(57)【要約】【課題】電離真空計の稼働寿命をガス処理環境中で延ばすためのマルチ熱陰極電離真空計を操作する方法および装置を提供する。【解決手段】  例示的実施形態において、電子を放出するには不十分であるがその表面に付着する物質の量を低減するのに十分な温度に、またはプロセスガスと少なくとも１つの予備陰極（１１５）を形成する物質との化学的相互作用を低減するのに最適な温度に予備陰極（１１５）を加熱することによって、この予備陰極（１１５）の寿命が延長される。予備陰極（１１５）は定常的に加熱されるか周期的に加熱されることができる。他の実施形態では、処理圧力が所定の圧力閾値を超えた後、複数の陰極（１１０，１１５）が非放出温度に加熱されるか、複数の陰極（１１０，１１５）が低減された放出温度に加熱されるか、または放出陰極（１１０）が電子放出電流を低減させる温度に加熱される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの陰極と、
陽極体積空間を規定する陽極と、
イオンコレクタ電極と、
前記少なくとも２つの陰極に接続された制御回路であって、少なくとも１つの陰極を第１温度に加熱し、少なくとも１つの他の陰極を、当該他の陰極から電子を放出するには不十分な第２温度に加熱するよう構成された制御回路と、
を備えた電離真空計。
【請求項２】
請求項１において、前記イオンコレクタ電極は前記陽極体積空間内に配設されており、前記少なくとも２つの陰極は前記陽極体積空間の外部に配設されている電離真空計。
【請求項３】
請求項１において、前記イオンコレクタ電極は前記陽極体積空間の外部に配設されており、前記少なくとも２つの陰極は前記陽極体積空間内に配設されている電離真空計。
【請求項４】
請求項１において、前記第１温度は、前記少なくとも１つの陰極から電子を放出するのに十分な値に設定されており、前記イオンコレクタ電極は、電子とガス原子およびガス分子との衝突によって生成されるイオンを捕集するように構成されている電離真空計。
【請求項５】
請求項４において、前記第２温度が約２００℃から１０００℃の範囲にある電離真空計。
【請求項６】
請求項４において、前記制御回路が、（ｉ）前記少なくとも１つの陰極を前記第１温度に加熱し、前記少なくとも１つの他の陰極を前記第２温度に加熱することと、（ｉｉ）前記少なくとも１つの他の陰極を前記第１温度に加熱し、前記少なくとも１つの陰極を前記第２温度に加熱することとを交互に行う電離真空計。
【請求項７】
請求項４において、前記第２温度は可変温度である電離真空計。
【請求項８】
請求項４において、前記制御回路は前記少なくとも１つの他の陰極を定常的に前記第２温度に加熱しておく電離真空計。
【請求項９】
請求項４において、前記制御回路は前記少なくとも１つの他の陰極を前記第２温度に周期的に加熱する電離真空計。
【請求項１０】
請求項４において、前記制御回路は、（ｉ）前記少なくとも１つの他の陰極を定常的に前記第２温度に加熱しておくことと、（ｉｉ）前記少なくとも１つの他の陰極を前記第２温度に周期的に加熱することを交互に行う電離真空計。
【請求項１１】
請求項４において、前記第２温度は、前記少なくとも１つの他の陰極に付着する物質の量を低減するのに十分な値に設定されているか、またはプロセスガスと前記少なくとも１つの他の陰極を形成する物質との間の化学的相互作用を低減するのに十分な値に設定されている電離真空計。
【請求項１２】
請求項４において、前記制御回路は、さらに、所定の圧力閾値を超える処理圧力に対応して、前記少なくとも１つの陰極を、前記少なくとも１つの陰極から放出される電子放出電流を減少させる温度に加熱するように構成されている電離真空計。
【請求項１３】
請求項１において、前記第１温度は前記第２温度とほぼ同一に設定されており、前記制御回路が、さらに、所定の圧力閾値を超える処理圧力または前記電離真空計の電源停止に対応して、前記少なくとも２つの陰極を前記第２温度に加熱するように構成されている電離真空計。
