(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロチャンネルプレートを含む電子生成アレイを備え、
前記マイクロチャンネルプレートは、種となる電子を生成する生成源を有する電子生成部、および前記電子生成部によって生成された前記種となる電子を受けて前記電子を増倍する電子増倍部を備えており、
さらに、
前記電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間と、
前記イオン化体積空間内の電子の数のフィードバックに基づいて、前記電子生成アレイからの電子ビーム電流を制御する調整手段と、
前記イオン化体積空間内の前記電子のエネルギーを制御するエネルギーフィルターと、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極と、
を備える電離真空計。
【請求項２】
請求項１において、前記イオン化体積空間が、前記電子を内側に保持する陽極で形成されており、前記電子を生成する生成源は前記陽極の外側に配置され、前記陽極は前記収集電極を取り囲んでいる電離真空計。
【請求項３】
請求項２において、さらに、
前記陽極の外側で形成されたイオンを収集する第２の収集電極、
を備える電離真空計。
【請求項４】
請求項１において、前記収集電極によって収集される電流が、圧力信号を形成する電離真空計。
【請求項５】
請求項４において、前記イオン化体積空間が、プレート状の陽極とプレート状の収集電極との間の体積空間によって形成されており、前記生成源が、前記プレート状の陽極と前記プレート状の収集電極との間に配置されている電離真空計。
【請求項６】
請求項１において、前記マイクロチャンネルプレートが、入力面および出力面を有しており、前記入力面と前記出力面との間に電圧が印加される電離真空計。
【請求項７】
請求項６において、前記マイクロチャンネルプレートが、種となる電子の自然放出を引き起こすように処理された電離真空計。
【請求項８】
請求項７において、電子放出材料が、前記マイクロチャンネルプレートの前記電子増倍部の前記入力面に設けられており、種となる電子が、照射線によって生成される電離真空計。
【請求項９】
請求項１において、さらに、
陽極に接続され、前記イオン化体積空間内の電子の数を測定し、前記電子ビーム電流の制御に利用される電流計、
を備える電離真空計。
【請求項１０】
電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体と、
電子の種を生成する装置、および前記電子の種を生成する装置からの電子を増倍する電子増倍装置を含む、電子を生成する生成源と、
前記イオン化体積空間内の電子の数のフィードバックに基づいて、前記生成源からの電子ビーム電流を制御する調整手段と、
前記イオン化体積空間内の前記電子のエネルギーを制御するエネルギーフィルターと、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極と、
を備えており、
前記収集電極および前記生成源の一方は前記陽極構造体の内側に配置されており、前記収集電極および前記生成源の他方は前記陽極構造体の外側に配置されている電離真空計。
【請求項１１】
請求項１０において、前記筒状のワイヤグリッドが、少なくとも１つの支柱体に接続された複数の円状ワイヤとして構成されている電離真空計。
【請求項１２】
請求項１０において、前記電子を生成する生成源は前記陽極構造体の外側に配置され、前記収集電極は前記陽極構造体の内側に配置されている電離真空計。
【請求項１３】
請求項１２において、さらに、
前記陽極構造体の外側に配置された第２の収集電極、
を備える電離真空計。
【請求項１４】
請求項１０において、前記電子を生成する生成源は前記陽極構造体の内側に配置され、前記収集電極は前記陽極構造体の外側に配置されている電離真空計。
【請求項１５】
請求項１０において、前記収集電極によって収集される電流が、圧力信号を形成する電離真空計。
【請求項１６】
請求項１０において、前記電子を増倍する電子増倍装置が、マイクロチャンネルプレートを有する電離真空計。
【請求項１７】
電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体と、
マイクロチャンネルプレートを含む電子生成アレイと、
を備え、前記マイクロチャンネルプレートは、種となる電子を生成する生成源を有する電子生成部、および前記電子生成部によって生成された前記種となる電子を受けて前記電子を増倍する電子増倍部を備えており、
さらに、
前記イオン化体積空間内の電子の数のフィードバックに基づいて、前記電子生成アレイからの電子ビーム電流を制御する調整手段と、
前記イオン化体積空間内の前記電子のエネルギーを制御するエネルギーフィルターと、
前記陽極構造体の内側に配置され、前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極と、
を備える電離真空計。
【請求項１８】
請求項１７において、前記筒状のワイヤグリッドが、少なくとも１つの支柱体に接続された複数の円状ワイヤとして構成されている電離真空計。
【請求項１９】
請求項１７において、前記電子を生成する生成源は前記陽極構造体の外側に配置され、前記収集電極は前記陽極構造体の内側に配置されている電離真空計。
【請求項２０】
請求項１９において、さらに、
前記陽極構造体の外側に配置された第２の収集電極、
を備える電離真空計。
【請求項２１】
請求項１７において、前記電子を生成する生成源は前記陽極構造体の内側に配置され、前記収集電極は前記陽極構造体の外側に配置されている電離真空計。
【請求項２２】
請求項１７において、前記収集電極によって収集される電流が、圧力信号を形成する電離真空計。
【請求項２３】
電子を生成して増倍する電子生成アレイ手段と、
電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極手段と、
前記イオン化体積空間内の電子の数のフィードバックに基づいて、前記電子生成アレイ手段からの電子ビーム電流を制御する調整手段と、
前記イオン化体積空間内の前記電子のエネルギーを制御するエネルギーフィルター手段と、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極手段と、
圧力測定のために、前記収集されたイオンから信号を形成する手段と、
を備える電離真空計。
【請求項２４】
気体の化学種から気体の圧力を測定する方法であって、
マイクロチャンネルプレートの電子生成部を含む電子生成アレイを用いて電子を生成する過程と、
前記マイクロチャンネルプレートの電子増倍部を用いて電子を増倍する過程と、
イオン化体積空間内の電子の数のフィードバックに基づいて、前記電子生成アレイからの電子ビーム電流を調整する過程と、
前記イオン化体積空間内の前記電子のエネルギーを選別する過程と、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを、収集電極を用いて収集する過程と、
前記収集されたイオンから圧力信号を形成する過程と、
を備える気体圧力測定方法。
【請求項２５】
請求項２４において、さらに、
プレート状の陽極とこれに平行なプレート状のイオン収集手段との間で電子を生成する過程と、
前記平行なプレート状のイオン収集手段で前記イオンを収集する過程と、
を備える気体圧力測定方法。
【請求項２６】
請求項２４において、さらに、
電子を、表面処理が施されたマイクロチャンネルプレートに通すことで当該電子を増倍する過程、
を備える気体圧力測定方法。
【請求項２７】
気体の化学種から気体の圧力を測定する方法であって、
電子の種を生成する装置を含む、電子を生成する生成源を用いて、電子を生成する過程と、
前記電子を増倍する過程と、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを、収集電極を用いて収集する過程と、
前記収集されたイオンから圧力信号を形成する過程と、
イオン化体積空間内の電子の数のフィードバックに基づいて、前記生成源からの電子ビーム電流を調整する過程と、
前記イオン化体積空間内の前記電子のエネルギーを選別する過程と、
を備え、
前記収集電極および前記生成源の一方を、電子が気体の化学種と衝突する前記イオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体の内側に配置し、前記収集電極および前記生成源の他方を、前記陽極構造体の外側に配置することを含む、気体圧力測定方法。
