd)と電流(Id)の関係を測定して、該関係から実験式Id=K・Vdm・Pn（K、m、nは正の実数）を求め、
（２）前記実験式を基に、最適な圧力測定が可能な電圧(Vt)と電流(It)の関係を表す最適制御ラインを定め、
（３）次に、測定子内のアノード電極とカソード電極間に電圧(Vd)を印加して放電電流(Id)を測定し、該印加した電圧(Vd)及び該測定された放電電流(Id)により圧力（P）を算出し、
（４）次に、前記電圧(Vd)と等しい前記最適制御ライン上の電圧(Vt)に対応する仮目標電流(It)を算出し、又は前記放電電流(Id)と等しい前記最適制御ライン上の電流(It)に対応する仮目標電圧(Vt) を算出し、
（５）次に、電流偏差(Id-It)又は電圧偏差(Vd-Vt)を算出し、
（６）次に、前記偏差が零に近づくように電圧(Vd)を設定して前記（３）乃至（６）の処理を行うことにより、前記最適制御ラインに沿うように前記圧力(P)の変化に追随して前記電圧(Vd)を絶えず調整して連続的に又は逐次変化させることを特徴とする圧力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空装置内の圧力（真空度）を測定する冷陰極型の測定子を備えた冷陰極電離真空計及び圧力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電離真空計として冷陰極電離真空計が知られている。
【０００３】
冷陰極電離真空計は、磁場中の放電現象を利用する真空計であり、ペニング型、正マグネトロン型、及び、逆マグネトロン型がある。いずれも、真空容器内にアノード電極とカソード電極の２電極を備えている測定子と、該測定子内のアノード電極にプラス電位を、カソード電極にマイナス電位を供給する直流電源と、放電によって発生する電流を計測する為の電流計を備えた電子回路で構成され、測定子と電子回路を合わせて電離真空計と称する。測定子を構成するアノード電極とカソード電極とで画定される空間には電位勾配に直交する磁場を形成する手段とを備えているのが一般的であり、カソード電極を略室温で用いることから冷陰極型測定子を備えた電離真空計、即ち冷陰極電離真空計と称される。
【０００４】
アノード電極とカソード電極に流れる電流は、真空の圧力に略比例することから、放電電流を測定することによって真空容器内の圧力を測定する。
【０００５】
このような冷陰極型電離真空計は、下記特許文献１に記載されているようなものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２２２６６号公報
【特許文献２】特開２００３−２７９４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、冷陰極電離真空計では電極間で気体を放電させているため、放電により発生したイオンが陰極側電極のカソード電極に衝撃を与えてカソード電極材をスパッタし、カソード電極が短期間に損傷を受けて真空計としての特性が変化しやすいという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みて創作されたものであり、より長寿命化を図ることができる冷陰極電離真空計及び圧力測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の一観点によれば、アノード電極とカソード電極を有し、圧力(P)を測定する測定子と、前記アノード電極と前記カソード電極間に電圧(Vd)を供給する電源、前記カソード電極に流れる放電電流(Id)を測定する電流計、及び前記電源を制御し、前記圧力(P)が低くなるにつれて前記電圧(Vd)を高くし、前記圧力(P)が高くなるにつれて前記電圧(Vd)を低くするように、圧力に追随して前記電圧(Vd)を絶えず調整して連続的に又は逐次変化させる制御回路を備えた電子回路とを有することを特徴とする冷陰極電離真空計が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電源を制御し、圧力(P)が低くなるにつれて電圧(Vd)を高くし、圧力(P)が高くなるにつれて電圧(Vd)を低くするように、電源から測定子のアノード電極とカソード電極間に供給する電圧(Vd)を圧力に追随して絶えず調整して連続的に又は逐次変化させる制御回路を備えているため、圧力(P) に応じて常に、気体が放電し、放電を持続できる限界或いはその近くの電圧(Vd)で気体を放電させ、放電を持続できる。したがって、少なくとも圧力(P)が高い領域での放電強度を弱めることができるため、カソード電極のスパッタによる消耗を大幅に下げることができる。これにより、測定子内のカソード電極の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る冷陰極電離真空計を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る冷陰極電離真空計による圧力測定に用いられる、圧力(P)をパラメータとした場合の高圧電源の出力電圧（Vd）と放電電流(Id)の関係を示したものである。