【請求項１４】
ガス分子およびガス原子からガスの圧力を測定する方法であって、
少なくとも１つの陰極を第１温度に加熱して電子を発生させることと、
少なくとも１つの他の陰極を前記第１温度より低い第２温度に加熱することと、
陽極によって規定される陽極体積空間内での、電子と、前記ガス原子および前記ガス分子の間の衝突によって生成されるイオンを捕集することと、
を含む測定方法。
【請求項１５】
請求項１４において、前記第２温度を約２００℃から１０００℃の範囲内に設定する測定方法。
【請求項１６】
請求項１４において、さらに、（ｉ）前記少なくとも１つの陰極を前記第１温度に加熱し、前記少なくとも１つの他の陰極を前記第２温度に加熱することと、（ｉｉ）前記少なくとも１つの他の陰極を前記第１温度に加熱し、前記少なくとも１つの陰極を前記第２温度に加熱することとを交互に行うことを含む測定方法。
【請求項１７】
請求項１４において、前記第２温度が可変温度である測定方法。
【請求項１８】
請求項１４において、前記少なくとも１つの他の陰極を前記第２温度に加熱することが、前記少なくとも１つの他の陰極を定常的に前記第２温度に加熱しておくことを含む測定方法。
【請求項１９】
請求項１４において、前記少なくとも１つの他の陰極を前記第２温度に加熱することが、前記少なくとも１つの他の陰極を前記第２温度に周期的に加熱することを含む測定方法。
【請求項２０】
請求項１４において、前記少なくとも１つの他の陰極を前記第２温度に加熱することが、（ｉ）前記少なくとも１つの他の陰極を定常的に前記第２温度に加熱しておくことと、（ｉｉ）前記少なくとも１つの他の陰極を前記第２温度に周期的に加熱することを交互に行うことを含む測定方法。
【請求項２１】
請求項１４において、前記第２温度は、前記少なくとも１つの他の陰極に付着する物質の量を低減するのに十分であるか、またはプロセスガスと前記少なくとも１つの他の陰極の物質との間の化学的相互作用を低減させる測定方法。
【請求項２２】
請求項１４において、さらに、所定の圧力閾値を超える処理圧力に対応して、前記少なくとも１つの陰極を、前記少なくとも１つの陰極から放出される電子放出電流を減少させる温度に加熱することを含む測定方法。
【請求項２３】
ガス分子およびガス原子からガスの圧力を測定する方法であって、
複数の陰極を第１温度に加熱して電子を発生させることと、
前記複数の陰極を、所定の圧力閾値を超える処理圧力に対応して、前記第１温度より低い第２温度に加熱することと、
電子と前記ガス原子および前記ガス分子との衝突によって生成されるイオンを捕集することと、
を含む測定方法。
【請求項２４】
請求項２３において、前記複数の陰極を前記第２温度に加熱することにより、電離真空計の構成部材のスパッタリングを低減させる測定方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２００６年７月１８日に出願された米国特許出願第11/488,457号の継続出願であり、この出願に基づく優先権を主張する。上記出願の全内容は参照により本願明細書に引用したものとする。
【背景技術】
【０００２】
最も一般的な熱陰極電離真空計はバヤード−アルパート（Ｂ−Ａ）真空計である。Ｂ−Ａ真空計は、加熱陰極（すなわちフィラメント）を少なくとも１つ有し、この加熱陰極（すなわちフィラメント）は、陽極体積空間（すなわちイオン化体積空間）を規定する、円筒形のワイヤグリッドのような陽極に向けて電子を放出する。少なくとも１つのイオンコレクタ電極がこのイオン化体積空間内に配設される。この陽極は、陰極から放出された電子を加速して、陽極の方へ向かわせこの陽極を通過させる。最終的に、電子は陽極によって捕集される。
【０００３】