【請求項２８】
請求項２７において、前記電子を生成する生成源を、前記陽極構造体の外側に配置し、前記収集電極を、前記陽極構造体の内側に配置することを含む、気体圧力測定方法。
【請求項２９】
請求項２７において、前記電子を生成する生成源を、前記陽極構造体の内側に配置し、前記収集電極を、前記陽極構造体の外側に配置することを含む、気体圧力測定方法。
【請求項３０】
請求項２７において、さらに、
電子を、表面処理が施された少なくとも１つのマイクロチャンネルプレートに通すことで当該電子を増倍する過程、
を備える気体圧力測定方法。
【請求項３１】
請求項２７において、さらに、
少なくとも１つのダイノードを用いて電子を増倍する過程、
を備える気体圧力測定方法。
【請求項３２】
請求項２７において、さらに、
前記陽極構造体の外側に配置された第２の収集電極を用いて、イオンを前記陽極構造体の外側で収集する過程、
を備える気体圧力測定方法。
【請求項３３】
基板を用意する過程と、
真空引きされる装置内で前記基板に対して処理を行うために、前記真空引きされる装置を真空引きする過程と、
圧力を測定する過程と、
を備え、
前記圧力測定過程は、
電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体と、
電子の種を生成する装置、および前記電子の種を生成する装置からの電子を増倍する電子増倍装置を含み、前記陽極構造体の外側に配置された、電子を生成する生成源と、
前記イオン化体積空間内の電子の数のフィードバックに基づいて、前記生成源からの電子ビーム電流を制御する調整手段と、
前記イオン化体積空間内の前記電子のエネルギーを制御するエネルギーフィルターと、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する、前記陽極構造体の内側に配置された収集電極と、を用意し、
さらに、
前記真空引きされた装置内で前記基板に対して処理を行い、処理された基板を形成する過程、
を備える方法。
【請求項３４】
基板を用意する過程と、
真空引きされる装置内で前記基板に対して処理を行うために、前記真空引きされる装置を真空引きする過程と、
圧力を測定する過程と、
を備え、
前記圧力測定過程は、
種となる電子を生成する生成源を有する電子生成部、および前記電子生成部によって生成された前記種となる電子を受けて前記電子を増倍する電子増倍部を備えたマイクロチャンネルプレートを含む電子生成アレイと、
前記電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間と、
前記イオン化体積空間内の電子の数のフィードバックに基づいて、前記電子生成アレイからの電子ビーム電流を制御する調整手段と、
前記イオン化体積空間内の前記電子のエネルギーを制御するエネルギーフィルターと、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極と、を用意し、
さらに、
前記真空引きされた装置内で前記基板に対して処理を行い、処理された基板を形成する過程、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２００７年１２月１９日出願の米国仮特許出願第61/008,185号の利益を主張するものである。この米国仮特許出願の全教示内容は、参照によって本願に組み込んだものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、電離真空計、および気体圧力測定方法に関し、詳細には、電離真空計を用いて測定された気体の圧力に基づき、基板に対して処理を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ベアード−アルパート（ＢＡ）型電離真空計は、超低圧を測定する最も一般的な非磁場型の測定手段であり、１９５２年に発行された特許文献１に開示されて以来、世界中で普及している。
【０００４】
典型的な電離真空計は、電子生成源、陽極およびイオンを収集する収集電極を備えている。ＢＡ型真空計では、電子生成源は、陽極によって形成されるイオン化空間（陽極体積空間）の径方向外側に配置され、イオンを収集する収集電極は、陽極体積空間内に配置され、電子は電子生成源から陽極に向かって移動し、陽極内に入る。この移動の際に、電子は、圧力測定の対象である気体雰囲気を構成する気体分子および気体原子と衝突し、イオンを生成する。
【０００５】
このようにして生成されたイオンは、陽極内部の電界により、イオンを収集する収集電極に引き寄せられる。気体雰囲気内の気体の圧力は、式：Ｐ＝（１／Ｓ）（Ｉｉｏｎ／Ｉｅｌｅｃｔｒｏｎ）を用いてイオン電流および電子電流から算出される（式中、Ｓは１／Ｔｏｒｒ単位の係数であり、個々の真空計の構成、電気パラメータ、圧力範囲によって定まる）。当該技術分野における周知の問題として、熱陰極フィラメントは、測定対象の気体物質と反応を起こすことがある。
【０００６】
一方で、冷陰極電子エミッタを備えた電離真空計も知られており、例えば、Baptist等に発行された特許文献２（以降、「Baptist」と称する）が挙げられる。この特許文献２の全教示内容は、参照によって本願に組み込んだものとする。Baptistには、熱陰極フィラメントの代わりに冷陰極を備えた電離真空計が開示されている。Baptistの電離真空計は複数の陰極電極を備えており、これら複数の陰極電極は、先が尖った複数の微細な点電子生成源（スピント（Spindt）型エミッタ）にバイアス電圧を供給する。電子は、これら微細な点電子生成源から電界放出によって放出され、気体をイオン化する。これらのイオンを収集することで、ＢＡ型電離真空計と同様に、圧力を測定する。しかしながら、先の尖った微細な点電子生成源は、イオン化した気体物質が衝突することによって短期間で消耗してしまう。これにより、電子の放射率が低下し、微細な点電子生成源からの電子の放出がなくなる。このようにして、電離真空計は圧力測定が不可能となり、故障に至る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第２６０５４３１号明細書
【特許文献２】米国特許第５２７８５１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
典型的なＢＡ型電離真空計の動作寿命は、良い環境で動作させた場合、約１０年に達する。しかしながら、過度に高い圧力下で、または電子生成源の放出特性を低下させる種類の気体内で動作させた場合、この電離真空計および電子生成源（フィラメント）は数分または数時間で故障する。動作寿命を減少させる、このようなフィラメント相互作用の周知の例として、雰囲気内の気体との化学反応が挙げられる。例えば、このような化学反応により、フィラメントの酸化物コーティングの電子放出特性が低下することがある。酸化物コーティングが劣化すると、フィラメントによって生成される電子の数は急激に減少する。タングステンフィラメントの場合も、これらの条件下で放出特性が低下し、さらに、過度に高い圧力の水蒸気に曝された場合、完全に焼損する。信頼性の高い冷電子エミッタであれば、これらの既知の問題を回避することができる。したがって、当該技術分野では、劣化せず、ＢＡ型電離真空計の短所を持たず、かつ、チャンバ内の気体の化学種の化学組成を変化させることなく動作できる冷電子放出型の電離真空計が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