【図３】本発明の実施形態に係る冷陰極電離真空計における電子回路内の制御部、高圧電源・計測部のより詳しい構成を示す回路ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る高圧電源・計測部における高圧電源部の他の構成を示す回路ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る冷陰極電離真空計における電子回路内の他の制御部、高圧電源・計測部のより詳しい構成を示す回路ブロック図である。
【図６】（ａ）乃至（ｆ）は、本発明の実施形態に係る冷陰極電離真空計における最適制御ラインの種々の設定方法を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係る冷陰極電離真空計に設定された最適制御ラインに従って、測定電流値（Id）と仮目標電流（It）の偏差に基づき高圧電源の出力電圧(Vd)を制御する第１制御方法を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係る冷陰極電離真空計に設定された最適制御ラインに従って、高圧電源の出力電圧値（Vd）と仮目標電圧（Vt）の偏差に基づき高圧電源の出力電圧(Vd)を制御する第２制御方法を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態に係る冷陰極電離真空計における高圧電圧制御の過渡的な様子を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態に係る冷陰極電離真空計を用いた圧力測定における圧力(P)と測定電流(Id)の関係を示す図である。
【図１１】比較例にかかる電離真空計を用いた圧力測定における高圧電圧印加の方法を示す図である。
【図１２】比較例にかかる電離真空計を用いた圧力測定方法において、実測された高圧電源の出力電圧(Vd)をパラメータとした場合の基準圧力(Pref)と放電電流(Id)の相関関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（１）発明の予備的事項の説明
電離真空計による圧力(P)の測定は、一般に、高圧電源の出力電圧(Vd)を一定にして、圧力(P)が高くなるにつれて増大する放電電流(Id)を測定し、放電電流(Id)を圧力(P)に換算することにより行われる。この場合、高圧電源の出力電圧(Vd)として、低い圧力でも放電が持続可能なように高い電圧が設定されるが、高い圧力のところではこの高い電圧に応じて放電電流(Id)がより一層増大する。電離真空計の測定子の長寿命化を図るためには、少なくとも圧力(P)の高いところでは、放電を発生させ、かつ放電を持続できる範囲で可能な限り電圧(Vd)を低く、放電電流(Id)を小さくして、電極のスパッタによる消耗を抑制することが重要である。
【００１４】
以上の観点から、例えば、図１１のように、圧力(P)の高いところ（直線ａ）と圧力(P)の低いところ（直線ｂ）で印加電圧を不連続に切り替えて対処する方法が考えられる。なお、圧力測定範囲を広げるという観点からも、図１１と同様に、図１２に示すような圧力測定方法が提案されている。図１２は、実測された基準圧力(Pref)と放電電流(Id)の相関関係を示すグラフであり、３つの実測ラインはそれぞれ電圧(Vd)を３kV、1kV、500V一定に保持したときの相関関係である。
【００１５】
しかし、各圧力範囲（直線ａ、ｂ）で印加電圧を不連続に切り替えて対処する方法では、圧力測定範囲を広げるためには有効であるが、各圧力範囲（直線ａ、ｂ）において、やはり、高圧電源の出力電圧(Vd)として、低い圧力でも放電が持続可能なように高い電圧が設定されるため、電極のスパッタによる消耗に対してはまだ十分とはいえない。一方で、圧力範囲に応じて高圧電源の出力電圧を不連続に大きく変化させる場合、高圧電源の出力電圧を切り替える時に急激にVdの値を変化させると、大きな誘導電流が発生したり、放電電流の大きな変動によって、回路が破損したり、高圧電源の出力電圧が不安定になるという問題が起こる。また、各高圧電源の出力電圧が不連続に切り替わるため、各高圧電源の出力電圧間での圧力と放電電流に関する各種相関データのつなぎ合わせが不連続になる問題が発生する。また、放電電流が大きく変化するため、大きな補正をしないと圧力の真値と当該真空計で実測された圧力の間の対応関係が１対１の関係から外れるようになり、測定精度が低下する問題が生じる。