この移動において、エネルギーを持った電子が、ガスの分子および原子に衝突して陽イオンを発生させる。このイオンは、＋１８０ボルトに保たれているであろう陽極および接地電位に保たれているであろうイオンコレクタによって陽極体積空間内に電界が生じるために、イオンコレクタ電極へと促される。そして、イオン化した原子がイオンコレクタに集まると、コレクタ電流がイオンコレクタに生じる。イオン化体積空間内のガスの圧力は、イオンコレクタ電極に生じるイオン電流（Ｉion）および陽極に生じる電子電流（Ｉelectron）を用いて、式Ｐ＝（１／Ｓ）（Ｉion／Ｉelectron）から求めることができる。ここで、Ｓは１／トール（Ｔｏｒｒ）（または、１／パスカルなどの他の圧力の単位でもよい）単位毎の定数であり、ガスの種類および個々の真空計形状と電気的パラメータを表している。
【０００４】
典型的なＢ−Ａ電離真空計の稼働寿命は、良好な環境において操作される場合は、約１０年である。しかしながら、この同じ真空計でも、高圧力下や、真空計の陰極の放出特性を劣化させる種類のガスの中で稼働されると、数時間あるいは数分でも故障する。
真空計は、高い圧力のもとや、真空計の陰極の放出特性を劣化させる種類のガスの中で稼動されると、数時間あるいは数分でも故障する。
【０００５】
一般に、２つの作用の影響によって、真空計の陰極の放出特性が劣化し、または破壊される。これらの作用とは、被覆および被毒作用であろう。被覆による作用として、容易には電子を放出しない別の物質が、真空計の陰極の放出面を被覆、すなわち覆う。この別の物質は、真空チャンバー内で行われる処理によるガス生成物などである。さらに、他の物質として、電離した原子および分子が接地電位または接地電位付近にある真空計の表面に衝突するときに、この真空計の表面から取り去られ、またはスパッタリングされる物質が挙げられる。
【０００６】
例えば、イオン注入プロセスによって生じる、アルゴンなどの重い、電離した原子および分子は、タングステンのコレクタからタングステンをスパッタリングし、電離真空計の底面に位置するステンレス鋼の遮蔽剤からステンレス鋼をスパッタリングする可能性がある。圧力が高くなるにしたがって、単位体積当たりのアルゴン原子の密度が増加する。その結果、電離真空計の表面からさらに物質がスパッタリングされる。タングステンやステンレス鋼などのスパッタリングされた物質は、照準線上にある電離真空計の、陰極を含む別の表面に付着する可能性がある。このようにして、陰極の電子放出特性は劣化し、破壊される場合すらある。
【０００７】
被毒作用においては、真空計の陰極からの放出物質が、真空チャンバー内で行われる処理により生じるガスと化学反応を起こし、その結果放出物質は容易に電子を放出しなくなる可能性がある。陰極からの放出物質としては、（１）約１８００℃で作用する、酸化膜で被覆された耐熱金属、または（２）約２２００℃で作用する純タングステンと呼ばれるものが挙げられる。酸化皮膜は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）または酸化トリウム（ＴｈＯ２）などであり、耐熱金属はイリジウムなどである。
【０００８】
ある例では、プロセスガスが陰極の酸化皮膜と化学反応を起こし、電子を放出する陰極の機能を劣化させるまたは損なう可能性がある。具体的には、酸化イットリウムで被覆された陰極または酸化トリウムで被覆された陰極が加熱されると、イットリウム原子またはトリウム原子が陰極の表面に拡散して、電子を放出する。プロセスガスは継続的にイットリウム原子またはトリウム原子を酸化し、陰極で発生する電子の数を大幅に減らす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ユーザは、必要もないのに、真空計（または真空計の取り外し可能な陰極）を変更するために処理工程を止めることは望まない。なぜならば、それは中断時間、再加工の時間、再割り振りの時間、再確認の時間等を意味するからである。ユーザは、例えば、予防保守作業時などのユーザにとって便利なときに真空計を換えることを望むであろう。ユーザが電離真空計を変更して、新しい陰極を備えた新しい電離真空計で再作業を行うのはこの時点である。