熱陰極フィラメントを用いなくてよい電離真空計を提供する。この電離真空計は、マイクロチャンネルプレートを含む電子生成アレイを備え、前記マイクロチャンネルプレートは、種となる電子を生成する生成源を有する電子生成部、および前記電子生成部によって生成された前記種となる電子を受けて前記電子を増倍する電子増倍部を備える。前記マイクロチャンネルプレートは、種となる電子の自然放出を引き起こすように処理が施されたものであってもよい。前記電離真空計は、前記電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間と、前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極とを備える。前記イオン化体積空間は、前記電子を内側に保持する陽極で形成されたものであってもよく、また、前記電子を生成する生成源は前記陽極の外側に配置されてもよい。前記収集電極は、前記陽極によって取り囲まれたものであってもよい。前記電離真空計は、前記陽極の外側で形成されたイオンを収集する第２の収集電極を備えていてもよい。前記イオン化体積空間は、プレート状の陽極とプレート状の収集電極との間の体積空間によって形成されたものであってもよく、また、前記生成源は、前記プレート状の陽極と前記プレート状の収集電極との間に配置されていてもよい。前記電離真空計は、収集電極によって収集された電流を測定することで圧力を測定する、冷電子生成源型の電離真空計であってもよい。前記電離真空計は、前記イオン化体積空間内の電子の数に基づいて前記電子生成アレイからの電子ビーム電流を制御する、調整手段を備えていてもよく、また、陽極に接続され、前記電子ビーム電流の制御に利用される電流計を備えていてもよい。最初の電子（初期電子）は、電界によるチャンネル内の自然放出過程、電界放出アレイ、光電陰極またはカーボンナノチューブにより、電子増倍管に供給されてもよい。電子増倍管は、入力面と出力面との間の高い電圧差によって電子放出電流値を制御する、マイクロチャンネルプレートを用いるものであってもよい。前記マイクロチャンネルプレートは、種となる電子が照射線によって生成されるように、当該マイクロチャンネルプレートの電子増倍部の入力面に電子放出材料を有するものであってもよい。前記電子増倍管は、マイクロスフェアプレート、シングルチャンネル型の電子増倍管、ディスクリートダイノード型の電子増倍管、またはマルチプルダイノード（複数のダイノードで構成される）型の電子増倍管であってもよい。また、種となる電子を生成する生成源と電子を増倍する電子増倍源とが単一の装置に一体化された電子生成源も利用可能である。
【００１０】
他の実施形態において、電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体と、電子の種を生成する装置、および前記電子の種を生成する装置からの電子を増倍する電子増倍装置を含む、電子を生成する生成源とを備えた電離真空計を提供する。前記電子増倍装置は、マイクロチャンネルプレートを有するものであってもよい。前記電離真空計は、さらに、前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極を備える。前記収集電極および前記生成源の一方は前記陽極構造体の内側に配置されてもよく、また、前記収集電極および前記生成源の他方は前記陽極構造体の外側に配置されてもよい。前記収集電極によって収集される電流は、圧力信号を形成し得る。前記筒状のワイヤグリッドは、少なくとも１つの支柱体に接続された複数の円状ワイヤとして構成されてもよい。前記電子を生成する生成源は前記陽極構造体の外側に配置されてもよく、また、前記収集電極は前記陽極構造体の内側に配置されてもよい。前記電離真空計は、前記陽極構造体の外側に配置された第２の収集電極を備えていてもよい。変形例として、前記電子を生成する生成源を前記陽極構造体の内側に配置してもよく、また、前記収集電極を前記陽極構造体の外側に配置してもよい。他の実施形態において、前記イオン化体積空間は、プレート状の陽極とプレート状の収集電極との間の体積空間によって形成されたものであってもよく、また、前記生成源は、前記プレート状の陽極と前記プレート状の収集電極との間に配置されていてもよい。
【００１１】
さらなる他の実施形態において、電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体と、マイクロチャンネルプレートを含む電子生成アレイとを備え、前記マイクロチャンネルプレートが、種となる電子を生成する生成源を有する電子生成部、および前記電子生成部によって生成された前記種となる電子を受けて前記電子を増倍する電子増倍部を備えた電離真空計を提供する。前記電離真空計は、さらに、前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する、前記陽極構造体の内側に配置された収集電極を備える。前記収集電極によって収集される電流は、圧力信号を形成し得る。前記筒状のワイヤグリッドは、少なくとも１つの支柱体に接続された複数の円状ワイヤとして構成されてもよい。前記電子を生成する生成源は前記陽極構造体の外側に配置されてもよく、また、前記収集電極は前記陽極構造体の内側に配置されてもよい。前記電離真空計は、前記陽極構造体の外側に配置された第２の収集電極を備えていてもよい。変形例として、前記電子を生成する生成源を前記陽極構造体の内側に配置してもよく、また、前記収集電極を前記陽極構造体の外側に配置してもよい。
【００１２】
さらなる他の実施形態において、電子を生成して増倍する電子生成アレイ手段と、電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極手段と、前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極手段と、圧力測定のために、前記収集されたイオンから信号を形成する手段とを備えた電離真空計を提供する。
【００１３】
さらに、気体の化学種から気体の圧力を測定する方法を提供する。この気体圧力測定方法は、マイクロチャンネルプレートの電子生成部を含む電子生成アレイを用いて電子を生成する過程と、前記マイクロチャンネルプレートの電子増倍部を用いて電子を増倍する過程とを備える。前記気体圧力測定方法は、前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する過程と、前記収集されたイオンから圧力信号を形成する過程とを備える。前記気体圧力測定方法は、電子を、表面処理が施されたマイクロチャンネルプレートに通すことで増倍する過程を備えていてもよい。前記気体圧力測定方法は、さらに、プレート状の陽極とこれに平行なプレート状のイオン収集手段との間で電子を生成する過程と、前記平行な形状のイオン収集手段で前記イオンを収集する過程とを備えていてもよい。
【００１４】
気体の化学種から気体の圧力を測定する他の方法は、電子の種を生成する装置を含む、電子を生成する生成源を用いて、電子を生成する過程と、前記電子を増倍する過程と、前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを、収集電極を用いて収集する過程と、前記収集されたイオンから圧力信号を形成する過程とを備えている。前記収集電極および前記生成源の一方を、電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体の内側に配置することを含んでいてもよく、また、前記収集電極および前記生成源の他方を、前記陽極構造体の外側に配置することを含んでいてもよい。一実施形態において、前記電子を生成する生成源を、前記陽極構造体の外側に配置することを含んでいてもよく、また、前記収集電極を、前記陽極構造体の内側に配置することを含んでいてもよい。前記気体圧力測定方法は、前記陽極構造体の外側に配置された第２の収集電極を用いてイオンを前記陽極構造体の外側で収集する過程を備えていてもよい。変形例として、前記電子を生成する生成源を、前記陽極構造体の内側に配置することを含んでいてもよく、また、前記収集電極を、前記陽極構造体の外側に配置することを含んでいてもよい。電子を増倍する過程は、電子を、表面処理が施された少なくとも１つのマイクロチャンネルプレートに通すことを含んでいてもよい。あるいは、電子を増倍する過程は、少なくとも１つのダイノードを用いることを含んでいてもよい。
【００１５】
本発明のさらなる他の構成では、基板を用意する過程と、真空引きされる装置内で前記基板に対して処理を行うために、前記真空引きされる装置を真空引きする過程と、圧力を測定する過程と、前記真空引きされた装置内で前記基板に対して処理を行い、処理された基板を形成する過程とを備えた方法を提供する。前記圧力測定方法は、電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体と、電子の種を生成する装置、および前記電子の種を生成する装置からの電子を増倍する電子増倍装置を含み、前記陽極構造体の外側に配置された、電子を生成する生成源と、前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する、前記陽極構造体の内側に配置された収集電極とを用意することを含む。
【００１６】