【００１６】
したがって、上述の問題を回避しつつ測定子の長寿命化を図るためには、全圧力測定範囲において、圧力(P)が高くなるにつれて高圧電源の出力電圧(Vd)を低くし、圧力(P)が低くなるにつれて高圧電源の出力電圧(Vd)を高くするように、圧力変化に追随して高圧電源の出力電圧(Vd)を連続的になめらかに或いは逐次変化させることが重要である。
【００１７】
もちろん、冷陰極電離真空計の全圧力測定範囲において、圧力(P)に応じて、いつも放電持続可能の限界或いはその近傍に沿って、高圧電源の出力電圧(Vd)を連続的に又は逐次変化させ、保持するようにできれば測定子の長寿命化のためにはさらによい。
【００１８】
これらについては、本願発明者の実験と考察により、下記実施形態で説明するように、圧力変化に追随して高圧電源の出力電圧(Vd)を絶えず調整して連続的に又は逐次変化させることができるようになり、さらに、図２のグラフ上で、実測された圧力(P)、高圧電源の出力電圧(Vd)、及び放電電流(Id)の関係（実線で示す。）とこの実測値から導いた後述する(１) 式又は(２)式による関係（鎖線で示す。）を基に、例えば一点鎖線で示す右下がりの曲線（最適制御ライン）を設定し、圧力変化に追随してその曲線に沿って高圧電源の出力電圧(Vd)を制御することができるようになった。
【００１９】
なお、上述の特許文献２には、圧力の全測定範囲を広げるために、複数の圧力測定範囲を設定し、その範囲ごとに高圧電源の出力電圧を飛び飛びに不連続に変化させて圧力測定する、図１２に類似の技術が開示されている。しかし、一つの圧力測定範囲は相当に広くその圧力測定範囲において高圧電源の出力電圧を一定にして電流を測定し、電流だけから圧力を求めており、圧力の全測定範囲において、圧力に追随して高圧電源の電圧を絶えず調整して連続的に又は逐次変化させ、電流と電圧から圧力を求めるということとは根本的に異なる。すなわち、特許文献２の高圧電源の出力電圧の変化のさせ方は、図１１に示すように、各直線ａ（圧力(P)の高いところ）、直線ｂ（圧力(P)の低いところ）では一定の電圧に保持し、直線ａから直線ｂに移るときに高圧電源の出力電圧を不連続的に切り替える概念であって、本発明の概念とは異なる。
【００２０】
上述の予備的事項に基づき、以下に本願発明の実施形態につき説明する。
【００２１】
（２）本発明の実施形態に係る電離真空計
本発明の実施形態に係る電離真空計について図を参照して説明する。
【００２２】
図１は、その電離真空計の全構成を示す模式図である。
【００２３】
図１に示すように、電離真空計は、測定子１と、高圧電源・計測部２、制御回路３、及び圧力演算／表示部4を備えた電子回路とで構成される。
【００２４】
（測定子１）
被測定系に接続される測定子１は、アノード電極１１とカソード電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有する正マグネトロン型の冷陰極電離真空計である。アノード電極１１は円筒状電極で構成される。カソード電極は、アノード電極１１の円筒内に円筒の中心軸に沿って設けられた棒状電極１２ｂと、アノード電極１１の円筒を挟むように棒状電極１２ｂの両端にそれぞれ取り付けられた円板状電極１２ａ、１２ｃとで糸巻き状に一体型で構成される。棒状電極１２ｂの材料は、円筒状電極１２ｃ、１２ａと異なった材料で有っても良く、例えばSi含浸SiCである。また、図１中、符号１３は、アノード電極１１の円筒状電極から引き出された電極（引出し電極）１３ａと、カソード電極の２つの円板状電極１２ａ、１２ｃから引き出された電極（引出し電極）１３ｂ、１３ｃとが取り付けられた３本足型の真空端子であり、測定子１の外部（大気側）への引出し部となる。また、アノード電極１１とカソード電極１２ａ、１２ｃとで画定される空間に電位勾配に直交する磁場Ｂを形成する手段を有する。
【００２５】
（電子回路内の高圧電源・計測部２）
