(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビーム源と両端が開放された筒形の集電子電極とで構成したイオン生成部と、イオンコレクター等で構成したイオン検出部との間に、エネルギーフィルターを設けた超高真空用真空計に於いて、該エネルギーフィルターを筒形電極とその筒形電極の両端の開口に面して夫々設けたエンドプレート電極と該筒形電極の筒内にその軸線を横断して設けた邪魔板電極とで構成し、該筒内に該筒形電極から該邪魔板電極の周縁へ向かって延びる環状のリング電極を設けたことを特徴とする超高真空用真空計。
【請求項２】
上記邪魔板電極を円形板で形成すると共に上記リング電極を円形の環状体で形成し、該邪魔板電極とリング電極との間に上記イオンコレクターから上記イオン生成部を覗く光学的視野を狭める環状の隙間を形成したことを特徴とする請求項１に記載の超高真空用真空計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１０−１１Ｐａ以下の極めて低い真空圧を測定するための超高真空用真空計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的に使用されている電離真空計のイオン生成部に於いては、電子によりイオン化された気体イオン、電子がイオン生成部を構成する集電子電極等の構成部材と衝突することにより表面に吸着した気体から発生するＥＳＤイオン（電子励起イオン）の他に、光、励起中性粒子、電子の集電子電極への衝突で発生する軟Ｘ線などが発生する。超高真空中は気体分子の数が少ないからイオンの数も少なく、超高真空の真空圧の測定には気体分子のイオンのみをイオン検出部へ導いてその電流値を計測することが理想的であるが、ＥＳＤイオンがイオン検出部に導かれると気体イオンとの区別ができず、正確な超高真空の真空圧の測定は行えない。このＥＳＤイオンがイオン検出部に導かれないようにするためにエネルギーフィルターが設けられているが、気体イオンとの電位差が５ｅＶ程度であるためＥＳＤイオンを完全に除去してしまうことは困難である。出願人は、先に、この種の真空計として、電子ビーム源とこれから放出された電子を集めて気体分子をイオン化する両端が開放された筒形の集電子電極とで構成したイオン生成部と、二次電子倍増管のイオンコレクター等で構成したイオン検出部との間に特定の電位が与えられたエネルギーフィルターを設けた構成のものを提案した（特願平７−３５６３６）。前記提案の発明では、集電子電極の両端を開放して集電子電極の内部の電位勾配を大きくし、該集電子電極の内部空間で発生する気体イオンと集電子電極上で発生するＥＳＤイオンとの間に初期エネルギー差以上に見掛け上のエネルギー差を生じさせ、気体イオンとＥＳＤイオンとが混在していてもエネルギーフィルターに於いてＥＳＤイオンを捕捉して気体イオンを通過させることができ、気体イオンのみをイオン検出部に入射させて正確な電流値即ち真空圧を測定できる。また、光や励起中性粒子、軟Ｘ線は、エネルギーフィルターの内部にその進路を妨げる邪魔板電極を設けてイオン検出部への直接入射を防止できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電子がイオン生成部を構成する集電子電極等の構成部材と衝突することにより発生するＥＳＤイオン、光や励起中性粒子、軟Ｘ線のイオン検出部への直接の入射は前述のように防止できる。しかし、これ以外に、エネルギーフィルターの内部電極等で反射された、光、励起中性粒子、軟Ｘ線がイオン検出部の二次電子倍増管に入射すると光電子を発生し、見掛け上のイオンとして検出されてしまう。従って、超高真空領域の圧力測定の測定下限は、前記提案の発明を考慮すると、これらの反射した光、励起中性粒子、軟Ｘ線により決定されるといえ、エネルギーフィルターで光、励起中性粒子、軟Ｘ線を完全に除去することが超高真空領域の正確な圧力測定を可能にすると考察される。
【０００４】
本発明は、各電極内部で反射された光、励起中性粒子、軟Ｘ線を除去してより一層低い超高真空圧を正確に測定できる超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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、電子ビーム源と両端が開放された筒形の集電子電極とで構成したイオン生成部と、イオンコレクター等で構成したイオン検出部との間に、エネルギーフィルターを設けた超高真空用真空計に於いて、該エネルギーフィルターを筒形電極とその筒形電極の両端の開口に面して夫々設けたエンドプレート電極と該筒形電極の筒内にその軸線を横断して設けた邪魔板電極とで構成し、該筒内に該筒形電極から該邪魔板電極の周縁へ向かって延びる環状のリング電極を設けることにより、上記の目的を達成するようにした。該邪魔板電極を円形板で形成すると共に該リング電極を円形の環状体で形成し、該邪魔板電極とリング電極との間に該イオンコレクターから該イオン生成部を覗く光学的視野を狭める環状の隙間を形成することが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