【００１０】
電離真空計の全体の稼働寿命を延ばすために、二次的な、バックアップ用の或いは予備の陰極が電離真空計に追加的に備えられてきた。この予備の陰極は、中間点で電気的に分岐した２つの部分を持つ陰極アセンブリの、二次的な一方の部分である。複数の陰極を有する熱陰極電離真空計では、真空計電子構成要素または真空計コントローラが一度に動作させるのは１つの陰極でよい。例えば、真空計コントローラは、電離真空計が自動的にまたは手動で放出陰極と予備陰極とを交互に動作させるような制御アルゴリズムを用いてもよい。しかしながら、用途によっては、使用されていない陰極の電子放出面が処理によって被毒および／または被覆される可能性がある。その結果、電離真空計の制御回路は、陰極に所望の電子放出電流を生成させることが出来ない場合は、電源から切断されるであろう。また、陰極表面からの所望の電子放出電流を流し始め、それを持続するために制御回路が陰極に過剰に電力を与えると、陰極は開路になる（すなわち、「動作を止める」）可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一実施形態に係る、ガス分子およびガス原子からガスの圧力を測定する方法の一例は、少なくとも１つの陰極を第１温度に加熱して電子を発生させ、少なくとも１つの他の陰極を前記第１温度より低い第２温度に加熱することで、熱陰極電離真空計の全体の稼働寿命をさらに延ばす。前記電子はガスの分子および原子に衝突して陽極体積空間内にイオンを生成する。前記イオンは捕集されて、前記ガスの圧力を示すこととなる。
【００１２】
他の実施形態に係る電離真空計の一例は、少なくとも２つの陰極と、陽極体積空間を規定する陽極と、少なくとも１つのイオンコレクタ電極とを備える。制御回路が、前記少なくとも２つの陰極に接続して、少なくとも１つの陰極（例えば、放出陰極）を第１温度に加熱し、少なくとも１つの他の陰極（例えば、非放出すなわち予備陰極）を、前記少なくとも１つの他の陰極から電子を放出するには不十分な第２温度に加熱する。Ｂ−Ａ真空計の実施形態において、前記少なくとも１つのイオンコレクタ電極は前記陽極体積空間内に位置し、前記少なくとも２つの陰極は前記陽極体積空間の外部に位置してもよい。三極管型真空計の実施形態においては、前記少なくとも１つのイオンコレクタ電極は前記陽極体積空間の外部に位置し、前記少なくとも２つの陰極は前記陽極体積空間内に位置してもよい。
【００１３】
電離真空計の一例示的実施形態において、前記第１温度は、少なくとも１つの放出陰極から電子を放出するのに十分であり、前記少なくとも１つのイオンコレクタ電極は、電子と、ガス原子およびガス分子の間の前記陽極体積空間内での衝突によって生成されるイオンを捕集する。様々な実施形態において、少なくとも１つの予備陰極は約２００℃から１０００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。前記少なくとも１つの予備陰極は、一定温度に加熱されてもよいし、または可変温度に加熱されてもよい。さらに、前記少なくとも１つの予備陰極は、前記一定温度または前記可変温度に定常的に加熱されていてもよいし、前記一定温度または前記可変温度に周期的に加熱されてもよい。
【００１４】
ある実施形態において、前記制御回路は、少なくとも１つの予備陰極を定常的に加熱しておくことと、前記少なくとも１つの予備陰極を周期的に加熱することを交互に行うことにより、前記少なくとも１つの予備陰極を加熱してもよい。他の実施形態においては、前記制御回路は、（ｉ）前記少なくとも１つの放出陰極を前記第１温度に加熱し前記少なくとも１つの予備陰極を前記第２温度に加熱することと、（ｉｉ）前記少なくとも１つの予備陰極を前記第１温度に加熱し前記少なくとも１つの放出陰極を前記第２温度に加熱することとを交互に行ってもよい。
【００１５】