高圧電源・計測部２においては、図１に示す例では、高圧電源部１６のプラスは測定子１のアノード電極１１につながれ、マイナスは接地される。放電電流(Id)を計測する電流計を含むId検出回路１４は、カソード電極の２つの円板状電極１２ａ、１２ｃに接続され、接地される。さらに、カソード電極を加熱する電力を出力する電源１５は円板状電極１２ａ、棒状電極１２ｂ、及び円板状電極１２ｃとで閉ループを構成する。電源１５は、放電中或いは放電の停止中に、交流電圧又は直流電圧を出力して、閉ループで棒状電極１２ｂに電流を流し、円板状電極１２ａ、１２ｃ及び棒状電極１２ｂを加熱する。これにより、測定子１が取り付けられたチャンバ内で処理ガスを用いて処理が行われる際に処理ガスにより生成する酸化物その他の汚染物がカソード電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃに付着するのを防止し、付着した汚染物を除去する。
【００２６】
（電子回路内の高圧電源部１６）
高圧電源部１６のより詳しい構成を図３及び図５にブロック図で示す。後述する出力電圧制御回路３からの電圧制御信号(Vout)を入力し、高圧電源の出力電圧(Vd)を生成する昇圧回路と、実際に測定子に印加された高圧電源の出力電圧(Vd)を検出する出力電圧検出回路１７とを有する。出力電圧検出回路１７で検出された高圧電源の出力電圧(Vd)は制御回路３にフィードバックされる。
【００２７】
高圧電源部１６の別の構成例を図５にブロック図で示す。図３及び図５と異なるところは、高圧電源部１６の前に出力電圧を制御する回路を有している点である。出力電圧を制御する回路は、フィードバック制御により高圧電源の出力電圧(Vd)を電圧制御信号(Vout)に近づけるように動作する。フィードバック制御が高速にかつ確実に動作しているとすれば、Vout＝Vdと考えてよい。
【００２８】
（電子回路内の圧力演算／表示部４）
電子回路内に配置される圧力演算／表示部４のより詳しい構成を図３及び図５にブロック図で示す。圧力演算／表示部４は、Vd、Idに基づき、関係式
2010237150.tif 000003
【００２９】
又は、(１)式を書き直した関係式
2010237150.tif 000004
【００３０】
により圧力(P)を算出する圧力演算回路１８と、図２において(１) 式又は(２)式で表されるVd、Idの関係（鎖線）が実測値（実線）からずれることで生じる真の圧力値からのずれを補正計算する補正回路と、算出された圧力(P)を表示する圧力表示機とで構成される。上述の関係式は、式で又は数値で圧力演算回路１８に実装されている。なお、(１)式で表される圧力(P)、高圧電源の出力電圧(Vd)、電流(Id)の関係は、K=4×10-11、m=2.5、n=1としたときの値を図２に鎖線で示してある。
【００３１】
下記「（３）制御方法の説明」のように、実際の圧力測定では、高圧電源の出力電圧(Vd)の印加から最適制御ラインの印加電圧(Vt)及び対応する放電電流(It)に収束するまで、図９に示すような過渡的な状態が数秒続く場合がある。この間、Id及びVdは最適制御ライン上に無い状態が続くが、関係式（１）、又は（２）を用いることで常に新しい圧力値を計算し表示し続けることができる。
【００３２】
（電子回路内の高圧電源の出力電圧制御回路３）
出力電圧制御回路３のより詳しい構成を図３及び図５にブロック図で示す。
【００３３】
出力電圧制御回路３は、図３及び図５に示すように、偏差算出回路３ａと、最適制御部３ｂとで構成される。
【００３４】
偏差算出回路３ａは、図３においては、Vt-Itの関係を示す最適制御ライン関数It=f(Vd)を用いて、仮目標電流Itを算出し、最適制御ラインとの偏差Id-Itを出力する。一方、図５においては、偏差算出回路３ａが最適制御ライン関数Vt=f-1(Id)を用いて、仮目標電圧Vtを算出し、最適制御ラインとの偏差Vd-Vtを出力する。最適制御ライン関数は演算回路１９に設定されている。演算回路１９は、図３においては、Vdを最適制御ラインにおけるItに変換する。一方、図５においては、Idを最適制御ラインにおけるVtに変換する。なお、電流(Id、It)は電圧変化に対して桁違いに変化する場合には、対数変換して用いてもよい。
【００３５】
最適制御ラインは後述するが、実測値（Vd、Id）と、実測値から導き出された関係式(１)との差が大きい領域や、Vdを一定に制御してもIdが不安定である領域や、また、Vdが少し変化しただけでIdが大きく変化するため関係式で圧力を算出することが難しい領域や、関係式との偏差が大きいため関係式から圧力を算出することが難しい領域を避けて設定された電圧(Vt)及び電流(It)とすることも可能である。なお、このような最適制御ラインの一例が、図２に二点鎖線で示してある。
【００３６】