別紙図面に基づき本発明の実施の形態を説明すると、図１は超高真空中に設けられる超高真空用真空計の構成図を示し、イオン生成部１とエネルギー分析部を構成するエネルギーフィルター２とイオン検出部３とで構成される。
【０００７】
該イオン生成部１は、例えばＰｔクラッドＭｏ線で作製した図２に示すような両端部１ａ、１ｂが開放された直径約１２ｍｍ、長さ約１５ｍｍの筒形のグリッドの集電子電極４と、該集電子電極４の外部側方に設けた例えばタングステンフィラメントに直流を通電して加熱される熱陰極型の電子ビーム源５とで構成した。
【０００８】
また、該エネルギーフィルター２はベッセルボックス（Ｂｅｓｓｅｌ  Ｂｏｘ）型のもので、該集電子電極４の円筒軸線に合致させて配置された円筒形の円筒電極６とその両端に配置したエンドプレート電極７、７を有し、各エンドプレート電極７には該集電子電極４の円筒軸線と合致した位置にイオンを通過させるための穴７ａが形成される。該円筒電極６の内部の中央部に、該イオン生成部１からイオン検出部３に直接入射する光や励起中性粒子、軟Ｘ線を除去するために、該円筒軸線に垂直に該穴７ａと同程度以上の直径の円盤形の邪魔板電極８を設け、これに該円筒電極６と同電位を与えるようにした。更に、該円筒電極６の内部に、該邪魔板電極８の周縁に向かって延びる円環状のリング電極１５を突出させて形成し、該邪魔板電極８とリング電極１５との間に環状のイオン通路１６を形成させるようにした。
【０００９】
イオン検出部３は二次電子倍増管で構成した公知のイオン検出部で、そのラッパ状に拡がるイオン入射部３ａに直流高圧電源３ｂから負の高電圧を印加し、二次電子倍増管の出力側をプリアンプ３ｃを介してパルスカウンター（図示してない）に接続した。該イオン生成部１の開放された端部１ａの前方、及び該イオン入射部３ａの前方に、アース電位のイオン引出電極９、９が設けられる。これらの電極等の構成部材は予め脱ガス処理される。
【００１０】
該イオン入射部３ａからイオン生成部１を覗ける光学的視野、換言すればイオン生成部１からイオン入射部３ａを覗く光学的視野は、該リング電極１５により該邪魔板電極８の外周側から狭められ、該邪魔板電極８の周囲に向かう光や励起中性粒子、軟Ｘ線がせり出した該リング電極１５に衝突して除去される。
【００１１】
該イオン生成部２の集電子電極４は、例えば１０Ｖの第１直流電源１０及び１００Ｖの第２直流電源１１を介してアースに接続され、該電子ビーム源５と該集電子電極４との間に電位差を持たせるように該第２直流電源１１が接続される。該電子ビーム源５には加熱用電源１２から加熱用電力が供給される。エネルギーフィルター２の円筒電極６、エンドプレート電極７、７及び邪魔板電極８は、これらの電極電位を調整するために可変の直流電源１３を介してアースに接続され、これら円筒電極６及び邪魔板電極８とエンドプレート電極７、７との間にバイアス電源１４により例えば１７０Ｖの電位差を与えるようにした。
【００１２】
本発明の超高真空用真空計を超高真空中に設置し、電子ビーム源５を加熱すると、これから放出される熱電子が集電子電極４の円筒内に集まり、そこに存在する気体分子に衝突して気体イオンを生成し、生成した気体イオンは引出電極９によりエネルギーフィルター２を介してイオン検出部３へ引き出され、そこでパルスカウント法又は直流法によりイオン強度を測定することにより真空圧が測定される。電子ビーム源５からの熱電子の供給に伴い、光、軟Ｘ線、励起中性粒子や集電子電極４からのＥＳＤイオンが気体イオンの発生と同時に発生し、これらがイオン検出部３へ入射するとノイズとなって正確な測定を行えないが、光、励起中性粒子、軟Ｘ線は該邪魔板電極８及びリング電極１５により除去されてわずかな数量がイオン検出部３に入射し、集電子電極４の内部で生成した気体イオンの多くがイオン通路１６を介してイオン検出部３へ入射するから、バックグランドノイズが小さくなって気体分子の数が少ない超高真空中で発生した数少ない気体イオンのイオン強度を正確に測定できる。
【００１３】
イオン検出部３に於いては、パルスカウント法により二次電子倍増管に入射したイオンの個数を計測する。この方法は、１個のイオンが持っている電荷が非常に小さく、そのままでは計測することができないため、二次電子倍増管に入射したイオンを１０５〜１０７個の電子の束に増幅し、その電子の束を整形して大きな電流のパルスにすることで１個、１個のイオンを計測する方法である。