本発明のさらなる他の構成では、基板を用意する過程と、真空引きされる装置内で前記基板に対して処理を行うために、前記真空引きされる装置を真空引きする過程と、圧力を測定する過程と、前記真空引きされた装置内で前記基板に対して処理を行い、処理された基板を形成する過程とを備えた方法を提供する。前記圧力測定方法は、種となる電子を生成する生成源を有する電子生成部、および前記電子生成部によって生成された前記種となる電子を受けて前記電子を増倍する電子増倍部を備えたマイクロチャンネルプレートを含む電子生成アレイを用意することを含む。前記圧力測定方法は、さらに、前記電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間と、前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極とを用意することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本発明の電離真空計の概要を示す概略図である。
【図１Ｂ】表面処理が施された、複数のポアを有する図１Ａのマイクロチャンネルプレートを示す斜視図である。
【図２】表面処理が施された図１Ａのマイクロチャンネルプレートにおける、受け取った電子を増倍する材料を備えたポアの拡大図である。
【図３】電子を生成し増倍する構成要素の、本発明の他の実施形態であるシングルチャネル形態を示す概略図である。
【図４】電子を生成し増倍する構成要素の、陰極および複数のダイノードを備えたさらなる他の実施形態を示す概略図である。
【図５】三極型の電離真空計としての実施形態を示す図である。
【図６】イオンを収集する収集電極を複数備えた実施形態を示す図である。
【図７】イオンを収集する収集電極を複数備えた実施形態を示す図である。
【図８】冷電子エミッタと熱陰極フィラメントとの両方を備えた電離真空計の一実施形態を示す図である。
【図９】陽極が平坦なプレート状であり、イオン収集手段がこの陽極に対して平行かつ平坦なプレート状であり、さらに、これら２枚のプレートの間に電子生成源が配置されているシャルツ−フェルプス（Schultz-Phelps）形態の、電子増倍管を備えた電離真空計の他の実施形態を示す図である。
【図１０】プロセスモジュール内に配置された電離真空計および分析装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の前述のおよびその他の目的、特徴および利点は、添付の図面に示された本発明の好ましい実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになる。図面における同一の符号は、異なる図においても、同一の部分（構成要素）を指している。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ、本発明の原理を示すことに重点を置いている。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態についての説明を以下に示す。
【００２０】
図１Ａに示すように、本発明にかかる電離真空計１００は、一般的に、電子生成アレイ１０５、イオンを収集する収集電極１１０および陽極１１５を備える。図１Ａには、電離真空計１００が陽極１１５および収集電極１１０と共に示されているが、以下で説明する本発明の全ての実施形態において、陽極１１５および収集電極１１０は必須の構成要素ではなく、異なる様々な電離真空計の構成が可能である。一実施形態において、電離真空計１００は、ベアード−アルパート型でない真空計または冷電子放出型の電離真空計であり、熱陰極フィラメントを電子生成源に備えておらず、冷電子放出型の真空計の構成として形成されている。電離真空計１００は、電子生成アレイとして、種となる電子（シード電子）を生成する生成源および種となる電子を増倍する増倍源（まとめて符号１０５で示す）を備えている。
【００２１】
電離真空計１００は、上記種となる電子の生成源として、複数の冷電子エミッタ１０５を備えるものであってもよい。一般的に、複数のエミッタ１０５は、図１Ａに示された電子生成アレイ１０５と同様に陽極１１５の近傍に配置されるが、図示の筒状の陽極１１５の周りの他の角度位置にも配置される。電子生成源１０５は、図１Ａに示された筒状の陽極１１５の端部の近傍に配置されてもよい。さらに、冷電子エミッタ１０５の動作に悪影響を及ぼし得る予想外の環境条件にも対応できるように、当該冷電子エミッタ１０５のバックアップ（予備）として、従来の熱陰極１０５’（図８）を、複数の冷陰極エミッタ１０５の場合について上述した配置形態と同様の配置形態で、真空計アセンブリ１００内でさらに別個に配置してもよい。これにより、現時点では対象とされない未知の気体環境についても、将来的に備えることができる。また、これにより、収集電極１１０によって収集される、圧力信号を形成するためのイオン電流が極めて小さくなる極低圧条件下の場合であっても、さらなる電子放出を必要に応じて行うことができる。
【００２２】
図１Ａには、本発明を具現化した特定の「露出型」の電離真空計１００が示されている。同図には「露出型」の電離真空計１００が示されているが、本発明の原理に基づいて「非露出型」の電離真空計１００も利用できることを理解されたい。電離真空計１００は、管（図示せず）の中に収容されたものであってもよく、この場合、管の一端部は、気体の化学種がシールド１２５を介して測定チャンバ１２０内に進入できるように開いている。気体の化学種には、気体分子、気体原子などが含まれる。シールド１２５および管は、遮蔽空間を形成するものであってもよく、この場合、遮蔽空間は、用途に応じて種々の寸法に設定されてよい。なお、平均自由工程が極めて短くなる高圧下の測定では、電離真空計１００に、第２のイオン収集手段として、例えば、第２の収集電極（図示せず）を任意で追加してもよい。また、他の実施形態では、収集電極１１０を陽極１１５の外側に配置し、かつ、電子生成源１０５を陽極１１５の内側に配置するようにしてもよい。
【００２３】
動作時には、気体分子および気体原子が、部分的に開いたシールド１２５を介して測定チャンバ１２０に進入する。一般的に、冷電子エミッタ１０５は、接地に対して約＋３０ボルトの電位で動作し、陽極１１５は接地に対して約＋１８０ボルトの電位で動作し、収集手段としての収集電極１１０は、ほぼ接地電位で動作する。シールド１２５は、外部の電位が測定チャンバ１２０内の電荷分布を乱すことを防ぐ。シールド１２５は基準電位に維持されていてもよい。一実施形態において、前記基準電位は接地電位である。
【００２４】
電子生成アレイまたは電子生成源１０５もチャンバ１２０内に配置されており、電子ビーム（符号１３０で概略的に示す）を放出する。しかしながら、電子の種を生成する生成源１０５は、陽極１１５が配置されているチャンバとは異なる別のチャンバに配置されてもよく、これらを同一のチャンバ１２０に配置した図示の形態は単なる例示に過ぎない。つまり、電離真空計１００はこの特定の構成に限定されるものではない。電子生成源１０５から放出された電子１３０は、測定チャンバ１２０内の気体分子のイオン化に利用される。
【００２５】
電子生成アレイ１０５は、種となる電子を生成する生成源だけでなく、前記種となる電子を増倍する増倍装置も備える。好ましくは、電子生成アレイ１０５は、電子増倍源、例えば、Ｂｕｒｌｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ（登録商標）社のＥＧＡ（登録商標）電子生成アレイや、その他の任意の電子増倍源、例えば、Lapradeに付与された米国特許第６２３９５４９号明細書に記載された電子増倍源を備えている。米国特許第６２３９５４９号の全教示内容は、参照によって本願に組み込んだものとする。電子生成アレイは、マイクロチャンネルプレートを含むものであってもよく、前記マイクロチャンネルプレートは、種となる電子を生成する生成源を有する電子生成部、および前記電子生成部によって生成された前記種となる電子を受けて前記電子を増倍する電子増倍部を備える。他の電子増倍源１０５、例えば、“Photomultiplier Tubes Basics and Applications”Third Edition, Hamamatsu Photonics (c) K.K., 2006に記載された電子倍増源も考えられる。この文献の全教示内容は、参照によって本願に組み込んだものとする。好ましくは、電子生成アレイ１０５は、種となる電子または電流を生成する生成源を備えていても、粒子線または照射線を受けることで励起可能な、電子の自然放出を引き起こす生成源を備えていてもよい。電子生成源１０５は、粒子線または照射線を受けることにより、二次電子を放出する。その後、二次電子はカスケード増幅される。これら二次電子は気体の化学種をイオン化し、このようにして生じたイオンが、圧力測定のために収集される。