最適制御部３ｂは、図３においては、偏差算出回路３ａで電流(Id、It) を基に算出された電流偏差(Id-It)に基づき、次に印加する高圧電源の出力電圧(Vd)を算出して、対応する電圧制御信号(Vout)を出力する。高圧電源の出力電圧(Vd)の算出方法は後に第１制御方法を説明する際に説明する。
【００３７】
一方、図５においては、偏差算出回路３ａにて高圧電源の出力電圧(Vd、Vt)を基に算出された電圧偏差(Vd-Vt)に基づき、次に印加する高圧電源の出力電圧(Vd)を算出して、対応する電圧制御信号(Vout)を出力する。高圧電源の出力電圧(Vd)の算出方法は後に第２制御方法を説明する際に説明する。
【００３８】
最適制御部３ｂは、Id-Itの値、もしくは、Vd-Vtの値がゼロに近づくように、フィードバック制御を行う。
【００３９】
フィードバック制御に関しては、高圧電源の出力電圧について、図３及び図５に示すように、高圧電源部１６の出力電圧検出回路で検出された高圧電源の出力電圧(Vd)値が偏差算出回路３ａの入力（Ｂ点）にフィードバックされる。或いは、高圧電源が十分に高速かつ正確にVd制御できる場合は、Vout=Vdとみなし、図４に示すように、最適制御部３ｂの出力（Ａ点）に出力された電圧制御信号(Vout)がＢ点にフィードバックされるようにしてもよい。また、測定電流について、図３及び図５に示すように、高圧電源・計測部２のId検出回路１４で検出された電流(Id)値が偏差算出回路３ａの入力にフィードバックされる。
【００４０】
出力電圧制御回路３は、各回路より出力される電気信号により上述の各部３ａ、３ｂを動作させ、高圧電源部１６を介して高圧電源の出力電圧(Vd)を供給し、Id検出回路１４を介して放電電流(Id)を監視して、高圧電源の出力電圧(Vd)及び放電電流(Id)が最適制御ラインにのるように制御する。即ち、最初に出力した電圧(Vd)と測定された放電電流(Id)に基づき、フィードバック制御により高圧電源の出力電圧(Vd)と測定電流(Id)を最適制御ライン上に収束させる。
【００４１】
出力電圧制御回路３は、このような制御を絶えず行い、測定子１の周囲の圧力(P)の変化に追随して最適制御ラインに沿って高圧電源の出力電圧を連続的に又は逐次変化させる。
【００４２】
（３）制御方法の説明
次に、図面を参照して上記電離真空計による制御方法について説明する。
【００４３】
（最適制御ラインの設定方法）
図６（ａ）乃至（ｆ）は、高圧電源の出力電圧(Vt)と放電電流(It)の相関関係である最適制御ラインの設定方法を示すグラフである。グラフでは、横軸の電圧及び縦軸の電流ともに対数表示である。
【００４４】
最適制御ラインは、圧力(P)が高くなるにつれて高圧電源の出力電圧(Vd)を低くし、圧力(P)が低くなるにつれて高圧電源の出力電圧(Vd)を高くするように、高圧電源の出力電圧(Vd)を連続的に変化させるように設定する。あるいは、いつもアノード電極とカソード電極間の気体を放電させ、かつ放電を持続させ得る限界或いはその近傍に沿うように、圧力(P)に応じて高圧電源の出力電圧(Vd)を連続的に変化させるように設定する。いずれも、曲線及び直線の少なくともいずれか１つからなる一つの連続する線で表される。
【００４５】
このような最適制御ラインの設定方法は種々考えられるが、ここでは、図６（ａ）乃至（ｆ）に示す６種類について説明する。
【００４６】
図６（ａ）の最適制御ラインは、高圧電源の低電圧出力から高電圧出力にわたって単調減少する右下がりの直線で表される。図６（ｂ）の最適制御ラインは、電圧の増加につれて電流が減少する凹形状の曲線で示される。図６（ｃ）の最適制御ラインは、低電圧から中間の電圧にかけて、電流が一定で電圧が連続的に変化する水平な直線で表され、これに続く高電圧のとき、電圧が一定で電流が連続的に変化する鉛直の直線で表される。図６（ｄ）の最適制御ラインは、低電圧から中間の電圧にかけて、電流が一定で電圧が連続的に変化する水平な直線で表され、これに続く中間の電圧から高電圧にかけて、単調減少する右下がりの直線で表される。図６（ｅ）の最適制御ラインは、上述の図２に一点鎖線で示し、また、低電圧及び高電圧のとき、電圧が一定で電流が連続的に変化する鉛直の直線で表され、それらの間をつなぐ中間の電圧の範囲では、単調減少する右下がりの直線で表される。図６（ｆ）の最適制御ラインは、低電圧のとき（Ａ点とＢ点間）、中間の電圧のとき（Ｃ点とＤ点間）及び高電圧のとき（Ｅ点とＦ点間）、電圧が一定で電流が連続的に変化する鉛直の直線で表され、低電圧から中間の電圧（Ｂ点とＣ点間）にかけて、単調減少する右下がりの直線で表され、中間の電圧から高電圧（Ｄ点とＥ点間）にかけて、電流が一定で電圧が連続的に変化する水平な直線で表される。
【００４７】