前記制御回路は、前記少なくとも１つの予備陰極を、その表面に付着する物質の量を低減させるのに十分な温度、またはプロセスガスと前記少なくとも１つの予備陰極の物質との間の化学的相互作用を低減させるのに最適な温度に加熱してもよい。一実施形態において、処理圧力が所定の圧力閾値を超える場合、前記制御回路は、前記少なくとも１つの放出陰極を、前記少なくとも１つの放出陰極から放出される電子放出電流を低減して、スパッタリングを低減させる温度に、加熱してもよい。他の実施形態において、前記少なくとも１つの予備陰極および前記少なくとも１つの放出陰極は共に、処理圧力が所定の圧力閾値を超える場合または前記電離真空計の電源が停止する場合、前記両陰極から電子を放出するには不十分な温度に加熱されてもよい。
【００１６】
他の実施形態において、前記制御回路は、少なくとも２つの陰極（例えば、放出陰極と予備陰極）を前記少なくとも２つの陰極から電子を放出するのに十分な温度に加熱する。このようにして、予備陰極は被覆による作用および被毒作用から保護され得る。同時に、前記予備陰極および放出陰極は共に十分な電子放出電流を供給することができる。
【００１７】
さらに他の実施形態において、複数の陰極が第１温度に加熱されて電子を発生させてもよい。処理圧力が所定の圧力閾値を超えた後、前記複数の陰極は前記第１温度より低い第２温度に加熱されてもよい。前記電子と、前記ガス原子および前記ガス分子との衝突によって生成されるイオンは、前記処理圧力が前記所定の圧力閾値を超える前と超えた後に、捕獲されてもよい。
【００１８】
前記複数の陰極が前記第２温度に加熱されて、例えば、１μＡから９０μＡの範囲内にあるような低い電子放出電流を供給してもよい。イオン真空計の構成要素のスパッタリングを低減させるため、前記複数の陰極が前記第２温度に加熱されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明の上述および他の目的、特徴および利点が、添付図面に示される本発明の好ましい実施形態についての以下のさらに具体的な説明から明らかになるであろう。図面において、同様の参照符合は、異なる図の全てを介して同じ部分を指す。図面は必ずしも拡尺通りでなく、本発明の原理を説明することに重点が置かれている。
【図１】２つの陰極を用いた熱陰極電離真空計の一実施形態の斜視図である。
【図２】熱陰極電離真空計の制御電子構成要素の一実施形態の回路ブロック図である。
【図３】２つの陰極を用いた熱陰極電離真空計の一実施形態の動作の種々のモードを示す表である。
【図４】２つの陰極を用いた三極管型真空計の一実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の好ましい実施形態を以下に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る、２つの陰極１１０、１１５を用いた熱陰極電離真空計１００の斜視図である。この熱陰極電離真空計１００は、円筒形のワイヤグリッド１３０（すなわち、陽極）を有し、この円筒形のワイヤグリッド１３０はイオン化体積空間１３５（すなわち陽極体積空間）を規定している。２つのコレクタ電極１２０、１２５はが、イオン化体積空間１３５内に配設されており、２つの陰極１１０，１１５が、円筒形のワイヤグリッド１３０の外部に配設されている。熱陰極電離真空計１００の上述の要素は、ポート１５５を介して処理チャンバー内に開口するチューブすなわち外囲器１５０内に収容されている。熱陰極電離真空計１００はまた、ステンレス鋼の遮蔽材などの遮蔽部材１４０を有しており、電離真空計の種々の電子部品を、イオン化したプロセスガスの分子および原子、ならびに荷電粒子からの他の影響から遮蔽する。
【００２２】