【００１４】
【実施例】
本発明の超高真空用真空計を排気装置に取り付け、該真空計の測定下限を実測した。この排気装置は、ＩＣＦ２０３フランジをもつＩＳＯ準拠のテストドームに、排気速度２００Ｌ／ｓのスパッタイオンポンプ（日本真空技術（株）製、アクター２００）、エクストラクタ真空計（ライボルト社製、ＩＭ５２０＆ＩＥ５１４）、気体導入系等を取り付けたもので、この排気装置の到達圧力は、２５０℃、２４時間程度の加熱脱ガスの後、エクストラクタ真空計の測定にて４×１０−９Ｐａである。この実測に於いては、比較のためにガードリングのない本発明の超高真空用真空計と同構造の真空計を該排気装置に取り付けて加熱脱ガスののち測定を行い、その後、本発明の真空計により加熱脱ガスののち測定を行った。
【００１５】
本発明の真空計の主要寸法は、次の通りである。イオン生成部１の集電子電極４はＰｔクラッドＭｏ線で直径約１２ｍｍ、長さ約１５ｍｍの筒形のグリッドに製作し、エネルギーフィルター２をベッセルボックス型のものとし、その円筒電極６の直径を１２ｍｍ、長さを３５ｍｍ、エンドプレート電極７の穴７ａの径を３ｍｍ、該円筒電極６の長さ方向の中間部に直径３ｍｍの邪魔板電極８を設けた。リング電極１５には直径１０ｍｍの穴を設けた。
【００１６】
各測定では、該排気装置を作動させてテストドーム内をエクストラクタ真空計で測定できる限界を超えて排気し、該集電子電極４に１００Ｖ、電子ビーム源５に１０Ｖ、エンドプレート電極７に１７０Ｖの直流電位を夫々与え、円筒電極６及び邪魔板電極８の電位を５０〜１５０Ｖの範囲で走査し、イオン検出部３の二次電子倍増管のイオン入射部３ａから出力されるパルス計数のスペクトルを計測した。その結果を図３に示す。同図の黒三角印の曲線はリング電極のない真空計のスペクトル、○印の曲線はリング電極を備えた本発明の超高真空用真空計のスペクトルを示す。
【００１７】
同図の左側のパルス計数のピークは、圧力依存性を持つことから気体イオンによるもの、また、同図右側のパルス計数のピークは、集電子電極４の電位と略同電位の位置に存在すると共に圧力依存性が少ないことから、集電子電極４の表面から発生したＥＳＤイオンによるものと判断される。更に、同図の横軸に於いて、円筒電極６の電位が１３０〜１５０Ｖ付近のパルス計数を見ると、曲線は一定化しているのでバックグランドノイズと判断され、この部分は同図に付記した拡大図に見られるように、本発明のリング電極を備えた真空計がリング電極のない真空計を明瞭に下回り、これは光、励起中性粒子及び軟Ｘ線が除去されたことによるものと判断される。
【００１８】
この図３に於ける気体イオンのパルス計数のピーク値とバックグランドノイズを縦軸に、エクストラクタ真空計の測定値を横軸に取った結果を図４に示した。図４に於いて、気体イオンのパルス計数のピーク値がバックグランドノイズ値を下回る点を横軸について外挿すると、リング電極のない真空計では２．９×１０−１０Ｐａ（点Ａ）、本発明の真空計では５×１０−１１Ｐａ（点Ｂ）となり、本発明の真空計のＳ／Ｎ比（気体イオン電流とバックグランド電流の比）は比較用のリング電極のない真空計の約６倍、即ち、測定下限を約１／６に低減できることが分かった。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、イオン生成部が電子ビーム源と両端が開放された筒形の集電子電極とで構成され、イオン検出部との間に、エネルギーフィルターを設けた超高真空用真空計に於いて、筒形電極とその筒形電極の両端の環状電極と該筒形電極の筒内の邪魔板電極とで該エネルギーフィルターを構成し、該筒内に該筒形電極から該邪魔板電極の周縁へ向かって延びる環状のリング電極を設けたので、光、励起中性粒子、軟Ｘ線がイオン検出部に入射することが阻止され、リング電極のないものに比べて測定下限を約１／６にまで低下させることができ、超高真空圧を比較的簡単な構成で正確に測定できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す切断状態の説明図
【図２】図１の集電子電極の斜視図
【図３】イオン検出部に於いて検出されたパルス計数のスペクトルの変化を示す線図
【図４】気体イオンのパルス計数のピーク値及びバックグランドノイズ値の変化を示す線図
【符号の説明】
１  イオン生成部、１ａ・１ｂ  端部、２  エネルギーフィルター、３  イオン検出部、４  集電子電極、５  電子ビーム源、６  円筒電極、７  エンドプレート電極、８  邪魔板電極、１５  リング電極、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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