数値の具体例を図６（ｆ）の最適制御ラインで代表して示すと、Ａ点は電圧＝600V、電流＝10-4（Ａ）で、Ｂ点は電圧＝600V、電流＝10-5（Ａ）で、Ｃ点は電圧＝２kV、電流＝10-7（Ａ）で、Ｄ点は電圧＝２kV、電流＝10-11（Ａ）で、Ｅ点は電圧＝５kV、電流＝10-11（Ａ）で、Ｆ点は電圧＝５kV、電流＝10-12（Ａ）に相当する。図６（ａ）乃至図６（ｅ）でも図６（ｆ）に準じて具体的な電圧値や電流値を設定可能である。
【００４８】
なお、図２に示すId-Vdの実測ラインにおいて上述の(１)式から外れているところを避けて最適制御ラインを設定してもよい。すなわち、図２の二点鎖線で示すように、関係式Id=K・Vdm・Pnと電圧(Vd)と電流(Id)の実測値との差が大きい領域や、Vdを一定に制御していてもIdが不安定である領域、Vdが少し変化しただけでIdが大きく変化するため関係式で圧力を算出することが難しい領域、関係式との偏差が大きいため関係式から圧力を算出することが難しい領域を避けた最適制御ラインを定めることができる。
【００４９】
（第１制御方法）
図７は、第１制御方法を示すグラフであり、横軸は高電圧電源の電圧、縦軸は放電電流を示す。図９は、本発明の実施形態に係る冷陰極電離真空計における電圧制御の過渡的な様子を示すグラフであり、横軸は時間、縦軸は偏差を示す。
【００５０】
第１制御方法では、上述した図３に示す回路を用い、図６（ｅ）に該当する最適制御ラインにしたがって制御を行う。図７に示すように、ある圧力(P)において、最初にアノード電極とカソード電極間に高圧電源の出力電圧(Vd)を印加し、このとき、電流計には放電電流(Id)が流れたとする。
【００５１】
偏差算出回路３ａは、図３に示すように、この放電電流(Id)と、高圧電源の出力電圧(Vd)より最適制御ライン上の仮目標電流(It)を求め、仮目標電流(It)から電流偏差（Id-It）を算出する。最適制御部３ｂは、その電流偏差を零に近づけるように高圧電源の出力電圧（Vd）を絶えず調整するための一般的な制御回路を用いてVoutを求め、出力する。代表的な制御方法として、偏差を零に近づけるように適当な操作量を採用したPID(Proportional Integral Differential)制御がある。操作量は電圧の分解能（デジタル制御の場合に制御可能な最小の電圧単位で、５０Ｖ以下が好ましい。）の整数倍に設定される。電圧の分解能は、電圧制御ビット数を多くするほど、より細かく設定できる。これに伴い、操作量もより細かく設定できる。誘導電流の発生を抑制する等の観点から、操作量は１００Ｖ以下が好ましい。引き続き、高圧電源部１６から電圧制御信号(Vout)に対応する高圧電源の出力電圧(Vd)が測定子１のアノード電極とカソード電極間に供給されるので、Id検出回路が高圧電源の出力電圧(Vd)に対応する放電電流(Id)を検出し、偏差算出回路３ａにフィードバックする。一方、高圧電源部１６は高圧電源の出力電圧(Vd)を偏差算出回路３ａにフィードバックする。
【００５２】
その後、上述した方法と同様にして電流偏差(Id-It)を算出し、上述した制御と同様な制御を行う。これを、絶えず繰り返す。その過渡的な様子を図９に示す。
【００５３】
制御回路３は、このような制御を絶えず行い、測定子１の周囲の圧力(P)の変化に追随して最適制御ラインに沿うように高圧電源の出力電圧(Vd)を連続的に又は逐次変化させるが、圧力測定スタート直後の状態や、圧力測定初期で圧力(P)の変化が相当速い場合には、電流偏差(Id-It)が零に近づく前に圧力がどんどん変化するため、電圧(Vd)と放電電流(Id)は最適制御ラインからかなり離れたところで変化する。このような状態であっても、制御回路３は絶えず電流偏差(Id-It)が最小になるように高圧電源の出力電圧(Vd)を調整する。
【００５４】
以上を考慮すると、「連続的に」とは、例えばアナログ回路を用いた場合に該当し、電圧が滑らかに変化する意味で、「逐次」とは、高圧電源の出力電圧(Vd)及び測定された放電電流(Id)をフィードバックさせながら電圧制御を絶えず行い上述の操作量を変化させている場合の電圧の変化を含む意味である。また、「沿うように」とは、最適制御ライン上を動くという意味のほか、最適制御ラインの近傍を最適制御ラインに沿うようにという意味や、最適制御ラインに近づけるように絶えず高圧電源の出力電圧を調整する動作も含む。これらのことは第２の制御方法でも同じである。
【００５５】
なお、第１制御方法は、電流偏差を算出不能な領域（電圧が一定で、電流のみが変化する領域）では用いることができない。その場合は、次に説明する第２制御方法を用いる。すなわち、図３の回路に図５の演算回路１９を組み込み、切り替えて使用するようにすればよい。