電離真空計コントローラ（図示せず）は、一方の陰極１１０（例えば、「放出」陰極）を約２０００℃に制御された温度に加熱して、１００μＡまたは４ｍＡ等の特定の電子放出電流を発生させるものとすることができる。電離真空計コントローラは、他方の陰極１１５（例えば、「非放出」すなわち「予備」陰極）を加熱しないで、放出陰極が動作不能になった場合に、この他方の陰極が予備として用いられることになる。しかしながら、上述のように、真空チャンバーにおけるプロセスによって生じるガス生成物または真空計からスパッタリングされる物質が予備陰極上に付着する、或いはプロセスガスが予備陰極の物質と反応する可能性があるため、この予備陰極の電子放出特性は劣化して、ついには予備陰極が動作不能となる場合がある。
【００２３】
一実施形態においては、予備陰極は室温より高い温度に加熱され、一方放出陰極は陰極表面から電子を放出するように加熱される。予備陰極は、予備陰極を被覆するまたは予備陰極上に付着する物質をすべて消散して、予備陰極とプロセスガスとの化学的相互作用を低減するのに十分な温度に加熱される。この予備陰極は、放出陰極が動作中は、この予備陰極がおかれている処理環境に応じて、例えば、約２００℃から１０００℃の範囲内の温度に加熱されることになる。その結果、予備陰極はほぼクリーンな状態に保たれ、放出陰極が動作不能になった場合に予備として使用される準備ができている。
【００２４】
しかしながら、予備陰極が加熱される温度は放出温度よりかなり低いため、高温で長時間動作することによって粒子が成長して起こる脆化などの冶金上の理由で、予備陰極が劣化することはない。また、プロセスガスに応じて、予備陰極の化学的被毒を低減するまたは防ぐのに最適な温度がある。このため、室温より高いが放出温度よりもかなり低い最適温度に予備陰極を加熱することで、電離真空計の全体の動作と寿命が向上する。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態に係る２つの陰極１１０，１１５を動作させるのに用いられ得る熱陰極電離真空計制御回路２００の回路ブロック図である。第１スイッチ２３２の出力部は第１陰極１１０の第１端部に接続しており、第２スイッチ２３４の出力部は第２陰極１１５の第１端部に接続している。電源２１３は第１陰極１１０の第２端部および第２陰極１１５の第２端部の両方に接続しており、両者にバイアス電圧を供給することができる。加熱制御ユニット２４２および放出制御ユニット２４４のいずれもが、第１スイッチ２３２および第２スイッチ２３４の各入力部に接続している。
【００２６】
加熱制御ユニット２４２は、陰極１１０および１１５の一方または両方を加熱するための所望の温度を示す電圧信号ＶｉＨを受信する。電圧信号ＶｉＨは、予めプログラムされたプロセッサ（図示せず）によって供給されてもよいし、オペレータがプロセッサ（図示せず）を用いることで供給されてもよい。その後、加熱制御ユニット２４２は、加熱電流ｉＨを陰極１１０および１１５の一方または両方に、それぞれ第１スイッチ２３２および第２スイッチ２３４を介して供給することにより、陰極１１０および陰極１１５の一方または両方を上記所望の温度に加熱する。
【００２７】
放出制御ユニット２４４は、陰極１１０および１１５の一方または両方から放出する所望の電子放出電流を示す電圧信号ＶｉＥを受信する。その後、放出制御ユニット２４４は電子放出電流ｉＥを陰極１１０および１１５の一方または両方に、それぞれ第１スイッチ２３２および第２スイッチ２３４を介して供給する。上述の処理は低下することがあるので、結果として、陰極１１０および１１５の一方または両方が、加熱制御ユニット２４２によって規定される所望の温度よりも大幅に高い温度まで発熱する場合がある。
【００２８】
第１切替論理ユニット２２２および第２切替論理ユニット２２４は、第１スイッチ２３２および第２スイッチ２３４とそれぞれ通信を行って、第１スイッチ２３２および第２スイッチ２３４をそれぞれ制御する。第１切替論理ユニット２２２は、第１スイッチ２３２を制御し、第１陰極１１０と、加熱制御ユニット２４２および放出制御ユニット２４４のいずれか一方とを接続する．同様に、第２切替論理ユニット２２４は、第２スイッチ２３４を制御して第２陰極１１５と、加熱制御ユニット２４２および放出制御ユニット２４４のいずれか一方とを接続する。第１切替論理ユニット２２２および第２切替論理ユニット２２４は、電離真空計のプロセッサにおいて実行されるコンピュータの指令として実現されてもよい。