あるいは、電子生成アレイ１０５は、電子増倍管、例えば、Downing等に付与された米国特許第６８２８７１４号明細書に記載されたマイクロスフェアプレートまたはマイクロチャンネルプレートを含むものであってもよい。米国特許第６８２８７１４号の全教示内容は、参照によって本願に組み込んだものとする。マイクロスフェアプレートは、半導体の電子放出面を有する微細なガラス球体で構成されるガラスプレートを有する。これらの球体は、例えば圧縮および焼結により、充填されて互いに結合されたものである。粒子線の入射粒子、例えば、電子、イオン、光子などが球体の表面に衝突すると二次電子が形成され、当該二次電子が球体間の隙間を通って加速し、他の球体の表面に衝突することにより、電子のカスケードが形成する。マイクロチャンネルプレートはシェブロン（chevron）（直列）形態に積み重ねられたものであってもよく、これにより、イオンのフィードバックを防ぎながらゲインを向上させることができる。また、マイクロチャンネルプレートは、平行（並設）形態に積み重ねられたものであってもよく、これにより、追加の電子放出、エミッタの冗長性、陽極を中心とした放出束（emission flux）の対称性の向上を図ることができる。また、電子生成アレイ１０５は、複数の相互接続した繊維を有する増倍管、例えば、Downing等に付与された米国特許第７１８３７０１号明細書に記載された増倍管を含むものであってもよい。米国特許第７１８３７０１号の全教示内容は、参照によって本願に組み込んだものとする。なお、電子生成源１０５は、種となる電子を生成する装置と、この種となる電子を増倍する装置との２つの装置を含むものであってもよ��し、種となる電子を生成し当該電子をカスケード増倍する単一の装置１０５を含むものであってもよい。様々な構成が本発明の範囲内で可能であり、本発明は特定の構成に限定されない。
【００２６】
図１Ａの側面図に示すように、電子生成源１０５は、複数のポア（細孔）２００を有する、表面処理が施されたマイクロチャンネルプレートを含む。電子生成源１０５は、冷陰極型の電離真空計１００の電子生成源として、電子の自然放出を引き起こす面を有している。マイクロチャンネルプレート１３５は、入力面１４０および出力面１４５を有しており、一連の互いに融着されたチューブ（細管）、好ましくはガラスチューブを含んでいる。これら融着チューブは、複数のポア（細孔）２００（図２）を堅牢な構造体に形成している。図１Ｂに示すように、プレート１３５は、全体的に略ディスク形状をしており、かつ、複数のチューブまたはポア２００を形成している。電圧源１６０ａが、プレート１３５の両端に接続されており、このプレート１３５により、電子がカスケード増倍される。出力面１４５を出る電子ビーム電流は、電圧源１６０ａを調節する電子電流調整手段１６０ｃによって調節される。電子ビーム電流は、電流計１８７によって測定される。電流計１８７から、測定された電流情報は電子電流調整手段１６０ｃに伝達され、電子電流調整手段１６０ｃが電子ビーム電流を制御する。電流計１８７は、グリッド１１５に到達する電子によって当該グリッド１１５で生成された電子電流を測定するように陽極１１５に接続されている。測定される電流は、源１０５からイオン化体積空間に供給される電子の数を表している。電流計１８７によって測定された電流情報は、この電流情報を源１０５のフィードバック制御に用いる、真空計１００の構成品に供給される。
【００２７】
他の初期電子生成源（initial electron source）をプレート１３５の内側に設けた場合、種となる電子が、図２に示すポア２００へと放出される。この電子は、ポアの側面に接触して増倍される。
【００２８】
図１Ａに示すように、電子生成源１０５は、さらに、電子を経路１３０のなかで選択して陽極１１５へと案内するエネルギーフィルター１６０ｂを含む。源１０５は、さらに、陽極１１５に接続された陽極バイアス／エネルギー調整手段１６０ｄを含む。エネルギーフィルター１６０ｂは、電子１３０を選別（filter）する。様々な初期電子生成源の構成が本発明の範囲内で可能であり、本発明は特定の初期電子生成源の構成に限定されない。
【００２９】
入力面１４０と出力面１４５との間に電圧が印加されると、符号１３０で示した電子ビームが、経路に沿って広域かつ瞬時に放出される。電子１３０は、測定チャンバ１２０および陽極１１５に向かって案内される。好ましくは、電子ビーム１３０は、複数回の経路を経て、チャンバ１２０内の気体の化学種をイオン化する。他の実施形態において、電子生成源１０５は、表面処理が施されたマイクロチャンネルプレート１３５の代わりに、金属酸化物製の微小ギャップ（gap）装置を含むものであってもよい。
【００３０】
他の電子増倍手段を本発明に用いてもよく、電子生成源１０５に用いられる電子増倍手段は、特定の電子増倍手段に限定されない。電子生成源１０５を形成する電子生成アレイ構成要素は、シングルチャンネル型の電子増倍管であってもよいし（図３）、本明細書に開示されている他の様々な電子増倍構成を有していてもよい。一実施形態において、電子を生成し増倍する電子生成源１０５は、表面処理が施されたマイクロチャンネルプレート１３５を含んでおり、このマイクロチャンネルプレートは、Lapradeに付与された米国特許第６２３９５４９号明細書に記載されているように、当該マイクロチャンネルプレートの形成後、水素還元処理の前に、酸浸出処理される。電子の自然放出を引き起こす効果は、任意の酸浸出処理、例えば、１体積％（ｖｏｌ％）の塩酸溶液、酢酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液などに、約２０℃超の温度で約１分間超浸出処理することで得られる。
【００３１】
図２は、電子を生成する電子増倍源１０５を備える冷電子生成源型の電離真空計１００の、他の実施形態を示す拡大図である。図２には、電子増倍管１０５における、処理が施されたプレート１３５のポア２００が拡大図で示されている。図１Ａのプレート１３５は、気体（物質）をイオン化するための電子を放出する寸法約５マイクロメータ（μｍ）の複数のポア２００を有している。
【００３２】
好ましくは、マイクロチャンネルプレート１３５は、最初の種となる電子を生成する光電陰極を備えている。一実施形態において、ポア２００の入口の光電陰極に光が当たると、電子がポア２００内に射出され、ポア２００の出口から電子ビーム１３０が放出される。
【００３３】
この実施形態において、図１Ａのマイクロチャンネルプレート１３５のポア２００（図２）は、第１の表面２１０上にコーティング２０５を有している。好ましくは、電子放出用のコーティング２０５は、表面の仕事関数を低下させるアルカリ含有化合物である。他のコーティング２０５、例えば、Ａｇ−Ｏ−Ｃｓ（Ｓ−１とも称される）、アンチモン−セシウム、バイアルカリ、高温バイアルカリまたは低ノイズバイアルカリ、ヒ化ガリウム（ＩＩＩ）、マルチアルカリ、ヒ化インジウムガリウム、テルル化セシウム、セシウム−ヨウ素なども使用可能である。本発明にかかる真空計は特定のコーティング２０５に限定されず、コーティング２０５を使用せずに電子を増倍するものであってもよい。
【００３４】
図３に示すように、電子生成アレイ１０５の構成要素として、図１Ａに示した構成要素と異なる他の構成要素も使用可能である。電子を生成し増倍するための他の構成要素には、シングルチャンネル型の電子増倍管、ディスクリートダイノード型の電子増倍管、および当該技術分野で知られている他の電子増倍管が含まれる。また、Ｂｕｒｌｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ（登録商標）社の「Ｃｈｅｖｒｏｎ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ」（登録商標）、またはLapradeに付与された米国特許第６２３９５４９号明細書に記載された、Ｂｕｒｌｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ（登録商標）社の「Ｚ−Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ」（登録商標）で配列された複数のマイクロチャンネルプレート１３５を、電子生成源１０５に使用してもよい。
【００３５】