【００５６】
（第２制御方法）
図８は、第２制御方法を示すグラフであり、横軸は高圧電源の出力電圧、縦軸は放電電流を示す。
【００５７】
第２制御方法では、図５に示す回路を用い、図６（ｅ）に該当する最適制御ラインにしたがって制御を行う。図９に示すように、ある圧力(P)において、最初にアノード電極とカソード電極間に高圧電源の出力電圧(Vd)を印加し、このとき、電流計には放電電流(Id)が流れたとする。
【００５８】
偏差算出回路３ａは、図５に示すように、高圧電源の出力電圧(Vd)と、測定された電流(Id)における最適制御ライン上の電圧(Vt)から電圧偏差(Vd- Vt)を算出する。最適制御部３ｂは絶えずPID制御などにより電圧偏差がゼロに近づくように調整された電圧制御信号(Vout)を出力する。次いで、高圧電源部１６から電圧制御信号(Vout)に対応する電圧(Vd)がアノード電極とカソード電極間に供給されるので、Id検出回路は高圧電源の出力電圧(Vd)に対応する放電電流(Id)を検出し、偏差算出回路３ａにフィードバックする。一方、高圧電源部１６は高圧電源の出力電圧(Vd)を偏差算出回路３ａにフィードバックする。
【００５９】
その後、上述した方法と同様にして電圧偏差(Vd-Vt)を算出し、上述した制御と同様な制御を行う。これを、絶えず繰り返す。
【００６０】
なお、第２制御方法は、電圧偏差を算出不能な領域（電流が一定で、電圧のみが変化する領域）では用いることができない。その場合は、前に説明した第１制御方法を用いる。すなわち、図５の回路に図３の演算回路１９を組み込み、切り替えて使用するようにすればよい。
【００６１】
（４）圧力測定方法の説明
次に、本発明の実施形態に係る冷陰極電離真空計による圧力測定方法について説明し、さらにスパッタの軽減その他の効果について説明する。
【００６２】
まず、予め圧力(P)と高圧電源の出力電圧(Vd)と放電電流(Id)の関係を導き出し、それをソフトウエアで計算できる関数として電子回路の中の圧力演算回路１８に実装する（Ｐ１）。電圧(Vd)と電流(Id)の関係は、数値で記憶させてもよいし、例えば、測定値より導かれた実験式である上述の(２)式で記憶させてもよい。
【００６３】
次いで、電圧(Vd)と電流(Id)の関係を基に、上述の電圧(Vt)と電流(It)で表された最適制御ラインを選択し、対応する関数の機能を有する演算回路１９を設定する（Ｐ２）。
【００６４】
次いで、測定子のアノード電極とカソード電極間に高圧電源の出力電圧(Vd)を印加し、電流(Id)を測定する（Ｐ３）。その高圧電源の出力電圧(Vd)と測定電流(Id)から、圧力演算回路１８に実装された(２)式により圧力(P)を算出し（Ｐ７）、圧力表示機に圧力(P)を表示する（Ｐ８）。過渡的な状態でも正しい圧力値が示されるので、早期に圧力を把握することができる。
【００６５】
一方、ステップＰ３で得た高圧電源の出力電圧(Vd)及び測定電流(Id)から、演算回路１９に設定された最適制御ラインにより、Vdより最適制御ライン上の仮目標電流Itを求め、又はIdより最適制御ライン上の仮目標電圧Vtを求める（Ｐ４）。このステップＰ４では、場合によっては、電流(Id、It)を対数変換して用いてもよい。
【００６６】
次いで、電流偏差(Id-It)又は電圧偏差(Vd-Vt)を算出する（Ｐ５）。
【００６７】
次いで、最適制御部３ｂは、偏差を零に近づけるように直前の高圧電源の出力電圧(Vd)を所定の操作量で調整して新たな高圧電源の出力電圧(Vd)を設定し（Ｐ６）、ステップＰ３に戻って、測定子１のアノード電極とカソード電極間に高圧電源の出力電圧(Vd)を印加し、電流(Id)を測定する。
【００６８】
その後、Ｐ４→Ｐ５→Ｐ６→Ｐ３→Ｐ４・・を絶えず繰り返す。ここで適用される制御方法は後述する。この間、測定子のアノード電極とカソード電極間に高圧電源の出力電圧(Vd)が印加され、電流(Id)が測定される（Ｐ３）たびに、圧力(P)が算出され（Ｐ７）、圧力(P)が表示される（Ｐ８）。
【００６９】
以上のように、本実施形態の圧力測定方法では、ステップＰ１、Ｐ２の後、ステップＰ３→Ｐ４→Ｐ５→Ｐ６→Ｐ３・・、及びステップＰ３→Ｐ７→Ｐ８→Ｐ３・・を繰り返し行う。
【００７０】
次に、本実施形態の圧力測定方法によるスパッタの軽減その他の効果について説明する。
【００７１】