【００２９】
図３は、本発明の一実施形態に係るデュアルフィラメント熱陰極電離真空計の動作の種々のモードを示す表３００である。「陰極」（３１１）と示された欄は、操作されている陰極を示す。本実施形態においては、「陰極１」および「陰極２」（例えば、図２における第１陰極１１０および第２陰極１１５）が操作されている。ＩからＩＶ（３２３から３２９）と示された欄は、陰極の動作のモードの例、すなわち「陰極状態オプション」（３１１）を示している。モードＩ（３２３）において、陰極１は表面から電子を放出する温度に加熱されるので、「放出」陰極と示されている。一方、陰極２は、電池が放出されない程度に加熱されるのみであるので、「加熱のみ」陰極と示されている。
【００３０】
モードＩＩ（３２５）において、両陰極の役割が入れ替わる、すなわち、陰極２は「放出」陰極であり、陰極１は「加熱されるのみの」陰極である。モードＩＩＩ（３２７）では、陰極１および陰極２は共に「加熱されるのみの」陰極として操作される。最後に、モードＩＶ（３２９）では、陰極１および陰極２は共に「放出」陰極として操作される。すべてのモードで、陰極１および／または陰極２は、電離真空計の構成部材のスパッタリングを低減する低放出、または標準放出のいずれでも操作されうる。例えば、モードＩＶ（３２９）では、処理圧力が超高真空状態または高真空状態にある場合に、陰極１および陰極２は第１温度に加熱されて、４ｍＡの電子放出電流を供給することができる。処理圧力が増加して、例えば、１×１０−５トール（Ｔｏｒｒ）のような所定の圧力閾値を超えた場合、陰極１および陰極２は、２０μＡを供給するよう加熱されて上述のような電離真空計の構成要素のスパッタリングを低減することとなる。次に、処理圧力が低下して、５×１０−６トール等の別の所定の圧力閾値を下回る場合、陰極１および陰極２は再び４ｍＡを供給するように加熱されるであろう。
【００３１】
種々の実施形態において、電離真空計コントローラは、予備陰極をいくつかの方法で加熱することができる。１つ目は、電離真空計コントローラは、予備陰極を、放出陰極の温度よりも低い一定の温度に保ってもよい。２つ目は、電離真空計コントローラは、周期的な電圧、すなわちパルス電圧、デューティサイクル電圧、または交流電圧を予備陰極に印加することにより、放出陰極の温度よりも低い温度に予備陰極を加熱してもよい。これにより、一層予備陰極の寿命が延びる。なぜなら、予備陰極が一定の温度に保たれている場合よりも、加熱される頻度が低いからである。
【００３２】
３つ目として、電離真空計コントローラは、予備陰極を一定の温度に保つことと、予備陰極を周期的に一定の温度に加熱することとを交互に行ってもよい。例えば、圧力が高く、予備陰極の放出機能がプロセスガスによって劣化する傾向にある場合は、電離真空計コントローラは予備陰極を一定の温度に加熱し、一方、圧力が低く、予備陰極がプロセスガスによって劣化する傾向が小さい場合は、電離真空計コントローラは周期的に予備陰極を加熱してもよい。
【００３３】
用途によっては、電離真空計の電源を停止した後、１００ミリトールまたは１トールまで処理が続けられてもよい。電離真空計の電源が停止しると、表面に衝突し金属をスパッタリングするイオンが発生しないので、タングステンまたはステンレス鋼のスパッタリングはもはや行われない。しかしながら、両陰極は、陰極上に付着するまたは陰極と化学反応を起こす可能性のある汚染プロセスガスにさらされ続ける。したがって、他の実施形態においては、電離真空計の電源が停止し、処理圧力が所定の圧力閾値を下回る場合または超えている場合に、両陰極は、そこから電子を放出するには至らない温度に加熱されてもよい。このようにして、陰極は、陰極に付着する可能性のある汚染プロセスガスが無い状態に保たれる。例えば、電離真空計が１０または２０ミリトールで電源を切られた後、処理環境が１００ミリトールまたは１トール等のより高い圧力レベルに到達するまで、電離真空計コントローラは予備陰極および放出陰極を非放出温度に加熱してもよい。