図３に、図１Ａに示した電子生成アレイ１０５の構成要素の他の実施形態を示す。図３には、当該技術分野で知られている任意の電子生成源、例えば、電流源、陰極、光電陰極などの電子生成源３０５が示されている。電子生成源３０５は、シングルチャンネル型の電子増倍管３１０に接続されてもよい。他の電子生成源３０５には、例えば、電界放出源、電界放出アレイ、高エネルギー電磁放射源（energetic electromagnetic source）、カーボンチューブ、Ａｌ：ＺｎＯウィスカー、カーボンベルベット（カーボン繊維状）コーティングのエミッタなどが含まれる。例えば、電子３１５は、電子生成源（または陰極３０５）から放出され、管３１０内の箇所へと案内される。電子３１５は電子増倍管３１０の壁３２０に衝突する。この衝突接触により、より多くの電子３２５が放出され、カスケード現象を生じる。すなわち、単一の電子３１５により、シングルチャンネル型の電子増倍管３１０の遠位端（電子生成源から遠い方の端部）３３５において複数の電子３３０が生成される。これら複数の電子３３０は図１Ａの測定チャンバ１２０へと放出され、気体物質と衝突する。その後、イオンが収集電極１１０によって収集される。
【００３６】
図４に、図１Ａに示した電子生成アレイ１０５の構成要素のさらなる他の実施形態を示す。この場合の電子生成アレイ１０５の、電子を生成する構成要素は、初期電子生成源３０５、および少なくとも１つのダイノード４０５ａを備えた電子増倍源を有する。電子生成源３０５は、電界放出源、陰極、光電陰極、または図３に関連して上述した電子生成源とは異なる電子生成源であってもよい。この実施形態において、電子生成アレイ１０５は、図１Ａに示した複数のポア２００の代わりに、複数の別個のダイノード４０５ａ，４０５ｂ，４０５ｃを含む。
【００３７】
ダイノード４０５ａは、一連の電極の１つであり、これら一連の電極は、光電子増倍管（図示せず）内に設けられたものでもよい。各ダイノード４０５ｃ、４０５ｂ、４０５ａは、上流（電子生成源に近い側）に設けられたダイノードよりも確実に電荷が多い。各ダイノード４０５ｂ，４０５ｃの表面で二次電子が生じることにより、電子のカスケード放出が引き起こされる。このような構成により、初期電子生成源３０５、例えば、電流源、光電陰極、陰極などが放出する供給電流を、約１００万倍に増幅することができる。つまり、初期陰極３０５または電子生成源から放出された電子４１５は、陰極３０５の電圧に対して＋９０〜１００ボルトに維持された第１のダイノード４０５ａに向かって加速する。このようにして加速された、種となる各光電子は、第１のダイノード４０５ａに衝突し、より多くの電子を生成する。次に、これらの電子が、第１のダイノード４０５ａよりも＋９０〜１００ボルトに保持された第２のダイノード４０５ｂに向かって加速または案内される。その後、このようにして加速された各電子は、第２のダイノード４０５ｂに衝突し、より多くの電子を生成する。これらの電子は、第２のダイノード４０５ｂよりも＋９０〜１００ボルトに保持された第３のダイノード４０５ｃに向かって加速または案内される。
【００３８】
勿論、上記の過程は、４個以上のダイノードを用いて繰り返してもよく、また、ダイノード４０５ａ〜４０５ｃの特定の個数に限定されない。上記の過程は、ダイノード４０５ａ，４０５ｂ，４０５ｃのそれぞれにおいて繰り返され、生成される電子４１５’’の個数は、入射電子１個につき、多数、例えば、約１×１０５〜１×１０７個にまで達し得る。これは、図１Ａの電離真空計１００において所望の気体をイオン化して圧力を測定するのに適切な量の電子４１５’’である。上記の個数は例示に過ぎず、本発明にかかる真空計は、そのような個数に限定されない。
【００３９】
図示のように、陰極３０５または電子電流源から放出された種となる単一の電子４１５により、複数の電子４１５’，４１５’’が生成される。様々な個数のダイノードを使用してもよく、本発明にかかる電離真空計１００は、ダイノード４０５ａ，４０５ｂ，４０５ｃの特定の個数に限定されない、また、ダイノードの個数は、何個であっても本発明の範囲内であり、気体物質に応じて変更してもよい。
【００４０】
再び図１Ａを参照する。電子１３０は、測定チャンバ１２０内に送られてから十分なイオン化を引き起こすことができるように、そのエネルギーが所望のレベルに制御される必要がある。イオン化は、定格設計エネルギーよりも上のエネルギー幅、および定格設計エネルギーよりも下のエネルギー幅のいずれにおいても生じる。Saul Dushmanが著者の “Scientific Foundations of Vacuum Technique” 1962の、電離真空計について述べたSection 5.7を参照されたい。この文献の全教示内容は、参照によって本願に組み込んだものとする。一般的に、イオン形成は、窒素の場合、１５０電子ボルト（ｅＶ）付近の電子エネルギーで生じる。様々なイオン形成の構成が本発明の範囲内で可能である。
【００４１】
陽極構造体１１５は、イオン化体積空間１８０（図１Ａ）を形成する筒状のワイヤグリッドを含んでおり、イオン化体積空間１８０は、例えば、接地に対して＋１８０ボルトに帯電されている。陽極構造体のグリッド１１５は、少なくとも１つの支柱体に接続された網目状のワイヤ（wire mesh）または複数の円状ワイヤ（wire circle）で構成されてもよい。陽極構造体のグリッド１１５は、電子１３０が進入できるような構造をしている。ほとんどの電子１３０は、陽極のグリッド１１５に衝突しないと考えられる。代わりに、電子１３０は陽極のグリッド１１５を通り、陽極のイオン化体積空間１８０内に留まるように制御される。このイオン化体積空間１８０内で、電子衝撃イオン化によって電子１３０がイオンを生成する。
【００４２】
電子衝撃イオン化によって生成されたイオンは、陽極のグリッド１１５内に留まる傾向にある。陽極のグリッド１１５の体積空間１８０内で形成されたイオンは、（ａ）接地に対して正の電位を有する陽極のグリッド１１５と（ｂ）接地電位に近い電位（すなわち、陽極のグリッド１１５の電位よりも負の電位）を有する収集電極１１０との間の電位差で生じる電界によって案内される。この電界により、イオンは収集電極１１０へと案内され、収集電極１１０によって収集されたイオンはイオン電流を形成し、このイオン電流が増幅器１８５（図１Ａ）によって増幅され、これを用いて気体の圧力が測定される。
【００４３】
他の好ましい実施形態において、種となる電子を生成し増倍する電子生成源１０５は、陽極１１５の内側に配置され、かつ、収集電極１１０は陽極１１５の外側に配置される（測面図である図５の電子生成源１０５を参照されたい）。図５に示すさらなる実施形態では、電離真空計１００は、電子生成アレイ１０５が陽極１１５の内側に配置され、かつ、収集電極１１０が陽極１１５の外側に配置された三極管型の真空計として構成される。様々な電離真空計の構成が可能であり、本発明は特定の構成に限定されない。ある実施形態では、電極１１０を、陽極１１５の内側または外側に配置された電子生成源１０５の近傍で形成されるイオンを収集するものとし、かつ、第２のイオン収集手段１１０ｂ（図６）を、高い圧力を測定するように電極１１０とは異なる場所に配置してもよい。
【００４４】
本発明の他の実施形態において、真空計１００は、陽極１１５の内側に配置された第１のイオン収集手段１１０ａと陽極１１５の外側に配置された第２のイオン収集手段１１０ｂとの２つの収集手段を備えるように構成されている。この実施形態において、種となる電子を生成し増倍する源１０５は、図６の側面図に示すように、陽極１１５の外側に配置されてもよい。図６に示すように、第２のイオン収集手段１１０ｂは、陽極１１５の外側で形成された高い圧力のイオンを収集するように構成される。
【００４５】
ここで、電離真空計１００は、電極１１０ａに加えて、イオンを収集する第２の収集電極１１０ｂを備えている。イオンを収集する第２の収集電極１１０ｂは、陽極１１５の外側に配置され、イオン収集を支援する。電子衝撃イオン化によって生成されたイオンは、陽極１１５内に留まる傾向にある。収集手段によって収集された収集電流は、増幅器１８５によって増幅され、電位計に供給される。電位計は、収集電流の強度を圧力単位に変換して表示する。また、他の実施形態として、図７に示すように、収集電極１１０ａ，１１０ｂの両方を陽極１１５の内側に配置してもよい。なお、イオン収集電極１１０ａ，１１０ｂの両方からの圧力信号（電流）が加算され、圧力が測定定量される。
【００４６】
一実施形態では、圧力を測定するに当って、収集電極１１０ａ，１１０ｂのうちのどちらの収集電極からの信号を使用するかを選択するコントローラ（図示せず）が用いられる。例えば、比較的低い圧力の場合、圧力信号（電流）は、陽極１１５ａの内側に配置された収集電極１１０ａから主に測定され、比較的高い圧力の場合、電流は外側の収集電極１１０ｂから主に測定される。