本実施形態のように、測定子１内の圧力(P)が低くなるにつれて高圧電源の出力電圧(Vd)を高くし、圧力(P)が高くなるにつれて高圧電源の出力電圧(Vd)を低くするように、制御回路によって圧力(P)の変化に追随して電圧(Vd)を絶えず調整して連続的に又は逐次変化させると、圧力(P)と電流(Id)の関係は、最適制御ラインに従い、例えば図１０に実線（Ａ）で示すように非直線状の上昇関数となる。なお、比較のため、図１０には、高圧電源の出力電圧(Vd)を一定とした場合の旧来型の圧力(P)と電流(Id)の関係を鎖線（Ｂ）で示してある。
【００７２】
図１０に示す矢印付きの太線が放電電流強度の軽減の程度を示す。圧力の高いところでは比較例と比べて放電電流の軽減の程度が大きく、かつ印加電圧も小さい。このように、図１０によれば、本発明の実施形態Ａ（実線）の場合、比較例Ｂ（鎖線）の場合と比べて、特に圧力(P)の高いところで、高圧電源の出力電圧が下がった分の放電電流を大幅に減らすことができるため、スパッタによる陰極の消耗が減り、測定子の長寿命化を図ることができる。さらに、省電力化を図ることができる。
【００７３】
また、圧力(P)が低くなったときも、高い圧力のときの高圧電源の出力電圧（低い電圧）をそのまま保持していたのでは、放電が停止したり、停止した状態から再スタートするまでの時間が長くなったりする問題が発生するが、高圧電源の出力電圧を絶えず調整して連続的に又は逐次変化させ、圧力(P)が低くなったときには高圧電源の出力電圧を高くすることにより、この問題が発生するのを防止できる。
【００７４】
また、放電強度を弱めることができるため、測定子１周辺に残留する気体、例えば処理に用いた処理ガスの分解や反応を低減することができ、これにより、アノード電極11やカソード電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃに付着して感度低下を起こさせる汚染物の生成を抑制することができる。
【００７５】
また、測定子内の圧力(P)に応じて高圧電源の出力電圧(Vt)及び放電電流(It)を連続的に変えているため、図２に示すId-Vdの実測ラインにおいて上述の(１)式から外れているところを避けて最適制御ラインを設定できる。これにより、圧力(P)の測定誤差を小さくし、精度向上を図ることができる。
【００７６】
また、圧力(P)に応じて連続的に又は逐次高圧電源の出力電圧(Vt)及び放電電流(It)を変えることで、急激な印加電圧の変化を抑え、それらを防止することができる。さらに、一つのデータとして整合したデータがそのまま得られ、また大きな補正をせずとも同じ対応関係を１対１の関係に維持することができる。
【００７７】
また、N2などの標準ガス以外のガスを測定する場合、Vdが大きく変化すると、それに伴い圧力表示も極端に変動し、これにより、この近辺の圧力帯域では、他の圧力帯域に比べて信頼性が大幅に低下する。しかも、自動圧力制御バルブなどの制御装置のセンサにこの真空計を用いた場合、圧力表示が極端に変動する帯域では不安定な圧力のためバルブの自動制御ができなくなるという虞もある。これに対して、本実施形態の電離真空計では、電子回路内に備えられた制御回路によって圧力に応じて高圧電源の出力電圧を連続的に逐次変化させているため、すべての帯域で圧力表示が極端に変動することはなく、広い用途で高い信頼性を維持することができる。
【００７８】
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。従って、測定子１と電子回路との間をケーブルでつないで一組の冷陰極真空計を形成する方式にも適応できる。
【００７９】
例えば、上述の実施形態では、正マグネトロン型の冷陰極電離真空計に本発明を適用しているが、他の冷陰極電離真空計、即ち、ペニング型や逆マグネトロン型にも本発明を適用できる。
【００８０】
また、上述の電子回路は、デジタル回路で構成してもよいし、アナログ回路で構成してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１…測定子、２…高圧電源・計測部、３…出力電圧制御回路、３ａ…偏差算出回路、３ｂ…最適制御部、４…圧力演算／表示部、１１…アノード電極、１２ａ、１２ｃ…円板状電極（カソード電極）、１２ｂ…棒状電極（カソード電極）、１３…真空端子、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…引出し電極、１４…Id検出回路、１５…電源、１６…高圧電源部、１７…出力電圧検出回路、１８…圧力演算回路、１９…演算回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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