【００３４】
他の実施形態では、放出制御ユニット（例えば、図２の放出制御ユニット２４４）は、放出陰極を加熱するために供給される電力を低減して、高圧力における放出陰極からの電子放出電流を低減してもよい。高圧力下で電子放出電流を低減することで、生成されるイオンの量を減らすこととなり、その結果、スパッタリングおよび電離真空計の表面への影響が低減される。例示的実施形態において、高圧力下で電子放出電流を１００μＡから２０μＡへ減少させてもよい。放出制御部はまた、放出陰極１１０および予備陰極１１５などの２つ以上の陰極を加熱するために供給される電力を低減してもよい。
【００３５】
図４は、２つの陰極１１０および１１５を用いた外囲の三極管型真空計４００の一実施形態の断面図である。外囲の三極管型真空計４００は、２つの陰極１１０および１１５、円筒形のグリッドとして構成されうる陽極１３０、円筒形のグリッドとして構成されうるコレクタ電極１２０、貫通ピン４７０、貫通ピン絶縁体４７５、外囲器１５０、および真空計を真空システムに取り付けるためのフランジ４６０を有する。陽極１３０は陽極体積１３５を規定する。このように、三極管型真空計４００は、図１を参照して上述した標準的なＢ−Ａ真空計と同様の構成要素を有し、同様の方法で作動するが、三極管型真空計の陰極１１０および１１５は陽極体積空間１３５内に位置し、三極管型真空計のコレクタ１２０は陽極体積空間１３５の外部に位置する。図２および図３を参照して上述した方法および制御回路が、三極管型真空計４００の２つの陰極１１０および１１５に適用されて稼働寿命を延ばすことができる。
【００３６】
一方の陰極の電源を入れて、他方の陰極の電源を停止することを交互に行うことで、ある用途においては、陰極の寿命を約１．１倍から１．２倍延ばすことができる。しかしながら、本明細書中に示す電離真空計の実施形態は、ある重要な要因によって、ある用途においてほぼ２倍まで陰極の寿命を延ばすことができるであろう。
【００３７】
上記実施形態の更なる特徴は、複数の陰極を有する電離真空計のチューブ内の既存の構成部材を変更する必要が無いことである。陰極を操作するための制御アルゴリズムを、予備陰極が加熱される温度を放出陰極の温度より低くなるように変更するだけでよい。
【００３８】
本発明を、好ましい実施形態を参照して詳細に図示して説明してきたが、形態および細部における様々な変更を、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく実行可能であることは当業者には理解されよう。
【００３９】
上記のように開示された方法または要素の全てまたは一部はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはその任意の組み合わせで実現できることは言うまでもない。
【００４０】
さらに、様々のサイズおよび形状を持った３つ以上の陰極、２つ以上のコレクタ、および２つ以上の陽極を、他の実施形態に係る電離真空計の例で用いてもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４１】
１００  電離真空計
１１０  第１陰極
１１５  第２陰極
１２０，１２５  イオンコレクタ電極
１３０  ワイヤグリッド（陽極）
１３５  イオン化体積空間（陽極体積空間）
２００  制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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