【００４７】
図９の側面図に示す他の実施形態において、真空計１００は、平坦なプレートとして配置された、プレート状の陽極１１５、この陽極１１５に対して平行かつ平坦なプレート状のイオン収集手段１１０、およびこれら２枚のプレート１１０，１１５の間に配置された電子生成源１０５を備えたシャルツ−フェルプス形態の真空計として構成される。
【００４８】
電子を生成し増倍する源１０５を使用することにより、従来のＢＡ型電離真空計のようにウォームアップを必要とする（例えば、ＢＡ型電離真空計において、種となる電子を生成する生成源に熱陰極フィラメントを使用した場合など）ことなく、短い作動時間を実現することができる。他の利点として、例えば、直流（ＤＣ）および交流（ＡＣ）による外部および内部の磁場および電界を利用できるように真空計１００を構成することで、電子軌道の長さを改良したり、電子増倍源１０５のゲインを変化させたり、あるいは、電子１３０のビームを陽極のグリッド１１５に案内させたりすることができる。本発明にかかる電離真空計１００は、電流を増幅するのに増幅器（図１Ａ）を使用してもよく、また、電子１０５を生成し増倍する源１０５を、陽極１１５に面するように構成してもよいし、陽極１１５から向きがそれるように構成してもよい。この構成（陽極１１５から向きがそれる構成）により、真空引き過程の際の見通し線方向を介した汚染の可能性を減らしたり、電子１３０のエネルギー帯域幅を狭めたりすることができる。電離真空計１００は、電子１３０のビームを集束するように取り付けてもよい。様々な取付形態が本発明の範囲内で可能である。
【００４９】
図１０に示すように、好ましくは、電離真空計１００は、処理工程を行うためのクラスター装置１１００または複数のチャンバで構成される他の装置と共に使用される。一実施形態において、クラスター装置１１００は、搬送チャンバ１１１０にバルブ１１１０ａを介して接続されたロードロックチャンバ１１０５を備えている。ロードロックチャンバ１１０５は、バルブ１１１０ｂにより、大気条件から密封されている。単一のチャンバで構成されたクラスター装置１１００および複数のチャンバで構成されたクラスター装置１１００の両方が可能であり、電離真空計１００は、単一のチャンバで構成された装置形態および複数のチャンバで構成された装置形態のいずれにおいても使用できる。電離真空計１００は真空チャンバでの使用に限定されず、当該技術分野で知られているあらゆる製造チャンバにおいて使用することができる。
【００５０】
クラスター装置１１００は、さらに、プロセスモジュール１１１５を備えるものであってもよい。プロセスモジュール１１１５は、搬送チャンバ１１１０にバルブ１１１０ｃを介して接続される。装置１１００は、複数のプロセスモジュール１１１５および複数のロードロックチャンバ１１０５を備えていてもよく、図示の構成に限定されない。ロードロックチャンバ１１０５は、粗引きポンプＲＰ１を有していてもよく、粗引きポンプＲＰ１はバルブＶ１を介してロードロックチャンバ１１０５に接続される。ロードロックチャンバ１１０５、搬送チャンバ１１１０およびプロセスモジュール１１１５は、それぞれ、少なくとも１つの真空ポンプＶｐ１，Ｖｐ２，Ｖｐ３を有していてもよい。真空ポンプは、極低温真空ポンプ、またはその他のポンプ、例えば、ターボポンプ、水蒸気ポンプ（water vapor pump）であってもよい。様々なポンプ形態が本発明の範囲内で可能である。
【００５１】
好ましくは、基板であるウェハ（図示せず）をロードロックチャンバ１１０５に装入し、粗引きポンプＲＰ１および真空ポンプＶｐ１を用いて真空引きを行い、真空条件に設定する。このウェハは、ウェハ操作用ロボット（図示せず）を用いて、バルブ１１１０ａを介して搬送チャンバ１１１０に移動させ、その後、バルブ１１１０ｃを介してプロセスモジュール１１１５内に配置し、様々な積層工程（deposition operation）を行えるようにしてもよい。一実施形態において、電離真空計１００は、クラスター装置１１００のチャンバ１１０５，チャンバ１１１０およびチャンバ１１１５のうちのいずれか一つの内部に配置される。例示として、図１０において、電離真空計１００はプロセスモジュール１１１５の内部に配置されているが、電離真空計１００は特定のチャンバまたは場所に限定されず、チャンバまたは装置１１００の外部に配置されてもよい。
【００５２】
好ましくは、電離真空計１００は、基準圧（高真空）とそれよりも高い処理用圧力（大半はミリトール（ｍＴｏｒｒ）範囲）の両方の圧力を測定することができる。しかしながら、電離真空計１００はこれに限定されず、様々な処理パラメータが本発明の範囲内で測定可能とされる。電離真空計１００は、フラットパネルディスプレイの製造、磁気媒体工程、太陽電池、光学コーティング工程、半導体製造工程、およびその他の製造処理工程での圧力測定に使用することができる。このような処理には、物理気相成長法、プラズマ気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層体積法（ＡＬＤ）、プラズマエッチ工程、注入工程、酸化／拡散、窒化物形成、真空リソグラフィ、ドライ剥離工程、エピタキシ工程（ＥＰＩ）、急速熱処理（ＲＴＰ）工程、極紫外線リソグラフィ工程などが含まれる。好ましくは、電離真空計１００は、１種以上の分析装置、例えば、顕微鏡や質量分析計などと共に使用可能である。質量分析計には、ガスクロマトグラフ装置（ＧＣ）、液体クロマトグラフ装置（ＬＣ）、イオントラップ装置、磁気セクター型分析計装置、二重集束型装置、飛行時間型装置（ＴＯＦ）、回転磁場型装置、イオン移動度型装置、線形四重極型装置などが含まれる。
【００５３】
電離真空計１００およびクラスター装置１１００と共に使用可能な（またはクラスター装置１１００なしでも使用可能な）表面分析装置１１０５ｂには、走査型電子顕微鏡、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＯＳ／ＸＰＳ）、走査型オージェ電子顕微鏡装置（Ａｕｇｅｒ／ＳＡＭ）、グロー放電質量分析装置（ＧＤＭＳ）、電子分光装置（ＥＳＣＡ）、原子間力顕微鏡／走査型プローブ顕微鏡装置（ＡＦＭ／ＳＰＭ）、フーリエ変換赤外分光装置（ＦＴＩＲ）、波長分散型Ｘ線分光装置（ＷＤＳ）、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰＭＳ）、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）、中性子放射化分析装置（ＮＡＡ）、計測装置などが含まれる。上記のリストは全てを網羅しておらず、真空計１００は、上記のリストに挙げられていない他の装置と共に使用することも可能である。
【００５４】
本発明を、好ましい実施形態を用いて詳細に図示および説明したが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲を逸脱することなく、これらの形態および細部に対して様々な変更を行えることを理解できるであろう。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様１〕
マイクロチャンネルプレートを含む電子生成アレイを備え、
前記マイクロチャンネルプレートは、種となる電子を生成する生成源を有する電子生成部、および前記電子生成部によって生成された前記種となる電子を受けて前記電子を増倍する電子増倍部を備えており、
さらに、
前記電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間と、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極と、
を備える電離真空計。
〔態様２〕
態様１において、前記イオン化体積空間が、前記電子を内側に保持する陽極で形成されており、前記電子を生成する生成源は前記陽極の外側に配置され、前記陽極は前記収集電極を取り囲んでいる電離真空計。
〔態様３〕
態様２において、さらに、
前記陽極の外側で形成されたイオンを収集する第２の収集電極、
を備える電離真空計。
〔態様４〕
態様１において、前記収集電極によって収集される電流が、圧力信号を形成する電離真空計。
〔態様５〕
態様４において、前記イオン化体積空間が、プレート状の陽極とプレート状の収集電極との間の体積空間によって形成されており、前記生成源が、前記プレート状の陽極と前記プレート状の収集電極との間に配置されている電離真空計。
〔態様６〕
態様１において、前記マイクロチャンネルプレートが、入力面および出力面を有しており、前記入力面と前記出力面との間に電圧が印加される電離真空計。
〔態様７〕
態様６において、前記マイクロチャンネルプレートが、種となる電子の自然放出を引き起こすように処理された電離真空計。
〔態様８〕
態様７において、電子放出材料が、前記マイクロチャンネルプレートの前記電子増倍部の前記入力面に設けられており、種となる電子が、照射線によって生成される電離真空計。
〔態様９〕
態様１において、さらに、
前記イオン化体積空間内の電子の数に基づいて、前記電子生成アレイからの電子ビーム電流を制御する調整手段、
を備える電離真空計。
〔態様１０〕
態様９において、さらに、
陽極に接続され、前記電子ビーム電流の制御に利用される電流計、
を備える電離真空計。
〔態様１１〕
電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体と、
電子の種を生成する装置、および前記電子の種を生成する装置からの電子を増倍する電子増倍装置を含む、電子を生成する生成源と、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極と、
を備えており、
前記収集電極および前記生成源の一方は前記陽極構造体の内側に配置されており、前記収集電極および前記生成源の他方は前記陽極構造体の外側に配置されている電離真空計。
〔態様１２〕
態様１１において、前記筒状のワイヤグリッドが、少なくとも１つの支柱体に接続された複数の円状ワイヤとして構成されている電離真空計。
〔態様１３〕
態様１１において、前記電子を生成する生成源は前記陽極構造体の外側に配置され、前記収集電極は前記陽極構造体の内側に配置されている電離真空計。
〔態様１４〕
態様１３において、さらに、
前記陽極構造体の外側に配置された第２の収集電極、
を備える電離真空計。
〔態様１５〕
態様１１において、前記電子を生成する生成源は前記陽極構造体の内側に配置され、前記収集電極は前記陽極構造体の外側に配置されている電離真空計。
〔態様１６〕
態様１１において、前記収集電極によって収集される電流が、圧力信号を形成する電離真空計。
〔態様１７〕
態様１１において、前記電子を増倍する電子増倍装置が、マイクロチャンネルプレートを有する電離真空計。
〔態様１８〕
電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体と、
マイクロチャンネルプレートを含む電子生成アレイと、
を備え、前記マイクロチャンネルプレートは、種となる電子を生成する生成源を有する電子生成部、および前記電子生成部によって生成された前記種となる電子を受けて前記電子を増倍する電子増倍部を備えており、
さらに、
前記陽極構造体の内側に配置され、前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極、
を備える電離真空計。
〔態様１９〕
態様１８において、前記筒状のワイヤグリッドが、少なくとも１つの支柱体に接続された複数の円状ワイヤとして構成されている電離真空計。
〔態様２０〕
態様１８において、前記電子を生成する生成源は前記陽極構造体の外側に配置され、前記収集電極は前記陽極構造体の内側に配置されている電離真空計。
〔態様２１〕
態様２０において、さらに、
前記陽極構造体の外側に配置された第２の収集電極、
を備える電離真空計。
〔態様２２〕
態様１８において、前記電子を生成する生成源は前記陽極構造体の内側に配置され、前記収集電極は前記陽極構造体の外側に配置されている電離真空計。
〔態様２３〕
態様１８において、前記収集電極によって収集される電流が、圧力信号を形成する電離真空計。
〔態様２４〕
電子を生成して増倍する電子生成アレイ手段と、
電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極手段と、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極手段と、
圧力測定のために、前記収集されたイオンから信号を形成する手段と、
を備える電離真空計。
〔態様２５〕
気体の化学種から気体の圧力を測定する方法であって、
マイクロチャンネルプレートの電子生成部を含む電子生成アレイを用いて電子を生成する過程と、
前記マイクロチャンネルプレートの電子増倍部を用いて電子を増倍する過程と、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを、収集電極を用いて収集する過程と、
前記収集されたイオンから圧力信号を形成する過程と、
を備える気体圧力測定方法。
〔態様２６〕
態様２５において、さらに、
プレート状の陽極とこれに平行なプレート状のイオン収集手段との間で電子を生成する過程と、
前記平行なプレート状のイオン収集手段で前記イオンを収集する過程と、
を備える気体圧力測定方法。
〔態様２７〕
態様２５において、さらに、
電子を、表面処理が施されたマイクロチャンネルプレートに通すことで当該電子を増倍する過程、
を備える気体圧力測定方法。
〔態様２８〕
気体の化学種から気体の圧力を測定する方法であって、
電子の種を生成する装置を含む、電子を生成する生成源を用いて、電子を生成する過程と、
前記電子を増倍する過程と、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを、収集電極を用いて収集する過程と、
前記収集されたイオンから圧力信号を形成する過程と、
を備え、
前記収集電極および前記生成源の一方を、電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体の内側に配置し、前記収集電極および前記生成源の他方を、前記陽極構造体の外側に配置することを含む、気体圧力測定方法。
〔態様２９〕
態様２８において、前記電子を生成する生成源を、前記陽極構造体の外側に配置し、前記収集電極を、前記陽極構造体の内側に配置することを含む、気体圧力測定方法。
〔態様３０〕
態様２８において、前記電子を生成する生成源を、前記陽極構造体の内側に配置し、前記収集電極を、前記陽極構造体の外側に配置することを含む、気体圧力測定方法。
〔態様３１〕
態様２８において、さらに、
電子を、表面処理が施された少なくとも１つのマイクロチャンネルプレートに通すことで当該電子を増倍する過程、
を備える気体圧力測定方法。
〔態様３２〕
態様２８において、さらに、
少なくとも１つのダイノードを用いて電子を増倍する過程、
を備える気体圧力測定方法。
〔態様３３〕
態様２８において、さらに、
前記陽極構造体の外側に配置された第２の収集電極を用いて、イオンを前記陽極構造体の外側で収集する過程、
を備える気体圧力測定方法。
〔態様３４〕
基板を用意する過程と、
真空引きされる装置内で前記基板に対して処理を行うために、前記真空引きされる装置を真空引きする過程と、
圧力を測定する過程と、
を備え、
前記圧力測定過程は、
電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間を形成する筒状のワイヤグリッドを含む陽極構造体と、
電子の種を生成する装置、および前記電子の種を生成する装置からの電子を増倍する電子増倍装置を含み、前記陽極構造体の外側に配置された、電子を生成する生成源と、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する、前記陽極構造体の内側に配置された収集電極と、を用意し、
さらに、
前記真空引きされた装置内で前記基板に対して処理を行い、処理された基板を形成する過程、
を備える方法。
〔態様３５〕
基板を用意する過程と、
真空引きされる装置内で前記基板に対して処理を行うために、前記真空引きされる装置を真空引きする過程と、
圧力を測定する過程と、
を備え、
前記圧力測定過程は、
種となる電子を生成する生成源を有する電子生成部、および前記電子生成部によって生成された前記種となる電子を受けて前記電子を増倍する電子増倍部を備えたマイクロチャンネルプレートを含む電子生成アレイと、
前記電子が気体の化学種と衝突するイオン化体積空間と、
前記電子と前記気体の化学種との衝突によって形成されたイオンを収集する収集電極と、を用意し、
さらに、
前記真空引きされた装置内で前記基板に対して処理を行い、処理された基板を形成する過程、
を備える方法。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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